畢業設計--弧面蝸桿加工專用數控機床及控制系統設計(更新版)

　　

【正文】 升角 滾珠直徑 4763mm 螺桿內徑 60mm 按式 59 校驗絲桿螺母副的傳動效率其中磨擦角 縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖如圖所示 支承間距絲杠螺母及軸承均進行預緊預緊力為最大軸向負荷的 13 絲杠的變形量計算如下 滾珠絲杠截面面積按絲杠螺紋的底徑確定 工作負載引起的導程的變化量可用下式計算 則絲杠拉伸或壓縮變形量 由于兩端均采用角接觸且絲杠又進行了預緊故其拉壓剛度可比一端固定的絲杠提高 4 倍 其實際變形量為 滾珠與螺紋滾道間 接變形量按下式進行計算 因絲杠加有預緊力且預緊力為軸向最大負載的 13 時可減少一半因此實際變形量為 支承滾珠絲桿的軸承為 51209 型推力球軸承幾何參數為 40mm 滾動體直徑 10mm 滾動體數量 18 軸承的軸向接觸變形量可按式 516 計算 注意此公式中單位應為 kgf 因施加預緊力故實際變形量 根據以上計算總變形量為 三級精度絲桿允許的螺距誤差為故剛度足夠 因為滾珠絲桿兩端都采用推力球軸承并預緊因此不會產生失穩現象故不需做穩定性校核 1 減速齒輪設計 根據給定的縱向進給脈沖當量 001mm 滾珠絲杠導程及初 選的步 進電動機步距角可計算出傳動比 選取齒輪齒數為 30 50m 2mm 2 步進電動機的選擇 1 負載轉動慣量計算 參考同類型機床初選反應式步進電動機 130BF001 其電動機轉動慣量傳動系統折算到步進電動機軸上的等效轉動慣量按表 515 中介紹方法計算齒輪的轉動慣量為 絲杠的轉動慣量可從表 516 查出 等效慣量 考慮步進電動機與傳動系統慣量匹配問題 不完全滿足慣量匹配的要求 1 負載轉矩計算及最大靜轉矩選擇 機床在不同的工況下其所需轉矩不同下面分別進行計算 快速空載起動時所需轉矩可按下式進行計算 考慮了電動機轉子的轉動慣量以后傳動系統折算到電動機軸上的總轉動慣量 折算到電動機軸上的磨擦力矩 附加磨擦力矩 998N畢業設計（論文） 弧面蝸桿加工專用數控機床及控制系統設計 弧面蝸桿加工專用 數控機床設計 目 錄 設計說明書中英文摘要 第一章 弧面蝸桿蝸輪的特點 1 11 蝸桿蝸輪的形成類型及其結構 1 12 蝸桿傳動的特點及其應用 3 13 弧面蝸桿的加工 4 14 弧面蝸輪的加工 5 第二章 弧面蝸桿數控專用機床總體結構方案設計 12 21 加工機床運動的基本要求 12 22 弧面蝸桿數控專用機床總體方案 13 23 專用球面 蝸桿數控車床的基本結構 14 第三章 弧面蝸桿數控專用機床的主傳動系統設計 15 31 傳動結構式和結構選擇 15 1 主傳動的確定和公比Ф的確定 15 2 確定變速組和傳動副數目 15 3 確定傳動順序方案 16 32 傳動方案的擬訂 18 33 齒輪傳動部分的設計 19 34 軸的設計計算 25 1 軸Ⅱ的設計計算 25 2 軸Ⅶ的設計計算 26 3 主軸的設計計算 32 第四章 弧面蝸桿數控專用機床的進給系統設計 32 51 進給系統傳動方案擬訂 32 52 縱向進給系統的設計計算 33 1 縱向進給系統的設計 33 2 縱向進給系統的設計計算 33 53 橫向進給系統的設計計算 39 54 齒輪傳動間隙的消除 46 第五章 弧面蝸桿數控專用機床回轉工作臺設計 52 第六章 弧面蝸桿數控專用機床控制系統總體方案擬定 54 第七章 潤滑油的選用 54 結 束 語 第一章 弧面蝸桿蝸輪的特點 11 蝸桿蝸輪的形成類型及其結構 1 蝸輪蝸桿的形成 蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的小齒輪的輪齒分度圓柱面上纏繞一周以上這樣的小齒輪外形像一根螺桿稱為蝸桿大齒輪稱為蝸輪為了改善嚙合狀況將蝸輪分度圓柱面的 母線改為圓弧形使之將蝸桿部分地包住并用與蝸桿形狀和參數相同的滾刀范成加工蝸輪這樣齒廓間為線接觸可傳遞較大的動力 蝸桿蝸輪傳動的特征 其一它是一種特殊的交錯軸斜齒輪傳動交錯角為∑＝ 90176。cm 則 63384N 41′ 摩擦角約等于 10′ 則 ＝ 0971 3 剛度驗算 ①絲桿的拉壓變形量 滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用它將引起導程發生變化因滾珠絲杠受扭時引起的導程變化量很 小可忽略不計故工作負載引起的導程變化量 式中 彈性模數對鋼 滾珠絲杠截面積按絲杠螺紋底徑確定 ＝＝ 8347 ＋用于拉伸時－用于壓縮時 則 則絲桿的拉伸或壓縮變形量 ②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 該變形量與滾珠列圈數有關即與滾珠總數量有關與滾珠絲桿的長度無關當絲桿在工作時有預緊時其計算公式為 式中 滾珠直徑 滾珠總數量＝ Z圈數列數 Z 一圈的滾珠數 Z 外循環 Z － 3 內循環 滾珠絲 桿的公稱直徑 預緊力 滾珠絲桿工作載荷 ∵ Z π 405953＝ 2111 則＝ Z圈數列數＝ 2111 25 2＝ 7388 又∵滾珠絲桿的預緊力為軸向工作載荷的 13 值可減小一半因而 ③支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 在垂直進給運動中采用角接觸球軸承其計算公式為 式中 軸承所受軸向載荷 軸承的滾動休數目 軸承滾動體直徑 ∵ 工作載荷 滾珠絲桿的滾動體數量滾動體直徑 則 因為有預緊力故實際變形量 根據以上的計算則總變形 量為 四級精度絲桿允許的螺距誤差為 25μ m 故剛度足夠 4 壓桿穩定的校核 滾珠絲桿通常屬于受軸向力的細長桿若軸向力工作負荷過大將使絲桿失去穩定而產生縱向屈曲即失穩失穩時的臨界載荷為 2 EIL2 N 式中 E 為絲桿的彈性模量對于鋼 E 206104 I 為截面慣性矩 I d1464 d1 為絲桿底徑 L 為絲桿最大工作長度為絲桿支承方式系數 ∵ I 326464 554422 對于一端固定一端自由的情況 025 ∴ 2025 5802 838104 臨界載荷與絲桿工 作載荷之比稱為穩定性安全系數如果大于許用穩定性安全系數 []則該滾珠絲桿不會失穩一般取 [] 254 8381048087＝ 104 ∴ 壓桿穩定 5 導軌的選型 經濟型數控車床的導軌可采用鑲鋼導軌或鑄鐵淬火導軌采用 HT200 鑄鐵淬火硬度為 HRC45 以上與它們相配的動導軌則用貼塑或注塑導軌近年來數控機床中廣泛采用直線滾動導軌以降低摩擦系數以降低摩擦系數保持導軌精度提高導軌的使用壽命使導軌生產進一步標準化系列化 6 驅動電機的選用 ①負載轉矩計算及最大靜轉矩選擇 ∵ 又∵ 則折算到電動機軸上的總加速力 矩為 折算到電動機軸上的摩擦力矩 附加摩擦力矩 ∵ 預緊力滾珠絲桿未預緊時的傳動效率取 則 則步進電動機快速空轉啟動力矩 對于工作方式為五相十拍得步進電動機最大靜轉矩 從相關資料查出 130BF001 型步進電動機最大靜轉矩為 931 大于所需快速空載啟動力矩可作為初選型號 ②校核步進電機的空載啟動頻率 ∵ 步進電機的空載啟動頻率是 而 130BF001型步進電動機最高空載啟動頻率為 f 3000HZ因而必須分三個階段啟動每個階段啟動頻率為 渡取則步進電動機運行頻率為 而步進電機允許的運行頻率為 16000HZ0176。一般在蝸桿時將車刀刀刃放于水平位置并且與蝸桿軸線在同一水平面內這樣加工出來的蝸桿在垂直于軸心線的截面內齒形是阿基米德螺線所以叫阿基米德蝸桿它的軸向截面齒形是直線的法向截面齒形不是直線的當螺旋線升角較大時 如果仍把車刀刀刃放置在水平位置上車刃的兩個刀刃的前后角就很不理想總會有一個刀刃是沒前角為了使車刀獲得合理的前角和后角常用的把車刀分別加工蝸桿的兩個側面或者將車刀刀刃放在蝸桿齒面的法向位置來加工蝸桿這樣加工出來的蝸桿軸向截面齒形不是直線的而法向截面齒形才是直線的所以叫法向直廓蝸桿也有叫延長漸升線蝸桿的正因為如此小螺旋線升角小于 5176。V 形平導軌是經過高頻淬火和精密磨削加工而成的拖板和尾架各使用一個 90176