刀具刃磨中心z軸進給系統設計與建模畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致。含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻。的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔。涉密論文按學校規定處理。刀具刃磨機床發展的方向。銑刀，深孔鉆，三角鑿刀和牛頭刨刀具等。進給系統采用全封閉結構，無外掛裝置，內置切削液冷。卻循環裝置及油霧回收裝置。進給軸由單元電機通過高精度無間隙聯軸器與精密滾珠絲杠副直聯，且運動平穩，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。導軌全部采用燕尾型精密滾珠直。線導軌，具有精密高，摩擦系數小，壽命長等特點。導軌、滾珠絲杠副采用具有冷卻裝置的全自動。定時定量潤滑系統。并在PROE中畫出Z軸進給系統三維模型圖，生成二維工程圖。

　　

【正文】 滾珠絲杠的最小慣性矩為 4 4 42 3 . 1 4 2 7 . 9 2 9 7 2 8 . 0 56 4 6 4I d m m?? ? ? ? 滾珠絲杠的最小截面積為 ： 取 1 ? ，查表得 ?? ，則有 21 22602cEInK LA???? 2 5 3256 0 3 . 9 2 7 2 . 1 1 0 2 9 7 2 8 . 0 5 9 . 8 1 00 . 8 2 3 . 1 4 3 0 0 7 . 8 1 0 6 1 1 . 0 5?? ? ? ? ??? ? ? ? ? 4 6 9 2 2 4 9 / m inr? 進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉 速為 ，遠小于其臨界轉速，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核 ,滾珠絲杠的額定動載荷 20200aCN? ，已知其軸向載荷 Fmax=1694N，滾珠絲杠的轉速 nmax=，運轉條件系數 fw=，222 1 2 mmA ???? ?陜西理工學院畢業設計論文 第 14 頁 共 47 頁 則有 rfFCLwa663 101 2 1 410a ???????????? hhnLL 6 1 4 1 6h ?? ??? 本機床數控化改造后，滾珠絲杠螺母副 的總工作壽命 Lh=61411h15000，故滿足要求。 計算器械傳動的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量 10E MPa?? ，滾珠絲杠的底徑 2 mm? 。當滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離 300Ya L mm?? 時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 minsK 2 2532m i n3 . 1 4 2 7 . 9 2 . 1 1 01 0 4 2 7 . 7 3 /4 4 3 0 0s YdEK N mL? ?? ? ? ?? ? ? ?? 當 100Ja L mm?? 時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 maxsK 2 2532m a x3 . 1 4 2 7 . 9 2 . 1 1 01 0 1 2 8 3 . 2 1 /4 4 1 0 0s JdEK N mL? ?? ? ? ?? ? ? ?? 已知滾動體直徑 dq=，滾動體個數 Z= 60???。軸承最大軸向工作載荷 NFF a 1694m a xbm a x ?? 。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度 bK 為： 223 m a x2 2 . 3 4 sinb Q aK d Z F ?? ? ? m/ 5 2 3 ?N?????? 查表得滾珠與滾道的接觸剛度 683 /K N m?? ，滾珠絲杠的額定動載aC ?20200N 。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 NFF a 1694m a xbm a x ?? 則 mNCFKKaa ?/6 4 231m a xc ???????? 進給傳動系統的綜合拉壓剛度的最大值為 m a x m a x1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 3 6 8 91 2 8 3 . 2 1 6 5 4 . 4 9 7 2 3 . 5 1s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 陜西理工學院畢業設計論文 第 14 頁 共 47 頁 故 m a x 7 2 3 .5 1 /K N m?? 。 傳動精度計算 由機械傳動裝置引起的定位誤差為： mmmKKFss????? ? 2 8 31 2 712 2 511km a xm i n0k??????? ???????? ?? 對于 3 級滾珠絲杠。其任意 300mm 導程公差為正負 12 m? ，機床定位精度為 40 m? ,重復定位精度為 16 m? ，則有： m?? 85140k ??? ，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的誤差小于（ 1/3~1/5)機床的定位進度要求。再加閉環反饋系統的補償，定位進度能進一步提高。 陜西理工學院畢業設計論文 第 25 頁 共 47 頁 4. 滾珠絲 杠螺母副支撐用的軸承 絲杠的設計可知，絲杠兩端的軸承主要承受軸向力，徑向力，根據《機械設計手冊》，可知用角接觸球軸承。 支撐方式 一端固定 —— 一端自由 絲杠一端固定，另一端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式用于行程小的短絲杠或者用于全閉環的機床，因為這種結構的機械定位精度是最不可靠的，特別是對于長徑比大的絲杠 (滾珠絲杠相對細長 )，熱變性是很明顯的， 長的絲杠在冷、熱的不同環境下變化 ~ 是很正常的。但是由于他的結構簡單，安裝調試方便，許多高精度機床仍然采用這 種結構，但是必須加裝光柵，采用全閉環反饋。 一端固定 —— 另一端支承 絲杠一端固定，另一端支承。固定端同時承受軸向力和徑向力 。支承端只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以減少或避免因絲杠自重而出現的彎曲，同時絲杠熱變形可以自由的向一端伸長。這種結構使用最廣泛，目前國內中小型數控車床、立式加工中心等均采用這種結構。 兩端固定 絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當的預緊力，提高絲杠支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。 絲杠軸承的載荷主要是軸向的，徑向除臥式絲 杠的自重外，一般無載荷，因此對絲杠軸承軸向精度和剛度要求較高。進給系統對微小的位移要響應靈敏，股軸承的摩擦力矩要小。絲杠軸承種類很多，但從目前的情況來看，占優勢的兩種是：接觸角為 60 度的推理角接觸球軸承和滾針一雙推理滾子組合軸承。如表 所示 陜西理工學院畢業設計論文 第 26 頁 共 47 頁 表 軸承的選用與支撐 絲杠兩端的尺寸Ф , 可知軸承內徑 d=25mm 軸承采用成對安裝方式，軸承不宜過厚，選擇厚度較小的，查《機械設計手冊》選 60度角接觸球軸承厚度為 ，為了具有更好的潤化性和散熱性，應選用外徑 /內徑較大的軸承。這種軸承承載能力強，變形系數小，橫向空間大，有利于潤滑油的流動帶走產生的熱量，減少熱變形 和磨損，查《機械設計手冊》，選角接觸球軸承外徑為 52mm。 軸承承受的軸向載荷 Fmax=1694N. 預緊力 Fp=1050N, 支承方式 簡 圖 K2 λ f 一端固定 一端自由 一端固定 一端游動 2 二端支承 1 二端固定 4 陜西理工學院畢業設計論文 第 27 頁 共 47 頁 滾珠絲杠支撐形式采用兩端固定式，所選用的軸承型號為： (GB/T2921994) 7205C 如下圖所示 圖 7205C 軸承參數 其額定動載荷為 。 軸承的壽命 ： 參考《機械設計》公式（ 135）可知， 6106010 36h ???????????????? ? 故所選軸承符合要求。 失效形式 角接觸球軸承可能出現的實效形式主要有： 主要有因疲勞強度不足而產生的疲勞斷裂、因靜強度不足而產生的塑性變形或脆性斷裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等。 軸承在安裝、潤滑、維護良好的條件下工作時，各承載元件（包括內、外圓及滾動體）在周期性變應力的作用下，主要實效形式是解除表面材料的疲勞點蝕、軸承發生疲勞點蝕后，通常會在運轉時出現比較強烈的 震動，噪聲和發熱現象，軸承的旋轉精度逐加工定制 否 品牌 NACHI 型號 7205C 舊型號 36205 類型 角接觸球軸承 內徑 25（ mm） 外徑 52（ mm） 厚度 15（ mm） 重量 （ kg） 用途 通用 陜西理工學院畢業設計論文 第 28 頁 共 47 頁 漸下降，直至喪失正常的工作能力。疲勞點蝕是軸承最常見的失效形式。 塑性變形。 在過大的靜載荷或者沖擊載荷下，軸承元件間的接觸應力超過了元件材料的屈服極限，接觸部位發生塑性變形，形成凹坑，是軸承性能下降、摩擦阻力距增大。這種實效多發生在轉速很低的重載或者往復擺動的軸承中。 磨粒磨損。 對于潤滑不充分，密封不好或者潤滑油不清潔，以及在多塵環境中工作的軸承，將會發生磨粒磨損，導致軸承因內、外圓與滾動體的間隙增大、振動加劇及旋轉精度降低而報廢。 膠合。 在高速重載條件下工作的 軸承，因摩擦面發熱而使溫度急劇升高，軸承材料回火軟化，潤滑實效而發生膠合。 陜西理工學院畢業設計論文 第 28 頁 共 47 頁 5. 伺服驅動系統的設計計算 電動機的選擇 伺服電動機的選擇是根據負載條件來進行的，加在電動機軸上的負載有負載轉距和負載慣量兩種，負載轉距包括切削轉距和摩擦轉距。選擇伺服電動機應能滿足下述條件： ，負載轉距應小于或等于電動機額定轉距。最大切削負轉距不得超過電動機的額定轉距折算到電動機軸上的最大切削負載轉距。 ，通常要求轉子慣量不小于負載慣量 。但也不是轉子慣量越大越好，因轉子慣量越大，總的慣量就越大，加速性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統反應的靈敏度，將不得不采用轉距過大的電動機和它的控制系統。 ，轉距不得超過電動機的最大轉距，當執行部件從靜止狀態加速到最大移動速度時，所需要的轉距最大。但選擇電機時，是按照負載轉距小于額定轉距，電動機轉子慣量與負載慣量的合理匹配，執行部件的快速轉距小于電動機的最大轉距三個要素來考慮的。根據負載轉距的計算，切削轉距加上摩擦轉距，應小于或等于電動機的額定轉距。 去負載轉距。在空載時，加速轉距應等于最大轉距減去摩擦轉距，其差值等于全部慣量（電動機 +負載慣量）乘于加速度斜率。 伺服驅動系統的設計計算 刃磨裝置的機械系統設計包括伺服驅動系統的設計計算。伺服驅動系統的設計計算包括脈沖當量的計算，步進電機的選型和軸的結構設計和聯軸器的選擇。下面詳細闡述一下設計計算的內容。 參照普通工具磨床的參數，其定位精度一般在177。 ～177。 ，根據設計結陜西理工學院畢業設計論文 第 30 頁 共 47 頁 構的要求，刃磨裝置對定位精度要求不高，故可選脈沖當量 錯誤 !未找到引用源。=。 初選步進電機的步距角為 錯誤 !未找到引用源。 =176。 ,步進電機每發一個脈沖（ 176。），因此，步進電機和軸之間無需減速裝置，脈沖當量 錯誤 !未找到引用源。 可以滿足所需精度。 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來 控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差的特點，廣泛應用于各種開環控制。 步進電機的性能指標 步進電機的常用術語及主要性能指標是： 步距角 指每給一個電脈沖信號，電動機轉子所應轉過的角度的理論值，可有下列公式來計算：mkz360b?? 式中， m為電動機相數； z為轉子齒數； k為通電方式系數，當采用單三拍或雙通電方式， k=1；而采用三相六拍通電方式時， k=2。 (2)精度 通常步進 電機的精度有兩種表示方法：一種用步距誤差的最大值來表示；一種用步距累積誤差最大值表示。前者是指電動機旋轉一圈內相鄰兩步之間最大步距和理想步距的差值，用理想步距的百分數表示；后者是指任意位置開始經過任意步之后，角位移誤差的最大值。 (3)轉矩 保持轉矩 (或定位轉矩 )，是指繞組不通電時電磁轉矩的最大值，或轉角不超過一定值時的轉矩值。通常反應式步進電機的保持轉矩為零，而若干類型的永磁式步進電機具有一定的保持轉矩。 陜西理工學院畢業設計論文 第 30 頁 共 47 頁 靜轉矩是指不改變控制繞組通電狀態，即轉子不轉情況下的電磁轉矩。它是繞組內陜西理工學院畢業設計論文 第 31 頁 共 47 頁 的電流及失調角 (轉子偏離空 載時的初始穩定平衡位置的電度角度 )的函數。當繞組內的電流值不變時，靜轉矩與失調角的關系稱為矩角特性。對應于某一失調角時，靜轉矩的值為最大，稱之為最大靜轉矩 Tk，它的值取決于通電狀態及繞組內電流的值。動轉矩是指轉子轉動情況下的最大輸出轉矩值，它與運行頻率有關。 (4)響應頻率 在某一個頻率范圍內，步進電機可以任意運行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應頻率。通常用啟動頻率 錯誤 !未找到引用源。 后作為衡量指標。它是指在一定負載下直接起動而不丟步的極限頻率。 (5)運行頻率和矩頻特性 運行頻率是指頻率連續上升時， 電動機能不失步運行的極限頻率。它的值也與負載的大小有關。在相同負載情況下，連續頻率 錯