摘要機(jī)床是一種可以用來(lái)將金屬毛坯料或者非金屬毛坯料加工成人們所想要的形狀或者精度。其是制造一切設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)備，因此其質(zhì)量的好壞直接決定了所生產(chǎn)制造的設(shè)備性能的高低。其中立式加工中心便屬于機(jī)床的一種，其最大的特點(diǎn)便是在一次裝夾之后便可以完成多個(gè)加工工序內(nèi)容，同時(shí)其具備高精度，高效率，因此其受到廣大用戶的好評(píng)。本次設(shè)計(jì)的目的是基于立式加工中心為課題，且主要提出立式加工中心的總體設(shè)計(jì)方案，分析確定最佳方案，并確定各部分結(jié)構(gòu)方案。完成式加工中心相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（主要裝配圖及有關(guān)計(jì)算）、部分零部件設(shè)計(jì)計(jì)算。本次設(shè)計(jì)的意義在于其不僅可以作為一把尺子來(lái)檢驗(yàn)自己大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，而且還可以將大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)加以利用，增加自己的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還可以為中國(guó)的機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：第一簡(jiǎn)要概述目前國(guó)內(nèi)外立式加工中心的一些情況；第二是確定本次設(shè)計(jì)的總體方案以及相關(guān)工作裝置的結(jié)構(gòu)分析；第三是對(duì)數(shù)控機(jī)床床身及X軸、Y軸、Z軸及主軸傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)與計(jì)算。如對(duì)滾珠絲杠以及電源的相關(guān)計(jì)算；第四是在經(jīng)過(guò)相關(guān)分析與計(jì)算之后繪制整體三維模型圖。關(guān)鍵詞：機(jī)床立式加工中心滾珠絲杠AbstractMachinetoolisakindofmachinetoolthatcanbeusedtoprocessmetalblankornon-metalblankintothedesiredshapeoraccuracy.Itisthebasicequipmentformanufacturingallequipment,soitsqualitydirectlydeterminestheperformanceoftheequipmentproducedandmanufactured.Amongthem,theverticalmachiningcenterbelongstoakindofmachinetool.Itsbiggestfeatureisthatitcancompletemultiplemachiningprocessesafteroneclamping.Atthesametime,ithashighprecisionandhighefficiency,soitishighlypraisedbythemajorityofusers.Thepurposeofthisgraduationprojectisbasedonthesubjectofverticalmachiningcenter,andmainlyputsforwardtheoveralldesignschemeofNCmachinetool,analyzesanddeterminesthebestscheme,anddeterminesthestructuralschemeofeachpart.Completethestructuraldesign(mainassemblydrawingsandrelevantcalculations)ofthewholeCNCmachinetoolandthedesignandcalculationofsomeparts.ThesignificanceofthisgraduationprojectisthatitcannotonlybeusedasarulertotesttheknowledgelearnedinthefouryearsofUniversity,butalsomakeuseoftheknowledgelearnedinthefouryearsofuniversitytoincreasetheirownmechanicaldesignexperience.Atthesametime,itcanalsocontributetothedevelopmentofChina'smechanicalfield.Themaincontentsofthisgraduationproject:first,abriefoverviewofthecurrentsituationofverticalmachiningcentersathomeandabroad;Thesecondistodeterminetheoverallschemeofthisgraduationprojectandthestructuralanalysisofrelevantworkingdevices;ThethirdisthedesignandcalculationofCNCmachinebedandx-axis,y-axis,Z-axisandspindletransmissionscheme.Suchastherelevantcalculationofballscrewandpowersupply;Thefourthistodrawtheoverallthree-dimensionalmodelaftercorrelationanalysisandcalculation.Keywords:machinetoolverticalmachiningcenterballscrew目錄摘要 1關(guān)鍵詞：機(jī)床立式加工中心滾珠絲杠 1Abstract 2第1章緒論 41.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 51.3國(guó)外現(xiàn)狀 71.4本次設(shè)計(jì)的意義 81.5設(shè)計(jì)原始參數(shù) 8第2章立式加工中心整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析以及總體方案 92.1立式加工中心整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 92.2立式加工中心整機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)分析 102.3方案的制定 11由于主軸扭矩為 163.1主軸皮帶選型計(jì)算 163.2主軸相關(guān)力學(xué)計(jì)算 203.3主軸電機(jī)選型計(jì)算 243.4Y方向絲杠相關(guān)計(jì)算 253.4.1計(jì)算Y軸方向的滾珠絲杠副 253.4.2Y軸電機(jī)相關(guān)計(jì)算 313.5X方向絲杠相關(guān)計(jì)算 323.5.1計(jì)算X軸方向的滾珠絲杠副 333.5.2X軸電機(jī)相關(guān)計(jì)算 383.6Z方向絲杠相關(guān)計(jì)算 413.6.1計(jì)算Z軸方向的滾珠絲杠副 413.6.2Z軸電機(jī)相關(guān)計(jì)算 46第4章立式加工中心密封裝置設(shè)計(jì) 48總結(jié) 49緒論機(jī)床是一種可以用來(lái)加工機(jī)械設(shè)備的零部件，其號(hào)稱工業(yè)母雞。其可以將相關(guān)原材料加工成人們預(yù)期的形狀以及相關(guān)精度，常見的機(jī)床有車床，銑床，鉆床，鏜床，加工中心等機(jī)床，其加工特點(diǎn)各有千秋，其中車床主要用于加工制造軸類或者盤類零件，銑床主要是用來(lái)銑屑平面，鉆床則常用于鉆孔，除此之外，還有一些專用機(jī)床，如切齒機(jī)，則是專用于加工齒輪的一種設(shè)備，而加工中心由于其用途廣泛，加工質(zhì)量穩(wěn)定，一直廣受消費(fèi)者的好評(píng)。從一定程度講，其是數(shù)控銑床的衍生機(jī)床，其不僅具備數(shù)控銑床的相關(guān)功能，而且其還可以自動(dòng)從刀庫(kù)中進(jìn)行刀具的更換，除此之外，其在工件裝夾之后，便可以一次性的完成多個(gè)加工內(nèi)容。其廣泛用于各行各業(yè)，如用來(lái)加工制造用于醫(yī)療行業(yè)的醫(yī)療器械、用來(lái)加工制造用于運(yùn)輸?shù)奈锪髟O(shè)備、用來(lái)加工制造興建土木設(shè)施的工程機(jī)械，故其質(zhì)量的高低、性能的優(yōu)越直接決定了各行各業(yè)設(shè)備的質(zhì)量，可以說(shuō)其不論是對(duì)我們的日常生活還是工作都影響巨大?？梢栽囅胍幌拢绻麤]有一臺(tái)質(zhì)量過(guò)硬的機(jī)床，那么加工制造出來(lái)的建筑機(jī)械的施工質(zhì)量毫無(wú)疑問也是會(huì)大打折扣，如果由于機(jī)床本身質(zhì)量不高導(dǎo)致加工制造的工程機(jī)械，輕則在施工過(guò)程中出現(xiàn)施工機(jī)械故障頻出，需要不斷的維修從而增加設(shè)備的使用以及維護(hù)成本，重則會(huì)嚴(yán)重耽擱工期。而如果同樣的問題出現(xiàn)在了起重機(jī)械上，則不僅會(huì)出現(xiàn)維修成本以及工作的延遲完成，而且更有可能發(fā)生極嚴(yán)重的安全事故，極大的影響起重機(jī)械設(shè)備在消費(fèi)者中的口碑，從而嚴(yán)重降低了自己的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。相反一臺(tái)質(zhì)量過(guò)硬的機(jī)床，不僅可以加工制造出預(yù)期內(nèi)的設(shè)備，而且還可以避免上述種種問題，同時(shí)也提高了自己在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，從而還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。綜上所述，機(jī)床不僅與我們的日常生活以及工作息息相關(guān)，而且還在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中扮演重要的角色。當(dāng)前，我國(guó)正直經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期，國(guó)民經(jīng)濟(jì)逐漸從過(guò)去的人口紅利經(jīng)濟(jì)向高科技產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，同時(shí)。歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)相關(guān)高科技技術(shù)對(duì)我們進(jìn)行持續(xù)的無(wú)理打壓以及封鎖，使得我國(guó)的一些高科技行業(yè)舉步不前，很多行業(yè)內(nèi)的高精尖設(shè)備的生產(chǎn)以及制造我們無(wú)能為力，如半導(dǎo)體行業(yè)的光刻機(jī)，精密軸承等機(jī)械設(shè)備或者零部件，究其原因，就是國(guó)內(nèi)缺乏制造這些設(shè)備的相應(yīng)機(jī)床。其中，加工中心也面臨此困局，為了促進(jìn)國(guó)家的機(jī)床行業(yè)尤其是加工中心技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)不少科研機(jī)構(gòu)，大中院校以及一些廠礦企業(yè)開始投入大量的人力、物力、財(cái)力來(lái)研究相關(guān)機(jī)床尤其是加工中心，本次設(shè)計(jì)即是基于加工中心的一次機(jī)械設(shè)計(jì)。1.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀加工中心主要由數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體、刀庫(kù)等零部件組成。近年來(lái)，在眾多科研學(xué)者的不懈努力之下，我國(guó)的加工中心取得了一定的突破。其中加工中心市銷率靠前的國(guó)內(nèi)企業(yè)有東莞市恒鑫數(shù)控設(shè)備有限公司、山東海特?cái)?shù)控機(jī)床有限公司、沈陽(yáng)一機(jī)機(jī)床。其生產(chǎn)的加工中心各有千秋，其中東莞市恒鑫數(shù)控設(shè)備有限公司在加工中心用于從研發(fā)到生產(chǎn)的一整套實(shí)力，而且其相比于國(guó)內(nèi)其他品牌的加工中心而言，其精度以及效率更高。其生產(chǎn)的V840加工中心的擁有16把刀夾臂式刀庫(kù)，而且其箱體等鑄件采用耐磨整體鑄件，核心部件如導(dǎo)軌采用臺(tái)灣上銀品牌，除此之外，其精度以及重復(fù)定位精度較高，可以達(dá)到正負(fù)0.003mm，該加工中心的外形圖見圖1-1.山東海特?cái)?shù)控機(jī)床有限公司近年生產(chǎn)的TH800臥式加工中心一經(jīng)推向市場(chǎng)，廣受消費(fèi)者的好評(píng)，其最大特點(diǎn)是適合于零件多工作面的銑、鉆、鏜、鉸、攻絲、兩維、三維曲面等多工序加工，具有在一次裝夾中完成箱體孔系和平面加工的良好性能，還特別適合于箱體孔的調(diào)頭鏜孔加工，其主要配置大多采用國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)，如其控制系統(tǒng)采用的是日本發(fā)那科、主軸、以及X、Y、Z、B軸的電機(jī)也采用日本發(fā)那科公司的電機(jī)，而軸承則采用日本的NSK。而主軸，絲杠、線軌則以臺(tái)灣品牌居多。除此以外，其也采用國(guó)內(nèi)品牌的增壓缸。沈陽(yáng)一機(jī)機(jī)床是我國(guó)知名機(jī)床廠，上個(gè)世紀(jì)90年代，便研發(fā)并生產(chǎn)出達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的加工中心，其科研實(shí)力居于國(guó)內(nèi)同行領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)的智能多軸立式加工中心更是受到市場(chǎng)的好評(píng)。其外形見圖1-2，該機(jī)特點(diǎn)是采用高速銑削電主軸、直驅(qū)力矩轉(zhuǎn)臺(tái)，除此之外其刀庫(kù)為24把或者32把的斗笠式刀庫(kù)。其主軸不僅速度高，而且加速度也高，除此之外其剛度較大，也正因?yàn)槠涓邉傂裕沟闷湓诩庸C(jī)械零件的時(shí)候，不會(huì)由于自身結(jié)構(gòu)件剛性不夠而產(chǎn)生變形導(dǎo)致加工的零件產(chǎn)生加工誤差，故其相關(guān)精度也較高，因此備受廣大消費(fèi)者好評(píng)。除此之外，山東億茂數(shù)控機(jī)床有限公司所生產(chǎn)的立式加工中心在推向市場(chǎng)之后，也好評(píng)如潮，該公司生產(chǎn)的立式加工中心最大特點(diǎn)采用了三軸滾柱線軌，短鼻端主軸設(shè)計(jì)，整機(jī)立柱采用人字型結(jié)構(gòu)，底座采用寬床身，三角倒T型滑座等特點(diǎn)設(shè)計(jì)。其中三軸滾柱線軌大大的提高了傳統(tǒng)導(dǎo)軌的剛性，消除或者降低了立式加工中心在加工過(guò)程中由于線軌的變形而引入的誤差，而主軸采用了短鼻端設(shè)計(jì)，即減小了其切屑作用力到主軸的力臂，從而直接性的改善了主軸的力學(xué)性能，使其可以更有力的對(duì)相關(guān)機(jī)械零件進(jìn)行加工，而其結(jié)構(gòu)件均采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，如上文中的人字型立柱結(jié)構(gòu)，這種立柱不僅提高了相關(guān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還提高了剛度，并且該公司生產(chǎn)的立式加工中心還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)機(jī)體油水分離，并且內(nèi)藏管路，一改市場(chǎng)上其他廠家所生產(chǎn)的立式加工中心的通病，即加工過(guò)程中，用于冷卻或者其他目的的油水不能很好的清理，導(dǎo)致在一定程度上給立式加工中心帶去的污染，這種油水分離裝置不僅改善了立式加工中心的衛(wèi)生狀況，而且還給立式加工中心操作者提供了一個(gè)干凈、舒適的工作空間。該公司所生產(chǎn)的立式加工中心唯一美中不足的就是一些核心零部件依舊沒有完全實(shí)現(xiàn)自己生產(chǎn)，依舊是采用向國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)企業(yè)進(jìn)行購(gòu)買，如用于刀具主軸以及滾珠絲杠的軸承，則是來(lái)自于日本的NSK廠家。雖然國(guó)內(nèi)近年來(lái)有像沈陽(yáng)一機(jī)機(jī)床廠取得了傲人的佳績(jī)，但是我國(guó)國(guó)內(nèi)加工中心整體情況依舊不平衡，對(duì)于一些具有研發(fā)實(shí)力且有雄厚資本的加工中心機(jī)床廠而言，其往往投入大量的人力、物力、財(cái)力來(lái)對(duì)加工中心進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，產(chǎn)品更新?lián)Q代，而對(duì)于不具備加工中心研發(fā)實(shí)力的機(jī)床廠，如前所述的山東海特?cái)?shù)控機(jī)床表面上式研發(fā)，其實(shí)是采購(gòu)一些發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)零部件回國(guó)，然后再進(jìn)行相關(guān)組裝，更有甚者，直接采購(gòu)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)加工中心公司的設(shè)備回國(guó)，然后撕下相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)簽，再換上自己廠家的標(biāo)簽，便開始將加工中心機(jī)床推向市場(chǎng)，這樣的操作表面上節(jié)省了研發(fā)費(fèi)用，但其實(shí)一旦這些核心零部件損壞，一則需要繼續(xù)從海外購(gòu)買，再則會(huì)增加時(shí)間成本，使得用戶口碑降低，得不償失，而且，假一時(shí)日，一旦歐美發(fā)達(dá)國(guó)家又無(wú)理打壓或者封鎖關(guān)鍵技術(shù)以及禁止售賣相關(guān)核心零部件，則這些企業(yè)將會(huì)很快丟掉原先的市場(chǎng)，很顯然，后者這種做法明顯既不利于我國(guó)國(guó)內(nèi)的加工中心技術(shù)的發(fā)展，也不利于我國(guó)民族工業(yè)的發(fā)展。1.3國(guó)外現(xiàn)狀世界的機(jī)械工業(yè)發(fā)展源頭源于西方歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，其機(jī)械工業(yè)起步時(shí)間早于國(guó)內(nèi)，而且在其漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，其機(jī)械工業(yè)整體水平也不斷得以提高，并且通過(guò)各種方式積累了雄厚的經(jīng)濟(jì)資本以及豐富的技術(shù)積累，故其加工中心整體水平要高于廣大發(fā)展中國(guó)家，而且在數(shù)控加工中心領(lǐng)域，其掌握了關(guān)鍵的核心技術(shù)始終牢，并且其相較于國(guó)內(nèi)還擁有與數(shù)控加工中心配套的工藝鏈，從而使得其生產(chǎn)的數(shù)控加工中心的生產(chǎn)成本相較于國(guó)內(nèi)較低，則當(dāng)其推向市場(chǎng)上的時(shí)候，其競(jìng)爭(zhēng)力就大于國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的數(shù)控加工中心。近年來(lái)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家還不斷的將新技術(shù)用于數(shù)控加工中心的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及制造過(guò)程中，如在數(shù)控中心加工過(guò)程中采用虛擬數(shù)字化，使得在數(shù)控中心設(shè)計(jì)階段便可以以三維立體的形式將數(shù)控加工中心的工況模擬出來(lái)，如溫度應(yīng)力，動(dòng)載荷，有限元分析等，除此之外，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家所生產(chǎn)的數(shù)控加工中心還廣泛采用了模塊化技術(shù)，使得其在產(chǎn)品售后階段，大大的提高了數(shù)控加工中心設(shè)備的維修時(shí)間。使得其在消費(fèi)者的口碑得以進(jìn)一步的提高。1.4本次設(shè)計(jì)的意義本次設(shè)計(jì)其意義重大，其不僅可以讓自己熟悉、了解中國(guó)數(shù)控加工中心的現(xiàn)狀，而且還可以一定程度上掌握加工中心的設(shè)計(jì)相關(guān)行業(yè)知識(shí)，極大的擴(kuò)大；額自己的機(jī)械視野，而且通過(guò)本次設(shè)計(jì)，還可以將大學(xué)四年所學(xué)的如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、工程制圖、力學(xué)等相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)綜合運(yùn)用，檢驗(yàn)大學(xué)四年所學(xué)，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而能第一時(shí)間的去彌補(bǔ)，為以后的走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)本次設(shè)計(jì)還可以讓即將作為一名機(jī)械工程師的我為民族工業(yè)盡面薄之力。1.5設(shè)計(jì)原始參數(shù)X軸行程為800mm，Y軸行程為500mm，Z軸行程為500mm；工作臺(tái)面550mm*1000mm，T型槽數(shù)5-18*100；主軸端面到工作臺(tái)距離160mm-660mm；主軸中心到立柱距離600mm；主軸轉(zhuǎn)速8000r/min；機(jī)床X、Y、Z軸的快移速度均為48m/min，工進(jìn)速度均為12m/min；工作臺(tái)承重為600kg；機(jī)床采用滾動(dòng)導(dǎo)軌的形式

，第2章立式加工中心整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析以及總體方案2.1立式加工中心整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介立式加工中心通常主要由工件X向移動(dòng)裝置、工件Y向移動(dòng)裝置、刀具主軸Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、刀具主軸的Z向移動(dòng)裝置、刀庫(kù)裝置以及機(jī)架構(gòu)成。由于工件以及刀具在X、Y、Z向的直線運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，且刀具主軸還具備圍繞其自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故其可以對(duì)待加工零部件在任意方向的加工。且由于立式加工中心可以加工出較高精度的零部件，而且其在加工過(guò)程中對(duì)于不同材質(zhì)，加工要求均有一定的不同，其工作速度范圍較廣，故其相關(guān)移動(dòng)機(jī)構(gòu)或者旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源常采用伺服電機(jī)。刀庫(kù)裝置是用于放置在加工過(guò)程中需要的加工刀具的一種結(jié)構(gòu)裝置。機(jī)架式用來(lái)安裝工件移動(dòng)裝置、刀具主軸移動(dòng)以及刀庫(kù)等零部件的載體，又由于立式加工中心加工金屬件較多，而加工金屬件的切屑力一般較大，故其在加工過(guò)程中的負(fù)載較大，故機(jī)架要求自身要具備足夠的剛性，否則在加工過(guò)程中容易由于自己剛性差導(dǎo)致變形，從而給加工機(jī)械零件帶去相應(yīng)的誤差，除此之外，其外形尺寸還與相關(guān)移動(dòng)裝置對(duì)的行程有很大關(guān)系，綜上考慮，立式加工中心的機(jī)架一般采用相關(guān)型材如空心矩形方管焊接而成，然后再對(duì)相關(guān)安裝面進(jìn)行一定的機(jī)械加工，并做相關(guān)防銹處理。2.2立式加工中心整機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)分析由于立式加工中心需要完成工件在X、Y兩個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)以及刀具主軸在Z軸的直線運(yùn)動(dòng)以及圍繞其自身軸向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故需要選擇能夠提供直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)來(lái)完成上述目的。常見的能夠提供直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)一般有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪齒條運(yùn)動(dòng)、油缸活塞桿、氣缸活塞桿凸輪推桿以及螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。而常見的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有齒輪傳動(dòng)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、V帶傳動(dòng)、鏈輪傳動(dòng)以及同步帶傳動(dòng)。最終制定相關(guān)方案需要考慮的因素如下：行程方面：由于本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心工件以及刀具主軸的移動(dòng)行程都很大，而凸輪推桿的直線運(yùn)動(dòng)只實(shí)用于小行程，短距離范圍內(nèi)的直線運(yùn)動(dòng)，否則的話，凸輪的外形幾何尺寸將會(huì)很大，從而整個(gè)立式加工中心的外形尺寸也將會(huì)勢(shì)必增大，故本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心不考慮凸輪推桿的直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用力：由于氣缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)是通過(guò)高壓氣體來(lái)使得其活塞桿做直線運(yùn)動(dòng)，由于氣體具備壓縮性，故其不適宜用于負(fù)載較大的地方，而本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心，在X、Y、Z向的負(fù)載均較大，如果采用氣缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)，在加工過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)由于大負(fù)載造成氣缸內(nèi)部氣體的壓縮變形，故本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心也不考慮氣缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出速度以及響應(yīng)速度：由于本次設(shè)計(jì)的立式加工中心其工作時(shí)候的工件移動(dòng)速度不僅調(diào)節(jié)范圍大，而且其速度值也較大，另外由于立式加工中心是一種常見的制造領(lǐng)域的加工機(jī)床，為了提高生產(chǎn)效率，故要求其速度響應(yīng)很高，但是液壓傳動(dòng)中的活塞桿不僅不適用于高速階段的作業(yè)，而且其加速度也不大，也即其響應(yīng)時(shí)間較慢，不本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心的相關(guān)移動(dòng)機(jī)構(gòu)也不考慮液壓缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)作為工件以及刀具在X、Y、Z軸方向上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心中的刀具主軸圍繞其自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不適于選擇雙曲柄機(jī)構(gòu)，V帶傳動(dòng)以及鏈輪傳動(dòng)。原因是V帶傳動(dòng)在工作過(guò)程中極易由于皮帶打滑造成主從動(dòng)輪的傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，在一段工作時(shí)間后，極易形成相關(guān)運(yùn)動(dòng)誤差，這顯然與立式加工中心的刀具主軸的高回轉(zhuǎn)精度要求相違背，鏈輪傳動(dòng)也有此缺陷，故均不予考慮。而雙曲柄機(jī)構(gòu)雖然可以在工作過(guò)程中提供準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，但是其必須設(shè)計(jì)相關(guān)輔助機(jī)構(gòu)，否則雙曲柄機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不好控制，故由于其機(jī)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，本次所設(shè)計(jì)的立式加工中心的刀具回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也不予考慮雙曲柄機(jī)構(gòu)。2.3方案的制定由前述制定兩個(gè)方案，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，并于兩者中擇優(yōu)選取。2.3.1方案一方案一如下圖：X向電機(jī)2.曲柄一3.連桿一4.滑塊一5.安裝座一6.滑塊二7.連桿二8.曲柄二9.Y向電機(jī)10.滑塊三11.連桿三12.Z向電機(jī)13.曲柄三14.安裝座二15.吹氣裝置16.主軸回轉(zhuǎn)電機(jī)17.同步輪一18.同步帶19.同步輪二20.刀具主軸工件Y向移動(dòng)工作原理：序號(hào)8曲柄二、序號(hào)7連桿二、序號(hào)6滑塊二三者構(gòu)成了一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，工件安裝在序號(hào)6滑塊二上，其動(dòng)力傳遞路線為：序號(hào)9Y向電機(jī)序號(hào)8曲柄二序號(hào)7連桿二序號(hào)6滑塊二工件，其工作原理為：當(dāng)序號(hào)9Y向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，對(duì)外輸出力矩以及圓周運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)序號(hào)8曲柄二也做圓周運(yùn)動(dòng)，由于是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，故序號(hào)6滑塊二將在序號(hào)5上沿著Y向做直線運(yùn)動(dòng)，又工件安裝在序號(hào)6滑塊二紙上，故工件也將沿著Y軸負(fù)向做直線運(yùn)動(dòng)。工件X向移動(dòng)工作原理：序號(hào)2曲柄一、序號(hào)3連桿一、序號(hào)4滑塊一構(gòu)成了一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，同時(shí)序號(hào)5安裝座一與序號(hào)4滑塊一剛性連接，又滑塊二、連桿二、曲柄二、Y向電機(jī)以及工件直接或者間接與安裝座一相連接。其工作原理為當(dāng)序號(hào)1X向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其輸出的力矩以及圓周運(yùn)動(dòng)使得序號(hào)2曲柄一也做圓周運(yùn)動(dòng)，然后再通過(guò)序號(hào)3連桿一使得序號(hào)4滑塊一在X向做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也將帶動(dòng)序號(hào)5安裝座一以及工件在X向做直線運(yùn)動(dòng)。刀具主軸在Z向的直線運(yùn)動(dòng)：同工件移動(dòng)裝置一樣，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)也為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其由序號(hào)10滑塊三、序號(hào)11連桿三以及序號(hào)13曲柄三組成，其動(dòng)力傳遞路線為：序號(hào)12Z向電機(jī)序號(hào)13曲柄三序號(hào)11連桿三序號(hào)10滑塊三，其工作原理為：當(dāng)序號(hào)12Z向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其通過(guò)序號(hào)13曲柄三，序號(hào)11連桿三驅(qū)動(dòng)序號(hào)10滑塊三做沿著Z向做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于序號(hào)14安裝座二與序號(hào)10滑塊三剛性連接，且序號(hào)20刀具主軸又鉸接在安裝座二上，故序號(hào)10滑塊三沿著Z向的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)序號(hào)14安裝座二以及序號(hào)20刀具主軸也在Z向做直線運(yùn)動(dòng)。刀具主軸圍繞Z向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：刀具主軸圍繞Z向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要由序號(hào)16主軸回轉(zhuǎn)電機(jī)、序號(hào)17同步輪一、序號(hào)18同步帶、序號(hào)19同步輪二組成，其中序號(hào)17同步輪一、序號(hào)18同步帶、序號(hào)19同步輪二又構(gòu)成了一個(gè)減速機(jī)構(gòu)，該減速裝置可以增大電機(jī)的輸出扭矩，并且降低負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而能夠更好的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相匹配。其工作原理為：當(dāng)序號(hào)16主軸回轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其帶動(dòng)序號(hào)17同步輪一轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在同步帶的嚙合下帶動(dòng)同步輪二以及序號(hào)20刀具主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.3.2方案二方案二如下圖：Y向絲杠一2.Y向螺母一3.Y向電機(jī)4.安裝座一5.X向電機(jī)6.X向螺母7.X向絲杠8.Z向絲杠9.Z向螺母10.Z向電機(jī)11.刀具主軸12.同步輪二13.同步帶14.同步輪一15.刀具主軸回轉(zhuǎn)電機(jī)16.吹氣裝置17.安裝座二工件X向移動(dòng)工作原理：工件X向移動(dòng)主要由序號(hào)4安裝座一、序號(hào)5X向電機(jī)、序號(hào)6X向螺母、序號(hào)7X向絲杠組成，其動(dòng)力傳遞路線為：序號(hào)5X向電機(jī)序號(hào)7X向絲杠序號(hào)6X向螺母，其工作原理為當(dāng)序號(hào)5X向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其帶動(dòng)序號(hào)7X向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將序號(hào)6X向螺母的自由度只保留沿著序號(hào)7X向絲杠軸向移動(dòng)的自由度，故序號(hào)7X向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)序號(hào)6X向螺母沿著7X向絲杠軸向移動(dòng)，又由于工件安裝在序號(hào)6X向螺母之上，故工件也將跟隨序號(hào)6X向螺母沿著7X向絲杠軸向移動(dòng)。工件Y向移動(dòng)工作原理：工件Y向移動(dòng)主要由序號(hào)1Y向絲杠一、序號(hào)2Y向螺母、序號(hào)3Y向電機(jī)以及序號(hào)4安裝座一組成，其動(dòng)力傳遞路線為：序號(hào)3Y向電機(jī)序號(hào)1Y向絲杠序號(hào)2Y向螺母，其工作原理為當(dāng)序號(hào)3Y向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其輸出的扭矩以及圓周運(yùn)動(dòng)將使得序號(hào)1Y向絲杠也做圍繞其自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于序號(hào)2Y向螺母被限制了5個(gè)自由度，只保留有沿著序號(hào)1Y向絲杠軸向移動(dòng)的自由度，故序號(hào)1Y向絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)將使得序號(hào)2Y向螺母沿著序號(hào)1Y向絲杠軸向做直線運(yùn)動(dòng)，又序號(hào)4安裝座一與序號(hào)2Y向螺母剛性連接，故序號(hào)4安裝座一也將沿著序號(hào)1Y向絲杠軸向做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)工件直接或者間接與序號(hào)4安裝座一相連接，故工件也將沿著序號(hào)1Y向絲杠軸向做直線運(yùn)動(dòng)。刀具主軸在Z向的直線運(yùn)動(dòng)：刀具在Z向的移動(dòng)裝置主要由序號(hào)8Z向絲杠、序號(hào)9Z向螺母、序號(hào)10Z向電機(jī)、序號(hào)11刀具主軸以及序號(hào)17安裝座二組成，其中序號(hào)8Z向絲杠、序號(hào)9Z向螺母、序號(hào)10Z向電機(jī)構(gòu)成一個(gè)螺旋傳動(dòng)。其動(dòng)力傳遞路線為：序號(hào)10Z向電機(jī)序號(hào)8Z向絲杠序號(hào)9Z向螺母序號(hào)17安裝座二序號(hào)11刀具主軸。其工作原理為序號(hào)10Z向電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)序號(hào)8Z向絲杠圍繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)固定序號(hào)9Z向螺母的5個(gè)自由度，只保留序號(hào)9Z向螺母沿著序號(hào)8Z向絲杠軸向移動(dòng)的自由度，故序號(hào)8Z向絲杠圍繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)序號(hào)9Z向螺母沿著序號(hào)8Z向絲杠軸向移動(dòng)，又序號(hào)9Z向螺母與序號(hào)17安裝座二剛性連接，而序號(hào)11刀具主軸則與序號(hào)17安裝座二鉸接，故序號(hào)9Z向螺母的直線運(yùn)動(dòng)也將帶動(dòng)序號(hào)11刀具主軸沿著序號(hào)8Z向絲杠軸向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。刀具主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作原理同方案一。刀具主軸上的加工殘余鐵屑由吹氣裝置將其吹凈。比較方案一與方案二，其不同點(diǎn)在于工件在X、Y向的移動(dòng)裝置與刀具主軸在Z向的移動(dòng)裝置不一樣，方案一采取的是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而方案二采用的則是螺旋傳動(dòng)作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，前者的特點(diǎn)是具有回程比，即一般回程所用的時(shí)間比進(jìn)程所用的時(shí)間段，可以提高加工中心的效率，但是其缺點(diǎn)也較為明顯而且比較嚴(yán)重，由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)只有曲柄才可以做勻速運(yùn)動(dòng)，而滑塊的運(yùn)動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)，除非通過(guò)相關(guān)程序控制曲柄的速度也即是電機(jī)的速度，此無(wú)疑將增加控制成本，從而增加設(shè)備的生產(chǎn)成本，這顯然不利于立式加工中心在面向市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，而立式加工中心不論是工件的移動(dòng)還是刀具的直線運(yùn)動(dòng)在很多工況下都要求其為勻速運(yùn)動(dòng)，只有有規(guī)律且簡(jiǎn)單明了的運(yùn)動(dòng)才可以更低成本，更快捷的加工出精度較高的產(chǎn)品，而方案二中的螺旋傳動(dòng)剛好具備這一優(yōu)點(diǎn)，由于絲杠的導(dǎo)程是恒定不變的，只需要控制電機(jī)的速度保持不變，便可以使得立式加工中心的工件以及刀具主軸的直線運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)，故相比較而言，本次設(shè)計(jì)的立式加工中心采用方案二，也即采用螺旋傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)工件以及刀具主軸在X、Y、Z向的直線運(yùn)動(dòng)。外徑70mm內(nèi)徑50長(zhǎng)度600長(zhǎng)T=3N.m扭轉(zhuǎn)剛度=7350X3/50的4次方X0.74=0.005使用4.4KW左右電機(jī)當(dāng)8000轉(zhuǎn)的時(shí)候，刀具軸的扭矩為：T=9550X2.2/8000=2.6N.m扭矩=28N.m刀具直徑為28mm切屑負(fù)載=2000NX、Y的絲杠軸向負(fù)載為3200NX、Y的絲杠軸向工進(jìn)功率為=3200X0.2=640w快進(jìn)：功率為=1200X0.8=960w正常工作的時(shí)候的最高轉(zhuǎn)速為900r/min則功率為:=28X900/9550=2.64KWZ向切屑負(fù)載為1500N由于主軸扭矩為3.1主軸皮帶選型計(jì)算同步帶傳動(dòng)概述同步帶屬于皮帶傳動(dòng)的一種，其可分為周節(jié)制、模數(shù)制，特殊節(jié)距制以及圓弧型等形式，其不同于普通V帶傳動(dòng)，由于其是像齒輪一樣依靠齒與齒的嚙合完成相關(guān)傳動(dòng)，故其在工作過(guò)程中具備穩(wěn)定的傳動(dòng)比，這在精密機(jī)械中尤為重要。故其不像普通V帶傳動(dòng)一樣，其不具備彈性滑動(dòng)以及打滑現(xiàn)象，故其常常用于精密傳動(dòng)結(jié)構(gòu)處，而且其同步帶又具有一定的柔性，故其既具備了齒輪一樣的高精度，同時(shí)安裝又比齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)單，而且由于其同步帶為非金屬件，故其在傳動(dòng)過(guò)程中不會(huì)像齒輪傳動(dòng)那樣發(fā)出噪聲，其最大的缺點(diǎn)是由于其多為塑料如橡膠材質(zhì)，故其不能在高溫條件下使用，本次設(shè)計(jì)的立式加工中心刀具主軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中減速裝置便采用同步帶結(jié)構(gòu)。因此其一經(jīng)問世，便一直備受市場(chǎng)的好評(píng)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)同步帶的廠家眾多，其中市銷率靠前的有上海四通膠帶廠，寧波慈溪匯鑫同步帶有限公司。3.1.1計(jì)算刀具主軸在工進(jìn)過(guò)程中的功率：由于主軸扭矩為：其工進(jìn)的最高轉(zhuǎn)速為：則工進(jìn)功率為：則單根同步帶所需要的設(shè)計(jì)功率為：其中為工況系數(shù)，查手冊(cè)得查機(jī)械手冊(cè)得圓弧齒同步帶的選型圖如下圖：由于與電機(jī)相連接的同步帶輪轉(zhuǎn)速為：故由上圖可得同步帶選型為8M,其節(jié)距主從動(dòng)輪齒數(shù)的確定：取與主軸電機(jī)相連接的皮帶輪齒數(shù)為40，即：則與主軸連接帶輪齒數(shù)：則與電機(jī)連接皮帶輪節(jié)圓直徑的確定,查手冊(cè)可得:計(jì)算帶速：查手冊(cè)得：則：皮帶傳動(dòng)比為刀具主軸上從動(dòng)輪節(jié)圓直徑為：中心距的初定：令即：故取：同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度以及齒數(shù)的初步確定：查手冊(cè)選擇標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度為：本處同步帶選擇為中心距不可調(diào)整的結(jié)構(gòu)故：查手冊(cè)可得所以：帶輪嚙合齒數(shù)的確定：基準(zhǔn)額定功率的確定：查手冊(cè)得特殊節(jié)距制基準(zhǔn)額定功率與齒數(shù)以及轉(zhuǎn)速的關(guān)系表如下表：型號(hào)16171819202156.0261.1266.2171.3076.3881.498M1000單位：（kw）0.020.020.020.030.040.0411600.040.040.050.060.070.0812000.070.090.100.120.140.1613000.120.130.150.170.210.255000.190.220.250.280.340.416000.370.410.470.550.660.787000.530.590.670.790.941.138000.690.760.871.011.201.45由上表可得本次所選同步帶基準(zhǔn)額定功率：同步帶帶寬的確定：作用在軸上的力的驗(yàn)算：3.2主軸相關(guān)力學(xué)計(jì)算當(dāng)床身X方向移動(dòng)的時(shí)候，即切屑負(fù)載為X方向的時(shí)候，主軸受力模型圖如下：由于為皮帶輪對(duì)軸的作用力，為X方向切屑負(fù)載，由前計(jì)算可知：則由受力平衡可得：對(duì)C點(diǎn)取矩可得：則：本次B處采用軸承型號(hào)為7015AC，C處采用軸承型號(hào)為7017AC，B處軸承派生軸向力大小為：方向豎直向上C處的軸承的派生軸向力為:方向豎直向下又D出Z向負(fù)載為1500N，故C處的軸承相當(dāng)于壓緊，B處的軸承相當(dāng)于放松，則C處的軸承軸向力為方向豎直向下則B處的軸承軸向力為方向豎直向上則AB段彎矩為：其中Z位于0到62.5mm之間AB段彎矩最大值為：BC段彎矩為：其中Z位于62.5到420.5mm之間BC段彎矩最大值為：CD段彎矩為：其中Z位于0到75mm之間CD段彎矩最大值為：彎矩圖如下：該主軸的扭矩圖如下：分析可知整段扭矩為恒值，即：又由于在主軸上C處靠下側(cè)壓力最大，故危險(xiǎn)截面位于C處靠下的截面按照彎扭合成計(jì)算主軸的應(yīng)力為：又故：該軸材料為45，查手冊(cè)得其許用彎曲應(yīng)力為45MPa故該軸彎曲強(qiáng)度小于其彎曲許用應(yīng)力3.3主軸電機(jī)選型計(jì)算由于主軸功率為：正常工作的時(shí)候的最高轉(zhuǎn)速為900r/min則功率為:=28X900/9550=2.64KW則電機(jī)需要功率為：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相關(guān)計(jì)算：刀具組件：主，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：則折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：選擇電機(jī)型號(hào)為：SGM8M-72A其額定功率為7.2Kw,額定扭矩為，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，最高轉(zhuǎn)速為12000r/min,電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：3.4Y方向絲杠相關(guān)計(jì)算3.4.1計(jì)算Y軸方向的滾珠絲杠副滾珠絲杠屬于螺旋傳動(dòng)的一種，其與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的不同點(diǎn)在于運(yùn)動(dòng)方式不一樣，由于其有鋼球作為滾動(dòng)體的參與，故其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的摩擦力為滾動(dòng)摩擦力，而非滑動(dòng)螺旋中滑動(dòng)摩擦力，故其效率相較于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)要高，而且其正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率相當(dāng)，同時(shí)也由于其是受到滾動(dòng)摩擦，故只需要很小的力矩便能獲得高精度，高效率，高剛性的運(yùn)動(dòng)，其最大的缺點(diǎn)是其生產(chǎn)制造工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高，而且其不像滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)那樣具備自鎖性，因此在需要自鎖的場(chǎng)合往往是采用輔助機(jī)構(gòu)或者依靠電機(jī)自帶剎車裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)結(jié)構(gòu)的制動(dòng)。其在傳動(dòng)過(guò)程中，可以將絲杠作為主動(dòng)件，螺母作為從動(dòng)件，同樣也可以將螺母作為主動(dòng)件，絲杠作為從動(dòng)件，當(dāng)將絲杠作為主動(dòng)件的時(shí)候，通常讓絲杠做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，獲得螺母的直線運(yùn)動(dòng)，也可以將螺母作為主動(dòng)件，此時(shí)是讓螺母的直線移動(dòng)來(lái)獲得絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然在特定工況下，也可以讓螺母固定，讓絲杠既做直線運(yùn)動(dòng)又做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也可以讓絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，讓螺母既做直線移動(dòng)又做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)中的相關(guān)螺旋傳動(dòng)處均是將絲杠在電機(jī)的帶動(dòng)下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，獲得螺母的直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件以及刀具主軸的直線運(yùn)動(dòng)。其工況相關(guān)參數(shù)如表3-1：表3-1部分工況參數(shù)表切削方式Y(jié)向切削負(fù)載/NZ向切屑/N進(jìn)給速度m/min工作時(shí)間百分比/%絲杠轉(zhuǎn)速r/minY軸行程mm切削200015001290300800快速進(jìn)給0048101200其余參數(shù)：工作臺(tái)以及上邊負(fù)載總共質(zhì)量為768kg豎直方向負(fù)載為定位精度：正負(fù)0.02mm工作時(shí)間：10000hY軸方向加工Y軸相關(guān)計(jì)算，其中加工Y軸為滾珠絲杠，初算加工Y軸導(dǎo)程：按手冊(cè)表12-1-14確定取確定加工Y軸當(dāng)量載荷以及加工Y軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)速：又：故：當(dāng)時(shí)，則當(dāng)：時(shí)，；各種切削方式下,加工Y軸的軸向載荷為：其中：則加工Y軸當(dāng)量載荷為：則：故：其中上式中：加工Y軸的載荷系數(shù)：加工Y軸的期待壽命/h，加工Y軸的精度系數(shù)：加工Y軸的有效性系數(shù)：加工Y軸額定動(dòng)載荷查手冊(cè)可得則有：采用中等預(yù)緊加工Y軸，查手冊(cè)取則在預(yù)緊時(shí)動(dòng)載荷為：取與最大值作為加工Y軸的動(dòng)載荷:故加工Y軸的真實(shí)動(dòng)載荷為：大致計(jì)算螺紋底徑：估算:其中加工Y軸允許最大軸向變形取加工Y軸的定位精度為0.01mm，則：取加工Y軸的重復(fù)定位精度為0.006mm則有：取1.5微米作為加工Y軸的軸向變形則有：估算加工Y軸的底徑：且：加工Y軸支撐方式系數(shù)，由于加工Y軸兩端鉸接，故a=0.039L為加工Y軸的左右支撐點(diǎn)間距：其中：分別為行程，余程，螺母長(zhǎng)度，支撐長(zhǎng)度故：則：確定加工Y軸型號(hào)，查手冊(cè)可得內(nèi)循環(huán)軋制Z型滾珠絲杠副性能參數(shù)表3-4：表3-4性能參數(shù)表單位：mm規(guī)格代號(hào)外徑底徑鋼球直徑螺母長(zhǎng)度L額定動(dòng)載荷/KN額定靜載荷/KN剛度單位為4040-44034.86.3521257.78117.53895由上表以及上圖可得選擇內(nèi)循環(huán)軋制Z型滾珠絲杠，規(guī)格代號(hào)為4040-4,其相關(guān)參數(shù)為：mm,絲杠底境：，，KN，mm,,查出其螺母長(zhǎng)度為212mm，值校驗(yàn)：確定加工Y軸的預(yù)緊力：取計(jì)算行程補(bǔ)償值C：由手冊(cè)可得：，現(xiàn)在取值為則計(jì)算加工Y軸的預(yù)伸拉力：其中mm加工Y軸的臨界轉(zhuǎn)速（單位：）的計(jì)算：其中上式中f為加工Y軸的支撐系數(shù)，查手冊(cè)可得：為加工Y軸的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，由手冊(cè)可得：所以：所以合格加工Y軸的穩(wěn)定性計(jì)算：由前可知：故加工Y軸的不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)，故不用驗(yàn)算額定靜載荷驗(yàn)算：其中上式中：加工Y軸的基本軸向額定靜載荷，單位為N：靜態(tài)安全系數(shù)：取加工Y軸的最大軸向載荷，單位為N，且故：現(xiàn)驗(yàn)算加工Y軸的抗拉強(qiáng)度：遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力故該設(shè)計(jì)合理3.4.2Y軸電機(jī)相關(guān)計(jì)算電機(jī)概述電機(jī)是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為電機(jī)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)的一種裝置，其中常見電機(jī)有三相異步電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，變頻電機(jī)等等。其中伺服電機(jī)通常用于精度高，相應(yīng)快的一些場(chǎng)合。其可以通過(guò)相關(guān)程序來(lái)控制伺服電機(jī)的輸出功率，輸出扭矩，輸出轉(zhuǎn)速。當(dāng)其功率足夠，但是輸出力矩未達(dá)負(fù)載或者轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的時(shí)候，常常采用匹配相應(yīng)的減速裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)扭矩以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的匹配。電機(jī)選型計(jì)算：工進(jìn)時(shí)所需要電機(jī)的功率為：其中上式中：聯(lián)軸器效率加工Y軸效率軸承效率所需要的扭矩：快進(jìn)時(shí)所需要電機(jī)的功率為：所需要的扭矩：則所需要的電機(jī)最大功率為563.2w，最大扭矩為17.9轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：加工Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：加工Y軸的質(zhì)量為:則加工Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：又加工Y軸上連接有螺母安裝座一，工作臺(tái)二以及工作臺(tái)等零部件，其總質(zhì)量為768kg,這部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:這部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：則總慣量為：查電機(jī)樣本得下表：電壓200V代號(hào)SGM7G30A30A1瞬時(shí)最大電流Arms7056最高轉(zhuǎn)速r/min30003000額定轉(zhuǎn)速r/min15001500額定功率KW32.4額定轉(zhuǎn)矩19.115.1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量53.953.9容許負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10倍7倍由上表選擇電機(jī)型號(hào)為SGM7G30A3.5X方向絲杠相關(guān)計(jì)算3.5.1計(jì)算X軸方向的滾珠絲杠副其工況相關(guān)參數(shù)如表3-1：表3-1部分工況參數(shù)表切削方式X向切削負(fù)載/NZ向切屑/N進(jìn)給速度m/min工作時(shí)間百分比/%絲杠轉(zhuǎn)速r/minY軸行程mm切削200015001290300500快速進(jìn)給0048101200其余參數(shù)：工作臺(tái)一、導(dǎo)軌安裝座三、以及上邊負(fù)載總共質(zhì)量為951.8kg豎直方向負(fù)載為定位精度：正負(fù)0.02mm工作時(shí)間：10000hX軸方向加工X軸相關(guān)計(jì)算，其中加工X軸為滾珠絲杠，初算加工X軸導(dǎo)程：按手冊(cè)表12-1-14確定取確定加工X軸當(dāng)量載荷以及加工X軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)速：又：故：當(dāng)時(shí)，則當(dāng)：時(shí)，；各種切削方式下,加工X軸的軸向載荷為：其中：則加工X軸當(dāng)量載荷為：則：故：其中上式中：加工X軸的載荷系數(shù)：加工X軸的期待壽命/h，加工X軸的精度系數(shù)：加工X軸的有效性系數(shù)：加工X軸額定動(dòng)載荷查手冊(cè)可得則有：采用中等預(yù)緊加工X軸，查手冊(cè)取則在預(yù)緊時(shí)加工X軸動(dòng)載荷為：取與最大值作為加工X軸的動(dòng)載荷:故加工X軸的真實(shí)動(dòng)載荷為：大致計(jì)算螺紋底徑：估算:其中加工X軸允許最大軸向變形取加工X軸的定位精度為0.01mm，則：取加工X軸的重復(fù)定位精度為0.006mm則有：取1.5微米作為加工X軸的軸向變形則有：估算加工X軸的底徑：且：加工X軸支撐方式系數(shù)，由于加工X軸兩端鉸接，故a=0.039L為加工X軸的左右支撐點(diǎn)間距：其中：分別為行程，余程，螺母長(zhǎng)度，支撐長(zhǎng)度故：則：確定加工X軸型號(hào)，查手冊(cè)可得內(nèi)循環(huán)軋制Z型滾珠絲杠副性能參數(shù)表3-4：表3-4性能參數(shù)表單位：mm規(guī)格代號(hào)外徑底徑鋼球直徑螺母長(zhǎng)度L額定動(dòng)載荷/KN額定靜載荷/KN剛度單位為4040-44034.86.3521257.78117.53895由上表以及上圖可得選擇內(nèi)循環(huán)軋制Z型滾珠絲杠，規(guī)格代號(hào)為4040-4,其相關(guān)參數(shù)為：mm,絲杠底境：，，KN，mm,,查出其螺母長(zhǎng)度為212mm，值校驗(yàn)：確定加工X軸的預(yù)緊力：取計(jì)算行程補(bǔ)償值C：由手冊(cè)可得：，現(xiàn)在取值為則計(jì)算加工X軸的預(yù)伸拉力：其中mm加工X軸的臨界轉(zhuǎn)速（單位：）的計(jì)算：其中上式中f為加工Y軸的支撐系數(shù)，查手冊(cè)可得：為加工Y軸的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，由手冊(cè)可得：所以：所以合格加工X軸的穩(wěn)定性計(jì)算：由前可知：故加工X軸的不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)，故不用驗(yàn)算額定靜載荷驗(yàn)算：其中上式中：加工X軸的基本軸向額定靜載荷，單位為N：靜態(tài)安全系數(shù)：取加工X軸的最大軸向載荷，單位為N，且故：現(xiàn)驗(yàn)算加工X軸的抗拉強(qiáng)度：遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力故該設(shè)計(jì)合理3.5.2X軸電機(jī)相關(guān)計(jì)算電機(jī)選型計(jì)算：工進(jìn)時(shí)所需要電機(jī)的功率為：其中上式中：聯(lián)軸器效率加工X軸效率軸承效率所需要的扭矩：快進(jìn)時(shí)所需要電機(jī)的功率為：所需要的扭矩：則X軸所需要的電機(jī)最大功率為584.2w，最大扭矩為18.6轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：加工X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：加工X軸的質(zhì)量為:則加工X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：又加工Y軸上連接有螺母安裝座一，工作臺(tái)二、工作臺(tái)、工作臺(tái)一以及軌道安裝座三等零部件，其總質(zhì)量為951.8kg,這部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:這部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：則總慣量為：查電機(jī)樣本得下表：電壓200V代號(hào)SGM7G30A30A1瞬時(shí)最大電流Arms7056最高轉(zhuǎn)速r/min30003000額定轉(zhuǎn)速r/min15001500額定功率KW32.4額定轉(zhuǎn)矩19.115.1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量53.953.9容許負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10倍7倍由上表選擇電機(jī)型號(hào)為SGM7G30A3.6Z方向絲杠相關(guān)計(jì)算3.6.1計(jì)算Z軸方向的滾珠絲杠副其工況相關(guān)參數(shù)如表3-1：表3-1部分工況參數(shù)表切削方式Z向切屑/N進(jìn)給速度m/min工作時(shí)間百分比/%絲杠轉(zhuǎn)速r/minY軸行程mm切削15001290300500快速進(jìn)給048101200其余參數(shù)：工作臺(tái)一、導(dǎo)軌安裝座三、以及上邊負(fù)載總共質(zhì)量為305kg定位精度：正負(fù)0.02mm工作時(shí)間：10000hZ軸方向加工Z軸相關(guān)計(jì)算，其中加工Z軸為滾珠絲杠，初算加工Z軸導(dǎo)程：按手冊(cè)表12-1-14確定取確定加工Z軸當(dāng)量載荷以及加工Z軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)速：又：故：當(dāng)時(shí)，則當(dāng)：時(shí)，；由于切屑負(fù)載始終豎直向上，各種切削方式下,加工Z軸的軸向載荷為：工進(jìn)的時(shí)候：快進(jìn)的時(shí)候：則加工Z軸當(dāng)量載荷為：則：故：其中上式中：加工Z軸的載荷系數(shù)：加工Z軸的期待壽命/h，加工Z軸的精度系數(shù)：加工Z軸的有效性系數(shù)：加工Z軸額定動(dòng)載荷查手冊(cè)可得則有：采用中等預(yù)緊加工Z軸，查手冊(cè)取則在預(yù)緊時(shí)加工Z軸動(dòng)載荷為：取與最大值作為加工Z軸的動(dòng)載荷:故加工Z軸的真實(shí)動(dòng)載荷為：大致計(jì)算螺紋底徑：估算:其中加工Z軸允許最大軸向變形取加工Z軸的定位精度為0.01mm，則：取加工Z軸的重復(fù)定位精度為0.006mm則有：取1.5微米作為加工Z軸的軸向變形則有：估算加工Z軸的底徑：且：加工Z軸支撐方式系數(shù)，由于加工Z軸兩端鉸接，故a=0.039L為加工Z軸的左右支撐點(diǎn)間距：其中：分別為行程，余程，螺母長(zhǎng)度，支撐長(zhǎng)度故：則：確定加工Z軸型號(hào)，查手冊(cè)可得內(nèi)循環(huán)軋制Z型滾珠絲杠副性能參數(shù)表3-4：表3-