X5032三坐标数控化改造 毕业论文.doc

《X5032三坐标数控化改造 毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《X5032三坐标数控化改造 毕业论文.doc（58页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、山东大学毕业论文（设计）题目：X5032三坐标数控化改造专 业 : 机电一体化工程 学生姓名 ： 准考证号 ：012610301895 指导教师 : 2013年03月15日52摘 要本设计是在原有普通铣床的基础上进行改造的。该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进

2、一步熟悉其应用。在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对普通铣床的数控化改造进行了分析和设计，通过对普通铣床的数控化改造，提高了普通铣床的加工能力和加工范围，节省了直接购买机床的部分资金，具有很好的经济效益。关键词： 铣床, 数控, 改造，三坐标AbstractBasing on the common milling machine，this thesis reconstructs it and turns it to a NC milling with three coordinate. This reconstructed machine can realize cu

3、re line and straight line machining pathway by three axis linkage。The reconstructed milling machine movements along x，y，and Z are drove by step driver，the AC motor is used in principal axis. All above motors are controlled by single chip. This thesis focuses on designing the mechanism of the and mas

4、tering the single chip working principle. Which is including to the drive system design of X,Y,Z workbench , the whole machine construction design and the control system design of single chip. In a NC machine tool system, the precision and reliability of the machine tool depend on the serve system.

5、Through the reconstructing, analyzing and designing of a common milling machine serve system, the machining ability can be improved,and a big sum money may be saved, the company will benefit from it.Keywords： Milling Machine, NC , Reconstruct, Three Coordinate目录第一章 概论11.1 数控机床的产生及发展11.2 数控机床的组成及分类11

6、.2.1 数控机床的组成11.2.2 数控机床的分类41.3 数控机床的特点及应用范围51.3.1 数控机床的特点51.3.2 数控机床的应用范围5第二章 设计的基本思想62.1 设计原则62.2 总结构设计62.2.1 数控机床的机构设计要求62.2.2 提高机床的结构刚度72.2.3 提高进给运动的平稳性和精度7第三章 三坐标数控铣床的设计和计算93.1主传动系统的设计93.1.1 主传动变速系统103.2 主轴系统计算133.3 进给伺服系统的设计153.3.1 进给伺服系统的设计要求153.3.2 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析163.4进给传动的计算173.4.1 X轴滚珠

7、丝杠副173.4.2 Y轴滚珠丝杠副213.4.3 Z轴滚珠丝杠副263.4.4滚珠丝杠的安装与使用30第四章 微机控制系统的设计334.1微机控制系统组成及特点334.1.1 微机控制系统的组成334.1.2微机数控系统的特点344.2 微机控制系统设备介绍344.2.1 CPU的选择344.2.2 存储器电路的扩展374.2.3 I/O口电路的扩展404.2.4 步进电机驱动电路424.2.5 其它辅助电路设计444.3 程序部分44结论50参考文献51第一章 概论1.1 数控机床的产生及发展数控机床是数字控制机床的简称，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

8、编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。世界上其他一些工业国家也多开始开发、生产及应用数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始，数控技术广泛应用于车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。1985年，我国数控机床品种有了新的发展。我国现有机床中,近几年急需技术改造的约占25%,这将蕴藏着无限商机。机床改造主要是采用数控和计算机控制技术,我国数控机床发展和机床数控化改造应紧跟世界潮流,发展

9、多轴联动数控系统,开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术,向智能化方向发展1.2 数控机床的组成及分类1.2.1 数控机床的组成 数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床上讲，它由主机、数控装置、伺服系统和机床本体大部分以及辅助设备组成。如图（1）所示。主机数控装备伺服装置机床本体辅助装备图1.1 数控机床组成示意图1主机他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。2. 数控装备数控装置是数控机床的控制中心。它由输入装置、控制装置和输出装置等组成。如图（2）所示，划线框内位数控装置。输入装置受控制介质上的信息，经过识别与译码之后，

10、送到控制运算器。这些信息将作为控制与运算的原始依据。控制运算器根据输入装置送来的信息进行运算，并将控制命令输送往输出装置，输出装置将控制器发出的控制命令送到伺服系统，经功率放大，驱动机床完成相应的动作。主机阅读机输 入 装 备控 制 器输 出 装 置伺 服 机 构 图1.2 数控装置组成示意图3.伺服系统伺服系统，亦称随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统。它是数控机床的执行机构，包括驱动和执行两大部分。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带动机床移动部件运动，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脉冲信息体现的，每一脉冲使

11、机床移动部件产生的位移叫脉冲当量(常用的脉冲当量为0.001mm0.01mm)。从自动控制理论的角度来分析，无论多么复杂的伺服系统，都是有一些功能元件组成的。图（3）是由各功能元件组成的伺服系统基本结构方框图。调节元件执行元件被控对象比较元件输入 输出量 指令 测量、反馈元件 图1.3 伺服系统基本结构方框图4. 机床本体机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，它是在原有的普通机床的基础上改进而得到的。1.2.2 数控机床的分类1按运动方式分类（1）点位控制；点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工

12、序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。（2）点位直线控制；点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。（3）轮廓控制数控机床 轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。2. 按控制方式分类 开环控制 即不带位置反馈装置的控制方式。 闭环控制系统 它是指在机床的运动部件上安装位移测量装置，将加工中测量到的实际位置值反馈到数控装置中，与输入值的指令相比较，用比较的差值控制移动部件，直到差值为零，即实现移动部件的精确

13、定位。 半闭环控制系统 它是在开环控制系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接测移动部件的位移，然后将数据反馈给比较器进行比较，输出比较后的差值进行控制。1.3 数控机床的特点及应用范围1.3.1 数控机床的特点数控机床是一个装有程序控制系统的机床。特点如下：（1）加工精度高（2）加工生产率高（3）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）良好的经济效益（5）有利于生产管理的现代化1.3.2 数控机床的应用范围从最经济的方面出发，数控机床适用于加工：（1）多品种小批量零件；（2）结构较复杂，精度要求较高的零件；（3）需要频繁改型的零件；（4）价格昂贵，不容许报

14、废的关键零件；（5）需要小生产周期的急需零件第二章 设计的基本思想 2.1 设计原则根据设计要求和铣床的具体情况，课题的基本设计方案如下： （1）机床采用连续控制系统，定位方式采用增量坐标控制。（2）考虑到机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动。（3）进给传动的设计是机床设计的重点，数控机床必须有精确的进给传动系，才会有高的精度和表面质量。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选用，为达到分辨率0.01mm的要求，需采用齿轮降速传动，利用电子控制系统消除误差。（4）为了保证一定的传动精度和平稳性，又要求机构紧凑，所以选用丝杠螺母副。为提高传动刚度和消除间隙，采

15、用有预加载荷的结构。（5）传动系统要加上脉动装置。 以上为基本的设计方案，除了这些，课题应注意机床的几何精度的修正，数控指令的显示和使用等。2.2 总结构设计2.2.1 数控机床的机构设计要求 数控机床的结构设计要求主要有以下方面:（1）有良好的抗振性能和很大的额定切削功率、高的静、动态刚度；（2）有较高的热稳定性和较高的几何精度、传动精度、定位精度；（3）有数控系统及其介质。2.2.2 提高机床的结构刚度机床的刚度是指切削力和其它力作用下,抵抗变形的能力。机床在切削过程当中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重；承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、

16、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这种力作用下将产生变形。如固定连接表面或啮合运动表面的接触变形；各支撑零件不得弯曲和扭转变形，以及某些支撑件的局部变形等，这些变形都会直接或间接的引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。(1) 选择及布置隔板和筋条(2) 结构刚度(3) 采用焊接结构的构件所以，合理的结构布局可以提高刚度，机床的工作头部分由于重力作用将会使机床立柱产生弯曲变形，切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形。这些变形将影响到加工精度。故本次设计中将采取通过在立柱上方安装两组定滑轮来平衡重力的方法，来减少立柱的变形，提高机床的刚度。2.2.3 提高进给运

17、动的平稳性和精度 数控机床各坐标轴进给运动的精度极大的影响零件的加工精度。在开环进给系统中运动精度取决于系统各组成环节，特别是机械传动部件的精度；在闭环和半闭环进给系统中，位置监测装置的分辨率对运动精度有决定性的影响，但是机械传动部件的特性对运动精度也有一定的影响。通常在开环进给系统中，设定的脉冲当量为0.01mm时，实际的定位精度最好的情况也只能达到0.025。在闭环进给系统中，设定的脉冲当量（或称最小设定单位）一般为0.001mm，实际上定位精度只能达到0.003mm，当指令进给系统做单步进给（即每次移动0.001mm）时，开始一两个单步指令，进给部件并不动作，到第三个单步指令时才突跳一段

18、距离，以后又如此重复。这些现象都是因为进给系统的低速爬行现象引起的，而低速爬行现象又决定于机械传动部件的特性。本设计采取的方案有：（1）减少静、动摩擦系数之差。（2）提高系统的传动刚度（主轴部件的高刚性及抗震性等）。第三章 三坐标数控铣床的设计和计算3.1主传动系统的设计主传动系统一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源为执行元件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向,变速装置传递动力以及变换运动速度，执行元件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。数控机床主传动设计应满足如下特点：（1）主传动采用交流电动机无级调速（2

19、）数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计（3）数控机床高速主传动设计（4）数控机床采用部件标准、模块化结构设计（5）数控机床的柔性化、复合化为了适应数控机床加工范围广、工艺适应性强、加工精度高和自动化程度高等特点，要求主传动装置应具有以下特点：（1）具有较大的调速范围，并实现无级调速。（2）具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低。（3）良好的抗振兴和热稳定性。机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件有较高的热稳定性，通过保持合适的配合精度，并

20、进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。3.1.1 主传动变速系统普通机床一般采用机械有级变速调速传动，而数控机床需要自动变速；且在切削阶梯轴的不同直径，切削曲线旋转面和断面时，需要随切削的直径的变化而自动变速，以保持切削速度基本恒定。这些自动变速又是无级变速，以利于在一定的调速范围内选用到理想的切削速度，这样既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。机床主传动中常采用得无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。无级变速主传动系统设计原则：一为尽量选择功率和扭矩特性符合传动系要求的无级变速装置。如铣床主传动系统要求恒功率传动，就应该选择恒功率无级变速装置。二为无级变速

21、系统装置单独使用时，其调速范围较小，尤其是恒功率调速范围往往小于机床实际需要的恒功率变速范围。为此，常把无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围和整个变速范围。1主轴部件设计主轴部件的性能要求主轴部件是机床主要部件之一，它是机床的执行元件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成型运动。主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产效率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴部件有如下要求：（1）轴的旋转精度。（2）刚度高 。（3）温升 （4

22、）可靠性 （5）精度保持性 2主轴部件的组成和轴承选型（1）主轴部件，它由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。（2）主轴的传动件，可以位于前后支承之间，也可位于后支承之后的主轴后悬伸端。目前传动件位于后悬伸端的越来越多。主轴组件（称为主轴单元）和变速箱可以做成独立的功能部件，又专门的工厂集中生产，作为商品出售。变速箱和主轴间可用齿轮副或带传动联接。本三坐标曲面数控铣床采用带传动联接。主轴支承分径向和推力（轴向）。（3）主轴轴承，选用角接触球轴承。这种轴承即可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。这种球轴承为点接触，刚度较低。为了提高刚度和承载能力，常采用多联组配的办法。（4）角接触角轴

23、承的间隙调整和预紧主轴轴承的内部间隙，必须能够调整，多数轴承，还应在过盈状态下工作，使滚动体和导轨之间有一定的预变形，这就是轴承的预紧。（5） 承载能力和寿命主轴轴承通常载荷相对较轻。一些特殊重载主轴外轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴承的寿命，主要不是取决于疲劳点蚀，而是由于磨损而降低精度。3主轴组件的动态特性通常，主轴组件的固有频率很高，但是，高速主轴，特别是带内装式电动机高速主轴，电动机转子是一个集中质量，将使固有频率下降，有可能发生共振。改善动态特性，可采取下列措施：（1） 主轴组件的固有频率避开激振力频率。（2）增大阻尼。（3）采用消振装置。4主轴轴承的润滑滚动轴承在接触区的压强很高

24、，在这么高的压强下，接触区产生变形，是一块小面积的接触而不是一条线或一个点的接触；润滑剂在高压下被压缩，粘度升高了。因此，才能在滚动体与滚道的接触区，形成一定厚度的油膜，把两者隔开，滚道体与滚道的接触面积很小，所以，滚动轴承所需的润滑剂很少的。当然，也可用脂润滑，还有用油气润滑的。（1） 脂润滑滚动轴承能用脂润滑是它的突出优点之一。脂润滑不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果脂的选择合适、洁净、密封良好，不使灰尘、油、切削液等进入，寿命是很长的。一次充填可用到大修，不需补充，也不要加脂孔。脂润滑可选用锂基脂，如SKFLGLT2号（常用于球轴承）。（2） 油气润滑如果dn值较大时，还需对轴承进

25、行冷却。如果用油兼作润滑和冷却，则由于油的搅拌作用，温升反而会增加。最好用油润滑，用空气冷却。油雾润滑能达到这个目的，但是易污染环境。比较好的方法是油气润滑：在吹向轴承的空气中定期地注入油，油并不雾化，用后可回收，不污染环境。油 用于润滑，空气用于冷却。3.2 主轴系统计算 三角带传动的计算和选定 三角带的选用应保证有效地传递最大功率（不打滑）并有足够的使用寿命（一定的疲劳强度）。 (1) 确定计算功率P kW式中：K工况系数P电机额定功率 Kw (2) 选择三角带型号 根据P、n选SPA型 窄V带 (3) 确定带轮直径D、D 小带轮直径D应满足：DD 查表7-4取D,故选择D (4) 计算胶

26、带速度 故 D选择合格 D (5) 确定中心距a和带长L 得 初选 带长 查表7-3，取 中心距 a的调整范围： (6) 验算小带伦包角 得 ， 即满足条件。 (7) 确定V带根数z 由表7-6a查得 由表7-10查得 由表7-11查得 由表7-9查得 由表7-3查得 代入求根公式，得 取z=6,符合表7-4推荐的轮槽数 (8) 确定出拉力 由表7-5得 (9) 计算作用在轴上的压力 3.3 进给伺服系统的设计3.3.1 进给伺服系统的设计要求在静态设计方面有：(1) 能够克服摩擦力和负载；(2) 很小的进给位移量；(3) 高的静态扭转刚度；(4) 足够的调速范围；(5) 进给速度均匀，在速度

27、很低时无爬行现象；在动态设计方面的要求有：(1) 具有足够的加速和制动转矩；(2) 具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满意的表面质量；(3) 负载引起的轨迹误差尽可能小； 对于数控机床机械传动部件则有以下要求(1)被加速的运动部件具有较小的惯量；(2)具有较高的刚度；(3)良好的阻尼；(4)传动部件在拉压刚度 扭转刚度 摩擦阻尼特性和间隙等方面尽可能小的非线性；3.3.2 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析1时间响应特性进给伺服系统的动态特性，按其描述方法的不同，分为时间响应特性和频率响应特性。时间响应特性是用来描述系统对迅速变化的指令能否迅速跟踪的特性，它由瞬态响

28、应和稳态响应两部分组成。由于系统包含一些储能元件，所以当输入量作用于系统时，系统输出不能立刻跟随输入量变化，而是在系统达到稳定之前表现为瞬态响应过程（或叫过渡过程）。2. 频率响应特性频率响应特性是从微分方程出发，研究系统响应随时间的变化的规律，即在已知传递函数的前况下，从系统在阶越输入及斜坡输入时间应速度及振荡过程的状态中来获得动态特性参数。所谓频率响应特性,就是系统对正弦输入信号的响应，即它通过研究系统对正弦输入信号的响应规律来获得启动态特性。3. 快速性分析所谓快速性分析是指分析系统的快速响应性能，快速性反映了系统的瞬态质量。对于线性进给伺服系统，由于它包含各种电路、机电转换装置和机械传

29、动机构，系统各环节都有时间常数，对高频信号来不及反应，只是一个地通漏波器。这种系统的通频宽带，对高频信号响应速度快，所以从开环频率特性图看，提高系统的截止频率，则可以提高闭环回路的响应速度。3.4进给传动的计算3.4.1 X轴滚珠丝杠副(1) 精度 要求：进给精度 快速进给精度(2) 疲劳强度 丝杠的最大载荷为最大进给力加摩擦力，最大进给力为1625N,工作台质量700kg,则：1） 摩擦力 根据机电一体化设计基础 计算载荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D级精度则： 2） 计算额定动载荷 取丝杠的工作寿命为, 3） 选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝

30、杠副数据：公称直径 导程 滚珠直径 按表2-1种尺寸公式计算： 滚道半径 偏心距 丝杠内径 4） 稳定性验算 丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数，取。 安全系数 查表2-10，S=2

31、.53.3 ,SS,丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临界转速。要求丝杠的最大转速。 临界转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求 5） 刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T()共同作用下引起每个导程的变形量(m)为： 式中:A丝杠截面积,；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；T为转矩。 式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；为平均工作载荷 按最不利的情况取（其中） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： 通常要求丝杠

32、的导程误差小于其传动精度的1/2，即 该丝杠的满足上市，所以其刚度可以满足要求。 6） 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。3.4.2 Y轴滚珠丝杠副 （1） 精度 要求：进给精度 快速进给精度 （2） 疲劳强度 丝杠的最大载荷为最大进给力加摩擦力，最大进给力为1625N,工作台质量900kg,则： 1）摩擦力 根据机电一体化设计基础 计算载荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D级精度则： 2）计算额定动载荷 取丝杠的工作寿命为, 3）选用 FC1-4020

33、-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据：公称直径 导程 滚珠直径 按表2-1种尺寸公式计算： 滚道半径 偏心距 丝杠内径 4）稳定性验算丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数，取。 安

34、全系数 查表2-10，S=2.53.3 ,SS,丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临界转速。要求丝杠的最大转速。 临界转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求 5）刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T()共同作用下引起每个导程的变形量(m)为： 式中:A丝杠截面积,；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；T为转矩。 式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；为平均工作载荷 按最不利的情况取（其中） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的

35、导程误差为： 通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2，即 该丝杠的满足上市，所以其刚度可以满足要求。 6）效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验算，FC1-4010-2.5各项性能均符合题目要求，所以合格。3.4.3 Z轴滚珠丝杠副（1）精度要求：进给精度 快速进给精度（2）疲劳强度丝杠的最大载荷为主轴重量加摩擦力，最小载荷为主轴重量减最大进给力的垂直分力。主轴重量为300kg,则：1）摩擦力 根据机电一体化设计基础 计算载荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D级精度则： 2）计算额定动载荷 取丝杠的工作寿命为,

36、3）选用 FC1-4020-2.5型丝杠，由表2-9得丝杠副数据：公称直径 导程 滚珠直径 按表2-1种尺寸公式计算： 滚道半径 偏心距 丝杠内径 4）稳定性验算丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩

37、（）；为长度系数，取。 安全系数 查表2-10，S=2.53.3 ,SS,丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临界转速。要求丝杠的最大转速。 临界转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求 5）刚度验算 滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T()共同作用下引起每个导程的变形量(m)为： 式中:A丝杠截面积,；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；T为转矩。 式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；为平均工作载荷 按最不利的情况取（其中） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为： 通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2，即 该丝杠的满足上市，所以其刚度可以满足要求。 6）效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。经