小型简易雕刻机设计毕业设计(编辑修改稿)

小型简易雕刻机设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

型号 转速 （ r/min） 电机 外型尺寸 重量 Kg 额定功率 KW 电压 V 电流 A 频率 Hz D D1 轴端连接 L L1 L2 SDK6260Z/1.5 60000 220 1000 62 48 ER11φ7 144 11 12 图 31 电主轴 步进电机的选择 步进电机满足 以下 公式： 360 hiP (31) 由任务书上的设计参数可知，脉冲当量  =， 步进电机与丝杠通过联轴器直接相连，则 有传动比 i=1，查阅雕刻机 的相关资料可知：一般雕刻机的导程可以选择为Ph=5mm，把已知相关数据代入式 31 中可得步进电机的步距角 α=176。 根据表 31 中所给的参数可知，这三个方向上的步进电机的最大额定扭矩是 5 Nm，因此这里要选用的步进电机的保持转矩应该大于 5 Nm。 根据步距角及保持转矩的值可以 初步 确定步进 电机 的 型号为 90BYG550C— 0301。 具体参数如表 33，外形如图 32。 表 33 步进电机参数 规格型号 相数 步距角 (。 ) 相电流 （ A） 保持转矩 （ ） 转动惯量 ()2 重量 (kg) 外形尺寸 (mm) 90BYG550C— 0301 5 92137 9 图 32 步进电机 X 轴滚珠丝杠螺母副及其支承轴承的选择 首先 需要分析一下 雕刻机的 X 轴方向的丝杠 的 受力 情况 ，得到 X 轴丝杠的当量轴向载荷，再 分别 计算 得到 丝杠的预期额定动载荷和允许的最小螺纹底径，然后根据预期额定动载荷和允许的最小螺纹底径确定各丝杠的型号及尺寸，最后根据所选的滚珠丝杠螺母副选择合适的支承方式以及支承所用的滚动轴承。 （ 1）确定 丝杠的 当量载荷 当 雕刻机空载时， X 轴丝杠所受到的轴向载荷来自于导轨的摩擦力。 当雕刻机以刀具的最大转速加载时， X 轴丝杠所受到的轴向载荷来自于导轨的摩擦力和刀具沿 X 轴方向的切削抗力。 1） 计算 X 轴导轨的摩擦力 查《机械设计手册》知： X 轴方向的导轨的受力情况如图 33，其所受摩擦力的计算公式如下： 对 X 轴导轨有： 雕刻机空载时 有以下公式： 4fF    22222 242 acWWblW （ 32） 雕刻机以 刀具的最大转速加载时 有以下公式 ：    212220224b24aFccWWFllWfF vv （ 33） 设 a=115mm， b=200mm， c=c1=0， l0=185mm， l=140mm， W2=100N，取动摩擦因数 μ=。 10 图 33 X轴导轨的受力简图 2） 计算 X 轴丝杠所受的切削抗力 查《数控机床设计实践指南》知：铣削的主切削力 计算公式如下： FZ＝ vP mE 103 （ 34） 另外有 FL =～ FZ， FV =～ ，取 FL =， FV = FZ。 其中 v 为主轴传递全部功率时的切削速度 其计算公式如下： V＝ 60Dn （ 35） 设刀具直径 D 为 6mm， 由任务 书参数知 n=4500r/min， 将 D 和 n 的值代入 式 35 中得v=。 又有 主轴电机功率 PE=1kw， ηm取 ， 将相关数据代入式 34 中经 计算得 ：FZ= 566N， FL =， FV =。 X 轴丝杠所受的切削抗力与所对应的切削分力大小相同，方向相反，所以 X 轴所受的切削抗力 NFF LL 226 .4 ， NFF v 。 3） 计算丝杠的轴向载荷 对 X 轴丝杠有： 雕刻机空载时 有以下公式 ： 4f1 FF   22222 242 acWWblW （ 36） 雕刻机以刀具的最大转速加载时 有以下公式 ： 42  LfL FFFF   212220224b2aFccWWFllW vv （ 37）将相关数据代入到式 3 37 中 经计算得 ： 1F =， 2F =。 4） 计算 X 轴滚珠丝杠螺母副的当量载何 当 丝杠所受载 荷的大小与其转速的变化接近正比时，其转速为各值的可能性相同，这时可以利用以下公式进行计算： 32 m inm a xm FFF  （ 38） 11 将相关数据代入式 38 中计算得： 32 12m FFF =。 （ 2） 确定滚珠丝杠螺母副的预期额定动载荷 mCa 按 照其 预期 需要达到的 运行距离 Ls 来求 mCa ，其 计算 公式如下：  Nff fFPLCcawmhSam  3 （ 39） 如果该 丝杠 加载了预加负荷，这时其 mCa 的 计算公式如下 ： maxFfC eam  （ 310） 其中： af 精度等级，按 7 级精度 来取值 ， 其应 取 ； cf 可靠系数，按 95%，取 ； wf 负荷系数，轻微冲击，取 ； 把 mF 的值代入到公式 3 310 中， 比较两式的计算结果，取较大值作为预期额定动载荷，所以 mCa =。 （ 3） 确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 1） 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量 m 查阅相关资料可知：在一般情况下   5/1~4/1m 定位精度，且有定位精度  脉冲当量。 已知脉冲当量为 ，所以此处定位精度可取 ，则有 m ≤～ ， 这里 取 δm=。 2） 计算滚珠丝杠的最小螺纹底径 丝杠 采用两端固定的安装方式，因此 其 计算公式如下： mOmom LFELFd   （ 311） 式中： 0F 导轨的静摩力 m 最大 允许的轴向变形量 L 两个固定支承之间的距离（ mm） L ≈（ ～ ）行程 +（ 10～ 14） Ph 对 X 轴丝杠有： L≈452mm， F0=， δm=2μm，将这些数据代入到 求 最小螺纹底径 的 计算公式 311 中 ，经计算得： md2 =。 12 （ 4） 确定滚珠丝杠副的规格代号及尺寸 所选丝杠应满足： md22d  ， ama CC  ，但 2d 不宜过大。 对 X 轴丝杠有： mdd 22  =， ama CC  = 根据以上条件，初选 X 轴的滚珠丝杠螺母副的型号为 G2505— 3，参数如表 34 所示，外形简图如图 34 所示： 表 34 滚珠丝杠螺母副的参数 规格代号 公称直径0d 公称导程hP 丝杠外径 1d 钢球直径 wD 丝杠底径 2d 循环圈数 基本额定负荷 刚度/KN m 动载荷()aC KN 静载荷()oaC KN G25053 25 5 3 234 螺母安装尺寸 D1 D D4 L B h D5 D6 40 66 53 46 11 6 10 图 34 滚珠丝杠及螺母简图 丝杠螺纹长度 满足以下公式： Ls=Lu+2Le （ 312） 该式中 Lu是 丝杠的行程， Le 是 余程，查阅相关资料得：当 Ph=5mm时其余程 Le=20mm。 所以 对 X 轴丝杠 有： Ls=400+220=440mm。 （ 5） 选择 X 轴滚珠丝杠螺母副支撑所 用的轴承规格代号 1） 计算轴承所承受的最大轴向载荷 X 轴滚珠丝杠采用两端固定的支承方式，因此要计算预拉伸力， 其计算公式如下： （ 313） 其中温差 △ t=℃ ，代入式 313 中 得 ： Ft=2191N。 轴承所承受的最大轴向载荷 的计算公式如下： 13 tB FFF  m a xm a x （ 314） 将 Fmax 及 Ft 值代入到式 314 中得： maxBF =2462N。 2） 确定轴承类型 选择 两 对 25176。 角的角接触球轴承分别 放在 丝杠的两 侧 ， 每侧以背对背的方式布置两个该滚动轴承，这种滚动轴承不仅可以 对丝杠进行轴向 和 径向的双向固定，而且 还 可以对丝杠两端进行轴向的双向固定。 3） 确定轴承直径 轴承直径应满足： d≤d2， 预加负载荷 ≥FBP， FBP =1/3 FBmax。 所以 选择 d=20mm 的 角接触球轴承，其满足直径 d=20mm≤ 970N＞ 821N。 4） 确定轴承型号 查《机械设计教程》选取角接触球轴承型号为 7204AC，它的参数如表 35 所示，其外形如图 35 所示： 表 35 角接触球轴承的参数 图 图 35 角接触球轴承 Y 轴滚珠丝杠螺母副及其支承轴承的选择 首先 需要分析一下 雕刻机的 Y 轴方向的丝杠 的 受力 情况 ，得到 Y 轴丝杠的当量轴向载轴 承 型号 基本尺寸 /mm 基 本 额 定 动 负 荷Cr/KN 基 本 额 定 静 负 荷Cor/KN d D B 7204AC 20 47 14 14 荷，再 分别 计算 得到 丝杠的预期额定动载荷和允许的最小螺纹底径，然后根据预期额定动载荷和允许的最小螺纹底径确定各丝杠的型号及尺寸，最后根据所选的滚珠丝杠螺母副选择合适的支承方式以及支承所用的滚动轴承。 （ 1）确定 丝杠的 当量载荷 当雕刻机空载时， Y 轴丝杠所受到的轴向载荷来自于导轨的摩擦力。 当雕刻机以刀具的最大转速加载时， Y 轴丝杠所受到的轴向载荷来自于导轨的摩擦力和刀具沿 Y 轴方向的切削力。 1） 计算 Y 轴导轨的摩擦力 查《机械设计手册》知： Y 轴方向的导轨的受力情况如图 36，其所受摩擦力的计算公式如下： 对 Y 轴导轨有： 雕刻 机空载时 有以下公式： 1WFf  （ 315） 雕刻机以刀具的最大转速加载时 有以下公式 ： ）（ vf FWF  1 （ 316） 设 W1=600N，取动摩擦因素 μ=。 图 36 Y轴导轨的受力简图 2） 计算 Y 轴丝杠所受的切削力 查《数控机床设计实践指南》知：铣削的主切削力 计算公式如下： FZ＝ vP mE 103 （ 317） 另外有 FL =～ FZ， FV =～ ，取 FL =， FV = FZ。 其中 v 为主轴传递全部功率时的切削速度 其计算公式如下： V＝ 60Dn （ 318） 设刀具直径 D 为 6mm， 由任务书参数知 n=4500。