數控銑床設計(畢業設計)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 拍時，k=1；m 相 2m 拍時，k=2 ；依此類推。第二章 教學型數控銑床設計方案 14 對于圖 1 所示的徑向分相、單定子式、反應式的步進電機，當在三相三拍通電方式下工作時，其步距角為 ????000/34136/mzk6?????若在三相六拍通電方式下工作，則步距角為 000/ 步進電機的主要特性(1) 步距角。所謂的步進電機的步距角為電機定子每改變一次通電狀態轉子轉過的角度。它決定著步進伺服驅動系統的脈沖當量。在數控機床上常見的反應式步進電機的步距角為 30 度。步距角越小，機床的控制精度會越高。(2) 矩角特性、最大靜態轉矩 Mjmax 和啟動轉矩 Mq。電機的一個重要特性為矩角特性，矩角特性反映電機失調角和靜態轉矩之間的變化關系。(3) 啟動頻率 fq。啟動頻率為步進電機又靜止到瞬間啟動時，在保證不丟步的情況下步進電機所能承受的最高頻率。如果啟動的時候啟動頻率不小于瞬跳頻率，電機就無法保證正常的工作。在電機空載狀態啟動時電機定子通斷狀態的頻率要小于該瞬跳頻率。(4) 無間斷運行時的最高頻率 fmax。最高頻率 fmax 是指步進電機在持續工作時在不發生丟步時所能接受的最高頻率，電機的速度的調整由最高頻率fmax 決定。電機速度調整的特性是指在電機由靜止狀態到啟動狀態和電機由啟動狀態到靜止狀態的過程中定子繞組的通斷電狀態的頻率和實踐之間的關系。如果步進電機的瞬跳頻率小于啟動頻率時，頻率的變化速度逐漸上升；當大于啟動頻率的工作頻率時，頻率的變化速度逐漸下降。但逐漸上升和逐漸下降的加速時間和減速時間不太小，否則便會出現失步和超步現象。這里我們用加速時間的常數 Ta 和減速的時間常數 Td 來描述步進電機的升速和降速特性，如圖6 所示。第三章 機械部分設計 15 圖 6 加減速特性曲線機的最高轉速。 步進電機的選型計算交流伺服的控制系統在許多性能方面都好于步進電機。然而在部分要求不高的場合比如機床進給運動通常用步進電機來完成進給運動。因此在機床控制系統使用設計過程中需要對控制系統的要求、控制系統的成本等各方面的因素進行綜合的考慮從而選出性價比較高的控制電機。(1)電機與絲杠是通過套筒聯軸器直接相連，傳動比 i=1，則步距角stepiTip /??????(2)移動部件的轉動慣量計算機床移動部件的質量等效到電機軸上轉動的慣量 2221 )()80( cmkgWJp ???????機床絲杠對軸線轉動慣量計算公式如下 4 ,2122 ldvmrJs ?????第二章 教學型數控銑床設計方案 16 代入數據得 ， ，?? 所以 ??因此總的轉動慣量為 ????(3)電機所需的轉動力矩的計算電機空載快速啟動時所需力矩計算公式如下： 0maxMf??機床最大的切削負載所需力矩的計算公式如下： tf0機床快速進給工作時所需的力矩計算公式如下： 0Mf??式 中 Mamax步 進 電 機 空載啟動等效到電機軸上加速度力矩 Mf 步 進 電 機 等 效 到電機軸上的摩擦力的矩 M0由 電 機 絲 杠 的 預 緊 引 起 的 折算到電機軸的附加的摩擦力矩 Mat機 床 工 作 時 等 效 到 步 進 電 機 軸上的加速度的力矩 Mt機 床 正 常 工 作 時 等 效 到 電 機 軸上得到的切 削 力矩電 機 最 高 轉 速 nmax=500r/min cmN????????? 第三章 機械部分設計 17 min/50412n1 rTiV????等效摩擦力的矩計算公式如下所示 iLGfiF????2M00f當 =，f= 時，? cmNMf ????. iLP ????? )9.(.1)1(2 2200?? cNiFft ??因此機床空載情況下快速啟動需要的力矩計算如下： 代入數據得0maxMf?? cmN??機床最大的切削負載所需力矩代入數據如下：=++=??0 c?機床快速進給工作時所需的力矩代入數據計算如下=+=??cm?N顯 然 由上述計算得知：電機所需最大的力矩取在切削工作進行時即 cmNM?為滿足工作要求，電機選用的工作方式為兩相四拍，查表得第二章 教學型數控銑床設計方案 18 ?jmqM電 動 機 的 啟 動 所 需 力 矩 電 動 機 的 靜 載 荷 力 矩q jmMcN???.步進電機運行時的最大頻率為 ????另 外 ， 為 了 防 止 在 機 床 加 工 的 過 程 中 在 某 些 地 方 需 要 停 止 時 而 產 生 的 少量 滑 動 從 而 影 響 零 件 的 使 用 壽 命 和 加 工 精 度 ， 電 機 需 要 具 備 在 停 機 時 自 鎖 功能 ， 所 以 所 選 電 機 為 混 合 式 步 進 電 機 。 另 外 ， 步 進 電 機 的 步 距 角 在 理 論 上 說是 固 定 的 ， 但 實 際 上 生 產 上 還 是 有 誤 差 的 。 另 外 ， 負 載 轉 矩 也 將 會 引 起 步 進電 機 的 定 位 誤 差 。 應 將 步 進 電 動 機 的 步 距 誤 差 、 負 載 引 起 的 定 位 誤 差 和 傳 動機 構 的 誤 差 都 考 慮 在 內 ， 使 總 的 誤 差 小 于 數 控 機 床 允 許 的 定 位 誤 差 。初選步進電動機的型號為 42BYG250BSASSML，由表查得該型號電動機的最大靜轉矩 = m。可見，滿足要求。axjT? 主軸設計 軸 設 計 分 析主 軸 的 相 關 的 組 件 構 成 了 機 床 的 重 要 組 成 部 分 。 主 軸 的 重 要 組 件 一 般 由軸 承 、 主 軸 、 固 定 件 （ 如 螺 母 ） 和 傳 動 件 （ 齒 輪 、 帶 輪 ） 等 組 成 。 機 床 在 工作 的 時 候 ， 由 主 軸 帶 動 著 工 件 （ 車 床 ） 或 者 刀 具 直 接 參 加 工 件 表 面 的 成 型 運第三章 機械部分設計 19 動 。 所 以 ， 主 軸 組 件 的 好 壞 對 機 床 生 產 率 和 加 工 性 能 有 著 重 要 的 影 響 。 生 產中 對 機 床 主 軸 的 要 求 ， 有 著 與 一 般 傳 動 軸 要 求 的 相 似 之 處 ： 都 要 保 證 在 要 求的 轉 速 的 情 況 下 下 傳 遞 要 求 的 轉 矩 ， 保 證 軸 承 和 軸 上 的 傳 動 件 在 正 常 工 作 條件 工 作 。 但 是 在 工 作 中 主 軸 直 接 帶 動 著 刀 具 或 工 件 進 行 切 削 的 ， 主 軸 組 件 很大 程 度 上 決 定 著 機 床 的 加 工 精 度 。 主 軸 受 到 刀 具 切 削 時 所 受 到 的 切 削 力 ， 在機 床 （ 含 數 控 機 床 ） 上 轉 速 變 化 范 圍 又 很 大 。 因 此 ， 我 們 對 主 軸 組 件 又 有 許多 特 殊 要 求 。為 了 提 高 剛 度 ， 主 軸 的 直 徑 應 該 略 微 大 一 些 。 前 軸 承 到 主 軸 前 端 的 距 離我 們 稱 為 懸 伸 。 懸 伸 量 應 盡 量 小 一 些 。 為 了 利 于 裝 配 ， 主 軸 應 該 制 成 階 梯 形 。材 料 的 熱 處 理 。 軸 的 載 荷 相 對 來 說 不 大 ， 引 起 的 應 力 通 常 要 求 遠 遠 小 于桿 強 度 極 限 。 因 此 ， 強 度 一 般 不 是 我 們 選 材 的 依 據 。 當 主 軸 的 尺 寸 和 幾 何 形狀 已 經 確 定 ， 材 料 的 彈 性 模 量 決 定 著 主 軸 的 剛 度 。 但 各 種 各 樣 鋼 材 的 彈 性 模量 幾 乎 一 樣 。 因 此 ， 剛 度 也 不 是 我 們 選 材 的 依 據 。 主 軸 的 材 料 ， 主 要 應 該 根據 材 料 的 熱 處 理 后 的 變 形 、 耐 磨 性 選 擇 。 普 通 銑 床 的 主 軸 ， 可 用 45 號 獲60 號 優 質 中 碳 鋼 ， 調 質 到 220252HBS 左 右 。 對 于 教 學 型 數 控 銑 床 ， 不 要求 有 太 高 的 精 度 和 加 工 難 加 工 材 料 的 剛 度 ， 因 此 主 軸 做 成 實 階 梯 心 軸 ， 材 料45， 表 面 調 質 處 理 。 軸結構圖 主 軸 校 核 主軸材料選用 45 鋼，調質處理, =650MPa， =360MPab?s第二章 教學型數控銑床設計方案 20 .??? 軸受力： 轉矩 T= ???N銑削力 .2d銑 削銑 削 FT所以 ?銑 削需用應力值 用插入法查表得： ??a10bMP?? 6?應力校正系數 ??.01b0???當量轉矩 = mmT??當量彎矩 = ?22)(軸徑 ??????? m1?此銑削力滿足工件加工要求。 主軸軸承的選擇 對于教學實驗型數控銑床的主軸，主軸構造相對簡單，主軸所受的力相對較小，精度和剛度也不是太高。因此，對于主軸軸承的要求也相對比較寬松，又由于數控銑床主要載荷為軸向力，所受的徑向力可以忽略。又因為深溝球軸承主要承