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数控车床的进给系统及刀架的设计

时间:2011-03-11 19:45来源: 骆驼毕业论文网 作者:admin
在全面了解数控车床结构、工作原理、控制方法的基础上,设计数控车床进给传动系统及其刀架。纵向进给系统采用伺服电动机通过弹性无键•联轴器驱动滚珠丝杠,横向进给系统采用伺服电动机通过同步齿形带驱动滚珠丝杠,回转刀架采用电动机通过行星轮系驱动

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在全面了解数控车床结构、工作原理、控制方法的基础上,设计数控车床进给传动系统及其刀架。纵向进给系统采用伺服电动机通过弹性无键·联轴器驱动滚珠丝杠,横向进给系统采用伺服电动机通过同步齿形带驱动滚珠丝杠,回转刀架采用电动机通过行星轮系驱动刀盘转动的原理进行设计。文中详细叙述了进给系统及刀架设计当中各传动方案的确定及运动动力参数的计算过程,包括滚珠丝杠副的选择计算、轴承的选择及校核、电动机及联轴器的选择计算、同步齿形带的设计计算、自动回转刀架的工作原理设计、行星轮系的设计计算等,完成了符合设计技术要求的整套纵、横向进给传动系统及一套八工位自动回转刀架。

 

 

 

关键词:数控车床;进给系统;回转刀架;滚珠丝杠;同步齿形带

 

The main task is to design feed system and the post based on learning the structure, working principle and the control method of numerical control lathe. Longitudinal feed system drives bolls screws by using actuating motor across keyless shaft coupling. Transverse feed system drives bolls screws by using actuating motor across timing belt. And circular cutter holder drives cutter head by using electromotor across planetary gear system. In the paper, the determination of each driving projection and the calculating course of the design of feed system and the tool post are described in detail . It includes the selection and determination of bolls screws,the selection and checking of bearings , the selection and determination of electromotor and shaft couplings , the design and determination of timing belt , the principle design of circular cutter holder , the design and determination of planetary gear system and so on . I finished the design of whole feed system and an eight station auto circular cutter holder which satisfy the technical specifications .

 

目  录
摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1
1.1 选题的背景和目的及意义 1
1.2 国内外研究状况和研究成果 1
1.3 对课题的研究设想 2
1.4 预期结果和意义 2
第2章 总体方案设计 3
2.1 总体设计要求 3
2.1.1 设计技术要求 3
2.1.2 主轴和刀架 3
2.2 总体传动方案 3
2.3 本章小结 4
第3章 纵向进给系统设计 5
3.1 滚珠丝杠副的选择和计算 5
3.1.1 滚珠丝杆副的安装方式 5
3.1.2 滚珠丝杠的结构形式 6
3.1.3 滚珠丝杠副的计算 6
3.2 轴承的选择 9
3.2.1 游动端深沟球轴承 9
3.2.2 固定端双向推力球轴承 9
3.2.3 轴承寿命校核 10
3.3 电动机的选择 10
3.3.1 电动机额定转速的确定 10
3.3.2 电动机额定转矩的确定 10
3.3.3 电动机额定功率的确定 11
3.3.4 伺服电机型号的确定 11
3.4 联轴器的选择 12
3.4.1 丝杠轴径校核 12
3.4.2 联轴器型式选择 12
3.4.3 联轴器型号的确定 12
3.5 导轨形式的选择 12
3.6 润滑方式的选择 12
3.7 本章小结 13
第4章 横向进给系统设计 14
4.1 滚珠丝杠副的选择和计算 14
4.1.1 滚珠丝杠的安装方式 14
4.1.2 滚珠丝杠的结构形式 14
4.1.3 滚珠丝杠副的计算 15
4.2 轴承选择 17
4.3 电动机选择 17
4.3.1 电动机额定转速的确定 17
4.3.2 电动机额定转矩的确定 18
4.3.3 电动机额定功率的确定 18
4.3.4伺服电机型号的确定  19
4.4 同步齿形带的设计 19
4.5 胀紧套的选择计算 21
4.6 润滑方式的确定 22
4.7 本章小结 22
第 5 章 刀架设计 23
5.1 刀架设计要求 23
5.2 刀架设计方案 23
5.3 刀架工作原理 23
5.4 刀架传动方案设计 25
5.4.1 回转刀架所需夹紧力的确定 25
5.4.2 选择电动机 26
5.4.3 传动方案确定 27
5.5 齿轮传动设计 27
5.5.1 选择齿轮材料和热处理精度等级齿轮齿数 27

5.5.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 29
5.5.3 校核齿面接触疲劳强度 30
5.6 润滑方式的确定 30                                                                           
5.7 本章小结 30                                                                          
结论32
参考文献 33
致谢 34
附录36
 
  这种支承形式的特点是:安装时需保持螺母与两端支承同轴,丝杠的轴向刚度和一端固定、一端自由的相同;压杆稳定性和临界转速比同长度的一端固定,一段自由的高;丝杠有热膨胀的余地,即丝杠固定端承受径向力和连个方向的轴向力,而另一端只承受径向力,并能作微量轴向浮动。
3.1.2  滚珠丝杠的结构形式
1、滚道法向截面形状选用单圆弧滚道形面;
2、滚珠循环方式选用内循环,其灵敏度较高、精度高,且本设计中纵向进给系统的承载能力要求不高;
3、轴向间隙的调整方法采用双螺母垫片预紧方式,该结构径向安装尺寸小,安装简便,使用于各类负荷、各种精度定位,应用范围最为广泛。
3.1.3  滚珠丝杠副的计算
在选择数控机床雇主丝杠螺母时,应首先根据动载强度计算或静载强度计算来确定其尺寸规格,然后对其刚度和稳定性进行校核计算。一般当转速n>10r/min时,滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀,因此要进行动载强度计算;当转速n 10r/min时,滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大塑性变形,影响正常工作,因此应进行静载强度计算。
设计机床的纵向工作进给速度设计要求为1mm/min~2000mm/min,初估丝杠导程为8mm,故丝杠速度要求为0.125r/min~250r/min,应分别按照动载强度计算并按照静载强度进行校核。本小节公式出处为文献[5]。
1、动载强度计算
查文献[5]知应使计算载荷 (N)小于滚珠丝杠螺母副的额定动负荷,即:
                                             (3.1)式中: ——动载荷系数。按一般运转,取
   ——硬度影响系数。按普通螺杆螺母,HRC=60±2,取
   ——当量动负荷,N
   ——滚珠丝杠螺母副的额定动负荷,N
   ——寿命,以10 r为一个单位
             N                                   (3.2)式中: ——使用寿命,h;数控机床,T=15000h
   ——循环次数
   ——滚珠丝杠的当量转速,r/min
                                          (3.3)
                                                 (3.4)式中: 、 、——滚珠丝杠副所承受的轴向工作载荷,N
   、 、——与 、 、…相对应的转速,r/min
   、 、——与 、 、…相对应的工作时间,min
当负载与转速接近正比变化,且各种转速使用的机会均相等时,可采用下式计算:
             ,                      (3.5)式中,当量动载荷 可由机床切削加工时的进给力及导轨摩擦力之和求出。
查文献[9],加工材料取中等强度( MPa),采用尺寸为20mm×20mm×125mm的标准刀具,选择普通切削加工时较大的切削用量,切削深度 选10mm,进给量 选0.7mm,相应的进给力 最大值为5300N,主切削力 最大值为9610N。
估算床鞍以上部件重量 ,刀架重量 ,床鞍滑动导轨摩擦系数 ,导轨摩擦力有床鞍以上部件重力与主切削力共同作用而产生,即
 

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