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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯編號： 畢業(yè)設計(論文)題 目： 數(shù)控自動送料機設計所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯摘 要本次設計是對數(shù)控自動送料機裝置的設計。在這里主要包括:傳動系統(tǒng)的設計、裝夾部位系統(tǒng)的設計、系統(tǒng)的設計這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件。整機結構主要由電動機產生動力通過聯(lián)軸器將需要的動力傳遞到絲桿上，絲桿帶動絲桿螺母，從而帶動整機運動，提高勞動生產率和生產自動化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。本論文研究內容：(1) 數(shù)控自動送料機裝置總體結構設計。(2) 數(shù)控自動送料機裝置工作性能分析。(3)電動機的選擇。(4) 數(shù)控自動送料機裝置的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機架設計。(5)對設計零件進行設計計算分析和校核。(6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。 關鍵詞：數(shù)控自動送料機裝置， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠 需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯AbstractThis design is the design of CNC automatic feeder device. Here mainly includes: transmission system design, the clamping part of the system design, system design of the graduation design to the design work in basic skills training, improve the ability to analyze and solve engineering problems, and create a condition for general mechanical design. The whole machine structure is mainly produced by the motor power by coupling will need power is passed on to the lead screw, screw drive screw nut, thus promote the machine movement, improve labor productivity and production automation level. More shows its superiority, has a wide development future. In this paper the research content: (1) CNC automatic feeder device structure design as a whole. (2) CNC automatic feeder device performance analysis. (3) the choice of the motor. (4) the numerical control automatic feeder device of the drive system and frame design, execution parts. (5) the design and calculation analysis was carried out on the design of parts and check. (6) to draw the whole machine assembly drawings and detail drawings of the parts assembly drawing and design. Key words: CNC automatic feeder device, coupling, ball screw需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯目 錄摘 要 .......................................................................................................................................IIAbstract....................................................................................................................................III1 緒論........................................................................................................................................11.1 課題的背景 ................................................................................................................11.2 課題的意義 ................................................................................................................11.3 本課題研究的內容及方法 ..........................................................................................11.3.1 主要的研究內容 ................................................................................................11.3.2 設計要求 ............................................................................................................21.3.3 關鍵的技術問題 ................................................................................................22 數(shù)控自動送料機裝置總體結構設計....................................................................................32.1 設計的要求與數(shù)據(jù) ......................................................................................................32.2 機械傳動系統(tǒng)圖 ........................................................................................................33 數(shù)控自動送料機 X 方向進給傳動設計 .............................................................................43.1 X 向滾珠絲桿副的選擇 ..............................................................................................43.1.1 導程確定 ............................................................................................................43.1.2 確定絲桿的等效轉速 ........................................................................................53.1.3 估計工作臺質量及負重 ....................................................................................53.1.4 確定絲桿的等效負載 ........................................................................................53.1.5 確定絲桿所受的最大動載荷 ............................................................................53.1.6 精度的選擇 ........................................................................................................63.1.7 選擇滾珠絲桿型號 ............................................................................................73.2 校核 ..............................................................................................................................73.2.1 臨界壓縮負荷驗證 ...........................................................................................73.2.2 臨界轉速驗證 ....................................................................................................83.2.3 絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 ............................................................83.3 電機的選擇 ..................................................................................................................93.3.1 電機軸的轉動慣量 ............................................................................................93.3.2 電機扭矩計算 ..................................................................................................10V4 數(shù)控自動送料機 Y 方向進給傳動設計 ...........................................................................124.1 滾珠絲杠計算、選擇 ...............................................................................................124.2 步進電機慣性負載的計算 .......................................................................................144.3 Y 軸滾導軌副的計算、選擇 .................................................................................175 機架的設計..........................................................................................................................195.1 對機架結構的基本要求 ............................................................................................195.2 機架的結構 ...............................................................................................................205.3 橫梁設計 ....................................................................................................................215.4 機架的基本尺寸的確定 ...........................................................................................235.5 架子材料的選擇確定 ...............................................................................................235.6 主要梁的強度校核 ...................................................................................................246 橫縱向進給運動控制程序的編制......................................................................................266.1 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 .......................................................................................266.2 接口程序初始化及步進電機控制程序 ...................................................................276.3 直線圓弧插補程序設計 ...........................................................................................31參考文獻..................................................................................................................................39結論..........................................................................................................................................40致謝..........................................................................................................................................42需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯234567891011121 緒論1.1 課題的背景在我國和國外的生產和研究中，自動送料方式有很多種，但是在這些產品中，存在著一些問題。如日本的RF20SD-OR11機械手送料裝置與沖床做成一體，從橫向(側面)送料，結構復雜，裝配、制造、維修困難，價格昂貴，又不適合于我國沖床的縱向送料的要求。RF20SD—OR11的結構由沖床上的曲軸輸出軸．通過花鍵軸伸縮，球頭節(jié)部件聯(lián)接機械手齒輪， 由傘齒輪、圓柱齒輪、齒條、凸輪、撥叉、絲桿等一系列傳動件13使機械手的夾爪作伸縮、升降、夾緊、松開等與沖床節(jié)拍相同的動作來完成送料，另設一套獨立驅動可移式輸送機，通過隔料機構將工件輸送至預定位置，這樣一套機構的配置僅局限于日本設備，不能應用于國產沖床。國內有的送料機構由沖床工作臺通過連桿彈簧驅動滑塊在滑道上水平滑動，將斜道上下來的料，通過隔料機構推到模具中心，并聯(lián)動打板將沖好的料撥掉，往復運動的一整套機構比較簡單， 無輸送機構，聯(lián)動可靠，制造容易。但機械手不能將料提升、夾緊，料道傾斜放置靠料自重滑下，如規(guī)格重量變動，則料道上工件下滑速度不一致，易產生疊料，推料機構役有將料夾緊，定位不正，增加廢品率，使用也不安全。1.2 課題的意義本課題主要是貫穿著各種物料的流動和儲運，物料給料輸送機是機械制造系統(tǒng)的重要組成部分，它將制造系統(tǒng)中的物料（如毛坯、半成品、成品、工夾具等）及時準確地送到指定加工位置、倉庫或裝卸站。計?，F(xiàn)在要求設計自動送料機構，實現(xiàn)自動送料，消除積累誤差，同時可以減少勞動力成本。目前在生產中還是采用手工模式，即是一人看一臺機器，人工送料，這種生產模式生產效率很低，既浪費勞動力也會讓工人很疲倦，而且人工送料會產生累積誤差。為了解決這些問題，減少生產成本，結合國內外送料機構的特點，采用伺服電機與送料機構為配合的主要裝置。設計了具有推廣意義的自動送料機。1.3 本課題研究的內容及方法1.3.1 主要的研究內容在查閱了國內外大量的有關數(shù)控自動送料機設計理論及相關知識的資料和文獻基礎上，綜合考慮數(shù)控自動送料機結構特點、具體作業(yè)任務特點以及數(shù)控自動送料機的推廣應用，分析確定使用數(shù)控自動送料機配合生產工序，實現(xiàn)自動化的目的。為了實現(xiàn)上述目標，本文擬進行的研究內容如下:1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控自動送料機本身的結構特點，確定數(shù)控自動送料機整體設計方案。2 確定數(shù)控自動送料機的性能參數(shù)，對初步進行靜力學分析，根據(jù)實際情況選擇電機。143 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控自動送料機各零部件的結構設計；4 完成主要零部件強度與剛度校核。1.3.2 設計要求1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，提出數(shù)控自動送料機的整體設計方案；2 完成數(shù)控自動送料機結構的詳細設計；3 通過相關設計計算，完成電機選型；4 完成數(shù)控自動送料機結構的設計；繪制數(shù)控自動送料機結構總裝配圖、主要零件圖。1.3.3 關鍵的技術問題1 方案選擇2 整體的支撐架設計3 機構設計4 強度校核 需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯2 數(shù)控自動送料機裝置總體結構設計2.1 設計的要求與數(shù)據(jù)在自動化制造系統(tǒng)中，伴隨著制造過程的進行，貫穿著各種物料的流動和儲運，物料給料輸送機是機械制造系統(tǒng)的重要組成部分，它將制造系統(tǒng)中的物料（如毛坯、半成品、成品、工夾具等）及時準確地送到指定加工位置、倉庫或裝卸站。在制造系統(tǒng)中，物料首先輸入到物料流動與儲運系統(tǒng)中，然后由物料輸送系統(tǒng)送至指定位置。本課題設計的數(shù)控自動送料機具有可實現(xiàn)橫縱向進給的工作臺和機座組成，工作臺面可附加氣動夾具與零件、隨行夾具進行裝夾，與帶式傳送機、滾筒式輸送機等輸送裝置組成自動化輸送系統(tǒng)，對實現(xiàn)制造系統(tǒng)自動化具有重要意義。本設計主要完成自動給料機的機架結構、工作臺結構設計、橫縱向進給機構設計、工作臺運動軌道設計，橫縱向進給運動控制程序的編制。技術參數(shù)：工作臺臺面尺寸：1230x970mm 工作臺高度：870mm送料速度：120pcs/min（步距 110mm）電機功率：1Kw2.2 機械傳動系統(tǒng)圖開環(huán)伺服系統(tǒng)——步進電機驅動——沒有檢測裝置半閉環(huán)伺服系統(tǒng)——交流或直流伺服電機驅動——脈沖編碼器——速度反饋閉環(huán)伺服系統(tǒng)——交流或直流伺服電機驅動——位置檢測裝置——位置反饋本設計采用開環(huán)步進電機驅動。、傳動初步設計電動機——聯(lián)軸器——滾珠絲杠——工作臺163 數(shù)控自動送料機 X 方向進給傳動設計表 3-1 滾珠絲桿副支承支承方式簡圖 特點一端固定一端自由結構簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉速都較低設計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。一端固定一端游動需保證螺母與兩端支承同軸，故結構較復雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉速不高時多用更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。兩端固定只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A拉伸，預拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結構和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。3.1 X 向滾珠絲桿副的選擇滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構。他的作用就是把旋轉運動轉和直線運動進行相互轉換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉動時帶動滾珠滾動。173.1.1 導程確定電機與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動比 i=1, 選擇電機 Y 系列異步電動機的最高轉速 ，則絲杠的導程為cmkgfMrn .2min,/150maxmax ??最 大 轉 矩取 Ph=12mmVPH150/18/axee3.1.2 確定絲桿的等效轉速基本公式 in)/(rPnh=最大進給速度是絲桿的轉速 min)/(1502/8max rV=最小進給速度是絲桿的轉速 3./inih絲桿的等效轉速 式中取 故i)()(212mi1axrtttnm+= 21t=n/0./(i=+3.1.3 估計工作臺質量及負重 工作臺重量 NXgG784.902=移動部件重量 m2.33=3.1.4 確定絲桿的等效負載工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為 0.03，K 為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取 1.1~1.5，本課題中取 1.3，則絲桿所受的力為 NGFGFGfKFZx 215-)2(03.3.12-)2( 3y12yma =++=++= ）（）（）（0in其等效載荷按下式計算（式中取 ， ）21t1nNtnFFm49)(321mi3ax=+=3.1.5 確定絲桿所受的最大動載荷 316mhkahtwm10)nT(ffCar18fw-------負載性質系數(shù)， （查表：取 fw=1.2）ft--------溫度系數(shù)（查表：取 ft=1）fh-------硬度系數(shù)（查表：取 fh =1）fa-------精度系數(shù)（查表：取 fa =1）fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取 fk =1）Fm------等效負載nz-------等效轉速Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為 15000h由上式計算得 Car=17300N表 3-1-1 各類機械預期工作時間 Lh表 3-1-2 精度系數(shù) fa表 3-1-3 可靠性系數(shù) fk表 3-1-4 負載性質系數(shù) fw193.1.6 精度的選擇滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設計時設定絲杠的任意 300 行程變m動量 應小于目標設定定位精度值的 1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。 ，選用滾珠30V絲杠的精度等級 X 軸為 1～3 級（1 級精度最高） ，Z 軸為 2～5 級，考慮到本設計的定位精度要求及其經(jīng)濟性，選擇 X 軸 Y 軸精度等級為 3 級，Z 軸為 4 級。3.1.7 選擇滾珠絲桿型號計算得出 Ca=Car=17.3KN,則 Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN公稱直徑 Ph=12mm則選擇 FFZD 型內循環(huán)浮動返向器，雙螺母墊片預緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑 d1=39.5mm 鋼球直徑 dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3 圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度 kc=973N/μm3.2 校核滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度 KO有絲桿本身的拉壓剛度 KS，絲桿副內滾道的接觸剛度 KC，軸承的接觸剛度 Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。3.2.1 臨界壓縮負荷驗證絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負荷按下列計算： NFKLEIfFcr max201e=?式中 E------材料的彈性模量 E 鋼 =2.1X1011（N/m 2）LO-------最大受壓長度（m）K1-------安全系數(shù)，取 K1=1.3Fmax-------最大軸向工作負荷（N）f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f 1=15.120I=絲桿最小截面慣性距（m 4）42)2.1_(6woddI?=式中 do--------是絲桿公稱直徑（mm）dw------------滾珠直徑（mm） ，絲桿螺紋不封閉長度 Lu=工作臺最大行程+螺母長度+兩端余量Lu=300+148+20X2=488mm支撐距離 LO應該大于絲桿螺紋部分長度 Lu，選取 LO=620mm代入上式計算得出 Fca=5.8X108N可見 Fca＞F max， 臨界壓縮負荷滿足要求。3.2.2 臨界轉速驗證滾珠絲杠副高速運轉時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉速 ，要求絲杠的最crn高轉速：2230KPAEILfnCZcr?=式中：A------絲桿最小截面：A= 24-6-22 m10*9.3.414=d-------絲杠內徑，單位 ；2dmP--------材料密度 p=7.85*103(Kg/m)--------臨界轉速計算長度，單位為 ，本設計中該值為cL=148/2+300+(620-488)/2=440mmc----------安全系數(shù)，可取 =0.82K2KfZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時取 18.9經(jīng)過計算，得出 = 6.3*104 ，該值大于絲杠臨界轉速，所以滿足要求。crnmin/r3.2.3 絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計算公式LAEs/maxin=21式中 A——絲杠最小橫截面， ；2()4Adm??螺母座剛度 KH=1000N/μm。當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L 植分別為 750mm 和100mm。經(jīng)計算得： min/1/2/1/ sCHe KK+=sradmWB/k式中 K e ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；KH——螺母座的剛度(N/μm)；K H=1000 N/μmKc——絲杠副內滾道的接觸剛度(N/μm)；KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。經(jīng)計算得絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于 1500r/min，能滿足要求。3.3 電機的選擇步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機電一體化產品中。選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，再者還要考慮轉動慣量、負載轉矩和工作環(huán)境等因素。3.3.1 電機軸的轉動慣量a、回轉運動件的轉動慣量 328md42LJRàá=上式中：d—直徑,絲桿外徑 d=39.5mmL—長度=1mP—鋼的密度=7800 2kg/m22經(jīng)計算得 2m0.kg×=RJb、X 向直線運動件向絲桿折算的慣量 2ú?ù?e?àPMJL上式中：M—質量 X 向直線運動件 M=160kgP—絲桿螺距（m）P=0.001m經(jīng)計算得 2-810*4.9kgJL×=c、聯(lián)軸器的轉動慣量查表得 2/.W因此 28- m0.8kg4.10*9.4.0×=+=+LRJJ3.3.2 電機扭矩計算a、折算至電機軸上的最大加速力矩 atJnT602mxaxà=上式中： in/15xrJ=0.0028kg/m2ta—加速時間 KS—系統(tǒng)增量，取 15s-1,則 ta=0.2s3ta=經(jīng)計算得 mNT×2.maxb、折算至電機軸上的摩擦力矩 IPFà·20f=上式中：F 0—導軌摩擦力，F(xiàn) 0=Mf，而 f=摩擦系數(shù)為 0.02，F(xiàn) 0=Mgf=32NP—絲桿螺距（m）P=0.001mη—傳動效率，η=0.90I—傳動比，I=1經(jīng)計算得 NTf×=75.023c、折算至電機軸上的由絲桿預緊引起的附加摩擦力矩 i2)-1(2000à·PT=上式中 P0—滾珠絲桿預加載荷≈1500Nη 0—滾珠絲桿未預緊時的傳動效率為 0.9經(jīng)計算的 T0=0.05N·M則快速空載啟動時所需的最大扭矩 mNf ×=+=82.0max根據(jù)以上計算的扭矩及轉動慣量，選擇電機型號為 SIEMENS 的 IFT5066，其額定轉矩為 6.7 。NA244 數(shù)控自動送料機 Y 方向進給傳動設計4.1 滾珠絲杠計算、選擇初選絲杠材質：CrWMn 鋼，HRC58~60，導程：l0=5mm強度計算絲杠軸向力： (N))(,,maxyxzyxWFfKF??其中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數(shù) f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz 計算。取 f=0.004, 則:40Z?maxXF0.5.2161..(67.58)104.6042YZNN????壽命值： ，其中絲杠轉速 (r/min)61nTL0maxlvnmax065240/i13ThvnrlL???最大動載荷： FfLQWH式中： fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為 1.2~1.5； fH為硬度系數(shù)，HRC≥58 時為 1.0。查表得中等沖擊時 則:1.2,ff?360.4568709.5.4XY NQ??根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結構形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM 系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。其基本參數(shù)如下:25其額定動載荷為 14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預緊方式采用雙yQ螺母螺紋預緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表名稱 計算公式 結果公稱直徑 0d―― 20mm螺距 t ―― ５mm接觸角 ?―― 045鋼球直徑 bd―― 3.175mm螺紋滾道法向半徑 R0.52bd?1.651mm偏心距 e()sine???0.04489mm螺紋升角 ?0tarcgd??0'4326螺桿外徑 d0(.2~5)bdd??19.365mm螺桿內徑 11eR?16.788mm螺桿接觸直徑 220cosb?17.755mm螺母螺紋外徑 Dd??23.212mm螺母內徑（外循環(huán)） 10(.~5)bd?20.7mm（1） 傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為： )(?????tg式中： φ =10’，為摩擦角； γ 為絲杠螺旋升角。 0'''43()(1)0.96ggt tt????????（2） 穩(wěn)定性驗算絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。（3） 剛度驗算滾珠絲杠受工作負載引起的導程變化量為： (cm)ESFll01???Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數(shù)計算60622 21.5615.80.241.5.(/)3.40FNlcmECMSRL????????絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略不計。導程變形總誤差 Δ 為E 級精06 4110.56.22.102.[]lL um??????????度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。274.2 步進電機慣性負載的計算根據(jù)等效轉動慣量的計算公式，有：（1）等效轉動慣量的計算折算到步進電機軸上的等效負載轉動慣量為： 2 21013())()180pq bzJJJM??????式中： 為折算到電機軸上的慣性負載； 為步進電機軸的轉動慣量； 為齒輪１的qJ 0J1J轉動慣量；為齒輪２的轉動慣量； 為滾珠絲杠的轉動慣量；Ｍ為移動部件的質量。2 3J對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算： 340.781JDL????式中 為圓柱零件直徑， 為圓柱零件的長度。D所以有： 34221234 2230.782..56.710.0..3.4.J kgcm? ?? ??????電機軸的轉動慣量很小，可以忽略，所以有： 22 2220.16.4710()16.57.)10()0.793.3458dJ kgcm? ?????????步進電機的選用(１）步進電機啟動力矩的計算設步進電機的等效負載力矩為Ｔ，負載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做的功有如下的關系： TPs???式中 為電機轉角，Ｓ為移動部件的相應位移， 為機械傳動的效率。若取 ，? b???則Ｓ＝ ，且 。所以：p?()szPGP???2836[()]2pszbPGPT???????式中： 為移動部件負載（N） ，G 為移動部件質量（ N） ， 為與重力方向一致的作用sP z在移動部件上的負載力（N） ， 為導軌摩擦系數(shù)， 為步進電機的步距角（rad）,T?b為電機軸負載力矩（N.cm） 。取 =0.3（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù)） ， ＝０.8， = =279.23Ｎ?？紤]??sPH到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有： 360.1[25.80.3(20180)]3145. 65.2.T ncm?????? ?考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉矩： 0.3~5QT取系數(shù)為０.３，則： 65.216.24qTncm?對于工作方式為三相６拍的步進電機：max163.20.808.36qTj nc?(２） 步進電機的最高工作頻率 axmax 1760.0pvf???電機功率：1Kw為使電機不產生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率 ,同時電機最大靜轉矩要足maxf夠大,查表選擇兩個 90BF001 型三相反應式步進電機.電機有關參數(shù)如下:型號 主要技術參數(shù)29相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉矩 maxjT(n.m)空載啟動頻率空載運行頻率分配方式90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4 相 8 拍外形尺寸(mm)外直徑 長度 軸直徑重量kg轉子轉動慣量Kg.m90 145 9 4.5 17644.3 Y 軸滾導軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計算導軌的靜安全系數(shù) fSL=C0/P，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動） 。根據(jù)計算結果查有關資料初選導軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 4.0sLf?,, ,0.5()OSLXYZfPFW??xYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26CfP413.94.?根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌:選擇漢機江機床廠 HJG-D 系列滾動直線導軌,其型號為:HJG-D25基本參數(shù)如下:額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量導軌重量導軌長度動載荷 aC靜載荷 oATBCTgK/gmL(mm)17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復次數(shù)30M Sl n4 0.6 4導軌的額定動載荷 N1750aC?依據(jù)使用速度 v（m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導軌的工作aC壽命 Ln：額定行程長度壽命:()HTCaWffSFTK?2045MF1,,.81,,oTWCHRdffffK??導軌的額3 310.817502()5()4209.58HTCaWffSF km??定工作時間壽命: 3102SoTHln??3 310249.58104971506SoTln hTh?????導軌的工作壽命足夠.315 機架的設計5.1 對機架結構的基本要求機架是整個機床的基礎支持件，一般用來放置重要部件。為了滿足機床高速度、高精度、高生產率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，機床應有高的靜、動剛度，更好的抗振性。 一、對機床的機架主要在以下 3 個方面提出了更高的要求： 1．很高的精度和精度保持性 在機架上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要長時間保持。另外，機床在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到機架上，所以，機架受力很復雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術要求。 2．應具有足夠的靜、動剛度 靜剛度包括：機架的自身結構剛度、局部剛度和接觸剛度，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度-質量比。動剛度直接反映機床的動態(tài)性能，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動而產生噪音。 3．較好的熱穩(wěn)定性 對機床來說，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題，必須在設計上要做到使整機的熱變形小，或使熱變形對加工精度的影響小。熱變形將直接影響機架的原有的精度，從而是產品精度下降，如立軸矩臺平面磨床，立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結果磨出的零件工作表面與安裝基面不平行；有導軌的機架，由于導軌面與底面存在溫差，在垂直平面內導軌將產生中凸或中凹熱變形。因此，機架結構設計時應使熱變形盡量小。 二、機架機架設計的一般要求 ：1） 在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應要求輕、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振動振幅限制在允許范圍內； 3） 躁聲?。?324） 溫度場分布合理，熱變形對精度的影響??； 5） 結構設計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工； 6） 結構力求便于安裝與調整，方便修理和更換零部件； 7） 有導軌的機架要求導軌面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既適用經(jīng)濟，有美觀大方。5.2 機架的結構1．機架結構 根據(jù)機床的類型不同，機架的結構形式有各種各樣的形式。例如車床機架的結構形式有平機架、斜機架、平機架斜導軌和直立機架等四種類型。 另外，斜機架結構還能設計成封閉式斷面，這樣大大提高了機架的剛度。鉆高精度立式萬能磨床、加工中心等這一類機床的機架結構與車床有所不同。例如加工中心的機架有固定立柱式和移動立柱式兩種。前者一般使用于中小型立式和臥式加工中心，而后者又分為整體 T 形機架和前后機架分開組裝的 T 形機架。所謂 T 形機架是指機架是由橫置的前機架和與它垂直的后機架組成。整體式機架，剛性和精度保持性都比較好，但是卻給鑄造和加工帶來很大不便，尤其是大中型機床的整體機架，制造時需要大型設備。而分離式 T 形機架，鑄造工藝性和加工工藝性都大大改善。前后機架聯(lián)接處要刮研，聯(lián)接時用定位鍵和專用定位銷定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固緊。這樣聯(lián)接成的機架，再剛度和精度保持性方面，基本能滿足使用要求。這種分離式 T形機架適用于大中型臥式加工中心。 由于機架導軌的跨距比較窄，致使工作臺在橫溜板上移動到達行程的兩端時容易出現(xiàn)翹曲，將會影響加工精度，為了避免工作臺翹曲，有的立式加工中心增設了輔助導軌。 2．機架的截面形狀 機床的機架通常為箱體結構，合理設計機架的截面形狀及尺寸，采用合理布置的肋板結構可以在較小質量下獲得較高的靜剛度和適當?shù)墓逃蓄l率。機架肋板一般根據(jù)機架結構和載荷分布情況，驚醒設計，滿足機架剛度和抗振性要求，V 形肋板有利于加強導軌支承部分的剛度；斜方肋和對角肋結構可明顯增強機架的扭轉剛度，并且便于設計成全封閉的箱形結構。 此外，還有縱向肋板和橫向肋板，分別對抗彎剛度和抗扭剛度有明顯效果；米字形肋板和井字形肋板的抗彎剛度也較高，尤其是米字形肋板更高。 333．機架的結構設計 機架結構設計時，應盡量避免薄壁結構并簡化表面形狀。根據(jù)本設計的具體情況及要求，機架的結構設如下：4.機架的設計步驟 ⑴根據(jù)機架上的零件、部件情況和設計要求初步確定機架及機架的結構形狀和尺寸，以保證機架內外的零件能正常運動 ⑵根據(jù)產品批量和結構形式初步確定制造方法，合理選擇材料，單件小批量的非標準設備機架可以采用焊接和鍛喊結合的機架 ⑶分析承載情況，根據(jù)承載情況合理的選擇截面形式，確定主要設計參數(shù) ⑷畫出結構草圖，進行必要的強度和剛度計算和尺寸修改 ⑸對重要設備的機架，還應該進行模擬實驗設計和模擬實驗，并根據(jù)實驗結果對設計進行修改。5.3 橫梁設計 梁設計的要求與軸心受壓相仿，鋼梁設計應考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定各個方面滿足要求。(1)梁的強度計算主要包括抗彎、抗剪和折算應力等強度應足夠。(2)剛度主要是控制最大撓度不超過按受力和使用要求規(guī)定的容許值。(3)整體穩(wěn)定指梁不會在剛度較差的側向發(fā)生彎扭失穩(wěn)，主要通過對梁的受壓翼緣設足夠的側向支承，或適當加大梁截面以降低彎曲壓應力至臨界應力以下。(4)局部穩(wěn)定指梁的翼緣和腹板等板件不會發(fā)生局部凸曲失穩(wěn)，在梁中主要通過限制受壓翼緣和腹板的寬厚比不超過規(guī)定，對組合梁的腹板則常設置加勁肋以提高其局部穩(wěn)定性。梁的截面選擇一、型鋼梁截面的選擇型鋼梁截面應滿足梁的強度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定四個要求，其中強度包括抗彎、抗剪、局部壓應力和折算應力。由于型鋼截面的翼緣和腹板等板件常有足夠的厚度，一般不必驗算局部穩(wěn)定，無很大孔洞削弱時一般也不必驗算剪應力。局部壓應力和折算應力只在有較大集中荷載或支座反力時計算。34型鋼梁設計通常是先按抗彎強度(當梁的整體穩(wěn)定有保證或 Mmax 處截面有較多孔洞削弱時)或整體穩(wěn)定( 當需計算整體穩(wěn)定時)選擇型鋼截面，然后驗算其它項目是否足夠，不夠時再作調整。為了節(jié)省鋼材，應盡量采用牢固連接于受壓翼緣的密鋪面板或足夠的側向支承以達到不需計算整體穩(wěn)定的要求。按抗彎強度或整體穩(wěn)定(φb 值可先估計假定)選擇單向(強軸)彎曲梁的型鋼截面時，所需要的截面抵抗矩為：2、腹板尺寸梁高確定后腹板高也就確定了，腹板高為梁高減兩個翼緣的厚度，在取腹板高時要考慮鋼板的規(guī)格尺寸，一般使腹板高度為 50mm 的模數(shù)。從經(jīng)濟角度出發(fā)，腹板薄一些比較省鋼，但腹板厚度的確定要考慮腹板的抗剪強度，腹板的局部穩(wěn)定和構造要求。從抗剪強度角度來看，應滿足下式：353、翼緣尺寸由式 5.2.1 求得需要的凈截面模量，則整個截面需要的慣性矩為：5.4 機架的基本尺寸的確定機架是支撐及其自動變速器所有附件的可移動機構。要保證拆裝自動變速器方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調關系。考慮到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結構就確定了。支撐自動變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機架上。為了使機架能夠方便移動，須在架子上裝輪子，因此在架子的 4 個側面通過螺栓各連接兩個輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。5.5 架子材料的選擇確定架子的結構確定后，就需要準備材料，買材料時要考慮鋼材的性能，同時也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場調查分析后，臺架選用 60㎜×60㎜的方鋼和 50×50 的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。受力比較小的底架就用 50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉架就用 60㎜的方鋼制作。在轉架與支撐板的固定處需要用軸連接。36表一 鋼材的尺寸規(guī)格 60㎜×60㎜ 50㎜×50㎜橫截面圖長度 500㎜ 567㎜材料 Q235 Q2355.6 主要梁的強度校核考慮到一些外在壓力，按照重量為 600N 進行校核。支承軸 160㎜，查機械工程材料 P105 頁表 5-2 得，Q235 鋼材的屈服強度 σ b =375～460MPa，取 σ b=375 MP a解：和軸一樣建立如圖所示的坐標系。以軸心為 x 軸，垂直上平面的直線為 y 軸，一端點為圓點建立如圖 6.1 所示的平面直角坐標系。因為：FRD =600N ，把 RDE 從 D 點移到 E 后的受力情況如圖 6.1 所示。圖 6.1得到一個 F 和一個力矩 M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m計算軸的集慣性矩 Ip 和抗彎截面系數(shù) Wz，因為材料和軸的是一樣的，所以 σ b=375 MP a , Ip=∫y 2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 37所以σ max= M max / W=180/（6773.69×10 --6）P a=0.26MP a也設安全系數(shù)：K=5故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a因此：也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的。所以可以進行制作。解：以軸心為 x 軸，垂直上平面的直線為 y 軸，一端點為圓點建立如圖 2.2.1 所示的平面直角坐標系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡圖如圖2.2.1-b 所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在 BE 點之間。把 F 從 C 點移到 B 后的受力情況如圖 2.2.1- b 所示。得到一個 F 和一個力矩 M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m因為：F ba+Fde=2F=12