经济型数控铣床XY工作台设计(共48页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上附一：1毕业设计（论文）任务书系 部机械工程系指导教师李奕职 称讲师学生姓名章文兵专业班级09gz数控3班学 号设计题目经济型数控铣床X-Y工作台改造设计设计内容目标和要求（设计内容目标和要求、设计进度等）本课题改造设计经济型数控铣床，应满足实用和加工精度的要求。1. 调研：了解各种数控铣床进给伺服系统中二维工作台的工作性能和加工要求情况，了解开环伺服传动系统的组成和特点，提出应满足的技术要求和条件，分析、比较各种可能的方案并提出初步设计方案；2. 研究和确定数控铣床进给伺服系统的总体设计方案，要求有必要的分析和计算过程；3. 结构设计，要求画出总体结构图、关键零部件

2、图并对关键零部件进行校核和验算；4. 控制系统设计，画出控制系统原理图；5. 基本技术要求： 结构尺寸：普通铣床 数控铣床的设计参数：规格工作台行程(mm)工作台、夹具及工作重力(N)工作台快移速度(m/min)最大进给速度(m/min)走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N)启动加速时间ms定位精度mmX纵向Y横向X纵向Y横向X纵向Y横向X纵向Y横向800×2006161762750440018180.60.61500/100030±0.01根据数控机床要求，由调研确定工作台定位精度和重复定位精度、脉冲当量等参数；7. 绘制主要零部件图不少于2张，装配图1

3、张；8. 设计进度：1) 15 周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案；2) 610周，设计计算，绘图；3) 1113周，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。指导教师签名：年 月 日系 部审 核此表由指导教师填写 由所在系部审核2毕业设计（论文）学生开题报告课题名称经济型数控铣床X-Y工作台改造设计课题类型实践应用型指导老师李奕学生姓名章文兵学号专业班级09gz数控3班本课题的研究现状，研究目的及意义 研究现状：随着计算机技术的发展，机床工业的发展也日新月异。用于自动控制的数控机床在提高效率，节省人力，提高加工精度，降低加工费用等方面具

4、有很大的优越性。目前，数控机床、加工中心、分布式数控（DNC）所配置的数控系统大多依据专用的计算机而设计，一般都采用费标准接口，而且使用不同的汇编语言及操作系统，不少机床产品已在PC控制的基础上采用windows、windows NT制作用户界面，PC操作程序更便于用户接受及操作。近年来，国际上又出现了柔性制造单元FMC,FMC和FMS是实现计算机集成制造系统CIMS的基础，使数控机床向着高柔性、高集成度、智能化方向发展。相比之下，我国的机床工业水平虽然发展很快，但与国际先进水平还有一定的差距，尤其是高级型数控机床还处于低水平阶段，主要表现在：可靠性差，质量不好，产品开发周期长，科技含量低，我

5、国已经是世界上数控机床产量大国，但还不是制造强国，生产的数控机床大多是经济型、普及型。开发高档次的数控机床要借鉴国外经验，不断创新，是我国的数控机床水平有一个质的飞跃。随着科学技术的不断发展，数控机床的发展也越来越快，正朝着高性能、高精度、高柔性化和模块化的方向发展，数控机床的加工速度越来越快，加工精度越来越高，可靠性越来越好，随着数控系统集成度的增强，数控机床也会实现多台集中控制，甚至远距离遥感。目前，国内外正在研究根据人的声音来控制机床的技术，由机器自己识别图样并进行自动CNC加工的技术，是数控机床向着更高人工智能方向发展。数控机床作为一种高精度的自动化机床，综合应用了电子、计算机、自动控

6、制和机床制造领域的先进技术，在我国工业生产中起着极其重要的作用。它很好的解决了现代机械生产中加工工件精度要求高、结构复杂、品种多批量小的问题，而且加工质量稳定，生产效率大幅提高。综合我国国情，价格昂贵的中、高精度的全功能数控机床难以被广大生产企业所接受，因此价格相对低廉的经济型数控系统得到了广泛的应用。但开发具有部分高档功能的具有自主知识产权的数控系统具有很大的意义。目前 国 内 中小企业多采用经济型数控冲床系统，其加工速度慢、编程复杂、人机界面不友好，因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制和开发一套基于双单片机的冲床数控系统，用于装配新冲床或对经济型数控冲床进行改造，能够有效的改善人机界面

7、、提高加工速度、方便操作人员编写用户加工程序，对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义。本设计是在数控机床工作原理之上设计一台简单的、经济型的X-Y数控铣床工作台。X-Y数控工作台的机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能够保证一定的精度。它充分的利用了，微机的软件与硬件功能以实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。设计任务是完全围绕数控机床工作原理而展开的，本设计充分体现了数控机床机械设备部分与电气设备部分的紧密结合。研究目的及意义： 随着机械制造工业的迅速发展和科技水平的不断进步，用于自动控制的数控机床代替传统的普通机床，得到迅速

8、而广泛的运用，机床的传动系统由原来的有级变速传动到现在的由计算机控制伺服电机的无级变速传动。因此，我们对机床工作台的设计就显得非常重要；由于数控机床技术含量高、成本昂贵，若中小企业广泛采用数控机床不仅费用高而且资源浪费。因此，对普通机床进行数控化改造也成了人们近年来研究的课题。本次毕业设计“经济型数控铣床X-Y工作台改造设计”就是从以上几点出发，综合运用机械、电子和计算机知识而进行的一项结合的基本训练，其主要目的是强化机械结构设计，同时进一步掌握数控机床控制系统的设计思路，通过对控制系统硬件和软件的设计，掌握数控系统硬件和软件设计的基本方法；通过对数控铣床工作台结构的设计，培养我们分析问题和解

9、决问题的能力，对自己来说也是有很大的提高，从而达到选题的目的；通过这套数控机床控制系统的研究和普通机床的数控化改造，提供了必要的参数依据，对数控系统的研究也有一定的现实意义。本课题的研究内容主要的研究内容是数控机床进给传动系统的设计和控制系统设计，数控机床进给传动系统是CNC装置实现轨迹控制的执行部件，涵盖了在给定的设计条件下如何来确定机床进给传动系统的总体方案，在具体方案设计中，又涉及了导轨形式的选择，滚珠丝杠螺母副及其支承方式的选择，伺服系统与驱动电动置顶帖的选择和驱动电动机与滚珠丝杠连接形式的选择等等。为了保证机床坐标轴的定位精度和各功能部件工作的可靠性，必须进行机械传动系统的轴向刚度计

10、算、误差分析和动态特征分析。在此基础上还要对各传动部件进行必要的稳定性较核 计算和电动机的造型计算，既具有一定的结构设计要求，又具有较强的理论，主要设计如下：（1） 进给传动系统设计，包括：进给传动系统的轴向负载计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杠螺母的选型与计算，进给传动系统的刚度计算，进给传动系统的误差分析，驱动电动机的选型与计算，寄给传动系统的动态特性分析，驱动电动机与滚珠丝杠的连接。（2） 控制系统设计，包括：控制系统硬件的基本组成，控制系统软件的组成与结构，计算机伺服控制系统和PLC控制系统本课题研究的实施方案，进度安排为了满足以上技术要求，采取以下技术方案:（1） 工作台工作面尺寸（宽

11、度×长度）确定为200mm×800mm（2） 对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预紧拉伸。（3） 采用步进电动机驱动。（4） 采用齿轮减速的方法将步进电动机与滚珠丝杠相连。进度安排5周 完成开题报告6周 完成总体方案设计7-9周 完成进给伺服系统机械结构设计计算10周 完成控制系统设计11-12周 完成进给系统装配的绘制13周 完成硬件控制电路图的绘制14周 完成设计说明书15周 答辩已查阅的主要参考文献1范超毅，赵天婵，吴斌方.数控技术课程设计.中国 武汉：华中科技大学出版社，2006.2机床设计手册编写组.机床设计手册（第三册）M.北京：机械工业出版社，19

12、86.3加工中心应用与维修编委会.加工中心应用与维修M.北京：机械工业出版社，1992.4李福生.实用数控机床技术手册M.北京：北京出版社，1993.5黄华梁，彭文生.机械设计基础.北京：高等教育出版社，2007.指导老师意见 指导教师签名： 年 月 日3毕业设计（论文）学生申请答辩表课 题 名 称经济型数控铣床X-Y工作台改造设计指导教师(职称)李奕申 请 理 由毕业设计已完成，申请答辩学生所在系部机械工程系专业班级09gz数控3班学号 学生签名： 日期：毕业设计（论文）指导教师评审表序号评分项目（理工类）满分评分1工作量152文献阅读与外文翻译103技术水平与实际能力254研究成果基础理论

13、与专业知识255文字表达106学习态度与规范要求15总 分100评语 （是否同意参加答辩） 指导教师签名： 另附毕业设计（论文）指导记录册 年 月 日4毕业设计（论文）评阅人评审表学生姓名章文兵专业班级09gz数控3班学号设计(论文)题目经济型数控铣床X-Y工作台改造设计评阅人评阅人职称序号评分项目（理工类）满分评分1工作量152文献阅读与外文翻译103技术水平与实际能力254研究成果基础理论与专业知识255文字表达106学习态度与规范要求15总 分100评语 评阅人签名： 年 月 日5毕业设计（论文）答辩表学生姓名章文兵专业班级09gz数控3班学号设计(论文)题目经济型数控铣床X-Y工作台改

14、造设计序号评审项目指 标满分评分1报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。402报告过程准备工作充分,时间符合要求。103创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。104答 辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答准确，深入。40总 分100答辩组评语答辩组组长（签字）： 年 月 日 答辩委员会意见答辩委员会负责人（签字）： 年 月 日6-1毕业设计（论文）答辩记录表学生姓名章文兵专业班级09gz数控3班学号设计(论文)题目经济型数控铣床X-Y工作台改造设计答辩时间答辩地点答辩委员会名单问题1提问人： 问题：回答（要点）：问题2

15、提问人： 问题：回答（要点）：问题3提问人： 问题：回答（要点）：记录人签名（不足加附页）问题4提问人： 回答（要点）：问题5提问人： 问题：回答（要点）：问题6提问人： 问题：回答（要点）：问题7提问人： 问题：回答（要点）：问题8提问人： 问题：回答（要点）：记录人签名6-27毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名：章文兵 专业班级：09gz数控3班毕业设计（论文）题目：经济型数控铣床X-Y工作台改造设计成绩类别成绩评定指导教师评定成绩评阅人评定成绩答辩组评定成绩总评成绩×40%+×20%+×40%评定等级注：成绩评定由指导教师、评阅人和答辩组分别给分(以百分记

16、)，最后按“优(90-100)”、“良(80-89)”、“中(70-79)”、“及格(60-69)”、“不及格(60 以下)”评定等级。其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。毕 业 设 计（论 文）经济型数控铣床X-Y工作台改造设计 学生姓名： 章文兵 学 号： 所在系部： 机械工程系 专业班级： 09数控专3班 指导教师： 李奕 （讲师） 日 期： 二一二年五月 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本

17、人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日专心-专注-专业摘 要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效

18、益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。本次设计内容介绍了数控铣床的特点、电机选型以及计算误差的一般分析。并通过一定的实例详细的介绍了数控车床改造的分析方法。关键词： 数控

19、技术 数控改造 步进电动机 电气控制Abstract numerical control technology and the numerically-controlled machine tool in now in the machine-building industry the important position and the huge benefit, had demonstrated it in the key industry modernization's strategic function, and has become the traditional mach

20、ine manufacture industry promotion to transform and to realize the automation, the flexibility, the integrated production important means and the sign. The numerical control technology and numerically-controlled machine tool's widespread application, for machine-building industry's industria

21、l structure, the product type and the scale as well as the production method has brought the revolutionary change. The numerically-controlled machine tool is the modern Processing workshop most important equipment. Its development is the information technology (1T) and the technique of manufacture (

22、MT) union development result. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, the agile manufacture and the intelligence technique of manufacture, is the establishment above the numerical control technology. Masters the modern numerical control technical knowledge is the modern mechanical and electrical kind of college

23、major is essential. This design content introduced the numerical control lathe's characteristic, the electrical machinery shaping as well as counting error's general analysis. And through certain example detailed introduction the analysis method which numerical control lathe transformed. Key

24、 words: the numerical control technology numerical control transformation step-by-steps the electric motor electric control.目 录摘要Abstract引言61 概述72 设计计算82.1 计算切削分力82.2 导轨摩擦力的计算82.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力92.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算9 2.4.1 确定滚珠丝杠的导程9 2.4.2 计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷9 2.4.3 确定滚珠丝杠预期的额定功率112.4.4 按精度要求确定允许的滚珠

25、丝杠的最小螺纹底径112.4.5 初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号12 2.4.6 确定滚珠丝杠螺母副的预紧力12 2.4.7 计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力13 2.4.8 确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号153 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验153.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验153.2 滚珠丝杠螺母副临界转速的校验153.3 滚珠丝杠螺母副寿命的校验 154计算机械传动系统的刚度174.1 机械传动系统的刚度计算174.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算174.3 计算滚珠与滚道的接触刚度174.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度184.5 齿轮传动比的计算185驱动

26、电动机的选用与计算205.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量205.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩215.3 计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩225.4选择驱动电动机的型号236机械传动系统的动态分析246.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率246.2 计算扭转振动系统的最低固有频率247机械传动系统的误差计算与分析257.1 计算机械传动系统的反向死区257.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差257.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差258确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号268.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级268.2 确定滚珠丝杠螺母副的

27、规格型号269微机控制系统的设计27结论33参考文献35致谢36引 言由于历史的原因，我国普通加工设备多，数控加工设备少；老设备多，新设备少。许多企业的机床精度差、故障率高。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品加工质量，大幅度提高生产效率。对普通机床进行数控改造可以使它具有好的加工精度，同时还具有数控加工的功能，且投资少，便于操作维修，可以采用最新的控制技术，及时提高生产设备的自动化水平和效率。对现有普通机床进行经济型数控化改造已成为了发展方向，是符合我国国情的一种有效途径。在实际生

28、产中铣床的应用十分广泛。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床。能实现点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径自动补偿功能、刀具长度补偿功能、镜像加工功能、固定循环功能、特殊功能等。数控铣床比传统普通铣床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。(1)可以加工出传统铣床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确的计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。(2)可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统铣床提高(37)倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定

29、的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控铣床只要更换一个程序，就F叮实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。(3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。(4)可实现多工序的集中，减少零件在铣床间的频繁搬运。(5)由以上四条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台铣床)，减少了T装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求做出快速反应等。1 概述设计题目：800×200（工作台工作面积 长×宽 mm） 经济型数控铣床x-y工作台设计。表1-1 数控x-y工作台设计参数规格工

30、作台行程（mm)工作台、夹具及工件重力（N)工作台快移速度（m/min)最大进给速度（m/min)走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同启动加速时间ms定位精度mmx纵向y纵向x纵向y纵向x纵向y纵向x纵向y纵向800×2006161762750440018180.60.61500/100030+0.01-0.01 2 设计计算确定脉冲当量纵向：0.01mm/步 横向：0.005mm/步2.1 计算切削分力（1）根据已知条件，F=1650N， F=1100N 根据数控技术课程设计表2-1，NN>此类铣削为不对称端铣中的逆铣。(2)计算各切削分子根据数控技术课程设计表

31、2-1可得工作台纵向切削力F,横向切削力F和垂向切削力F分别为: F=1000NF=1300NFZ =2129.3N2.2 导轨摩擦力的计算（1）按数控技术课程设计公式计算在切削状态下的导轨摩擦FZ。此时导轨动摩擦系数=0.15，查表镶条紧固力由差值法计算设在主电动机功率为7.5KW时，F=2000 NF=（W+Fg+Fc+Fv） =0.15 =1057.5N (2)按数控技术课程设计公式计算在不切削状态下的导轨摩擦力F和导轨静摩擦力FX纵向： F=(W+F)=0.15×(2750+2000)N=712.5 N F=（W+F)=0.2×(2750+2000)N=950NY横

32、向：F=（W+Fg+Fc+Fv）=1305NF=(W+F)=960NF=（W+F)=1280N2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力（1）按数控技术课程设计公式计算最大轴向负载为 X纵向： F=F+F=(1650+1057.5)N=2707.5 N Y横向： F=F+F=2805N(2)按数控技术课程设计公式计算最小轴向负载力FX纵向：F= F=712.5N Y横向：F= F=960N2.4 滚珠丝杠的动载荷计算和直径估算。2.4.1 确定滚珠丝杠的导程a、初选滚珠丝杠的导程为L0=10mm。2.4.2 计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷F快速移动和钻

33、镗定位时的轴向载荷定为最小轴向 F。一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷，分别可按下式计算：= F+20% F= F+5% F表2-1 数控铣床滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷/N进给速度时间比例/(%)备注强力切削X：2557.5Y：2805=0.610=一般切削（粗加工）X：1224Y：1521=0.830=+20%精细切削（精加工）X：840.4Y：1100.25=150=+5% 快移和钻镗定位X：712.5Y：960=1810=(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削条件下的转速ni(3)按数控技术课程设计公式计算滚珠丝杠螺母副的平均速度=(4)按数控技术课程设计

34、公式计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷FmX纵向：F=909.48NY横向： F=1194.13N2.4.3 确定滚珠丝杠预期的额定动载荷（1）按预定工作时间估算。查数控技术课程设计表得载荷系数=1.3.已知初步选择的滚珠丝杠的精度为2级，查数控技术课程设计表得精度系数=1，查数控技术课程设计表得可靠性系数=0.44，则由数控技术课程设计公式得X纵向：= = =18225N（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以按公式估算最大轴向载荷。查表2-31得：预加载荷系数=4.5则，=4.5×2557.5=11508.75N（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷。取以上两种结果的最大值，即=18225

35、N 同理：Y横向： =23929.14N2.4.4 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为10m，重复定位精度为20m，根据公式以及定位精度和重复定位精度的要求得：=（1/31/2）×20m=（6.6710）m =（1/31/4）×10m=（3.332.5）m取上述计算结果的较小值，即=2.5m（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径。本机床工作台（x轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式滚珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为L=行程+安全行程+2×余程+螺母

36、长度+支承长度 （1.21.4）行程+（2530）取L=1.4×行程+30=（1.4×616+30×12）mm=1162mm又=950N，由公式得，0.039· 0.039 25.9mm2.4.5 初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母丝滚珠丝杠螺母副FFZD 4010-5，其共称直径，基本导程，额定动载荷和丝杠底径如下： =10mm，=40mm，=36500N=18225N =32.7mm=25.90mm故满足要求。2.4.6 由公式确定滚珠丝杠螺母副的预紧力X纵向：=852.5NY横向：=935N2.4.

37、7.计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力（1）按数控技术课程设计式2-31计算目标行程补偿值。已知温度变化值t=2，丝杠的线膨胀系数=11×10m/，滚珠丝杠螺母副的有效行程。=工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度 安全行程（mm）=5 =2=（616+5×10+2×10+108）mm=794mm同理：Y横向 =工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度 =176+5×10+2×10+108=354mm故：X： =11×t××10=0.017mm Y： =11×t×

38、×10=0.0075mm（2）按公式计算滚珠丝杠的预拉伸力。已知滚珠丝杠螺纹底径=32.7mm，滚珠丝杠温升变化值t=2。则X：=1.81×t×=1.81×2×=4258.89N 同Y：=1.81×t×=4258.89N2.4.8 确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号（1）按数控技术课程设计公式2-33计算轴承所受的最大轴向载荷=+=5537.64N Y横向： =+=5661.39N（2）计算轴承的预紧力=1845.88NY横向： =1887.13N（3）计算轴承的当量轴向载荷=+=2755.36N（4）按数控技术课程设计

39、公式2-15计算轴承的基本额定动载荷已知轴承的工作转速n=260r/min，轴承所承受的当量轴向载荷=2755.36N。轴承的基本额定寿命L=20000h。轴承的径向载荷和轴向载荷分别为：=×cos60°=2755.36×0.5N=1377.68N Y横向： =1540.63N=×sin60°=2755.36×0.87N=2386.21N Y横向： =2649.88N=1.742.17 查数控技术课程设计表2-25得，径向系数x=1.9，轴向系数y=0.54故：P=X+Y=3906.14NX纵向：C=·=26493.1NY横

40、向：C=·=29558.69N（5）确定轴承的规格型号。因为滚珠丝杠螺母副拟采用预拉伸措施，所以选用60°角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杠两端固定的支承形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径=34.3mm，所以选用轴承内径d为30mm以满足滚珠丝杠结构的需要。在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60°角接触轴承两件一组背对背安装组成滚珠丝杠的两端固定支承方式，轴承的型号为：TNI/P4DFB，尺寸（内径×外径×宽度）为30 mm×72 mm×19mm，选用脂润滑，该轴承的预载荷能力=2900 N ,大于计算所得的轴承预紧力=184

41、5.88N。并在脂润滑状态下的极限转速为1900 r/min ,高于滚珠丝杠的最高转速n=1800r/min，故满足要求。该轴承的额定动载荷为=34500 N,而该轴承在20000h工作寿命下的额定载荷 C=26493.1N，也满足要求。3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验3.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验本工作台的滚珠丝杠支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。因此，不存在压杆不稳定问题。3.2 滚珠丝杠螺母副临界转速的校验根据计算知，可得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度=919mm。一直弹性模量E=2.1×MPa，材料密度=×7.8×N/，重力加速度g

42、=9.8×mm/，安全系数=0.8，由表2-44得=4.73滚珠丝杠的最小惯性矩为： I=67909滚珠丝杠的最小截面积为： A=923.54故可由数控技术课程设计公式2-36得：=8918r/min本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为1800r/min，远远小于其临界转速，故满足要求。3.3 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验滚珠丝杠螺母副的寿命主要指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠在相同的条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速。查数控技术课程设计表A-3得滚珠丝杠的动载荷=46500N，运转条件系数=1，滚珠丝杠的轴向载荷=2557.5N。滚珠丝杠螺

43、母副运转速度n=1800r/min。故由数控技术课程设计公式得：L=（）× = =3.478×r =L/60n=32206h同理Y： L=2.63×r同理Y： =24411h 一般来讲在设计数控机床时，应保证滚珠丝杠螺母副的总时间寿命20000h，故满足要求4 计算机械传动系统的刚度4.1 计算滚珠丝杠的拉压刚度本工作台的丝杠支承方式为两端固定，由图知，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杠两支承的中心位置（a=L/2，L=1222mm）时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度，可按数控技术课程设计公式（2-45）计算。=6.6×=631.7N/m当a=919mm或

44、a=303mm时（即滚珠丝杠的螺母中心位于行程的两端位置时）滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度，可按公式计算。=6.6×=846.9N/m4.2 计算滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度已知轴承接触角=60°，滚珠体直径=7.144mm；滚珠体个数Z=17，轴承的最大轴向工作载荷=5537.64N，查数控技术课程设计表得：=4×2.34×=1659.13N/mY横向：=5661.39N，=4×2.34×=1671.4 N/m4.3 计算滚珠与滚道的接触刚度查数控技术课程设计A-3得滚珠与滚道的接触刚度K=1585N/m，额定动载荷=46500N，

45、滚珠丝杠上承受的最大轴向载荷=2557.5N，故由数控技术课程设计公式（2-46b）得:=K() =1585=1298.62N/mY横向：=2805N,，=K()=1339.23 N/m4.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度K。由数控技术课程设计公式得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为：=+ = =0.0025=400N/m由数控技术课程设计公式得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为：=+ =0.0029=344.8N/m同理Y横向： =+=0.0025=400N/m=+=0.003=333N/m（2）滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算由计算知，扭矩作用点之间的距离=1020mm，已知剪切模量G=

46、8.1×MPa滚珠丝杠的底径=34.3×m，由公式得：=10785.5Nm/rad4.5 齿轮传动比的计算由于脉冲当量=0.01，L0=10mm。初选电动机步距角 =2.08可选定齿轮齿数为20，42因进给运动齿数受力不大，模数m可取2。表3-1 齿轮减速装置参数齿数20422040分度圆40844080齿顶圆44884484齿根圆37.581.537.577.5齿宽20202020中心距62605 驱动电动机的选用与计算纵向计算：W× Js 电动机 × 图5-1 一级减速5.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量（1）计算滚珠丝杠的转动惯量已知滚珠丝杠的密度=7.8×kg/，由公式得 kg·c（2）分别计算两个齿轮传动的转动惯量，。= =0.399kg·c=7