毕业设计（论文）-MJ—50型数控车床进给传动系统设计.doc

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1、四川大学毕业设计 论文 说明书 第 I 页 MJMJ5050 型数控车床进给传动系统设计型数控车床进给传动系统设计 摘要 伺服进给系统是数控机床的重要组成部分，对机床整体性能有着决定性的影响。 越来越多的研究人员在进给伺服系统的研究中投入大量精力。研究设计进给系统的结 构，并进行误差计算和精度分析，有利于深入了解进给系统的原理和设计方法，进而 探求可能的优化设计。 本次设计了以滚珠丝杠螺母副为核心元件的 MJ-50 数控车床十字工作台进给传动 系统。MJ-50 数控车床进给传动系统主要由电动机、滚珠丝杠、十字工作台、联轴器、 导轨组成。通过对数控车床进给传动系统的设计理论，首先进行了伺服进给传

2、动系统 的总体方案设计以及机床精度的选择；其次是沿 Z 轴（纵向）进给和沿 X 轴（横向） 进给传动系统设计的滚珠丝杠螺母副的计算与选择、滚珠丝杠支承轴承的选择、通过 计算选择进给传动系统的其他相关元器件、对传动系统的刚度、惯量匹配等进行了校 核验算；再次通过计算来选择进给传动系统的伺服电动机以及联轴器，最后进行导轨 的选择。证明计算得出的结果较好得满足了提出的设计要求，利用 Auto CAD 软件绘 制了相关的装配图。 关键词：数控车床, 进给伺服系统, 滚珠丝杠螺母副 四川大学毕业设计论文说明书 第 II 页 The Design drives system of CNC Lathes A

3、bstract Servo system is an important part of NC machine tools, having adecisive influence on the overall performance of machine tool. More and more researchers devote a great deal of energy in the study of servo system. Studying on design of feeding system structure, error calculation and precision

4、analysis are helpful for understanding the feed system principle and design method, then exploring possible optimization design. This design of a ball screw pair for the MJ-50 CNC lathe cross slide table of the core components of the feed drive system. MJ-50 CNC lathe feed drive system motors, ball

5、screws, cross table, couplings, rail. CNC lathe feed drive system design theory, the overall program design and the choice of machine precision servo feed drive system; followed along the Z axis (vertical) to feed along the X axis (horizontal) feed drive calculation and selection of the system desig

6、n of the ball screw nut, ball screw support bearings choice, selected by calculating the other components of the feed drive system, the stiffness of the drive system inertia matching checking checking; again calculation to select the feed drive system, servo motor coupling, the final choice of rail.

7、 Better prove that the calculated results must meet the requirements of the proposed design. Using the Auto CAD software rendering the related parts graph and assembly drawing. paper . Key words: CNC lathes, Servo System, Ball screw pair 四川大学毕业设计论文说明书 第 III 页 目录 1 绪论绪论1 1.1 数控机床的概念.1 1.2 数控机床的组成分类及特

8、点1 1.2.1 数控机床的组成.1 1.2.2 数控机床的分类.1 1.2.3 数控机床的特点.2 1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状.2 1.4 我国数控系统的发展现状及趋势3 1.4.1 数控技术状况3 1.4.2 数控系统的发展趋势.4 1.5 伺服系统对伺服电机的要求4 1.6 设计的内容、目的和方法.5 2 进给系统的总体设计进给系统的总体设计.6 2.1 机床的主要性能参数6 2.2 进给系统的精度要求7 2.3 进给传动控制伺服系统的选择.7 2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择8 2.4.1 进给系统的传动要求8 2.4.2 传动类型的选择.8 2.5 电机与丝杠

9、联接方式的选择9 2.6 支撑形式方案选择10 3 总体方案设计总体方案设计.12 3.1 方案设计及总体布局12 3.2 主切削力的计算12 4 横向进给系统横向进给系统.15 4.1 已知技术参数15 4.2 X 轴滚珠丝杠的计算及选择15 4.3 滚珠丝杠支承轴承的选择.19 4.4 X 轴滚珠丝杆的校核.20 4.4.1 临界压缩负荷.20 4.4.2 临界转速.21 4.4.3 丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率22 4.4.4 丝杠扭转刚度23 4.4.5 传动精度计算.24 4.5 X 轴滚珠丝杠进给系统变形计算25 4.5.1 滚珠丝杠精度计算25 4.6 X 轴进给伺服电机的选

10、择计算28 4.6.1 X 轴进给伺服电机的校核30 四川大学毕业设计论文说明书 第 IV 页 4.7 联轴器选择31 5 纵向进给系统纵向进给系统.32 5.1 已知技术参数32 5.2 Z 轴滚珠丝杠的计算及选择32 5.3 Z 轴滚珠丝杠支承轴承的选择.34 5.4 Z 轴滚珠丝杆的校核35 5.4.1 临界压缩负荷.35 5.4.2 临界转速.35 5.4.3 丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率35 5.4.4 丝杠扭转刚度.36 5.4.5 传动精度计算37 5.5 Z 轴滚珠丝杠进给系统变形计算37 5.5.1 Z 轴精度计算38 5.6 Z 轴进给伺服电机的选择计算.38 5.6.

11、1 伺服电机的校核.40 5.7 联轴器的选择41 6 床身及导轨床身及导轨.42 6.1 床身的选择42 6.2 导轨的选择43 结结 论论.46 致致 谢谢.47 参考文献参考文献.48 、 四川大学毕业设计论文说明书 第 1 页 1 1 绪论绪论 1.1 数控机床的概念数控机床的概念 数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物， 是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比，其 优越性是显而易见的，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度极高，可 减轻工人的体力劳动强度，大大提高了生产效率，特别值得一提的是数控机床可完成 普通机

12、床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造 业中的地位愈来愈显得重要。 1.2 数控机床的组成分类及特点数控机床的组成分类及特点 1.2.1 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。 1、控制介质：以指令的形式记载各种加工信息； 2、数控装置：接受输入的加工信息，经数控装置运算处理，向伺服系统发出相应 的脉冲； 3、伺服系统：把数控装置的脉冲信号转换成机床运动部件的机械位移；用于实现 数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。 4、机械系统：包括，主轴部分、进给系统、刀库和自动换刀装置(ATC)、自动托 盘交换装置(APC)

13、等。 1.2.2 数控机床的分类数控机床的分类 数控机床的品种和规格繁多，分类方法不一。根据不完全统计，目前已有近 500 种数控机床。 四川大学毕业设计论文说明书 第 2 页 根据数控机床的功能和组成，一般分为以下几类： 按坐标轴数分类：一般数控机床，数控加工中心机床，多坐标轴数控机床； 按特点分类：点位控制数控机床，直线控制数控机床，轮廓控制数控机床； 按有无测量装置分类：开环数控系统，半闭环数控系统，闭环数控系统； 按功能水平分类：经济型，普及型，高级型。 1.2.3 数控机床的特点数控机床的特点 数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、 高效能的自动化机

14、床，尤其对于约占机械加工总量 80%的单件、小批量零件的加工， 更显示出其特有的灵活性。概括起来，数控机床有以下几方面的特点： 1、提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质量稳定； 2、提高生产效率，一般约提高效率 3-5 倍，使用数控加工中心机床则可提高生率 5-10 倍； 3、可加工形状复杂的零件； 4、减轻了劳动强度，改善了劳动条件； 5、有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。 1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状数控系统的发展简史及国外发展现状 1949 年美国帕森公司首先提出了机床数字控制的概念。1952 年第一代数控系统 电子管数控系统的诞生。20 世纪 50

15、 年代末，完全由固定布线的晶休管元器件电路所 组成的第二代数控系统晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难 以推广的电子管控制装置。随着集成电路技术的发展，1965 年出现了第三代数控系统 集成电路数控系统。1970 年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四 代数控系统小型计算机数控系统，然后，随着微型计算机以其无法比拟的性能价 格比渗透各个行业，1974 年，第五代数控系统微型计算机数控系统也出现了。应 用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。 综上所述，由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统也随着不 四川大学毕业

16、设计论文说明书 第 3 页 断更新，发展非常迅速，几乎 5 年左右时间就更新换代一次1。 数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高科技含量的 机电一体化产品。欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程，1990 年 日本机床产值数控化率达 75，美国达 701，德国达 57。目前世界数控机床年 产量超过 15 万台，品种超过 1500 多种2。 1.4 我国数控系统的发展现状及趋势我国数控系统的发展现状及趋势 1.4.1 数控技术状况数控技术状况 目前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也 是由封闭型向开放型过渡的时期。 我国数控系统在技

17、术上已趋于成熟，在重大关键技术(包括核心技术)，已达到国际 先进水平。自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开 发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。例如， 曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题， 当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系m1 . 0 统、实时多任务操作系统都已研制成功。尤其是基于 PC 机的开放式智能化数控系统， 可实施多轴控制，具备联网进线等功能既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平 台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。特别重要的是，我国数控系统的可

18、 靠性已有很大提高，MPBF 值可以在 15000h 以上。同时大部分数控机床配套产品已能 国内生产，自我配套率超过 60%。这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了 基础1。 我国进行改革开放后，由于政策的开放，使得金属切削行业得以和世界上先进的 机床制造国家进行技术交流，并通过引进技术，到 80 年代初，国产数控机床进入实用 化阶段，1991 年数控机床的产值数控化率为 143，到 1997 年数控机床产值数控化 率为 245。目前，我国数控机床(包括经济型机床)品种约有 500 个。 但是，与国外数控车床相比，在性能、质量、 设计、制造等各方面存在较大差异， 四川大学毕业设计论文说明

19、书 第 4 页 并存在许多不足：机械件的材质、加工精度、加工工艺存在较大差距，装配工艺也存 在一定差距；主轴及卡盘刚性差，主轴定位准停不好；安全性较差，软硬件保护功能 不够；刀片磨损快，生产成本高，效率低；硬件设计方面不规范，不符合国标，有的 机床厂家甚至仍然停留在十年二十年前的设计思想；程序设计方面缺乏标准，不规范， 逻辑性不强，故障率高，在使用过程中需不断对程序进行修改；外围元件布置及走线 不规范，标牌线号不清，图纸与实物不符，维修困难；使用的元器件本身质量差，使 用寿命短，故障率高，有的机床厂家为了降成本却忘记了质量、忘记了可靠性，选用 一些国产的轴承、接触器、继电器、接近开关等元件，在

20、生产过程中小故障连绵不断； 柔性化不强，多品种生产困难。而国外数控车床无论是设计水平，还是制造水平，都 要高出国内数控车床。机械件材质、加工精度、加工工艺、装配工艺比较好；软硬件 设计有专门的标准，设计规范合理，配套件齐全，标牌标示清楚齐全；使用的元器件 质量好，故障率低；新技术的应用及时领先；概括来说，精度及可靠性高、性能稳定 故障率低3 。 1.4.2 数控系统的发展趋势数控系统的发展趋势 随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领 域日益扩大。为了满足社会经济发展和科技发展的需要，数控系统正朝着高精度、高 速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。 1

21、.5 伺服系统对伺服电机的要求伺服系统对伺服电机的要求 1 、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如 0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 2、电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺 服电机要求在数分钟内过载 4-6 倍而不损坏。 3、为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有 尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受 4000rad/s2 以上的角加速度的能力， 才能保证电机可在 0.2s 以内从静止启动到额定转速。 4、电机应能随频繁启动、制动和反转。 四川大学毕业设计论文说明书 第

22、5 页 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控车床的伺服系统已开 始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向 全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字 PID， 使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施， 使控制精度和品质大大提高4。 1.6 设计的内容、目的和方法设计的内容、目的和方法 本次设计的内容是机床总体方案设计纵向及横向伺服进给机构的理论计算、结构 设计及绘制装配图、数控系统设计及外文资料文献翻译，并撰写毕业设计论文。 设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题

23、的能力，提 高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘 图、数据处理、外文文献阅读、使用手册等基本技能得到训练和提高，培养正确的设 计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合作精神。 四川大学毕业设计论文说明书 第 6 页 2 2 进给系统的总体设计进给系统的总体设计 2.1 机床的主要性能参数机床的主要性能参数 本设计对数控车床的进给系统进行了设计，该数控车床具有刚度高、排屑功能流 畅、运转噪音低、传动效率高、精度保持性好、有效寿命长等优点。 车床的进给伺服系统采用交流伺服电机驱动，选用精密数控系统，并合理选用高 精度元器件，保证了伺服系统达到要求的精度、重复定位

24、精度，并使其具有高刚度和 良好的稳定性。 车床的主要技术参数如表 2.1 所示。 表 2.1 车床主要技术参数 序 号项 目子 项 目单 位参 数 值 工件最大回转直径mm 500 最大车削长度mm650(顶尖距) 1 加工范围 最大车削直径mm 310 主轴通孔直径mm 80 主轴转速范围r.p.m353500 主轴恒功率范围r.p.m4373500 主轴恒扭矩范围r.p.m35437 2主轴 主轴电机功率kw11/15(连续、30min) 倾斜角度度 45 X 轴行程mm675 Z 轴行程mm182 X 轴快速移动速度m/min15 3床鞍 Z 轴快速移动速度m/min10 四川大学毕业设

25、计论文说明书 第 7 页 2.2 进给系统的精度要求进给系统的精度要求 良好的电气部件设计和机械结构设计，能保证进给伺服系统的精度和稳定性。本 设计着重进行进给伺服系统的机械结构设计、传动设计。本车床精度较高，能进行微 米级加工，能获得高质量的加工表面。进给系统采用滚珠丝杠螺母副传动，Z、X 两轴 联动，单轴具有较高的定位精度和重复定位精度。 2.3 进给传动控制伺服系统的选择进给传动控制伺服系统的选择 1、开环伺服系统 开环伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机。开环 进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。但由于其结构简单， 易于调整，在精度要求不太高

26、的场合中得到较广泛的应用。 2、闭环控制系统 因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根 本的办法是采用闭环控制方式。闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对数控机床 工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。 3、半闭环控制系统 采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服 电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统。半闭环控制系 统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是 把角位移检测装置安装在电动机轴端。 数控机床要求达到预定的精度要求以外，根据需求，并且考虑到经济的效益，还

27、要求具有良好的稳定性和快速响应能力。基于这些要求，本设计采用闭环控制方式， 包含位置反馈环合速度反馈环闭环控制能够较好地减小误差，有利于提高机床性能。 伺服系统控制原理图如图 2.1 所示。 四川大学毕业设计论文说明书 第 8 页 图 2.1 进给伺服系统原理图 2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择进给系统的传动要求及传动类型的选择 2.4.1 进给系统的传动要求进给系统的传动要求 数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。 为此，数控机床的进给传动系统必须满足: 1、低惯量； 2、低摩擦阻力； 3、高刚度； 4、高谐震； 5、消除传动间隙。 2.4.2 传动

28、类型的选择传动类型的选择 数控机床进给传动系统的基本传动方式常用的有两种：滚珠丝杠螺母副和静压丝 杠螺母副。 1、滚珠丝杠螺母副 在数控机床上，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用滚珠丝杠螺 母副。其特点是：传动效率高，一般为 =0.920.98；传动灵敏，摩擦力小，不易产 生爬行；使用寿命长；具有可逆性，不仅可以将旋转运动转变为直线运动，亦可将直 线运动变成旋转运动；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无 四川大学毕业设计论文说明书 第 9 页 空行程；是目前中、小型数控机床的常见的传动方式。 2、静压丝杠螺母副 其特点是：摩擦系数小，仅为 0.0005， ；平稳性

29、高；反向间隙小；但是，静压丝杠 螺母副应有一套供油系统，而且对有的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断， 将造成不良后果。 由以上比较，根据要求，纵向进给传动系统和横向进给传动系统都采用滚珠丝杠 螺母副的传动方式。 2.5 电机与丝杠联接方式的选择电机与丝杠联接方式的选择 滚珠丝杠螺母副与电动机的联接的型式主要有三种： 1、联轴器直联接 这是一种最简单的连接型式.这种结构型式的优点是:具有最大的扭转刚度；传动机 构本身无间隙,传动精度高,而且结构简单,安装、调整方便，适用于像中小型号的数控车 床。联轴器采用弹性柱销联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象. 采用这种弹性柱销联轴

30、器把电动机与丝杠直接联接， ，不仅可以简化结构，减少噪声， 而且可以消除传动间隙，能减少中间环节带来的传动误差,提高传动刚度。 2、通过齿轮联接 这种调整方法的优点是可以在齿轮的齿厚和周节变化的情况下,保持齿轮的无间隙 啮合；但是结构比较复杂,轴向尺寸大、传动刚度低、传动平稳性较差，一般用于精度 要求低的机床中。 3、通过同步齿形带联接 同步齿轮带传动具有带传动和链传动的共同优点,与齿轮传动相比它结构更简单,制 造成本更低,安装调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的张紧力； 但是在同步齿形 传动设计时对材料的要求很高。 在满足机床要求的前提下，通过对比本课题采用通过联轴器联接电机与丝杠副， 四

31、川大学毕业设计论文说明书 第 10 页 这是一种简单的联接形式具有大的扭转刚度，制造成本低，传动精度高，而且结构简 单，安装调整方便。 2.6 支撑形式方案支撑形式方案选择选择 滚珠丝杠螺母副是一种将旋转运动转化为直线运动的理想传动件，因其具有螺纹 丝杠无法比拟的优点，被广泛应用于各行业，更是普通数控机床、精密机床不可或缺 的零部件。兼具高效率、高精度、可逆性的特点。滚珠丝杠螺母副具有驱动力矩小、 精度高、可实现微进给、无侧隙、刚度高、高速度等优点。 滚珠丝杠的支撑形式有四种： 如图 2.2 所示： （a）此种形式适用于中小载荷，低速，短丝杠垂直安装； （b）此种形式适用于中等转速，高速度，高

32、精度； （c）此种形式适用于中等载荷，中等转速； （d）此种形式适用于承载能力大，高速，高刚度，高精度的车床。 （a）一端固定、一端自由 （b）两端游动 （c）一端固定、一端游动 （d）两端固定 图 2.2 滚珠丝杠的支撑形式 从刚度计算可以看出，丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大。而采用两端固定 的支承方式压杆稳定性和临界转速高，丝杠的轴向刚度为一端固定的 4 倍，丝杠可以 预拉伸，预拉伸后可减小丝杠自重下垂和补偿热膨胀且轴承组合的刚度高以及高速回 四川大学毕业设计论文说明书 第 11 页 转时自由端的晃动。因此我拟采用两端固定的支撑方式。 因此拟采用两端固定的支撑方式这种形式适用于对刚度和

33、位移精度要求高的场合， 符合本设计的设计条件。 对于驱动电机，由于系统要求精度高，X、Z 两轴应该分别用独立电机驱动，不宜 采用步进电机驱动，因此选用交流伺服电机。 四川大学毕业设计论文说明书 第 12 页 3 3 总体方案设计总体方案设计 3.1 方案设计及总体布局方案设计及总体布局 机床结构可以布置成卧式、立式、倒立式及斜置式等，根据设计任务加工轴 类和直径不太大的盘、套类零件，采用卧式斜床身形式。主轴水平安装，横向成 45布 置。 数控机床的伺服系统是连接数控系统和机床主体的重要部分，在设计中，在伺服 方式上选择最广泛应用的半闭环方式。采用螺旋传动，计算滚珠丝杠副尺寸规格，接 着进行丝杠

34、的校核并进行精度等验算，根据计算的扭矩选择伺服电机。 3.2 主切削力的计算主切削力的计算 切削力的大小可用各种测力仪测得，也可用实验得出的近似公式计算： (3.1) PZPZ XY ZPZ PC tsk (3.2) vPZPZPZhPZPZ kkkkkk 料 (3.3)NkgkkkkkstCP PZhPZyPZvPZpz YX PZZ PZzPZz . 式中 系数。决定于工件材料和加工方法，在一定的切削条件（v、s、t 固 pz C 定）下，为一常数。大表示工件材料的加工性差；小表示工件材料的加工 pz C PZ C pz C 性好。 k总的修正系数。决定于工件材料、切削用量和刀具几何形状等

35、。 分别为工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨损限 vPZPZPZhPZPZ kkkkk 料 度对 P 的修正系数。 、指数。一般情况下。这说明吃刀深度对切削力的影响要比 pz X pz Y pzpz YX 走刀量对切削力的影响大。 下表所列为的系数、指数和修正系数。这些系数在下列条件下制定：刀片材料为 四川大学毕业设计论文说明书 第 13 页 硬质合金，工件材料为碳素结构钢， 2 b mmkg.N75minm50 45 ，后刀面磨损限度，切削时不用冷却液，车削外圆。 10 0 mm2 . 1:9 . 0h 它们的系数、指数和修正系数之值也各有不同，可从有关手册中查得，如表 3.1。 表

36、3.1 系 数 及 指 数 工件材料 PZ C PZ X PZ Y 结构钢16710075 修 正 系 数 b 4050:5060:6070:7080:8090:90100:工 件 材 料 = PZ k料 08409009510104109 v=50100200300400500切 削 速 度 = vPZ k 10090082077074071 =3045607090主 偏 角 = PZ k 10810094094089 =+20+100-10-20前 角 = PZ k 09010111213 h=091.2:1.52.0:后刀面磨 损限度 = hPZ k 1.01.05 切削功率是切削时在切

37、削区内消耗的功率。当切削速度为已知时，切削功率可用 下式计算： (3.4) 102 606120 ZZ P vP v Nkw 切削 在校验机床选用的电动机功率时应使 (3.5)NNk 切削过电机 式中 机床电动机名义功率（千瓦） ；N电机 四川大学毕业设计论文说明书 第 14 页 机床效率（一般齿轮机床=0.70.8） ；: 电动机超载时容许的系数（一般=1.25） 57。k过k过 如表 2，取其中各参数的最大值进行估算： 取 =167， =1.0， ， PZ C PZ X0.75 PZ Y =1.09， =1.08， =1.3， =1.05， =0.9 PZ k料 PZ k PZ k hPZ

38、 k vPZ k 取 切深 t=5mm，进给量 s=0.3mm/r 则由公式(3.3)： N N Nkg PZ 4800 4979 . 5 . 489 05 . 1 3 . 108 . 1 9 . 009 . 1 3 . 05167 75 . 0 (3.6) :1:0.25:0.4 :4800:1200:1920 XY XY FF FF Z Z 而 F F 切削功率：取切削速度为 105m/min，由公式(3.4)(3.5)得: 489.5 105 8.4 6120 Nk 切削 8.4 0.75 1.25 8.96 N N k k 切削 电机 过 取 11Nk 切削 四川大学毕业设计论文说明书

39、 第 15 页 4 4 横向进给系统横向进给系统 4.1 已知技术参数已知技术参数 横向最大行程（X 轴）182mm； 横向快速进给速度：10 m/min； 刀架估计质量：150kg； 滑板的估计尺寸（长 宽 高）：400mm 200mm 80mm； 材料选为 HT200。 4.2 X 轴滚珠丝杠的计算及选择轴滚珠丝杠的计算及选择 1、滚珠丝杠导程的确定 在本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比为，设电机的最高工作转速为1i ，则丝杠导程为：min1500 max rn (4.1) max max n v Ph ，取 33 . 5 1500 1010 3 h p6 h P 2、确定丝杠的等效转速

40、 (4.2)/min h v nr P 由公式(4.2),最大进给速度时丝杠的转速： min67.1666 6 1010 3 max max r P v n h 最小进给速度时丝杠的转速：min167 . 0 6 1 min min r P v n h 丝杠等效转速：（取 ） 12 2tt 四川大学毕业设计论文说明书 第 16 页 (4.3)min 21 2min1max r tt tntn nm ，转速，作用下的时间(s)。 1 t 2 t max n min n min17.1111 21 2min1max r tt tntn nm 3、估计工作台质量及工作台承重 刀架质量： 1 150

41、9.81470GN 滑板： 39 2 400 200 80 7.85 109.81 10520GN 总质量：NGGG20005201470 21 4、确定丝杠的等效负载 工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力，它的数值可用进 给牵引力的试验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 0.03，K 为颠覆力矩 影响系数，一般取 1.1 1.5，现取为 1.1，则丝杠所受的力为（如图 4.1 所示）： : 图 4.1 受力分析 (4.4) max 22 () 22 22 1.1 12000.03 (20004800) 19202000 22 XZY FKFfGFFG =2013N

42、min 0FN 四川大学毕业设计论文说明书 第 17 页 maxmin FFF 其等效负载可按下式估算 （取 ， ）： 21 tt 21 2nn t1，t2轴向载荷，作用下的时间(s)。 max F min F n1，n2轴向载荷，作用下的转速(r/min)。 max F min F (4.5)N tntn tnFtnF Fm1396 3 1 2211 22 3 min11 3 max 5、确定丝杠所受的最大动载荷 (4.6) 1/3 60 6 10 FfT n m wh m CN a f f f f t h a k fw负荷性质系数；（查表：当一般运转时，fw 为 1.2 1.5，取 fw=

43、1.5。 ）: ft温度系数；（查表：） fh硬度系数；（查表：滚道实际硬度HRC58 时，fh=1。 ） fa精度系数；（查表：当精度等级为 3 时，fa=1.0。 ） fk可靠性系数；(查表：可靠性为 90%时，fk =1.00。) Fm等效负荷(N)； nm等效转速(r/min)； Tn工作寿命(h)。 （查表得：数控机床：Th=15000。 ） 由公式(4.6) 6 6060 15000 888.94800 10 hm T n N nT fFCn mh wmarcr 16347 10 60 3 1 6 6、丝杠轴向压力选取丝杠底径 4 4 3 10 m LF d a xsp （4.7）

44、 式中， X 轴滚珠丝杠底径，mm；丝杠支承距离， mm； xsp d . L 四川大学毕业设计论文说明书 第 18 页 压弯临界载荷，N；与丝杆支承方式有关的临界载荷系数，见表 4.1 a Fm 四川大学毕业设计论文说明书 第 19 页 表 4.1 系数和mf 支承方式 f m 双推-双推21.920.3 双推-支承15.110.2 单推-单推9.75.1 双推-自由3.41.3 计算为保证强度和精度，估取进行计算。将各项数值代入式（4.7） ，LmmL400 得：。mmd xsp 4 . 7 . 7、最大转速限制 滚珠丝杠的最大转速应满足下式的要求： And xsp max. . （4.8

45、） 式中， 丝杠底径，mm； xsp d . 丝杠最大转速，r/min； max n 常取=5000070000.AA 已知丝杠最大转速为，取=70000 计算，得：。min1500 max rnAmmd xsp 28 . 8、选择丝杠直径 由上述计算结果，可以得知选取的滚珠丝杠螺母副须满足一下限制： oaa CCC max.min.xspspxsp ddd 9、选择滚珠丝杠型号 由文献7,8可知，查表选定为山东济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的外循环插 管式垫片预紧导珠管埋入型丝杠，型号： CDM3206-3。丝杠公称直径为 32mm，基 本导程，其额定动载荷，额定静载荷，圈数 列数mmph

46、6NCa16917NCa45968 =3 2，丝杠螺母副的接触刚度为，丝杠底径 27.9mm，螺母长度为 umNKc1130 108mm，取丝杠的精度为 3 级。 四川大学毕业设计论文说明书 第 20 页 4.3 滚珠丝杠支承轴承的选择滚珠丝杠支承轴承的选择 计算动态等效载荷： 表 4.2 径向载荷系数（）和轴向载荷系数 （）XY 组合列 数 2 列3 列4 列 组合形 式代号 DFDTDFDDTDDFTDFFDFTDTT 2.17e 承受轴 向载荷 的列数 1 列2 列1 列2 列3 列1 列2 列3 列4 列 X 1.91.432.331.172.332.53 / ar FFe Y 0.5

47、40.770.350.890.350.26 X 0.920.920.920.920.920.920.920.920.92 / ar FFe Y 动态等效载荷： a P ara PXFYF （4.9） 式中，径向载荷, N； r F 轴向载荷, N； a F 径向载荷系数；X 轴向载荷系数。Y 计算动载荷： a C 3 aah CPL （4.10） 代入数值，查阅机械设计手册 ，可得底径为 27.9mm 的滚珠丝杠的右端轴承内 径应略小于丝杠外径，取，型号规格为 25TAC62A。内循环滚珠丝杠必须有一端25 轴承内径小于螺纹底径。选左断轴承内径。型号规格为 20TAC47A 其轴端轴承 2 d20 安装轴直径为 20mm，满足设计要求。 在本设计中采用固定固定安装的双螺母垫片预紧的成对滚珠丝杠专用轴承组 四川大学毕业设计论文说明书 第 21 页 合。 滚珠丝杠支承用专用轴承的特点： 1、刚性大。由于采用特殊设计的尼龙成形保持架，增加了钢球数，且接触角为 60轴向刚性大。 2、不需要预调整。对每种组合形式，生产厂家已作好了能得到最佳预紧力的间隙， 故用户在装配时不需要再调整，只要按厂家作出的装置序列符号（）排列后， 装紧即可。 3、起动力矩小。与圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承相比，起动力矩小。 为了