发布时间 : 星期六 文章毕业设计计算更新完毕开始阅读
机电一体化专业 机床数控改造：机械部分设计计算
设计过程中一些需要的参数：
最大回转直径 电机功率P C6132 320 4KW 640mm 2.4m/min 1.2m/min 0.6m/min 0.3m/min 0.015mm 800N 500N 25ms 0.8 C6140 400 7.5KW 1000mm 2.4m/min 1.2/m/min 0.5m/min 0.25/m/min 0.015mm 800N 600N 30ms 0.8 C6163 630 10KW 2000mm 2.4m/min 1.2m/min 0.5m/min 0.25m/min 0.015mm 1200N 800N 30ms 0.7 X5132 工作台宽320mm 7.5KW 2.3m/min 1.2m/min 0.77m/min 0.06m/min 0.06 or 0.03 0.06 or 0.03 0.015mm 220kg 450kg 1000kg 30ms 0.8 Lmax 快进 速度 切削 速度 纵向 横向 垂向 纵向 横向 垂向 定位精度 移动部纵向 件重量 横向 垂直 加速时间 机床效率 C6180：纵向行程3200mm；快进速度4m/min；移动部件重量150kg；主电机功率11kw 主运动切削速
度100m/min
横向行程540mm；快进速度2m/min；移动部件重量100kg X6(5)132:
机动范围：680mm/240mm/300mm(纵向/横向/垂向) 工艺数据：
工件加工余量----最大铣削宽度:7mm，最大铣削深度:40mm
刀具数据--------高速钢圆柱铣刀，直径32-40mm，刀齿数 3-4。 工艺数据--------主轴转速150-190rpm；40-60mm/min； 每齿切厚0.05-0.2mm 取0.1mm。
根据机床设计手册，对高速钢圆柱铣刀，以工件为碳钢计算
0.860.72Fz?9.81CFZaeafapZd0?0.86CFZ?68.2,ae?7,af?0.1,ap?40,Z?4,d0?32机械部分设计计算
1、确定系统脉冲当量
经济型数控车床铣床常采用的脉冲当量是0.01-0.005mm/脉冲。 车床纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲;横向脉冲当量为0.005mm/脉冲。 铣床的脉冲当量为0.01mm/脉冲。 2、切削力的确定
方法一、用经验公式计算主切削力
1.5F?067.DZmax车削：
式中：
Dmax—车床床身加工最大直径，单位为mm。
? 横切端面时主切削力Fz可取纵切时FZ的12。 求出主切削力FZ以后再按以下比例分别求出分力FX和FY。 FZ：FX：FY=1:0.25:0.4 式中： FX—走刀方向的切削分力。
I
机电一体化专业 机床数控改造：机械部分设计计算
FY—垂直走刀方向的切削分力。 ( 横切端面：主切削力可取纵切的12 FZ??1FZ Fz?:Fy?:Fx??1:0.25:0.4 ) 2方法二、按机床主电机功率计算
按照需要进行数控改造设计的普通车床的主电机功率来计算切削力。
PC?P?
式中：
PC—切削功率，（KW）
P—机床主传动功率，（KW）
?—主传动系统的机械效率，可以近似地取以数值： 精密机床?=0.8～0.85；中型机床?=0.75～0.8； 大型机床?=0.7～0.85；铣床?取0.6
Pc?Fz??
式中：
Fz—主切削力；
v —切削加工速度，可取100m/min。
注意：横向切削力为纵向切削力的一半,单位需化成国际单位制后确定。 3、滚珠丝扛螺母副的设计、计算和 选型
滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型：确定滚珠循环方式，滚珠丝杠螺母副的预紧方法。
(1) 计算进给牵引力Fm
作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因此其数值的大小与导轨的类型有关。Fm（N）的计算公式如下： 矩形导轨：
式中：
Fm?KFx?f?Fz?Fy?G
??燕尾导轨：
Fm?KFx?f?Fz?2Fy?G
??三角形或综合导轨：
Fm?KFx?f??Fz?G?
Fx、Fy、Fz—切削分力，（N）；
G—移动部件的重量，（N）；
f?—导轨上的摩擦系数，随导轨形势而不同；
K—考虑颠复力矩影响的实验系数。 在正常情况下，K、f及f?可取下列数值： 矩形导轨： K=1.1 f?=0.15 燕尾导轨： K=1.4 f?=0.2 三角形或综合导轨： K=1.15 f?=0.15～0.18
上列摩擦系数f?均是指滑动导轨，如果采用贴塑导轨f?=0.03～0.05；滚动导轨
f?=0.0025～0.005；静压导轨f?=.0005。
(2) 计算最大动负载C
选用滚珠丝杠副的直径d0时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载C，可用下式计算：
C?3Lf?Fm
II
机电一体化专业 机床数控改造：机械部分设计计算
式中：L—寿命，以10为一单位，
6L?60?n?T
106n—丝杠转速，（r/min），用下式计算n?1000vs L0vs—为最大切削力条件下的进给速度（m/min），可取最高进给速度的1/2～1/3； L0—丝杠导程，（mm）;
T —为使用寿命，（h），对于数控机床取T=15000h；
fw—运转系数，见下表。
运转系数 运转状态 无冲击运转 一 般 运 转 有冲击运转 运转系数 1.0～1.2 1.2～1.5 1.5～2.5 从手册或样本的滚珠丝杠的尺寸系列表中可以找出相应的额定动负载Ca的滚珠丝杠副的尺寸规格和结构尺寸，选用时应使C?Ca。 (3) 传动效率计算
滚珠丝杠螺母副的传动效率?： 式中：
??tg?
tg??????—丝杠螺旋升角；
?—摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f=0.003～0.004，其摩擦角约为10分。
(4) 刚度计算
滚珠丝杠副的轴向变形回影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素：
丝杠的拉伸或压缩变形量?1：在总的变形量中占的比重较大。可以用计算方法确定。 先用下式计算滚珠丝杠受工作负载Fm的作用引起导程L0的变化量?L（mm）在计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量?1。
?L??Fm?L0 EF式中：
?L—在工作负载Fm作用下引起每一导程的变化量，（mm）; Fm—工作负载，即进给牵引力，(N); L0—滚珠丝杠的导程，（mm）;
E—材料弹性模数，对钢E?20.6?10，（Nmm）；
2
F—滚珠丝杠截面积（按内径确定）（mm） “+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。
再计算滚珠丝杠在总长度上拉伸或压缩的变形量?1
42?1??L?L L0式中：L—滚珠丝杠在支承间的受力长度，（mm）。
根据《实用机床设计手册》滚珠丝杠副的传动刚度主要由丝杠本身拉压刚度,丝杠副内的接刚度,轴承和轴承座刚度,因此近似是时取拉压刚度的1/3(变形近似为拉压变形的3倍).
III
机电一体化专业 机床数控改造：机械部分设计计算
首先看3?1是否满足要求（要求小于给定的定位精度） 4、进给伺服系统传动计算
当机床脉冲当量和滚珠丝杠导程确定以后，可以先初选步进电机的步距角，用下式计算伺服系统的降速比i
i??bL0
360?p式中：?p—脉冲当量，（mm）； L0—滚珠丝杠的基本导程，（mm）；
?b—步进电机的步距角。在步进电机技术数据中，以分数形式给出两个数，例如：150BF002
步距角0.75°/1.5°，其中0.75°是五项十拍，1.5°是五项五拍。
计算传动比的时候，应合理选择各参数，一般应尽量减少齿轮的齿数差。
计算出传动比以后，再根据降速极数决定一对或二对齿轮的齿数、模数和各项技术参数。因为进给伺服系统传递的功率不大，一般取模数m=1～2，数控台转取m=1，数控车床、铣床可取m=2。
由 i?z2z1（z1、z2为降速齿轮的齿数）可计算和选取齿数。在选择齿轮齿数的时候要严格保证i?z2z1，否则会引起传动比误差，使得系统的精度难以保证。 然后计算齿轮各部分几何参数
为了消除齿轮侧隙，可采用双片齿轮，这样齿宽b可加大到(6～10)m。单片齿轮厚度不小于10mm。
如果计算出齿轮降速度比为1，则可以采用直连结构。 5、步进电机的计算和选用
(1) 转动惯量的计算
2
① 齿轮、轴、丝杠等圆柱体惯量计算（kg.cm）
MD2J?
84?3 对于钢材：
J?0.78DL?10
式中： M—圆柱体质量（kg）； D—圆柱体直径（cm）； L—圆柱体长度（cm）；
?—钢材的密度?=7.8×10-5kg/cm2。
对于齿轮：D可取分度圆直径，L取齿轮宽度；
对于丝杠：D可近似取丝杠公称直径-滚珠直径，L取丝杠长度 ② 丝杠传动时折算到电机轴上的总转动惯量
步进电机经一对齿轮降速后传到丝杠，此传动系统折算到电机轴上的转动惯量为：
?z1?J?J1???z???2?22?G?L0???? ??J2?Js???g?2??????2
式中： J—传动系统折算到电机轴上的转动惯量（kg/cm）； 2
J1—齿轮z1的转动惯量（kg/cm）； J2—齿轮z2的转动惯量（kg/cm）；
2
Js—丝杠的转动惯量（kg/cm）；
G—工作台及工件等移动部件的重量（N）； L0—丝杠的导程（cm）。 (2) 电机力矩的计算
IV
2