X5032型铣床经济型数控化改造说明书4.doc

3机械结构设计3.1基本参数基本参数：工作台宽：工作台及床鞍重量：纵向 横向 ; 工作台的快移速度：纵向 横向 最大的快进速度：纵向 横向 主电机功率：转速：工艺数据：主轴转速：走刀速度：刀具直径：铣削宽度：铣削深度：最小分辨率：纵向 横向3.2确定系统脉冲当量经查阅资料，一般普通机床的经济型数控改造铣床常用的脉冲当量在脉冲的范围内，最后初步选定脉冲当量为脉冲。3.3纵向进给系统的计算3.3.1切削力的计算主切削力的大小与刀具的材料，工件的进给量、刀具进给量都有一定的关系。铣刀一般选择高速钢立铣刀，铣削的材料一般选择碳钢。 (3.1)式中：主铣削力； 刀具系数，； 铣削接触弧深度，； 铣刀系数，； 每齿进给量，； 铣刀直径, ；代入数据可得：选用不对称切削的逆铣式中：沿铣刀半径方向上的分力在铣刀端面上垂直于进给方向上的垂直分力沿进给方向上的轴向分力平面内合力为： (3.2)在切削一周过程中的平均力为： (3.3)3.3.2纵向丝杠的选择（1）计算进给牵引力切削阻力、运动结构的重力和切削力作用在导轨的摩擦力组成了滚珠丝杠进给的牵引力。导轨类型为燕尾导轨 (3.4)其中：导轨摩擦系数移动部件重力代入数据可得：（2）计算最大负载在满足一定的轴向负载作用下，滚珠丝杠在旋转100万转之后，在滚道上没有出现点蚀现象。轴向载荷的最大值是滚珠丝杠所能承受的最大载荷： (3.5) (3.6) (3.7)式中：滚珠丝杠导程，最大切削力下的进给速度，使用寿命，对于数控机床取， 运转系数，一般，此处取寿命，以为一单位。=（3）滚珠丝杠的初选滚珠丝杠直径初步选择为，螺旋升角，导程（4）传动效率计算滚珠丝杠螺母副传动效率 (3.8)式中：摩擦角，摩擦角约为。丝杠螺旋升角 = (3.9)（5）刚度验算根据刚度的验算公式，我们需要验算一下：（不预紧）计算如下：在的作用下导程的变化，变化量 (3.10)式中：在工作负载作用下引起每一导程的变化量进给牵引力丝杆导程材料的性模量，钢 丝杠横截面积 (3.11) (3.12)滚珠丝杠总长度上的变形量 (3.13)滚珠丝杠的传动刚度在估算时应选拉压刚度的度，所以：变形量 两端固定时的最小拉压刚度为一端固定时最小拉压刚度的4倍。 mm两端固定的总变形量为，满足定位精度。（6）滚珠丝杠副螺母的选型根据上面的计算，查THK精密滚珠丝杠副可以选用型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为。3.3.3齿轮传动比计算丝杠传动比： (3.14)其中：为冲当量，；为本导程，；步进电机的步距角；初步选取齿数：，。进给伺服系统传递功率一般较小，模数在，本次计算取。表3-1 纵向传动齿轮几何参数齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽中心距24485243205430606455203.3.4纵向步进电机的计算和选择(1)转动惯量的计算：齿轮的转动惯量 (3.15)，齿轮的转动惯量，主轴的转动惯量折算到电机轴上的转动惯量： (3.16)式中： 齿轮的转动惯量 齿轮的转动惯量 主轴的转动惯量代入数据可得：(2)电动力矩的计算电动机的力矩包括空载启动力矩、快进所需力矩、工进所需力矩。换算到电机轴上的总等效转动惯量其中：电机转子转动惯量,初取为主电机最大转速起动加速时间 空载起动时换算到电机轴上的加速力矩 (3.17)工进时换算到电机轴上摩擦力矩 (3.18)式中:导轨摩擦力N（空起时）传动链总效率降速比 丝杠预紧时换算到电机轴的附加力矩 (3.19)式中：滚珠丝杠预加载荷,一般取滚珠丝杠传动效率,一般取折算到电机轴上的负载力矩 (3.20)空载起动时所需力矩 = (3.21) 快进时所需力矩 (3.22) 最大切削负载时所需力矩 (3.23) 从以上计算可以看出，这三种条件下、，力矩最大的是空载快速启动，根据它选电机，当步进电机为三相六拍时： (3.24)最大静转矩 根据最大静转矩在步进电机型号表（三相）可查出，型步进电机的最大静转矩转矩为，但是我们还需要验算一下电机的启动和运行的炬频特性，以保证满足设计的要求。（3）计算电机工作频率电机在快速运行时 (3.25)最高工作频率 (3.26)根据表中可知型步进电机的空载启动频率为，运行频率为。3.4横向进给系统的确定3.4.1横向丝杠的选择（1）计算进给牵引力当导轨是矩形时式中：为导轨上的摩擦系数为移动部件重力（2）计算最大负载丝杠转速n寿命L最大动负载=（3）滚珠丝杠的初选滚珠丝杠直径初步选，螺旋升角，导程（4）传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率 = （5）刚度验算滚珠丝杠横截面积引起导程的变化量滚珠丝杠在长度上的变形量变形量一端固定，一端总变形，且定位精度。（6）滚珠丝杠螺母副螺母的选型查阅THK精密滚珠丝杠副可选择采用型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为。3.4.2齿轮传动比计算丝杠传动比步进电机的步距角（初选）选择齿数：，。进给伺服系统传递的功率一般较小，模数取，本次设计。表 3-2 横向传动齿轮几何参数齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽中心距24485243205430606455203.4.3横向步进电机的计算和选择(1)转动惯量的计算齿轮的转动惯量，齿轮的转动惯量，主轴的转动惯量折算到电机轴上的转动惯量：其中： 齿轮的转动惯量齿轮的转动惯量 主轴的转动惯量(2)电动机力矩的计算换算到电机轴上的总等效转动惯量=+式中：电机转子转动惯量,初取为主电机最大转速起动加速时间 空载启动时换算到电机轴上的加速力矩工进时折算到电机轴上摩擦力矩丝杠预紧时换算在电机轴时附加力矩折算到电机轴上的负载力矩 快速空载起动时所需力矩= 快速进给时所需力矩 最大切削负载时所需力矩 在、三种条件下，空载启动所需力矩最大，步进电机为三相六拍时：最大静转矩根据最大静转矩在步进电机型号表（三相）可查出，型步进电机的最大静转矩转矩为。（3）计算电机工作频率电机快速运行时 最高工作频率 根据表中可知型步进电机的空载启动频率为，运行频率为。3.5垂向进给系统的确定3.5.1垂向丝杠的选择（1）计算进给牵引力导轨类型为燕尾导轨式中：导轨上的摩擦系数（2）计算最大负载丝杠转速n寿命最大动负载= （3）滚珠丝杠的初选滚珠丝杠直径初步选为，螺旋升角，导程 （4）传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率=（5）刚度验算滚珠丝杠横截面积在的作用下导程的变化滚珠丝杠在长度上的变形量变形量一端固定，一端总变形，且定位精度。（6）滚珠丝杠副螺母的选型查THK精密滚珠丝杠副可以选用型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为。3.5.2同步带及带轮的选择传动比，则齿数取,查慈溪恒力同步带轮有限公司带轮得小轮型号为，节径，外径大轮型号为，外径，外径同步带型号为，节线长，齿数 3.5.3垂向步进电机的计算和选择(1)转动惯量的计算齿轮的转动惯量，齿轮的转动惯量 ，圆锥齿轮的转动惯量, 圆锥齿轮的转动惯量,主轴的转动惯量折算到电机轴上的转动惯量： (2)电动力矩的计算换算到电机轴上的等效转动惯量=+其中：为电机转子的转动惯量,取为主电机最大转速起动加速时间 在空载启动时换算到电机轴上的加速力矩在工进时换算到电机轴上的摩擦力矩因为丝杠在预紧的时候换算在电机轴的附加力矩折算到电机轴上的负载力矩 空载起动时所