XK714数控铣床进给系统设计报告

XK714数控铣床进给系统设计论文作者姓名：__所在院系：__机电工程学院____所学专业：机械制造与自动化指导老师：_论文完成时间：_5月20日__PAGE48目录内容摘要…………………3关键词…………………3Abstract……….……….…3Keywords………………...41．立式数控铣床总体设计………………51．1确定立式数控铣床的总体目标………………51．2确定机床的总体布局…………52．Y向进给系统机械部分设计…………72.1铣削工件时铣削力的计算…….72.2滚动导轨选择计算……………92.3滚珠丝杠螺母副的选择与计算……………...153.X向进给系统机械部分设计………263.1铣削工件时铣削力的计算……263.2滚动导轨选择计算…………..274．XY向选择伺服电机…………………364.1计算并确定伺服电机………364.2确定交流伺服电机的型号…………………...385．进给系统的装配……………………405.1床身…………...405.2滑板…………...405.3工作台………...415.4进给系统总装…………...……425.5XK714数控铣床总装…………436.检测器装置地选择及计算………446.1光栅检测装置的结构………...456.2光栅传感器工作原理………...45参考文献………………..47摘要:本文主要设计立式数控铣床的进给系统部分，机械结构采用交流伺服电机与滚珠丝杠直接相连的方式，其控制方式采用交流伺服驱动系统半闭环控制。在对进给系统机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副和直线滚动导轨副进行了计算、校核，确保了机械传动部件的精度和刚度；通过计算，选择了电气驱动部分，包括交流伺服电机和与之匹配的伺服单元.滚动直线导轨选取GGB系列导轨；滚珠丝杠螺母副选取汉江机床厂提供的外循环双螺母凸出式双螺母对旋预紧FYC2D型滚珠丝杠。关键词:半闭环控制，直线滚动导轨；滚珠丝杠螺母副；交流伺服电机；Abstract：Feedservosystemisalinkbetweendigital-controlleddeviceandmachinetool.Itisanimportantpartofdigital-controlledsystems.Whenfeedservosystemisdesigned,itmustsatisfythedesigningrequirements,thenitcaninsurethepositioningprecisionanddynamicalandstatecharactersoffeedservosystem.Thus,itcaninsuremachiningprecisionofamachiningtool.ModernNumericalControlMachineTooltrendstowardtohighspeed,highefficiencyandhighprecision.Thedesigningrequirementformachinetoolfeedservosystemhasbeenmoreandmorehigher.Socharacteristicsoffeedmechanismanddynamicalandstaticstatecharactersofservosystemshouldbestudieddeeply,whichisveryimportanttoimprovetheperformanceofNumericalControlMachineTool.Inthispaper,themaintaskistodesignthefeedsystemofverticalCNCmillingmachine.ThemechanicalstructureisusedACservomotorandballscrewpairconnecteddirectly,itscontrolmodeissemi-closedloopcontrollingofACservodrivedsystem.Intheprocessofdesigningthemechanicalstructureoffeedsystem,theprincipaldeputyiscalculationandcheckingfortheballscrewpairlinearstraightrollingGuidetoensuretheprecisionandstiffnessofthemechanicaldrivecomponents.WehavechosentheelectricdriveddeviceincludingACservomotorandmatchingservounitbycalculating.toselectlinearslidingGuideofHJG-Dseries,toselectballscrewandnutpairwithinthecirclepadspreloadnut-typeFYC2DwhichprovidefromHanzhongCityHangjiangmachineLimitedcorporationKeywords：FeedSystem;Semi-closedloopcontrol;LinearRollingGuide;Ballscrewandnutpair;ACservomotor1.立式数控铣床总体设计1.1确定立式数控铣床的总体目标本课题设计的立式数控铣床可以铣削平面和沟槽，也可加工空间曲面；若将铣刀换成钻头或绞刀，则可加工光孔或螺纹孔。铣床主要技术参数如下：工作台工作面尺寸（长宽）工作台X向最大行程工作台Y向最大行程工作台T型槽数3工作台T型槽宽18mm工作台T型槽间距90mm快速移动速度（X、Y轴）20m/min最小分辨率0.001mm定位精度±0.015mm重复定位精度±0.006mm1.2确定机床的总体布局1.2.1机床的运动分配本课题拟解决问题的思路是参照X52K型传统立式铣床和TH5632C型立式加工中心机床的总体布局、机械传动部分、进行优化组合，设计出精度高、灵活性强的立式数控铣床。由于工作台尺寸较大，可加工较重或尺寸较高的工件，故机床运动分配如下：主运动：刀具的旋转运动；进给运动：工作台X、Y方向的进给运动和铣刀头带着刀具Z方向的垂直进给运动；1.2.2机床结构布局本机床采用床身框式立柱的“L”型结构形式，主轴箱装在框式立柱中间，设计成对称形结构。框式立柱布局要比单立柱少承受一个扭转力矩和一个弯曲力矩，因而受力后变形较小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受热与热变形是对称的，因此，热变形对加工精度的影响小。Y向滑座相对于机床床身作进给运动，X向座相对于Y向作进给运动，工作台固定在X向座上，工作台不做垂直方向运动；主轴箱沿框式立柱在沿垂直轨上下移动。由于机床尺寸较大，为了方便操作者的操作与观察，将人机界面置为吊挂按钮站。1.2.3机械系统的传动、支承、导向方式1.机床进给系统传动方案机床X、Y方向进给系统分别采用交流伺服电机驱动，通过电机与滚珠丝杠直接相连，将旋转运动转化为直线进给运动其传动的机械装置如图2.1所示。这种传动方案采用负载能力强的交流伺服电机，直接通过丝杠带动工作台进给，传动链短，刚度大，传动精度高，是现代数控机床进给传动的主要组成形式。图1.1进给传动的机械装置2.机床进给系统的支承、导向方式Y方向进给系统由床身支承，采用一端固定、一端支撑的方式支承，固定端选用一对背对背安装的角接触球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。X方向进给系统由Y方向进给系统支承，采用一端固定、一端支撑的方式支承，固定端选用一对背对背安装的角接触球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。本机床属于中型机床，导向方式采用矩形导轨，矩形导轨承载能力高，制造方便。本设计选用线性滚动导轨。2.Y向进给系统机械部分设计在现代数控机床中，为得到高速下的平稳运行，并具有较高的定位精度且防止爬行，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差以及高寿命等特点，而滚动导轨和滚珠丝杠螺母副能较好的满足这些要求。因此本工作台的设计采用了滚动导轨加滚珠丝杠螺母副的组合。2.1铣削工件时铣削力的计算2.1.1首先初步估算工作台的重量首先要初步估算工作台的重量及铣削工件的最大切削力才能进行设计。X轴方向移动的工作台尺寸：长宽为900400,重量约为3302.2N，最大行程630mm；Y轴方向移动的工作台尺寸：重量约为550.368N，最大行程400mm；设夹具及工件的质量约为200Kg，重量约为1960N；则XY工作台总质量约为593.12kg,总重量约为5812.573N（包括夹具及工件）2.1.2铣刀主要结构参数选择一般尽可能选用小直径规格的铣刀，因为铣刀直径大切削力矩增大。2.1.3铣削用量选择铣削用量选择原则：首先应尽可能取较大的切削深度及切削宽度然后尽可能取较大的每齿进给量，最后才尽可能取较大的铣削速度。粗铣时余量大，加工要求低，主要考虑铣刀的耐用度及铣削力的影响；而精铣时余量小，加工要求高，主要考虑加工质量的提高。1.铣削深度的选择（1）当工件表面要求的光洁度为时，通常铣削无硬皮的钢；铣削铸钢或铸铁时。（2）当工件表面要求的光洁度为时,分粗铣、半精铣、两步铣削。粗铣后留余量。（3）当工件表面要求的光洁度为时,可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削。半精铣，精铣左右。2.每齿进给量的选择当铣削深度选定后，尽可能取较大的每齿进给量。粗铣时限制每齿进给量的是铣削力及铣刀容屑空间的大小，当工艺系统刚性俞好及铣刀齿数愈少时，可取得愈大；半精铣及精铣时限制每齿进给量的是工件表面光洁度。光洁度要求愈高，应俞小。2.1.4铣削力的计算铣床通常用于铣削平面和沟槽，铣刀又分为圆柱铣刀、立铣刀、盘形铣刀、面铣刀、半圆弧铣刀、T形槽铣刀，因铣削的材料不同切削力也不同，通过查相关资料，综合分析其中用面铣刀铣削碳钢时的铣削力最大，故按用立铣刀铣削碳钢时计算铣削力。铣削力与铣刀材料、铣刀类型、工件材料的硬度、铣削宽度、铣削深度、每齿进给量、铣刀直径、铣刀齿数有关。可按《金属切削原理及应用》中的公式进行计算：铣削沟槽时采用粗齿高速钢立铣刀，按工件材料为的碳钢来设计。查《金属切削手册》，选择铣削用量为铣刀直径，铣刀齿数，铣削宽度，每齿进给量，铣削深度，铣刀的切削速度。采用端面铣刀在主轴上的计算转速下进行强力切削，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。由得： 故主切削力分解到X.Y方向上的分力是：由以上计算可知Y方向的主切削力最大。2.2滚动导轨选择计算2.2.1导轨概述1.导轨的功用本设计的导向机构是导轨，导轨主要是用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。本设计要求其机械系统的各运动机构必需得到安全的支撑，并能准确地完成其特定方向的运动，这个任务就有导向机构来完成。综合考虑定位精度及运动平稳性等技术要求，采用直线滚动导轨副。2.2.2滚动直线导轨副的计算1.作用于滚动直线导轨副的载荷计算由于滚动直线导轨副的特殊结构，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四个方向额定载荷相等，且额定载荷大，刚性好，三个方向抗颠覆力矩能力大的特点，滚动导轨受力分析见图3.1。下层工作台的承载重约为5812.573N33441122W图2.1滚动导轨受力分图析图(2.1)(2.2)(2.3)(2.4)将已知数据代入上式得：载荷成分变化，其计算载荷：(2.5)式中：——对应行程内的载荷；——分段行程；——全行程等于；2.滚动直线导轨副的额定寿命（1）额定寿命的计算公式为：(2.6)式中：L——额定寿命；C——额定动载荷；——计算载荷；——温度系数取1.0；——接触系数取0.81；——精度系数取1.0；——载荷系数取1.5；——硬度系数取1.0；（2）寿命时间的计算：当行程的长度一定，以小时为单位的额定寿命：(2.7)式中：——行程长度；L——额定寿命；——每分钟往复次数；(2.8)一般情况下，滚动直线导轨副预期寿命取20000小时，则：(2.9)由得：(2.10)取则：查《数控技术课程设计》导轨产品样本，其GGB系GGB20AA-2-P3-2-400-3型滚动导轨C=13.6.KN，满足要求。2.2.3滚动直线导轨副的选用1.滚动直线导轨副的精度及选用由于滚动直线导轨副具有“误差均化效应”，在同一平面内使用两套或两套以上时，可选用较低的安装精度达到较高的运动精度。根据HJ-D系列线性滚动直线导轨的精度，分为运动平行度及综合精度。测量方法如2.2图所示：图2.2平行度的测量方法运行平行度（μm)

运行平行度是指螺栓将导轨紧固到基准平面上，导轨处于紧固状态，使滑块沿行程全长运动时，导轨与滑块基准平面之间的平行度误差。

表2.1长度与平行度的关系图综合精度(μm)

高度H的同组变动量是指在同一平面上组装的各个滑块所形成的H值的最大尺寸与最小尺寸差。宽度W的同组变动量是指在一根导轨上组装的各个滑块所形成的W值的最大尺寸与最小尺寸差。精度等级长度（）23456H公差值±12±25±50±100±200H同组变动量57204060W公差值±15±30±60±150±240W同组变动量7102570100注：（1）同一平面上并列使用2根以上导轨时，宽度W同组变动量只适用于基准一侧，在基准侧导轨的号码未尾处印“J”标记。表2.2导轨的综合精度表（2）H、W都是将导轨副固定在平台上，在导轨中间位置测量滑块中心。

所以选择的平行度和综合精度等级均为2级。2.滚动直线导轨预加载荷冲击、振动大小和精度是预加负荷选择的主要依据，可参照表2.3选用：预加负荷分类工作条件推荐使用场合微预加负荷H01、无冲击负荷2、多根导轨并用1、焊接机、包装机或要求不高的各类机械2、材料供给装置轻预加负荷H11、导轨负荷方向固定、冲击、振动小2、作辅助导轨3、载荷轻、精度要求高的非基准导轨1、承载轻且有精度的设备2、普通机床的纵横向导轨3、较精密机械中的非基准导轨中预加负荷H21、旋伸负荷或颠覆负荷2、导轨上只有一个滑块时3、载荷虽小、精度要求高的非基准导轨1、机械手或机器人2、数控机床、电火花机床、线切割机床、精密工作台等基准导轨重预加负荷H31、刚性要求高、冲击、振动大2、承受强切削力的机床1、进行机械切削加工的各类机床或加工中心2、车铣镗床和各类数控机床表2.3预加负荷选择依据提高预紧力是一个增加线性滑轨的好方法。所以选择重预加载荷H3。2.3滚珠丝杠螺母副的选择与计算2.3.1滚珠丝杠副的介绍滚珠丝杠副是一种新型的螺旋传动元件，它的产生和发展至今经历了数十年的历史，然而它具有长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙的特点，并具有优越的高速特性和耐磨损性及运动可逆性等特点，这些特点都是普通丝杠副不可能具有的机械传动性能。同时它可以由专业厂家组织的生产和供应，已实现了标准化、通用化和商品化，用户可根据各自的需要方便地进行选用和订购，因此滚珠丝杠副以其显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的主要传动机构。1.滚珠丝杆副的工作原理、组成及特点滚珠丝杠副是一种旋转传动机构，在具有螺旋槽的丝杠和螺母之间装有中间传动元件——滚珠。它由丝杠、螺母、滚珠和返向器等四部分组成，当丝杠和螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滑动，丝杠和螺母之间相对运动时产生滚动摩擦。为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端没有回程引导装置，如返向器和挡珠器。它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内既自转又沿滚道循环转动。滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比较，它用滚动摩擦代替了滑动摩擦，具有以下特点：摩擦损失小、传动效率高。由于滚珠丝杠副的摩擦损失小，其传动效率可达90%——96%，约为滑动旋转机构的2——3倍；磨损小、寿命长。通常，滚珠丝杠副的主要零件都经过淬硬，表面粗糙度较低，且滚动摩擦的磨损很小，因而具有良好的耐磨性，精度保持性能很好，工作寿命长；轴向刚度高：滚珠丝杠副可完全地消除传动间隙，不影响运动的灵活性，从而可以获得较高的轴向刚度，而且可以通过预紧来提高轴向刚度；摩擦阻力小、运动平稳：由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差极小，其摩擦阻力几乎与速度无关，启动力矩与运动力矩近于相等。因而灵敏度高，运动较平稳，启动时无颤动，低速传动时无爬行现象；不能自锁：由于滚珠丝杠副没有自锁能力，用于垂直升降传动时必须增设自锁装置或制动装置；具有传动的可逆性由于滚珠丝杠副摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动.，即丝杠和螺母都可作为主动件，也可以作为从动件。但是，与滑动丝杠副相比，滚珠丝杠副尚存在结构较复杂，工艺难度大，制造成本高等特点。2.3.2滚珠丝杠副的计算为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。单层工作台重量工作台承重Y向滑座重量Y向最大行程Y向快速进给速度定位精度重复定位精度滚珠丝杠精度由于本系统要求达到的精度要求，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对于一级精度（）精度丝杠，任意300mm内导程允许为0.006mm，2级（）精度丝杠的导程允许误差为0.008mm。初步设计丝杠的任意300mm行程内的行程动量为定位精度的1/31/2，即0.006—0.008mm,因此，取滚珠丝杠精度为二级。滚珠丝杠的选择滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数，应按当量载荷选择。丝杠的最大进给力为，工作台加工件加夹具的质量m=593.12kg，贴塑导轨的摩擦因数为0.04，故丝杠的最小载荷（摩擦力）丝杠的最大载荷轴向工作载荷（平均载荷）：其中，，分别为丝杠最大，最小轴向载荷；当载荷按照单调式规律变化，各种转速使用机会相同时丝杠的最高转速为1500r/min，工作台最小进给速度为1mm/min,故丝杠的最低转速为0.1r/min,可取0，则平均转速n=(1500+0)/2=750r/min。故丝杠工作寿命：式中L——工作寿命，以r为1个单位n——丝杠转速，r/min；T丝杠使用寿命，对数控机床可取T=15000h计算当量载荷为式中——载荷性质系数，无冲击取1—1.2，一般取1.2—1.5，有较大冲击取1.5—2.5，此处=1.5；——精度影响系数，对于1，2，3级精度的滚珠丝杠采取=1，(3)确定滚珠丝杠最小螺纹底径1）估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量(2.11)——重复定位精度，0.006mm——定位精度，0.015mm。滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端支承时(2.12)式中：E——杨氏弹性模量；——估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量；——导轨摩擦力。(2.13)L——滚珠螺母至丝杠固定端支承的最大距离；行程+行程（1.051.1）行程+（10-14）1.1x630+14x10=833mm≈850mm5.确定滚珠丝杠副预紧力(2.14)6.确定滚珠丝杠副支承所用轴承规格型号滚珠丝杠支承用轴承通常选角接触轴承和深沟球轴承。该类轴承具有以下特点：（1）刚性大由于采用了特殊设计的尼龙保持架（2）轴承所受的最大轴向载荷(2.15)（3）本设计采用一端固定、另一端支撑的支承方式，固定端选用一对背对背安装的接触角推力球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。7.确定滚珠丝杠副其它尺寸（1）滚珠丝杠副的螺纹长度：2.16式中：——有效行程+螺母长度；——余程，查品样本，取18mm；（2）丝杠全程L：L=+两端支承长度+连接长度+起始距离(2.17)综合考虑以上各项尺寸要求，取L约为900mm滚珠丝杠取=0.9，此处取=1查滚珠丝杠产品样本中与相近的额定动载荷，使得<，然后由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查汉川机床厂滚珠丝杠产品样本，选择FYC2D1130丝杠螺母副。名义直径40mm，导程为10mm，额定动载荷=46.5kN，，额定动载荷=46.5kN，<，符合轴向刚度=792N/um。预紧力。只要轴向载荷达不到或过预紧力的三倍，就不必对预紧力提出额外要求。本设计中丝杠最大载荷为4.922kN，远小于3。表2.4FYC2D型滚珠丝杠副基本参数公称直径钢珠直径公称导程刚度丝杠外径额定动载荷丝杠内经额定静载荷40mm3mm10mm1170N/um39.1mm46.5KN34.3mm110.5KN图2.3FYC2D型滚珠丝杠副外观尺寸图2.3.3滚珠丝杠副的校验1.传动系统的刚度计算（1）传动系统的刚度K计算(2.18)式中：——滚珠丝杆副的拉压刚度；——滚珠丝杠副的轴向刚度；——滚珠丝杠副滚珠与滚道之间的接触刚度；——折合到滚珠丝杠副上的伺服刚度，可忽略不计；——滚珠丝杠副中螺母体刚度，按计算；——折合到滚珠丝杠副上的连轴节刚度，可忽略不计；——螺母座、轴承座刚度，可忽略不计；——滚珠丝杠副的弯扭刚度，可忽略不计。（2）计算滚珠丝杠副的拉压刚度是滚珠螺母至丝杠轴向固定处距离a的函数。当丝杠承受形式为一端固定，一端滑动时，有：(2.19)式中：——拉压刚度（）；E——杨氏弹性模量；——丝杠底径(mm)。当=560mm时（滚珠丝杠至固定端支承的最大距离）时刚度最小当=160mm时（靠固定端的行程起点处）时刚度最大：（3）确定滚珠丝杠副支承轴承的刚度对角接触球轴承(2.20)式中：——滚动体直径，mm;——轴承接触角（），；——轴向载荷N,z——滚动体数目，对于7206C型角接触球轴承，z=（4）计算对预紧的滚轴丝杠副：(2.21)式中：——查产品样本上的刚度；=1170N/um；——额定动载荷，查产品样本=30.3KN。2.传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择(2.22)(2.23)在空载下，称摩擦死区误差，是机床空载时导轨上的静摩擦力称为传动系统刚度变化引起的定位误差。数控机床反向差值主要取决于死区误差，而定位误差主要取决于滚珠丝杠副的精度，其次是。（1）传动系统刚度验算：(2.24)(2.25)，满足要求。(2.26)(2.27)（2）滚珠丝杠副的精度选择：汉江机床公司制造的滚珠丝杠副精度分为七个等级，即1、2、3、4、5、7、10级，1级精度最高，依次逐渐降低对半闭环伺服系统：(2.28)根据上述计算结果，查滚珠丝杠副样本，选取滚珠丝杠副精度为2级，为8um。3.滚珠丝杠副临界压缩载荷的校验（验算压杆稳定性）(2.29)式中：——滚珠丝杠螺纹底径（mm）——滚珠丝杠的最大受压长度（mm）——滚珠丝杠副承受最大轴向压缩载荷（）——支承系数，取4.滚珠丝杠副的极限转速的效验为防止丝杠转速接近其固定振动频率时发生共振，需对丝杠极限转速进行校验(2.30)式中：——极限转速（r/min）;——临界转速计算长度（mm）；E——杨氏弹性模量；——材料密度；I——丝杠的最小惯性矩；A——丝杠的最小横截面积；——安全系数，取0.8；——支承系数，取15.1；——支承系数，取3.927。5.基本轴向额额定静载荷验算(2.31)式中：——静态安全系数，一般载荷=1~2，有冲击或振动的载荷=2~3。,经校验，该滚珠丝杠副符合要求。3.X向进给系统机械部分设计在现代数控机床中，为得到高速下的平稳运行，并具有较高的定位精度且防止爬行，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差以及高寿命等特点，而滚动导轨和滚珠丝杠螺母副能较好的满足这些要求。因此本工作台的设计采用了滚动导轨加滚珠丝杠螺母副的组合。3.1铣削工件时铣削力的计算3.1.1首先初步估算工作台的重量首先要初步估算工作台的重量及铣削工件的最大切削力才能进行设计。X轴方向移动的工作台尺寸：长宽为900400,重量约为3302.2N，最大行程630mm；设夹具及工件的质量约为200Kg，重量约为1960则X工作台总质量约为580.12kg,总重量约为5812.5733.1.2铣削力的计算铣床通常用于铣削平面和沟槽，铣刀又分为圆柱铣刀、立铣刀、盘形铣刀、面铣刀、半圆弧铣刀、T形槽铣刀，因铣削的材料不同切削力也不同，通过查相关资料，综合分析其中用面铣刀铣削碳钢时的铣削力最大，故按用立铣刀铣削碳钢时计算铣削力。铣削力与铣刀材料、铣刀类型、工件材料的硬度、铣削宽度、铣削深度、每齿进给量、铣刀直径、铣刀齿数有关。可按《金属切削原理及应用》中的公式进行计算：铣削沟槽时采用粗齿高速钢立铣刀，按工件材料为的碳钢来设计。查《金属切削手册》，选择铣削用量为铣刀直径，铣刀齿数，铣削宽度，每齿进给量，铣削深度，铣刀的切削速度。采用端面铣刀在主轴上的计算转速下进行强力切削，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。由得： 故主切削力分解到X.方向上的分力是：由以上计算可知X方向的主切削力。3.2滚动导轨选择计算3.2.1滚动直线导轨副的计算1.作用于滚动直线导轨副的载荷计算由于滚动直线导轨副的特殊结构，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四个方向额定载荷相等，且额定载荷大，刚性好，三个方向抗颠覆力矩能力大的特点，滚动导轨受力分析见图4.1。下层工作台的承载重约为5812.573N343411 W图3.1滚动导轨受力分析图(3.1)(3.2)(3.3)(3.4)将已知数据代入上式得：载荷成分变化，其计算载荷：(3.5)式中：——对应行程内的载荷；——分段行程；——全行程等于；

2.滚动直线导轨副的额定寿命（1）额定寿命的计算公式为：(3.6)式中：L——额定寿命；C——额定动载荷；——计算载荷；——温度系数取1.0；——接触系数取0.81——精度系数取1.0；——载荷系数取1.5；——硬度系数取1.0；（2）寿命时间的计算：当行程的长度一定，以小时为单位的额定寿命：(3.7)式中：——行程长度；L——额定寿命；——每分钟往复次数；(3.8)一般情况下，滚动直线导轨副预期寿命取20000小时，则：(3.9)由得：3.10取则：查《数控技术课程设计》导轨产品样本，其GGB系GGB20AA-3-P3-2-300-3型滚动导轨C=滚珠丝杠副的计算为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。单层工作台重量工作台承重=X向滑座重量X向最大行程X向快速进给速度定位精度重复定位精度滚珠丝杠精度由于本系统要求达到的精度要求，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对于一级精度（）精度丝杠，任意300mm内导程允许为0.006mm，2级（）精度丝杠的导程允许误差为0.008mm。初步设计丝杠的任意300mm行程内的行程动量为定位精度的1/31/2，即0.006—0.008mm,因此，取滚珠丝杠精度为二级。滚珠丝杠的选择滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数，应按当量载荷选择。丝杠的最大进给力为，工作台加工件加夹具的质量m=593.12kg，贴塑导轨的摩擦因数为0.04，故丝杠的最小载荷（摩擦力）丝杠的最大载荷轴向工作载荷（平均载荷）：其中，，分别为丝杠最大，最小轴向载荷；当载荷按照单调式规律变化，各种转速使用机会相同时丝杠的最高转速为1500r/min，工。作台最小进给速度为1mm/min,故丝杠的最低转速为0.1r/min,可取0，则平均转速n=(1500+0)/2=750r/min。故丝杠工作寿命：式中L——工作寿命，以r为1个单位n——丝杠转速，r/min；T丝杠使用寿命，对数控机床可取T=15000h计算当量载荷为式中——载荷性质系数，无冲击取1—1.2，一般取1.2—1.5，有较大冲击取1.5—2.5，此处=1.5；——精度影响系数，对于1，2，3级精度的滚珠丝杠采取=1，(3)确定滚珠丝杠最小螺纹底径1）估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量(3.11)——重复定位精度，0.006mm——定位精度，0.015mm。滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端支承时(3.12)式中：E——杨氏弹性模量；——估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量；——导轨摩擦力。(3.13)L——滚珠螺母至丝杠固定端支承的最大距离；行程+行程(3.14)（1.051.1）行程+（10-14）1.1x630+14x10=833mm≈850mm5.确定滚珠丝杠副预紧力(3.15)6.确定滚珠丝杠副支承所用轴承规格型号滚珠丝杠支承用轴承通常选角接触轴承和深沟球轴承。该类轴承具有以下特点：（1）刚性大由于采用了特殊设计的尼龙保持架（2）轴承所受的最大轴向载荷(3.16)（3）本设计采用一端固定、另一端支撑的支承方式，固定端选用一对背对背安装的接触角推力球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。7.确定滚珠丝杠副其它尺寸（1）滚珠丝杠副的螺纹长度：(3.17)式中：——有效行程+螺母长度；——余程，查品样本，取18mm；（2）丝杠全程L：L=+两端支承长度+连接长度+起始距离(3.18)综合考虑以上各项尺寸要求，取L约为1120mm滚珠丝杠取=0.9，此处取=1查滚珠丝杠产品样本中与相近的额定动载荷，使得<，然后由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查汉川机床厂滚珠丝杠产品样本，选择FYC2D4010-2.5-P2/1130丝杠螺母副。名义直径40mm，导程为10mm，额定动载荷=46.5kN，，额定动载荷=46.5kN，<，符合轴向刚度=792N/um。预紧力。只要轴向载荷达不到或过预紧力的三倍，就不必对预紧力提出额外要求。本设计中丝杠最大载荷为4.922kN，远小于3。表3.1FYC2D型滚珠丝杠副基本参数公称直径钢珠直径公称导程刚度丝杠外径额定动载荷丝杠内经额定静载荷40mm3mm10mm1070N/um39.2mm45.5KN34.3mm108.5KN图3.2FYC2D型滚珠丝杠副外观尺寸图3.2.3（1）确定滚珠丝杠副支承轴承的刚度对角接触球轴承(3.19)式中：——滚动体直径，mm;——轴承接触角（），；——轴向载荷N,z——滚动体数目，对于7206C型角接触球轴承，z=其于丝杠副的校验同于Y方向的,具体步骤可参考上文。4.XY向选择伺服电机4.1计算并确定伺服电机伺服电机的选择，应考虑三个要求：最大切削负载转矩，不得超过电机的额定转矩；电机的转子惯量应与负载惯量相匹配（匹配条件可根据伺服电机样本提供的匹配条件，也以按照一般的匹配规律）；快速移动时，转矩不得超过伺服电机的最大转矩。（1）最大切削负载转矩的计算 所选伺服电机的额定转矩应大于最大切削负载转矩。最大切削负载转矩可根据下式计算。即其中，从前面的计算已知最大进给力，丝杠导程预紧力（额定的动载荷由以上查表可得46.5KN），则;根据哈尔滨轴承总厂《角接触推力球轴承组配技术条件》得760306单个轴承摩擦力矩为0.32，故一对轴承的摩擦力矩（），伺服电机与丝杠直接连接，其传动比i=1。 (4.1)=(4.2)（2）负载惯量计算伺服电机的转子惯量应与负载惯量相匹配。负载惯量可按以下次序计算工件，夹具及工作台折算到电机轴上的惯量，工件，夹具及工作台的最大质量为593.12，可按下式计算丝杠加在电机轴上的惯量，丝杠的公称直径，长度，丝杠的材料密度。根据下式计算=连轴器加上锁紧螺母等的惯量可直接查手册得到=0.001（）负载总惯量因此，查FANUC伺服电机产品样本，初选电机为规格型号为FANUC-20型伺服电机，额定转矩为22.5，最大转矩为147，转动惯量为3.加速转矩和最大转矩当电机转速从升到时：(4.3)当电机从静止升到时：(4.4)式中：——电机转速（r/min）——电机最高转速(r/min)——加速时间（s）取0.1s（4.5）4.电机的最大启动转矩（电机的最大转矩）符合要求5.电机连续工作的最大转矩机械在最大工作载荷下连续均匀运转时的电机转矩：(4.6)（电机的额定转矩）符合要求4.2确定交流伺服电机的型号通过以上的计算步骤，最终确定电机的型号为SGMSH30型，其输出功率为，其外观图如图3.3所示，其外形尺寸图如图3.4所示，其外形尺寸如表3.3所示。相应地，伺服驱动器选择与电机相匹配的SGMSH30型号的。因为XY方向的丝杠和导轨型号相近，所以两个方向的电机选择相同型号的,计算按最大的切削力进行，即Y方向的相关数据。图4.4SGMSH型伺服电机外形尺寸图5进给系统的装配5.1床身床身由高强度低应力铸铁铸成，滑板、工作台、立柱等均装在床身之上。床身上部固装Y轴直线滚动导轨、Y轴滚珠丝杠和Y轴伺服电机。