CA620机床数控化改造设计.doc

毕业设计（论文）CA620机床数控化改造设计摘 要本课题的研究意义：普通机床改造为经济性数控车床有以下优越性：可以加工传统机床不可以加工的曲线，曲面等复杂的零件。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警，自动控制，自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。数控机床能够降低操作人员的劳动强度，节省劳动力，减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反映等。查阅国外资料，借鉴国外改造手段，再结合CA20车床自身的结构特点，对其进行经济性数控改造。CA20车床通过数控改造后，加工精度提高，生产效率也大幅度提高，而且工人的劳动强度相对降低，同时实现了纵横两坐标的联动，使CA620车床的加工工艺范围扩大。改造后要求数控机床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故采用步进电机开环控制系统。CA20车床在改造时，保留了原机床的大部件，只对进给部分进行改造，并且改造部分所使用的步进电机、齿轮、滚珠丝杠、单片机、计算机等都可以在市场上买到，价格低廉，使生产成本降低，而且也达到了所要求的精度，所以该课题的前景是针对我国小型机械生产厂家。关键词： 数控改造，伺服进给系统，齿轮减速箱ABSTRACT The significance of the study : general machine tools for the economic transformationof CNC lathe has the following advantages： traditional processing machine can not processing the curve, surface and other complex parts can achieve processing automation, but is flexible automation, efficiency than traditional machine tools increased 3-7 times machined high precision, small size dispersity, easy assembly, eliminating the need for workshop can achieve more centralized process, reducing parts of the machine frequent handling have automatic alarms, automatic control, automatic compensation and other self-regulatory functions, thus achieving long unattended processing CNC machine operators to reduce the labor intensity, labor-saving, reduce tooling, shorten cycle Preparation of new products and production cycle, the market needs to reflect such rapidConsults the overseas material, the model overseas transformation method, the recombination CA620 lathe own unique feature, carries on the efficient numerical control transformation to itCA620 CNC lathe through transformation, precision machining, production efficiency is greatly enhanced, but workers relatively lower labor intensity, while achieving two of longitude and latitude coordinates of the linkage, so CA620 lathe processing technology expanded. After transformation with the requirements of CNC machine tool positioning, linear interpolation, circular interpolation, suspension, the processing cycle, the British public thread processing functions, the use of open loop stepper motor control systemCA620 lathe when transformation, retained the original engine bed major assembly, only carries on the transformation to feed part, and the transformation part uses step-by-steps the electrical machinery, the gear, the ball bearing guide screw, the monolithic integrated circuit, the computer and so on all may buy in the market, the price is inexpensive, causes the production cost to reduce, moreover had also achieved requests precision, therefore this topic prospect aims at Our country Small Machinery Manufacturer.Keywords numerical control transformation, servo feed systems, gear decelerator目 录摘 要ABSTRACT1 绪 论12总体方案设计3 2.1 CA620车床的工作过程3 2.2 CA620车床的优、缺点32.3 CA620车床的改造方案3 2.3.1 主轴箱32.3.2 床身42.3.3 拖板42.3.4 自动换刀装置42.3.5 拖板箱42.3.6 总体布局42.4 改造后的功能和达到的精度42.5 改造的目的43 CA620车床机械部分的改造63.1 CA620车床的几何参数63.1.1 CA620车床改造前的参数63.1.2 CA620车床改造后的参数63.2 选择脉冲当量73.3 计算切削力73.3.1 纵车外圆83.3.2 横切端面83.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选形83.4.1 纵向进给丝杠83.4.2 横向进给丝杠103.5 齿轮传动比的计算123.5.1 纵向进给齿轮箱传动比的计算123.5.2 纵向齿轮的强度校核133.5.3 横向进给齿轮箱传动比的计算133.5.4 横向齿轮的强度校核133.6 步进电机的计算和选型143.6.1 纵向进给步进电机计算和选型163.6.2 横向进给步进电机计算和选型163.7 轴的设计183.7.1 纵向轴的设计183.7.2 横向轴的设计223.8 设计绘图进给伺服系统机械装配图26 4 典型零件数控加工程序的编制27 4.1 数控加工程序的编制方法27 4.2 典型零件数控程序编制274.2.1 编制图4.1 所示零件的加工程序 274.2.2 编制图4.2所示零件的加工程序 274.2.3 编制图4.3所示零件的加工程序 275 结论36参考文献37致 谢381 绪 论随着我国机车工业的发展，对机车零部件的精度要求越来越高，许多零件用普通车床很难加工，要求用数控车床加工。这就需要大量经费，对老设备进行改造是一条投资少见效快的途径，有许多厂有C620车床的主轴及主传动精度较好，但进给箱、溜班板箱及丝杠精度很差，无法完成精度高的工件加工，因此需对其进行数控改造。 发达国家重视装备制造业的发展，不仅在于其在本国工业中出口、积累、就业、贡献均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物质技术，是经济高级化不可或缺的战略性产业。即使是迈进“信息化社会”的工业化国家，也无不高度重视机械制造业的发展。先进的装备制造业是高新技术的重要组成部分，是促进相关产业技术升级和发展的重要依托。进入90年代，随着信息装备技术、工业自动化技术、数控加工技术、机器人技术、先进的发电和输配电技术、电力电子技术、新型材料技术和新型生物、环保装备技术等当代高新技术成果的应用，使机械产品不断高技术化，其高新技术含量己成为市场竞争取胜的关键。为适应市场需求的不确定性和个性化的用户要求，先进的制造企业不断吸收各种高新技术和现代管理技术等信息，并将其综合应用于产品设计、生产、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵敏及柔性化生产。一方面规模化生产使得垄断性跨国公司的技术创新和市场主导作用日益增强，例如在汽车产业领域，目前年产超过400万辆的企业集团已有6家，产量占世界汽车产量的80%以上;在电力设备领域，世界前三大公司控制了全球大型电力设备市场的70%。另一方面各大跨国公司在不断联合重组，扩张竞争实力的同时，纷纷收缩战线，剥离非主营业务，以精干主业，提高系统成套能力和个性化、多样化市场适应能力。作为规模化生产的前提和条件，生产高水平零部件和配套产品的“中场产业”快速发展，社会化生产服务体系不断完善，产业的国际化步伐不断加快。国内外研究现状、水平和发展趋势：早期的数控系统采用穿孔纸带传送加工程序，由专用数控装置读入加工代码、进行识别、储存和计算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。70年代中期小型计算机出现。由于其较低的价格，高超的数据处理和输入输出功能，使它迅速应用到数控机床的控制系统中，出现所谓计算机数控(CNC)和直接数控(DNC)系统。九十年代以来，计算机技术的发展日新月异，通用计算机从8位机，已发展到奔腾时代。其速度和功能已比当年的8位机快了几百倍。使得在通用微机上以软件方式可以实现各种数控功能，数控技术发生了深刻变化。PC机上的丰富软件资源、友好的人机界面，是其它数控系统所无法比拟的。基于微机的开放式数控系统已成为世界数控技术的发展潮流，以PC机为平台的数控技术的应用范围迅速扩大。继续向开放式、基于PC的第六代方向发展。基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。引入故障诊断专家系统。智能化数字伺服驱动装置。可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。但最主要的发展趋势就是采用“PC运动控制器”的开放式数控系统，它不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。美国将其称为新一代的工业控制器，日本称其将带来第三次工业革命。从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的好处。 如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作作出快速反应等等。 以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。在我国是很好的数控化改造市场,我国目前有机床总量380万台而其中的数控机床总数只有11.34万台,即我国机床数控化率不到3%。近10年来,我国数控机床的产量为0.60.8万台,年产值约为18亿元。机床的年产量数控化为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上。所以我国的数控化改造的很有发展前景也是很必要的。2 总体方案设计2.1 CA620车床的工作过程CA620车床进行车削加工时，将工件的一端夹在三爪卡盘上，另一端用顶尖顶紧，完成工件的夹紧定位。启动机床，主电机通过主传动链把运动和动力传递给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动。转动手柄使刀架纵向，横向移动，使其对准工件车削，刀具通过进给传动链实现纵向或横向移动。在切削螺纹时，进给传动链是内联系传动链，主轴旋转一周，刀架的移动量等于螺纹导程。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链，进给量f也是以工件每转刀架的移动量来计算，车削完成后，刀架实现纵向，横向的快速退刀。并按下停止按钮，使主轴停止转动，再反向拧松三爪卡盘，取出已加工工件，并清扫切屑。2.2 CA620车床的优、缺点优点：CA620车床的工艺范围较广，能完成多种多样的加工工序，而且万能性较大，主轴在工作时承受很大的切削抗力，电动机带动主轴转动。主轴箱润滑的特点：箱体外循环。油液将主轴箱中摩擦所产生的热量带至箱体外的油箱中，冷却后再溶入箱体，因此可减少主轴箱的热变形，以提高了机床的加工精度。缺点：CA620车床在改造之前，其刀架不能实现自动换刀，延长了换刀时间，生产效率降低，而且在主轴外端也没有安装主轴脉冲发生器，需由手动车削螺纹，使其不能实现自动控制。在实现进给部分的纵、横向移动时没有专门的电机驱动，传动链拉长，加工范围也较狭窄，因此增强了工人的劳动强度和延长了刀架的移动时间。原机床使用的滑动丝杠，其摩擦阻力大，传动效率低，而且轴向尺寸也太长，刚性较差，只用于行程较小的场合。CA620车床在改造之前的加工精度较低，结构较复杂，而且自动化程度也较低，在加工形状比较复杂的工件时，换刀也比较麻烦。加工过程中的辅助时间也较多，所以需对CA620车床的丝杠部分进行了改造。2.3 CA620车床的改造方案2.3.1 主轴箱 数控机床的主传动要求有较宽的调速范围和足够饿输出力矩，此次该改造，保留原主轴箱齿轮换挡变速机构，由数控系统控制主轴的正、反转和停止。在主轴箱内用安装盘和挠性联轴器安装光电脉冲发生器，以保证改造后的车床具备螺纹加工功能。2.3.2 床身 为了是改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，除尽可能的减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零件、部件的耐磨性，尤其是机床导轨的耐磨性。当前国内普通车床的床身等大件都采用普通铸铁，而拖板也是普通铸铁，其摩擦系数较高，为了提高机床的动载性能，减少摩擦力。在改造中我们采用了在机床滑板导轨上贴聚四氟乙烯软带的办法，大大减少了摩擦阻力，提高了防爬、耐磨、消震吸音的能力。2.3.3 拖板拖板是数控系统直接控制对象，不论是点位还是连续控制，被加工零件的最后坐标精度将受拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。因为数控系统发出的指令仅使拖板运动而没有位置检测和信号反馈，故实际移动值和系统指令值如果有差别就会造成加工误差，所以采用滚珠丝杠代替原来的滑动丝杠，提高传动灵敏性和降低功率、伺服电机力矩损失。2.3.4自动换刀装置为了满足在一台机床上一次装夹完成多工序加工，采用WZD4型电动刀架，它不但可以代替普通车床手动刀架，还可以用作数控机床控制元件，实现刀架自动回转，该刀架体积小，冲服定位精度高，适用于强力车削且安全可靠。2.3.5 拖板箱拆除原拖板箱上安装的挂轮箱，走刀箱，在此位置装一支架用来固定滚珠丝杠螺母，拆除原床身的传动箱，在此位置安装带和伺服电机，拆除原机床操纵杆、变向杠、立轴等杠杆零件，更换原机床丝杠后支撑。改造以后机床的启动、停机均由数控系统完成，但保留原机床的手动刹车装置。2.3.6 总体布局在改造过程中，对机床进行了统一布局，将电箱用支架安装在机床原主轴电机上，而数控系统面板、显示屏和各操纵按钮统一装在一个可以360旋转的操纵台上，操纵台装在机床床身上，置于原机床操纵为之一侧；在滚珠丝杠上装上防护罩。机床冷却采用原机床冷却系统。2.4改造后的功能和达到的精度CA620卧式车床经过经济性数控改造后，该数控车床具有定位、直线插补、顺圆插补、暂停、循环加工，公英制螺纹加工等功能。改造后的精度提高了。2.5 改造的目的CA620车床的经济性数控改造。它是在原机床的基础进行改造的，保留了原机床的较大部件，而且改造时的步进电机，滚珠丝械螺母副、齿轮减速箱都是由专门的厂家生产，可以在市面上购买。控制部分的单片机、键盘、计算机等也可以在市面上购买。这样降低了改造成本，使效率提高了。对进给部分进行机械改造，将原有的滑动丝杠改换成滚珠丝杠、降低了磨擦力，提高了传动链，并在纵、横向上直接安装了步进电机和齿轮减速器，缩短了传动链，提高了生产效率，加工精度也在原来的基础由有所提高。改造后实现纵、横向坐标的联动，使CA620车床的加工范围扩大，可以加工各种曲面。 改造后，刀架换成自动转位刀架，车床可以自动换刀，缩短了换刀时间。在主轴外端安装一个脉冲发生器，检测主轴转位，用它发出的脉冲来保证主轴旋转运动与纵向进给运动的相互关系，因为在车削螺纹时，主轴转一转，车刀要移动一个螺距。利用脉冲发生器，可以保证螺纹不乱扣，也确定了车削螺纹的进刀点和退刀点。3 CA620车床机械部分的改造将一台CA620普通车床改造成微机数控车床，采用MCS51系列单片机数控系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，具有升降速控制功能。3.1 CA620车床的几何参数3.1.1 CA620车床的精度及各项参数如下：最大加工直径：床面上400mm脉冲当量：纵向0.01mm/步床鞍上210mm横向0.005mm/步最大加工长度：900mm级数：24中心高：162mm转速范围：11.5-1200r/min刀架最大行程：纵向900mm螺距：12mm横向260mm主电机功率：7.5KW刀架溜板140mm机床外行尺寸：长度2649mm进给量：纵向0.08-1.59mm/r宽度1210mm横向0.027-0.52mm/r高度1513mm横向2m/min3.1.2 CA620车床改造后的精度及各项参数如下：加工最大直径：床面上400mm起动加速时间：30ms床鞍上210mm机床定位精度：加工最大长度：900mm主电机的转速n:1450m/min溜板及刀架重力：纵向800N脉冲分配形式：逐点比较法横向600N输入方式：增量值、绝对值通用刀架快进速度：纵向2.4m/min控制坐标数：2横向1.2m/min刀具补偿量：0-99.99mm最大进给速度：纵向0.6m/min横向0.3m/min主电机功率：7.5KW系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补，顺、逆圆插补，暂停，循环加工，公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统。计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能比等特点，决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分，键盘及显示器，I/O接口及光电隔离电路，步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。机械传动方式为实现机床所需要的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构，齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。图3.1 经济型数控车床总体方案框图3.2 选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/步，横向：0.005mm/步（半径）。3.3 计算切削力3.3.1 纵车外圆主切削力（N）按经验公式估算：0.67 式（3.1） 0.67=5360N 按切削力各分力比例：1：0.25：0.4 式（3.2）0.250.53601340N0.40.453602144N3.3.2 横切端面主切削力（N）可取纵切的1/2， 1/2=1/25360=2680N 式（3.3）此时走刀抗力为（N），吃刀抗力为（N），仍按上述比例粗略计算： 1：0.25：0.4 26800.25670N 26800.41072N3.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型3.4.1 纵向进给丝杠计算进给率引力（N）纵向进给为综合型导轨：1.1513400.17（5360800）2590N 式（3.4）式中： K考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨：K1.15滑动导轨磨擦系数0.150.18 取0.17G溜板及刀架重力G800N计算最大动负载FF 式（3.5）L(60nT)/10 式（3.6） N=1000/ 式（3.7） 式中： -滚珠丝杠导程，初选8mm -最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/2-1/3）,=0.6m/min T-使用寿命，按15000h -运动系数，取1.21.3 取1.25 L寿命以转为1单位由式（3.7）知：n=1000/=(10000.60.25)/8=18.75r/min 由式（3.6）知：L=(60NT)=(6018.7515000)/=16.875 由式（3.5）知：F=1.252590=8304.07N计算最大静负载225905180N 式（3.8）62000N滚珠丝杠螺母副的类型选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。根据纵向进给丝杠的动负载来选取滚珠丝杠螺母副。查阅文献11附表A表3，可采用3508外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动载荷为2000N，额定静载荷为62000N，精度等级为3级。传动效率计算tan/tan=tan/tan=0.9613998 式（3.9） -摩擦角取，滚动摩擦系数0.0030.004刚度验算纵向进给滚珠丝杠支承方式如图3.2。最大牵引力为2590N，支承间距L1500mm，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3图3.2 纵向进给系统计算简图1）丝杠的拉伸或压缩变形量()/EF 式（3.10） =(25908)/20.6(35/2) =1.05 L 式（3.11） =(1.051500)/8 =0.01968 由于两端均采用角接触球轴承。且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可提高4倍，其实际变形量（mm）为：1/40.01968=0.00492）滚珠与螺母滚道间接触变形Z=/=35/4.763=23（外循环）=Z圈数列数=232.51=57.5无预紧：=0.0038=0.0038=3.7有预紧：=0.0013（F/）=0.0013(259/)3）支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用7206C型角接触球轴承，30mm，滚动体直径6mm，滚动体数量Z40=0.0006=0.0006=9.85 式（3.12） 因施加预紧力，故1/29.854.92mm4）滚珠丝杠的扭转变形引起导和的变化量，一般忽略不计5）螺母座及轴承支座的变形，常为滚珠丝杠副系统刚度的薄弱环节。但变形量计算较为困难，一般根据其精度要求，在结构上尽量增强其刚度而不作计算 0.00490.002244.927.63定位精度,满足刚度要求.稳定性验算 丝杠螺纹底径：35mm2.7N 式（3.13）N2.7N/2590=102.74 n一般n2.54则丝杠不会产生的稳定3.4.2 横向进给丝杠计算进给牵引力横向导轨为燕尾形，计算如下： 1.4 式（3.14） =1.4670+0.17（2680+21072+600）1860N计算最大动负载F 由式（3.7）： n=1000/=10000.30.25/6=12.5r/min 由式（3.6）： L=60nT/=6012.515000/=11.25 由式（3.5）： F=1.251860=5210N 取1.25计算最大静负载 由式（3.8）： =21860N=3720N =42800N滚珠丝杠螺母副的选型选用滚珠丝杠螺母副的直径时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。从文献附录A表3中查出，3006外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动载荷为14200N，额定静载荷42800N，精度等级为3级。传动效率计算由式（3.9）：tan/tan(+)=tan339/tan(339+10)=0.95刚度验算 横向进给丝杠支承方式如图3.3所示，最大牵引力为1860N，支承间距L450mm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承需预紧。预紧力为最大轴向负载的1/3。图3.3 横向进给系统计算简图1）丝杠的拉伸或压缩变形量（mm）由式（3.10）：L=/EF18606/20.67.66由式（3.11）：L/L=7.66450/6=5.75由于两端均采用双列向心短圆柱滚子轴承。且丝杠又进行了预拉伸，故其拉亚港督可提高4倍，其实际变形量（mm）为： =1/4=1/40.01968=0.00492） 滚珠与螺纹滚道间接触变形Z=/=35/4.763=23=Z圈数列数=57.5有预紧时：0.00131.7 式（3.15）3） 支承滚珠丝杠的轴承的接触变形采用3182106型双列向心短圆柱滚子轴承，30mm，滚动体直径6mm，滚动体数量Z34由式（3.12）：=0.0006=0.0006=8.46 因施加预紧力，故1/28.464.23mm4） 滚珠丝杠的扭转变形引起导程的变形量，一般忽略不计。5） 螺母座及轴承支座的变形，常为滚珠丝杠副系统刚度的薄弱环节。但变形量计算较为困难，一般根据其精度要求在结构上尽是增强其刚度而不作计算5.751.74.230.0022定位精度稳定性校核 丝杠螺纹底径30由式（3.13）：（）/ 7.98N 7.98/186042902.9 一般取2.54此滚珠丝杠不会产生失稳. 表3.1 纵向及横向滚珠丝杠副几何参数 （mm）名称符号螺纹滚道公称直径3530导程86接触角钢球直径4.7633.969滚道法面半径R2.4772.064偏心距e0.0680.056螺纹升角螺杆螺杆外径d34.047429.2062螺杆内径30.18224.752螺杆接触直径30.24926.039螺母螺母螺纹直径D37.34134.016螺母内径D36.428931.19093.5 齿轮传动比计算3.5.1 纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量mm/步，滚珠丝杠导程8mm，初选步进电机步距角0.75，可计算出传动比i：i=3600.01/0.758=0.6 式（3.16）确定齿轮齿数为： i=18/303.5.2 齿轮的强度校核校核齿根弯曲疲劳强度 式（3.17）确定公式中各参数值1）大、小的弯曲疲劳强度极限、查图6.9（机械设计）考虑到该减速器的功率不大，故大、小齿轮都选用45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS，260HBS，属软齿面闭式舍去，载荷平衡，齿轮速度不高，初选7级精度，按软齿面齿轮悬臂安装，从文献12查表6.5，取齿宽系数=0.5。2）弯曲疲劳寿命系数，0.880.903）许用弯曲应力、取定弯曲疲劳安全系数1.4，应力修正系数2.0，知： /=0.882240/1.4=301.71Mpa 式（3.18） =/=2200.92/1.4=282.86Mpa4）齿形系数，和应力修正系数，查表6.4（机械设计）知，2.622.22 1.591.775）计算大、小的/与/ ,并加以比较取其中大值代入公式计算/2.621.59/301.71=0.0138 / =2.221.77/282.86=0.0139校核计算：T9.559.559168N.mm 式（3.19）由式（3.17）：21.26591682.221.77/0.518=70.32Mpa 弯曲疲劳强度足够3.5.3 横向进给齿轮箱传动比计算已确定横向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程为6mm，初选步进电机步距角0.75，可计算出传动比i:由式（3.16）： i=3600.005/0.756=0.4确定齿轮齿数为：i=18/453.5.4 齿轮的强度校核校核齿根弯曲疲劳强度确定公式中各参数值1）大、小的弯曲疲劳强度极限、查图6.9（机械设计）考虑到该减速器的功率不大，故大、小齿轮都选用45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS，260HBS，属软齿面闭式舍去，载荷平衡，齿轮速度不高，初选7级精度，按软齿面齿轮悬臂安装，从文献12查表6.5，取齿宽系数0.5。2）弯曲疲劳寿命系数，0.88 0.903） 许用弯曲应力、取定弯曲疲劳安全系数1.4，应力修正系数2.0，知：由式（3.18）：/=0.882240/1.4=301.71Mpa由式（3.18）：=/=2200.92/1.4=282.86Mpa4）齿形系数，和应力修正系数，查表6.4（机械设计）知，2.622.22 1.591.775）计算大、小的/与/ ,并加以比较取其中大值代入公式计算/2.621.59/301.71=0.0138 / =2.221.77/282.86=0.0139校核计算由式（3.19）：T9.559.55由式（3.17）：21.265106962.221.77/0.582 =82.04Mpa 弯曲疲劳强度足够由于进给伺服系统传递功率不大，一般取模数m12，数控车床可取m=2. 表3.2 齿轮的几何参数 (mm)名称计算公式计算结构齿数18301845模数2222分度圆直径d36603690齿顶圆直径40644094齿根圆直径m31553185齿宽b(610)m15151515中心距aa=(48633.6 步进电机的计算和选型3.6.1 纵向进给步进电机计算等效转动惯量计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量，可由下式计算： 式（3.20）-步进电机转子转动惯量 -齿轮的转动惯量 -滚珠丝杠转动惯量 取8.3kg参考同类型的数控车床，初选反应式步进电机110BF，其转子转动惯量kg.cm. =0.78=0.262kg.cm式（3.21） =2.022kg.cm kg.cm G=800N由式（3.20）： =4.7+0.262+(18/30)(2.022+29.952)+800/9.8(0.8/ =20.8kg.cm 考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题（在0.20.6之间匹配）： 基本满足惯量匹配的要求电机力矩的计算1）快速空载起动时所需力矩 式（3.22）式（3.23）又500r/min 式（3.24）起动加速时间由式（3.23）：N.cm=99.8N.cm 式（3.25）2.95N.cm 式（3.26）由式（3.22）363.0399.82.95465.78N.cm2）快速进给时所需力矩 99.82.95102.75N.cm3）最大切削负载时所需的力矩 其中：127.77N.cm 式（3.27） =99.8+2.95+127.77=235.79N.cm在两种力矩中取其大者作为选择步进电机的依据，对于大多数数控机床来说。因为要保证一定的动态性能，系统时间常数较小，而等效转动惯量又较大，故电机力矩主要用来产生加速，而负载力矩往往小于加速力矩，故常用快速空载起动力矩作为选择步进电机的依据。步进电机的选择1）首先根据最大静转矩初选电机型号从11表424知，当步进电机为三相六拍时，0.866