《XK2140型五坐标加工中心上的Z轴及A轴传动结构设计-公开DOC·毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XK2140型五坐标加工中心上的Z轴及A轴传动结构设计-公开DOC·毕业论文（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 摘 要我们的生活与机械已经密不可分它给我们的世界带来了各种方便，机械的进步又体现在数控机床等数控设备的进步。数控机床是信息集成，系统自动化的基础设备，它以软件控制取代复杂的机床内的传动链结构，可以实现多轴联动完成复杂表面的加工。数控机床具有良好的加工精度和加工一致性，能保证产品零部件的标准化、系列化，并使它们具有良好的互换性。 本论文主要是设计XK2140型五坐标加工中心上的Z轴及A轴传动结构，并使其达到一定的技术要求。具体设计内容如下： 一、XK2140型五坐标加工中心上的Z轴传动结构设计计算。 二、XK2140型五坐标加工中心上的A轴传动结构设计计算。 三、对XK2140型五坐标加工中心
2、上的Z轴及A轴进行绘制装配图。 通过对XK2140型五坐标加工中心上的Z轴及A轴传动结构的设计，不仅可以帮助控制加工中心完成一些复杂的加工动作，而且对机床的精度的提高有很大的帮助。并由此解决数控机床传动系统上常见的一些问题。关键字：Z轴;A轴;结构设计lXK2140-type five-axis machining center on the Z axis and A shaft drive structureAbstractAlmost all the manufactures in todays world are made by machine tool directly or indi
3、rectly, and the machine tools degree of modernization concentrates on the modern CNC machine tools. The CNC machine tools are the basic device for the information integration and system automation. It replaces the complex transmission chain link structure in the machine tools by software controlling
4、, to complete the processing of complex surfaces, which greatly enhances the precision of the products and equipments, making the shape more beautiful and personalized expression. The CNC machine tools have a good processing precision and consistency, which ensure the standardization and serializati
5、on of product components, as well as the good interchangeability. This paper focuses on the design of the transmission structure of the A-axis andthe Z-axis which are part of the XK2140-5-axis machining center, here are detailed data: First. Structure calculating of XK2140-5-axis machining center in
6、 Z-axis. Second. Structure calculating of XK2140-5-axis machining center in A-axis. Third.Drawing graph and virtual configuring of XK2140-5-axis machining center in Z-axis and A-axis. The design of the A-axis and Z-axis can not only help the processing center to complete some complex movements, but
7、also have greatly affection on the precision of the machine tools. Also, this would solve some usual problems of transmission systems in machine tools.Keywords: Z-axis; A-axis; structure designl目 录摘 要IAbstractII一、设计部分相关计算与校核1（一）Z 向五坐标加工情况（主切削力3000N）设计计算11丝杠的选择计算12. 进给伺服系统传动计算4（二）Z 向液压缸选择计算Z61. 选择缸筒内
8、径62. 确定缸筒壁厚63. 校核活塞杆64. 导向套长度7（三） A 摆的电机选择计算81. 初选基本参数数据83. 计算需要转矩8（四）A 摆有关计算101. A 摆蜗轮蜗杆102. A 摆转动轴的计算103. A 摆拉板贴塑的计算12二、传动结构说明14（一）XK2140型五坐标加工中心Z轴传动结构说明14（二）XK2140型五坐标加工中心A轴传动结构说明16结 论20参 考 文 献21致 谢23一、设计部分相关计算与校核（一）Z 向五坐标加工情况（主切削力3000N）设计计算1丝杠的选择计算（1）已知参数 丝杠的公称直径60mm，导程20mm，长度1200mm。（2）切削力的确定 按照
9、立铣计算各向分力，如图1.1所示：已知主切削力Fc=3000(N) 图1.1立铣受力分析取： Fa=0.4Fc=0.43000 = 1200(N)； Fh= 0.8Fc= 0.83000 = 2400(N) ； Fve= 0.8Fc= 0.83000 = 2400(N) （3）滚珠丝扛螺母副的设计计算计算进给牵引力Fm 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因此其数值的大小与导轨的类型有关，此处为贴塑矩形导轨，由于移动部件的重量，Fm(N)的计算公式：Fm=K(Fx+G)+f(Fz+Fy) (1.1)其中， Fx、Fy、Fz各向切削
10、分力，(N)； G移动部件的重量，(N)； f导轨上的摩擦系数，随导轨形式不同而不同，取0.04； K 考虑颠覆力矩影响的实验系数，取1.1。 Fm=K(Fx+G)+f(Fz+Fy) =1.1(1200+30009.8)+0.04(2400+2400) =33852(N) 所需牵引力过大，故采用液压平衡装置，计算公式变为 Fm=KFa+f(Fh+Fve) =1.11200+0.05(2400+2400) =1560(N) 计算最大动负载C 选用滚珠丝杠副的直径d0时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100 万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的
11、最大动负载C ，可用下式计算： (1.2)式中， L寿命，以106为一单位， 式中， n丝杠转速， (r / min)，用下式计算 S 丝杠导程，（mm）； Vs为最大切削力条件下的进给速度(m/ min)高进给速度的1/2T T为使用寿命，（h），对于数控机床取T=15000h； 运转系数，见下表。表1.1运转系数表1.1运转系数运转状态运转系数无冲击运转1.01.2一般运转1.21.5有冲击运转1.52.5小于丝杠额定动负载76kN刚度计算 滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素： 丝杠的拉伸或压缩变形量1：在总的变形量中占的比重较大。
12、可以用计算方法确定。 先用下式计算滚珠丝杠受工作负载Fm的作用引起导程S的变化量 (mm)在计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量1： (1.3)式中，在工作负载Fm作用下引起每一导程的变化量，（mm）；Fa 工作负载，即进给牵引力， (N)； S 滚珠丝杠的导程，（mm）； E 材料弹性模数，对钢E = 20.6104 ， (N/mm2) F 滚珠丝杠截面积（按内径确定）(mm2)，“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。计算滚珠丝杠在总长度上拉伸或压缩的变形量 1式中： L滚珠丝杠在支承间的受力长度，(mm)。 根据实用机床设计手册滚珠丝杠副的传动刚度主要由丝杠本身拉压刚度，丝杠副内的接刚度，
13、轴承和轴承座刚度，因此近似取拉压刚度的1/3(变形近似为拉压变形的3倍). 3 =0.015(mm) 0.02(mm)，符合要求定位精度2. 进给伺服系统传动计算带制动器（1）初选电机和减速器电机西门子1FK7101-5AF7：额定转速3000r/min，最大输出静力矩为27(N.m)，额定转矩为15.5(N.m)，电机转子惯量(带制动器)为0.00923(Kggm2)。 减速器：LP155-M01，转动惯量0.002573(Kggm2)，i = 5。 （2）转动惯量的计算 丝杠导程s = 20mm，公称直径为60mm。, 取nmax=2500r/min (1.4)工作台重量W=3000 Kg
14、。 (1.5)其中： 丝杠的转动惯量： 联轴器的转动惯量： 则 =0.01373(Kgm 2)惯量匹配符合要求。（3）电机力矩的计算 快速空载起动时所需力矩M起:： (1.6)式中： M起 快速空载起动力矩(N.m)； M空载起动时折算到电机轴上的加速力矩(N.m) Mf折算到电机轴上的摩擦力矩(N.m)； M0由于丝杠预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩(N.m)； (N.m) 上式中T 时间常数 摩擦力矩MF： F0导轨摩擦力(N)，由于用液压缸进行平衡，空载快速起动时F0= 0， 传动链总效率，一般可取 = 0.70.85 。 附加摩擦力矩 M0: Famax滚珠丝杠预加载荷，一般取1/3Fm，Fm 为
