毕业设计（论文）-立式加工中心直线回转工作台设计

摘要数控技术可以说就是先进制造技术的技术基本，自然，体现着数控技术的数控机床和数控技术本身就理所当然地成为制造业关注的焦点。微机控制的数控机床、数控加工中心的高精度、高度柔性化及适合加工复杂零件的性能，正好满足当今市场竞争和工艺发展的需要。可以说，微机数字控制技术的应用是机械制造行业现代化的标志，在很大程度上决定了企业在市场竞争中的成败。数控精密工作台采用滚珠直线导轨副为导向支承，滚珠丝杠副为运动执行元件的结构。具有精度高、效率高、寿命长、磨损小、节能低耗、磨擦系数小、结构紧凑、通用性强等特点。目前已广泛应用于测量、激光焊接、激光切割，涂胶、打孔，插件、小型数控机床、射线扫描、雕铣机及实用教学等场合。关键词：数控技术，数控工作台，交流电机全套图纸加V信153893706或扣3346389411AbstractCNCtechnologycanbesaidthatadvancedtechnologyisthebasictechnology,natural,embodiesthenumericalcontroltechnologyofCNCmachinetoolsandCNCtechnologyitself,ofcourse,becomethefocusofthemanufacturingsector。Computer-controlledCNCmachinetools,CNCmachiningcenterofhighprecision,highlyflexibleandsuitableforprocessingcomplexpartsoftheperformance,justtomeettheneedsoftoday'smarketcompetitionandprocessdevelopment。Itcanbesaidthattheapplicationofcomputernumericalcontroltechnologyisasignofmodernizationofthemachinerymanufacturingindustry,toalargeextentdeterminethesuccessorfailureofenterprisesinthemarketcompetition。CNCprecisiontablewithball-orientedlinearguideforthebearing,ballscrewfortheimplementationofthestructureofthecomponents。Withhighprecision,highefficiency,longlife,lowwear,lowenergyconsumption,smallfrictioncoefficient,compactstructure,versatilityandsoon。Hasbeenwidelyusedinmeasurement,laserwelding,lasercutting,coating,drilling,plug-in,smallCNCmachinetools,rayscanning,engravingandmillingmachineandpracticalteachingandotheroccasions。Keywords:numericalcontroltechnology,CNCtable,ACmotor目录摘要 1Abstract 2TOC\o"1-2"\h\z\u1、前言 41.1数控技术的应用和发展 41.2数控技术的特点 52、数控机床 72.1数控机床的分类 72.2数控机床的基本组成 102.3数控机床的发展状况 103、直线进给系统的设计 133.1伺服进给系统的分类 133.2滚珠丝杆螺母机构 143.3X、Y直线进给系统的设计计算 164、回转工作台的设计 214.1传动方案分析 214.2伺服电机的选择 214.3齿轮传动的设计计算 224.4输出轴的校核 24总结 26致谢 27参考文献 281前言1.1数控技术的应用和发展随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换代的速度加快，目前在一般机械加工中，单件、小批量生产的产品约占70％~80％。为了保证产品的质量，提高生产率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就是在这种条件下发展起来的，适用与精度高、零件形状负责的单件及小批量生产，以数字的形式实现控制的一门技术。数字控制，简称为数控，是指用数字化型号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。即是用数字指令来控制机械动作的一种方式。数控机床就是指采用了数控技术，用数字指令控制的机床。刀具移动轨迹的信息用代码化的数字指令穿孔在直待或卡片上，或者记录在磁带等控制媒体上，该信息送入数控装置，经过处理与计算，发出各种控制信号，控制机床的刀具与工件的相对运动，按工作图纸要求的形状与尺寸筋骨的，自动地把零件加工出来。数控技术就是以数字程序的形式实现控制的一门技术，它是随着电子计算机的发展而发展起来的，综合了各个技术领域里的新成就，具有广泛的通用性，是高自动化程度的工业自动控制技术。现代数控技术所涉及到的技术领域、学科很多，范围较广，除机械技术本体之外，归纳起来还有以下关键技术：（1）计算机及其接口技术新的技术革命对机械工业的影响，突出地表现在计算机技术的应用上。现代数控技术就是把计算机作为主控单元，只能化地把能量、物质、信息等互相交换，使机械各部件见互相联系成一个整体系统，从而完成人们给定的工作。接口技术就是上述联系的一个纽带，双向地传递人和计算机，机和计算机之间的信息。计算机及其接口技术应用和发展的水平，代表着现代数控技术乃至整个机械工业的前沿水平。（2）自动控制技术如果说计算机及其接口技术是现代数控技术的心脏，那么，自动控制技术就是现代数控技术的血液。机械各部件之间相互联系、相互作用构成一个运动的系统，自动控制技术的租用就是使全部运动部件按预先规定的程序自动地进行操作。因而，机械工业的自动化只有在自动控制技术高度发展的时代，才能成为显示。现代自动空驶技术的研究，除用机器和装置代替和模仿人去工作外，进而延伸和扩展了人体的器官功能和脑力活动量，并可使有些设备具备一定的“智能”，可以“自动”选择最合适的工作程序，使生产达到最佳目标。（3）传感器技术现代数控技术以及其基础上发展起来的ACM、FMS、IMS系统，都少不了要从被控现场获得各种信号，供中央控制器分析、判断和决策。传感器就是完成信号采集任务的部件，它象人的五官，没有它，自动化装置就成为“瞎子”和“聋子”，无法达到测控的目的。数控技术中要求传感器要快速、精确地获得信息，并且经受各种严酷环境的考验。（4）信息技术现代数控技术所完成的工作，已远不止是加工工件本身，她要英里用计算机、自动控制等科学技术和手段，综合管理科学、行为科学、人机工程学、系统工程学等学科的人机信息处理的理论和实践。它对于人工难以处理的数据、量大而结构又不明确的作业条件的情况，能够借助适用的计算机技术、通讯技术、系统科学等手段来实现自动处理。现代数控技术的发展，需要信息技术解决的问题是：信息的采集、信息的处理、信息的实施以及信息的复制和保存，同时也要开发有面向实际环境的应用软件。数控技术首先在机床行业获得广泛应用，现在已有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心、数控钻床以及数控线切割昂等。随着省会生产和科学技术的发展，数控技术不仅用于机床的控制，还用于控制其他设备，如造船行业的火焰切割机，飞机制造业的弯管机、压力机、检查机、绘图机以及坐标测量机、冲剪机、电火花加工机等都实现了数控化，其技术经济效益很好。数控技术的应用前景很广阔。1.2数控技术的特点计算机在数控技术方面的应用，出现于70年代，突出的应用产品就是CNC。计算机数控多以通用的小型或微型计算机为核心，再增加适当的接口电路及外围设备，来代替NC数控柜中的专用电子计算装置。计算机数控系统不仅比原来的NC数控系统使用范围广、功能全，而且还有相当大的通用行，改善了对机床操作的控制。计算机数控系统有以下特点：（1）灵活性强这是CNC系统的突出特点。对于传统的NC系统，一旦提供了某些控制功能，就不能被改变，除非改变相应的硬件。而对于CNC系统，硬件是通用的、标准化的，对于各种不同机床进行控制的要求，只需改变相应的控制程序即可，不必制造新的硬件。软件在任何时候都可以方便地被更改。CNC系统能够随着工厂的发展而发展，也能适应将来改变工艺的要求。在CNC设备安装之后，新的技术还可以补充到系统中去，这就延长了系统的使用期限，同时为适应将来的发展趋势提供了基础。因此，CNC系统具有很大的“柔性”，即灵活性。（2）通用性好这是CNC系统的主要优点之一，硬件系统采用模块结构，依靠软件的变化来满足被控设备的要求。另外，接口电路可由标准部件组成。标准化机床制造厂和数控用户都带来许多好处，只要用一种CNC系统就能让机床制造厂满足大部分数控机床的要求，还能满足某些别的设备的应用。当用户要求某些特殊功能时，仅仅是改变某些软件而已，由于在工厂中使用同一类型的控制系统，培训和学习十分方便。（3）可靠性高在CNC系统中，加工程序常常是一次送入计算机存贮器内，避免了在加工过程中由于直待输入机的故障而产生的停机现象。同时，由于许多功能均由软件实现，硬件系统所需元器件数目大为减少，整个系统的可靠性大大改善，特别是随着大规模集成电路的采用，系统的可靠性大为提高，连续无故障时间为20000小时以上。此外，CNC系统中，还可方便地采用冗余技术来提高系统的可靠性。（4）易于实现多功能、高复杂程度的控制由于计算机有丰富的指令系统，能高速地进行复杂的计算，所以实现多功能高复杂程度控制比用硬件系统方便得多。（5）使用维修方便CNC系统的一个吸引人的特点是引进一套诊断程序。有了这套诊断程序，即使是不很熟练的操作人员也能利用诊断操作功能，即使发现和排除各种故障，也就是说把故障隔离到模块或器件一级，使停机时间减到最小。此外，CNC系统的零件程序编辑功能对程序编制也是十分方便的。（6）具有通信功能随着制造技术的发展，要求CNC系统能集中控制，因此，CNC系统具有通信功能。2数控机床2.1数控机床的分类数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。1、按照机床的运动控制轨迹分类：(1)点位控制数控机床。点位控制数控机床只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，从而保证定位精度。如图1.1所示为点位控制的加工轨迹。具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控惶床和数控冲床等。(2)直线控制数控机床。直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点一与点之间的准确定位外。还要控制两相关点之间的移动速度和移动轨迹，但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个，在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削。其有直线控制功能的机床主要有数控车床、数控铣床和数控磨床等。(3)轮廓控制数控机床。轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标方向的位移和速度同时进行控制。为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标方向运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此，在这类控制方式中。就要求数控装置具有插补运算功能，通过数控系统内插补运算器的处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲量，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合。在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工。轮廓控制的加工轨迹如图1.2所示。图1.1点位控制型的加工轨迹图1.2轮廓控制型的加工轨迹2、按照联动坐标的轴数分类：（1）二轴联动。它主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。（2）二轴半联动。它主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给。如图1.3所示就是采用这种方式加工三维空问曲面的。（3）三轴联动。它一般分为两类，一类就是X，Y，Z三个直线坐标轴联动，比较多地用于数控铣床和加工中心等，如图1.4所示为用球头铣刀铣削三维空间曲面；另一类是除了同时控制X，Y，Z其中两个直线坐标轴外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴，如车削加工中心，它除了纵向((Z轴)、横向(X轴)两个直线坐标轴联动外，还要同时控制围绕Z轴旋转的主轴(C轴)联动。（4）四轴联动。它同时控制X，Y，Z三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动。如图1.5所示为同时控制X，Y，Z三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床。（5）五轴联动。除同时控制X,Y,Z三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的A,B,C坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动。这时刀具可以被定在空间的任意方向，如图1.6所示。比如控制刀具同时绕X轴和Y轴两个方向摆动.使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度。3、按加工工艺及机床用途分类（1）金属切削类。金属切削类数控机床指采用车、铣、长、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为以下两类。1)普通型数控机床。如数控车床、数控铣床、数控磨床等。2)加工中心。其主要特点是具有自动换刀机构和刀具库，工件经一次装夹后，通过自动更换各种刀具，在同一台机床上对工件各加工面连续进行铣〔车)、锐、铰、钻、攻螺纹等多种工序的加工，如(惶/铣类)加工中心、车削中心、钻削中心等。（2）金属成形类.金属成形类数控机床指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床.常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。（3）特种加工类。特种加工类数控机床主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。2.2数控机床的基本组成（1）控制介质

控制介质是储存数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序，因此，控制介质就是指将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。随着数控技术的发展，穿孔带、穿孔卡趋于淘汰，而利用CAD/CAM软件在计算机编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置的方法应用越来越广泛。

（2）数控装置数控装置是数控机床的核心，人们喻为“中枢系统”。现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC（ComputerNumericalControl）。数控装置包括输入装置及中央处理器(CPU)和输出装置等构成数控装置能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

（3）伺服系统

伺服系统是接收数控装置的指令、驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等。工作时，伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求与位置、速度反馈信号相比较后，带动机床的移动部件或执行部件动作，加工出符合图纸要求的零件。（4）机床本体

机床本体也称主机，它包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。

2.3数控机床的发展状况我国数控机床的研制工作起步比较晚，于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床，并于1958年开始试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功研制。从1980年起，我国加大改革开放的力度，先后从日、德、美、西班牙等西方国家引进CNC系统，对各种机、电、液、气等基础原件进行合作生产，极大地提高了产品的质量。

总体来说，从1958年研制出第一台数控机床到现在，我国数控机床的发展大体可以分为三个阶段：1958至1979年为第一阶段，在这一阶段内我国受到西方国家的封锁和国内环境的影响，数控机床的发展采用的是封闭式摸索前进，数控机床的一些关键技术，如电、气、液等核心技术达不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年为第二阶段，我国提出了改革开放的政策，积极引进国外的先进数控技术，利用国外的先进产品配置和技术，期间我国的数控机床取得了长足的发展，逐渐缩小与国外先进国家的差距，但总体来说，这个阶段属于我国的仿制时期，自主研发的产品占少数；1996年至今为第三阶段，我国实施产业化的战略，数控机床进入自主研发的时期，数控机床的产值比重也逐渐增大，数控机床无论从数量上还是在质量上都取得了较大的进步，某些核心的关键技术已经接近或者领先于世界水平。例如，2010年，世界28个主要机床生产国家和地区产值达663亿美元，较2009年增长了21％，其中，中国机床占全球机床产值的31％。中国为世界机床第一大生产国，日本居第二位，德国位列第三位，但是排名世界前7位的数控机床生产企业我国没有一家。20世纪90年代开始，我国数控机床系统完成了16位机向32位机转变，伺服驱动从直流向交流全数字式转化，系统体系结构从封闭向开放转变，控制系统由专用计算机向通用计算机转变，加快了数控机床技术前进的步伐，具体来说数控机床会朝着以下几个方向发展。1、高速化

随着新型刀具和其他关键部件的采用，数控机床进入高速切削的时代。高速加工采用远高于常规加工切削速度进给速度，不仅可提高加工效率，缩短加工工时，同时还可获得很高加工精度。高速切削机床是实现高速切削加工的前提和关键，具有高精度的高转速主轴，具有控制精度高的高轴向进给速度和进给加速度的轴向进给系统，是实现高速切削的关键。例如，现在数控机床的主轴转速由原来的几千转提高到现在的上万转，甚至几十万转；进给速度由原来的每分钟几米提高到现在100～200m/min；换刀的时间也越来越短，从原来的十几秒降到现在的1ms，这些都极大地提高了生产率。2、精密与超精密化

精密与超精密加工是今后金属切削加工的发展方向。近几年，随着数控机床关键技术的发展，通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高数控机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。据资料分析，数控机床加工精度平均每8年提高1倍，从数控机床的产生到现在，数控机床的加工精度提高了大约了100倍。近10多年来，精密级加工中心的加工精度则从（±3～5）μm提高到（±1～1.5）μm。3、开放化

基于通用计算机的开放式体系结构的数控机床系统已经成为其发展的主要方向，开放化的系统可以使数控机床应用于不同的平台之上，可以与其他不同的系统相互操作，增加数控机床系统的兼容性，这种开放的、交互的数控机床具有操作简便、维护方便等特点，提高了数控机床在企业中的普及率。4、技术集成化和技术复合化

技术集成和技术复合是今后数控机床发展的另一趋势。为了提高生产率，出现复合加工机床，复合加工机床突出体现了工件在一次装卡中完成大部分或全部加工工序，从而达到减少机床和夹具、免去工序间的搬运和储存、提高工件加工精度、缩短加工周期和节约作业面积的目的。这类机床可以进行复合工序的操作，例如车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，甚至还可以跨加工类别的技术复合，如激光-冲压、金属切割-激光等技术复合，这类复合加工机床的出现极大地缩短了辅助时间，提高了生产率。5、智能化

智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。智能监控是指在加工过程中，数控机床可以实现对工件的自动找正、自动换刀、自动补偿以及对加工过程出现的故障问题等自动解决，而人工智能编程是指数控机床可以根据设定程序自动加工出所需要的零件。随着网络信息技术的发展，网络控制（远程控制）已经成为数控机床可持续发展的新方向之一。6、绿色化

人口、资源和环境已经成为制约人类发展的三大问题。为寻求符合环保要求的机床，干式和微量冷却类型数控机床应用越来越广泛。操作工人的环境、加工材料、冷却液的使用会成为衡量数控机床的绿色水平，因此绿色清洁的数控机床成为今后数控机床的主导方向。

3直线进给系统的设计3.1伺服进给系统的分类数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电动机，电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速远东。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质上的差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如何选用伺服驱动系统，必须根据机床的实现要求来确定。各种数控机床所完成的加工任务不同，所以它们对进给驱动的要求也不尽相同，但大致可概括为以下几个方面。（1）精度要求伺服系统必须保证机床的定位精度和加工精度。对于低档型数控系统，驱动控制精度一般为0.1mm；而对于高性能数控系统，驱动控制精度为1μm，甚至为0.1μm。（2）响应速度为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令型号的响应要快。（3）调速范围调速范围Rn是指生产机械要求电动机能提供的最高转速nmax和最底转速nmin之比。在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材质以及零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动系统必须具有足够宽的调速范围。（4）低速、大转矩根据机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。数控伺服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下两种。（1）开环伺服系统它由步进电动机机器驱动线路等组成。其功能是每输入一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定角度，转角的大小由指令脉冲数所决定。步进电动机的旋转速度取决与指令脉冲的频率。由于系统中没有位置检测器其反馈线路，因此开环系统的精度较差，但结构简单、易与调整，在精度不太高的场合中仍得到较广泛的应用。（2）闭环伺服系统它由伺服电动机、检测装置、比较电路、伺服放大系统等部分组成。闭环伺服系统根据来自检测装置的反馈信号与指令信号比较的结果进行速度和位置的控制。对部分数控机床来说，其检测反馈信号是从伺服电动机轴或滚珠丝杠上取得的；对高精度或大型机床，直接从安装在工作台等移动部件上的检测装置中取得反馈信号。为区别两者，前者称之为半闭环系统。闭环系统通过直接测量工作台等移动部件的位移从而实现高精度的反馈控制。但这种测量装置的安装及调整都比较复杂且不易保养。相比之下，半闭环系统中的转角测量就比较容易实现，但由于后继传动链传动误差的影响，测量补偿精度比闭环系统差。半闭环系统由于系统简单而且调整方便，现在已广泛地应用在数控机床上。3.2滚珠丝杆螺母机构1、工作原理滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置。滚珠丝杠螺母机构具有下列特点。（1）摩擦损失小、传动效率高滚珠丝杠螺母机构的传动效率可达0.92~0.96，是普通滑动丝杠螺母机构的3~4倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠螺母机构的四分之一。（2）运动聘问，摩擦力小、灵敏度高、低速时无爬行，由于主要存在的是滚动摩擦，不仅动、静摩擦因数都很小，而其差值很小，因而启动转矩小，动作灵敏，即使在低速情况下也不会出现爬行现象。（3）轴向刚度高、反向定位精度高由于可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，凡响时无空行程，定位精度高。（4）磨损小、寿命长、维护简单使用寿命是普通滚动丝杠的4~10倍。（5）传动具有可逆性、不能自锁由于摩擦因数小、不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性，即不仅可以把旋转运动转化为直线运动，而且还可以把直线运动转化为旋转运动。由于不能自锁，在某些场合，如传动垂直运动时必须附加制动装置或防止逆转的装置，以免工作台等因自重下降。（6）同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。（7）有专业厂生产，选用配套方便目前滚珠丝杠不仅广泛用与数控机床，而且越来越多地代替普通活动丝杠螺母机构，用与各种景慕机床和精密装置。2、滚珠丝杆的安装数控机床的进给系统要区获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母机构本身的刚度外，滚珠纪纲的正确安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。滚珠丝杠螺母机构安装不正确以及支承刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。常见的丝杠安装有以下几种形式。（1）一端固定，一端自由这种支承形式结构简单，丝杠的轴向刚度比两端固定的低，丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低，设计时尽量使丝杠受拉伸。对于行程小、转速较低的短丝杠和竖直的纪纲可采用悬臂支承结构。（2）两端游动两端支持的安装方法属于一般的按扎方法，适合与中等转速的场合。（3）一端固定，一端游动对于高精度、中等转速的较长的卧式安装丝杠，为了防止热变形丝杠伸长，常采用一端轴向笃定的支承方式。这种支承形式的特点是：安装时需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难；丝杠的轴向刚度和一端固定，一端自由的相同；压杆稳定性和临界转速比同长度的轴向力，而另一端只承受径向力，并能作微量轴向浮动。（4）两端固定对于高精度、高速旋转的滚珠应该采用两端固定的安装方式。为了给丝杠施加预紧力，又能让弹簧来补偿丝杠的热变形，保持预紧力近乎不变。这种支承形式的特点是：刚度最高，只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍。安装时需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难；丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高；可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和补偿热膨胀，但需一套预拉伸结构，结构及工艺都比较复杂；要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小与公称行程，减少量等于拉伸量。因此这种形式使用与对刚度和位移精度要求高的场合。丝杠的支承轴承应采用滚丝杠哪个专用轴承，这是一种特殊的向心推力球轴承，其接触角增大到60°，增加了滚珠树木并相应减少了滚珠直径，使轴向刚度增大到普通向心推力球轴承的两倍。该轴承一般是成套出售，出厂时已调好预紧力，使用极为方便。若选用通用轴承，可采用向心推力球轴承或向心球轴承同推力球轴承的组合，一般会增加轴承支座的结构尺寸、增加轴承的摩擦力和发热。丝杠两端轴承座孔与滚珠螺母座孔应保证严格的同轴度，同时要保证滚珠螺母与座孔的配合良好以及孔对端面的垂直度，保证轴承支座和螺母支座的整体刚度、局部刚度和接触刚度等。3.3X、Y直线进给系统的设计计算3.3.1伺服进给系统设计的基本要求数控机床的进给系统必须保证由数控装置发出的控制指令转换成速度符合要求的相应角位移或直线位移，带动运动部件运动。根据工件加工的需要，在机床上各运动坐标的数字控制可以是相互独立的，也可以是联动的。总之，数控机床对进给系统的要求集中在精度、稳定和快速响应三个方面。为满足这种要求，首先需要高性能的伺服驱动电动机，同时也高质量的机械结构与之匹配。为提高进给系统机械结构性能只要采取如下措施。（1）提高系统机械结构的传动刚度传动刚度高对开环数控进给系统的重要性在于开环进给系统需将几控制指令忠实可靠地转换成要求的机械位移。由于开环系统不再有检测元件检查运动部件的实际位移，这种转换精度决定了加工的精度。对于闭环数控进给系统，传动刚度高有利于见效进给运动的超调和振荡，有助于改善系统的动态品质。为提高进给系统机械结构传动刚度，采取的措施有以下几项①提高传动元件的刚度。传动元件的变形会导致指令脉冲的丢失或传动系统的不稳定，影响加工精度和质量。②消除传动元件之间的间隙。运动反向时指令脉冲的丢失或系统运动不稳定。尽管稳定的系统误差可采取输入补偿脉冲的方法加以补偿，但由于刚度不足和反向间隙造成的误差带有很大的随机性，完全精确补偿是不可能的。③尽可能缩短进给传动运动链的长度。缩短进给传动运动链的长度有助于提高数控机床的传动刚度，然而，进给传动运动链的首先要求伺服电动机调速范围和输出转矩能满足加工精度、生产率和快速运动的需要。目前一般数控机床进给驱动的调速范围为0~24m/min，最先进的已4达到0~240m/min。已经实现了驱动电动机不通过减速环节直接联接丝杠带动运动部件进行运动的方案。随着直线伺服驱动电动机新更的不断提高，由电动机直接带动工作台运动已为可能。直接驱动取消了包括丝杠在内的所有机械传动元件，实现了数控机床的“零传动”。④采用预紧措施。预加载荷可以消除滚动摩擦传动副的间隙和提高其传动刚度，也可以提高传动元件的刚度。如丝杠可采用两端轴向笃定和预拉伸的方法来提高其传动刚度。（2）采用低而稳定的摸才传动副数控机床进给系统多采用刚度高摩擦因数小而稳定的滚动摩擦副，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等。（3）惯量匹配最佳惯量匹配目的是为保证伺服驱动电动机的工作性能和满足传动系统对控制指令的快速响应的要求。由于在通常情况下，传动系统机械结构的惯量总是大欲要求的数值，故而在设计时为得到最佳的惯量匹配，总是希望传动系统中元件的质量和惯量要小一些，降速比则要大一些。（4）提高传动件精度高质量的机械传动配合与高性能的伺服电动机使现代数控机床进给系统性能有了大幅度提高，随着控制系统分辨率从0.001mm提高到0.0001mm，普通精度级数控机床的定位精度目前已从0.012mm/300mm提高到0.005~0.008mm/300mm,精密级的定位精度已从0.005mm/全行程提高到0.0015~0.003mm/全行程，重要定位精度也已提高到0.001mm。由于在提高传动精度和刚度、消除间隙以及惯量匹配等方面的努力，使数控机床进给传动系统的快速响应能力，既伺服系统的响应能力和机械传动装置的加速能力方面已有了大幅度提高，过渡过程时间已能控制在200ms之内，正在向提高到几是毫秒之内发展。3.3.2伺服进给系统主要参数设定本设计的任务定为立式加工中心工作台，工作台承担运动功能为纵向（X）轴和横向（Y）轴两个方向的移动，方案拟定为工作台是纵向（X）轴、横向（Y）轴两个方向的移动直线工作台，分两个进给系统进行设计计算。直线工作台面尺寸（长×宽×高）：900mmx500mmx50mm;纵向（X向）工作行程为750mm，横向（Y向）工作行程为500mm；铣削刀具最大直径为100mm；工作进给速度为1～1500mm/min，快速进给速度15m/min；材料选为HT200；3.3.3纵向伺服进给系统的设计计算1、工作台质量及工作台承重初估直线工作台质量G1=Vg=7.8510900500509.8110=1733N工作台承重初估为G2=3200N根据以上估算得总的质量为G=G1+G2=1733+3200≈4933N2、滚珠丝杆副的设计计算（1）滚珠丝杆的导程确定在本次的在本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比i=1，选择电机FB-15D，最大转速为，最大转矩（2）确定丝杆的等效转速最大转速：最小转速：（3）确定丝杆的最大动载荷查手册，取丝杆的额定寿命，同时取精度系数，温度系数，硬度系数，可靠性系数，以平均转速1000r/min计算。根据上银滚珠丝杆的选型手册，选择双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，具体型号为CMD5010-3，丝杆的公称直径为50mm，导程为10mm，额定动载荷C=49381N，额定静载荷为1129753N。请选择精度分级为1级。由于本次设计中，丝杆的长度较大，所以采用一端固定、另一端游动的支承方式，固定端选用成对丝杠专用轴承组合，型号为30TAC62A，其额定动载Ca=33320N，预紧力Ft为3040N。（4）伺服电机的计算①惯量计算与加速度计算根据结构图计算各部分折算至丝杠轴的转动惯量，见中已列出负载及机械传动装置总的转动惯量为电机FB-15的转动惯量为全部转动惯量为Jr满足惯量匹配原则，即（5）滚珠直线导轨的选择使用两个滚珠直线导轨平行安装，每支导轨上安装两个滑块，其总负载为每个滑块承受的载荷为根据上银滑轨的选型手册，选择型号为HG-35，额定动载荷C=29.4KN，额定静载荷C0=46KN。3.3.4横向伺服进给系统的设计计算1、工作台质量及工作台承重初估直线工作台质量G1=Vg=7.8510900500509.8110=1733N工作台承重初估为G2=4000N根据以上估算得总的质量为G=G1+G2=1733+3200≈6523N2、滚珠丝杆副的设计计算（1）滚珠丝杆的导程确定在本次的在本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比i=1，选择电机FB-15D，最大转速为，最大转矩（2）确定丝杆的等效转速最大转速：最小转速：（3）确定丝杆的最大动载荷查手册，取丝杆的额定寿命，同时取精度系数，温度系数，硬度系数，可靠性系数，以平均转速1000r/min计算。根据上银滚珠丝杆的选型手册，选择双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，具体型号为CMD5010-3，丝杆的公称直径为50mm，导程为10mm，额定动载荷C=49381N，额定静载荷为1129753N。请选择精度分级为1级。由于本次设计中，丝杆的长度较大，所以采用一端固定、另一端游动的支承方式，固定端选用成对丝杠专用轴承组合，型号为30TAC62A，其额定动载Ca=33320N，预紧力Ft为3040N。（4）伺服电机的计算①惯量计算与加速度计算根据结构图计算各部分折算至丝杠轴的转动惯量，见中已列出负载及机械传动装置总的转动惯量为电机FB-15的转动惯量为全部转动惯量为Jr满足惯量匹配原则，即（5）滚珠直线导轨的选择使用两个滚珠直线导轨平行安装，每支导轨上安装两个滑块，其总负载为每个滑块承受的载荷为根据上银滑轨的选型手册，选择型号为HG-35，额定动载荷C=29.4KN，额定静载荷C0=46KN。

4回转工作台的设计4.1传动方案分析为满足机床加工的需要，需要在X\Y直线工作台的基础上，增加一个回转工作台，以实现机床加工过程中的回转运动。回转工作台的基本结构如下图，回转工作台主要有工作台、齿轮副、传动轴、滚动轴承等组成。传动方式主要采用齿轮传动。因为齿轮传动可以实现传递功率的范围大，速度广能保证瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠。传动效率高，使用寿命长，工作可靠。主轴设计使用双列圆柱滚子轴承、交叉滚柱轴承和圆锥滚子轴承组合支撑，具有很高的刚性，及满足了主轴的告诉旋转，有能够保证回转的精度要求。输入轴与电机的连接采用V带传动，通过多跟V带于伺服电机连接，提供强劲的动力，并且能够保持传动的平稳。传动能力强，结构紧凑。综合以上分析，该方案设计比较合理，结构可靠，具有较高的可行性。图4.1回转工作台的传动结构4.2电机的选择在选择回转工作台驱动电机的时候，首先要考虑的因素是因为摩擦引起的负载转矩和工作台以及台面上各负载产生的转动惯量。根据转动惯量的计算公式式中，为轴的转动惯量为工作台的转动惯量这里提供一种较为简单的惯量计算方法，借助Solidworks三围绘图软件的质量分析，通过计算机计算出工作台的转动惯量再根据电机的初定转速，叉机械设计手册的，交流伺服电机的型号为IFT5073-0AF01,额定转速为3000r/min。4.3齿轮传动的设计计算1、选择齿轮的类型、制造精度、材料这里，选择斜齿圆柱齿轮，初步选择螺旋角12度，制造精度等级为7级，大齿轮材料选择45钢，经调制处理，硬度为280HBS，小齿轮材料为40Cr，调制处理，硬度为240HBS。2、齿轮模数M=6，大齿轮的齿数，小齿轮的齿数，传动比为3、其他尺寸的计算径向间隙：=0.5104mm齿顶高：h=0.75m=2.233mm齿根高：h=h+C=2.7434mm全齿高：h=h+h=4.9764mm3、重合度的确定试选Kt=1.3，由βt=12°查机械设计手册得区域系数ZH=2.455；

查取弹性影响系数；选取齿宽系数；根据βt=12°，，得端面重合度4、齿轮的校核计算影响齿轮传动的承载能力的主要因素有两点：1、齿轮齿面的胶合影响2、齿根的剪切强度的影响。所以，在校核的时候，需要在确定好传动功率的前提之下，然后对齿根强度进行校齿轮涡轮发生断齿的主要原因是由于齿根部的剪切强度不够。校核：其中——作用于齿面上的及摩擦力影响的载荷;——齿数——啮合齿间载荷分配系数;——齿根受剪面积;公式中各参数的计算（1）的计算=——作用在轮齿上的圆周力，——螺旋角——当量齿厚，将数据带入公式得=N计算得=5齿根受剪面积——齿轮齿根圆齿厚；由上可知——齿轮端面周节；——齿轮理论半包角；——齿轮分度圆齿厚所对中心角。数据带入公式得=7.03mm由上可得取查手册取抗拉强度=225MPa，则<故得出结论，符合强度要求。4.4输出轴的的强度校核图4.2轴的受力分析图计算危险截面的应