立式加工中心x、y方向进给系统以及床身的设计毕业设计正文(编辑修改稿)

立式加工中心x、y方向进给系统以及床身的设计毕业设计正文(编辑修改稿)内容摘要：

喷头可在 XY 平面内任意移动，两个喷头可以独立开启关闭。 主喷头工作时，副喷头远离工作台。 副喷头工作时，主喷头上下位置不动，副喷头接近工作台。 工作台可以任意升降。 2) 工作平台 工作台主要有台面和泡沫垫片组成，每完成一层成型，工作台便下降一个高度。 3) 运动机构 X— Y 轴的联动扫描完成 FDM 工艺喷头对截面轮廓的平面扫描， Z 轴带动工作台实现高度发行的进给。 4) 送丝机构 送丝机构为喷头输送原料。 原料丝直径一般为 12mm,而喷嘴直径只有 左 本 科 毕 业 设 计 第 14 页 共 36 页 右，这个差别保证了喷头内一定的压力和熔融后的原料能以一定的速度被挤出成型。 送丝机构和喷头采用推拉相结合的方式，以保证送丝可靠，避免断丝或积瘤。 5) 加热工作室 加热工作室用来给成型过程提供一个恒温环境。 熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却 , 容易造成翘曲和开裂 , 适当的环境温度可最大限度地减小这种造型缺陷 , 提高成型质量和精度。 3 FDM 快速成型机 X、 Y 进给系统设计 本次毕业设计题目是 立 式加工中心设计（ X、 Z 方向进给系统设计、床身设计），它是一种 数控加工 设备，随着工业产品的 快速发展 ，该设备在机械行业中的使用越来越广泛，是典型的机电一体化产品。 立 式加工中心主要用于 各种中小 尺寸，各种基础件、板件、壳体、模具等多品种零件的加工，工件一次装夹后可自动高效、高精度的连续完成铣、钻、镗、铰等多种工序的加工，适用于航空、机床、印刷、轻纺、模具等制造行业。 X、 Y 向进给系统丝杠的选取与计算 滚珠丝杠副按循环方式分为内循环和外循环两种， 本设计 选用了内循环浮动式滚珠丝杠副，其结构特点为：滚珠循环链最短，反向灵活，结构紧凑，刚性好，使用可靠，工作寿命长，螺母配合外径 较小。 摩擦力矩小，适用于高灵敏 .高精度 .高刚度的进给定位系统。 如图 31 所示： ⑴ 初算导程 hP (mm) 图 31 浮动式内循环示意图 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 36 页 hP ≥ maxv / maxn = 3  mm hP 要符合标准值 , 初选 hP =20mm maxv — 丝杠副最大移动速度， mm/min maxn — 丝杠副最大相对转速， r/min ⑵ 当量载荷 mF (N) 当载荷在 minF 和 maxF 之间周期性变化时，载荷按下式计算 F=31 （ 2 maxF + minF ） 丝杠的最大载荷为切削时的最大进给力，最小载荷为摩擦力。 maxF = jF + mF =3000+0=3000N， minF =0N F=31 （ 2 maxF + minF ） =31 （ 23000+0） =2020N ⑶ 当量转速 mn 当转速在 maxn 和 minn 之间变化时， mn =21 ( maxn + minn )=21 (2020+0)=1000 r/min ⑷ 额定动载荷计算 amC (N) amC = wf mF ( sL / hL )31 /af cf =2020 31661020101020  =2020 =11100 N amC = ef maxF =3000=13500 N af — 精度系数， af =1 cf — 可靠性系数， cf =1 wf — 载荷性系数， wf = sL — 预期工作距离， sL =1020 610 km 本 科 毕 业 设 计 第 16 页 共 36 页 ef — 预加载荷系数， ef = maxF 最大轴向载荷， maxF =3000N ⑸ 估算滚珠丝杠允许最大轴向变形 m m =（ 1/3～ 1/4）重复定位精度 =31 = m ≤（ 1/4～ 1/5）定位精度 =41 = 取 m 与 m 中较小值为 m 值 m = ⑹ 估算滚珠丝杠底径 md2 (mm) md2 =a mLF /0 = 1013002020 3 = 0F =F=3000 N a— 支承方式系数 ， 一 端固定时 一端游动时 取 0F — 导轨静摩擦力 ,N 0 — 导轨静摩擦因数 L— 滚珠丝杠 两轴承支点间的距离 ⑺ 确定滚珠丝杠副规格代号 选定滚珠螺母型式 ,按上述估算的 hP . amC 及 md2 值中选出合适的规格代号及有关安装 .连接尺寸 ,并使 2d ≥ md2 , aC ≥ amC 但不宜过大 ,以免增大转动惯量及结构尺寸。 本 科 毕 业 设 计 第 17 页 共 36 页 取 2d =40mm。 型号 40103， 其参数 L=84 D=108 D1=63。 b1 丝杠螺纹左端到左轴承的距离 b1，取 60mm b2 丝杠螺纹右端到右轴承的距离 b2，取 40mm Le 余程 Le=40mm La 安全行程 La＝（ 1－ 2） Ph=20mm Lx 机械最大行程 Lx=1020mm Ln 螺母长度 Ln=84mm L1 丝杠螺纹长度 L1＝ 2Le+2La+Lx+Ln=1300mm Lu 有效行程 Lu＝ L1－ 2Le=1220mm L 左右端轴承之间的距离 Lz＝ L1+b1+b2=1440mm x 轴丝杠最少大于 1440mm,y 轴最少大于 980mm 注： b b2 按经验选取，在满足结构设计需要的情况下，越短越好。 ⑻ 计算预紧力 pF 当最大轴向工作载荷 maxF 能确定时 , pF = maxF /3=3000/3=1000N ⑼ 行程补偿值 C（ μm） C=△ t ul 310 =21300 310 = ul =行程 +（ 8～ 14） hP =1020+1420=1300mm △ t— 温度变化值， 2～ 3C176。 ul — 滚珠丝杠副有效行程， mm 本 科 毕 业 设 计 第 18 页 共 36 页 ⑽ 预拉伸力 tF (N) tF =△ t 22d =2402 = 2d — 丝杠螺纹底径， mm ⑾ 系统刚度 K 计算 (N/μm)  RKKK bs 1111 7861 +2611 +11381 = 则 K=357 N/μm sK — 滚珠丝杠副的拉压刚度， N/μm 当 一 端固定 一端游动 时， sK =165 22d L/a(La) =)6001362(600 1362401652 =786 N/μm bK — 轴承刚度， N/μm bK = 0BK =231 5m a x2 60s in aQ FZd =231 52 )23(3 00 0177  =261 N/μm R— 轴向接触刚度，得 R=1138 a— 滚珠螺母中点至轴承支点距离， ⑿ 滚珠丝杠副精度选择 选择精度，并校合系统刚度 K 值，进行必要的验算。 精度等级 32 ； ⒀ 滚珠丝杠压杆稳定性 cF 验算 cF = 1K 2K 510 42d / 21cL =21 4510 440 / 2800 =510 N≥ maxaF cF — 临界压缩载荷， N 1K — 安全系数，丝杠垂直安装为 1/2 本 科 毕 业 设 计 第 19 页 共 36 页 2K — 支承系数， 1cL — 丝杠最大受压长度， maxaF — 滚珠丝杠副所受的最大轴向压缩载荷 ⒁ 滚珠丝杠副极限转速 计算 (r/min) = 710 f 2d / 22cL = 710 40/ 2800 = r/min f— 支承系数， f= 2cL — 临界转速计算长度， 2cL =800 mm ⒂ dn 值校验（ rmm/min） 0d maxn =402020=80000≤100000 rmm/min 0d — 滚珠丝杠副的公称直径， mm maxn — 滚珠丝杠副最大转速 ,r/min ⒃ 额定静载荷 oaC 验算（ N） sf maxaF =3000=6600 N≤ oaC ， oaC — 滚珠丝杠副基本轴向额定静载荷， oaC = 310 N sf — 静态安全系数，一般取 1～ 2，有冲击振动时取 2～ 3 maxaF — 滚珠丝杠副最大轴向载荷， maxaF =3000N ⒄ 丝杠轴拉压强度验算 p π 22d /4=200 240 /4 = 510 ≥ maxaF 知丝杠的拉压强度足够。 p — 丝杠轴许用拉压应力， N/mm 滚珠丝杠支撑的选择 在丝杠的安装方式中有 ⑴ 支撑－游动式 ⑵ 固定－游动式 ⑶ 固定－固定式。 由于 本 科 毕 业 设 计 第 20 页 共 36 页 一 端固定 ，一端游动 的安装方式 适用于水平安装的较长丝杠， 但装配复杂。 为了保证机床再加工中能够保证足够的刚性 以及补偿热膨胀 ，所以在这次的设计中传动系统的丝杠采用 一 端轴向固定 ，一端游动 的结构形式 ,见图 32： 图 32 滚珠丝杠轴端固定方式 固定端采用 60 度角接触球轴承组背对背安装，以承受两个方向的轴向力 ， 游动端采用深沟球轴承， 安装还要考虑轴承的预紧 ， 通过丝杠两端的六角锁紧螺母来实现滚珠丝杠的预紧 ， 防止丝杠发生轴向窜动。 其特点为： ⑴ 丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转； ⑵ 结构复杂 ，两端轴承均调整预紧，丝杠 压杆稳定性比较高 ； ⑶ 轴向刚度 较大，丝杠有热膨 胀的余地 ； ⑷ 适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠的安装； ⑸ 适用于较长的丝杠安装。 滚珠丝杠副预紧机构的设计 一般滚珠丝杠副调整轴向间隙的预紧方式有以下六种，如图 33 所示： 本 科 毕 业 设 计 第 21 页 共 36 页 图 33（ a）在双滚珠螺母 1 和 2 的凸缘上切制出外齿轮 ,其齿数差为 1,分别与内齿 3和 4 啮合 ,3 与 4 用螺钉锁紧与螺母座 5 中 ,通过 1 与 2 的相对转动达到预紧的目的。 图33（ b）是采用不同厚度的垫片 2 来预紧。 图 33（ c）的滚珠丝杠 3 外伸端处切有外螺纹，螺母 2 可使 3 产生轴向位移来预紧。 图 33（ d）为单螺母变位导程自预紧，为内预紧方式。 图 33（ e）是一种类似过盈配合的预紧方式，采用安装直径比正常大几个 μm的钢球进行预紧装配。 图 33（ f）靠两个六角锁紧螺母轴向拉紧丝杠达到预紧的目的。 对比几种预紧形式的工作原理和使用场合我采用了六角锁紧螺母预紧方式，这种方式的结构特点为：结构简单，轴向刚性好，预紧可靠，轴向尺寸适中，工艺性好。 适用于高刚度、重载荷的传动，目前应用最广泛。 导轨的选择与计算 机床导轨按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种。 滑动导轨具有结构简单、制造方 便、刚度好抗、振性高等优点，是机床上使用最广图 33 滚珠丝杠副预紧方式 （ a）双螺母差齿预紧（ b）双螺母垫片预紧（ c）双螺母螺纹预紧（ d）单螺母变位导程预紧（ e）单螺母增大刚球预紧（ f）六角锁紧螺母预紧 本 科 毕 业 设 计 第 22 页 共 36 页 泛的导轨形式。 但其缺点是静摩擦因数大，动摩擦因数随速度变化而变化，摩擦损失大，低速易出现爬行现象，定位精度不高。 滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针滚动体，使导轨面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。 优点是：灵敏度高，动。