数控原理与应用工程课程设计(编辑修改稿)

数控原理与应用工程课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

axy=计算结果： fmaxz=5000 步／ s ⑥ 步进电机的选择 步进电机最大静转矩 Jmax: 纵向最大静转矩 Jmaxy= kgfcm 由 Jmax 和 fmax选取纵向均为 110BF003 110BF003：步距角 ／ ，最大静转矩（ ） 800 ，最高空载启动频率（ step/s） 1500，运行频率（ step/s） 7000，相数 3，电压（ V）80，相电流（ A） 6。 外形尺寸：外径 110 长度 160 轴径 60 mm重量 60N ⑦ 校核齿轮传动的强度 小齿轮材料用 40Cr、调质处理 HB1=280 大齿轮材料用 45钢、调制δ p Fmax= 1000Vmax Jmax= Tq 20 处理 HB2=240；齿轮精度为 7 级，传递功率 P1＝ 10－ 1KW 小齿轮转速 n1=500r/min 大齿轮 n2=400r/min 齿数 Z1=40 , Z2=50,m=2 齿宽B1＝ 25 B1＝ 20 双向传动、寿命十年，每日两班制、小齿轮相对轴承悬臂布置、载荷平稳、用步进电机驱动。 校核齿面接触疲劳强度 计算小齿轮的扭矩 计算载荷系数 K＝ KAKVKHβ 由表 8－ 7 查的使用系数 KA= 根据 由图 8－ 8 查的动载荷系数 KV＝ 根据 Ψd=b/d1=20/80= 由图 8－ 11 查得齿向载荷分布系数 KHβ ＝ 故得载荷系数 K=1 = 由表 8－ 7 查得弹性影响系数 ZF＝ MPa 节点区域系数 ZH= 齿数比为 许用接触应力 ［σ］ = T1= 106 n1 P1 500 101 = 106 =7840Nm = V Z1 100 π d1 n1 60 1000 Z1 100 = π 24050040 60 1000 100 = Slin KNσ lin 21 由图 8－ 15 查得σ H1lim=600MPa σ H2lim=580MPa Smin= 根据 N1=60jn1Lh=60 1 600 300 16 10=144 107 N2=N1/u=144 107/= 107 由图 8－ 17 查得接触疲劳寿命系数 KHN1= KHN2=1 则［ σ H1］＝ 1 600／ 1＝ 600MPa ［ σ H2］＝ 580 MPa 校核齿面接触疲劳强度 uubdKT 12211  σH ［ σ H2］＝ 580 MPa 校核齿根弯曲疲劳强度 许用弯曲应力［ σ F］ =KFNσFlim/Smin 根据前面计算的 N1 和 N2由图 8－ 18 查得： KFN1＝ KFN2＝ 由图 8－16 查得 σ F1lim=600 MPa σ F2lim=420 MPa 由表 8－ 8 查得齿形系数 YF1= YF2= 应力修正系数 YS1＝ YS2＝ 计算 ［ σ F1］／ YF1 YS1＝ 500／ = ［ σ F2］／ YF2 YS2＝ 420／ = σH= ZEZH =25= 1 8 4 02 5 8  =250MPa 22 Fy 大齿轮弯曲疲劳强度较弱，应校核其齿根弯曲疲劳强度 校核齿根弯曲疲劳强度 根据 KHβ = b/h=20/45= 由图 8－ 12 得 KFB= 则 K＝ KAKVKFβ＝ = σ F2=mbdKT112YF2 YS2= 28020   = MPa［ σ F2］ =420 MPa 齿根弯曲疲劳强度满足要求，齿轮强度足够 横向进给系统的设计计算 (装配图 ) (1)切削力的计算 机床横向切削力 Fy＝ Fy＝。 － 0。 3 将已知数据代入上式纵向切削力： Fy＝ FZ＝ (2)滚珠丝杠的设计计算 ① 工作负荷 P 的计算 工作负荷 P 是指数控机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力。 其数值可由下式计算： FZ ＝＝＝＝＝＝ 23 纵向工作负载： P＝ kFy +f＇（ Fy+2FZ＋ G） 取 k= f＇＝ 计算结果：纵向工作负载 P= ② 寿命 L 的计算 式中： n—— 滚珠丝杠的转速（ r/min） T—— 使用寿命时间（ h）本系统 T 取 1500h 计算结果： L＝ 63 ③ 最大动负荷 Q 的计算 Q＝ L3 fw fH P 式中： fw—— 运转系数：取 fH—— 运转系数：取 计算结果 :横向最大负载： Q＝ 由以上计算结果选取滚珠丝杠： 横向选取： dD1=25mm,选用 FB25 53F ④ 传动效率 106 60nT L＝ tg(γ +φ ) tgγ η＝ 24 104 6 L0 100 L2 FZπ 2EI 滚珠丝杠滚动摩擦系数 f＝ ～ 其摩擦角φ约等于 10＇ γ＝ 3039＇ 所以纵向传动效率η＝ ⑤ 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载 FX引起的导程 L0的变化量 式中： L0=6mm 弹性模量 E＝ 104MPa 横向 : A1= π R2 = 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△ L2很小可忽略 所以 查表知 E 级精度丝杠允差 15181。 m。 故刚度足够。 ⑥ 稳定验算 △ ＝ △ L1 EA PL0 △ L1＝177。 A2＝177。 =177。 105mm = 106 100/= FK＝ 25 取弹性模量 E＝ 104MPa I=π d4/64=π 支承方式由表 2－ 7 得 fz= 丝杠长度 L=300mm 将数据代入上式得 FK＝ 1006401N η K=FK/Fm=256 η K=256[nk]=4 2564 故丝杠不会失稳是安全的 （ 3） 齿轮及步进电机的计算 ① 传动比的计算 设计计算公式均来自 《 机床设计手册 》 传动比 步距角 :φ＝ : S＝ 5mm 脉冲当量 δ p=故取 Z1=24 Z2=50 ② 主要几何尺寸的计算 m=2mm B1=30mm B2=25mm α =20176。 d1=mZ1= 2 24=48mm d2=mZ2= 2 50=100mm = = 360δ p i = φ S 360 5 26 da1= d1+2ha*=52mm da2= d2+2ha*=104mm df1= d12hf*=45mm df2= d22hf*=95mm ③ 转动惯量的计算 齿轮的转动惯量 Jz1= 104=(kgcm2) Jz2= 104 104=(kgcm2) 丝杠的转动惯量 Js= 104D4L= 104 30=(kgcm2) 工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 电机转动惯量很小可忽略。 总的转动惯量 ④ 步进电机转轴上启动力矩的计算 得出横向启动力矩 a= 2 d1+ d2 =74mm π φ J=( 180δ p 180 )2M=( )2 60= kgcm2 1 ( + ) + +=( kgcm2) J＝ 2 π θb2 η Tq＝ 36δ p2［ Px+ μ ( P1 + G ) ］ 27 ⑤ 步进电机的最高工作频率计算： 式中： Vmaxx=。 Vmaxy=计 算结果： fmaxx=1000 步／ s ⑥ 步进电机的选择 步进电机最大静转矩 Jmax: 横向最大静转矩： Jmaxx= 由 Jmax 和 fmax 选取两个方向横向为 110BF003。 110BF003：步距角 ／ ， 最大静转矩（ ） 800， 最高空载启动频率（ step/s） 1500 ， 运行频率（ step/s） 7000 ， 相数 3 ， 电压（ V） 80， 相电流（ A） 6。 外形尺寸：外径 110 长度 160 轴径60 mm 重量 60N ⑦ 校核齿轮传动的强度 小齿轮材料用 40Cr、调质处理 HB1=280HBs 大齿轮材料用 45钢、调制处理 HB2=240 HBs；齿轮精度为 7 级，传递功率 P1＝ 10－ 1KW小齿轮转速 n1=500r/min 大齿轮 n2=240r/min 齿数 Z1=40 , Z2=50,m=2齿宽 B1＝ 25 B1＝ 20 双向传动、寿命十年，每日两班制、小齿轮相对轴承悬臂布置、载荷平稳、用步进电机驱动。 校核齿面接触疲劳强度 δ p Fmax= 1000Vmax Jmax= Tq 28 计算小齿轮的扭矩 计算载荷系数 K＝ KAKVKHβ 由表 8－ 7 查的使用系数 KA= 根据 由图 8－ 8 查的动载荷系数 KV＝ 根据 Ψd=b/d1=25/48= 由图 8－ 11 查得齿向载荷分布系数 KHβ ＝ 故得载荷系数 K=1 = 由表 8－ 7 查得弹性影响系数 ZF＝ MPa 节点区域系数 ZH= 齿数比为 （ 6）许用接触应力 ［σ］ = 由图 8－ 15 查得σ H1lim=600MPa σ H2lim=580MPa Smin= 根据 N1=60jn1Lh=60 1 500 300 16 10= 109 N2=N1/u= 109/= 108 由图 8－ 17 查得接触疲劳寿命系数 KHN1。