毕业设计（论文）-普通CA6140车床的经济型数控改造设计.doc

全套图纸加扣3012250582太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书毕业生姓名：专业：机械设计制造及其自动化学号：指导教师：所属系（部）：机电系二一四年六月太原理工大学阳泉学院毕业设计评阅书题目： 普通CA6140车床的经济型数控改造设计 机电 系 机械设计制造及其自动化 专业 姓名 设计时间：2014 年 3 月 15 日2014 年 6 月 15 日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：20 年月 日 太原理工大学阳泉学院毕业设计答辩记录卡 机电 系 机械设计制造及其自动化专业 姓名答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名） 成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长：（签名） 20 年月日摘 要数控机床以它生产效率高、可加工零件多样化的特点，越来越显示出它的优越性，然而，很多资深的老企业还存在着许多原有的普通机床，如何将普通机床改造成数控机床，已成为机械加工设备改造工作的重点。本文以CA6140普通车床为例阐述了对普通机床进行技术改造的必要性，提出了该机床数控化改造的方案并实施了改造。机械部分改造主要做了以下工作：将两个进给方向的滑动丝杠改为滚珠丝杠，用伺服步进电机和减速齿轮来实现进给部分的调速，这样不仅提高了传动效率而且可以实现快速定位和准确的启、停；数字控制系统选用广州数控设备有。关键词：数控机床；数控化改造；数控系统AbstractBased on its high production efficiency, machinable parts diversification, CNC machine has increasingly shown its superiority. However, many senior enterprises still have large amount of original general-purpose machine tools, how to transform the ordinary tools into CNC machine tools has became the focus of the mechanical processing equipment modification. Based on CA6140 centre lathe, this paper expounds the necessity of the technological transformation to general-purpose machine tools, and purposed transformation of the CNC program and implemented a transformation. Mechanical parts reconstruction made the following job: taking the two feeding direction of sliding screw instead of ball screw, servo stepping motor and reduction gear to realize the speed regulation of the feed part, this works not only improve the transmission efficiency ,but also achieve rapid positioning and accurate start , stop. Digital control system chooses GSK 928TC-2 NC system which produced by Nanjing Huaxing NC equipment limited liability company. This system achieves the digital control components coordinate work, and the cost is low. Electric system transformation canceled a large number of electronic components in high electrical cabinet; achieve the control circuit by switch relays, contactors, and servo drive. Then, testing precision and geometry accuracy of the machine after transformation, the test results meet the machines accuracy. The test results verified the feasibility and reliability of machine tools, not only the processing expanded, and the labor intensity reduce, the machining efficiency improved. Compared with before modification, the machines operations are more convenient, and greatly reduce the laborer labor intensity, improve the production efficiency and product quality. This scheme has advantage of little investment and instant effect, which is worth popularizing.Keywords: NC machine tool;Numerical control transformation;NC system 目 录1 绪论1 11 课题的研究目的和意义1 12 本文的选题及主要研究内容11.2.1 主要研究内容1 1.2.2 数控化改造的主要环节22 CA6140普通车床数控化改造方案的设计42.1 总体改造方案42.2 改造的技术参数52.3 传动系统改装设计与计算62.3.1 纵向进给系统的设计与计算62.3.2 横向进给系统的设计与计算132.4 减速箱体的设计192.4.1 纵向进给齿轮的设计192.4.2 横向进给齿轮的设计192.5 滚珠丝杠的安全使用203 步进电机的设计与选择223.1 纵向步进电机的选择223.2 横向步进电机的选择264 CA6140车床数控化改造的数控系统314.1 数控车床及数控系统的概述314.2 CA6140车床数控化改造的数控装置系统334.2.1 数控装置系统选型334.2.2 进给步进电机的驱动器选型354.2.3 分配器354.2.4 放大器374.3 CA6140车床数控化改造的数控系统功能384.3.1 系统工作方式384.3.2 系统报警394.3.3 系统的编程与加工功能405 CJK6140数控车床电气控制设计415.1 CA6140车床电气控制415.1.1 CA6140车床运动形式415.1.2 电力拖动特点和控制电路415.2 CJK6140数控车床电气控制设计415.2.1 CJK6140数控车床主电路设计415.2.2 CJK6140数控车床控制电路设计426 CJK6140车床改造验收456.1 机床外观检查456.2 机床的性能及数控功能的试验456.3 CJK6140数控车床数控系统的调试与试运行46结 论47参考文献48附录：外文资料49致 谢64全套图纸加扣30122505821 绪论11 课题的研究目的和意义机械制造行业是国民经济发展的重要基础，是其发展的先导。历史的实践已证明,先进的制造装备与先进的制造技术在国民经济中起着重要的作用,而先进的装备与先进的制造技术则正是由先进的机械工业来提供的。随着消费向个性化发展，单件小批量多品种产品占到70%80%，这类产品的零件一般采用通用机床来加工。当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而通用机床的自动化程度不高，基本上是由人工操作，难于进一步提高生产效率和保证质量。特别是一些曲线、曲面组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床或者借助划线和样板，用手工操作的方法来完成，其加工精度和生产效率会受到极大的影响。产品结构越来越合理，性能、精度和效率日趋提高，因此对产品零部件的生产设备（机床）也相应提出了高性能、高精度与高自动化的要求。为了解决单件小批量多品种产品在生产中日愈增加的质量与效益矛盾，特别是复杂型面零件的加工生产问题，数控机床的应用在机械加工中得到了广泛的应用。我国是制造大国，但不是制造强国。制造业水平的相对落后，设备陈旧，技术水平差距大，国际竞争力弱，直接影响了生产力的发展。大批量生产的产品，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了提高产量和品质，广泛采用了组合机床、专用机床、自动化生产线和自动化车间来组织生产，但是这类专用机床和生产设备生产加工出来的产品普遍存在质量差、准备周期长，更新产品和修改生产工艺不易、档次低、成本高、供货期长等缺点制约了产品的更新换代。我国现正处于从以劳动密集型产业为主向以技术密集型产业为主的发展阶段，对自动化设备的需求会越来越大、越来越积极。尽管数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量多品种零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率但从我国机械加工行业来看，机床总量约 400万台，其中数控机床总数只有 12万多台，数控机床占有率不足3，而一些工业发达国家早已达到30以上。逐步提高数控机床的占有率，已经成为我国制造技术发展的总趋势也是我国制造业发展所需要解决的一个现实问题。提高机床数控率有两个途径：一是增加新的数控机床。从目前企业面临的情况看各企业均有大量的普通机床，数控机床价格昂贵，一次性投资较大，企业完全用数控机床替代是根本不可能的；二是对旧机床进行数控化改造。我国是一个机床拥有量极大的国家，而且约有半数以上是役龄在10年以上的旧机床，采取对旧机床进行改造来提高设备的先进性和数控化率，投入少、收效大，是一个极其有效和实用的途径，而且符合中国的国情，是企业必走之路。.2 本文的选题及主要研究内容1.2.1 主要研究内容为了使CA6140普通车床满足加工小批量、精度高、形状复杂的零件，同时在加工过程中不仅可以减轻劳动强度，而且保证加工质量以及从经济方面考虑，本次设计对CA6140进行数控化改造，节约资金的同时，又能够满足生产需求。设计的目的主要是以下几个方面：1、节约资源，降低数控化成本。利用原来的普通机床进行数控化改造，提高机械设备的数控化率。2、实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬动，从而可以提高零件加工精度，减小尺寸分散度，使装配容易，不需再“修配”。3、实现加工的自动化，效率可比传统机床提高三到七倍。4、数控加工降低工人的劳动强度，节省劳动力，减少工装缩短新试品试制周期和生产周期，并对市场作出快速反应。 CA6140普通车床进行数控改造后，系统应能控制主轴转速并实现其正反转；控制工作台实现纵向和横向的进给运动；控制冷却和润滑；通过键盘输入加工程序；由显示器显示加工状态等。数控部分：机床中的主轴、冷却、润滑和进给等均需系统自动控制，为此需设计接口转换电路和强电控制电路。电器元件可保留使用原机床中的变压器、自动断路器、接触器等。拆除原电控箱，原位安装改制后的电控箱。机械部分：C6A140型车床主要用于对中小型轴类、盘类及箱体类零件的加工，改造后的机床可进行加工轴类零件和直径不太大的盘类零件，还可以进行螺纹加工。可适用于企业的机械设备生产，特别适用于工夹模具的制造。.2.2 数控化改造的主要环节普通机床数控化改造主要从主传动部分、进给传动部分、数控系统三个环节进行方案制定和改造实施。（1）主传动改造主轴部件直接带动工件或刀具参加切削运动，它除承受本身重量外，还需承接较大的切削载荷，主轴本身的刚性和旋转精度以及支撑的刚性都将直接影响零件的加工精度，因此主轴部分的数控改造，首先应保证本身的刚性以及修复和提高本身的旋转精度。由于中、小型机床，本身价格较低，如果将其主传动改为交流变速，其费用太高，因此，在一般情况下，为了降低改装的费用，保持机床的原有精度，主传动系统基本不变，保持原机床的手动变速，改造后使主运动和进给运动分离，数控系统只用于控制主轴的起、停和正、反转及冷却液的开、关。主传动系统仍采用原电动机驱动，只是将主轴改装成带有脉冲编码器。 （2）进给传动的改造为了加工出符合要求的零部件，对进给传动的要求一般为: 1、高精度即高的定位精度和重复定位精度以及加工零件的综合精度； 2、高品质即响应快，频带宽，动静态速降小，调速范围宽； 3、高速度即能快速定位，以提高效率； 4、大功率即能输出大的力矩和功率，以满足加工要求；机床进给传动链中，需将旋转运动变成直线运动，普通机床常采用普通丝杠，虽有许多优点，但其摩擦阻力大，传动效率低(=0.200.40)，动静摩擦系数相差大，在低速时容易出现爬行，而数控机床要求进给部分的移动元件灵敏度好，精度高，反应快，无爬行,采用滚珠丝杠副可能满足要求。综上所述，我们选择滚珠丝杠传动，由于其高效率、温升小、高精度、高速度、高刚性、可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而得到广泛应用，为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。此外，从转动惯量、转动力矩、最大静转矩和频率等方面对纵、横步进电机分别进行计算，进而选择纵、横步进电动机；通过设计计算选择纵、横步进电机和滚珠丝杠之间配套的减速齿轮。（3）电气部分改造机床的主轴、冷却等均需系统自动控制，为此需设计接口转换电路和强电控制电路。电器元件可保留原机床中的变压器、自动断路器、接触器等。拆除电控箱，原位安装改造后的电控箱。此部分任务是确定控制方式、选择伺服系统。数控系统控制方式基本上可以分为开环、闭环、半闭环三种方式。机床数控化改造选择哪种方式，需根据具体情况决定。一般小型机床或精度要求较低的机床，多采用开环控制方式，大、中型机床多采用半闭环控制方式。在机床数控化改造中，小型机床多采用步进电机驱动系统，这种系统价格低、结构简单，但控制精度和速度低。 2 CA6140普通车床数控化改造方案的设计2.1 总体改造方案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。因此合理选择改造方案是工作得以成功的主要环节。数控机床的改造目的是要求机床稳定可靠，以尽可能低的故障率运转。因此，用来进行改造的机床最好是七八成新的机床。根据各机床制造厂对普通铣床进行数控改造的主要形式，并结合现有型号和实际情况，拟定出以下两种改造方案：方案（1）技改要点主传动甩掉现有车床主轴箱（包括主轴）、进给箱等，只保留床身、导轨、等，重新设计制造主轴（高转速）及箱体。进给传动采用半闭环伺服系统。这一类系统的位置检测元件从机械传动链的中间取得信号，检测元件大多是装在伺服电动机后端或滚珠丝杠驱动端。由于位置反馈信号不包括滚珠丝杠螺母副及工作台等执行部件误差因素影响，能获得比闭环伺服系统稳定性好的控制特性，而且也较经济。当采用高分辨率的检测元件，且半闭环外的传动部件(滚珠丝杠副、导轨以及工作台等工作部件)又有足够高的工作精度时，即使在半闭环数控机床上也可以获得较满意的精度和运动速度。但在加工使用中，环境温度变化和滚珠丝杠工作温度变化引起的热变形，机械原点漂移等未消除时，常成为高精密加工的主要误差因素。进给箱变为交流伺服电机支撑箱，需重新设计制造；两台步进电机支撑件、联接件，两丝杠支撑与溜板联接件，电气柜、防护罩等主要件需设计制作；各主要部件需装配、安装与调整。（2）技术难点主轴和主轴箱技术要求高，设计难度大，我们无设计条件、经验和设计时间，其制造难度也大，一般加工企业无法加工；两丝杠的支撑、联接技术与安装调整、工艺要求较高；两伺服电机支撑、联接技术要求较高。改造后属于半闭环系统控制，加工精度较高但改造费用也需要较高。方案（1）技改要点主传动保留主轴箱、床身、导轨，而甩掉现有车床进给箱。进给传动采用开环伺服系统，开环伺服系统没有检查机械运动的检测元件，即没有来自位置传感器的反馈信号。由步进电动机驱动，运动速度和精度较低，运动中容易产生振荡、丢步等现象，因此主要用于经济型或简易型数控机床，其精度和速度的提高受到限制。进给箱变为步进电机支撑，需重新设计制造；两步进电机支撑件、联接件，两杠支撑工作台联接件，电气柜、防护等主要件需设计制作；各主要部件需装配、安装与调整。（2）技术难点 两杠的支撑、联接技术与安装调整工艺要求较高；两进电机支撑、联接技术要求较高。改造后属于开环系统控制，加工精度相对低但改造费用也相应较低。 根据以上两种普通机床数控化改造方案的比较，经过察看C6140及其性能指标、工作状况，采用价格相对较低的数控系统，并配以混合式步进电机驱动与滚珠丝杠螺母副对C6140横、纵两轴进行改造；并且参照数控车床的改造经验，确定总体改造方案。1、基本保留机床原主轴的运动系统，主轴的正、反转以及启动、停车的由数控系统控制；2、拆除机床工作台的横、纵轴原进给系统，将滑动丝杠副更换为滚动丝杠副，并改装减速齿轮、选用伺服电机。3、数控系统选用广州数控设备有限责任公司GSK 928TC-2数控系统；4、电气系统的设计。在进给驱动中使用步进电机，由于改造设计的是简易型经济数控，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减小改动量，以降低成本。（1）床身、床鞍、工作台等对车床上较大的部件尽量利用原来的部件。（2）进给箱：拆除原手动操作机构，改用步进电动机通过齿轮副传动带动滚珠丝杠实现，脉冲当量为0.01mm，进给由数控系统控制。 （3）冷却部分：冷却部分由切削液泵、出液泵、回液管、开关及喷嘴等组成。切削液泵安装在机床底座的内腔里，将切削液从底座内储液池泵至出液管，在经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。 （4）润滑部分：润滑部分采用机动润滑方式，用润滑油泵通过分油器对主轴套筒、刀轨及滚珠丝杠进行润滑，以提高机床的使用寿命。改造的轴在机械上采用了滚珠丝杠通过齿轮副进行传动联接；工作台进行贴塑处理；滚珠丝杠和工作台润滑采用手动泵注入，整个改造工作包括机械设计、电气设计、机械零部件加工、机床大修及整机的安装和调试等。2.2 改造的技术参数数控车床改造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的参数: 最大加工直径：在床面上： 400mm在床鞍上： 220mm最大加工长度：1000mm快进速度：纵向：2.0m/min横向：1.0m/min最大进给速度：纵向： 0.5m/min横向： 0.3m/min代码制：ISO脉冲分配方式：逐点比较法输入方式：增量值，绝对值通用。控制坐标数：2最小指令值：纵向： 0.01mm/step横向： 0.005mm/step刀具补偿量：099.99mm进给传动链间隙补偿量：纵向： 0.15mm横向： 0.075mm改造后，设备的操作改由系统控制，实现了自动化加工和柔性加工，加工精度也得到了提高。同时，使设备的故障率明显降低，维护费用也减少了，工人的劳动强度也跟着减轻，而工作效率得到了极大的提高，从前一些无法加工的工件，现在也可以加工了。总之，该机床改造后的可靠性和加工效率得到了很大提升，避免了人为因素的影响。整个改造所用费用少、见效快，系统运行平稳，达到了预期的目的。2.3 传动系统改装设计与计算2.3.1 纵向进给系统的设计与计算2.3.1.1 切削力的计算车削力分为Fc、Fp和Ff三个互相垂直的分力。 Fc为主切削力，是总切削力在主运动方向的分力，垂直于基面，是最大的切削分力，其消耗功率占总功率的95%99%。 Fp为背向力(径向力)，是总切削力在切削深度方向的分力。背向力会使机床刀具、夹具和工件产生变形，容易引起振动和加工误差，是设计和校核系统刚度和精度的主要参数。 Ff为进给力(轴向力)，是总切削力在进给方向的分力，进给力作用在机床的进给机构上，是计算和校核进给系统强度的主要根据之一。根据机床设计手册，切削力的计算公式为： （2-1） 式中Dmax床身最大工件加工直径。 同样根据金属切削原理得知因此得 Fp=0.4Fc=2144N Ff=0.25Fc=1340N2.3.1.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型1、 强度校核计算 拖板上所受到的最大工作载荷 （2-2） =1.151340+0.15(5360+1009.8)=2492N式中K在综合导轨中受颠覆力矩影响所取的实验系数，取1.15； f导轨滑动摩擦系数，由于我们改造后为贴塑导轨，通过机械设计手册查得f=0.15； G整个拖板上所有部件所受的重力，这里我们使其总质量为100Kg。 最大动载荷计算： 根据己求出的最大工作载荷，可求出最大动载荷C (2-3)式中fw一一运转状态系数，通常为1.2-1.5，我们取1.5 L一一工作寿命，单位为106r。 (2-4)式中T一一使用寿命，根据数控机床上丝杠普遍的使用寿命，T=15000h n一一丝杠的转速 (2-5)式中vs为在最大切削力情况下的进给速度，纵向最大进给速度为0. 6m/min，通常取最人进给速度的到，这里我们取。 L0丝杠的基本导程，取L0=6mm。因此， 综上所求数据最大动载荷 2、传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为： （2-6）丝杠螺旋升角=325，滚珠丝杠螺母副的滚动摩擦系数f=0.0030.004，10，则：3、 滚珠丝杠螺母副的选型数控机床的进给传动链中，将旋转运动转换为直线运动的方法很多，采用丝杠螺母副是常用的方法之一。滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动相互转换的新型传动装置。（1）滚珠丝杠螺母副工作原理与特点图2-1 滚珠丝杠副的结构原理示意图1螺母 2滚珠 3丝杠滚珠丝杠副的结构原理示意图如图2-1所示。在丝杠3和螺母1上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道b，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠2。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。可知，滚珠丝杠螺母副中是滚动摩擦，它具有以下特点：1）摩擦损失小，传动效率高，可达0.90.96；2）丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度；3）摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象。磨损小、寿命长、精度保持好；4）不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动。因此，丝杠立式使用时，应增加制动装置。4、滚珠丝杠螺母副的选用目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级：普通级P、标准级B、精密级J和超精密级C。各级精度所规定的各项允差可查有关手册。一般的数控机床可选用标准级B，精密数控机床可选精密级J或超精密级C。在设计和选用滚珠丝杠螺母副时，首先要确定螺距t、名义直径D0、滚珠直径d0等主要参数。在确定后两个参数时，采用与验算滚珠轴承相似的方法，即规定在最大轴向载荷Q作用下，滚珠丝杠能以33.3r/min的转速运转500小时而不出现点蚀。选择螺距t时，一般应根据丝杠的承载能力和刚度要求，首先确定名义直径D0，然后根据名义直径D0尽量取较大的螺距。常用的螺距t=4、5、6、8、10、12mm。螺距愈小，在一定轴向力作用下摩擦力矩愈小；但t小时（滚珠也小），导致滚珠丝杠承载能力下降。另外，如丝杠名义直径D0一定时，t减小、螺距升角随之减小，传动效率也随之降低。丝杠名义直径D0是指滚珠中心圆的直径，根据承受的载荷来选取。D0愈大，丝杠承载能力和刚度愈大。为了满足传动刚度和稳定性的要求，通常应大于丝杠长度的1/301/50。滚珠直径d0对承载能力有直接影响，应尽可能取较大的数值。一般d00.6t，其最后尺寸按滚珠标准选用。滚珠的工作圈数J、列数K和工作滚珠总数N对丝杠工作特性影响很大。根据试验，每一个循环回路中，各圈所受载荷不均匀，滚珠第一圈约承受总载荷的50%，第二圈约承受30%，第三圈约承受20%。因此，圈数过多并不能加大承载能力，反而增加了轴向尺寸。一般工作圈数J=2.53.5圈。若工作圈数必须超过三圈半时，可制成双列或三列，列数多，增加了接触刚度，提高了承载能力。但并不是成比例增加，列数多，增加承载能力并不显著，反而加大了螺母的轴向尺寸。一般K=23列。工作滚珠总数N不宜过多，一般N150，否则，容易引起流通不畅而堵塞。但也不宜过少，这样会使每个滚珠所受载荷加大，弹性变形也大。（2）丝杠的导程和转速 电动机最大转速为1440r/min，取使用时最高转速为1000r/min，电动机经过联轴器、齿轮传动和丝杠相连，工作台最大速度，故丝杠的导程应为。 丝杠转速：强力切削30r/min，一般切削50r/min，精细车削60r/min，快移80r/min。 （3）初选滚珠丝杠副初选滚珠丝杠的尺寸规格，相应的额定动载荷Ca不得小于最大动载荷C，即CaC。假如滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转（N10r/min）下工作并受载，那么还需要考虑另一种失效形式滚珠丝杠接触面上的塑性变形。即考虑滚珠丝杠的额定载荷C0a是否大大超过了滚珠丝杠的工作载荷fh，一般使Ca/Fm=23。根据最大动载荷C的值，查表2-1选取滚珠丝杠的型号，选用中国艺工的FFZD4006-3(表示内循环浮动式垫片预紧滚珠丝杠副，公称直径为40mm，基本导程为=6mm，螺纹旋向为右旋)，其Ca的值为15.1kN，所以强度足够，预紧力Fp=0.25Ca=3.775kN，大于最大轴向载荷的三分之一，这种丝杠是可用的。 表2-1滚珠丝杠技术参数表 （4）预拉伸计算温升引起的伸长量，设温升为，则螺线部分伸长量为： 丝杠全长的伸长量为：为此，丝杠的目标行程可定为比公比行程小0.03/0.8mm。丝杠在安装时，进行预拉伸，拉伸量为0.030mm。预拉伸力Ft，根据材料力学欧拉公式： （5）刚度验算 滚珠丝杠长时间负载运动会发生轴向变形影响其精度和平稳性。滚珠丝杠的轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形，滚珠与螺纹道之间的接触变形以及支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形，因此要进行刚度验算。 丝杠的拉伸或压缩变形量 式中 每个导程在工作负载作用下所引起的变化量； 滚珠丝杠导程； L滚珠丝杠两端的支撑间距，L=1500mm。 式中 E钢的弹性模量 A滚珠丝杠截面积 式中 d1螺纹内径； e滚珠丝杠滚道圆弧偏心距； R螺纹滚道圆弧半径； DW滚珠直径； 接触角，为。因此， 得出， 由于丝杠两端都接触轴承，并且丝杠又进行预紧，故其抗压刚度比一般丝杠提高4倍。所以，滚珠与螺纹滚道间的接触变形 式中 一一这里为轴向工作载荷（Kgf） 一一预紧力 一一滚珠数量 =每圈滚珠数圈数列数 每周滚珠数 因此 由于前面介绍对丝杠有预紧力，因此，实际变形量为支撑滚珠丝杠的轴承轴向接触变形量支撑滚珠丝杠的轴承这里我们选用角接触轴承，通过比较我们选用51107型推力球轴承（内径为35mm，外径为52mm）和6007深沟球轴承（内径为35mm，外径为62mm）。滚动体数量、滚动体直径 由于施加预紧力，实际变形量为 因此，总变形量为 符合刚度要求。（6）稳定性验算。 滚珠丝杠长期受轴向力，若轴向工作负载过大，会使其产生纵向变形失去稳定性，所以通过验算其所能承受的最大轴向载荷了解是否会产生纵向弯曲。 式中 一一丝杠支撑系数，由于是两端固定，所以=4； E一一滚珠丝杠材料的弹性模量，取钢； L一一丝杠两端距离。L=1500mm； I丝杠截面惯性矩； 丝杠底径， =35.2m 所以最大轴向载荷为 稳定性安全系数为 由于稳定安全系数远大于许用稳定安全系数4，所以丝杠很稳定，不会发生失稳。2.3.2 横向进给系统的设计与计算2.3.2.1 切削力的计算 式中车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力可取纵切时的式中 走刀方向的切削力（N） 垂直走刀方向的切削力（N） 2.3.2.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型1、计算进给牵引力横向进给选为三角型或综合导轨 式中：，切削分力（） G移动部件的重量（N） 查得横向溜板及刀架重力700N 滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同 取=0.15-0.18 K考虑颠复力矩影响的实验系数 取K=1.15 2、计算最大动负载C 选用滚珠丝杆导轨 式中：L工作寿命，以转为一单位 n丝杆转速（r/min） 为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2-1/3 取 丝杆导程（mm） 初选=6mm T使用寿命（h）,对于数控机床取15000h 运转状态系数，我们取1.53、滚珠丝杆螺母副的选型如表2-2，可采用FFZD2506-3(表示内循环浮动式垫片预紧滚珠丝杠副，公称直径为25mm，基本导程为=6mm，螺纹旋向为右旋)，其Ca的值为11.3kN，所以强度足够，预紧力Fp=0.25Ca=2.825kN，大于最大轴向载荷的三分之一，这种丝杠是可用的。表2-2 滚珠丝杠技术参数表 4、传动效率计算 式中：螺旋升角， 摩擦角取 滚动摩擦系数0.003-0.0045、刚度验算横向进给丝杆支承方式图2-2所示，最大牵引力1277.5N,支承间距320mm，图2-2 横向传动示意图计算如下:丝杠的拉伸或压缩变形量 式中 每个导程在工作负载作用下所引起的变化量； 滚珠丝杠导程； L滚珠丝杠两端的支撑间距，L=320mm。 式中 E钢的弹性模量 A滚珠丝杠截面积 式中 d1螺纹内径； e滚珠丝杠滚道圆弧偏心距； R螺纹滚道圆弧半径； DW滚珠直径； 接触角，为。因此， 得出， 由于丝杠两端都接触轴承，并且丝杠又进行预紧，故其抗压刚度比一般丝杠提高4倍。所以，滚珠与螺纹滚道间的接触变形 式中 一一这里为轴向工作载荷（Kgf） 一一预紧力 一一滚珠数量 =每圈滚珠数圈数列数 每周滚珠数 因此 由于前面介绍对丝杠有预紧力，因此，实际变形量为 支撑滚珠丝杠的轴承轴向接触变形量支撑滚珠丝杠的轴承这里我们选用51203型推力球轴承。其主要参数:内径为17mm滚动体数量滚动体直径 由于施加预紧力，实际变形量为 因此，总变形量为 符合刚度要求。6、稳定性验算。 滚珠丝杠长期受轴向力，若轴向工作负载过大，会使其产生纵向变形失去稳定性，所以通过验算其所能承受的最大轴向载荷了解是否会产生纵向弯曲。 式中 一一丝杠支撑系数，由于是两端固定，所以=4； E一一滚珠丝杠材料的弹性模量，取钢； L一一丝杠两端距离。L=320mm； I丝杠截面惯性矩； 丝杠底径， =20.2m 所以最大轴向载荷为 稳定性安全系数为 由于稳定安全系数远大于许用稳定安全系数4，所以丝杠很稳定，不会发生失稳。 2.4 减速箱体的设计2.4.1 纵向进给齿轮的设计1、脉冲当量的选择根据原机械的加工精度，由前面的计算已知：滚珠丝杠的导程，初选步进电动机步距角，脉冲当量。每个脉冲丝杠螺母移动的距离为：要实现p=0.01mm/step，就必须在步进电机和滚珠丝杆之间加上一对降速齿轮，此对减速齿轮的减速比为:2、减速齿轮副的设计此处设计的减速齿轮副是开式齿轮传动，为防止轮齿太小引起的意外断齿，传递动力的齿轮模数一般不小于1.52mm，因此，减速齿轮模数取为m=2mm，选择为直齿圆柱齿轮故分度圆压力角=20，齿顶高系数，顶隙系数。为了提高开式齿轮传动的耐磨性，要求有较大的模数，因而齿数应少一些，一般取=1720，此处取=20，故= =201.25=25，取=25。表2-3 纵向进给齿轮参数表齿轮1齿轮2齿数Z2025模数m（mm）22分度圆 d（mm）4050齿顶圆 （mm）4454齿根圆 （mm）3545中心距 a（mm）4545齿宽20162.4.2 横向进给齿轮的设计1、脉冲当量的选择根据原机械的加工精度，由前面的计算已知：滚珠丝杠的导程，初选步进电动机步距角，脉冲当量。每个脉冲丝杠螺母移动的距离为：要实现p=0.01mm/step，就必须在步进电机和滚珠丝杆之间加上一对降速齿轮，此对减速齿轮的减速比为:2、减速齿轮副的设计此处设计的减速齿轮副是开式齿轮传动，为防止轮齿太小引起的意外断齿，传递动力的齿轮模数一般不小于1.52mm，因此，减速齿轮模数取为m=2mm，选择为直齿圆柱齿轮故分度圆压力角=20，齿顶高系数，顶隙系数。为了提高开式齿轮传动的耐磨性，要求有较大的模数，因而齿数应少一些，一般取=1720，此处取=20，故= =202.5=50，取=50。表2-4 横向进给齿轮参数表齿轮1齿轮2齿数Z2050模数m（mm）22分度圆 d（mm）40100齿顶圆 （mm）44104齿根圆 （mm）3595中心距 a（mm）7070齿宽20122.5 滚珠丝杠的安全使用1、润滑 为使滚珠丝杠副充分发挥机能，在其工作状态下，必须润滑，润滑方式主要有以下两种： a.润滑脂 润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，滚珠丝杠副出厂时在螺母内部已加注GB7324-942锂润滑脂。 b.润滑油 运动黏度28.574cst(400T)的润滑油。给油量随使用条件（加抑制量）等的不同而有所变化。2、防尘 滚珠丝杠与滚动轴承一样，如果污物及异物进入就很快使它磨耗，成为破损的原因。因此，考虑有污物异物（切削碎削）进入时，必须采用防尘装置（折皱保护罩、丝杠护套等），将丝杠轴完全保护起来。 另外，如没有异物，但有浮沉时可在滚珠螺母两端增加防尘圈。3、使用 滚珠丝杠副在使用时应注意以下事项： a.滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时在行程两端配置限位，以避免螺母约程脱离丝杠轴而使滚珠脱落。 b.滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后，因部件自重而产生的逆传动。 c.滚珠丝杠副正常工作环境温度范围60。4、安装 滚珠丝杠副在安装时应注意以下事项： a.滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。因此，滚珠丝杠副安装到机床时，应注意： （1）丝杠的轴线必须和之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线； （2）安装螺母时，尽量靠近支撑轴承； （3）同时安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。 b.滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠轴上卸下来。如必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点：（1）辅助套外径应小于丝杠底径0.1-0.2mm；（2）辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩；（3）卸装时，不可使用过大力以免