CA6132经济型数控车床的改造设计

学校代码：_ 学 号：_ 题目：_CA6132经济型数控车床的改造设计_ 学科专业：_ _ 作者姓名：_ _ 导师姓名：_ _ 完成时间：_CA6132经济型数控车床的改造设计摘要经调研发现，我国大多数企业拥有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低，不能批量生产，自动化程度不高，适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰。购买新的数控机床是提高产品质量效率的重要途径，但成本高，许多企业在短期内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通车床数控化改造，不失为一条投资少，提高产品质量和生产效率的的捷径，提升企业竞争力，在我国成为制造强国的进程中占有一席之地。 本文以普通车床CA6132数控化改造为例，从普通车床改造的经济性评价入手，对数控技术在普通车床CA6132数控化改造应用作了深入研究和探索，形成相应的技术方案及要点。主要内容：对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通车床数控化改造方案；对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号的选择，步进电机的选择等进行详细研究; 对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造的性能和精度指标来选择数控装置系统和自动刀架型号； 给出普通车床数控化改造的安装及调试方法。 关键词：普通车床； 数控改造； 伺服系统； 数控系统 The transformation and design of the economic CNC lathe ABSTRACTThe survey found that most enterprises of china still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production , low automatization and adaptability ,but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprises productionPurchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises equipment updating step are counteracted severly. So General lathes numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country. The economical efficiency of the reform and the application of NC technology in General purpose lathe CA6132s numerically controlled reforming is researched in this paper according to our practice of CA6132s numerically controlled reforming. And the reforming scheme and main points are formed. The main contents is: The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the rerorming scheme is maked according to misty optimums synthesize adjudicate principle.The ball screws type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motor of feeding system is designed.he import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function. Methods of installing and testing of general purpose lathes numerically controlled reforming were put forward. KEY WORDS: General purpose lathe; NC reform ; Servo system ; CNC system 目录摘要2第一章 前言51.1 课题背景51.2 机床改造的内容及意义61.2.1 研究意义61.2.2 主要研究内容及技术路线71.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题7第二章 CA6132普通数控车床改造设计要求72.1 总体方案设计及要求72.2 设计参数8第三章 车床进给系统的改造设计1031纵向(Z向)进给系统的设计及计算1131 . 1切削力计算和主传动电机功率校核11312 Z向滚珠丝杠设计计算13313 Z向步进电动机的选择及计算17314纵向(Z向)进给系统的轴承设计计算193.1.5.纵向凸缘联轴器的选择213.1.6. 纵向联轴器上键的选择2232横向(X向)进给系统的设计及计算22321计算X向滚珠丝杠轴向力Q23322 X向滚珠丝杠设计计算23323 X向步进电动机的选择及计算27324横向(x向)进给系统的轴承设计计算303.2.5 横向凸缘联轴器的选择313.2.6 横向联轴器上键的选择323.3 非标准零件的设计选择323.3.1轴承盖的设计323.4 进给系统的装配图的绘制33第四章 自动回转刀架的设计选型3441数控车床刀架的基本要求3442数控车床刀架的选型344. 3自动回转刀架的工作原理35第五章 CA6132车床数控化改造的数控系统3551数控系统概述3552 CA6132车床数控化改造的数控装置系统的选择3653 脉冲发生器395.4 CA6132车床数控化改造的数控系统功能40第六章 经济型数控车床的安装与调试42结 论43 第一章 前言 1.1 课题背景1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备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。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。1.2 机床改造的内容及意义1.2.1 研究意义企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0.01至0.02mm，已能满足CA6132车床改造后加工零件的精度要求。1.2.2 主要研究内容及技术路线 数控机床是集机、电一体化为一体的典型智能机器，所以经济型数控机床的设计改造包括了机械部分、数控部分、电气部分等的设计改造。此次毕业设计的主要内容是对机床进给系统的的设计改造：(1) 纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。(2) 纵向和横向步进电机的选择。(3) 传动系统滚动轴承的选择与校核。(4) 其他元件的选择设计等。1.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题(1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。 (2) NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床。 (3) 翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新。 (4) 技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 第二章 CA6132普通数控车床改造设计要求 2.1 总体方案设计及要求 由于是经济性数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是，在满足使用要求的前提下，对机床改动尽可能少，改造周期短，成本低。根据CA6132车床有关资料及数控机床的改造经验，确定总体方案为： (1) 普通车床数控化改造后主传动不变，实现有限级变速，可以满足数控加工要求。(2) 对机床进给系统采用步进电机进行开环控制，配以滚珠丝杠螺母副对其X、Y两轴进行改造。(3) 自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具占地面积小及安全可靠等特点。在进行普通车床的经济型数控改造时，多采用外购自动转位刀架。(4) 根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用价格相对较低的数控系统。(5) 纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、联轴器、丝杠螺母副组成，其传动应满足机床所要求的分辨率。(6) 为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。 (7)导轨进行贴塑处理，以减小导轨的摩擦力。 (8)机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保正安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。 2.2 设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。由有机械制造技术基础 ，现列出CA6132卧式车床的技术数据：技术参数 在床身上 400mm工件最大直径 在刀架上 210mm顶尖间最大距离：900mm 宋制螺纹 mm 112(20种) 加工螺纹范围 英制螺纹 t/m 224(20种) 模数螺纹 mm0.253(11种) 径节螺纹 t/m796(24种) 最大通过直径 48mm 孔锥度莫氏6#主轴 正转转速级数 24 正转转速范围101400r/min 反转转速级数12 反转转速范围 141580r/min 纵向级数64进给量 纵向范围0.0286.33mm/r 横向级数64 横向范围0.0143.16mm/r滑板行程 横向 320mm 纵向900mm 最大行程140mm刀架 最大回转角 90 刀杠支承面至中心的距离26mm 刀杠截面BH2525mm 尾座 顶尖套莫氏锥度5# 横向最大移动量10mm外形尺寸 长宽高241810001267mm 圆 0.01mm工作精度 圆柱度200:0.02 平面度0.02/300mm 表面粗糙度Ra1.63.2m 主电动机 7.5kw电动机功率 总功率 7.84kw最大加工直径 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 快进速度 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min 最大切削进给速 纵向 0.5m/min 横向 0.25m/min 溜板及刀架重力 纵向 800N 横向 600N 脉冲当量 纵向 0.01mm/脉冲 横向 0.005mm/脉冲 进给传动链间隙补偿量 纵向 0.15mm 横向 0.075mm 第三章 车床进给系统的改造设计 本章主要完成纵向和横向进给系统的设计与计算、滚珠丝杠螺母副的选型、步进电机的型号选择计算等，该部分设计的总体方案见图3-I纵向和横向迸给系统图所示。31纵向(Z向)进给系统的设计及计算普通车床的经济型数控改造方案是步进电机直接驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，从改造方便、使用方面来考虑，把步迸电机放在纵向丝杠的左端，即车床主轴箱前部。 31 . 1切削力计算和主传动电机功率校核由机械工程手册可知切削功率： 公式 3-1式中，切削力（N）； 切削速度（m/s);主传动电机功率: ；车削时总切削力分解为：切削力： 公式3-2 进给力： 公式3-3背向力： 公式3-4 式中：被吃刀量（mm) 进给量（mm) 切削速度（m/min) 粗车时的切削力比精车时大，因此本系统数控化改造设计计算按照粗车时的切削参数进行计算。 根据CA6132的参数，然后以Q235钢为加工材料，进行设计计算。加工零件的最大直径d=400mm，主轴最大转速n=1600r/min，刀具选择YT5硬质合金焊接式车刀。刀具选择YT5，对于长径比6.31KN，查表机械设计手册得：选择滚珠丝杠的型号CD40063型，即外循环双螺母垫片预紧右旋滚珠丝杠副。该型号为山东济宁博特精密丝杠制造有限公司的产品。 初定滚珠丝杠的长度为1525mm。其主要参数为：公称直径=40mm，导程 =6mm，滚珠列数1.5x2列，精度等级为3级，额定动载荷为18542N，钢球直径=3.969，丝杠外径d=39.5,螺纹底径=35.9，额定载荷动载荷=18542N额定载荷静载荷=57582N刚度=1346螺母安装连接尺寸：(4) 滚珠丝杠的校核1） 珠丝杠的强度计算 滚珠丝杠主要受工件切削时产生的轴向力Q和转矩丁，而产生的弯矩主要分布在机床导轨上，作用到滚珠丝杠上的弯矩较小。按照第三强度理论有： ，即滚珠丝杠的强度足够。2） 向滚珠丝杠刚度计算 滚珠丝杠受轴向负载Q引起导程产生的变形量： 式中：Ph=6mm，E=200GPa 滚珠丝杠截面积： 钢球和螺纹滚道产生的轴向变形： 有预紧， 式中，Kz一载荷分布不均匀系数，与制造精度有关，通常取Kz取1.2-1.3，一螺母预紧力，Q/3,-滚珠数量。滚珠丝杠导程变形总量：通常要求丝杠的导程误差 应小于其传动精度的12，即 =0.72722um=该丝杠的导程误差满足上式，所以其刚度可满足要求。3) 传动效率计算 根据参考文献的公式，丝杠螺母副的传动效率为： 式中，摩擦角，螺旋升角=arctan(6/(40)=，丝杠螺母副的传动效率应要求在0.920.96之间，所以该丝杠副能满足使用要求。因为滚珠丝杠两端都采用推力球轴承并预紧， 因此不会产生失稳现象， 故不需做稳定性校核。 通过以上的计算， 获得的 C D M 4 0 0 63纵向进给系统的滚珠丝杠副， 在数控改造 C A 6 1 4 0车 床应用后， 机床工作台运转平稳、 灵活、 精度高、噪音低， 可以满足实际生产加工要求。313 Z向步进电动机的选择及计算 步进电动机是一种能将电脉冲信号转化机械的角位移的控制电动机。在数控机床上，步进电动机驱动滚珠丝杠转动，从而带动工作台移动。由于本方案按照经济性标准要求进行改造，因此采用开环控制系统，无位置和速度检测系统，其精度主要取决于步进电机的步距角和传动链的精度。根据设计参数，初选Z向步进电动机为：永磁感应式步进电动机(三相)，型号为110BYG 350C，其主要参数如下：步进电机步距角相数驱动电压电流110BYG350C0.61.2 380-350 V4A静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量重量 16N.m 1600 3000012kg.cm10.7kg以下进行设计验算：（1）脉冲当量由传动比计算公式，有式中，一脉冲当量，一步进电机的步距角，Ph一滚珠丝杠的导程。本系统Z向步进电机与滚珠丝杠采用直连接方式，因此i为l。（2）转动惯量计算工作台折算到电机轴上的转动惯量： 式中m是工作台的质量.丝杠的转动惯量： 式中， d一丝杠的名义直径，d=40mmL1一丝杠两固定端的间距，L1=1525 mmm一(钢)丝杠的质量，Kgmm3负载转动惯量J1：=J1+=136.92+186.75=323.67电机转动惯量，查厂家提供参数可得。则即Z向电机本身的转动惯量与总的负载转动惯之比处于14范围内，因此z向总的负载转动惯量与电机本身的转动惯量是相匹配的，在快速进给时保证加速能力强的要求。总的转动惯量：J=1523.67(3) 最小机械时间常数 式中， J一总的转动惯量 一步进电机的最大角速度 一一电机输出的电磁转矩电机输出的最大电磁转矩，查电机工程手则可知，在加速和减速过程中，可用两倍的额定转矩计算，即由110BYG 350C步进电机技术参数可知，最高转速=250rmin，即Z向最小机械时间常数满足要求在lms-1000ms之间(查车床数控系统的参数)。 （4） 步进电机负载转矩T1较核:式中，T1-加到电动机轴上的总负载转矩： Q一轴向移动工作台时所需的力； p一丝杆导程； 一包括轴承、丝杆螺母副的摩擦损耗在内的传动机构总效率。根据前面的计算可知，Q=243499N。即步进电机负载转矩足够。经上述计算验证，Z向步进电动机选为：型号1 lOBYG3503，永磁感应式步进电动机(三相)，各项性能指标均符合设计要求。314纵向(Z向)进给系统的轴承设计计算 为便于设计安装，Z向滚珠丝杠的支承形式为两端固定，这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴承的预紧力预拉伸丝杠，以减少丝杠热变形的影响。都设定为角接触球轴承，它允许较高的极限转速，能同时承受径向、轴向联合载荷，可以满足本设计的支撑要求。根据结构设计方案，Z向丝杠的轴承初选两个成对的角接触轴承，轻系列，内径35mm，公称接触角，代号为7207AC，有机械设计手册查得C=29KN,.轴承的轴向力计算由机械手册表11.13差得该型号轴向力计算公式：。气受力图如图示： 根据螺旋形成原理，将将滚珠丝杠螺杆沿中径展开，可以得到一个斜面。当螺母旋转时，螺母承受载荷Q(即轴向力)并沿斜面上升时，所需要的水平推力F(圆周力)的大小为： 又滚珠丝杠全长为1525mm,并设水平推力F位于丝杠两个极端，可得最大径向力，则有： 故： 与Q同向，则 F2=Q+=9075.87N显然轴有左移趋势，故只需校核左轴。轴承的当量载荷计算由e=0.68 X=1,Y=0当量动载荷校核轴承寿命承的额定动载荷计算：根据=250rmin、=20000h，查参考文献机械工程手册第二版“机械零部件设计”表837、838、839、8310得 得： =0.844KN轴承7207AC轴承的=29.0KN大于计算所需的0.844KN,故所选轴承合适。3.1.5.纵向凸缘联轴器的选择 在满足机床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，我们多将步进电机与丝杠副通过联轴器直接联接。凸缘联轴器属于刚性联轴器，由两个盘式半联轴器组成，两个半联轴器分别安装在两个被连接的轴端，半联轴器与轴通过键连接传递转矩，两个半联轴器之间通过螺栓连接传递转矩，根据传递转矩的大小，可采用普通螺栓连接，也可以采用铰制孔用螺栓连接；两个半联轴器之间可以通过铰制孔用螺栓连接定心，可以用对中榫定心，也可以通过对中环定心。凸缘联轴器结构简单，制造和使用都较方便，工作可靠，承载能力大，用于高速、载荷平稳、两轴具有较高位置精度和刚度的情况。 由纵向电机的静转矩T为16N.m,又=KT 故=16*2.0=32N.m 由机械设计表13.1查得，式中 K=2.0。选择型号为GY5的凸缘联轴器，其公称转矩为400N.m,可满足要求。3.1.6. 纵向联轴器上键的选择 键的种类主要有平键、半圆键、锲键等。平键用于端铣刀加工的键槽，靠侧面传递转矩，对中良好，结构简单，装拆方便，不能实现轴上零件的轴向固定，在槽中固定良好，应用最广，故此次设计选用A型平键。初选平键为：键8*7*32由强度校核公式： 有 -工作面的挤压应力； T-传递的转矩； d-轴的直径； L-键的工作长度； k-键与毂槽的接触高度； -许用挤压应力。故键8*7*32满足使用要求。32横向(X向)进给系统的设计及计算 普通车床经济型数控改造的横向进给系统的设计相对比较简单，一般是步进电机经驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将 。步进电机和机车大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。由于横向进给系统的设计计算与纵向进给系统类似，所用到的公式不详细说明，只计算结果。工作台重(根据厂家产品计算)：W=490N， 快速进给速度：，一般横向进给量为纵向的12-13，因此取12。 321计算X向滚珠丝杠轴向力Q切槽及切段，查机械工程手册 “机械制造工艺设备(二)表12-2得 则可计算出切削力、进给力、背向力的值： 切削力： 进给力： 背向力 轴向力Q：取k=1.15，f=0.18。322 X向滚珠丝杠设计计算寿命计算寿命系数：式中一滚动螺旋副的寿命，从机械传动装置设计手册上册表102-25查得：=15000h。转速系数：基本额定载荷：式中，载荷系数、硬度系数、短行程系数。选择滚珠丝杠的型号为便于购买，减小工作量，横向滚珠丝杠亦选山东济宁博特精密丝杠制造有限公司的产品型号。根据计算的基本额定载荷604KN，选择滚珠丝杠副的型号为CDM2005-3，即外循环双螺母垫片预紧右旋滚珠丝杠副。滚珠丝杠为长丝杠，初选长度为700mm。其主要技术参数为：公称直径=20mm，导程 =5mm，滚珠列数1.5x2列，精度等级为3级，额定动载荷为9885N，钢球直径=3.175，丝杠外径d=19.5,螺纹底径=17.6，额定载荷动载荷=9885N额定载荷静载荷=22043N刚度=729螺旋角：=螺母安装连接尺寸：滚珠丝杠的强度计算滚珠丝杠主要受工件切削时产生的轴向力Q和转矩丁，而产生的弯矩主要分布在机床导轨上，作用到滚珠丝杠上的弯矩较小。 按照第三强度理论有：转矩丁根据X向滚珠丝杠轴的步进电机选择计算得 T=12Nm。数据代入上式得： ，即滚珠丝杠的强度足够。滚珠丝杠稳定性计算 对于经济性数控机床，滚珠丝杠为长丝杠(长度为700mm)，两端选用铰支座为支承，其费用比较低廉。因为滚珠丝杠两端都采用推力球轴承并预紧， 因此不会产生失稳现象， 故不需做稳定性校核。 X向滚珠丝杠刚度计算滚珠丝杠受轴向负载Q引起导程产生的变形量：式中：Ph=5mm，E=200GPa 滚珠丝杠截面积：则： 钢球和螺纹滚道产生的轴向变形：有预紧， 式中，Kz一载荷分布不均匀系数，与制造精度有关，通常取Kz取12-13，一螺母预紧力，Q/3,-滚珠数量。代入数据得： 式中，Kz一载荷分布不均匀系数，与制造精度有关，通常取Kz取12-13，一螺母预紧力，Q/3,-滚珠数量。滚珠丝杠导程变形总量： 通常要求丝杠的导程误差 应小于其传动精度的12，即 =0.617um=该丝杠的导程误差满足上式，所以其刚度可满足要求。传动效率计算根据参考文献的公式，丝杠螺母副的传动效率为：式中，摩擦角，代入数据，得： 丝杠螺母副的传动效率应要求在0.920.96之间，所以该丝杠副能满足使用要求。通过以上的计算， 获得的 C D M 2 0 0 53纵向进给系统的滚珠丝杠副， 在数控改造 C A 6 1 4 0车 床应用后， 各项性能指标均符合实际生产加工要求。323 X向步进电动机的选择及计算X向步进电机根据光电传感器的电脉冲信号转化为机械的角位移，从而控制电动机转动，驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。由于本方案按照经济性标准要求进行改造，因此采用开环控制系统，无位置和速度检测系统，其精度主要取决于步进电机的步距角和传动链的精度。根据设计参数，初选X向步进电动机为：型号90BYG 550C-0301，五相混合式式步进电动机，主要参数如下：步进电机步距角相数驱动电压电流90BYG550C-03010.360.72 580-350 V3A静转矩空载起动频率外形尺寸转动惯量重量 6N.m 2400 300008kg.cm4.6kg以下进行它的设计计算或验算。脉冲当量由传动比计算公式，有式中，一脉冲当量，一步进电机的步距角，Ph一滚珠丝杠的导程。本系统Z向步进电机与滚珠丝杠采用直连接方式，因此i为l。故有：=0.36*5/360*1=0.005mm转动惯量计算 工作台折算到电机轴上的转动惯量： 式中m是工作台的质量.丝杠的转动惯量：式中， d一丝杠的名义直径，d=20mm一丝杠两固定端的间距，=700 mmm一(钢)丝杠的质量，Kgmm3所以： 负载转动惯量： 电机转动惯量，查厂家提供参数可得，=800。因此 。 即Z向总的负载转动惯量与电机本身的转动惯量基本相匹配。 最小机械时间常数 式中， J一总的转动惯量 一步进电机的最大角速度 一一电机输出的电磁转矩电机输出的最大电磁转矩，查电机工程手则可知，在加速和减速过程中，可用两倍的额定转矩计算，即。据设计，X轴的最大进给速度为1500mmmin，可求出X向丝杠的最大转速:即X向最小机械时间常数满足要求在lms-1000ms之间(查车床数控系统的参数)。（4） 步进电机负载转矩T1较核: 式中，T1-加到电动机轴上的总负载转矩： Q一轴向移动工作台时所需的力； p一丝杆导程； 一计及轴承、丝杆螺母副的摩擦损耗在内的传动机构总效率。即步进电机负载转矩足够。 经上述计算验证，X向步进电动机选为：型号110BYG350B，永磁感应式步进电动机(三相)，各项性能指标均符合设计要求。324横向(x向)进给系统的轴承设计计算X向滚珠丝杠的支承形式为两端固定，两端均为角接触球轴承，可以满足本设计的支撑要求。根据结构设计方案，X向丝杠的轴承初选两个成对的角接触轴承，轻系列，内径15mm，公称接触角，代号为7202AC，有机械设计手册查得C=8.35KN,.X向滚珠丝杠轴承的受力分析 受力分析与Z向滚珠丝杠轴承的受力分析原理相同，滚珠丝杠轴承的圆周力F大小为：横向(X向)轴承的寿命计算1)轴承的轴向力计算由机械手册表11.13差得该型号轴向力计算公式：。受力图如图示: =F=694N与Q同向，则 F2=Q+=1096.19N显然轴有左移趋势，故只需校核左轴。轴承的当量载荷计算 由e=0.68得： X=1,Y=0。当量动载荷校核轴承寿命承的额定动载荷计算：根据=370rmin、=20000h，查参考文献机械工程手册第二版“机械零部件设计”表837、838、839、8310得 得： =0.689KN轴承7202AC轴承的=8.35KN大于计算所需的0.689KN,故所选轴承合适。3.2.5 横向凸缘联轴器的选择 由横向电机的静转矩T为12N.m,又=KT 故=12*2.0=24N.m 由机械设计表13.1查得，式中 K=2.0。由机械设计课程设计手册可得，选择型号为： GY1的凸缘联轴器，其公称转矩为25N.m,可满足要求。 3.2.6 横向联轴器上键的选择为了便于设计和购买，依然选择平键作为此次设计的标准件。故此次设计选用A型平键。初选平键为：键5*5*15由强度校核公式： 有 -工作面的挤压应力； T-传递的转矩； d-轴的直径； L-键的工作长度； k-键与毂槽的接触高度； -许用挤压应力。故键5*5*15满足使用要求。3.3 非标准零件的设计选择3.3.1轴承盖的设计 从便于安装和缩短设计周期的角度考虑，此次设计选用凸缘式轴承盖。闷盖和通盖的示意图如下: 图：闷盖 图：通盖根据机械设计课程设计手册表11-10所列出的凸缘式轴承盖的设计原则，、现对凸缘式轴承盖的尺寸设计如下：纵向进给系统凸缘式轴承盖的尺寸： 闷盖：d=72mm, m=8mm, s=8mm, D=95mm 通盖：d=72mm, m=8mm, s=8mm, D=95mm横向进给系统凸缘式轴承盖的尺寸： 闷盖：d=35mm, m=10mm, s=8mm, D=65mm 通盖：d=40mm, m=10mm,s=8mm, D=65mm3.4 进给系统的装配图的绘制在完成滚珠丝杠螺母副和步进电机等的计算选型，以及轴承端盖计算后可以着手绘制进给伺服系统的机械装配图。在绘制机械装配图时，除了从总体上考虑机床布局情况以及伺服进给机构与原机床的联系外，还应认真的考虑与具体结构设计有关的一些问题。 1) 解原机床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。 根据载荷特点和支承形式确定丝杠两端支承轴承的型号，轴承座的结构以及轴承预紧和调节方式