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購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 加工中心側銑頭結構設計 作 者 姓 名： 安浩鵬 指 導 教 師： 馬曉波 學 院 名 稱：機械設計制造與自動化 專 業(yè) 名 稱：機械設計制造及自動化 沈陽工學院 2016年 4 月 加工中心側銑頭結構設計 of of a 者 姓 名： 安浩鵬 指 導 教 師： 馬曉波 學 院 名 稱：機械設計制造與自動化 專 業(yè) 名 稱：機械設計制造及自動化 開 始 日 期： 2016年 04月 05 日 終 止 日 期： 2016年 05月 19 日 沈陽工學院 2016年 4 月 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 I 摘要 本設計主要是根據設計要求，依據機械設計和機械制圖的基本原理對 一臺重型數控龍門銑床的 側銑頭進行結構設計，該側銑頭能夠在 X 方向和 Z 方向兩個方向上進行銑削運動。本設計主要分三部分： 第一部分是根據設計要求對側銑頭的結構進行總體方案的設計， 主要包括伺服進給運動和主運動方式的確定。 第二部分是利用機械設計基本原理對設計中伺服進給運動和主運動系統(tǒng)的機械部分的設計計算，主要包括進給電動機、主軸電動機、滾珠絲杠副的選則、計算和校核以及對同步帶和帶輪進行設計。 第三部分是根據所選擇設計的主要零件，先進行大體結構設計，之后在此基礎之上，利用機械制圖的基本原理，應用 子圖版對側銑頭的結構進行二維設計，并生成三張二維裝配圖紙和一張二維零件圖紙。 關鍵字 ： 重型數控龍門銑床 側銑頭 結構設計 總體方案設計 二維設計 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 he is to of a as of of on of is is a of of as of is of of of as of of of is to on of in to to of of 陽工學院畢業(yè)設計說明書 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................................................................................................................................一、緒 論 ·························································································· 1 內外數控機床的發(fā)展狀況 ···························································· 1 控技術的發(fā)展趨勢 ······································································ 2 計目的和意義 ············································································ 3 二、總體方案設計 ·············································································· 5 ················································································ 5 ················································································ 6 三、伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 ···························································· 8 ·································································· 8 知參數 ··········································································· 8 削力的確定 ····································································· 8 珠絲扛螺母副的設計、計算 ················································ 8 給伺服系統(tǒng)傳動計算 ································································ 11 動機選擇 ······································································ 11 步 帶的設計計算 ····························································· 17 床主軸部分設計計算 ································································ 18 軸電機及其減速器的選擇計算 ··········································· 18 步帶的設計計算 ····························································· 19 四、二維設計 ·················································································· 21 體結構設計 ············································································· 21 用 子圖版進行二維設計 ················································· 22 經濟技術性與環(huán)保分析 ······································································· 27 結 論 ····························································································· 28 致 謝 ····························································································· 29 參考文獻 .......................................................................................................................沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 1 第一章 緒論 內外數控機床的發(fā)展狀況 20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應用，計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是世紀內制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術進步。自從 1952年美國第 1臺數控銑床 發(fā)明出來到現在已有 50年。數控設備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成 了 龐大的數控制造設備家族，全世界每年的產量有 10～ 20萬臺，產值上百億美元。 尤其是以美國和德國為代表的數控技術最為先進。 只就數控銑床來說 ，已經出現了各式各樣適應于不同加工形式的數控銑床，而只就數控龍門銑床來說，自從 西班牙尼古拉斯·克雷亞集團公司 (稱 80年代中期開發(fā)出第一臺龍門式數控銑床，在這短短的幾十年里，數控龍門銑床技術的不斷發(fā)展，先后出現了各種形式的龍門銑床，到目前為止數控龍門銑床技術的發(fā)展已經相當完善。 從整體上看，現在在機械行業(yè)中使用的數控龍門銑床大部分只帶有立式銑頭，也就是說只能對工件上表面進行 向銑削或是帶有側銑頭但該側銑頭只能進行 就是說帶有能夠做兩個方向進給運動的 側銑頭還是少見的。特別是對于重型龍門銑床來說，加工工件一般都是很大很重的，移動工件時很不合理的，所以這時采用能夠做兩個方向進給運動的側銑頭是必要的。 我國數控機床制造業(yè)在 80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產品實現向數控化產品的轉型 ，但數控龍門銑床并未得到很大發(fā)展。 有專家指出專家說，從整體上提高我國機床水平刻不容緩。但當前需要特別注意的是，必須快速提高數控機床產品的自主開發(fā)、制造能力。為此，要建立有效的數控技術開發(fā)中心，加強對重點工藝的研究、試驗，形成成套開發(fā)能力；同時，通過國際合作生產、合 資經營，實現主流產品生產的高起點、成批量、專業(yè)化。 數控技術的發(fā)展趨勢 從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面： （ 1） 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢 效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 2 產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為 5大現代制造技術之一，國際生產工程學會（ 其確定為 21世紀的中心研究方向之一。 高速加工中心進給速度可達 80m/至更高 ，空運行速度可達 100m/ 在加工精度方面，近 10年來，普通級數控機床的加工精度已由 10μ μ m，精密級加工中心則從 3～ 5μ m，提高到 1～ m，并且超精密加工精度已開始進入納米級 (m)。 在可靠性方面，國外數控裝置的 000服系統(tǒng)的 現出非常高的可靠性。 為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。 （ 2） 5軸聯(lián)動加工和復合加工機 床快速發(fā)展 采用 5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為， 1臺 5軸聯(lián)動機床的效率可以等于 2臺 3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬火鋼零件時， 5軸聯(lián)動加工可比 3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。 當前由于電主軸的出現，使得實現 5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型 5軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含 5面加工機床）的發(fā)展。 （ 3） 智能化、開放式、網絡 化成為當代數控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 （ 4）重視新技術標準、規(guī)范的建立 數控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數控技術誕生后的 50年間的信息交換都是基于 采用 G， 工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來 越不能滿足現代數控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統(tǒng)一數據模型，從而實現整個制造過程，沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 3 乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化。 設計目的和意義 (a) 目的 （ 1） 根據設計要求 ，設計一個重型數控龍門銑床的側銑頭，使其能夠在橫向和縱向兩個方向作進給運動，對于一臺重型數控龍門銑床來說通常加工的工件都是很大很重的，在加工過程中要讓工件移動或是進行多次安裝是很費時費力 的，所以設計一個能夠在橫向和縱向兩個方向作進給運動的側銑頭，來減少實際工件的移動和安裝次數，進而減少安裝的時間和由于多次安裝引起的定位精度誤差。 （ 2） 使學生了解機械設備的設計過程。對作為一名將來從事機械行業(yè)的大學生來說，了解機械設備的設計過程是一個必須的。而對數控銑床側銑頭的設計完全能夠體現出機械設備的設計過程以及在設計過程中應注意的問題和一般要考慮的因素。 （ 3） 使學生能夠將在大學期間所學的理論知識與具體實踐相結合。當今大學生大部分都存在著不知道如何將大學所學的東西運用到實際中去，甚至認為大學所學的 東西根本沒有用處。 （ 4） 使學生在實際過程中學習新的軟件。通過完成這個畢業(yè)設計，以掌握當今社會上一些常用的制圖軟件和分析軟件。現在的社會是高科技的社會，對于機械行業(yè)來說也是如此。現在的機械行業(yè)中很少有用手工繪制的圖紙，而且現在的人們都有一種安全的理念和結構的美感，運用分析軟件對工程師所設計的結構進行強度分析，可以事先發(fā)現不合理之處，以便提早加以改正。 (b) 意義 （ 1）、在現實中，帶有側銑頭的數控龍門銑床是不常見的一種形式，而帶有能夠在兩個方向上進行進給運動的側銑頭的龍門銑床更是不常見。這項設計所設計的 側銑頭與其他龍門銑床部分相配合，可以應用在現實中對工件進行三個方向上的加工，從而很可能能夠對工件進行一次性安裝加工，這無疑可以省去很多調整時間并保證良好的安裝精度。而且這是對一臺重型數控龍門銑床側銑頭的設計，對于一臺重型銑床來說，加工的工件一般都是很大很重的，要對工件進行多次安裝是很困難的也很浪費時間，且定位精度不容易保證，而該課題所設計的側銑頭正適合這種情況，所以說這項設計有重要的現實意義。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 4 （ 2）、在做畢業(yè)設計的過程中學習掌握二維繪圖軟件，為以后更好的適應社會打下良好的基礎。 （ 3）、了解機械產品的設計 過程，掌握設計過程中應注意的問題和應考慮的因素。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 5 第二章 總體方案設計 設計基本要求 1） 側銑頭的行程為 600 2） 定位精度為 5η m ； 3） 與立柱連接部分橫跨度為 1300 4） 最大進給速度為 10 m/ 5） 兩側銑頭中間能通過最大零件寬度為 3150 6） 主切削力 5000N。 圖 加工中心方案圖 1 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 6 圖 加工中心方案圖 2 總體設計方案 根據設計要求，側銑頭能夠在橫向和縱向進行切削進 給，即在 向進行切削進給。為實現這兩個運動，所以將側銑頭主要分為實現縱向運動的垂直導軌和實現橫向運動的水平滑枕兩部分。同時需要在這兩部分上安裝有實現的導軌，考慮到此數控機床是一臺重型數控龍門銑床，側銑頭本身有很大的重量并且在加工過程中要受到很大的切削力的作用，這就要求所選擇的導軌必須能夠承受很大的重力及較高的剛度，除此之外，因為本數控機床要求有很高的加工精度，根據這一點本設計采用承載能力大結構簡單剛性好的貼塑滑動式矩形導軌，在這之中之所以采用貼塑方式是因為普通的滑動導軌摩擦系數大，容易產生爬行現象，而 貼塑導軌具有摩擦系數小、抗咬合磨損性能好、不易爬行、工藝性能好等優(yōu)點，但是由于矩形導軌磨損后不能自動補償間隙，這就會影響加工精度和定位精度，因此對于導軌主要承載面需要有間隙調整裝置，在本設計中，采用斜鑲條對其進行調整。 對于主軸的運動，初步考慮了兩種方案：一、采用電動機通過聯(lián)軸器帶動主軸運動；二、采用電動機通過同步帶帶動主軸運動。但是考慮到此設計是一臺重型數控龍門銑床，側銑頭本身有很大的重量并且在加工過程中要受到很大的切削力的作用，要帶動側銑頭沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 7 運動并實現進給，這就要求選擇功率很大的電動機，而這就導致電動機有 很大的結構尺寸，如果采用聯(lián)軸器進行連接，勢必會增加側銑頭的結構尺寸，從而導致側銑頭重量的增加浪費原材料。而采用同步帶傳動，可以將電動機放置在側銑頭結構以外，這不但會減小側銑頭的結構尺寸，同時也大大降低了原材料的使用；除此之外，采用同步帶傳動，還具有傳動比準確，傳動效率高，噪音小的優(yōu)點。這符合經濟環(huán)保的要求。為保證加工精度，在這部分設計中，主軸采用高精密主軸 為了實現橫向進給運動，也初步考慮了兩種方案：一、采用電動機通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠螺母副連接帶動水平滑枕運動；二、采用電動機通過同步帶與滾珠 絲杠螺母副帶動水平滑枕運動。如果采用聯(lián)軸器連接的方式，就要將電動機及聯(lián)軸器安置在水平滑枕的尾部，而一個大功率的電動機有很大的重量，這樣就會導致水平滑枕尾部承受很大的重力，從而產生很大的扭矩，這對實現水平滑枕的運動精度、定位精度產生影響，并會導致摩擦性能的降低，而且為實現設計要求，水平滑枕需要有很長的結構尺寸，如果在將電動機放置在水平滑枕尾部，這就增加了整體機床的安裝空間；而采用電動機通過同步帶與滾珠絲杠螺母副帶動水平滑枕運動的方式，可以將電動機放置在垂直導軌上，這無疑可以減少安裝空間，而且合理利用空間。之所 以采用滾珠絲杠螺母副進行傳動，是因為它具有摩擦損失小，傳動效率高；摩擦阻力小，動靜摩擦力之差極小，因而運動靈活、平穩(wěn)、低速時不易產生爬行、且磨損小、精度保持性好、壽命長；絲杠螺母之間進行消隙或預緊，可以消除反向間隙、市反向無死區(qū)，定位精度高、軸向剛度大；傳動具有可逆性，即能將旋轉運動轉換為直線運動等優(yōu)點，此設計中采用的滾珠絲杠螺母副是 對于主軸電動機的選擇，初步選用西門子公司生產的風冷式交流感應電動機。對于伺服進給電動機，初步選用西門子公司生產的自冷式三相交流同步伺服電動機。交流 伺服電動機結構簡單、體積小、制造成本低；其沒有電刷和換向器，不需要經常維護，沒有直流伺服電動機因換向火花影響運行速度提高這種限制。 為了提高水平滑枕的 該方向上安裝直線光柵尺進行位置檢測并構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除整個系統(tǒng)的誤差，包括機械系統(tǒng)的傳動誤差等，其控制精度和動態(tài)性能都比較理想，但是系統(tǒng)結構復雜，安裝和調試比較麻煩，成本高。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 8 第三章 伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 珠絲杠副的選擇計算 3． 1． 1 已知參數 絲杠的公稱直徑 50程 20紋長度 1245 3． 1． 2 切削力的確定 按照立銑（不對稱順銑）計算各向分力，如下圖所示：已知主切削力 ? ?000?圖 頭受力示意圖 取 ? ? 0 0 05 0 0 ???? ? 0 0 05 0 0 ???? ? 0 0 05 0 0 ???? 3． 1． 3 滾珠絲扛螺母副的設計、計算 （ 1） 計算進給牽引力上的摩擦力。因此其數值的大小與導軌的類型有關，此處為貼塑矩形導軌，則 ? ? ? ?m = K F + f ' F z + F + G (其中， xF、 各向切削分力， ? ?N ； 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 9 G — 移動部件的重量， ? ?N ； ?f — 導軌上的摩擦系數，隨導軌形勢而不同，取 K — 考慮顛覆力矩影響的實驗系數，取 ? ?? ?? ?m = K F + f ' F z + F + G= 1 . 1 2 0 0 0 + 0 . 0 5 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8= 3 0 9 0 N? ? ? ? ? （ 2）計算最大動負載 C 選用滾珠絲杠副的直徑0須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉 100 萬轉后，在它的滾道上不產生點蝕現象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載 C，可用下式計算： C L f 3 ? (式中： L— 壽命，以 106 為一單位， L n T? ? ?60 10 6 n — 絲杠轉速，（ r/用下式計算S vn 為最大切削力條件下的進給速度（ m/可取最高進給速度的 1/2～ 1/3； S — 絲杠導程，（ n — 絲杠轉速，（ r/ T — 為使用壽命， ??h ，對于數控機床取 T=15000h； 運轉系數，見下表。 運轉系數 運轉狀態(tài) 運轉系數 無沖擊運轉 般 運 轉 沖擊運轉 陽工學院畢業(yè)設計說明書 10 計算： 2 5 0 r / m 1 0 0 01 0 0 0 ＝＝ ?? S vn s 22510 1 5 00 0250601060 66 ＝＝ ????? ?3 3 2 2 5 2 . 5 3 0 9 0 4 7 f F K N?? ? ? ? ? 計算結果小于絲杠額定動載荷 足要求。 （ 3）傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率η： η)?? r r(式中： η — 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數 ?f 擦角η約為 '10 ,即 r — 絲杠螺旋升角 絲杠中徑 Sd?= ??)?r r= t a n 6 . 8 8 8 0t a n ( 6 . 8 8 8 0 0 . 1 6 6 7 )?? ? ?= 4）剛度計算 滾珠絲杠副的軸向變 形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性，因此應考慮以下引起軸向變形的因素： 絲杠的拉伸或壓縮變形量 ?1 ： 在總的變形量中占的比重較大，可以用計算方法確定。 先用下式計算滾珠絲杠受工作負載 作用引起導程 S 的變化量 ? ?在計算滾珠絲杠總長度上的拉伸或壓縮變形量 ?1 （兩端固定）： 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 11 ??? (式中， ?L — 在工作負載 用下引起每一導程的變化量，（ 工作負載，即進給牽引力， ? ?N ； S — 滾珠絲杠的導程，（ E — 材料彈性模數，對鋼 E ? ?20 6 104. （ 2； F — 滾珠絲杠截面積（按內徑確定）（ “ +”號用于拉伸，“ -”號用于壓縮。 ? ?452. 3 0 9 0 2 0 0 . 5 2 1 014 4 2 . 0 6 1 0 4 2 . 94m ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?計算滾珠絲杠在總長度上拉伸或壓縮的變形量 ?1 ? ?5105 . 2 1 0 1 2 4 5 0 . 0 0 3 2 420L L m ??? ? ? ? （ 式中： L — 滾珠絲杠在支承間的受力長度， ? ? 根據《實用機床設計手冊》滾珠絲 杠副的傳動剛度主要由絲杠本身拉壓剛度，絲杠副內的接觸剛度，軸承和軸承座剛度，因此近似取拉壓剛度的 1/3(變形近似為拉壓變形的 3 倍 )。 ? ?13 3 0 . 0 0 3 2 4 0 . 0 0 9 7 0 . 0 2 ? ? ? ?， 符合要求定位精度 ? ?。 給伺服系統(tǒng)傳動計算 動機選擇 1、初選 電動機和減速器 （ a）電動機和減速器參數 電機西門子 1定轉速 3000r/大輸出靜力矩 ? ?額定轉矩 ? ?自身慣量 ? ? 減速器： 動慣量 ? ? ， 5?i 。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 12 （ b）轉動慣量的計算 絲杠導程 0? ，公稱直徑為 50 m a xm a xm a 0 2 0 510ns ni v ? ?? ? ?，取 ? ?500m a x 工作臺重量 M=1000 21221 2J J J J J J ?? ??? ? ? ? ? ? ??? ??????減 速 器電 機(其中絲杠的轉動慣量： ? ?4 1 2 4 1 2 20 . 7 7 1 0 0 . 7 7 5 0 1 2 4 5 1 0 0 . 0 0 6 0 L K g m??? ? ? ? ? ? ? 電機軸同步帶輪的轉動慣量： ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?222122222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 1 9 0 . 0 5 60 . 0 5 5 0 . 0 1 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 0 9 0 . 0 1 20 . 0 5 5 0 . 0 0 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 3 9 0 . 0 1 9 0 . 0 1 8+ 0 . 0 3 9 0 . 0 1 920 . 0 0 6 2 0 . 0 0 1 3 0 . 0 0 0 50 . 0 0 8 rk g m??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ???? ? ??絲杠同步帶輪的轉動慣量： ? ?? ?? ?? ?? ?? ?22222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 1 7 5 0 . 0 4 70 . 0 5 5 0 . 0 1 7 527 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 0 7 0 . 0 1 20 . 0 5 5 0 . 0 0 720 . 0 0 5 2 0 . 0 0 1 30 . 0 0 6 5 rk g m??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ????沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 13 則： ? ?21222322121 2 0 1 00 . 0 0 9 2 3 0 0 0 2 5 7 3 0 0 0 6 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 6 5 1 0 0 0520 . 0 1 3 6 9 J J J J π= K g m???? ??? ? ? ? ? ??? ???????? ???? ? ? ? ? ? ??? ??????減 速 器電 機慣量匹配 0 . 0 0 7 9 9 / 0 . 0 1 3 6 9 0 . 5 8 ??電 機，符合要求。 0 . 0 0 9 2 3 / 0 . 0 1 3 6 9 0 . 6 7J J ? ??電 機 （ c）電機力矩的計算 ① 快速空載起動時所需力矩起M: 0m a x f ????起 (式中， 快速空載起動力矩， ? ?； 空載起動時折算到電機軸上的加速力矩， ? ?； 折算到電機軸上的摩擦力矩， ? ?； 由于絲杠預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩， ? ?； ? ?m a x 0 . 0 1 3 6 9 2 5 0 0 2 1 . 3 9 69 . 6 6 ? ? ??上式中 T— 時間常數 摩擦力矩 ? ?： ? ?0 0 . 0 5 1 0 0 0 9 . 8 0 . 0 2 00 . 3 9 0 . 8 5f ? ?? ? ?? ? ?? ? ?0F — 導軌摩擦力（ N），空載快速起動時； ? — 傳動鏈總效率，一般可取 ＝? 。 附加摩 擦力矩0M ? ?沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 14 ? ?? ?? ?23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 ????? ? ???? ? ? ?? ? ?? 滾珠絲杠預加載荷，一般取 ?N 。 S — 滾珠絲杠導程 ? ? ?0 — 滾珠絲杠 未預緊時的傳動效率，一般取 ?0 09? . 空載快速啟動所需力矩 ? ?m a x 0 2 1 . 3 9 0 . 3 9 0 . 1 5 9 2 1 . 9 4 M M N m?? ? ? ? ? ? ?起 7機滿足使用要求。 ② 最大切削負載時所需力矩切M: M M M Mf ? ?0 （ 折算到電機軸上的切削負載力矩， ? ?： ? ?5 0 0 0 0 . 0 2 3 . 9 8 3 . 1 4 0 . 8 5 ?? ? ?? ? ? 式中：進給方向最大切削力 ? ?N ； 最大切削負載時摩擦力矩 ? ?： ? ? ? ?0 0 . 0 5 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8 0 . 0 2 0 . 7 0 8 0 . 8 5 ? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ?附加摩擦力矩0M: ? ?? ?? ?23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 ????? ? ???? ? ? ?? ? ??最大切削負載所需力矩 M 切 ： 0 0 . 7 0 8 0 . 1 5 9 3 . 9 8 4 . 8 5 ( . ) M M N m? ? ? ? ? ? ?切沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 15 （ d）加速運行加速度 ① 計算折算到電機軸的等效轉矩 )( e ???? ② 計算工作臺空載加速度 電機軸角加速度： 21 4 6 . 5 1 0 . 0 2 2 . 2 6 ( / ) 0 . 2 32 0 . 0 1 3 1 1 5 2m s ?? ? ? ? ? ? ? ? 2、更換電動機和減速器 （ a）電機和減速器參數 電機西門子 1定轉速 3000r/大輸出靜力矩 ? ?額定轉矩 ? ?自身慣量 ? ? 減速器： 動慣量 ? ? ， 5?i 。 （ b）轉動慣量的計算 絲杠導程 0? ，公稱直徑為 50 m a xm a xm a 0 2 510ns ni v ? ?? ? ?，取 ? ?500m a x ， 工作臺重量 W=1000 21221 2J J J J J J ?? ??? ? ? ? ? ? ??? ??????減 速 器電 機其中絲杠的轉動慣量： ? ?4 1 2 4 1 2 20 . 7 7 1 0 0 . 7 7 5 0 1 2 4 5 1 0 0 . 0 0 6 0 L K g m??? ? ? ? ? ? ? 則： ? ?222322121 2 0 1 00 0 0 6 7 7 0 0 0 2 5 7 3 0 0 0 6 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 6 5 1 0 0 0520 0 1 0 5 8 J J . . K g m???? ??? ? ? ??? ???????? ???? ? ? ? ? ? ??? ??????減 速 器電 機沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 16 慣量匹配0 . 0 0 6 7 7 / 0 . 0 1 0 5 8 0 . 6 3J J ???電 機，符合要求。 （ c）電機力矩的計算 ① 快速空載起動時所需力矩起M: 0m a x f ????起 式中， 快速空載起動力矩， ? ?； 空載起動時折算到電機軸上的加速力矩， ? ?； 折算到電機軸上的摩擦力矩， ? ?； 由于絲杠預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩， ? ?； ? ?m a x 0 . 0 1 0 5 8 2 5 0 0 1 6 . 5 3 69 . 6 6 ? ? ??上式中 T— 時間常數 摩擦力矩 ? ?： ? ?0 0 . 3 9 ?? 0F— 導軌摩擦力（ N），空載快速起動時； ? — 傳動鏈總效率，一般可取 ＝? 。 附加摩擦力矩0M: ? ?? ?? ?23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 ????? ? ???? ? ? ?? ? ?? 滾珠絲杠預加載荷，一般取進給牽引力 ? ?N 。 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 17 S — 滾珠絲杠導程 ? ? ?0 — 滾珠絲杠未預緊時的傳動效率，一般取 ?0 09? . 空載快速啟動所需力矩： ? ?m a x 0 1 6 . 5 3 0 . 3 9 0 . 1 5 9 1 7 . 0 8 M M N m?? ? ? ? ? ? ?起 8機滿足使用要求。 （ d）加速運行加速度 ① 計算折算到電機軸的等效轉矩 )(36312 3 e ???? ② 計算工作臺空載加速度 電機軸角加速度： 21 3 6 1 0 . 0 2 2 . 3 ( / ) 0 . 2 3 42 0 . 0 1 0 5 2m s ?? ? ? ? ? ? ? ? （ e）最大運行速度： 3000m a x 0 . 0 2 1 2 ( / m i n )5nV s ? ? ?，滿足設計要求。 步帶的設計計算 （ 1） 初步選擇基本參數數據 帶輪傳動中心距 224步帶規(guī)格： 800溪恒力。 帶輪： 844 齒，慈溪恒力。 按照圓弧齒計算， 8M 型，基本參數如下：傳動比 1i? ， 節(jié)距 8?形角 ?142 ?? ，齒根厚 s=高1 4.0?rr 頂園半徑 46.2?ar 高 0.6?sh （ 2） 同步帶的選擇計算 從動帶輪節(jié)徑1 徑1 主動帶輪節(jié)徑 2 徑2 初定中心距： ? ? ? ?21021 27.0 ???（ 沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 18 即 ? ? ? ?00 7 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 5 2 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 5. + a +? ? ? ?01 5 6 . 8 7 4 4 8 . 2a??取0a=224 帶的節(jié)線長度： ? ?? ?? ?? ?? ?2210 0 1 2022241 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 52 2 2 4 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 52 4 3 0 04 4 8 3 5 2 08 0 0a d ?? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ??（ 選擇 ? ?800pL m m?，齒數 100實際中心距按照可調方式： ? ?00 8 0 0 8 0 02 2 4 2 2 422a m m? ?? ? ? ? ?，取 224(中心距調整范圍： m a x 0m i n 0= + 0 . 0 3 2 2 4 0 . 0 3 8 0 0 2 4 8 ( )0 . 0 1 5 2 2 4 0 . 0 1 5 8 0 0 2 3 6 ( )a L m ma a L m m? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?基準額定功率： 帶寬 1 00k P?( 圓弧齒帶長系數，取 小帶輪嚙合齒數系數； 設計功率 ， ? ?1 . 2 3 . 7 7 4 . 5 P K W? ? ? ? 計算帶寬：1 . 1 41 . 1 4004 . 58 3 5 ( )1 0 . 3 7 2 . 2 6b m mk k P? ? ? ???根據實際情況帶寬取為 45沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 19 作用在軸上的力： 1000 PF v?，其中： 矢量相加修正系數 1 0 0 0 1 0 0 0 1 . 2 3 . 7 71 2 8 5 ( )8 4 4 6 0 06 0 1 0 0 0? ? ????(3． 3 機床主軸部分設計計算 3． 3． 1 主軸電機及其減速器的選擇計算 主軸電機型號及性能參數：西門子 10L 額定功率： 28定轉速 2000定轉矩 134高轉速 10000動慣量 ，重量 130軸高度 132 與 10L 配套的減速機型號為 2取 i=4；其性能參數為：重量 62 電機聯(lián)接減速器，減速器連接同步帶輪，帶動主軸，帶傳動 1： 1 主軸的轉動慣量估計值： 同步帶輪的轉動慣量估計值：材料鑄鋼 ， ? ?? ?? ?? ?? ?? ?22222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 7 5 0 . 0 5 9 0 . 1 0 10 . 0 7 5 0 . 0 5 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 7 1 0 . 0 3 0 0 . 0 1 80 1 0 20 . 0 2 4 0 . 0 0 5 4 0 . 0 2 9 5 rk g m??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ?慣量匹配計算：不采用減速機的同步帶 1： 1 傳動， =量匹配符合要求。 帶輪傳動中心距 320步帶規(guī)格： 1200溪恒力。 帶輪： 860 齒，慈溪恒力。 3． 3． 2 同步帶的設計計算 （ 1） 初步選擇基本參數數據 按照圓弧齒計算， 8M 型，基本參數如下：傳動比 1i? ， 節(jié)距 8?形角 ?142 ?? ，齒根厚 s=高1 根角半徑沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 20 0 . 6 4 ~ 0 . 7 6rr m m? ，齒頂圓半徑 46.2?ar 高 0.6?sh （ 2） 同步帶的選擇計算 從動帶輪節(jié)徑 d 徑 主動帶輪節(jié)徑 2 徑2 初定中心距： ? ? ? ?21021 27.0 ???即 ? ? ? ?00 7 1 5 2 7 9 1 5 2 . 7 9 2 1 5 2 7 9 1 5 2 . 7 9. . + a . +? ? ? ?02 1 3 . 9 4 6 1 1 . 1 6a??取0a=320 帶的節(jié)線長度： ? ?? ?? ?? ?? ?2210 0 1 2022241 5 2 . 7 9 1 5 2 7 92 3 2 0 1 5 2 . 7 9 1 5 2 . 7 92 4 3 0 06 4 0 4 8 0 01 2 0 0a d ?? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ??選擇 ? ?1200pL m m?，齒數 150實際中心距按照可調方式： ? ?00 1 2 0 0 1 2 0 03 2 0 3 2 022a m m? ?? ? ? ? ?，取 320 中心距調整范圍： m a x 0m i n 0= + 0 . 0 3 3 2 0 0 . 0 3 1 2 0 0 3 5 6 ( )0 . 0 1 5 3 2 0 0 . 0 1 5 1 2 0 0 2 9 0 ( )a L m ma a L m m? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?帶寬取為 85沈陽工學院畢業(yè)設計說明書 21 第四章 二維設計 4． 1 大體結構設計 這部分設計是在紙面上進行的，歷時一周左右。這部分工作對以后的設計工作有著重要影響，因為這部分工作關系到結構的準確性、合理性及設計的原理是否正確。所以雖然這部分的內容看起來不是很多，但是卻要花費心思慎重思考和設計，稍有不慎就會對以后的設計工作產生重大影響，甚至會使以后的結構設計完全不正確，以致有進行重新設計的危險。 從整體上看該側銑頭 的結構主要分為豎直導軌和水平滑枕兩部分。要使這兩部分之間能相互運動，就是設計兩個部分的連接部分，由于該側銑頭的重量比較大并且在加工過程中切削力比較大，所以就要采用承載能力較大的矩形導軌，兩部分的連接部分都采用矩形導軌，為使結構固定，兩導軌之間采用壓板，壓板安裝在豎直導軌上。豎直導軌與立柱之間的導軌也通過壓板進行固定，