毕业设计论文卧式加工中心传动机构的设计
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论文题目：卧式加工中心传动机构的设计
论文要求：通过给定的设计参数，设计卧式加工中心三个传动轴的传动机构，包括滚珠丝杠参数的确定，驱动伺服马达及所用轴承型号的选取等。
论文内容：设计一种卧式加工中心的传动机构。
给定技术参数如下：
HC630型卧式加工中心设计基本参数
行程 X轴行程mm 1050
Y轴行程mm 950
Z轴行程mm 950
各轴移动重量 X轴移动重量kg 4000
Y轴移动重量kg 0
Z轴移动重量kg 6000
移动速度 快速移动速度mm/min 20,000
达到快速移动速度所需时间 ≤0.1S
X轴
一、设计条件
X轴承重:W1=4000kgf
最大行程:Smax=1050mm
快送速度:Vmax=20000mm/min
定位精度:±0.005/1000mm
重复定位精度: ±0.003mm
失位:0.02mm
要求寿命:Lt=20000hr
(16时×250日×10年×0.5转动率) 滑动面摩擦系数:μ=0.07
加工内容:镗、铣、钻加工
驱动马达:AC马达(Nmax=3000rpm)
Y轴
一.设计条件
Y轴承重:W1=0kgf
最大行程:Smax=950mm
快送速度:Vmax=15000mm/min
定位精度:±0.005/1000mm
重复定位精度: ±0.003mm
失位:0.02mm
要求寿命:Lt=20000hr
(16时×250日×10年×0.5转动率)
滑动面摩擦系数:μ=0.07
加工内容:镗、铣、钻加工
驱动马达:AC马达(Nmax=3000rpm)
Z轴
一.设计条件
Z轴承重:W1=6000kgf
最大行程:Smax=950mm
快送速度:Vmax=20000mm/min
定位精度:±0.005/1000mm
重复定位精度: ±0.003mm
失位:0.02mm
要求寿命:Lt=20000hr
(16时×250日×10年×0.5转动率)
滑动面摩擦系数:μ=0.07
加工内容:镗、铣、钻加工
驱动马达:AC马达(Nmax=3000rpm) 论文参考资料
丝杠、马达、轴承的选取
丝杠、马达、轴承选取结果:
轴 丝杠 马达 轴承
X轴 φ50*10 α40/3000i 40TAC72B DFF
40TAC72B DF
Y轴 φ50*12 α22/3000i 7215C
Z轴 φ50*10 α40/3000i 40TAC72B DFF
40TAC72B DF
X轴
一、设计条件
X轴承重:W1=4000kgf
最大行程:Smax=1050mm
快送速度:Vmax=20000mm/min
定位精度:±0.005/1000mm
重复定位精度: ±0.003mm
失位:0.02mm
要求寿命:Lt=20000hr
(16时×250日×10年×0.5转动率)
滑动面摩擦系数:μ=0.07
加工内容:镗、铣、钻加工
驱动马达:AC马达(Nmax=3000rpm)
二、运转条件
运转区别 轴方向负荷(kgf) 快送速度
(mm/min) 使用时间
比例(%) 切削阻力 滑动阻力
快送 0 280 20000 30
轻中切削 500 280 5000 50
重切削 1000 280 1000 20
滑动阻力Fr=4000 ×0.07=280kgf(贴聚四氟乙烯静摩擦系数为0.10,动摩擦系数为0.07)
三、决定事项
1. 丝杠轴径,导程,螺帽的选定
(1) 导程的选定
由AC马达的最高回转数
L≥Vmax/Nmax=20000/3000=6.7(mm)
加大导程在进给速度方面有利,但因控制方面所需之分解能的缘故,在此仅以10及12mm加以讨论。
(2) 基本动额定负荷的讨论 由负荷条件求取在各导程所需负荷容量
运转条件 轴方向负荷(kgf) 回转数(rpm) 使用时间
比例(%) L=10mm L=12mm
快送 F1=280 N1=2000 N1=1667 30
轻中切削 F2=780 N2=500 N2=417 50
重切削 F3=1280 N3=100 N3=83.3 20
L=10mm时
平均负荷Fm =[(F13×n1×t1+ F23×n2×t2+…+ Fn3×nn×tn)/( n1×t1+ n2×t2+…+ nn×tn)]1/3=[(2803×2000×0.3+7803×500×0.5+12803×100×0.2)/( 2000×0.3+500×0.5+100×0.2)] 1/3=584.5kgf
平均回转数Nm= (n1×t1+ n2×t2+…+ nn×tn)/(t1+t2+…+t3)= 2000×0.3+500×0.5+100×0.2)/(0.3+0.5+0.2)=870rpm
L=12mm时
平均负荷Fm =[(F13×n1×t1+ F23×n2×t2+…+ Fn3×nn×tn)/( n1×t1+ n2×t2+…+ nn×tn)]1/3=[(2803×1667×0.3+7803×417×0.5+12803×83.3×0.2)/( 1667×0.3+417×0.5+83.3×0.2)] 1/3=584.5kgf
平均回转数Nm= (n1×t1+ n2×t2+…+ nn×tn)/(t1+t2+…+t3)= 1667×0.3+417×0.5+83.3×0.2)/(0.3+0.5+0.2)=725.3rpm
必要负荷容量
Ca≥(60Nm×Lt)1/3×Fm×fw×10-2
这里Lt=20000h, fw=1.2
故l=10mm,Ca≥7115.6kgf
l=12mm,Ca≥6670kgf
(3) 螺帽的选定
初步确定选取1.外循环系列2.DFT形式3.回路数2.5圈×3列（φ50*10） 或者1.外循环系列2.DFT形式3.回路数2.5圈×2列（φ40*12）
(4) 允许回转数的检验
○1危险速度
由dr≥n×L2/f×10-7(mm)
在此L=最大行程+螺帽的长度/2+轴端预留量
=1050+232/2+110=1276mm
f=21.9
故l=10mm,dr≥14.8mm
l=12mm,dr≥12.4mm
○2dm×n值,由高速dm×n≤100000
dm≤100000/n
由此l=10mm dm≤50mm
l=12mm dm≤60mm
(5) 滚珠丝杠系统刚性检验讨论
针对所要求的失位量,在此设定滚珠丝杠系统的构成元件(丝杠轴,螺帽及支撑轴承)的失位量为20(μm) ×0.8=16(μm)来加以讨论.
此时滚珠螺杆系统构成元件的弹性变位量(一方向负荷)为ΔL ≤8(μm)
○1丝杠的刚性:Ks(弹性变形量: ΔL)
以会产生最大轴方向变形的丝杠轴中央位置加以算出
由Ks=π×dr2×E/Ls×10-3(kgf/μm)(固定-固定)
ΔLs=Fa/Ks= Fa×Ls/(π×dr2×E) ×103(μm)
在此Fa:滑动阻力(Fa=280kgf),计算结果如表5.1
○2螺帽的刚性:KN(弹性变形量: ΔLN)
以最大轴方向负荷的1/3设定为预压负荷.
Fa0=Fmax/3=1280/3=427 (kgf)
此时的刚性由KN=0.8×K(Fa0/ε×Ca)1/3
=0.8×K(427/0.05×Ca)1/3(kgf/μm) ΔLN= Fa/KN
在此Ca,K:尺寸表记载值
Fa:滑动阻力(Fa=280kgf)
计算结果如表5.1
○3支撑轴承的刚性(弹性变形量: ΔLB)
支撑轴承选用滚珠丝杠支撑专用精密斜角止推滚珠轴承(TAC系列)
轴径:40 轴承编号:40TAC72B DFF 1组
轴径:40 轴承编号:40TAC72B DF 1组
轴径:35 轴承编号:35TAC72B DFF 1组
轴径:35 轴承编号:35TAC72B DF 1组
各轴承的刚性值KB(轴方向弹性系数),参照NSK精机制品样本A258页.
ΔLB=Fa/2KB
计算结果如下表5.1
螺帽号码 丝缸轴 螺帽 支撑轴承 合计ΔLμm KS ΔLs KN ΔLN KB ΔLB
DFT5010-7.5 101.87 2.75 201.7 1.39 125 0.84 4.98
DFT4012-5 60.09 4.66 128 2.19 120 0.875 7.64
（6）丝杠长
Ls=最大行程+螺帽长+预留量（φ50*10）
=1050+253+110=1413
Ls=最大行程+螺帽长+预留量（φ40*12）
=1050+225+110=1385
（7）选定滚珠丝杠的确认计算
△1寿命预测
