小型龙门加工中心进给系统结构设计

中华人民共和国教育部毕业设计设计题目： 小型龙门加工中心进给系统结构设计学生：指导教师： 学院：专业： 机械设计制造及其自动化 级班毕业设计任务书设计题目 小型龙门加工中心进给系统结构设计指导教师 副教授 专业 学生 题目名称：小型龙门加工中心进给系统结构设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）本设计主要包括以下几方面的内容：1） 进行小型龙门加工中心的总体研究，并进行整体布局设计；2） 设计小型龙门加工中心的X、任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）本设计主要包括以下几方面的内容：1） 进行小型龙门加工中心的总体研究，并进行整体布局设计；2） 设计小型龙门加工中心的X、Y和Z三个方向的运动部件模块化结构，进行关键部件的设计计算；3） 完成三种小型龙门加工中心进给系统的设计；计划及时间安排：1） 2月28日---3月25日习报告、开题报告2）3）4）3.1）2）3）4.4月1日---4月10日4月11日---5月28日5月29日---6月14日完成工作量：毕业实习，调研开题；实施设计、计算、修改设计说明书、收集资料，填写实习日志，撰写实绘图，撰写设计说明书;图纸，准备答辩；毕业实习报告、开题报告一份、论证报告一份、任务书一份；4张A0图纸（其中一张手绘入1图纸）；设计说明书一份；水平具体要求：毕业设计论文体现了毕业设计的质量，学生主要通过书写毕业论文来体现自己在毕业设计中所采用的方法、思想、及设计策略。1） 综合运用所学的知识解决实际工程设计和实验研究课题；2） 能独立设计计算、分析、绘图、实验数据处理撰写技术报告；3） 掌握工程技术设计和科学研究的基本方法，学会调查研究，查阅技术文献、资料、手册工具书等；4） 对总体方案设计及研究的确定与实施，确定主要系统和主要部件的设计依据；其中：参考文献篇数： 20篇以上图纸张数： 工程图纸量不少于折合A0图幅4张（其中手绘A1图纸一张）说明书字数： 6000字以上小型龙门加工中心进给系统结构设计说明书摘要龙门加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心， 要紧适用于加工大型零件。我国生产的龙门加工中心和数控龙门镗铣床产品的要紧品种，依照机床结构布局形式划分为：按龙门架是不是移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁是不是在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架势；按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。本次毕业设计中，对数控机床的进给系统进行了设计，运用了滚珠丝杠螺母副的进给方式。对滚珠丝杠螺母副的选型和计算进行了详细的说明，同时也对交流伺服电机的选型进行了计算等。并对数控机床的整体布局进行了设计。关键词：龙门加工中心进给系统SmallgantrymachiningcenterfeedsystemdesignspecificationAbstrsctSummarygantrymachiningcenterisperpendiculartothespindleaxisandtablesetsofmachiningcenters,mainlysuitableformachininglargeparts.InChinaproductionofgantryprocessingcenterandNCgantryboringmillingmachineproductsofmainvarieties,undermachinetoolstructurelayoutformDivisionfor:bygantryismobile,isdividedintogantryfixedworkTaiwanMobiletypeandgantrymobiletype;bybeamisincolumnShangmovement,isdividedintodynamicbeamtypeandwillbeamtypetwospecies;beaminhighframebedwhomobilecalledhighframetype;bymachinetoolnetweightandtablehostedability,isdividedintolight,andmediumandheavy(superheavy)..Inthegraduationprojectofthistime,onthedesignofNCmachinetoolfeedingsystem,usingaballscrewnutfeedmodes.Theselectionandcalculationofballscrewnutisadetaileddescription,aswellastheselectionofACservomotorhasbeencalculated.AndtheoveralllayoutofNCmachinetoolhasbeenKeywords:Feedingsystem Theballscrew目录摘要AbstractTOC\o"1-5"\h\z1绪论 1\o"CurrentDocument"小型龙门加工中心的概况 1\o"CurrentDocument"1小型龙门加工中心的用途 1\o"CurrentDocument"1.1.2小型龙门加工中心的国外进展状况 1\o"CurrentDocument"1.1.3国内进展的现状和国际先进水平的差距 2\o"CurrentDocument"小型龙门加工中心的工作原理 2\o"CurrentDocument"2小型龙门加工中心进给参数的选择 3\o"CurrentDocument"设计任务及要求 32.1.1设计条件 3\o"CurrentDocument"2.1.2设计要求 3\o"CurrentDocument"结构参数的选择 3\o"CurrentDocument"3小型龙门加工中心进给参数的设计 5\o"CurrentDocument"切削力的分析与计算 53.1.1设计参数 5\o"CurrentDocument"3.1.2铣削力计算中的参数 5\o"CurrentDocument"3.1.3铣削力公式及计算 6\o"CurrentDocument"滚珠丝杠螺母副的计算与选型 7\o"CurrentDocument"1滚珠丝杠的要紧尺寸参数 7\o"CurrentDocument"3.2.2小型龙门加工中心X方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型 8\o"CurrentDocument"3.2.3小型龙门加工中心Y方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型 11\o"CurrentDocument"3.2.4小型龙门加工中心Z方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型 13\o"CurrentDocument"交流伺服电机的选型与计算 15\o"CurrentDocument"3.3.1机电传动系统的运动方程式 15\o"CurrentDocument"3.3.2传动系统的等效负载转矩计算 16\o"CurrentDocument"轴承的校核 16\o"CurrentDocument"联轴器的选型 19\o"CurrentDocument"转动导轨的预紧 19\o"CurrentDocument"4滚珠丝杠螺母副进给部件结构设计 20\o"CurrentDocument"滚珠丝杠螺母副 20\o"CurrentDocument"直线转动导轨 21\o"CurrentDocument"5结论 22\o"CurrentDocument"参考文献 23致谢小型龙门加工中心进给系统结构设计说明书1概述小型龙门加工中心的概况1.1.1小型龙门加工中心的用途小型龙门加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，可适用于精度要求高、零件形状比较复杂、产品改换频繁的中小批量生产。如铜极/模具、珠宝金饰加工、小型3C产品模壳制造、鞋业模具、文字雕刻等。最近几年来，对中国出口看好的建设机械厂家对立式车床的需求令人注视。从去年起，数控车床生产厂家期待着在飞机、高性能发电机、风力发电机等方面设备投资比较活跃的重电机行业的定货。由于市场在交货期、质量、价钱方面的要求愈来愈高，一些中小规模的设备用户为缩短产品的生产周期，更青睐一次装卡、可弄多种加工的复合型加工机。此刻，市场关于提高了通用性的、低价位的小型数控立式车床的需求仍在扩大，同时，和卧式数控车床一样，带有加工中心意识的功能型复合机的开发研制比较活跃。例如，随着对复杂形状工件成品加工要求的提高，也在研制将立式车床功能加上钻、攻丝、镗等旋转方面的加工功能。因配置7C轴，不同的复合加工也可通过一次装卡进行。另外，在以切削为主的同时，加上采纳单刀具的双面约束ATC方式后，在铣加工功能方面也见到很多可进行重切加工的工序集约型产品1.1.2小型龙门加工中心的国外进展状况随着国民经济的持续进展和国家对国产数控机床的大力支持，我国许多重要行业对龙门加工中心和数控龙门镗铣床的需求愈来愈大。有需求有市场，就有生产，这是市场经济规律。因此国内很多从未涉及制造龙门镗铣床的厂家，都纷纷上阵，通过引进技术、合作生产等形式，开发研制各类龙门加工中心和数控龙门镗铣床，知足广大用户的需求。我国生产的龙门加工中心和数控龙门镗铣床产品的要紧品种，依照机床结构布局形式划分为：按龙门架是不是移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁床展览会上，看到我国龙门加工中心和数控龙门镗铣床在结构性能、技术水平、产品质量等方面，都有专门大提高。可是，与发达国家同类产品相较，还有较大差距，第一是自主创新能力不够，当前多以仿造为主，或引进技术合作生产，缺乏自主知识品牌的高级产品，往往关键的核心技术，关键的功能部件，仍是从国外购买。现国外，已有各类专用和通用的龙门加工中心取得普遍应用。我国从七十年代已开始研制，但整体发是不是在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架势；按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。在近几届国内机展缓慢，其缘故除经济制约外，重要一点是有关龙门加工中心科研跟不上，从事这行业的人数不多，这使我国龙门加工中心技术缺乏有力的智力支持。本设计参照一些国内外已有的产品，结合大学所学的知识，进行一个结构简单、本钱较低的小型龙门加工中心进给结构设计，此设计能够有力激发龙门加工技术爱好者的爱好，并进一步研发并拓展其功能，为开发更合理的龙门加工技术提供有利条件。1.1.3国内进展的现状和国际先进水平的差距从龙门加工中心和数控龙门镗铣床展品的整体水平看，不论是国内展品或是国外展品在技术水平，质量靠得住性和外观造型等方面都有较大提高。在机床的油漆色调和整体防护方面，国内展品与国外展品的差距有明显的缩短；而关键技术、关键部件和整机靠得住性与国外展品还有较大的差距。例如本届参展的五轴联动龙门加工中心的关键部件一一双摆角头，除桂林机床股分在第一台基础上改良后自行开发研制的之外，其他国内厂家的展品几乎全数都是购买国外公司的。因此具有自主知识产权的核心技术、关键部件正是咱们当前与国外展品的差距，也正是咱们当前尽力拚搏的方向。小型龙门加工中心的工作原理工件在工作台上装夹以后，数字操纵系统就能够操纵机床按不同工序，进行自动选择和改换刀具，来自动改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助性能等，依次完成工件面上多工序的加工，从而使生产效率取得大大提高。小型龙门加工中心由于工序的集中和自动换刀，缩短了工件的装夹、测量和机床调整等时刻，使机床的切削时刻达到开动时刻的80%左右（一般机床仅为15〜20%）；同时也大大减少了各工序之间的工件周转、搬运和寄存的时刻，减少了生产的周期，具有明显的经济成效。2小型龙门加工中心的参数的选择设计任务及要求2.1.1设计任务要紧任务是完成：小型龙门加工中心整体布局，小型龙门加工中心传动方式的选择，滚珠丝杠螺母副的计算与选型，交流伺服电机的计算与选型，精度验证与刚度校核。2.1.2设计要求运转稳固性：机械传动平稳、支承零件有足够的刚度、无明显振动;要紧零件不易损坏；环境无害性机架噪声低于标准规定的水平；尽可能减少各类振动冲击。技术经济性结构简单，减轻自重，减少制造本钱，系列化；采纳较高效率的传动系统、减少运转费用；结构工艺性有爱惜装置；造型艺术性.外观造型新颖；.尺寸比例符合美观规律；设计标准性.符合破碎机规定的国家标准；.零部件标准化率不低于60%；.技术参数符合优先数系。结构参数的选择小型龙门加工中心相关信息：对GF-450型小型龙门加工中心的研究：三轴行程450x450x250三轴最高移动速度X,Y,Z=15mmin三轴最高加工速度三菱65系列7mmin三轴解析度定位精度土重复定位精度土三轴螺杆尺寸6工作台尺寸550x450mmT型槽尺寸10x5x90mm最大载重80kg最大加工行程450x450x250mm主轴最高转速10,000rpm(Optional30,00060,000rpm)主轴刀具形式ISO25-30,000rpmER系列：60,000rpmBT3010,000)刀具数量8tools最大刀具直径612mm主轴鼻端至工作台距离80-300mm门宽度600mm三轴马达X,Y,Z=750w抽水马达1:4hp机械外罩全罩钣金机械占地面积1300x1650x2000mm操纵器形式新代操纵器本机适合利用高速主轴，可选配24,000or30,000rpm工件表面极光细致可利用BT,CAT,ISO,或HSK刀把换刀时刻7secretary机械介绍：门型结构设计，加工快速稳固。Z轴与X轴距离缩短，解决主轴前倾问题采纳内藏式主轴，加工效率高，表面细致。X，Y，Z三轴线性滑轨。本机主结构体完全采纳没级米汉纳铸铁制成，再经应力排除，确保机械连年不变形。结构内部采纳合理化肋骨强化设计，大幅提高机械刚性。X，Y，Z轴采纳周密级线性滑轨，行程速度快，符合高速加工之需要。主轴采纳强力马达驱动，转速可达30，000-50，000rpm.主轴采纳P4(ABEC7)级周密轴承。3小型龙门加工中心进给系统参数设计切削力的分析与计算3.1.1设计参数铣刀要求：高速钢圆柱铣刀（1）铣刀直径16mm（2）铣削深度10mm（3）铣削宽度（4）进给量4m/min（5）切削速度6000r/min3.1.2铣削力计算中的参数本次设计的小型龙门加工中心，采纳的是五轴联动铣头，按铣削力及铣削功率的分析与计算，参照资料《机电一体化系统设计》及《金属切削原理与刀具》。铣削用量、进给运动参数如下：（1） °F一铣削力系数；在利用圆柱铣刀加工碳素钢时，取669（2） 1一铣削接触弧深；侧吃刀量，在平行于工作平面垂直于切削刃基点的进给运动方向上侧吃刀量。圆柱铣刀铣削时，为切削层深度。（3） af—每齿进给量；aff/n*z（4） dt一铣刀直径；⑸ap一铣削深度；背吃刀量，在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，圆柱铣刀铣削时，为被加工表面的宽度。（6） Z一铣刀齿数[i]（7） 乃0—铣刀前角；（8） 匕一主偏角；（9） 七一刃倾角；（10） a0—铣刀后角；（11） 匕一副偏角；（12） 3一铣刀螺旋角。3.1.3铣削力公式及计算切削力公式如下：F=Ca0.86a0.72d-0.86aZtFeftp按设计参数与要求：高速钢圆柱铣刀，铣刀直径：16mm,铣削深度：1mm,铣削宽度：，进给量4m/min,切削速度：6000r/min。第一计算每齿进给量：af=f/n*z=0.2mm/z将设计参数带入切削力计算公式中进行计算得：Fc=Cao.86a0.72d-0.86aZ=580在设计机床与夹具时，为了方便测量，通常将作用在工件上的总切削力F’（与F大小相等，方向相反），沿机床工作台运动方向分解为三个力：（1） 进给力F 总切削力F’在纵向进给方向上的分力。（2） 横向进给力F 总切削力F’在横向进给方向上的分力。e（3） 垂直进给力七总切削力F’在垂直进给方向上的分力。铣削时，各进给力和切削力F具有必然的比例关系，如下表所示，若是求出了F，即可计算出^，F，Ffn三个分力。铣刀总切削力的大小为：F=：F2+F2+F2=F2+F2+F2Yccnp'fefn表3-1铣削力的受力分析铣削条件比值对称铣削不对称逆铣顺铣圆柱铣削a=0.05』/mmf=(0.1〜0.2)/(mm侦-1)FF~~F/F~~F/F~~进给力:F=0.85F=493横向进给力：F=0.75F=435垂直进给力：F=0.4F=232铣削功率：P=FV进给运动也消耗一些功率一样情形下，Pf<0.15P,因此总的切削功率：P=P+P<1.15Pmcf c铣削加工切削力的示用意如图3-1图3-1铣削加工切削力3个分力滚珠丝杠螺母副的计算与选型作为传动滑动丝杠的进一步延伸进展，滚珠丝杠由于其高效率、温升少、高精度、高速度、高刚性、可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、保护简单等优势而在今世数控机床进给伺服机构中取得普遍应用，为了知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,必需合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格（包括导程与公程直径）、支承方式等几个方面的内容。滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示，在加工中心的设计中一样按额定动载荷来确信滚珠丝杠副的尺寸规格，对细长而又经受紧缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳固性核算；对转速高，支承距离大的滚珠丝杠副作临界转速校核；对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核；对数控机床，需核算其转动惯量；对全闭环系统，需核算其谐振频率。3.2.1滚珠丝杠的要紧尺寸参数：（1） 公称直径d°，用于标注的尺寸值（无公差）。（2） 节圆直径。削，滚珠丝杠与滚珠螺母体及滚珠丝杠位于理论接触点时，滚珠球心包络的圆柱直径。节圆直径通常与滚珠丝杠的公称直径相等。（3） 导程P，滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转2孤度时的行程（无公差）。h（4） 公称导程P0，通经常使用作尺寸标识的导程值。（5） 行程l，转动滚珠丝杠或滚珠螺母时，滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。（6） 有效行程10，有指定精度要求的行程部份（即行程加上滚珠螺母体的长度）。另外，还有丝杠螺纹外径d，丝杠螺纹底径d，螺母体外径D，螺母体螺纹底径D，1 2 1 2螺母体螺纹内经D1，滚珠直径Dw，丝杠螺纹全长11等。标注如图3-2所示。—h—BEB已 .十—图3-2丝杠标注图 '" ,一3.2.2小型龙门加工中心X方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型（1）计算进给牵引力F（N）工作台重量800kg,工件与夹具最大重量为600kg。F=kF：f、（F「G）=*493+（435+13720）其中：k 考虑颠覆力矩的阻碍，k=f' 转动导轨摩擦系数，f'=~f,=G 工作台及夹具部件重量，工作台重量为800kg，夹具总重量为600kg。G=（800+600）*=14155N（2）丝杠导程的确信丝杠导程的选择一样依照设计目标快速进给的最高速度为匕微、伺服电机的最高转速七密及电机与丝杠的传动比i来确信，大体丝杠导程应知足下式为：P>-max—

hixnmax其中：vmaxin其中：vmaxinmax电机与丝杠的传动比，由于本次设计中采纳伺服电机与滚珠丝杠直接连接，故电机与丝杠的传动比i=1。伺服电机的最高转速，n=5000r/min。因此，上式中取P=10进行计算。h（3）精度选择滚珠丝杠的精度直接阻碍数控机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对床定位精度阻碍最明显。一样在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变更量七。⑰应小于目标设定位的定位精300p度值的1/3〜1/2,在最后精度验算中确信。依照GB/T—1998标准，滚珠丝杠副的精度品级被分为一、二、3、4、五、7、10七个品级，其中，最高精度为1，最低精度为10。（4）最大动载荷f的计算其中：L0最大动载荷F其中：L0滚珠丝杠副的寿命，单位为106r。L=60nT/1060（其中，T为利用寿命，一般机械取T=5000~10000h，数控机床一样机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转数。）在本次设计中，Lo=2700fw 载荷系数，由表3-2查得：f广表3-2载荷系数的分析运转状态f平稳或轻度冲击~中等冲击~较大冲击或震动~fh 硬度系数，>58HRC时，取；等于55HRC时，取；等于时，取；等于50HRC时，取；等于45HRC时，取。在本次设计中 fh=Fm 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。将所选参数带入Fq=旺fF式中，得：七=如fJL=13025N（5）规格型号的选择初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷ca>f。当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n<10r/min）长时刻经受工作载荷时，还应使其额定静载荷匕>Fm。通过上述计算和对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定动载荷C>13025N，而额定静载荷C>18000N。依照额定动载荷C和额定静载荷C。,，可从表当选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径幺和导程［应尽可能选择优先组合，同时还要知足操纵系统和伺服系统对导程的要求。通过上述计算中得出的结论，滚珠丝杠螺母副导程P=10，查表选择CDM5010-3h其滚珠丝杠参数为：公称直径， d°=50mm大体导程， P=10mmh丝杠外径， d=49mm丝杠底径， d=43.14mm循环圈数， n=3刚度N/rm，K=960其螺母安装尺寸为（mm）：D=140，L=171，B=18，D1=95，D4=118，h=11，油杯孔M8*1，41=11，42=18。滚珠丝杠螺母副尺寸标注如图3-3所示：图3-3滚珠丝杠螺母副标注图3.2.3小型龙门加工中心Y方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算（1）计算进给牵引力F（N）十字滑座，主轴箱和主轴上各部件共重1600kg。F=kF+广气+G）其中：k 考虑颠覆力矩的阻碍，k=f' 转动导轨摩擦系数，f'=~G 工作台及夹具部件重量，工作台重量为800kg，夹具总重量为600kg。G=1600*=15680N（2）丝杠导程的确信丝杠导程的选择一样依照设计目标快速进给的最高速度为匕微、伺服电机的最高转速七密及电机与丝杠的传动比i来确信，大体丝杠导程应知足下式为:P>-max—

hixnmax其中：v 快速进给速度，按机床设计要求：v=40m/min。i 电机与丝杠的传动比，由于本次设计中采纳伺服电机与滚珠丝杠直接连接，故电机与丝杠的传动比i=1。n伺服电机的最高转速，n=5000r/min。因此，上式中，P因此，上式中，P>8

h取P=8进行计算。h（3）精度选择滚珠丝杠的精度直接阻碍数控机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对床定位精度阻碍最明显。一样在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变更量七。⑰应小于目标设定位的定位精300p度值的1/3〜1/2,在最后精度验算中确信。依照GB/T—1998标准，滚珠丝杠副的精度品级被分为一、二、3、4、五、7、10七个品级，其中，最高精度为1，最低精度为10。⑷最大动载荷七的计算最大动载荷F的计算公式如下：F=电伉其中： L0 滚珠丝杠副的寿命，单位为106r。L0=60nT/106（其中，T为利用寿命，一般机械取T=5000~10000h，数控机床一样机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转数。）在本次设计中，L0=2700fw 载荷系数，由表2-2查得：f广fh 硬度系数，>58HRC时，取；等于55HRC时，取；等于时，取；等于50HRC时，取；等于45HRC时，取。）在本次设计中fh=Fm 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。将所选参数带入fq=^lfF式中，得：七=3L代=6919N（5）规格型号的选择初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷ca>f。当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n<10r/min）长时刻经受工作载荷时，还应使其额定静载荷七>Fm。通过上述计算和对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定动载荷C>6919N。依照额定动载荷C和额定静载荷C。,，可从表当选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径幺和导程［应尽可能选择优先组合，同时还要知足操纵系统和伺服系统对导程的要求。依照额定动载荷C和额定静载荷C。,，可从表当选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径幺和导程［应尽可能选择优先组合，同时还要知足操纵系统和伺服系统对导程的要求。通过上述计算中得出的结论，滚珠丝杠螺母副导程P=8,查表选择h其滚珠丝杠参数为：公称直径， d=40mm大体导程， P=8mmh丝杠外径， d=39mm丝杠底径， d3=34.86mm循环圈数， n=刚度N/hm，K=660其螺母安装尺寸为（mm）：D=110，L=106,B=15,D1=75,D4=90，h=9，油杯孔M6,3.2.4小型龙门加工中心Z方向进给系统滚珠丝杠螺母副的选择与计算（1） 计算进给牵引力F（N）F=kJ+f、（Ff+G）其中：k 考虑颠覆力矩的阻碍，k=f' 转动导轨摩擦系数，f'=~f,=G 由于此处滚珠丝杠螺母副为垂直安装，因此可不考虑重力阻碍。（2） 丝杠导程的确信丝杠导程的选择一样依照设计目标快速进给的最高速度为匕微、伺服电机的最高转速七密及电机与丝杠的传动比i来确信，大体丝杠导程应知足下式为:P>-max—

hixnmax其中：v 快速进给速度，按机床设计要求：v=40m/min。i 电机与丝杠的传动比，由于本次设计中采纳伺服电机与滚珠丝杠直接连接，故电机与丝杠的传动比i=1。nmaxnmax伺服电机的最高转速，n=5000r/min。因此，上式中，P>8h取P=8进行计算。h（3）最大动载荷J的计算最大动载荷F的计算公式如下：F=电伉其中：L0 滚珠丝杠副的寿命，单位为106r。L0=60nT/106（其中，T为利用寿命，一般机械取T=5000~10000h，数控机床一样机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转数。）在本次设计中，L0=2700fw 载荷系数，由表2-2查得：f广fh 硬度系数，>58HRC时，取；等于55HRC时，取；等于时，取；等于50HRC时，取；等于45HRC时，取。在本次设计中fh=Fm 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。将所选参数带入Fq=3LffhF式中，得：Fq=3乓优(5)规格型号的选择初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷ca>f。当滚珠丝杠副在静态或低速状态下(n<10r/min)长时刻经受工作载荷时，还应使其额定静载荷七>Fm。通过上述计算和对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定动载荷C>6919N。依照额定动载荷C和额定静载荷C。,，可从表当选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径幺和导程［应尽可能选择优先组合，同时还要知足操纵系统和伺服系统对导程的要求。依照额定动载荷C和额定静载荷C。,，可从表当选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径幺和导程［应尽可能选择优先组合，同时还要知足操纵系统和伺服系统对导程的要求。通过上述计算中得出的结论，滚珠丝杠螺母副导程P=8,查表选择h其滚珠丝杠参数为：公称直径， d0=32mm大体导程， P=8mmh丝杠外径， d=31mm丝杠底径， d3=26.86mm循环圈数， n=刚度N/hm，K=560其螺母安装尺寸为(mm)：D=104,L=106,B=15,D1=67,D4=85,h9,油杯孔M8,41=9，42=15。交流伺服电机的选型与计算3.3.1机电传动系统的运动方程式TL电动机 [:生产机械Tm角速.度图3-4单轴传动系统如图3-4所示为一单轴电机传动系统，电动机M产生的转矩Tm用来克服负载转矩Tl，从而带动生产机械运动。当Tm=Tl时，系统匀速转动；当Tm=/Tl时，角速度就会发生转变,产生加速或减速.角速度转变的大小与传动系统的转动惯量J有关,用单轴电机传动系统的运动方程式表示，即：P=n*T9550式中n电动机的转速,n=5000r/min。；T 负载转矩，单位为N・m；3.3.2传动系统的等效负载转矩计算传动系统的等效负载转矩T^可依照静态时功率守恒原那么进行计算。P「=(Ff+G^)v=(Ff+Gp)Pn式中F 运动部件所经受的进给切削力，单位为N；G 工作台运动部件的总重力，单位为N；七 运动部件的移动速度，单位为m/s；P 导轨摩擦因数；P 滚珠丝杠的导程，单位为m/s；hn 滚珠丝杠的转速，单位为r/s。折算到电动机轴上的负载功率为：PM=""广TeqX""m式中T 折算到电动机轴上的等效负载转矩，单位为N・m；eqn 电动机转速，单位为r/s。考虑到传动机构再传低功率的进程中有损耗，那个损耗能够用传动效率门来表示，即:_P，_(F+G旦)Pn_(F+G旦)P门PTX2兀n'TX2兀i方式中i 传动机构的传动比。折算到电动机轴上的等效负载转矩为:TqF轴承的校核求两轴经受到的径向载荷一、轴承30206的校核径向力F=脖二+F;=168.5派生力F='=52.7N，F=^^=52.7NdA 2Y dB 2Y轴向力由于F]+FB=223+52.7=275.7N>F，dA因此轴向力为FA=223，FB=52.7(4)当量载荷由于£a=1.32>e，FrAF—aBFrB=0.31<e，因此XA=0.4，Y^=1.6，Xb=1，Yb=0。由于为一样载荷，因此载荷系数为f=1.2，故当量载荷为P=f(XF+YF)=509.04NP=f(XF+YF)=202.22ApArAAaA BpBrBBaB(5)轴承寿命的校核106Cr , ,Lh=6^-(下)£=3.98x107h>24000h1A、轴承30307的校核(1)径向力F=.-F2+F2二二1418.5NrA'H1V1F=JF2+F2=603.5Nrb'H2V2(2)派生力FF=—rA=：443NF，F=—b=189NdA2YdB2Y(3)轴向力由于F1+FB=892+189=1081N>FA,因此轴向力为Fa=638N,Fb=189NF—aBFrB=F—aBFrB=0.31<e,由于£a=0.45>e,FrA因此X因此XA=0.4,=1.6,X=1,Y=0。由于为一样载荷，因此载荷系数为fp=1.2,故当量载荷为724.2NP=f(XF+YF)=1905.84NP=f(XF+YF724.2NApArAAaA BpBrBBaB轴承寿命的校核106Cr ,Lh=——(一)£=1.50x107h>24000h1A1.轴承32214的校核径向力Fa=JF^+F;1=842.5NFb=Jf；2+F;2=842.5N派生力F=F^=294.6N，F=L=294.6NdA 2Y dB2Y轴向力由于F1+Fb=294.6+1115=1409.6N>FA,因此轴向力为Fa=1115N，Fb=294.6N当量载荷由于£^=1.32>e，岂b=0.34<e,FFrArB因此XA=0.4,Ya=1.5，XB=1，Yb=0。由于为一样载荷，因此载荷系数为f=1.2，故当量载荷为P=f(XF+YF)=2317.87NP=f(XF+YF)=1011NApArAAaA BpBrBBaB1)(5)轴承寿命的校核106Cr , ,Lh=——(一)e=56.1x107h>24000h1A转动轴承的润滑由于轴承周向速度为，因此宜开设油沟、飞溅润滑。密封方式的选取选用凸缘式端盖易于调整，采纳闷盖安装骨架势旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确信为(F)B25-42-7-ACM，(F)B70-90-10-ACM。联轴器的选型大转矩宽调速直流伺服电动机和宽调速交流伺服电动机可与丝杠直接连接，这不仅可简化结构、减少躁声，而且对减少间隙、提高传动刚度也大有益处。为了保证电动机轴与丝杠直接连接平稳，实现无反向间隙传动，常采纳挠性联轴器。图中柔性片4别离用螺钉和球面垫圈与两边的联轴套2相连，通过柔性片传递转矩。柔性片每片厚0.25mm，材料为不锈钢。锥环6为锥形夹紧环，由于锥环之间楔紧作用，在压圈1的作用下，内外环别离产生径向弹性变形，排除配合间隙，并产生接触压力以传递转矩。电动机轴与丝杠两头的位置误差由柔性片的变形抵消。挠性联轴器排除由电动机轴与丝杠之间的同轴度误差引发的憋劲现象。转动导轨的预紧在转动体与导轨面之间预加必然载荷，可增加转动体与导轨的接触面积，以减少导轨面平面度、滚子直线度和转动体直径不一致等误差的阻碍，使大多数转动体都能参加工作。由于有预加接触变形，接触刚度有所增加，从而提高了导轨的精度、刚度和抗震性。只是预加载荷要适当。能够通过选配不同直径刚球的方式来进行调隙或预紧，也能够通过各类调整元件进行调隙或预紧，比如楔块、垫片等。4滚珠丝杠螺母副进给部件结构设计数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳固性，将直接阻碍工件的加工精度。为此，数控机床的进给传动系统必需知足以下要求。（1） 传动精度高（2） 摩擦阻力小（3） 运动部件惯量小下面要紧介绍滚珠丝杠螺母副和导轨副两种机械传动结构：数控机床的进给系统要紧通过伺服电机带动滚珠丝杠副使工作台在转动导轨副的支撑下做来回运动。数控机床的伺服系统是指以数控机床移动部件的位置和速度作为操纵量的自动操纵系统，也确实是位置随动系统。它的作用是同意来自数控装置中插补器或运算机插补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准确。伺服系统的性能，在专门大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等重要指标。滚珠丝杠螺母副数控机床设计中，将回转与直线运动彼此转换传动装置一样采纳滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠是数控机床进给伺服系统中重要机械传动部件，滚珠丝杠螺母副特点是：（1） 传动效率高。滚珠丝杠副传动效率很高，可达92砰98%，是一般丝杠的2〜4倍。（2） 摩擦力小。因为动、静摩擦系数相差小，因此传动灵敏，运动平稳、低速不容易产生爬行，随动精度和定位精度高。

利用寿命长。滚珠丝杠采纳优质合金制造，表面粗糙度小，其滚道表面淬火硬度可达60HRC〜62HRC。另外，因为是转动摩擦，磨损更小。经预紧后能够排除轴向间隙，提高了系统的刚度。反向运动时无空行程,能够提高轴向运动精度。制造本钱高，不能自锁，有可逆性。滚珠丝杠的精度将直接阻碍数控机床各坐标轴的定位精度，因此在数控机床维修和机床的数控改造进程中，滚珠丝杠的选用和校核显得尤其重要。为了知足进给传动系统的各项要求，达到设计精度要求，滚珠丝杠螺母副的设计十分重要。下面举例说明滚珠丝杠螺母副的设计要求如图3-1所示图3-1滚珠丝杠螺母副的设计要求图3-1滚珠丝杠螺母副的设计要求一0.004