精密磨床工作台纵向进给系统设计(编辑修改稿)

精密磨床工作台纵向进给系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

图 磨削力示意图 tF—— 切向磨削力 (N)； pa 吃刀量 (mm)； sV 砂轮线速度（ m/s）； wV 工件纵向进给速度（ m/min）； 由于本机床既要求能加工普通钢材，又要能加工硬脆陶瓷材料；所以计算切削功率时分为两种情况。 （ 1）当磨削普通钢材时，平面磨削力的公式为： tF＝ 28282 w sa v v [9] （ ） 由公式（ ）得： tF＝ 28282 w sa v v ＝ 0 .8 6 0 .4 4 1 .0 62 8 2 8 2 0 . 0 2 2 5 3 1 . 4    ＝ 105N 15 其中 pa = 为磨床加工的最大磨削量； wV ＝ 25 为磨床工作台最大进给速度； 由经验公式 [9]可知：径向力 nF =1000N 砂轮所受的的轴向力很小，在这里忽略不计。 纵向进给机构所受的垂直力 1F 等于砂轮所受的径向力，由于实际中  角很小，所以纵向机构所受的轴向力 2F 约等于砂轮的切向力。 纵向进给机构轴向所受的合力为： 21 )( FmgFF   [9] () 由公式（ ）得： 21 )( FmgFF   tn FmgF  )( 105)5001010 00(  N705 .加工时纵向最大进给速度 V=纵向进给机构的切削功率为： kwVFp  当磨削硬脆材料时，在同样的工作条件下，根据以往的经验， nF ＝ 1000N， nF /tF=20, tF=50N, 纵向进给机构轴向所受的合力为： 21 )( FmgFF  [9] （ ） 由公式 ()可得 NFmgFFmgFFtn6 5 050)5 0 0101 0 0 0()()( 21 16 纵向进给机构的切削功率为： kwvFp  电动机选用 综合以上两种磨削方式，选取磨削功率 tp ＝。 由于机床设计选择的数控系统是西门子 SINUMERIK802D 型，所以选择与选择与西门子数控系统相匹配的 IKF6 伺服电机。 滚珠丝杆副选用与校核 1．工作寿命选择 查表取 Th=15000h[9] 2．等效负荷和等效转速 ⑴ 等效负荷计算 导轨摩擦力： fF =181。 W[9] （ ） 由公式（ ）可得 fF =181。 W = 5000 =500N 轴向力： 1000N 切向力： 105N Fm=500+1000+100=1605N ⑵ 等效转速计算 伺服电机最高转速 maxn =3000r/min 丝杆转速 sn =3000 5230 =2143r/min 丝杆导程 mmPh 1 4 31 0 0 025 ，取 mmPh 12 17 丝杆转速 快速移动 2143r/min 一般加工 800r/min 精密加工 400r/min 调整 50r/min 等效转速 m i n/52020025501004040010030800100 52143 rnm  3．丝杆选择 ⑴ 等效轴向动负荷 查表得 tf af wf 1hf kf 3161060  mhkahtmmae nTffff fFC[9] （ ） 由公式（ ）得 3161060  mhkahtmmae nTffff fFC 2 1 5105 2 01 5 0 0 060 6 0 0 316   查表选择插管埋入式双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，型号为 ，aC =25837N， NCoa 56808 ， NKc 951 ，螺母长度 L=151mm，余程为 45mm[9] 螺纹长度 mmL u 990991452151750  支承跨踞 mmL 11001  丝杆全长 mmL 1200 采用 FF 式支承，丝杆一般不会受压缩力作用，可不校核压杆稳定性。 丝杆弯曲振动临界转速： 2222991 0 ccr Ldfn [9] （ ） 18 查表得 f mmDdd w  mmmLc 9 7 7 52 9 9 01 2 0 04521 5 17 5 0  由公式（ ）得 m i n/2 1 4 3m i n/5 6 7 49 7 0 2 4 3 3 9 1 0 22 rrn cr  预拉伸量：取温升为 C ； 螺纹伸长量： 1tLLu [9] （ ） 由公式（ ）得 1tLLu  m 6  丝杆全长伸长量： 1tLl [9] （ ） 由公式（ ）得 1tLl  m 6  取预拉伸量 mml 39。  预拉伸力： LuAEtFl 39。  [9] （ ） 由公式（ ）得 LuAEtFl 39。  19 NN31 6 0 04 4 1 2 2 4 3 41045 1126  4．轴承选择 采用成对 60 接触角推力球轴承为固定端，轴承型号 7304C。 其尺寸参数为： d=20mm，D=52mm， Z=13， wD =。 技术参数为： C=29200N 0C =28000N 计算轴承动负荷 C： tahFffC （ ） 式中 hf —— 寿命系数 af —— 转速系数 3 10500hh Lf [9] （ ） 由公式（ ）得 3 10500hh Lf  500150003 3 3133mn nf [9] （ ） 由公式（ ）得 20 3 3133mn nf  52031333 把 hf 、 af 代入，由公式（ ）得 tah FffC  =24947N 28000N 满足强度要求 [9] 锥齿轮尺寸计算 [10] 分锥角 r c ta n1 176。 0 1 r c ta n2 176。 大端分度圆直径 ee mzd 11 =30 3=90mm ee mzd 22 =52 3=156mm 外锥距 11 sin2 ee dR  =90/= 齿宽系数 R =1/3 齿宽 b= R eR =(1/3) =30mm 大端齿顶高 ea mxh )1( 11  =1 3=3mm 2ah =3 ㎜ 大端齿根高 ef mxch )1( 1*1  =（ 1+） 3= ㎜ 21 ef mxch )1( 2*2  =（ 1+） 3= ㎜ 全齿高   emch *2 =（ 2+） 3= ㎜ 齿根角 r c t a na r c t a n 11  eff Rh r c t a na r c t a n22  eff Rh 齿顶角   fa  2 9  fa 顶锥角  2 7 9 8  aa   aa 根锥角  6 9 9 8  ffi  3 0 9 1  ff 大端齿顶圆直径  1111 c o s2 aeae hdd 90+2 3 = ㎜  2222 co s2 aeae hdd 156+2 3 = ㎜ 22 第 4 章 纵向进给机构设计 传动部件设计 进给传动系设计应满足的基本要求 进给运动的传动质量直接关系到机床的加工性能，故对进给运动有如下要求： 1．具有足够的静刚度和动刚度； 2．具有良好的快速响应性，做低速进给运 动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高； 3．抗震性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪音； 4．具有足够宽的调速范围，保证实现所要求的进给量（进给范围、数列），以适应不同的加工材料，使用不同刀具，满足不同的零件加工要求，能传动较大的扭矩； 5．进给系统的传动精度和定位精度要高； 6．结构简单，加工和装配工艺性好。 调整维修方便，操纵轻便灵活。 [11] 7．消除传动间隙，进给系统的传动间隙（多指反向间隙）存在于各传动副和各联结结构中，直接影响机床的加工精度。 为尽量消除其影响，应采用消隙传动 件和消隙联系结构； 8．速度稳定性要好，进给部件在低速运动时，不产生“爬行”，高速运动或负载变化时不发生振动。 [12] 传动部件设计 1．齿传动间隙的消除 传动副为齿轮传动时，要消除其传动间隙。 齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类方法。 ⑴ 刚性调整法时调整后的齿侧间隙不能自动补偿，如偏心轴套调整法、变齿厚调整法、斜齿轮轴向垫片调整法等。 特点是结构简单，传动刚度较高。 但要求严格控制齿轮的齿厚及齿距公差，否则将影响运动的灵活性。 ⑵ 柔性调整法是指调整后的齿侧间隙可以自动进行补偿，结构比较复杂，传动刚度低些，会影响传动的平稳性。 主要有双片直齿轮错齿调整法，薄片斜齿轮轴向压簧调整法，双齿轮弹簧调整法等。 23 纵向进给机构中采用的是锥齿轮对降速传动，由于纵向运动精度要求不高，并且受到的轴向力较大，为了使得运动稳定、结构简单，所以采用传动刚度高的刚性调整法 —— 轮轴箱垫片调整法 —— 消除锥齿轮间隙。 由于横向进给运动精度直接影响加工精度，故精度要求较高，必须消除传动间隙。 横向进给机构采用的是一对直齿轮降速，所以才用柔性调整法（ 双片直齿轮错齿调整法） 消除齿侧间隙。 2．滚珠丝杆螺母副及其支承 滚珠丝杆螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置。 其具有螺旋槽的丝杆与螺母之间装有中间传动元件 —— 滚珠。 滚珠丝杆螺母机构由丝杆、螺母、滚珠和反向器等四部分组成。 当丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环反向通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。 ⑴ 滚珠丝杆副与滑动丝杆副或其他直线运动相比，有下列特点： ① 摩擦损失小，传动效率高。 一般滚珠丝杆副的传动效率达 92%～ 96%，滑动丝杆副的传动效率仅为 20%～ 40%。 ② 丝杆螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度。 ③ 摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳。 磨损小，寿命长，精度保持性好。 ④ 工作寿命长。 滚珠丝杆螺母副摩擦表面为高硬度（ HRC58— 62）、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。 寿命约为滑动丝杆副的 4— 10 倍以上。 ⑤ 定 位。