横纵向进给机构的设计要点.pdf

《横纵向进给机构的设计要点.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《横纵向进给机构的设计要点.pdf（13页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、三、横纵向进给机构设计 1 纵向进给机构的设计 纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杆与丝杠以及安装装置，纵向驱动的步进电 机及减速箱安装在车床的床尾，并不占丝杠的空间由于采用了滚珠丝杠可提高系统的精度和 纵向进给的刚度。 1 纵向进给系统设计参数 已知参数 纵向脉冲当量 mmy01.0 /脉冲。 纵向最高进给速度 min/2 max mVfy 。 CA6140 车床工作台质量W 根据图形尺寸忽略计算W=20kg. 纵向进给切削切削力Fy 的确定 有参考文献查得 %5%3/ adf PP 式中： df P进给系统所需电机功率； a P主动传动电机的功率; 已知 Pa为 7.5kw，取比例

2、系数为4%，则 kwPP adf 3 .0%4* fdff VPF/6120 式中： f 进给系统效率，其范围为0.150.20，取 175.0 f ； f V 进给速度查得 max)3/12/1(VfyVf ，取 min/1)2/1( max mVfyVf 得出 Nfy3149 为安全起见，取安全系数为1.5 则 Nfy4724 。 2 滚珠丝杠副的设计 滚珠丝杠副已经标准化。因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 一般情况下设计滚珠丝杠时，丝杠的长度 （或螺母的有效行程） ，丝杠的转速 （或平均转速） ， 滚道的硬度及丝杠运转的情况。 滚珠丝杠副的计算 1 滚珠丝杠的最大动负载寿

3、命值： 6 10 60 ii i Tn L 其中 0 1000 DL vf L fn n h i 主 取工件直径D=80mm， hTi1500 ，得： min/20 68014.3 3.01001000 rni 18 10 150002060 6 i L 最大动负载： Hwi fpfLQ 3 得：运转系数 2.1 w f 硬度系数 1 H f ， 则： NQ82456.26212.118 3 根据最大动负载Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。得此最大动负载下丝杠型号为FFB5006 内循环浮动反相器单螺母变位导程预紧。滚珠丝杠直径选择50mm，其额定动载荷是15KN ， 所以其结构强度足够。 2.

4、支撑方式 选用“单推单推”的支撑方式。 临界转速的校核 丝杠的名义直径 min/200/,50 0maxmax0 rLVNmmD 。支撑为“固定固定” 支撑长度L=1788mm.L与 n 的交点线在 mmD50 0 左侧，所以安全。 3. 效率计算 )tan(/tan 式中：螺纹的螺旋升角，可查参考文献，取 3 摩擦角， 004.0003.0tan ， 所以 “4513 ， 则 %93)“4513 33tan(/ 33tan 4.刚度计算 滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程变化量： EF PL L 0 1 式中： mmL6 0 2526 /1006.2/106.20mmNcmNE 滚珠丝杠的截面

5、积 2222 118888.1114.3) 2 89.3 () 2 (mmcm d F 则 mmcmL 56 6 1 104.6104 .6 88.11106 .20 6.06.2621 滚珠丝杠受扭矩引起的导程的变化量 2 L 小，可以忽略，即： 1 LL ， 所以 mmL L /66.10104 .6 6.0 100100 6 0 差参考文献知E 级精度丝杠允许的螺距误差（1m 长）为mm/15，故强度足够。 由于选用滚珠丝杠的直径为50mm，支撑方式“单推带推”，所以稳定性完全可以保证。 齿轮的设计 齿轮的初选 传动比： 525.1 01.0360 675.0 360/ 0P Li 式中

6、：步进电机的步距角，选 75. 0 ，计算出i=5 ，因此可以一级传动。 大 小 齿 轮 均 采 用 45 钢 调 质 ， 选 小 齿 轮 硬 度 为HBHB290260， 大 齿 轮 硬 度 为 HBHB250220，精度选六级，模数m=2,齿数 20,20,40,32 21 mmbZZ ， 则 mmZZma72)()2/1( 21 齿轮的疲劳强度校核 弯曲疲劳强度校核公式为 0F saFat saFF bm YYKF Y 式中： sa Y为载荷作用于齿顶的应力校正系数； Fa Y为齿形系数； K为载荷系数； t F为圆周力 F 弯曲疲劳许用应力。 载荷系数K： FFaVA KKKKK 35

7、.1, 2. 1,12. 1, 1 FFaVA KKKK 则 FFaVA KKKKK814.135.12.112.11 齿轮 1 弯曲疲劳强度校核 1 1 1 2 d T Fr 圆周力计算 mmmzd64322 11 kwPP649.893.010 22 1 min/1500 1 rnn mmN n P T 4 1 1 1 10506.59550000 所以 N d T Ft1720 64 105050622 4 1 1 1 得 齿轮 1 54. 2,625.1 FaSa YY 则 0 F bm YYKF Y saFat saFF MPa2.180 220 54. 2625. 11720184

8、.1 弯曲疲劳许用力计算： S K FEFN 差参考文献得 MPaK FEFN 500,85.0 。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 ， MPa S K FEFN F 57.303 4.1 50085.0 1 根据以上结果得 11 FF ，所以齿轮1 满足弯曲疲劳强度。 齿轮 2 弯曲疲劳强度校核 圆周力计算： 2 2 2 2 d T Ft mmN n P T r i nn kwPP mmm zd 4 2 2 2 2 22 2 22 10256.69550000 min/1200 25.1 1 1500 1 649.893.010 80402 所以 N d T Ft1564 80 10256.6

9、2 2 2 4 2 2 齿轮 2 40. 2,67.1 FaSa YY ， 则 0F saFat saFF bm YYKF Y MPa7 .156 220 40. 267.11564184. 1 弯曲疲劳许用力计算： S K FEFN 查参考文献得 MPaK FEFN 380,85. 0 。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 ， MPa S K FEFN F 71.230 4.1 38085.0 2 根据以上结果得 22FF ，所以齿轮2 满足弯曲疲劳强度。 齿面接触疲劳强度校核 齿轮 1 齿面疲劳强度计算 齿面接触疲劳强度校核公式为： 1 1 HEH t H ZZ u u bd KF 式中： u

10、 轮齿在节点啮合时，两齿轮齿数的比值； u Z 区域系数； E Z 弹性影响系数； 载荷系数K： HHaVA KKKKK 得， 423.1,2 .1 HHa KK 则 HHaVA KKKKK913.1423.12 .112.11 得， 2/1 8 .189 MPaZE 标准知齿轮 20 时， 5 .2 H Z ， 25. 132/40/ 12 zzu 所以 EH t H ZZ u u bd KF1 1 MPa3.256 8 .1895.2 25.1 125.1 6420 1720913.1 计算齿轮1 接触疲劳许用应力： S K HHN H lim MPaK HHN 500,90.0 lim

11、。 取安全系数S=1， MPa S K HHN H 4505009.0 lim 1 所以 H1 H 满足接触疲劳强度。 齿轮 1 的齿面疲劳强度计算 查参考文献得， 2/1 8.189 MPaZE 标准知齿轮 20 时， 5 .2 H Z ， 25. 132/40/ 12 zzu 所以 EH t H ZZ u u bd KF1 1 MPa3.256 8 .1895.2 25.1 125.1 6420 1720913.1 计算齿轮2 接触疲劳许用应力： S K HHN H lim 查参考文献 12 得，MPaK HHN 450,90. 0 lim 取安全系数S=1， MPa S K HHN H5

12、 .4274509.0 lim 1 所以 H2 H 满足接触疲劳强度。 步进电机的确定 步进电机步距角的选择 75.0)/(360 0 Li P 转动惯量的计算 惯量对运动特性有很大的影响，对加速能力、 加速时驱动力矩及动态的快速反应有直接关系， 因此核算转动惯量很有必要。 工作台质量折算到电机上的转动惯量： w P J 2 1 ) 180 ( 2 2 2 .29 50) 75.014.3 001.0180 ( m mkg 丝杠转动惯量： LDJs 4 108.7 其中 L 为螺纹长度： 螺母 lllL e 2 0 mm952 104242800 mmLle24644 0 则 204.6108

13、.7 24 s J 23 109.1mmkg 齿轮的转动惯量： 2 24 1 7.261 204. 6108 . 7 mmkg Jz 2 24 2 639 208108.7 mmkg Jz 由于电机的转动惯量很小，所以可以忽略。 因此，总的转动惯量： J 1122 )( 1 JJJJ i zzs 2 3 2 5 .1877 2.291.267)639109.1( 25.1 1 mmkg 所需转动力矩计算 1.快速空载启动时所需力矩 0max MMMM fa 最大切削负载时所需的力矩 tfat MMMMM 0 快速进给时所需力矩 0 MMM f 式中： _ maxa M 空载启动时折算到电机轴时

14、的加速度力矩； _ f M 折算到电机轴时的摩擦力矩； _ 0 M 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴时的附加摩擦力矩； _ at M 切削时折算到电机轴上的加速度力矩； _ t M 折算到电机轴上的切削负载力矩； mmN T Jn Ma 2 10 6.9 当 max nn 时， aa MM max 则 min/6.416 6 25. 12000 0 max max r L iV n mmNM a 332610 025.60.9 7.416159.19 4 max 当 t nn 时， ata MM max min/88.24 68014.3 25.13 .01001000 1000 00 i 1

15、 r L f D v L fn n i 主 mmNM at 6.19410 025.06 .9 88.24159.194 i wLf i LF M f 22 0 00 当 16. 0; 8. 0 f 时， mmNM f 3 .122 25.18.014.3.2 6.08016.0 当 9.0 时，预加载荷 X FP 3 1 0 则 mmN i LF M X 6.104 25.18 .014.36 )9 .01(6 .088.172 6 )1 ( 2 2 00 0 mmN i LF M X t 1651 25.18 .014.32 6. 088.172 2 0 所以快速空载启动所需的力矩： mm

16、NMMMM fa 36206.1043.1223394 0max 切削时所需要力矩： mmNMMMMM tfat 207016516 .1043 .1226.194 0 快速进给时所需的力矩： mmNMMM f 9.2266 .1043 .122 0 由以上计算可知： 所需最大力矩 maxa M 发生在快速启动时， mmNM a 3620 max 步进电机最高的工作频率 Hzvf b 3334 01.060 2000 )60/( maxmax 启动频率 步进电机通常是带负载启动运行，而步进电机有空载启动频率 q f 参数，步进电机的负载频 率 0 f 有经验公式进行估算，也可以按 0 )2/1

17、 ( qq ff 估算。经综合考虑来选择步进电机若 q f 不合要求，还可以采取升降速环节加以解决。 综合考虑，选用130BF001型直流步进电机，能满足使用要求。 2 横向进给机构的设计 横向进给机构的改造：由于原横向进给丝杠的空间有限，一种方法是拆除横向丝杠换是滚珠 丝杠， 但现有的滚珠丝杠系列中选出合适的丝杠副比较难，需特制丝杠副； 另一种方法是仍 采用原丝杠， 这样就避免了特质滚珠丝杠副的麻烦，减少了成本， 但需要采用电器补偿丝杠 精度和反向间隙的措施。而本方案采用前者，并且保留横向原手动机构，横向步进电机和减 速箱安装在机床后侧。 横向进给系统设计参数 已知条件： 横向脉冲当量 脉冲

18、/005.0mmy 横向最高进给速度 min/2Vfy max m 。 溜板箱的重量kgW30 横向进给切削切削力Fy 的确定 横向进给量为纵向进给量的3/12/1, 取2/1，安全系数为5.1，则切削力Fy 约为： NFy236247245.0 滚珠丝杠副的设计 滚珠丝杠副已经标准化。因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 一般情况下设计滚珠丝杠时，丝杠的长度 （或螺母的有效行程） ，丝杠的转速 （或平均转速） ， 滚道的硬度及丝杠运转的情况。 滚珠丝杠副的计算 滚珠丝杠上的最大动负载 )( wFfkFP zy 取 16.0; 1 fk 则NP2.121)304 .176(16.02.881 滚珠丝杠寿命值： 得： 6 10 60 ii i Tn L 其中 min/9 .17 48014.3 3.0601000 rni 12.16 10 150009.1760 6i L 最大动负载： NfpfLQ Hwi 36742 .1212. 112.16 3 3 根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。差参考文献2 得此最大动负载下丝杠型 号为 FFB3205内循环浮动反向器单螺母变位导程预紧滚珠丝杠。其额定动载荷为14KN ，所 以强度足够。其工程直径选32mm. 支撑方式 选用“单推 - 单推”的支撑方式。 临界转速的校核 丝杠的名义直径