毕业设计 - 图文

普通车床数控化改造

因进行了预紧， δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2μm

C．支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形δ3

采用8107型推力球轴承，d1=35mm，滚动体直径dq=6.34mm，滚动体

数量Z=18，δc=0.0024×3√Fm2/(dq×Z2) =0.0024×3√2532/(6.35×182) 注意，此公式中Fm单位为kgf 应施加预紧力，故

δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.0038mm

根据以上计算：δ= δ1+δ2+δ3

=0.0045+0.0032+0.0038 =0.0115mm＜定位精度 3.4.5稳定性校核。

滚珠丝杆两端推力轴承，不会产生产生失稳现象不需作稳定性校核。 3.4.5.1横向进给丝杆 （1）计算进给牵引力Fˊm

横向导轨为燕尾形，计算如下： Fˊm=1.4×Fˊy+fˊ(Fz+2Fˊx+Gˊ)

=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N

3.2.2计算最大动负荷C

n=1000×V3/L0=1000×0.3×0.5/5=30 L=60×n×T/106=60×30×15000/106 C=3√LfwFˊm=3√27×1.2×2030=7283N 3.4.5.2选择滚珠丝杠螺母副

经查表得出，W1L20051列2.5圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额 定动载荷为8800N，可满足要求，选定精度为3级。 （1）传动效率计算

η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4o33ˊ/tg(4o33ˊ+10ˊ)=0.965

（2）刚度验算

横向进给丝杠支承方式如 图所示，最大牵引力为2425N，支承

间距L=450mm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。 计算如下：

A.丝杠的拉伸或压缩变形量δ1(mm)

查表，根据Fˊm=2032N，D0=20MM，查出δL/L=5×10ˉ5 可算出

δ1= δL /L×L=4.2×10‐5 ×450=1.89×10‐2mm

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显然系统应进行预拉伸，以提高刚度 故 δˊ=0.25δ1=4.7×10—3

B.滚珠与螺纹滚道间接触变形

查表得 δq=8.5μm

因进行了预紧 δ2=0.5δq=0.5×8.5=4.25μm

C.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形

采用8103型推力球轴承，dq=5

Z=13 d=17mm

δc=0.00243√Fm2/(dq×Z2)

=0.00243√202.3/5×132=1.3×10ˉ3 考虑到进行了预紧，故

δ3=0.5 δc=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4 综合以上几次变形量之和得：

δ=δ

ˊ1

δ2δ3=4.7×10ˉ3+4.25×10ˉ3/+

=0.0096＜0.015（定位精度 ） 3.4.6稳定性校核

滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。 3.4.6.1传动比计算

（1）纵向进给齿轮箱传动比计算

已确定纵向进给脉冲当量 δp =0.01，滚珠丝杠导程L0=6mm，初选步进电机步距角0.75。可计算出传动比i

i=360δp / θbL 0 =390×0.01/0.75×6=0.8

可选定齿轮齿数为： I =Z1/Z2

Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=25 （2）横向进给齿轮箱传动比计算

已确定横向进给脉冲当量δp =0.005，滚珠丝杠导程L0=5mm，初选步进电机步距角0.75o。可计算出传动比i

I=360δp / θbL 0=360×0.005/0.75×5=0.48

考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速：

i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25 Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25

因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数参照下表：

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齿数 分度圆 d=mz df=d-21.232 40 24 40 20 25 64 80 48 80 40 50 齿顶数 da=d+2m 68 84 52 84 44 54 齿根数 齿宽 中心距

3.5步进电机的计算和选型

目前，步进电动机主要用于经济型数控机床的进给驱动，且用于开环控制结构。选用步进电动机时，通常希望步进电动机的输出转矩大，启动频率和运行频率高，步矩误差小，性能价格比高。但增大转矩与快速运行存在一定矛盾，高性能与低成本存在一定矛盾，因此实际选用时，必须全面考虑。首先，应考虑系统的精度和速度的要求；其次，对位移误差的的要求；第三，步进电机的特性曲线对步进电动机参数选择有影响的特性曲线：起动矩频特性曲线和反映转矩与连续运行频率之间关系的工作矩频特性曲线；第四，步进电动机的选择既要满足快速进给的要求，又要满足切削进给的要求。 3.5.1纵向进给步进电机计算 3.5.1.1等效传动惯量计算

传动系统折算到电机轴上的总传动惯量JΣ(kg?cm2)可有下式计算：

JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕 式中：Jm—步进电机转子转动惯量(kg?cm2) J1，J2—齿轮Z1、Z2的转动惯量(kg?cm2)

Js—滚珠丝杠传动惯量(kg?cm2)

参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF，其转子转动惯量Jm=10(kg?cm2)

J1=0.78×10-3×d14·L1=0.78×10-3×6.42×2=2.6 kg?cm2 J2=0.78×10-3×d24·L2=0.78×10-3×82×2=6.39 kg?cm2 Js=0.78×10-3×44×150=29.952 kg?cm2 G=800N

代入上式：

JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕

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5m A=(d1+d2)/2 59 75 43 75 35 45 (6--8)m 20 20 20 20 20 20 72 64 45 江苏信息职业技术学院毕业设计论文

=10+2.62+(32/40)〔(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2π)〕

=36.355 kg?cm2

考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。 Jm/JΣ=10/36.355=0.275 基本满足惯量匹配的要求。 3.5.1.2电机力矩计算

机床在不同的工况下，其所需转距不同，下面分别按各阶段计算：

A.快速空载启动力矩M

M

=Mamax+Mf+Ma

起

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在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下：

起

Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×10-2/(60×ta/2π) = JΣ×2π·nmax×10-2/(60×ta)

nmax=ν nmax=ν

360)=500r/min

启动加速时间ta=30ms

Mamax=JΣ×2π·nmax×10-2/(60×ta)

=36.355×2π×500×10-2/(60×0.03) =634.5N·cm

折算到电机轴上的摩擦力距Mf：

Mf=FOL0/2πηi=f1(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)

=0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.25)=94N·cm 附加摩擦力距M0

MO=FPOL0(1-η

20max

·θb/δp·360

·θb/δp·360=2400×0.75÷(0.01×

将前面数据代入，式中各符号意义同前。

max

)/2πηi=1/3×Ft×L0(1-η

20)/(2πηZ2/Z1)

=1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8×1.25) =805.3×0.19=15.3N·cm

上述三项合计：

MMM

起

=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cm

B．快速移动时所需力矩M

快

。

快

=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cm

C．快速切削负载时所需力矩 M

切

切

=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2πηi

=94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25) =94+15.3+127.96 =237.26N·cm

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