两方向进给工作台课程设计计算

两方向进给工作台课程设计计算

说明书

院系： 机械工程学院

指导老师：汪群

班级： 机自0408 姓名： 冯 琳

学号：0400041304

两方向进给工作台

设计题目：

数控机床要实现两个方向(X、Y坐标)的进给，X、Y方向进给由工作台的纵向、横向进给机构实现，各方向进给均采用直流伺服电动机，经同步齿形带带动滚珠丝杠来获得，并用脉冲编码器作反馈元件，以控制各方向进给的精度．已知纵向进给机构的滚珠丝杠螺母固定在工作台的床鞍上，横向进给机构的丝杠螺母固定在工作台的横向滑板上，工作台最大行程纵向为762mm，横向为297mm,进给伺服电动机功率为1.5kW进给速度为2.54～2540mm／min。试设计数控机床两个方向进给机构的装配草图。

工作条件：

（1）工作台进给用滚珠丝杠副 平均工作载荷Fm＝4000N，

丝杠工作长度l=2m(设定的，最后由图确定)，

平均转速＝120r/min，

每天开机6h，每年300个工作日，要求工作8年以上， 丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC， 要求丝杠传动精度为±0.04mm

（2）汉江机床厂的HJG-D系列滚动直线导轨 作用在滑座上的载荷F＝18000N， 滑座数M＝4，

单向行程长度ls纵向为762mm，横向为297mm， 每分钟往返次数为2， 工作温度不超过120℃， 工作速度为40m／min， 工作时间要求10000h以上 滚道表面硬度取60HRC。

设计及计算

一：导轨设计 纵向（x）方向导轨 （1）计算额定工作时间寿命Th Th =6×300×8h=14400h （2）计算额定行程长度寿命Ts(km) Ts =2 Th /l s n/10=2×14400 ×0.762×2×60/1000km=2633.5km 3设计 及 计算 （3）计算额定动载荷Ca ?Ts?K(fHfTfCCafWF ) 3 fH为硬度系?Ca3?Ts/KFfWfHfTfC数，按表2-15选取；fH=1.0 fTK为寿命系数，一般取K＝50km；F为滑座工作载荷(N)， fH=1.0 fT=0.90 fC=0.81 fW=1.8 F=FΣ/M=18000/4=4500 3为温度系导 轨 设 计 数，按表2-16选取，fT=0.90 ?Ca?2633.5/50?4500?1.80.81?0.9?1(N)?41649.4(N) fC为接触系（4）选用汉江机床厂的HJG-D系列滚动直线导轨 查表2-13，其中HJG-D45型号的导轨 的Ca值为43800N，能满足八年的使用要求，所以可选用HJG-D45型号的滚动直线导轨。 横向（y）方向导轨 （1）计算额定工作时间寿命Th Th =6×300×8h=14400h （2）计算额定行程长度寿命Ts(km) Ts =2 Th /l s n/10=2×14400 ×0.297×2×60/1000km=1026.4km 3数，按表2-17选取；fC=0.81 fW为负荷系数，按表2-18选取；fW=1.8 滚珠丝杠 设计 （3）计算额定动载荷Ca ?Ts?K(fHfTfCCafWF ) 3?Ca3?Ts/KFfWfHfTfC K为寿命系数，一般取K＝50km；F为滑座工作载荷(N)， fH=1.0 fT=0.90 fC=0.81 fW=1.8 F=FΣ/M=18000/4=4500 1026.4/50?4500?1.8x,y方向均选?Ca?(N)?30423.6(N) 0.81?0.9?1用HJG-D45型（4）选用汉江机床厂的HJG-D系列滚动直线导轨 号的滚动直线查表2-13，其中HJG-D45型号的导轨 的Ca值为43800N，能满足八导轨 年的使用要求，所以可选用LJG-D45型号的滚动直线导轨。 二：滚珠丝杠的设计计算 ）1）计算载荷 Fc Fc?KFKHKAFm＝1.1 x 1.0 x 1.0 x?4000 = 44‰0N 查表',2)计算额定动载荷计算值Ca 2-6KF=1.1，查表2-7取KH＝''nL120?14400mhCa?FC31.0， ?44003?20656.74(N) 441.67?101.67?10取D级精度，查表2-8取KA＝'(3)根据Ca选择滚珠丝杠副 1.0。 假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或稍大于C’ a的原则，查表2-9，考虑各种因素选用FC1-5006-3。 由表2-9得丝杠副数据： 公称直径D0＝50mm 导程 胠?=6mm 螺旋角λ ＝2°11′ 滚珠直径d0=3.969mm 滚道半径 R=0.52 d0＝0.52×3.?69mm=2.064mm 偏心距 e＝0.707(R- d0/2)=0.707×(2.064-3.969/2)mm=0.056mm 丝杠内径 d1＝Do+2e-2R=(50+2×（0.056－2.064）)mm=45.76mm (4)稳定性验算 包括：验算其安全系数 S、验算不发生共振的最高转速、滚珠丝杠副 E为丝杠材料限制 D0n 的弹性模量，对于钢a验算其安全系 数 S E=206GPa； 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时 应验算其安全系 数S，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数 [S] l为丝杠工作(见表2-10)。 长度(m) 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr(N)按下式计算： l＝2m； 3截面的轴惯性矩(m4)； 44?d1??(0.04576m)?7 Ia???2.15?10 6464μ为长度系数， 见表2-10 取由图可取纵向(x)向的丝杠长度为1.2m，横向(y)的丝杠长度为μ＝2/3 0.85m. Fcr??EIa(?l)22 Ia：为丝杠危险 2?EIa?2?206?109?2.15?10?75 Fcr???2.5?10N 22(?l)2 (?2)3 5s安全系数 X = Fcrx/Fm =2.5?10/4000= 62.5 查表2-10，[s]=2.5～3.3。 S > [S]，丝杠是安全的，不会失稳。 b 验算不发生共振的最高转速 高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高 转速——临界转速ncr。要求丝杠的最大转速nmaxnmax=2540/6=423.3r／min，所以丝杠工作时不会发生共振。 C 滚珠丝杠副限制D0n 通常要求D0n <7×104mm〃r／min。 3D0n＝50×120mm〃r／min＝6×10mm〃r／min < 7×104mm〃r／min。 所以该丝杠副工作稳定。 d 刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(N·m)共同作用下引起每个导程的变形量Δ Lo(m)为 2pFpT?L0??? EA2?GJc 1 式中：A为丝杠截面积： A??d2(m2) 2 4 ?d14 J?(m) Jc为丝杠的极惯性矩：c32 G为丝杠切变模量，对钢G＝83.3GPa； p为丝杠的导程。 FD T(N〃m)为转矩。 T?m0tan(???) 2式中，ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数； Fm为平均工作负载。 本题取摩擦系数为tanρ＝0.0025，则得ρ＝8′40″。 1 T?tan(???)?4000?tan(2?11??8?40?)?4.0N?m 22 按最不利的情况取(其中F＝ Fm) 2 pFpT?L0??? EA2?GJc ?3?322?6?10?400016?(6?10)?4.0 ?(?2)m 9294206?10???(0.04576)??83.3?10?(0.04576) ?3?3.65?10(?m) 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为 -3?L03.65?10 ?2??m?1.22?m ?L?l-3p6?10 通常要求丝杠的导程误差ΔL应小于具传动精度的l／2， 即ΔL<σ／2 = 0.03/2mm = 0.015mm = 15μm 该丝杠的ΔL满足上式，所以纵向(x),横向(y)丝扛刚度可满足要求。 e效率验算 滚珠丝杠副的传动效率η 为 η ＝ tanλ/ tan(λ+ρ） = tan2°11′/ tan(2°11′+8′40″）= 0.939 η要求在90％～96％之间，所以该丝杠副合格。 选用 FC1-5006-3 经上述计算验证， FC1-5006-3各项性能均符合题目要求，可选用。 FmD050?10?3

T?tan(???)?4000?tan(2?11??8?40?)?4.0N?m 22 按最不利的情况取(其中F＝ Fm) 2 pFpT?L0??? EA2?GJc ?3?322?6?10?400016?(6?10)?4.0 ?(?2)m 9294206?10???(0.04576)??83.3?10?(0.04576) ?3?3.65?10(?m) 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为 -3?L03.65?10 ?2??m?1.22?m ?L?l-3p6?10 通常要求丝杠的导程误差ΔL应小于具传动精度的l／2， 即ΔL<σ／2 = 0.03/2mm = 0.015mm = 15μm 该丝杠的ΔL满足上式，所以纵向(x),横向(y)丝扛刚度可满足要求。 e效率验算 滚珠丝杠副的传动效率η 为 η ＝ tanλ/ tan(λ+ρ） = tan2°11′/ tan(2°11′+8′40″）= 0.939 η要求在90％～96％之间，所以该丝杠副合格。 选用 FC1-5006-3 经上述计算验证， FC1-5006-3各项性能均符合题目要求，可选用。 FmD050?10?3

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