毕业设计（论文）-数控车床MC1000—X向进给机构设计.doc

济南大学毕业设计毕业设计题 目 数控车床MC1000X向 进给机构设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0703班 学 生 王广连 学 号 20070403174 指导教师 王晓琴 二一 年 月 日(宋体三号，居中)- 1 -济南大学毕业设计摘 要数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，配备多工位刀塔或动力刀塔，具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件。X向进给机构是数控车床的进给系统之一，有高定位精度及重复定位精度要求。数控车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等组成。本文是关于数控车床MC1000的X向进给机构设计。通过查阅资料和相关手册，完成了系统中的尺寸计算和结构设计，并对其进行了一系列的校核，其中包括滚珠丝杠副的设计计算,滚动直线导轨选择,伺服电机的选择,床身的设计，定位精度验算和最大死区误差计算。本次设计的各项性能指标都满足要求，证明了设计的合理性。关键词：数控车床；进给系统；X向进给机构；滚动直线导轨ABSTRACT CNC lathe is a high-precision, high-efficiency automatic machine, equipped with multi-station turret or power turret. It has wide processing performance,and it can be processed straight cylinder, oblique cylinder, arc, and a variety of threads, grooves, worm and other complex parts. X to the feeding mechanism is one of the feed system of the CNC lathe. It has a high positioning accuracy and repeatability of positioning accuracy requirements. CNC lathe servo system consists of servo drive circuit,servo drive device, the mechanical drive mechanism and executive parts etc. This article is about the design of the X to the MC1000 CNC lathe feed mechanism. Through accessing to information and related manuals, I finished the size calculation and structure design of the system,and conducted a series of check, including the calculation of ball screw design, the choice of linear guides, servo motor selection, the design of lathe bed, positioning accuracy checking and largest dead zone error calculation. The design of various performance indicators are meet the requirements, which proves the design is reasonable.Key words：CNC lathe；feed system；X to the feeding mechanism；linear rolling guides 目 录摘 要1ABSTRACT21 前言51.1 课题研究的背景与意义51.2 数控车床在国内外的发展现状及趋势51.3 本文研究的主要内容及要解决的问题62 数控车床MC1000X向进给系统结构的设计72.1 导轨的设计72.2 滚珠丝杠螺母副的设计102.3 滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法112.4 滚珠丝杠的支承132.5 电动机的选择133 数控车床MC1000X向进给系统设计计算153.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算153.2 性能指标验算174 结 论20参 考 文 献21致 谢22- 18 -1 前言1.1 课题研究的背景与意义随着经济的不断发展，客户需求日益多样化，对制造企业的生产模式提出了更高的要求，大批量的生产方式将逐渐被模块化、柔性化的生产方式所取代。因此，企业对制造装备提出了更高的要求，柔性化的数控加工设备将成为装备制造业发展的主流。因此，将数控车床MC1000的设计作为毕业设计题目，迎合了装备制造业发展趋势。数控车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等组成。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后，由伺服驱动电路做转换和放大，经过伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电动机，电业脉冲马达等）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及快速运动。数控车床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，它可以根据指令信号精确地控制执行部件的运动和位置，同时它可以使几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。数控车床的X向进给机构是机床的重要组成部分，对实现数控车床高精度、高可靠性和高稳定性的要求具有重要意义。1.2 数控车床在国内外的发展现状及趋势数控技术的应用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，同时随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，它对国计民生的一些重要行业，如IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。我国的数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今在各大机床厂家的不懈努力之下，通过与国外着名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等，使我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占据了较大比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定、可靠，已经进入实用和全面发展阶段。数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，配备多工位刀塔或动力刀塔，具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。随着科学技术的迅猛发展，机电产品更新换代的速度加快，对零件的加工精度和表面质量要求也越来越高。为了满足复杂多变的市场需求，当前机床正向着高速切削、干切削和准干切削的方向发展，加工精度也在不断提高。同时，对电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面试，也为机床向着高速、高精密发展创造了条件。数控机床能否发挥它的高性能、高精度和高效率，并能获得良好的效益，关键取决于其可靠性高低，数控车床正向着高可靠性方向发展。随着计算机应用的普及和软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD一方面可以替代人工完成繁琐的绘图工作，另一方面它可以进行设计方案的选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测和优化设计，可以对整机的各工作部件进行动态模拟仿真。对机床部件进行模块化设计不仅可以减少重复性劳动，还能快速响应市场，缩短产品的开发设计周期。数控车床正向着设计CAD化、结构设计模块化方向发展。功能复合化可以扩大机床的适用范围，提高效率，实现一机多用、一机多能，数控车床正向着功能复合化方向发展。21世纪的数控装备是具有一定智能化的系统，数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统和制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式的基础单元，数控机床从点、线向面、体的柔性自动化系统方向发展，数控机床及其构成的柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP和MTS等联结，向信息集成方向发展。数控车床正向着智能化、网络化、柔性化和集成化方向发展。数控车床正向着高速、高精密化，高可靠性，数控车床设计CAD化、结构设计模块化，功能复合化，智能化、网络化、柔性化和集成化方向发展。我国数控车床的发展，始于上世纪70年代，通过30余年的努力，我国生产的数控车床，按照中国需求的特色，形成了经济型卧式数控车床(平床身卧式数控车床)、普及型数控车床(斜床身数控卧式车床和数控立式车床)和中高档数控车床(3轴控制以上)三种基本形式。我国目前仍是一个以普通车床生产为主的生产型国家。一个国家生产车床的数控化率和消费车床的数控化率集中反映了这个国家的制造业技术水平，同时也代表着一个国家的综合国力。 我国的数控机床发展很快。从技术上看，数控车床技术比较成熟，通过技术引进和合作生产、消化吸收和自主创新，我国已经掌握了数控车床设计和制造技术。从产品水平上看，我国已经能够自行开发设计各种中高档数控车床，国际上最热门的、水平最高的双主轴、双刀架9轴控制车铣复合中心，我国已经有多家企业开发试制成功，有的已被国内用户选购和出口国外。从品种上看，我国生产的数控车床品种比较齐全，每年有100多个数控车床新品种，可以供各方面用户选用。从生产规模上看，国产经济型数控车床已经形成规模化生产，有十余家企业生产规模达到年产千台以上。国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的的手段是实现机床多功能化和工序工种的集成，开发多种多样复合化加工的机种，如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔(双刀塔或四刀塔)数控车床和车削中心、双主轴同步驱动、双刀塔同时进行加工车削中心、五轴联动车铣复合中心、车磨复合加工机床、具有车、铣、镗、磨和激光热处理多种功能的高度复合化的复合加工中心等。 我国数控车床经过多年的发展，特别是近几年的迅速发展，与国际先进水平的差距在逐年缩小。对于某些依赖于进口的高档数控车床，如高精度数控车床和车削中心(主轴径跳轴跳0.001mm)、适用耐热合金和钛合金零件加工的大功率、高扭矩数控车床和车削中心等要加强产品开发研究攻关，突破其核心技术。1.3 本文研究的主要内容及要解决的问题X向进给机构是数控车床的进给系统之一，有高定位精度及重复定位精度要求；工作台是装夹工件的基础件也是重要的移动部件，具有高精度、高刚度、高稳定性等要求。类比目前已有的数控车床布局、参数，综合分析技术先进性、市场竞争力、实施可行性等因素，确定切合实际的最优开发方案。数控车床MC1000的X向进给机构设计包括：滚珠丝杠副的设计计算,滚动直线导轨选择,伺服电机的选择,定位精度验算和最大死区误差计算。2 数控车床MC1000X向进给系统结构的设计2.1 导轨的设计随着经济的迅速发展，制造业的发展越来越成为经济模块中较为重要的一部分。工业发达国家都十分重视机械制造业的发展，导轨作为数控机床重要部件之一，它在很大程度上决定了数控机床的刚度、精度及精度保持性。目前，数控机床上导轨形式主要有滑动导轨、滚动导轨和液体静压导轨等。 数控车床对导轨的要求： (1)导向精度高 导向精度是指机床的动导轨沿着支承导轨运动的直线度。无论是空载还是加工，导轨都应具有足够的导向精度，这是对导轨的基本要求。各种机床对于导轨本身的精度都有具体的规定或标准，以保证导轨的导向精度。影响导向精度的主要因素有导轨的几何精度、导轨的结构形式、动导轨及支承导轨的刚度和热变形、装配质量以及动压导轨和静压导轨之间油膜的刚度。 (2)耐磨性能好 导轨的耐磨性决定了导轨的精度保持性。精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度。影响精度保持性的主要因素是导轨的磨损，此外，还与导轨的结构形式及支承件的材料有关。动导轨沿支承导轨而长期运行会引起导轨的不均匀磨损，破坏导轨的导向精度，从而影响机床的加工精度，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。数控机床常采用摩擦系数小的滚动导轨和静压导轨，以降低导轨磨损。 (3)足够的刚度 机床各运动部件所受的外力，最后都由导轨面来承受。若导轨受力后变形过大，不仅破坏了导向精度，而且恶化了导轨的工作条件。导轨的刚度主要决定于导轨的类型、结构形式和尺寸大小，导轨与床身的连接方式，导轨材料和表面加工质量等。数控机床的导轨截面积通常较大，有时还需要在主导轨外添加辅助导轨来提高刚度。 (4)良好的摩擦特性 数控机床导轨的摩擦系数要小，而且动、静摩擦系数应尽量接近，以减小摩擦阻力和导轨热变形，使运动轻便平稳，低速无爬行。 (5)工艺性好 数控机床的导轨应便于制造和装配，便于检验。调整和维修，而且应有合理的导轨防护和润滑措施等。方案一：滑动导轨 滑动导轨具有结构简单，制造方便，刚度好，抗震性高等优点，在数控机床上应用广泛。但对于金属对金属形式，静摩擦系数大，动摩擦系数随着速度变化而变化，在低速时易产生爬行现象。为了提高导轨的耐磨性，改善摩擦特性可以通过选用合适的导轨材料，热处理方法，例如，可采用优质铸铁，耐磨除铁活镶淬火钢导轨，采用导轨表面滚压强化，表面淬硬，镀铬，镀钼等方法来提高机床导轨的耐磨性能。目前多数使用金属对塑料形式，称为贴塑导轨,如图2.1。贴塑滑动导轨的塑料化学成分稳定，摩擦系数小，耐磨性好，耐腐蚀性强，吸震性好，密度小，加工成形简单，能在任何液体或无润滑的条件下工作。其缺点是耐热性差，热导率底，热膨胀系数比金属大，在外力作用下容易产生变形，刚性差，吸湿性大，影响尺寸稳定性。目前，常用的塑料导轨有： (1)以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物等构成的高分子复合材料。聚四氟乙烯的摩擦系数很小（为0.04），表面不耐磨，因而需添加青铜粉，石墨，MoS2，铅粉等填充材料来增加耐磨性。这种材料具有良好的耐磨和吸震性能，适用工作温度范围广，动静摩擦系数小并且相差不大，防爬行性能好，可在干摩擦下使用，能吸收外界进入导轨面的硬粒，使配对金属导轨不至于拉伤和磨损。这种材料可制成塑料软带的形式。目前我国已有TSF,F4S等标准软带产品，产品厚度有0.8mm，1.1mm，1.4mm，1.7mm，2mm等几种，宽度有150mm，300mm，长度有500mm以上几种规格。 图2.1 贴塑导轨的结构 a) 矩形导轨 b) 燕尾导轨 c) 圆柱导轨 (2)以环氧树脂为基体，加入MoS2胶体石墨，TiO2等制成的抗磨涂层材料，这种涂层材料附着力强，可用涂覆工艺或压住成形工艺涂到预先加工成锯齿形状的导轨上。涂层厚度1.5-2.5mm。我国已生产有环氧树脂耐磨涂料（HNT），它用于铸铁的导轨副中，摩擦系数f=0.1-0.12，在无润滑油情况下仍具有良好的润滑和防爬行性能。 塑料导轨副的塑料软带一般贴在短的动导轨上，不受导轨形式的限制，各种组合形式对各滑动导轨均可黏贴，图2.1为几种贴塑导轨的结构。贴塑导轨主要用于大型及重型数控机床上。方案二：滚动导轨(1)滚动导轨的特点滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱或滚针的滚动体，使导轨之间为滚动摩擦而不是滑动摩擦。滚动导轨与滑动导轨相比，其优点是：灵敏度高，摩擦系数小，而且其动静摩擦系数相差很小，因而运动均匀，尤其是在低速移动时，不易出现爬行现象；定位精度高，重复定位精度可达0.2um；牵引力小，移动轻便；磨损小，精度保持性好，使用寿命广。但滚动导轨的抗震性差，对防护要求高，结构复杂，制造困难，成本较高。(2)滚动导轨的结构形式根据滚动体的种类，可以分为下列几种类型：1)滚珠导轨 这种导轨的承载能力小，刚度低。为防止在导轨面上产生压抗，导轨面一般采用淬火钢做成。滚珠导轨适用于运动部件重量轻，切削力不大的数控机床上。2)滚柱导轨 这种导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的机床上。但对于安装的偏斜反应大，支撑的轴线遇到平行度误差不大时也会引起偏移和侧向滑动，从而会使导轨磨损加快，精度降低。3)滚针导轨 这种类型的导轨的特点是：尺寸小，结构紧凑，主要适用于导轨尺寸受限制的机床上。4)直线滚动导轨（简称为直线导轨） 图2.2是直线导轨副的外形图，直线滚动导轨由一根长导轨（导轨条）和一个或几个滑块组成。图2.3为直线滚动导轨副的结构图，当滑块10与导轨条9移动时，每一组滚珠都在各自的滚道内循环运动，其所受的载荷形式与滚动轴承类似。图2.2 直线滚动导轨副的外形1导轨条 2循环滚柱滑座 3抗振阻尼滑座图2.3 直线滚动导轨副1、4、5、8回珠（回柱） 2、3、6、7负载滚珠（滚柱） 9导轨条 10滑块 方案三：静压导轨静压导轨可分为液体静压导轨和气体静压导轨。液体静压导轨的两导轨面之间开有油腔，通入具有一定压力的润滑油后，可形成静压油膜，使导轨工作表面处于纯液体摩擦，不产生磨损，精度保持型好；同时，摩擦系数也极低，使驱动功率大大降低；低速无爬行，承载能力大，刚度好；此外，油液有吸振作用，抗振性好。其缺点是结构复杂，要有供油系统，油的清洁度要求高。空气静压导轨在两导轨工作面之间通入具有一定压力的气体后，可形成静压气膜，使两导轨面形成均匀分离，以得到高精度的运动；同时，摩擦系数小，不易引起发热变形，但会随空气压力波动而使空气膜发生变化，且承载能力，常用于负载不大的场合。此外，必须注意导轨面的防尘，因为尘埃落入空气导轨面内会引起导轨面的损伤。 综合上述三种方案，选择方案二中的直线滚动导轨。2.2 滚珠丝杠螺母副的设计在数控机床上，将回转运动转换为直线运动一般都采用滚珠丝杠螺母机构。滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的传动机构。在数控机床中得到广泛的应用。它的机械效率比滑动丝杠高出3-4倍。滚珠丝杠螺母副的动（静）摩擦系数相差极小，配以滚动导轨，起动力矩很小，运动极其灵敏，低速时不会出现爬行现象。滚珠丝杠螺母副事先可以完全消除间隙和预紧，所以具有较高的轴向刚度，并且反向无空程死区，反向定位精度高。滚珠丝杠螺母摩擦系数小，无自锁现象，能实现可逆传动，因此用于垂直位置时，必须要有制动装置。(1)滚珠丝杠的结构和工作原理滚珠丝杠螺母的结构有内循环与外循环两种方式。方案一：外循环式滚珠丝杠副图2.4所示即为外循环方式的滚珠丝杠螺母副结构，它由丝杠1、滚珠2、回珠管3及螺母4组成。在丝杠1和螺母4上分别加工有圆弧形螺旋槽，将他们套装起来形成了螺旋形滚道，在滚到内装有滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面由滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿着螺旋形滚道滚动，使螺母和丝杠间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管连接，使滚珠能从一端重新回到另一端，构成一个闭合循环回路。图2.4 外循环滚珠丝杠1丝杠 2滚珠 3回珠管 4螺母方案二：内循环式滚珠丝杠副图2.5所示的为内循环式滚珠丝杠螺母副结构。在螺母侧孔中装有圆柱凸轮反向器，反向器上铣有S形回珠槽，将相邻的两螺纹滚道连接起来。滚珠经螺纹滚道进入反向器，借助反向器使滚珠越过丝杠牙顶进入到相邻滚道，从而实现循环。图2.5 内循环滚珠丝杠综合上述两种方案，选择方案一，即选择外循环式滚珠丝杠副。2.3 滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。常采用双螺母施加预紧力的办法来消除轴向间隙，但是必须注意预紧力不能太大，预紧力过大会使传动效率降低，摩擦力增大，磨损增加，从而使用寿命降低。常用的双螺母消除间隙的方案有：方案一：垫片调整间隙法 如图2.6所示，调整垫片4的厚度使左右两螺母产生轴向位移，从而消除间隙和产生预紧力。这种方法简单可靠，但调整费时，只适用于一般精度的机床。图2.6 垫片调整间隙法1、2单螺母 3螺母座 4调整垫片方案二：齿差调整间隙法 如图2.7所示，两个螺母的凸缘为圆柱外齿轮，而且齿数差为1，两只内齿轮用螺钉和定位销紧固在螺母座上。调整时先将内齿轮取出，根据间隙大小使两个螺母分别向相同方向转过1个齿或几个齿，然后再插入内齿轮，使螺母在轴向彼此移动相应的距离，从而消除两个螺母的轴向间隙，这种方法的结构复杂，尺寸较大，适应于高精度传动。图7 齿差调整间隙法1、2单螺母 3、4内齿轮方案三：螺纹调整间隙法 如图2.8所示，右螺母2外圆上有普通螺纹，再用两圆螺母4和5固定。当转动圆螺母4时，即可以调整轴向间隙，然后用螺母5锁紧。这种结构的特点是结构紧凑，工作可靠，滚到磨损后可随时调整，但是预紧量不准确。图2.8 螺纹调整间隙法1、2单螺母 3平键 4调整螺母 5锁紧螺母 综合上述三种方案，选择方案一，即选择垫片调整间隙法。2.4 滚珠丝杠的支承 滚珠丝杠两端支承的轴向固定形式主要有：一端轴向固定一端自由的支承配置方式；一端固定一端浮动的支承配置方式；两端固定方式。由于两端固定时的刚度比一端固定时要高很多，因此，采用两端固定的结构形式是提高拉压刚度的有效措施。本设计采用两端固定的支承配置方式。2.5 电动机的选择 直流伺服电动机具有良好的调速特性，为一般交流电动机所不能及，因此在数控机床伺服进给系统中都广泛的采用直流伺服电动机。 本次设计采用的伺服电动机为FANUC-BESK宽调速直流电动机FB42，电动机与滚珠丝杠采用同步带轮连接，用旋转变压器作为位置检测元件，半闭环控制脉冲当量为0.005mm，系统增益=201/s，速度开环增益=42.5。 在本数控车床的进给系统中，为了提高传动刚度，可以通过提高丝杠及其支承刚度，采用同步带轮连接电动机和滚珠丝杠，其中采用胀套连接。胀套连接是靠拧紧高强度螺栓是胀套与轴间或套间包容面间产生压力和摩擦力，实现传递载荷的一种用于轴和毂连接的无键连接装置。胀套连接的特点 (1)使用锥环可以使主机零件制造和安装简单。安装锥环的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造误差。锥环安装时不需要加热、冷却或加压设备，只需要将螺栓按要求的力矩拧紧即可，且调整方便，可以方便地将轮毂在轴上调整到所需位置。锥环也可以用来连接焊接性差的零件。 (2)锥环的使用寿命长，强度高，具有过载安全保护作用。它依靠摩擦传动，对被连接件没有键槽削弱，也没有相对运动，工作中不会产生磨损。锥环在超载时，将失去连接作用，因此，可以保护设备不受损害。 (3)锥环连接可以承受多重负荷，其结构可以做成多种形式。根据安装负荷大小还可以多个锥环串联使用。 (4)拆卸方便，并且具有良好的互换性。胀套已经标准化，类型较多，选用计算方便。另外，由于锥环能把较大配合间隙的轴毂结合起来，拆卸时将螺栓拧松，就可使被连接件容易拆卸。胀紧时，接触面紧密贴合不易锈蚀，同时也便于拆开。胀套连接定心好，承载能力高，孔不用加工键槽，没有应力集中源，承载能力的疲劳强度高，装拆方便，又有密封和保护作用，是目前在数控机床进给系统中常用的联轴器。3 数控车床MC1000X向进给系统设计计算3.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算(1)丝杠的导程和转速电动机的最大转速为1500r/min，取工作时电动机与滚珠丝杠直连，工作台最大速度10m/min，故丝杠的导程为=10mm。丝杠转速：强力车削60r/min；一般车削80r/min；精细车削100r/min；快速移动1000r/min。(2)当量转速和当量载荷 (r/min) (3.1)(3)丝杠长度丝杠螺纹部分长度等于工作台最大行程（1200mm）加螺母的长度(250mm)，再加两端的余程(80+20mm)。 =1200+250+80+20=1550（mm） (3.2)初选丝杠为内循环、浮动式返回器、双螺母垫片预紧，公称直径=80mm，=10mm，3列，2级精度，型号为FEZD8010-3-2/15501200。(4) 支撑跨距应略大于，取=2000mm。(5) 临界转速 （r/min） (3.3) =-1.2=80-1.27.144=71.4（mm） (3.4)滚珠丝杠为一端游动的支撑形式，因此支撑系数为=3.927.临界转速计算长度 =250/2+1200+50+（2000-1550）/2=1600（mm） (3.5) =9910（3.9270.0714）/1.6=6820（r/min） (3.6) 在丝杠的游动端，通过一定的结构，在轴承两端都加了锁紧螺母，使丝杠只能伸长不能压缩，故不需要进行压杆稳定性验算。(6)预拉伸计算(a)温升引起的伸长量设温升为3.5，则螺纹部分伸长量为 (3.7) 丝杠全长的伸长量为 (3.8)为此，丝杠的目标行程可以定位比公称行程小0.06/2mm。丝杠在安装时进行预拉伸，拉伸量为0.077mm。(2)预拉伸力根据材料力学欧拉公式知 （N） (3.9)伺服电动机为FANUC-BESK宽调速直流电动机FB42，电动机与滚珠丝杠采用同步带轮连接，用旋转变压器作为位置检测元件，半闭环控制脉冲当量为0.005mm，系统增益=201/s，速度开环增益=42.5。丝杠负荷，导轨摩擦力为 (3.10)各种切削方式下的丝杠载荷应为纵向切削力加摩擦力。最大载荷发生在强力切削时，=2070N。其余分别为：一般铣削F=1070N,精铣F=570N,快移F=70N。3.2 性能指标验算 (1)加速能力验算负载及机械传动装置总的转动惯量：kgm；直流伺服电动机FB42的转动惯量：kgm；总转动惯量： kgm (3.11)对于直流伺服电动机：0.50.8，因此，惯量匹配符合要求。工作台能达到的最大加速度 40.57（m/s） (3.12)系统要求的最大加速度（在快移时） 6067（m/s） (3.13)可见加速能力满足要求。(2)定位精度验算(a)丝杠在拉压载荷下的最大弹性位移 (3.14) 快移时 F=70N,=0.3 强力车削时 F=2070N,=7.5 精细车削时 F=570N,=2.1 (b)滚珠丝杠与螺母间的接触变形 (3.15)FEZD8010-3滚珠丝杠的=1170N/快移时 =70/1170=0.06强力车削时 =2070/1170=1.8精细车削时 =570/1170=0.5发生在丝杠中部，和与螺母位置无关，故以上的均为775mm。丝杠精度等级为2级时，任意300mm行程公差为8，基本满足点位控制定位精度0.01/300mm的要求，且可利用半闭环系统予以修正。 (3)最大死区误差 (a)滚珠丝杠刚度 (N/) (3.16) (b)滚珠丝杠与螺母间的接触刚度 =1170N/ (3.17) (c)轴承的接触刚度 =282N/ (3.18) (d)系统刚度K (3.19) =125（N/） (e)最大死区误差 = (3.20) 快移时 =270/125=1.12 强力车削时 =22070/125=33.12 精细车削时 =2570/125=9.12 由于脉冲当量为0.005mm，故快速移动时可实现单脉冲进给，而精细车削时则不能进行单脉冲进给。4 结 论本次设计中我通过上网搜索了有关数控车床方面的相关知识，在北京国际机床展上重点参观了各家单位的数控车床，并收集了关于数控车床的相关资料，对数控车床的发展现状和发展趋势有了进一步了解的同时，也学习到了很多新的知识。在济南弗斯特数控设备有限公司对数控车床的整体结构和工作原理有了进一步的了解，对X向进给系统更是进行了深入研究。数控车床具有结构简单、价格便宜、故障率低、维修简单方便、效率高、操作编程简单等诸多优点，所以数控车床在很多加工行业都会成为应用的主体，随着数控技术和机床行业的发展，数控车床将有着广阔的发展前景。本次设计是数控车床MC1000X向进给系统设计，通过查阅资料和相关手册，主要对数控车床MC1000的X向进给机构进行了滚珠丝杠螺母副的设计计算，完成了系统中的尺寸计算和结构设计，并对其进行了一系列的校核，包括对定位精度和最大死去误差的验算，使各项性能指标都满足要求，证明了设计的合理性。随后进行了滚动直线导轨的选择和伺服电动机的选择，并设计了床身等。参 考 文 献1濮良贵, 纪明刚. 机械设计M. 第8版. 北京: 高等教育出版社, 2