普通车床数控化改造毕业说明书

毕业设计（论文）任务书系 部机械工程系指导教师职 称教授学生姓名专业班级学 号论文题目普通车床数控化改造论文内容目标及进度要求本课题改造设计经济型数控车床，应满足实用和加工精度的要求。1. 调研：了解各种数控机床进给伺服系统中二维工作台的工作性能和加工要求情况，了解开环伺服传动系统的组成和特点，提出应满足的技术要求和条件，分析、比较各种可能的方案并提出初步设计方案；2. 研究和确定数控车床进给伺服系统的总体设计方案，要求有必要的分析和计算过程；3. 结构设计，要求画出总体结构图、关键零部件图并对关键零部件进行校核和验算；4. 控制系统设计，画出控制系统原理图；5. 撰写设计说明书（30-40页左右）；6. 基本技术要求： 结构尺寸：普通车床CA6132 数控车床的设计参数：规格加工最大直径加工最大长度溜板及刀架重力(N)刀架快移速度(m/min)最大进给速度(m/min)定位精度mm主电机功率kw启动加速时间ms纵向横向纵向横向纵向横向3203207008805502.41.20.80.40.014.9525根据数控机床要求，由调研确定工作台定位精度和重复定位精度、脉冲当量等参数；7. 绘制主要零部件图不少于2张，装配图1张；8. 设计进度：1)、15 周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案；2)、610周，设计计算，绘图；3)、1113周，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。指导教师签名： 年 月 日系 部审 核毕业设计（论文）学生开题报告课题名称普通车床数控化改造设计课题类型理论探究型指导教师学生姓名学 号专业班级本课题的研究现状、研究目的及意义 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。当前在我国国民经济的各行各业发挥着越来越重要的作用，数控机床已经成为企业技术改造的首先设备之一。我国的数控技术发展很快，呈现出高速度、高精度、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化合环保化发展的态势。与国外数控技术的发展相比，我国数控技术的发展仍然存在着较大差距。 通过该课题的研究，努力达到以下目的： 1、加强数控机床结构设计和模块化训练； 2、加强数控机床功能部件的选型与设计计算的训练； 3、加强数控机床的整机设计中应该把握的主要问题的训练普通机床数控化改造的研究意义： 1）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3）提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3 至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期 课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型本课题的研究内容1. 进给传动系统的设计，包括：进给传动系统的轴向载荷计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杆螺母副的选型与计算，进给传动系统的刚度计算，进给传动系统的误差分析，驱动电动机的选型与计算，进给传动系统的动态特性分析，驱动电机与滚珠丝杆的连接。2. 控制系统的设计，包括：控制系统硬件的基本组成，控制系统软件的组成及结构，计算机伺服控制系统和可编程控制系统。3. 滚珠丝杆螺母副进行预紧的原因和方法，各种预紧方法是怎样实现的。还有设计的支承方式，常用的轴承有哪些作为它的支。4. 机械传动系统的启动力矩的组成部分，以及电机惯量的匹配原则。5. 设计和安装的时候，滚珠丝杆在水平面内和垂直面内与车床导轨的平行度的保证，对其预紧拉伸。6. 在数控车床进给系统设计中，滚珠丝杆螺母的螺母座与丝杆两端的支承同心的保证以及其原因。7. 铁塑导轨应贴的部位，粘贴的方法以及其原理。8. 选择伺服电动机的原则，掌握其工作原理，在选择伺服电机时应该注意的问题，例如调速和启动。9. 滚珠丝杆螺母副的轴向负载时有哪些部分组成的，在车床设计的时候是怎样进行准确计算的。10. 滚珠丝杆所受到的轴向负载是怎样通过支承件传到床身的。11. 整机设计的布局形式以及导轨的选择应该注意哪些问题，在设计整机的时候有哪些方面的禁忌。本课题研究的实施方案、进度安排 研究本课题时，首先要注重我们所学习的教材，采取多看注重理解的方式进行学习。具备了一定的理论知识以后再回顾一下我们洛阳实习所学习到的数控车床的工作原理，结合实际以后再着手毕业设计，只有理论联系实际才能事半功倍，但是在设计过程中所遇到的问题也要及时向指导老师询问，力争在自己即将毕业之际交出一份完美的答卷。 进度安排分为四个阶段：1）3.5-4.15 准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业设计，明确研究目的和任务，构思总体方案2）4.16-5.9 绘图3）5.10-5.28 准备毕业设计答辩 2-2已查阅的主要参考文献1.范超毅 赵天婵 吴斌方数控技术课程设计华中科技大学出版社2.陈婵娟 数控车床设计 化学工业出版社3.周开勤 机械零件手册 高等教育出版社 4.何立民 单片机高级教程 北京航空航天大学出版社5.郑堤 唐可洪 机电一体化设计基础机械工业出版社6.机械设计手册 编写组 M.北京：机械工业出版社，2004年7.生产实习参考资料 东风汽车发动机厂指导教师意见指导教师签名： 年 月 日毕业设计（论文）学生申请答辩表课 题 名 称指导教师(职称)申 请 理 由学生所在系部专业班级学号 学生签名： 日期：毕业设计（论文）指导教师评审表序号评分项目（理工类）满分评分1工作量152文献阅读与外文翻译103技术水平与实际能力254研究成果基础理论与专业知识255文字表达106学习态度与规范要求15总 分100评语 （是否同意参加答辩） 指导教师签名： 另附毕业设计（论文）指导记录册 年 月 日毕业设计（论文）评阅人评审表学生姓名专业班级学号设计(论文)题目评阅人评阅人职称序号评分项目（理工类）满分评分1工作量152文献阅读与外文翻译103技术水平与实际能力254研究成果基础理论与专业知识255文字表达106学习态度与规范要求15总 分100评语 评阅人签名： 年 月 日毕业设计（论文）答辩表学生姓名专业班级学号设计(论文)题目序号评审项目指 标满分评分1报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。402报告过程准备工作充分,时间符合要求。103创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。104答 辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答准确，深入。40总 分100答辩组评语答辩组组长（签字）： 年 月 日 答辩委员会意见答辩委员会负责人（签字）： 年 月 日 毕业设计（论文）答辩记录表学生姓名专业班级学号设计(论文)题目答辩时间答辩地点答辩委员会名单问题1提问人： 问题：回答（要点）：问题2提问人： 问题：回答（要点）：问题3提问人： 问题：回答（要点）：记录人签名问题4提问人： 问题：回答（要点）：问题5提问人： 问题：回答（要点）：问题6提问人： 问题：回答（要点）：问题7提问人： 问题：回答（要点）：问题8提问人： 问题：回答（要点）：记录人签名毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名： 专业班级： 毕业设计（论文）题目：成绩类别成绩评定指导教师评定成绩评阅人评定成绩答辩组评定成绩总评成绩40%+20%+40%评定等级HuBei University Of Technology Engineerin And Technology CollegeByYuhengMay 28 2010学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日摘 要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。本次设计内容介绍了数控车床的特点、电机选型以及计算误差的一般分析。并通过一定的实例详细的介绍了数控车床改造的分析方法。关键词： 数控技术 数控改造 步进电动机 电气控制Abstractnumerical control technology and the numerically-controlled machine tool in now in the machine-building industry the important position and the huge benefit, had demonstrated it in the key industry modernizations strategic function, and has become the traditional machine manufacture industry promotion to transform and to realize the automation, the flexibility, the integrated production important means and the sign. The numerical control technology and numerically-controlled machine tools widespread application, for machine-building industrys industrial structure, the product type and the scale as well as the production method has brought the revolutionary change. The numerically-controlled machine tool is the modern Processing workshop most important equipment. Its development is the information technology (1T) and the technique of manufacture (MT) union development result. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, the agile manufacture and the intelligence technique of manufacture, is the establishment above the numerical control technology. Masters the modern numerical control technical knowledge is the modern mechanical and electrical kind of college major is essential. This design content introduced the numerical control lathes characteristic, the electrical machinery shaping as well as counting errors general analysis. And through certain example detailed introduction the analysis method which numerical control lathe transformed. Key words: the numerical control technology numerical control transformation step-by-steps the electric motor electric control.普通车床数控化改造学生姓名：学 号：所在系部：专业班级：指导教师：日 期：目 录摘要iAbstracti i引言11. 总体方案设计22. 横向进给传动链的设计计算 22.1主切削力及切削分力的计算 22.2导轨摩擦力的计算 22.3计算滚珠丝杆螺母副的轴向载荷 32.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 32.5滚珠丝杆的动载荷计算与直径计算 32. 6按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底径d2m 42.7初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号 43 横向进给传动链部件的装配图设计（见图纸） 44 滚珠丝杆螺母副的承载能力的校验 44.1滚珠丝杆螺母副的临界压缩载荷Fc的校验44.2滚珠丝杆螺母副的额定寿命的校验105 计算机械传动的刚度105.1计算滚珠丝杆的拉压刚度 105.2计算滚珠丝杆螺母副的支承刚度Kb 115.3计算滚珠与滚道的接触刚度Kc 125.4计算进给传动系统的综合拉压刚度 125.5计算滚珠丝杆螺母副的扭转刚度Kp 126 驱动电动机的选型与计算136.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 136.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 136.3计算折算到电动机轴上的加速力矩Tap 146.4计算横向进给系统所需的折算到带你动机轴上的各种力矩 146.5选择驱动电动机的型号 157 机械传动系统的动态分析 157.1计算丝杆工作台纵向振动系统的最低固有频率Wnc 167.2计算扭转振动系统的最低固有频率Wnt 168 机械传动系统的误差计算与分析 168.1计算机械传动系统的反向死区 178.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差kmax。. 178. 3计算滚珠丝杆因扭转变形而产生的误差. 179 确定滚珠丝杆螺母副的精度等级和规格型号 189.1确定滚珠丝杆螺母副的精度等级 189.2确定滚珠丝杆螺母副的规格要求18结论. . 19致谢. . 20参考文献. . 21引言近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.高速、高精加工技术及装备的新趋势2.轴联动加工和复合加工机床快速发展3.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势4.重视新技术标准、规范的建立其中包括：a.关于数控系统设计开发规范b. 关于数控系统设计开发规范，加强数控车床的整机设计中应该把握的主要问题的训练。现代数控车床的整机设计包括整机布局形式，导轨形式的选择及支承件的结构设计，滚珠丝杆螺母副及其支承方式的选择，主传动系统的选择及其设计，还有数控系统与其他辅助装置的选择与设计等等。通过实施数控车床的整机设计中应该把握的主要问题的训练，可以使我们在毕业设计中体会数控车床具有较高的加工精度和效率的原因，同时体会到CNC装置的最小设定单位，数控车床是怎样在设计中体现的，以培养我们的整机或部件的设计能力。研究此课题的意义在于：针对大学毕业生技能的需求，在培养过程中，加强实践环节，把自己置身于工程背景之中，以提高我们的专业水平。通过此设计，我们可以初步掌握改造一般车床的方法与步骤，可为我们今后工作打下良好的基础。将大学三年所学到的知识进行汇总，考核我们所学知识的牢固度，检验我们运用知识的能力。2.总体方案设计1.系统运动方式：普通车床数控化改造应具有定位。快速进给，直线插补，圆弧插补，暂停，循环加工和螺纹加工等功能。因此，普通车床数控化改造所选用的数控化系统应为连续控制系统。如：德国西门子公司的SIEMNS8025型系统。华中数控的“世纪星”21/22型系统。2.伺服系统的确定：普通车床数控化改造后一般为经济型数控机床，在保证具有一定加工精度的前提下，从改造的成本考虑，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统采用以步进电动机为驱动装置的开环系统为宜。3.功能部件的选择：主要是滚珠丝杠及其支承方式的选择，电动回转刀架的选择等。4.结构设计与电气设计：这主要是纵向进给传动系统，横向进给传动系统的设计和机床导轨的维护。一般采用贴塑导轨以减小摩擦力，机床电气设计包括机床原理图设计和PLC梯形图设计。3.设计参数1.最大加工直径：320mm2.最大加工长度：700mm3.行程：纵向880mm，横向160mm4.刀架快速进给速度：纵向2400m/min，横向1200mm/min5.最大进给速度：纵800mm/min，横向400mm/min6.溜板及刀架重力：纵向880N，横向550N7.主电动机功率：4.95kw8.定位精度：0.01mm/全行程9.程序输入方式：增量值，绝对值通用10.控制座标数：211.脉冲当量：纵向0.01mm/脉冲，横向0.005mm/脉冲4.实施方案进给系统数控化改造的主要部位有：挂轮架，进给箱，溜板箱，溜板，刀架。1.挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲编码器。2.进给箱部分:全部拆除，在该处安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。丝杠，光杆和操纵杠拆去，齿箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部位。3.溜板箱部分：全部拆除，在原处安装滚珠丝杠螺母座。丝杠螺母固定在其上，在该处还可以安装部分操作按钮。4.横溜板部分：将原横溜板中的滚珠丝杠，螺母拆除。在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副，横向进给步进电动机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。5.刀架部分：拆除原刀架，在该处安装自动回转四方刀架总成。5.横向进给传动链的设计计算1.主切削力及其切削分力计算（1）计算主切削力Fz已知：主电动机功率Pm为4. 95kw，最大工作直径D=320mm。主轴计算转速：n=85r/min，在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率。则刀具的切削速度为： V=nd/60=3.140.3285/60=1.42m/s取机床的机械效率=0.8则主切削： Fz=Pm/v=0.84.951000/1.42=2788.73N（2）计算各切削分力由公式Fz:Fx:Fy=1：0.25：0.4，得：走到方向切削分力Fx和垂直方向切削分力Fy分别为：Fx=0.25Fz=697.2NFy=0.4Fz=1115.49N2.导轨摩擦力计算由公式：F=（W+fg+Fv+Fc）N，计算在切削状态下导轨摩擦力F。此时导轨受到的垂向切削分力：Fv=Fz=2788.73N横向切削分力为Fc=Fx=697.2N。移动部件的全部重力为W=550N，查表由差值法，得：fg=1500N。取导轨动摩擦系数=0.15，则：F=（W+fg+Fv+Fc）=0.15(500+1500+2788.73+697.2)=822.88N。由公式：F=（W+fg）N，计算在不切削状态下的导轨摩擦力F和F，则：F=（W+fg）=0.15（550+1500）=307.5NF=（W+fg）=0.2（550+1500）=410N3.计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力按公式：Famax=F+（W+fg+Fv+Fc）N，计算最大轴向负载力Famax。则：Famax=Fy+F=1115.49+822.88=1938.37N按公式：Famin= F=（W+fg）N，得最小轴向负载力：Famin= F=410N4.确定传动链的传动比i和传动级数取步进电动机的步距角为=1.5度，滚动丝杠的基本导程L=6mm，进给动链的脉冲当量0.005mm/脉冲，则由公式：i=aL/3600.005=1.56/3600.005=5按最小惯量条件，查图可知应采用二级传动，传动比分别取：=2，=2.5。根据结构需要，确定传动齿数为20, Z2=40 , Z3=20, Z4=50,模数m=2，齿宽b=20mm.5.滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷Cam，已知数控机床的预期工作时间Lh=15000h，滚珠丝杠的当量载荷Fm=Famax=1938.37N,查表得：载荷系数fw=1.3，初选滚珠丝杠的精度等级为3级，取精度系数fa=1，可靠性系数fc=1，取滚珠丝杠的当量转速，又知：Vmax=0.4m/minL=6mm则： nmax=1000Vmax/L。=10000.4/6=66.67r/min得： Cam=（60nmLh）1/3Fmfw/100fafc =(6066.6715000)1/31938.371.3/10011=9865.165N 按精度要求允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形：已知本车床横向进给的定位精度为10m，重复定位精度为16m，则由公式，得：max=（1/51/4）10=22.25m,即max=2.25m,估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径，滚珠丝杠螺母副的安装方式采用一端固定，一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为：L=行程+安全行程+2*余程+螺母长度+支承长度（1.21.4）行程+30L则：L=1.4行程+30 L=（1.4200+306）=460mm由公式：d2m0.078（F。L/max）1/2=0.078（410460/3）1/2=19.55mm初步确定滚珠丝杠螺母副的规格和型号根据以上计算所得L，和结构需要，初步选择南京工艺装备公司生产的FFZL型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副，型号为：FFZL2506-3，其公称直径，基本导程L，额定动载荷Ca和螺纹底径如下：=25mm，L=6mm，Ca=11300N=9865.165N=21.9mm=19.55mm，故满足要求。6.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验1.滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷Fc的校验已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径=21.9mm，由图可知：滚珠丝杠螺母副的最大受压长度：L=313mm丝杠水平安装时，取=1/3，查表=2,则由公式：Fc=105k1k2d24/L12=1/3234.94/3132=156529.62N本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为：Famax=1938.37N远小于其临界压缩载荷Fc的值，故满足要求。2.滚珠丝杠螺母副临界转速校验由图可知：滚珠丝杠螺母副临界转速计算长度L=337mm，其弹性模量其弹性模量E=2.1105MPa，密度=1/g7.8105N/mm3，重力加速度g=9.8103mm/s2。则滚珠丝杠的最小惯性矩为：I=/64d24=21.943.14/64=112856.6mm4滚珠丝杠的最小截面积为：A=/4d22=21.923.14/4=376.49mm2，取=0.8，查表，得： nc=K1(EI/A)1/2602/2 L22=29188r/min由公式本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为：66.67r/min，远小于其临界转速，故满足要求。3.滚珠丝杠螺母副额定寿命校验查附录表，得：滚珠丝杠额定动载荷Ca=11300N，已知其轴向载荷Fa=Famax=1938.37N，滚珠丝杠的转速n=nmax=66.67r/min，运转条件系数fw=1.2，则由公式：L=（），得：L=1.140108r，=L/60n=28498 h因为Lh =28498h远大于15000h，故满足要求。7.计算机械传动系统的刚度1.计算机械传动系统的刚度计算滚珠丝杠的拉压刚度Ks本机床横向进给传动链的丝杠支承方式为一端固定，一端游动。丝杠的拉压刚度Ks可按公式：Ks=d22E/4a10-3计算。已知滚珠丝杠的弹性模量E=2.1105MPa，底径=21.9mm，当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离a=Ly=313mm时，滚珠丝杠螺母副具有最小抗拉压刚度Ksmin。由公式得： Ksmin= d22E/4a*10-3=252.83N/m当a=Ly=113mm时，滚珠丝杠螺母副具有最大抗拉压刚度Ksmax，由公式Ksmax=d22E/4Lj=700.32N/m计算滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度Kb已知滚动体直径d=5.953mm，滚动体个数Z=15，轴承最大轴向工作载荷：Fbmax=Famax=1938.37N则查表得：Kb=21.95（dz2Famax）1/2=21.95（5.5931521938.37）1/3=529.56N/m计算滚珠与滚道的接触刚度Kc查附录，得：滚珠与滚道的接触刚度K=636N/m，滚珠丝杠的额定动载荷Ca=11300N，已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷：Famax=1938.37N则由公式：Kc=K（Famax/0.1Ca）1/3=761.13N/m计算进给传动系统的综合拉压刚度K由公式：1/Kmax=1/Kb+1/Kc+1/Ksmax=0.00463，得：进给系统的综合拉压刚度的最大值为： Kmax=216 N/m.由公式： 1/Kmin=1/Kb+1/Kc+1/Ksmin=0.0072 故Kmin=140N/m2.计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度通车床数控化改造计算简图得扭矩作用点之间的间距为L2=387mm，已知滚珠丝杆的剪切模量为G=8.1104MPa，滚珠丝杆的底径d2=34.9mm则有： Kp=d24G/32L2=4724.22Nm/rad 8.驱动电动机的选型计算1.计算折算到电动机轴上的负载惯量计算滚珠丝杠的转动惯量Jr已知滚珠丝杠的密度=7.810-3kg/cm3则：Jr=/320.7810-3Dj4Lj=1.38kgcm2计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量已知机床横向进给系统的执行部件的总质量为56.12kg，丝杠每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=0.6cm，由公式： Jr=m（L/2）2=96（0.6/23.14）1/2=0.51kgcm2计算各齿轮转动惯量Jz1=Jz3=/320.7810-3442=0.4kgcm2Jz2=/320.7810-3842=6.4kgcm2Jz4=/320.7810-31042=15.6kgcm2总负载转动惯量： Jd=Jz1+1/i12(Jz2+Jz3)+1/i2(Jz4+Jr+Jl)=2.8kgcm22.计算折算到电动机轴上的负载力矩计算折算到电动机轴上的切削力矩Tc已知在切削状态下的轴向负载力Fa=Famax=1938.37N，丝杠每转一圈，机床执行部件横向移动距离L=6mm=0.006m，进给传动比i=5，总效率进给传动系统总效率=0.85则： Tc=FaL/2i=1938.370.006/(23.140.855)=0.436Nm计算折算到电动机轴上的摩擦负载力矩已知在不切削状态下的轴向负载力F。=390N，得T。=F，L/2i=0.088Nm。计算由滚珠丝杠预紧力Fp产生的并折算到电动机轴上的附加负载力矩Tf已知滚珠丝杠螺母副效率，则由公式得：Fp=1/3Famax=646.12N则：Tf= （1-。2）FpL。/2i=0.0169Nm。折算到电动机轴上的负载力矩T的计算空载时： Tkj=T+Tf=0.088+0.0169=0.104Nm切削时： Tgj=Tc+Tf=0.436+0.0169=0.452Nm3.计算折算到电动机轴上的加速力矩根据以上计算结果和查表，知：初选130BF001型反应式步进电动机，其转动惯量Jm=4.6kgcm2，而进给传动系统的负载惯量Jd=2.8kgcm2，对开环系统，一般取加速时间t=0.05。当机床执行部件以最快速度v=1200mm/min运动时，电动机的最高转速 ： nmax=5x1200/6=1000r/m则：Tap=2inmax(Jm+Jd)/60980t=7.73N。4.计算横向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩a空载启动力矩TqTq=(T+Tf)+Tap=(7.73+0.088+0.0169) Nm=7.8349Nmb快进力矩TkjTkj=T+Tf=(0.0169+0.088 )Nm=0.1049mc.计算工进力矩TgjTgj=Tc+Tf=(0.436+0.088) Nm=0.524Nm5.电动机型号的选择选择驱动电动机的型号根据以上计算及查表知，选择国产130BF001反应式步进电动机，其主要参数如下：相数：5，步距角：0.75度/1.5度，最大静转矩：最大静转矩：9.31Nm；转动惯量：4.6kgcm2，最高空载启动频率：3000HZ，运行频率：16000HZ，分配方式：五相十拍，质量：9.2kg。确定最大静转矩查表，知：机械传动系统空载启动力矩与所需的步进电动机的最大静转矩的关系为： Tq/Ts1=0.951所以： s1=Tq/0.951=8.23 Nm机械传动系统空载启动力矩Tq与所需的步进电动机的最大静转矩的Ts2关系为Ts2=Tgj/0.3=1.51 Nm取和中较大者作为所需电动机的最大静转矩Ts，即：Ts=8.23 Nm本电动机的最大静转矩为最大静转矩为9.31 Nm，大于Ts=8.23 Nm，所以可以在规定时间里正常启动，故满足要求。验算惯量匹配为了使机械传动系统的惯量达到合理的匹配，系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式: 0.251。因为Jd/Jm=2.8/4.6=0.620.25，1属于0.251的区间范围内，故惯量匹配满足要求。9.机械传动系统的动态分析1.计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率滚动丝杠螺母副的综合拉压刚度K。=Kmin=1.39106N/m，机床执行部件的质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为m、ms，滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量为：滚珠丝杆螺母副和机床执行部件的等效质量为md=m+1/3ms，已知m=56.12kg则有：ms =2.52.558.50.0078/4=2.24kgmd=m+1/3ms=56.12+1/32.24=56.87kgWnc=（K。/md）1/2=1563rad/s2.计算扭转振动系统的最低固有频率折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为： Js=Ji=（4.6+2.8）5=0.0037kgm2，已知滚珠丝杆的扭转刚度Ks=4724.22Nm/rad 则：Wnt=（Ks/Js）1/2=1130rad/s由此计算可知：丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率1563 rad/s，扭转振动系统的最低固有频率1130rad/s都比较高，一般按300 rad/s的要求设计机械传动系统的刚度，故满足要求。10.机械传动系统的误差计算与分析1.计算机械传动系统的反向死区已知进给传动系统的综合拉压刚度的最小值K。=Kmin=1.39106N/m，导轨的静摩擦力F。=400N由公式： =2p=2000F。/Kmin=2000792/243.9106=5.7810-3mm即：=5.78m8m，故满足要求。2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差kmax。由公式： kmax=1000F。（1/Kmin-1/Kmax）=1.02510-3mmkmax=1.025m6m故满足要求。3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差计算由扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量已知负载力矩T=Tkj=104.9Nmm，查图可知，扭矩作用点之间的距离为387mm，丝杠底径21.9 mm。由公式：=0.0721TL2/d24=7.2110-2104.9387/21.94得：=7.2110-2T L2/ d24=7.2110-280437 / 21.94 =0.010由该扭转变形量引起的轴向移动滞后量将影响工作台的定位精度，由公式：=L0/360=60.010/3600.17m11.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级本进给传动采用开环控制系统，应满足下列要求：V300p +ep 0.8（定位精度-kmax ）=0.8（20-1.025-0.17）m=15.04m；V300p +ep 0.8（定位精度-kmax ）=15.04m；取滚珠丝杠螺母副的精度等级为1级，查表可知：查表2-20得V300p=6m，当螺纹长度为400mm时，查表A-5得ep=7mm；V300p+ep=7+6=13m15.04m所以，满足设计要求。2. 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZL2506-3-P1/545400，具体参数如下：公称直径与导程：25mm，6mm；螺纹长度：400mm；丝杠长度：545mm；类型与精度：P类，1级精度。结 论 实践是检验真理的唯一标准，当然也是检验学习成果的标准。在经过一段时间的学习之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作