X52K进给系统经济型数控改造设计说明书
以下为《X52K进给系统经济型数控改造设计说明书》的无排版文字预览，完整格式请下载
下载前请仔细阅读文字预览以及下方图片预览。图片预览是什么样的，下载的文档就是什么样的。
X52K进给系统经济型数控改造设计
目录
1.概述 1
1.1技术要求 1
1.2总体设计方案 2
2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 2
2.1主切削力及其切削分力计算 2
2.2导轨摩擦力的计算 3
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 3
2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 3
3.工作台部件的装配图设计 7
4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 8
4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 8
4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 8
4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 8
5.计算机械传动系统的刚度 9
5.1机械传动系统的刚度计算 9
5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算 10
6.驱动电动机的选型与计算 10
6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。 10
6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 11
6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 12
6.4选择驱动电动机的型号 13
7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 13
7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 13
7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号 14
8. 设计总结 14
9.参考文献 14
概述
由上面的介绍可以看出，如今对现有普通机床的数控化改造具有十分重要的意义。本课题设计重点则是对X52K铣床纵向传动机构的数控化改造，该X52K型普通铣床主要用于加工中小型零件的平面、成型表面及具有一定斜度的平面。经改造后与原来机床加工相比可实现其自动化铣削，且具有高精、高效及加工产品范围广等特点。具体研究内容如下：
（1）对普通铣床X52K的基本机械传动结构进行了解分析；
（2）对数控机床的基本机械传动结构及电气控制系统结构进行详细分析；
（3）系统的总体方案设计，研究其各个部分的设计原理，拟定设计方案；
（4）系统的详细设计，对机械传动系统的设计和控制系统的设计等；
（5）总结自己的设计理念及设计思路，得出本课题的设计流程。
1.1技术要求
数控铣床的切削状况
切削方式
进给速度
时间比例（%）
备注
强力切削
0.6
10
主电动机满功率条件下切削
一般切削
0.8
30
粗加工
精加工切削
1
50
精加工
快速进给
20
10
空载条件下工作台快速进给
1.2总体设计方案
为了满足以上技术要求，采取以下技术方案：
工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。
工作台导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动画面上贴聚四氟乙烯导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴膜。
对滚珠丝杠螺母副采用预紧，并对滚珠丝杠进行拉伸预。
采用伺服电动机驱动。
采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠连接。
2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算
2.1主切削力及其切削分力计算
（1）计算主切削力Fz。
根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀直径D=125mm），主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率，此时铣刀的切削速度为：（已知机床主电动机的额定功率为5.5kw，主轴计算转速n=310r/min。）
根据公式得刀具的切削速度为：
取机床的机械效率为：，则由式得主切削力：
（2）计算各切削分力
工作台的纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为
2.2导轨摩擦力的计算
在切削状态下坐标轴导轨摩擦力的计算可以查课程设计指导书：
（1）根据式（2-8a）计算在切削状态下的导轨摩擦力。此时导轨动摩擦系数，查表2-3得镶条紧固力,则
（2）按式（2-9a）计算在不切削状态下的导轨摩擦力和
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力
（1）按式（2-10a）计算最大轴向负载力
（2）按式（2-11a）计算最小轴向负载力
2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算
1）确定滚珠丝杠的导程
根据已知条件取电动机的最高转速得：
2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷
（1）各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。
强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷分别可按下式计算：
并将计算结果填入表2
表2 数控铣床滚珠丝杠的计算
切削方式
轴向载荷/N
进给速度/(m/min)
时间比例/(%)
备注
强力切削
2929.69
10
一般切削（粗加工）
2160.94
30
精细切削（精加工）
1721.48
50
快移和镗钻加工
1575
10
（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速。
（3）按式（2-17）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速。
（4）按式（2-18）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷
3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷
（1）按预定工作时间估算。查表2-28得载荷性质系数=1.3。已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级，查表2-29得精度系数=1，查表2-30得可靠性系数=0.44，则由式（2-19）得
（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以可按式（2-21）估算最大轴向载荷。查表2-31得预加载荷系数=4.5，则
（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷。
取以上两种结果的最大值，＝33801.49 N。
4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
（1）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。
已知工作台的定位精度为30，重复定位精度为15，根据式（2-23）、式（2-24）以及定位精度和重复定位精度的要求，得
15＝（5~10）
30＝（6~7.5）
取上述计算结果的较小值，即=5。
（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径。
本机床工作台（X轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式。
滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为
L＝行程+安全行程+2×余某某+螺母长度+支承长度
≈（1.2~1.4）行程+（25~30）
取L＝1.4×行程+30≈（1.4×600+30×10）mm＝1140mm
又=1260N，由式（2-26）得
5）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号
根据计算所得的、、，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副FFZD4010-5（见本书附录A表A-3），其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杠直径如下：
=40mm， =10mm
=46500N＞=33801.49N
=34.3mm＞=20.9mm
故满足式（2-27）的要求。
6）由式（2-29）确定滚珠丝杠螺母副的预紧力
2929.69N＝976.56N
7）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧拉力
（1）按式（2-31）计算目标行程补偿值。
已知温度变化值△t=2℃，丝杠的膨胀系数α=/℃，滚珠丝杠螺母副的有效行程
＝工作台行程+安全行程+2×余某某+螺母长度
＝（600+100+2×20+146）mm＝886mm
故 ＝11△t×＝11×2×886×mm＝0.02mm
（2）按式（2-32）计算滚珠丝杠的预拉伸力。
已知滚珠丝杠螺纹底径=34.3mm，滚珠丝杠的温升变化值△t=2℃，则
8）确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号
（1）按式（2-33）计算轴承所承受的最大轴向载荷。
（2）计算轴承的预紧力。
（3）计算轴承的当量轴向载荷。
（4）按式（2-15）计算轴承的基本额定动载荷C。
已知轴承的工作转速n==230r/min，轴承所承受的当量轴向载荷=3664.95N，轴承的基本额定寿命L=20000h。轴承的径向载荷和轴向载荷分别为
因为，所以查表2-25得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故
（5）确定轴承的规格型号。
因为滚珠丝杠螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用60°角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杠两端固定的支承形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径为34.3mm，所以选择轴承的内径d为30mm，以满足滚珠丝杠结构的需要。
在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60°角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杠的两端固定支承方式。轴承的型号为760306TNI/P4DFB，尺寸（内径×外径×宽度）为30mm×72mm×19mm，选用脂润滑。该轴承的预载荷能力为2900N，大于计算所得的轴承预紧力=1939.62N。并在脂润滑状态下的极限转速为1900r/min，高于滚珠丝杠的最高转速=2000r/min，故满足要求。该轴承的额定动载荷为=34500N，而该轴承在20000h工作总寿命下的基本额定动载荷C=34395N，也满足要求。
3.工作台部件的装配图设计
将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计。
4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验
4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验
工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。因此，不存在压杆不稳定问题。
4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验
根据图可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度=837.5mm。已知弹性模量E=MPa，材料密度N/，重力加速度9.8，安全系数=0.8。由表2-44查某某
滚珠丝杆的最小惯性矩为
滚珠丝杆的最小截面积为
故可由公式得：
r/min=10738.5r/min
本工作台滚珠丝杆螺母副的最高转速为1800r/min，远远小于其临界转速，故满足要求。
4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验
滚珠丝杆螺母副的寿命，主要是指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠在相同的条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速。
查附录A表A-3得滚珠丝杆额定动载荷N，运转条件系数，滚珠丝杆的动载荷N，滚珠丝杆螺母副转速n=r/min
即：
一般来讲，在设计数控机床时，应该保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命，姑满足要求。
5.计算机械传动系统的刚度
5.1机械传动系统的刚度计算
(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度。
本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置（a=L/2，L=1075mm）时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，计算为：
当a==837.5mm或a==237.5mm时（即滚珠丝杆的螺母副中心位于行程的两端位置时），滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度计算得：
计算滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度Kb。
已知轴承的接触角?=60?，滚动体直径=7.144mm，滚动体个数Z=17,轴承的最大轴向工作载荷F= 5723.44N,由表2-45，表2-46得
= 4×2.34×
= 4×2.34×
(3)计算滚珠与滚道的接触刚度K。
查附录Ａ 表Ａ－３得滚珠与滚道的接触刚度K=1585N/um，额定动载荷C=46500N，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷F=2929.69N，故由式（2-46）得
K=K（)=1585×()N/um=1358.79N/um
计算进给传动系统的综合拉压刚度K。
由式（2-47a）得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为
故K=440.53N/μm
由式（2-47b）得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为
故K=370.37N/μm
5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算
由图4-1可知，扭矩作用点之间的距离L= 945.5 mm。已知剪切模量G= M,滚珠丝杠的底径d=m。由式（2-48）得
K== 11635.35 Nm/rad
6.驱动电动机的选型与计算
6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。
(1)计算滚珠丝杠的转到惯量J。
已知滚珠丝杠的密度=7.810kg/cm,由式(2-63)得:
(2)计算联轴器的转动惯量J
J= 0.7810DL =0.7810(6.6-3)8.2kg/cm=11.62kg/cm
(3)折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量的计算
已知机床执行部件（即工作台、工件和夹具）的总质量m=918kg，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=1cm，则由式（2-65）得
(4)加在电动机轴上总的负载转动惯量的计算
=++J=(21.43+11.62+23.28)=56.33
6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩
(1)计算切削负载力矩T。
已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力F=F=2929.69N,电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=10mm=0.01m,进给传动系统的总效率η=0.90，由式（2-54）得
T===5.18Nm
(2)计算摩擦负载力矩T。
已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）F=1575N，由式（2-55）得T==Nm=2.79Nm
(3)计算由滚珠丝杠得预紧而产生的附加负载力矩T。
已知滚珠丝杠螺母副的预紧力F=976.56N，滚珠丝杠螺母副的基本导程L=10mm=0.01mm，滚珠丝杠螺母副的效率=0.94，由式（2-56）得
Tf=
6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩
（1）计算线性加速度力矩T。
已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速n=1800r/min，电动机的转动惯量J=62kgcm，坐标轴的负载惯量J=56.33kgcm，进给伺服系统的位置环增益k=20，加速时间==s=0.15s，由式（2-58）得
计算阶跃加速力矩。
已知加速时间，由式（2-59）得
计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。
按式(2-61)计算线性加速时空载启动力矩
按式(2-61)计算线性加速时空载启动力矩
按式(2-57a)计算快进力矩
按式(2-57a)计算工进力矩
6.4选择驱动电动机的型号
(1)选择驱动电动机的型号
根据以上计算和表2-14，选择日本FANUC公司生产的a12/3000i型交流伺服电机为驱动电机。主要技术参数如下：额定功率，3kW,最高转速,3000r/min，额定力矩，12N.m,转动惯量，,质量,18kg。
交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的5~10倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60N.m，均大于本机床工作台的线性加速时所需的空载启动力矩以及阶跃加速时所需的空载启动力矩，因此，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。
该电动机的额定力矩为12N.m，均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩，因此，不管是快进还是工进，本电动机均满足驱动力矩要求。
(2)惯量匹配验算。
为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式(2-67)，即
而在本例中，，故满足惯量匹配要求。
7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号
7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级
本机床工作台采用半闭环系统，、应满足下列要求：
滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为二级，查表2-20得，查表2-21得，当螺纹长度为850mm时，故满足设计要求。
7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号
滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD4010-5-P2/1239850，其具体参数如下。公称直径与导程：40mm,10mm;螺纹长度:850mm;丝杠长度:1239mm;类型与精度:P类，2级精度。
8 凸轮加工程序
数控铣床铣削加工程序：
图示为压缩机壳焊接机上的仿形零件，零件曲线是二段圆弧和三条直线构成，零件的上下两面和中心孔已加工好，现要在数控铣床上铣削零件的轮廓曲线，并一次铣削加工成形。
零件的交点坐标：A（-40，-20），B（-40，20），C（0，40），D（40，0），E（20，-20）。刀具偏移号为H08偏移方向为刀具的左侧。设工件表面Z=0，厚度为25mm。
在数控铣床上铣削加工程序如下：
O0012
N0010 G00 Z25.0
N0020 G90 G17 G41 X-40.0 Y-20.0 H08
N0030 S20 M03
N0040 G01 Z-25 F100
N0050 Y20.0
N0060 X0 Y40.0
N0070 G02 X40.0 Y0 R40.0
N0080 X20.0 Y-20.0 R20.0
N0090 G01 X-40.0
N0100 G00 Z25.0
N0110 G40 X0 Y0
N0120 M02
9.设计总结
在这次的课程设计中，学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化，尤其是在互相的合作中。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 .
[5] 孙某某，陈作模主编. 机械原理[M]. 高等教育出版,2007.
[6] 徐某某. 数控铣工实用技术[M]. XX:辽宁科学技术出版社,2003.
[7] 王某某，徐某某，等. 机械设计实用手册[M]. XX：机械工业出版社，2008.
[8] 曹某某, 刘某某. 加工弧面凸轮专用数控铣床的方案设计[A]. 制造技术自动化学术会议论文集[C]. 2004.
[9] 陈某某. 典型零件机械加工生产实例[M] XX：机械工业出版社.
[10] 吴某某，罗某某. 机械设计课程设计手册[M]. XX：高等教育出版社.2006.
[11] 辛某某. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. XX：中国社会科学出版社，1994.
[12] 机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. XX：机械工业出版社，2007.
[13] 荣维芝. 数控原理与维修技术[M]．XX：机械工业出版社，2004．
[14] 蔡某某. 机械零件设计手册[M]. XX: 冶金工业出版社，1994.
[15] 姜某某, 周某某. 数控技术的发展趋势[J]. XX信息职业***学报，2003.
[文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]请点击下方选择您需要的文档下载。
- abaqus常用技巧总结
- 分数的连某某、连减和加减混合教案
- 第八章易错题集锦
- 石料加工工艺
- 四等水准路线成果计算图(2)
- 模块三计算思维预习卡及作业
- 数学计算练习
- 西工大noj答案完整版
- 1 计算机和编程语言
- 提高学生计算能力教学反思
- 第2课时 分数乘分数（教案）
- 互斥方案的比选
- 第1课时 分数乘整数（教案）
- 多位数乘一位数 例2
- 有关化学化学式的计算教学设计
- 第10周 条件计算函数、日期函数
- 安装工程造价复习资料
以上为《X52K进给系统经济型数控改造设计说明书》的无排版文字预览，完整格式请下载
下载前请仔细阅读上面文字预览以及下方图片预览。图片预览是什么样的，下载的文档就是什么样的。