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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
課題名稱 龍門加工中心Z軸與Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
姓 名
指導(dǎo)教師
教研室主任
系 主 任
年 月 日
摘 要
本文全面闡述了龍門加工中心的結(jié)構(gòu)原理，描述了使用一對(duì)伺服馬達(dá)和滾珠絲杠螺母解釋的設(shè)計(jì)的特征的全面結(jié)構(gòu)的原理的優(yōu)點(diǎn)。有關(guān)設(shè)計(jì)和加工中心的驗(yàn)證更多的信息，進(jìn)行分析。此外，它概括的技術(shù)參數(shù)。
速度快，效率高，高剛性龍門加工中心提高了精度和輸入感顯著組件的效率，以降低制造成本，從而在目標(biāo)中，為了今天，以改善這些缺點(diǎn)，CNC機(jī)床的發(fā)展它是專為已經(jīng)成為一個(gè)主要方向?yàn)閆軸加工中心和數(shù)控機(jī)床行業(yè)，Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的當(dāng)前焦點(diǎn)的目的之一。
原則和滾珠絲杠的應(yīng)用等方面，將重點(diǎn)滾珠絲杠設(shè)備的選擇原則。選擇，參數(shù)的選擇，在選擇的準(zhǔn)確度，模式選擇周期，不僅原則，如匹配的主機(jī)的選擇，包括制造商的選擇。
關(guān)鍵詞：龍門加工中心，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠
Abstract
This paper describes the principles of a comprehensive structure of gantry machining center, design features, discusses the advantages of using servo motor and ball screw nut pairs. Details of the design and verification of the machining center, and analyzed. Also summarizes the technical parameters.
High-speed, high efficiency and high rigidity has become the main direction of development of today's CNC machine tools, in order to remedy these shortcomings, gantry machining center will come into being, greatly improving the accuracy and efficiency of parts, reduce production costs, and therefore the goal machining centers Z axis and Y-axis feed motion mechanism designed to be one of the objects of the current focus on the CNC machine tool industry.
Which focuses on the principle and the principle of selection of ball screw, ball screw system to production, application and other aspects were introduced. Including species selection, parameter selection, accuracy of selection, mode selection cycle, the principle of matching the host and select manufacturers and the like.
Keywords: gantry machining centers, CNC, servo motor, ball screw
23
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒 論 1
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢(shì) 1
1.2 龍門加工中心的基本原理 2
1.3 課題研究的目的和意義 3
第2章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 1
2.1課題的主要內(nèi)容和基本要求 1
2.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1
2.2.1 數(shù)控裝置總體方案的確定 1
2.2.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 1
2.2.3 編寫設(shè)計(jì)說明書 2
2.3 機(jī)床主要部件及運(yùn)動(dòng)方式的選定 2
第3章 Z向進(jìn)給伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
3.1 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 4
3.1.1 最大工作載荷的計(jì)算 4
3.1.2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 4
3.1.3 滾珠絲杠螺母副的選型 5
3.1.4 滾珠絲杠副的支承方式 5
3.1.5 傳動(dòng)效率的計(jì)算 5
3.1.6 剛度的驗(yàn)算 5
3.1.7 穩(wěn)定性校核 6
3.1.8 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證 6
3.2 步進(jìn)直線電機(jī)的計(jì)算和選用 7
3.2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 7
3.2.2 電機(jī)力矩的計(jì)算 8
3.3 步進(jìn)直線電機(jī)的選擇 10
第4章 Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4.1 滾珠絲杠的選擇 12
4.1.1 滾珠絲杠的精度 12
4.1.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算 12
4.2 伺服電機(jī)的選擇 16
4.2.1 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 16
4.2.2 負(fù)載慣量的計(jì)算 16
4.2.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 18
4.2.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法 18
4.3 導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 20
4.4 聯(lián)軸器的選擇 21
4.5 軸承的選擇 22
總結(jié) 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
第1章 緒 論
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢(shì)
1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，奠定了獲取信息社會(huì)的唯一與這些工具比較的人，為了打造，農(nóng)業(yè)，加強(qiáng)在工業(yè)社會(huì)人類的體力勞動(dòng)一個(gè)質(zhì)的飛躍。在1952年，在美國(guó)誕生了第一的數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)的機(jī)器帶來了質(zhì)的變化。
NC數(shù)控階段（1952至1970年）
人們需要使用硬件連接NC數(shù)控系統(tǒng)被稱為（硬連線NC），“騎”數(shù)字邏輯電路在機(jī)器專用計(jì)算機(jī)，例如，被稱為NC（NC）你。 1959年，第二代 - 晶體管; 1965年的第三代。
計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年 - 至今）
1970年，通用汽車公司，規(guī)?；a(chǎn)和小電腦已經(jīng)出現(xiàn)。因此，（縮寫是必須是“通用”，一臺(tái)電腦），它來了作為數(shù)控系統(tǒng)的移植是在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段的核心組成部分。 1971年，世界上第一，英特爾公司計(jì)算機(jī)在美國(guó)的兩個(gè)核心組件 - 運(yùn)算和控制裝置的單芯片上稱為微處理器（微處理器），集成的LSI技術(shù)，（也CPU，稱為中央處理單元）又稱。
1974年微處理器在數(shù)控系統(tǒng)使用。電腦功能采用過小，富裕機(jī)控制功能（它被調(diào)用一次，對(duì)照組，分別用來控制多臺(tái)機(jī)器），因?yàn)槲⑻幚砥?，有?jīng)濟(jì)合理。1990年，（PC被用來指家用PC是）的PC機(jī)作為符合芯成分的要求的數(shù)字控制系統(tǒng)中，以高的速度階段被開發(fā)。數(shù)控基于PC的系統(tǒng)可以在現(xiàn)在階段被發(fā)現(xiàn)。
總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段經(jīng)歷了三代。 1970年，第四代 - 1974年 - 第五代,1990年第六代。
雖然國(guó)家已經(jīng)改變數(shù)字控制（即CNC）的計(jì)算機(jī)的名稱，中國(guó)仍應(yīng)當(dāng)注意，作為用于指數(shù)控（NC）。因此，我們每天都在本質(zhì)上，被稱為“計(jì)算機(jī)數(shù)字控制”，他說，“NC”。
3.數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)
（1）為了繼續(xù)根據(jù)第六代個(gè)人電腦的發(fā)展方向的開，
至少人機(jī)界面，編程，以應(yīng)付網(wǎng)絡(luò)和通信問題，使用PC作為前端機(jī)，原系統(tǒng)，將承擔(dān)的一些數(shù)值的任務(wù)。
（2）大力發(fā)展高速，高精
（3）智能化方向發(fā)展
1.2 龍門加工中心的基本原理
數(shù)控（數(shù)控）是與控制方法的機(jī)器和過程控制的運(yùn)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)。
數(shù)控技術(shù)，數(shù)字化信息和工作流程，以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，新型，高科技現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速。 CNC數(shù)控，即所謂的數(shù)字化新技術(shù)，新工藝設(shè)備已經(jīng)覆蓋了機(jī)電一體化技術(shù)，傳統(tǒng)制造業(yè)和代表的新產(chǎn)品滲透，即范圍：機(jī)械制造技術(shù)，微電子，處理和傳輸技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，測(cè)試和監(jiān)控技術(shù)，傳感器技術(shù)，軟件技術(shù)。數(shù)控技術(shù)和新的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的設(shè)備和先進(jìn)的設(shè)備，是國(guó)家的最先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)是最基本的裝備。降低成本，生產(chǎn)效率，為了提高以提高的質(zhì)量保證和勞動(dòng)強(qiáng)度的其它方法，這是機(jī)械產(chǎn)品，這是極好的特別適用于多品種小批量生產(chǎn)的快速升級(jí)關(guān)鍵要有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)控設(shè)備先進(jìn)的制造工藝。多方位發(fā)展過程中，長(zhǎng)??期的技術(shù)開發(fā)和推廣，從發(fā)展速度的一側(cè)，到多軸，從傳統(tǒng)的單軸發(fā)展，從傳統(tǒng)的現(xiàn)代智能加工中心加工中心，加工后的龍門加工中心速度快，技術(shù)也比較成熟。然而，中國(guó)由5龍門加工中心所產(chǎn)生的薄弱的技術(shù)基礎(chǔ)，研究方法落后，以及資金投入不足等原因，國(guó)外的封鎖核心技術(shù)，發(fā)展緩慢[4 5加工中心]。從加工中心關(guān)鍵部件的開發(fā)，龍門的基本加工中心和羊肉國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：
1. 龍門：它包括一個(gè)橫梁和兩個(gè)立柱的結(jié)構(gòu)。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類型。橫梁固定式結(jié)構(gòu)機(jī)床剛性好，但修改梁結(jié)構(gòu)機(jī)床的剛度，所以關(guān)閉處理部分，以在工作表面時(shí)，不適合大分量的處理，并且低剛度加工延伸柱塞的長(zhǎng)度，當(dāng)過多時(shí)，尺寸精度影響;通過鎖定一個(gè)點(diǎn)，而不是該射束定位塊結(jié)構(gòu)段電梯的剛性更好，向上移動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng)光束的下壓頭聯(lián)動(dòng)，操作變得越來越復(fù)雜，向下壓頭移動(dòng)聯(lián)動(dòng)任何新產(chǎn)品與處理的廣泛發(fā)展的升降梁結(jié)構(gòu)的下射式運(yùn)動(dòng)，。 ，矩形剛性，以及列和橫截面的光束的重型切削和長(zhǎng)期精度公差。光束啟閉軌是，其操作，靈活快速和準(zhǔn)確的，具有設(shè)備的平衡量。由于圍繞主軸箱移動(dòng)時(shí)，載荷被改變?yōu)榫哂星蛳蛳聹p小的精度，因此遭受，設(shè)置在氣缸中的使用光束來平衡左和右頭部股票，由于負(fù)載梁左右移動(dòng)到的重量變化，以提高機(jī)床的精度。
2. 滑枕，分開式和閉式2種形式。開式結(jié)構(gòu)的滑枕通過夾緊板的開口結(jié)構(gòu)的主軸箱，柱塞的截面積，封閉結(jié)構(gòu)，推桿的主軸箱，它已被夾緊于推桿的小截面積。以使一個(gè)功能強(qiáng)大的重切削加工，以便可移動(dòng)靈活，柱塞，液壓平衡裝置和頭部庫存。即使在主軸上，在內(nèi)部使用連續(xù)重切削羊羔的時(shí)間強(qiáng)制冷卻期長(zhǎng)的，以及以保持精度。以免影響機(jī)器的剛性處理期間，為了滿足工作的處理要求的底表面，滑塊行程，過長(zhǎng)，是不合適的。柱塞，以便增加機(jī)器的整體剛度，采用了一體化結(jié)構(gòu)。
1.3 課題研究的目的和意義
中國(guó)近幾年的龍門加工中心，更快的發(fā)展喂機(jī)制，但國(guó)際先進(jìn)水平之間的差距，主要是，仍然存在：可靠性差，外觀差的質(zhì)量，產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，反應(yīng)差。
傳統(tǒng)加工中心體制不足和生產(chǎn)的問題，它已經(jīng)開發(fā)所需的常規(guī)機(jī)器的基礎(chǔ)上的新的加工中心的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。夾緊手工系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和傳輸系統(tǒng)中，通過傳統(tǒng)的研磨提供一個(gè)系統(tǒng)，增加新的技術(shù)，以降低自動(dòng)化以提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率，勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量這是。
龍門加工中心的現(xiàn)狀和趨勢(shì)機(jī)構(gòu)的發(fā)展，現(xiàn)報(bào)告如下。規(guī)格2，擴(kuò)展了小規(guī)模和大規(guī)模供應(yīng)機(jī)制，即發(fā)展。性能已通過采取鋼作為材料供給機(jī)構(gòu)開發(fā)的，并顯著提高承載能力進(jìn)給機(jī)構(gòu);以及繼續(xù)發(fā)展5連軸的平行進(jìn)給機(jī)構(gòu)在平行多軸的形式。
為了總結(jié)上訴，龍門加工中心的開發(fā)和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，具有研究在本主題的方法的結(jié)果相同的機(jī)械設(shè)計(jì)的非常高的重要性，以達(dá)到更好的加工中心的進(jìn)給機(jī)構(gòu)工業(yè)生產(chǎn)中，這已被設(shè)計(jì)，以允許他們的自動(dòng)化。
：加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的組件的主體，如下面所描述的，意思是所述部件的主要成分和設(shè)計(jì)方法，典型，被設(shè)計(jì)來研究龍門加工中心的結(jié)構(gòu)
1，通過數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和研究機(jī)構(gòu)掌握的一般設(shè)計(jì)程序和方法
2，通過研究的主題，我們將了解國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
3，分析并提供解決問題的能力，到畢業(yè)，為了培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神。
第2章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求
2.1課題的主要內(nèi)容和基本要求
本課題要求設(shè)計(jì)一臺(tái)龍門加工中心，機(jī)床主要設(shè)計(jì)參數(shù)下表：
完成該題目已具備的條件：可參考無錫橋聯(lián)數(shù)控生產(chǎn)的五軸龍門加工中心QLM27000-5x，依據(jù)該機(jī)床的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
具體參數(shù)
X軸行程------------------------------------------------------1000mm
Y軸行程------------------------------------------------------1000mm
Z軸行程-------------------------------------------------------500mm
主軸端面距工作臺(tái)面距離-------------------------------------300-800mm
快進(jìn)速度（X、Y、Z?軸）---------------------------------------40m/min
工進(jìn)速度（X、Y、Z?軸）---------------------------------------20m/min
加速度---------------------------------------------------------6m/s2
定位精度（X、Y、Z）------------------------------------------0.015mm
重復(fù)定位精度（X、Y、Z）---------------------------------------0.01mm
最小分辨率（X、Y、Z）---------------------------------------0.0001mm
機(jī)床電源----------------------------------------------AC3×380V三相50Hz
機(jī)床外形尺寸---------------------------------2800×3500×3200mm
2.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容
2.2.1 數(shù)控裝置總體方案的確定
(1).數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定；
(2).方案的分析，比較，論證。
2.2.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
1.設(shè)定脈沖當(dāng)量；
2.機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；
3.傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；
4. 設(shè)定伺服電機(jī)；
5.繪制裝配圖及零件圖；
6.等效慣量計(jì)算；
7.精度分析。
2.2.3 編寫設(shè)計(jì)說明書
(1) 說明書是設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括提方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，選用元器件參數(shù)的說明；
(2)論文正文不少于10000字。
2.3 機(jī)床主要部件及運(yùn)動(dòng)方式的選定
（1）選擇伺服電機(jī)
當(dāng)由功率逆變器到同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，它可以得到一個(gè)頻率正比于容易變速。這是，你可以得到很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個(gè)非常僵硬和機(jī)械性能。但結(jié)構(gòu)比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，比直流電動(dòng)機(jī)更易于更加復(fù)雜。同步電動(dòng)機(jī)，被分類為兩類磁性和非磁性的。在后一類，滯后和具有磁性反應(yīng)的多樣性。
（2）滾珠絲杠螺母選擇
球是沒有間隙，精度高，高剛性，高效率和其它優(yōu)點(diǎn)和螺釘。
球的數(shù)量是小的，緊湊的徑向，低摩擦損失，并可以是平滑的，傳動(dòng)效率高，雖然在軸向方向上的剛性好，后排珠，更復(fù)雜的樣品滾珠絲杠螺母工作循環(huán)，你可能需要調(diào)整的數(shù)控機(jī)床加工。以過盈配合的球，并在接觸滾珠絲杠螺母，也就是同時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)壓，調(diào)整在接近左到彼此，以推動(dòng)，除去留下的滾珠絲杠螺母和右間隙螺母。
（3）導(dǎo)軌副選擇
旨在引導(dǎo)層壓體的選擇軌進(jìn)給機(jī)構(gòu)，它已被移動(dòng)一軟帶，磨損膏機(jī)的其他引導(dǎo)表面層進(jìn)行研磨屬于滑軌表面的固定導(dǎo)軌的表面。此為30米/分是摩擦系數(shù)，0.03從成為導(dǎo)軌0.05加速到高剛性，摩擦動(dòng)態(tài)和靜態(tài)系數(shù)不爬行，確保它是輕微的差異。穿鑄鐵電阻，它可以比較鐵導(dǎo)軌和鑄造增加1至3倍。
第3章 Z向進(jìn)給伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型
3.1.1 最大工作載荷的計(jì)算
Z軸行程為500mm，已經(jīng)了解到，重力（N），為直線導(dǎo)軌，找出表格3-1，最大工作載荷的式子請(qǐng)見下面：
= (3.1)
式子里， ---考慮顛覆力矩影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，設(shè)1.4；
---滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，設(shè)0.2。
3.1.2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算
(3.2)
(3.3)
(3.4)
式子里，---滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位r；
---絲杠壽命，設(shè)15000；
---載荷系數(shù)，設(shè)1.2；
---硬度系數(shù)設(shè)1；
---橫向絲杠副最大工作載荷，設(shè)2459.6；
---橫向滾珠絲杠導(dǎo)程，初。
---橫向最大工進(jìn)速度，該設(shè)計(jì)值為；
---橫向最大工進(jìn)速度對(duì)應(yīng)絲杠的轉(zhuǎn)度，單位。
計(jì)算得出得 ：=12278.8。
3.1.3 滾珠絲杠螺母副的選型
我選FL3205-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，用雙螺母方式預(yù)緊，具體數(shù)據(jù)詳見表格3-1。
表3-1 FL3205-3型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)
公稱直徑/
導(dǎo)程/
鋼球直徑/
絲杠外徑/
絲杠底徑/
額定載荷/
接觸剛度
/
1453
32
5
3.5
19
16.5
32.8
14
3.1.4 滾珠絲杠副的支承方式
考慮它的長(zhǎng)度、精度和負(fù)載的大小再還有改動(dòng)成本，我采取的是雙推-單推支承方法，該方式軸向剛度高，位移精度好，可以進(jìn)行預(yù)拉伸。
3.1.5 傳動(dòng)效率的計(jì)算
= (3.5)
式子里，---螺距升角，按式子,得出=2°28′；
---摩擦角，往往設(shè)=10′。
算得： ==95.67% (3.6)
3.1.6 剛度的驗(yàn)算
=（“+”號(hào)代表拉伸，“-”代表壓縮）
式子里，---絲杠的最大工作載荷，單位為；
---絲杠縱向最大有效行程，單位為；
---絲杠材料的彈性模量，鋼；
---絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。
根據(jù)設(shè)計(jì)，為2459.6N，為420，為36.5，算得：
==±0.0047 (3.7)
=±4.7
找出表格3-3了解到，,所以剛度足夠。
3.1.7 穩(wěn)定性校核
= (3.8)
式子里，---絲杠支承系數(shù)，從表格3-4得出單推-單推時(shí)，設(shè)出1；
---滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，往往設(shè)2.5～4，本設(shè)計(jì)選用4；
---滾珠絲杠兩端支承間的距離， ，本設(shè)計(jì)中該值為500；
---按絲杠底徑確定的截面慣性矩，（，單位為）本設(shè)中將代入算出=87080。
由以上數(shù)據(jù)可以算出：== (3.9)
臨界載荷遠(yuǎn)大于工作載荷（2459.6N），因此絲杠是穩(wěn)定的。
3.1.8 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證
(3.10)
式子里，---絲杠支承系數(shù)，單推-單推方式時(shí)，從表格3-5可得該值為12.1；
---臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度， ，本設(shè)計(jì)中該值約為720；
---絲杠內(nèi)徑， ；
---安全系數(shù)，設(shè)出=0.8
經(jīng)過計(jì)算，得出=5321，由已經(jīng)了解到，，可以算出，該值小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
3.2 步進(jìn)直線電機(jī)的計(jì)算和選用
3.2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
1.軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算（）
(3.11)
對(duì)于鋼材：
(3.12)
式子里，
M---圓柱體質(zhì)量（）
D---圓柱體直徑（）
L---圓柱體長(zhǎng)度（）
---鋼材的密度
對(duì)于齒輪：D可取分度圓直徑，L取齒輪寬度；
對(duì)于絲杠：D可近似取絲杠公稱直徑---滾珠直徑，L取絲杠長(zhǎng)度。
具體式子請(qǐng)見下面：
(3.13)
2.絲杠傳動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量
步進(jìn)直線電機(jī)到絲杠，此傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式子：
(3.14)
式子里，
具體式子請(qǐng)見下面：
(3.15)
3.2.2 電機(jī)力矩的計(jì)算
電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面是一些相關(guān)計(jì)算。
1.快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩
式子里，
2. 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩
因此對(duì)運(yùn)動(dòng)部件已起動(dòng)，固不包含，顯然。
3.最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩
式子里，
在采用絲杠螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種力矩可用下式計(jì)算
(3.16)
式子里，
摩擦力矩
式子里，
附加摩擦力矩
(3.17)
式子里，
折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩
式子里，
具體計(jì)算：
橫向： (3.18)
(3.19)
3.3 步進(jìn)直線電機(jī)的選擇
目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控中大多數(shù)采用反應(yīng)式步進(jìn)直線電機(jī)。
1. 首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距，從表中查出，當(dāng)步進(jìn)直線電機(jī)為三相六拍時(shí)，
(3.20)
縱向： (3.21)
可以通過以產(chǎn)生一個(gè)最大靜扭矩步進(jìn)電機(jī)的線性模型表，110BYG3500型最大靜扭矩扭矩8N.M，比所需靜轉(zhuǎn)矩越大點(diǎn)擊（三相）分離，作為主模型你可以。然而，需要進(jìn)一步的評(píng)估，運(yùn)行起動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性的轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)和頻率特性的頻率特性。
步進(jìn)直線電機(jī)起動(dòng)頻率 Hz (3.22)
最高工作頻率 Hz (3.23)
從電機(jī)表中查出，我選的電機(jī)可以達(dá)到條件。
橫向： (3.24)
設(shè)出90BYGH3502型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為5N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩。
第4章 Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 滾珠絲杠的選擇
4.1.1 滾珠絲杠的精度
查閱滾珠絲杠的樣本選擇絲杠精度為5級(jí)精度等級(jí)，Y軸行程1000mm
4.1.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算
1.最大工作載荷的計(jì)算
絲杠的摩擦力式子見下面：
（N） (4.1)
絲杠最大載荷是：
5000＋196＝5196（N） (4.2)
平均載荷是：
=×=≈3529（N） (4.3)
2.當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算
滾珠絲杠副主要依據(jù)導(dǎo)程和動(dòng)載荷數(shù)據(jù)設(shè)得,:
驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速2000 轉(zhuǎn)每分鐘
絲杠的最高轉(zhuǎn)速是2000轉(zhuǎn)每分鐘，工作臺(tái)最小進(jìn)給速度是0.5米每分鐘，所以絲杠的最低轉(zhuǎn)速是0.1轉(zhuǎn)每分鐘，設(shè)0，則平均轉(zhuǎn)速n=1000轉(zhuǎn)每分鐘。絲杠使用壽命T=15000h，所以它的工作時(shí)限式子算得：
==675（r） (4.4)
當(dāng)量動(dòng)載荷值： (4.5)
式子里， ------通常設(shè)得1.2-1.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)設(shè)1.5-2.5；
------精度影響系數(shù)設(shè)=0.9。
根據(jù)要求去為1.5，為0.9，把上面相關(guān)數(shù)值代到式子
≈51.59（KN） (4.6)
最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程設(shè)出 FF4010-5型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠副，數(shù)據(jù)如下表。
表4.1 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)
名 稱
符 號(hào)
計(jì)算公式和結(jié)果
公稱直徑（mm）
40
螺距(mm)
P
10
接觸角
鋼球直徑(mm)
7.144
螺紋滾道法面半徑(mm)
偏心距(mm)
0.009
螺紋升角(mm)
=
絲杠外徑(mm)
39.5
絲杠底徑(mm)
34.3
螺桿接觸直徑(mm)
32.87
3.傳動(dòng)效率的計(jì)算
將公稱直徑－40毫米，導(dǎo)程－10毫米，代入λ=arctan[]，絲杠螺旋升角λ=。將摩擦角，代入=，算出傳動(dòng)效率=93.7%。
4.剛度的驗(yàn)算
它可用于確認(rèn)該滾珠絲杠螺母的校驗(yàn)剛性。
a、滾珠絲杠滾道間的接觸變
找到相關(guān)式子得出滾珠絲杠與螺紋滾道間接觸變形：
(4.7)
式子里=51590N。把上面相關(guān)數(shù)值代到式子；
==0.013(mm)
設(shè)=0.0065mm。
b、絲杠在工作載荷作用下的抗壓變形
則絲杠的截面積： =1540.6()。
按式子把上面相關(guān)數(shù)值代到式子：
=0.018(mm)
C、總的變形
==0.0065+0.018=0.0245mm,絲杠的有效行程為600， 絲杠在有效行程500---400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到30μm,，可見絲杠剛度足夠。
5.穩(wěn)定性的驗(yàn)算
(4.8)
公式子里設(shè)支撐系數(shù)=2，
從=43.3mm算出=188957.7()， K取3， 取最大值1200mm，代到式子得：
=181129.6(㎏)
則f=181129.6N大于=51590N，故不會(huì)失穩(wěn)，滿足使用要求。
6.臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算
查資料得公式 ：
(4.9)
（一端固定，一端游動(dòng)）
把上面相關(guān)數(shù)值代到式子：4397(轉(zhuǎn)每分鐘)。
7.滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定
由于能夠知道上述檢查，絲杠型號(hào)為FF4010-5完全符合所需要求。
8.絲杠支承的選擇
滾珠絲杠的主要載荷是主負(fù)載軸向載荷，因此，準(zhǔn)確的螺桿的軸向方向，就需要有一個(gè)較大的軸向剛度要求。支持其配置在固定兩個(gè)在軸向方向上結(jié)束。選擇的另一端和浮子固定一端的支持，螺桿的設(shè)計(jì)。
4.2 伺服電機(jī)的選擇
4.2.1 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩式子:
(4.10)
機(jī)械效率=0.947，因?yàn)闈L珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩：
（N·m） (4.11)
摩擦力矩為0.32N·m，一對(duì)軸承的摩擦力矩=0.64N·m。傳動(dòng)比=1，那么最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩：
(N·m)
所選的伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩比這個(gè)值大。
4.2.2 負(fù)載慣量的計(jì)算
負(fù)載慣量可按下式計(jì)算：
(kg·㎡) (3.14)
絲杠名義直徑=50mm=0.05m，長(zhǎng)度L=1.2m絲杠材料（鋼）的密度ρ=7.8㎏·。按式子計(jì)算絲杠加在電動(dòng)機(jī)軸上的慣量：
(㎏·㎡) (4.12)
慣量，即(㎏·㎡)
故負(fù)載總的慣量式子是：
(㎏·㎡)
根據(jù)有關(guān)資料的推薦，匹配條件為：
(4.13)
根據(jù)上述計(jì)算可選用表3.2中的交流伺服電機(jī)α22/3000i型，其額定轉(zhuǎn)矩為22N·m，最高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.012㎏·㎡。
表4.2 FANUCα(HV)i系列交流伺服電機(jī)
型號(hào)
α1/ 5000i
α2/ 5000i
α4/ 4000i
α8/ 3000i
α12/ 3000i
α22/3000i
輸出功率/kw
0.5
0.75
1.4
1.6
3
4
額定轉(zhuǎn)矩(N·m)
1
2
4
8
12
22
最高轉(zhuǎn)速
5000
5000
4000
3000
3000
3000
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(㎏·㎡)
0.00031
0.00053
0.0014
0.0026
0.0026
0.012
質(zhì)量㎏
3
4
8
12
18
29
伺服放大器規(guī)格
20i
20i
20i
40i
80i
80i
4.2.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算
需要的空載加速轉(zhuǎn)矩按下式，
(4.14)
選的α22/3000i型交流伺服電動(dòng)機(jī),總慣量：
0.0120+0.0092=0.0212(㎏·㎡)
加速度時(shí)間通常取的3~4倍，故=(3~4)=(3~4)×6=18~24(ms)，則
(N·m)
4.2.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法
滾珠絲杠是，除了在一個(gè)方向上存在精確進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，有特定的要求，也有為了確保的反向之間的軸向間隙的精度的嚴(yán)格要求。軸向間隙是完全除去，這是很困難的。一般雙螺母，它消除了間隙加預(yù)負(fù)載系統(tǒng)的軸線方向。它已被添加到除去雙螺母預(yù)緊調(diào)整后基本上軸向間隙。如果單個(gè)滾珠絲杠螺母的軸向間隙和預(yù)壓的副本不是固定的調(diào)節(jié)螺釘和裝入一個(gè)螺母，它可依賴于軸向間隙精度和精密滾珠絲杠連接。
以注意的是，兩者的，在為了填補(bǔ)雙螺母預(yù)緊的正軸向方向之間的差距。你已被部隊(duì)的存在預(yù)裝之后，可以讓你預(yù)拉伸，以減少的原因和彈性變形的位移變形。然而，許多的預(yù)加載的太是，否則，它被增加驅(qū)動(dòng)扭矩，低傳動(dòng)效率高，壽命將會(huì)縮短。第二：去除的軸向間隙，所述螺桿驅(qū)動(dòng)裝置和間隙的軸向方向的安裝部，則不能忽視它應(yīng)在同一時(shí)間減少到最低限度進(jìn)行調(diào)整。以下是使用三種方法中最常用的雙螺母預(yù)緊調(diào)整。
1.墊片調(diào)隙式
因?yàn)殚g隔件間隙調(diào)整公式的轉(zhuǎn)動(dòng)，通常是在螺釘和螺母在兩個(gè)凸緣和圓珠筆連接的中間的順序。的墊片間隙的厚度被確定為產(chǎn)生一個(gè)預(yù)拉力，是螺母之間的軸向位移的目的。
這樣的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，并且其特征在于，容易組裝和拆卸。然而，一個(gè)缺點(diǎn)，以便消除間隙，由于能夠切換到隔離物的不同的厚度，一個(gè)非常耗時(shí)的調(diào)整不能調(diào)節(jié)到工作狀態(tài)，在其中它被使用的一般機(jī)制因?yàn)檫@樣的精度。
2.螺紋調(diào)隙式
結(jié)果表明螺桿間隙的調(diào)整公式。延長(zhǎng)隨后的幾輪在外側(cè)套筒上的鎖緊螺母，以及調(diào)節(jié)間隙之后的第二圓螺母，螺桿凸緣，和一個(gè)是你堅(jiān)果外端部和另一螺母沒有凸緣的螺母的外端，然后將其鎖定。
這種結(jié)構(gòu)因此容易調(diào)整緊湊，雖然廣泛使用的，非常精確的調(diào)整的位移量。
圖4.4 墊片調(diào)隙式 圖4.5螺紋調(diào)隙式
（3）齒差調(diào)隙式
如圖4.6為齒差調(diào)隙式。另外，在兩個(gè)螺母的是2齒3上的凸緣的圓內(nèi)，具有環(huán)形齒輪的齒的齒之間的螺旋1和銷的齒3套筒的內(nèi)圓數(shù)值差，4 5對(duì)已經(jīng)已得到修復(fù)。調(diào)整，滾筒輥?zhàn)?，通過兩個(gè)螺母的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母旋轉(zhuǎn)圓柱齒輪2，其可以執(zhí)行兩種相互角位移，以便除去齒3的內(nèi)圓，此次重組是精確和可靠的定位精度，在機(jī)器的唯一的高精密數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應(yīng)用。
1------螺釘； 2------圓柱齒輪； 3------內(nèi)齒圓；
4------定位銷； 5------套筒。
圖4-6 齒差調(diào)隙式
4.3 導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇
選導(dǎo)軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取
根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:
選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25
基本參數(shù)如下:
表4.3 額定靜載荷初選導(dǎo)軌
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導(dǎo)軌重量
導(dǎo)軌長(zhǎng)度
動(dòng)載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個(gè)數(shù)
單向行程長(zhǎng)度
每分鐘往復(fù)次數(shù)
M
4
0.6
4
導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長(zhǎng)度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
4.4 聯(lián)軸器的選擇
金屬撓性接頭的彈性元件，板材彈簧，圓柱形，例如可以是板狀形狀的各種配置，諸如音量，使用金屬，配置，性能柔性聯(lián)接。金屬彈性元件，的高溫度條件下的強(qiáng)度，最大值和彈性，使用壽命長(zhǎng)的模量的穩(wěn)定的彈性部件的合適的非金屬，比所述高負(fù)載傳遞能力,,更高。
幾個(gè)一起堆疊的片材設(shè)置數(shù)目由組所指示的，由隔膜，以及耦合鏈路的兩半，螺栓膜片聯(lián)接器隔膜（不銹鋼）移位的各膜片工作的耦合全不同的形狀。高性能金屬弱元件撓性聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)更緊湊，高亮度，無油，長(zhǎng)壽命的旋轉(zhuǎn)再現(xiàn)，與適合于高速，獨(dú)立的溫度和油油膜，堿，防銹性能，高溫度，已被廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備傳輸?shù)妮S系傳動(dòng) 。
圖4.7 DJM5金屬膜片撓性聯(lián)軸器
4.5 軸承的選擇
滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動(dòng)軸承有：
1.接觸角為60度的角接觸球軸承
它廣泛的軸承可以組合設(shè)置，它在國(guó)內(nèi)外的球軸承使用。之一是，后端到回到另一個(gè)組合，是一個(gè)面到面。一軸向一個(gè)方向的力的組合支持采取下列因素CA：21.40;3216;4至2.64。制造和誤差不可避免緣安裝，而且由于小回到后端在使用兩個(gè)面的軸的交叉點(diǎn)之間的距離的面對(duì)行比組合和螺桿之間的接觸的過程中，同軸螺母，自動(dòng)調(diào)整很容易實(shí)現(xiàn)。因此，將開發(fā)的組合的驅(qū)動(dòng)器與更多面對(duì)面。
2.滾針---推力圓柱滾子組合軸承
該軸向負(fù)荷的兩個(gè)方向，磨環(huán)間隔套筒，預(yù)壓量已經(jīng)固定相對(duì)于該調(diào)整寬度旋轉(zhuǎn)推力軸承。
這回使用角接觸球軸承， 7009 型號(hào)，具體詳見下表格。
表4.4 角接觸球軸承
總結(jié)
在這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過我仔細(xì)查閱書刊數(shù)量大，分析的基本設(shè)計(jì)要求和由導(dǎo)師提供的數(shù)據(jù)，但是現(xiàn)在我們的加工中心是，它會(huì)發(fā)展大勢(shì)所趨機(jī)構(gòu)分析，在網(wǎng)上圖書館，然后，以確定第一暫定這種設(shè)計(jì)的基本方案，收集了大量的第一手資料，然后設(shè)計(jì)出具體方案。
為了滿足這些要求，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)摩擦，從而軋件，取向降低靜壓導(dǎo)軌貨架，以便利用輔助驅(qū)動(dòng)的，比如，以最大限度地提高低摩擦滾珠絲杠是設(shè)計(jì)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，坐標(biāo)必須，該帶動(dòng)工程機(jī)械的未來成員驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)控機(jī)床的控制裝置伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向，并通過執(zhí)行器反饋閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制，數(shù)控機(jī)床是清除鍵。通過選擇減速的最佳比例，以減少慣性，利用預(yù)壓方法用于改善傳輸剛性，旨在消除的方法的死區(qū)，提高了最重要的傳播剛性和低慣性一個(gè)錯(cuò)誤，如為，相反減少。為了消除間隙，利用傳輸剛度增加的預(yù)負(fù)荷，不僅，不僅大小和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的突出特點(diǎn)的機(jī)械設(shè)計(jì)的慣性，則不需要增加幾乎恒定傳輸剛度。
伺服系統(tǒng)，步進(jìn)馬達(dá)，在順序的徑向凹槽，以確保圓形，直接連接到所述滾珠螺桿通過柔性聯(lián)接螺桿傳動(dòng)的帶動(dòng)下，軸承角軸承，保證主軸的偏轉(zhuǎn)擊敗，你可以使用都沒有。在設(shè)計(jì)中，認(rèn)為滿足精度要求，考慮到經(jīng)濟(jì)效率，設(shè)備和部件的選擇是高精確度的要求，設(shè)計(jì)的成本高。
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[10]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1
致 謝
在本文中，是在老師的指導(dǎo)下完成的，他渴望幫助很多教師和學(xué)生來要永遠(yuǎn)感謝他們，我的設(shè)計(jì)。首先，我要感謝我們的教授。我們的老師認(rèn)為??是適當(dāng)?shù)陌才诺臅r(shí)間表，但我們是嚴(yán)格的，關(guān)閉從開始到畢業(yè)的回復(fù)，有可能避免懶散現(xiàn)象的日程安排出現(xiàn)混亂你。為了使我們能夠勝利完成的時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，老師一再加深我們對(duì)數(shù)控機(jī)床的理性認(rèn)識(shí)，本集團(tuán)的學(xué)生帶數(shù)控龍門加工中心之旅一年。相關(guān)信息設(shè)計(jì)學(xué)生的一部分，為了保證這些學(xué)生，這些學(xué)生的進(jìn)步，很難親自領(lǐng)取，以便找到相關(guān)資料，找老師多么專業(yè)不同你可以。各組學(xué)生的進(jìn)展，我們是作為已經(jīng)上了大學(xué)的要求已經(jīng)達(dá)到，這是有效的教師指導(dǎo)的來源。我很欣賞老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，贊美他的人，并感謝他的耐心，以指導(dǎo)我們。我相信他，我會(huì)教我的生活。
其次，我是，在設(shè)計(jì)過程中，我想感謝所有我們組的學(xué)生，他們給了我無私的幫助。李特別是學(xué)生，他是一個(gè)善良，充滿知識(shí)，勤奮工作。在許多方面，走在了我們的面前，我是他的一切，我認(rèn)為這是類似于解決遇到的難題，在設(shè)計(jì)手冊(cè)的一面。
我給我們以幫助老年人和想再次感謝所有但從數(shù)控機(jī)床的操作點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的自我的教師。它們提供的協(xié)助我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)的選項(xiàng)和無私的感謝。