毕业设计(论文)-水平数控滑台X轴低速传动系统的研究与设计.doc
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1、水平数控滑台X轴低速传动系统的研究与设计水平数控滑台X轴低速传动系统的研究与设计学生:XX,XXXX机电与建筑工程学院指导老师:XXX,XXXX摘 要从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品,适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围
2、使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。本设计对数控机床的滑台部分进行了研究关键词:数控机床 数控滑台 丝杠ABSTRACTFrom the mid-twentieth century numerical control technology to emerge, NC machine tools for mechanical manufacturing industry has brought the revolutionary change. NC machining has the following characteristics: machining flexibility, hi
3、gh machining accuracy, productivity high, reduce labor intensity, the operator to improve working conditions, be helpful for production management modernization and improve the economic benefits of the. CNC machine is a kind of high integration of machinery products, applicable to small batch proces
4、sing varieties parts, the structure is relatively complicated, higher accuracy of the parts, the need for frequent daken parts, expensive dont allow discard of the key parts, requirements of precision copy parts, need to shorten the production cycle of urgently needed parts and 100% inspection requi
5、rements of parts. Numerically-controlled machine tools characteristics and application scope make it become national economic and national defense construction development important equipment.KEY WORDS: numerical control machine CNC Slip sets screw目录摘要 1ABSTRACT 1 课题来源 11引言 22结构的设计 33传动链的设计计算 10 31载
6、荷的计算 10 3.2滚珠丝杠的动载荷计算与直径的估算 11 3.2.1按预期的工作时间估算滚珠丝杠的额定动载荷 3.2.2 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 3.3 滚珠丝杠螺母副的承载能力的校验 12 3.3.1压缩载荷的校验 3.3.2 滚珠丝杠螺母副的临界转速的校验 3.3.3 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 3.4 计算机械传动系统的刚度 13 3.4.1计算机械系统的刚度 3.5驱动电机的选型与计算 14 3.5.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 3.5.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 3.5.3 选择驱动电机的型号 3.6 机械传动系统的动态分析 16 3.6.1
7、计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 3.6.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 3.7 机械传动系统的误差分析和计算 18 3.7.1 计算机械传动系统中的反向死区 3.7.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 3.8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 19 3.8.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 3.8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号4毕业设计总结 215 参考文献 226 致谢 23引言数控机床综合了当今世界上许多领域最新的技术成果,主要包括了精密机械,计算机及信息处理,自动控制及伺服驱动,精密检测及传感等各个方面的技术。近些年来,数控机床已经被广泛应用于我国
8、的制造业。随着社会的多样化需求以及其相关技术的不断进步,数控机床也向着更广的领域发展,而且呈现出了高速度,高精度,高柔性化,复合化以及多功能化等方面的发展趋势。本次毕业设计的课题名称是:水平数控滑台X轴低速传动系统的研究与设计。其主要内容是:1.设计水平数控滑台X轴低速传动系统;2.关键零件的设计与计算而关键零件又包括滑座,滑台,滚珠丝杠,丝杠螺母座,丝杠轴承座电机支架等零件部分。不仅要按照要求设计出合理的传动系统结构,而且还要对这些个关键零件部分进行设计,计算和验算。通过本课题的研究,应该了解国内外数控机床的发展研究概况和数控技术的发展趋势,懂得我国发展数控机床的意义和必要性。增加我们对振兴
9、我国制造业的使命感。培养我们对数控机床的兴趣,系统训练我们的产品设计能力,实践产品设计的全过程,起到就业前的综合练兵作用。同时,了解数控机床设计的基本步骤,训练如何收集和分析资料,如何制定设计方案,如何进行工作图设计和计算,撰写论文的能力。最后,要深入的理解数控机床传动系统的工作原理和基本结构。课题来源:指导老师范超毅教授2 数控滑台的总体设计方案与结构2.1 数控滑台的总体设计方案本次课题的主要内容就是设计一个符合要求的数控滑台,其主要结构部分包括,驱动电机的设计,滚珠丝杠螺母副的设计,导轨的设计,电机支架的设计等。而其中最重要就是滚珠丝杠螺母副的设计,里面包括了滚珠丝杠螺母副的支承方式,所
10、用轴承的类型,预紧和调隙方式等方面的设计。经过在文献综述的比较,已经确定了这次课题的设计方案。采用交流私服电动进行驱动。滚珠丝杠螺母副与电动机采用齿轮连接。而滚珠丝杠螺母副采用一端固定一端游动的支承方式,选用带有镶条的贴塑导轨。2.2 数控滑台的总体结构图图1.12.3导轨 导轨概述 导轨主要用来支撑和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中,运动的一方称为动导轨,不动的一方称为支承导轨。动导轨相对于支承导轨运动,通常作直线运动和回转运动。 2.3.1对导轨的要求 1)导向精度高 导向精度主要是指导轨沿支承导轨运动的直线度和圆度。影响导向精度的主要因素有导轨的几何精度、导轨的接触精度、导轨的结
11、构形式、动导轨及支承导轨的刚度和热变形,还有装配质量。 导轨的几何精度综合反映在静止或低速下导轨的导向精度。直线运动导轨的检验内容主要是:导轨在垂直平面内的直线度,导轨在水平平面内的直线度,在水平面内两条导轨的平行度。例如:导轨全长为20 m的龙门刨床,其直线度误差为o02/1 000,在导轨全长范围内为0. 08 mm圆周运动导轨几何精度的检验内容与主轴回转精度的检验方法相类似,用导轨回转时端面跳动和径向跳动表示。例如:最大切削直径为4m的立车,其允差规定为0.05 mm 2)耐麽性好及寿命长 导轨的耐磨性决定了导轨的精度保持性。动导轨沿支承导轨长期运行会引起导轨的不均匀磨损,破坏导轨的导向
12、精度,从而影响机床的加工精度。例如:卧式车床的铸铁导轨,若结构欠佳、润滑不良或维修不及时,则靠近床头箱一段的前导轨,每年磨损量达0.20.3 mm,这样就降低了刀架移动的直线度及对主轴的平行度,加工精度也就下降了。与此同时,也增加了溜板箱中开合螺母与丝杠的同轴度误差,加剧了螺母与丝杠的磨损。 3)足够的刚度导孰要有足够的刚度,保证在载荷作用下不产生过大的变形,从而保证各部件间的相对位量和导向精度。 4)低速运动的平稳性 在低速运动时,作为运动部件的动导轨易产生爬行。进给运动的爬行将提高被加工表露的表面粗糙度值,故要求导轨低速运动平稳,不产生爬行,这对于高精度的机床尤其重要 5)工艺性好设计导轨
13、时,要注意到制造、调整和维护的方便,力求结构简单,工艺性和经济性好。 双矩形导轨 这种导轨易加工制造、承载能力大,但导向精度差。侧导向面需设调整镶条,还需设置压板,呈封闭式导轨。它常用于普通精度的机床贴塑滑动导轨已经广泛使用在各种数控机床上,它具有以下显著特点: (1)摩擦系数小,且动、静摩擦系数的差别较小,可以防止产生低速爬行现象; (2)耐磨性、抗撕伤能力强; (3)加工性和化学稳定性好,工艺简单,成本低,并有良好的自润滑性和抗振性。 贴塑滑动导轨一般与铸铁导轨或淬硬的钢导轨相配合使用,是在与铸铁导轨或淬硬的钢导轨相配合的导轨(即由工作台导轨面、镶条面、压板面组成的导轨面)上贴上一层塑料导
14、轨软带制成的。 1塑料导轨软带的类型和特点 近年来,国内外已经研制了数十种塑料基体的复合材料用于机床导轨。其中应用比较广泛的有两种:一种是美国霞板( Shanban)公司研制的得尔赛(Turcite-B)塑料导轨软带;另一种则是我国研制的TSF软带oTurcite-B塑料导轨软带由可以自润滑的复合材料制成,它主要是在聚四氟乙烯中填充50%的青铜粉,还如有一定量的二硫化钼、玻璃纤维和氧化物制成的带状复合材料。它具有优异的减磨、抗咬伤性能,不会损坏配合面,吸振性能好,低速无爬行,并可以在干摩擦下工作。塑料导轨软带与其他导轨相比,具有以下特点: (1)摩擦系数低而稳定,比铸铁导轨副低一个数量级; (
15、2)动、静摩擦系数相近,运动平稳性和爬行性较铸铁导轨副好; (3)吸收振动,具有良好的阻尼性,优于接触刚度较低的滚动导轨和易漂浮的静压导轨; (4)耐磨性好,有自润滑作用,无润滑油也能工作,灰尘、磨粒的嵌入性好; (5)化学稳定性好,耐磨、耐低温,耐强酸、强碱、强氧化剂及各种有机溶剂;维护修理方便,软带耐磨,损坏后更换容易;综合以上,由于精度要求不高,载荷较大,在满足设计要求的前提下尽量满足经济性,简化设计,本设计中采用贴塑双矩形导轨2.4 电动机的选用交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求
16、、成本等多方面的因素,在满足课题要求的前提下出于经济性的考虑,选择使用步进电机2.5滚珠丝杠螺母副的设计 2.5.1 滚珠丝杠螺母副的支承方式支承方式简 图K2f一端固定一端自由0.251.8753.4一端固定一端游动23.92715.1二端支承13.1429.7二端固定44.73021.9图1.1滚珠丝杠螺母副采用一端固定一端游动的支承方式,固定端选用深沟球轴承和推力球轴承的组合进行支承。深沟球轴承和推力球轴承的组合特点是轴线刚度大,虽然轴承安装复杂,也需要麻烦的预载调整游动轴承采用深沟球轴承采用垫片式调隙进行预紧。优点是轴向刚度较大。3传动链的设计计算纵向进给传动链的设计计算 3.1载荷的
17、计算 3.1.1根据公式计算在切削状态下的导轨摩擦力F,移动部件的全部重力是W=3000N,查表可得镶条的紧固力fg=2000N,导轨的摩擦系数=0.04,则3.1.2计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 根据公式计算轴向负载力Famax。Famax=200N确定进给传动链的传动比和传动级数在设计任务书中已经明确给出滚珠丝杠螺母副与电机的连接方式是伺服电机与丝杠的连接为齿轮连接,降速比 1:5 采用二级传动,传动比可取 ,根据结构需要,确定个传动齿轮的齿数分别为=20 =40 =20 =50 模数m=2 齿宽b=20mm3.2滚珠丝杠的动载荷计算与直径的估算 3.2.1按预期的工作时间估算滚珠丝杠的
18、额定动载荷Cam一般来说,取数控机床的预期工作时间Lh=20000h,滚珠丝杠的当量载荷Fm=Famax=200N,查如下表格可以得载荷系数fw=1.2,初步选择滚珠丝杠的进度等级是3级精度,去进度系数fa=1,可靠性系数fc=1。取滚珠丝杠的当量转速nm=nmax,已知vmax=5m/s,滚珠丝杠的基本导程L0=10mm,则载荷性质系数fw载荷性质无冲击轻微冲击伴有冲击或振动fw11.21.21.51.52精度系数fa精度等级1,2,34,5710fa10.90.80.7可靠性系数fc可靠性/(%)909596979899fc10.620.530.440.330.21表4.1根据公式可以得3
19、.2.2 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。根据设计任务书中的要求,已知定位精度是60m,重复定位精度30m,根据公式可得取上述计算结果的较小值,即max=10m。估算滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m滚珠丝杠螺母副的安装方式采用一端固定一端自由的的支承方式,滚珠丝杠螺母副固定端到另一端的距离是L=行程+安全行程+2余程+螺母长度+支承长度(1.21.4)行程+(2530)L0则L=(1.4)2000+(30)L0=3100mm根据公式可得初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据以上计算所得的L0,Cam,d2m和结构的需要
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