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立式数控铣床进给传动系统设计【优秀+3张CAD图纸】

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关键词：: 立式数控铣床进给传动系统

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立式数控铣床进给传动系统设计【优秀+3张CAD图纸】

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立式数控铣床进给传动系统设计

任务书

1．设计目的：

（1）培养学生运用数控技术及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决问题，初步具备设计一个数控机床的进给传动系统的能力。

（2）能根据技术要求，运用数控机床结构设计设计的基本原理和方法，进行数控机床功能部件的选型与设计计算，提高结构设计能力。

（3）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。

（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写设计说明书等基本技能。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

要求设计立式数控铣床工作台（X轴）的进给传动系统。技术要求：工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。

具体内容如下：

（1）进给传动系统的轴向负载计算；

（2）导轨的设计与选型；

（3）滚珠丝杆螺母副的选型与计算；

（4）进给传动系统的刚度计算；

（5）驱动电动机的选型与计算；

绘制相关图纸，撰写设计说明书。必须以负责的态度对待自己所作的技术决定、数据和计算结果。注意理论与实践的结合。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

根据提供的技术要求，设计数控铣床的进给传动系统，撰写课程设计说明书（A4纸），绘制装配图。

4．主要参考文献：

[1] 范超毅.数控技术课程设计.武汉：华中科技大学出版社，2006

[2] 王爱玲.机床数控技术.北京：高等教育出版社，2006

5．设计成果形式及要求：

提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求；

装配图1套。

6．工作计划及进度：

2009年12月23日~12月24日进给传动系统的轴向负载计算；导轨的设计与选型；

滚珠丝杆螺母副的选型与计算；

12月25日~12月26日进给传动系统的刚度计算；

驱动电动机的选型与计算；

12月27日~12月30日绘制相关图纸，编写课程设计说明书

12月31日答辩

1.概述1

1.1技术要求1

1.2总体设计方案2

2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算2

2.1主切削力及其切削分力计算2

2.2导轨摩擦力的计算3

2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力3

2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算3

3.工作台部件的装配图设计7

4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验8

4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验8

4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验8

4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验8

5.计算机械传动系统的刚度9

5.1机械传动系统的刚度计算9

5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算10

6.驱动电动机的选型与计算10

6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。10

6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩11

6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩12

6.4选择驱动电动机的型号13

7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号13

7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级13

7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号14

8. 课程设计总结14

9.参考文献14

1.概述

1.1技术要求

工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。

参考文献

[1]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]文怀兴，夏田.数控机床系统设计[M]. 北京: 化学工业出版社，2005.5

[4]夏田.数控加工中心设计[M].北京:化学工业出版社，2006.4

[5]陈立德.机械制造装备设计[M].北京：高等教育出版社，2006.4

[6]王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.9

[7] 华楚生.机械制造技术基础[M].重庆：重庆大学出版社，2003.

[8]. 甘永立. 几何量公差与检测[M]. 上海：上海科学技术出版社，2005.

[9] William Orthwein. Machine Component Design. West Publishing Company,St.Paul,MN,USA. 1990；

[10] T.A.Harris etc. Rolling Element Bearings Dynamics[J]. Journal of Basic Engineering, 1959.

[11] A .B .Janes. Ball Motion and sliding Friction in Ball Bearings[J].Journal of Basic Engineering, 1959.

[12] 叶邦彦，陈统坚. Mechanical Engineering English 北京: 机械工业出版社

[13]杜迎辉等.高速精密角接触球轴承刚度计算[J]. 机械科学与技术，2001(11).

[14]陈宗农.角接触球轴承静态刚度计算[J]. 机械科学与技术，1993(3).

[15] 梁波.主轴轴承结构及其高速性[J]. 机械科学与技术，1997(9).

[16]李伟.机床电器与PLC.西安：西安电子科技大学出版社,2006.3.

[17] 范超毅.数控技术课程设计.武汉：华中科技大学出版社，2006

[18] 王爱玲.机床数控技术.北京：高等教育出版社，2006

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内容简介：: 中北大学课程设计说明书学生姓名：王鑫学号： 0602014246 学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化题目：数控技术课程设计立式数控铣床进给传动系统设计4指导教师：马维金职称: 副教授曾志强职称: 讲师 2009年12月23日中北大学课程设计任务书 2008/2009 学年第 1 学期学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：王鑫学号： 0602014246 课程设计题目：数控技术课程设计立式数控铣床进给传动系统设计起迄日期： 12月23日12月31日课程设计地点：教学二号楼指导教师：马维金曾志强系主任：王彪下达任务书日期: 2009年12月 23日课程设计任务书1设计目的：（1）培养学生运用数控技术及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决问题，初步具备设计一个数控机床的进给传动系统的能力。（2）能根据技术要求，运用数控机床结构设计设计的基本原理和方法，进行数控机床功能部件的选型与设计计算，提高结构设计能力。（3）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写设计说明书等基本技能。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：要求设计立式数控铣床工作台（X轴）的进给传动系统。技术要求：工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30m，重复定位精度为15m；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。具体内容如下：（1）进给传动系统的轴向负载计算；（2）导轨的设计与选型；（3）滚珠丝杆螺母副的选型与计算；（4）进给传动系统的刚度计算；（5）驱动电动机的选型与计算；绘制相关图纸，撰写设计说明书。必须以负责的态度对待自己所作的技术决定、数据和计算结果。注意理论与实践的结合。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：根据提供的技术要求，设计数控铣床的进给传动系统，撰写课程设计说明书（A4纸），绘制装配图。 4主要参考文献：1 范超毅.数控技术课程设计.武汉：华中科技大学出版社，20062 王爱玲.机床数控技术.北京：高等教育出版社，20065设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求；装配图1套。6工作计划及进度：2009年12月23日12月24日进给传动系统的轴向负载计算；导轨的设计与选型；滚珠丝杆螺母副的选型与计算； 12月25日12月26日进给传动系统的刚度计算；驱动电动机的选型与计算；12月27日12月30日绘制相关图纸，编写课程设计说明书12月31日答辩系主任审查意见：签字：年月日中北大学课程设计说明书目录1.概述11.1技术要求11.2总体设计方案22.滚珠丝杠螺母副的选型和计算22.1主切削力及其切削分力计算22.2导轨摩擦力的计算32.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力32.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算33.工作台部件的装配图设计74.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验84.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验84.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验84.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验85.计算机械传动系统的刚度95.1机械传动系统的刚度计算95.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算106.驱动电动机的选型与计算106.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。106.2计算折算到电动机轴上的负载力矩116.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩126.4选择驱动电动机的型号137.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号137.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级137.2滚珠丝杠螺母副的规格型号148. 课程设计总结149.参考文献141.概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30m，重复定位精度为15m；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。切削状况如下：数控铣床的切削状况切削方式进给速度时间比例（%）备注强力切削0.610主电动机满功率条件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速进给2010空载条件下工作台快速进给1.2总体设计方案为了满足以上技术要求，采取以下技术方案：（1）工作台工作面尺寸（宽度长度）确定为400mm1200mm。（2）工作台导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动画面上贴聚四氟乙烯导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴膜。（3）对滚珠丝杠螺母副采用预紧，并对滚珠丝杠进行拉伸预。（4）采用伺服电动机驱动。（5）采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠连接。2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算2.1主切削力及其切削分力计算（1）计算主切削力Fz。根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀直径D=125mm），主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率，此时铣刀的切削速度为：（已知机床主电动机的额定功率为5.5kw，主轴计算转速n=310r/min。）根据公式得刀具的切削速度为：取机床的机械效率为：，则由式得主切削力：（2）计算各切削分力工作台的纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为 2.2导轨摩擦力的计算在切削状态下坐标轴导轨摩擦力的计算可以查课程设计指导书：（1）根据式（2-8a）计算在切削状态下的导轨摩擦力。此时导轨动摩擦系数，查表2-3得镶条紧固力,则（2）按式（2-9a）计算在不切削状态下的导轨摩擦力和 2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力（1）按式（2-10a）计算最大轴向负载力（2）按式（2-11a）计算最小轴向负载力 2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算1）确定滚珠丝杠的导程根据已知条件取电动机的最高转速得： 2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷（1）各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷分别可按下式计算：并将计算结果填入表2 表2 数控铣床滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/(m/min)时间比例/(%)备注强力切削2929.6910一般切削（粗加工）2160.9430精细切削（精加工）1721.4850快移和镗钻加工157510（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速。（3）按式（2-17）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速。（4）按式（2-18）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷（1）按预定工作时间估算。查表2-28得载荷性质系数=1.3。已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级，查表2-29得精度系数=1，查表2-30得可靠性系数=0.44，则由式（2-19）得（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以可按式（2-21）估算最大轴向载荷。查表2-31得预加载荷系数=4.5，则（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷。取以上两种结果的最大值，33801.49 N。4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径（1）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。已知工作台的定位精度为30，重复定位精度为15，根据式（2-23）、式（2-24）以及定位精度和重复定位精度的要求，得15（510）30（67.5）取上述计算结果的较小值，即=5。（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径。本机床工作台（X轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式。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+（2530）取L1.4行程+30（1.4600+3010）mm1140mm又=1260N，由式（2-26）得 5）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的、，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副FFZD4010-5（见本书附录A表A-3），其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杠直径如下： =40mm， =10mm =46500N=33801.49N =34.3mm=20.9mm故满足式（2-27）的要求。6）由式（2-29）确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 2929.69N976.56N7）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧拉力（1）按式（2-31）计算目标行程补偿值。已知温度变化值t=2，丝杠的膨胀系数=/，滚珠丝杠螺母副的有效行程工作台行程+安全行程+2余程+螺母长度（600+100+220+146）mm886mm故 11t112886mm0.02mm（2）按式（2-32）计算滚珠丝杠的预拉伸力。已知滚珠丝杠螺纹底径=34.3mm，滚珠丝杠的温升变化值t=2，则 8）确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号（1）按式（2-33）计算轴承所承受的最大轴向载荷。（2）计算轴承的预紧力。（3）计算轴承的当量轴向载荷。（4）按式（2-15）计算轴承的基本额定动载荷C。已知轴承的工作转速n=230r/min，轴承所承受的当量轴向载荷=3664.95N，轴承的基本额定寿命L=20000h。轴承的径向载荷和轴向载荷分别为因为，所以查表2-25得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故（5）确定轴承的规格型号。因为滚珠丝杠螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用60角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杠两端固定的支承形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径为34.3mm，所以选择轴承的内径d为30mm，以满足滚珠丝杠结构的需要。在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杠的两端固定支承方式。轴承的型号为760306TNI/P4DFB，尺寸（内径外径宽度）为30mm72mm19mm，选用脂润滑。该轴承的预载荷能力为2900N，大于计算所得的轴承预紧力=1939.62N。并在脂润滑状态下的极限转速为1900r/min，高于滚珠丝杠的最高转速=2000r/min，故满足要求。该轴承的额定动载荷为=34500N，而该轴承在20000h工作总寿命下的基本额定动载荷C=34395N，也满足要求。3.工作台部件的装配图设计将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计。4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。因此，不存在压杆不稳定问题。4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验根据图可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度=837.5mm。已知弹性模量E=MPa，材料密度N/，重力加速度9.8，安全系数=0.8。由表2-44查得滚珠丝杆的最小惯性矩为滚珠丝杆的最小截面积为故可由公式得： r/min=10738.5r/min本工作台滚珠丝杆螺母副的最高转速为1800r/min，远远小于其临界转速，故满足要求。4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验滚珠丝杆螺母副的寿命，主要是指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠在相同的条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速。查附录A表A-3得滚珠丝杆额定动载荷N，运转条件系数，滚珠丝杆的动载荷N，滚珠丝杆螺母副转速n=r/min 即：一般来讲，在设计数控机床时，应该保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命，姑满足要求。5.计算机械传动系统的刚度5.1机械传动系统的刚度计算(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度。本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置（a=L/2，L=1075mm）时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，计算为：当a=837.5mm或a=237.5mm时（即滚珠丝杆的螺母副中心位于行程的两端位置时），滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度计算得：(2) 计算滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度Kb。已知轴承的接触角=60，滚动体直径=7.144mm，滚动体个数Z=17,轴承的最大轴向工作载荷F= 5723.44N,由表2-45，表2-46得= 42.34= 42.34 (3)计算滚珠与滚道的接触刚度K。查附录表得滚珠与滚道的接触刚度K=1585N/um，额定动载荷C=46500N，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷F=2929.69N，故由式（2-46）得K=K（)=1585()N/um=1358.79N/um(4) 计算进给传动系统的综合拉压刚度K。由式（2-47a）得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为故K=440.53N/m 由式（2-47b）得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为故K=370.37N/m5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算由图4-1可知，扭矩作用点之间的距离L= 945.5 mm。已知剪切模量G= M,滚珠丝杠的底径d=m。由式（2-48）得K= 11635.35 Nm/rad6.驱动电动机的选型与计算 6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。(1)计算滚珠丝杠的转到惯量J。已知滚珠丝杠的密度=7.810kg/cm,由式(2-63)得: (2)计算联轴器的转动惯量J J= 0.7810DL =0.7810(6.6-3)8.2kg/cm=11.62kg/cm(3)折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量的计算已知机床执行部件（即工作台、工件和夹具）的总质量m=918kg，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=1cm，则由式（2-65）得 (4)加在电动机轴上总的负载转动惯量的计算 =+J=(21.43+11.62+23.28)=56.336.2计算折算到电动机轴上的负载力矩(1)计算切削负载力矩T。已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力F=F=2929.69N,电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=10mm=0.01m,进给传动系统的总效率=0.90，由式（2-54）得 T=5.18Nm(2)计算摩擦负载力矩T。已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）F=1575N，由式（2-55）得T=Nm=2.79Nm(3)计算由滚珠丝杠得预紧而产生的附加负载力矩T。已知滚珠丝杠螺母副的预紧力F=976.56N，滚珠丝杠螺母副的基本导程L=10mm=0.01mm，滚珠丝杠螺母副的效率=0.94，由式（2-56）得Tf=6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩（1）计算线性加速度力矩T。已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速n=1800r/min，电动机的转动惯量J=62kgcm，坐标轴的负载惯量J=56.33kgcm，进给伺服系统的位置环增益k=20，加速时间=s=0.15s，由式（2-58）得（2）计算阶跃加速力矩。已知加速时间，由式（2-59）得（3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。1) 按式(2-61)计算线性加速时空载启动力矩 2) 按式(2-61)计算线性加速时空载启动力矩 3) 按式(2-57a)计算快进力矩 4) 按式(2-57a)计算工进力矩 6.4选择驱动电动机的型号(1)选择驱动电动机的型号根据以上计算和表2-14，选择日本FANUC公司生产的a12/3000i型交流伺服电机为驱动电机。主要技术参数如下：额定功率，3kW,最高转速,3000r/min，额定力矩，12N.m,转动惯量，,质量,18kg。交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的510倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60N.m，均大于本机床工作台的线性加速时所需的空载启动力矩以及阶跃加速时所需的空载启动力矩，因此，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。该电动机的额定力矩为12N.m，均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩，因此，不管是快进还是工进，本电动机均满足驱动力矩要求。(2)惯量匹配验算。为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，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(2-67)，即而在本例中，故满足惯量匹配要求。7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级本机床工作台采用半闭环系统，、应满足下列要求：滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为二级，查表2-20得，查表2-21得，当螺纹长度为850mm时，故满足设计要求。7.2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FFZD4010-5-P2/1239850，其具体参数如下。公称直径与导程：40mm,10mm;螺纹长度:850mm;丝杠长度:1239mm;类型与精度:P类，2级精度。8.课程设计总结在这次的课程设计中，学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化，尤其是在互相的合作中。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 9.参考文献1吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2000.2濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2001. 3文怀兴，夏田.数控机床系统设计M. 北京: 化学工业出版社，2005.54夏田.数控加工中心设计M.北京:化学工业出版社，2006.45陈立德.机械制造装备设计M.北京：高等教育出版社，2006.46王爱玲.现代数控机床结构与设计M.北京：兵器工业出版社，1999.97 华楚生.机械制造技术基础M.重庆：重庆大学出版社，2003.8. 甘永立. 几何量公差与检测M. 上海：上海科学技术出版社，2005.9 William Orthwein. Machine Component Design. West Publishing Company,St.Paul,MN,USA. 1990；10 T.A.Harris etc. Rolling Element Bearings DynamicsJ. Journal of Basic Engineering, 1959.11 A .B .Janes. Ball Motion and sliding Friction in Ball BearingsJ.Journal of Basic Engineering, 1959.12 叶邦彦，陈统坚. Mechanical Engineering English 北京: 机械工业出版社13杜迎辉等.高速精密角接触球轴承刚度计算J. 机械科学与技术，2001(11).14陈宗农.角接触球轴承静态刚度计算J. 机械科学与技术，1993(3).15 梁波.主轴轴承结构及其高速性J. 机械科学与技术，1997(9).16李伟.机床电器与PLC.西安：西安电子科技大学出版社,2006.3.17 范超毅.数控技术课程设计.武汉：华中科技大学出版社，200618 王爱玲.机床数控技术.北京：高等教育出版社，200614立式数控铣床主传动系统设计摘要本文介绍了立式数控铣床的一些基本概况，简述了机床主传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理。立式数控铣床主传动系统包括了主轴电动机、主轴传动系统和主轴组件三部分组成。本文详细介绍了立式数控铣床主传动系统的设计过程，该立式数控铣床主轴变速箱是靠齿轮进行传动的，主轴箱传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确等优点。文中介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比较、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计、轴承的选用基润滑、关键零件的校核、以及主轴电动机的控制等设计过程。关键词数控机床；立式数控铣床；主传动系统；主轴组件；轴承；主轴电动机The sign type number controls the miller lord to spread to move the system designAbstract： this text introduces the sign type number to control some basic general situations of the miller, Chien says the tool machine lord to spread the principle and types of move the systems, analyzing various mechanism that spreads to move the project.The sign type number controls the miller lord to spread to move the system to include the principal axis electric motor, principal axis to spread to move the system and the principal axis module three partses to constitute.Detailed introduction of this text the sign type number controls the design process that the miller lord spreads to move the system, should the sign type number control the miller principal axis to become soon the box is to is carry on by wheel gear to spread to move of, the principal axis box spreads to move the system adoption wheel gear to spread to move, spreading to move the form adoption concentration type to spread to move, the principal axis become soon many of the system adoption slip to move the wheel gear to become soon.The wheel gear spreads to move to have to spread to move the efficiency high, the structure tightly packed, work credibility, the life span is long, spreading to move than accurate etc. advantage.It introduced the sign type number to control the miller lord to spread to move various comparison, lord that spreads to move the project merit and shortcoming of system to spread in the text the choice and assurance, lords of move the projects spread to move to become soon system of design, bearings of design calculation, the principal axis module choose the control of the school pit, and the principal axis electric motor of use the lubrication, the key spare parts etc. the design process.Key words： the number controls the tool machine;The sign type number controls the miller;The lord spreads to move the system;Principal axis module; Bearings; Principal axis electric motor.目录引言1第一章绪论21.1概述21.2数控机床的发展3第二章立式数控铣床主传动系统方案的确定92.1 对立式数控铣床主传动系统简介92.2 对立式数控铣床主传动系统的要求92.3 主传动的类型及方案选择10第三章主传动变速系统主要参数计算123.1 计算切削功率123.1.1切削力的计算123.1.2切削功率的计算123.1.3主轴转速范围的确定133.2 计算主传动功率133.3 分级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率的确定143.3.1 变速级数Z的确定143.3.2 电动机的功率的确定153.3.3 电动机参数153.3.4 分级变速箱的传动系统变速机构的确定16第四章主轴组件设计174.1概述174.1.1轴的分类174.1.2主轴材料174.2主轴结构设计174.2.1主轴部件应满足的基本要求184.2.2轴的结构设计194.2.3草拟轴上零件的装配方案194.2.4轴上零件的定位204.2.5 各轴段直径与的确定204.2.6 提高主轴强度的措施214.2.7 轴的结构工艺性224.3主轴强度的校核224.3.1按扭转强度进行计算224.3.2 强度校核计算23第五章轴承的设计275.1概述275.2轴承的类型选择275.3 轴承游隙等级的选择285.4 轴承的寿命计算285.4.1轴承布局285.5轴承装置的设计295.5.1轴承的配置295.5.2轴承的配合305.5.3 轴承的润滑315.5.4轴承的密封32第六章数控铣床主轴电气控制系统设计336.1控制方式选择336.2 PLC的简单介绍336.4.1 可编程控制器的由来336.4.2 可编程控制器的现状336.4.3 可编程控制器的分类336.2.4 可编程控制器的特点356.2.5 PLC的应用领域356.3主轴电动机控制36总论37致谢38参考文献39III引言制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。机床是制造业的主要生产设备，而数控机床是高精度、高效率的自动化生产设备。目前，国内、外数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、高自动化和模块化方向迅速发展。尽管我国数控机床的制造、设计、检测等技术得到了一定的发展，但与国外相比，差距还是很大，主要表现在:可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等，这种差距尤其表现在高精度、高速度等尖端机床方面。因此，我们必须紧跟国际机床技术发展的前沿，发展机床的设计、检测、制造等技术。数控（numerical control,NC）机床，顾名思义，是一类由数字程序实现控制的机床。与人工操作的普通机床相比，它具有适应范围广、自动化程度高、柔性强、操作者劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点。数控机床也就是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1.培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2.强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3.使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4.培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。第 39 页共 39 页第一章绪论1.1概述数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也很多，因此，人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时，也一直把铣削加工作为重点。数控铣床机械部分与普通铣床基本相同，工作台可以做横向、纵向和垂直三个方向的运动。因此普通铣床能加工的工艺内容，数控铣床度能做到。一般情况下，在数控铣床上可以加工平面曲线轮廓。数控铣床也像通用铣床那样可分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的是数控系统不同，其功能也不尽相同。随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采用了数控技术，许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。目前数控机床已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床、建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。综上所述，数控机床在促进技术进步和经济发展，提高人类生存质量和创造新的就业机会等方面，起着非常重要的作用。数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点：易于加工异型复杂零件；提高生产率；可以实现一机多用，多机看管；可以大大减少专用工装卡具，并有利于提高刀具使用寿命；提高零件的加工精度，易于保证加工质量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大减少在制品的数量；可以大大减轻工人劳动强度，减少所需工人数量等。数控机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。1.2数控机床的发展随着机械制造生产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用拟实制造和快速成形制造技术。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。数控系统由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。机床精度 1.机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。 2.机床精度体系：目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。3.看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。4.加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（MAZAK）在宁夏银川投资建了名为“宁夏小巨人机床公司”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产600台，目前正在建2期工程，建成后可以年产1200台。 2. 2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心120台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 4.韩国大宇在山东青岛投资建厂，目前生产能力不知。 5.台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂，年生产能力800台。民营企业进入机床行业情况 1.浙江日发公司，2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力300台。 22004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 32002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。军工企业技改情况军工企业得到国家拨款开始于当年“大使馆被炸”，后来台湾阿扁上台后，大规模技改开始了，军工企业进入新一轮的技改高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技改，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能“顶”三年，我们的整体水平会上一个台阶。其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过10年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在800010000转/分以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等信息技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRP和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的CAD普及率达100%，是国家级“CAD示范企业”，企业的MRP系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。二、产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅3000-5000小时；整机平均无故障工作时间国外达800小时以上，国内最好只有300小时。三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。基于CAD和CAM的数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。一、是高速加工技术发展迅速高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。二、是精密加工技术有所突破通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，从1950年至2000年50年内提升100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到1m，进入亚微米超精加工时代。三、是技术集成和技术复合趋势明显技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。四、是数字化控制技术进入了智能化的新阶段数字化控制技术发展经历了三个阶段:数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。五、是极端制造扩张新的技术领域极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。第二章立式数控铣床主传动系统方案的确定2.1 对立式数控铣床主传动系统简介主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，他应具有一定的转速和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便的实现运动的开停、变速、换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上简单，这是因为变速功能全部或大部分主轴电动机的无极调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三极齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。在主传动系统方面，具有下列特点：(1)目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。(2)转速高，功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。(3)变速范围大。数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。(4)主轴速度的变换迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。2.2 对立式数控铣床主传动系统的要求（1）主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。（2）主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有是够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。（3）主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。（4）操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。（5）结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。2.3 主传动的类型及方案选择数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级凋速系统。为扩大调速。为了适应不同的加工要求，目前主传动系统主要有三种变速方式1具有变速齿轮的主传动这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮降速，增大输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，见图1-1所示。一部分小型数控机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。图1.1 图1.2 图1.32通过带传动的主传动通常选用同步齿形带或多楔带传动，这种传动方式多见于数控车床，它可避免齿轮传动时引起的振动和噪声，见图1-2所示。3由调速电机直接驱动的主传动这种主传动是由电动机直接驱动主轴，即电动机的转子直接装在主轴上，因而大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。如图1-3所示。近年来，出现了一种新式的内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。其优点是主轴组件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声。缺点是电动机运转产生的热量亦使主轴产生热变形。因此，温度控制和冷却是使用内装电动机主轴的关键问题。日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电动机最高转速可达20000r/min。本次设计采用变速齿店主传动系统。使主轴获得较高的转速和骄傲大的转矩。二级以上齿轮变速系统虽然此种结构复杂，制造和维修费用高，但和以上两种驱动方式比，变速装置多采用齿轮变速结构，可以使用可调的交、直流无级变速电动机，经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速范围增加，且能满足各种切削运动的转矩输出，因此选用二级以上齿轮变速系统作为主传动的变速方式。第三章主传动变速系统主要参数计算3.1 计算切削功率 3.1.1切削力的计算铣削时的切削力，公式如下（3-1）式中铣削时的主切削力（N）加工材料影响的系数每齿进给量（mm）背吃刀量（mm）铣削宽度铣刀齿数铣刀直径(mm)用直径=50mm的四齿锥柄立铣刀，铣刀宽=40mm的刚工件，=0.05mm，=4mm，=68mm，计算得：=132N3.1.2切削功率的计算切削时所消耗的功率称为切削功率。切削功率的公式计算：（3-2）式中：切削功率（kw）切削力（N）切削速度（m/min）根据机床设计手册典型加工条件以及钢材料的铣削速度范围，取=100m/min计算得：=2.2kw3.1.3主轴转速范围的确定主轴最高转速为，最低转速为3.2 计算主传动功率用下列粗略估算主电动机的功率（3-3）式中，为铣床主传动系统总机械效率，主运动为回转运动时，；主运动为直线运动时，。取主传动的总效率=0.7则初选电动机功率取电动机额定转速为；额定最高转速为3.3 分级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率的确定由3.2中初选电动机功率为4kw，计算转速依据如下公式计算: （3-4）则电动机的恒功率调速范围:主轴恒功率调速范围:因此主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机所能提供的恒功率围，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，来扩大电动功率变速范围。3.3.1 变速级数Z的确定如取变速箱的公比则由于无级变速时故变速箱的变速极数可取Z=3 （3-5）虽然此中方法功率特性图示连续的、无缺口(即没有功率降低区)和无重但是Z=3，变速箱机构较复杂。因此为简化变速箱机构，取Z=2。3.3.2 电动机的功率的确定由公式（35）可知，应增大即所以比大很多。此时变速箱每挡内有部分低转速只能恒转矩变速，主传动系统的功率特性图中出现缺口区。缺口处的功率为低谷处功率应保证传递全部功率，只有选择额定功率较大的电机给予补偿。所以选用的交流变频电动机。则缺口处的功率为。有很大的改善。3.3.3 电动机参数一、电动机性能指标电机采用CTB系列变频电机,型号：CBT43P5BXB504,主要技术指标如下。（1）电压:三相380V/50Hz；（2）变频调速范围:5100Hz无级调速,550Hz恒转矩调速,50100Hz恒功率调速,级数为4级,额定转速1440r/min;（3）电机应能承受额定转矩的60%过载,历时1min,低速时转矩平滑,无爬行现象;能通过变频装置的电压提升,保证电动机频率在5Hz时输出额定转矩而不致使电机因发热而烧毁。（4）CTB系列变频电机,型号：CBT43P5BXB504 主要性能参数如表3.1所示：表3.1图3.1为电动机外形图图3.13.3.4 分级变速箱的传动系统变速机构的确定本系统设计的传动系统具有两档速度，低档转速为，高档转。采用二级变速传动，传动比为的高速传动的低速传动两种变速机构，采用拨叉变速。显然如果要求巧内作恒功率的不停车变速可用高档。如果要求在内作恒功率的不停车变速可用低档。转速图和功率特性图如图3.2所示。图3.1第四章主轴组件设计4.1概述主轴部件设计是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支撑并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成型运动。4.1.1轴的分类轴是机械传动的一个重要零件，一般作回转运动的零件常要装在轴上才能实现其回转运动。其承载在载荷可分为：1.转轴工作时既承受弯矩又承受扭矩。2.心轴用于支撑转动零件，只承受弯矩。3.传动轴传递扭矩。在高速传动的轴不仅要考虑轴的材料、结构、强度和刚度，而且要防止轴的振动（动平衡）。此外，注意轴上零件的固定，结构工艺性，热处理等要求。作为制造机器的机器上的轴，设计的主要原则是刚度原则,本次设计选择转轴。4.1.2主轴材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。数控主轴主要传递扭矩，且在高速旋转中产生大量的热，产生一定的轴伸长，其他零件的变形，从而影响加工精度和表面质量。从多方面考虑选用40Cr为本次数控铣床主轴材料。4.2主轴结构设计主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。 4.2.1主轴部件应满足的基本要求（1）旋转精度主轴的旋转精度指装配后，在无载荷、低转速条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和端面圆跳动。其主要取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。（2）刚度主轴部件的刚度指其在外加载荷的作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性形变时，在位移方向上所施加的作用力来定义。如图4-1所示。主轴部件的刚度是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状、轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件布置形式、主轴部件的制造和装配质量都影响主轴部件的刚度。图4-1（3）抗振性主轴部件的抗振性指抵抗受迫振动和自激振动的能力。在切削过程中，主轴部件不仅受静态力作用，同时也受冲击力和交变力的干扰，使主轴产生振动。影响抗振性的主要因素是主轴部件的静刚度、质量分布及阻尼。其评价指标是主轴部件的低阶固有频率与振型。（4）温升和热变形主轴部件运转时，因相对运动产生的摩擦热、切削的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的热变形。其引起轴承间隙变化，润滑油温度升高会使粘度降低，这些变化会影响主轴部件的工作性能，降低加工精度。（5）精度保持性主轴部件的精度保持性指长期保持其原始制造精度的能力。磨损是主轴部件丧失原始精度的主要原因。因此，必须提高主轴部件的耐磨性。对耐磨性影响较大的有主轴的材料、轴承的材料、热处理方式、轴承类型及润滑防护方式等。由于机械结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减少轴的质量具有特别重大的作用的场合,则将轴制成空心的,空心轴内径与外径的比值通常为0.5-0.6为保证轴的刚度和扭转稳定性。轴的设计也和其他的零件的设计相似，包括结构设计和工作能力的计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺性等方面的要求,合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构不合理会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性,还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此轴的结构设计很重要。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。对于机械装备则需刚度计算，防止工作时产生过大的弹性变形，影响加工精度和表面质量。对于高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，防止发生共振而破坏。4.2.2轴的结构设计轴的结构主要取决于以下因素:（1）轴在机器中的安装位置及形式；（2）轴上安装零件的类型、尺寸、数量和轴连接的方法；（3）载荷的性质、大小、方向及分布情况；（4）轴的加工工艺。不论什么条件,轴的结构应满足以下条件：（1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置,周向和轴向要有准确的定位；（2）轴上的零件应便于装拆和调整；（3）轴应具有良好的结构工艺性和制造工艺性。4.2.3草拟轴上零件的装配方案图2.1 主轴装配图预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和关系，如下图立式数控铣床主轴的装配。前轴承（前支撑）、套筒、轴承、套筒（曲路密封）与端盖（曲路密封）齿轮（动力输入部分）、圆螺母、轴承（后支撑）、端盖、依次从轴的后端向前端安装。4.2.4轴上零件的定位为防止轴上零件受力时发生沿轴向和周向的相对运动,轴上零件除了有游动或空转要求外,都必须进行轴向和周向定位,以保证其准确的工作位置。 1.零件的轴向固定:通常由轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母来保证； 2.零件的周向固定:周向固定的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。常用周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等,其中紧定螺钉只用在传力不大之处。4.2.5 各轴段直径与的确定由轴的结构和拉刀方式确定出轴的最小直径：立式数控铣床主轴必须制成空心轴，且又因为为空心轴的内径与外径d 之比，为了保证轴的刚度和扭转刚度,通常在之间,取为0.6。故d=50mm。按轴上零件的装配方案和定位要求，从处起逐一确定各轴段的直径。在实际的设计中，轴的直径亦可凭设计者的经验确定，或参考同类机器用类比的方法确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值及所选的配合公差。且在这样的轴段需0.5mm的碳氮共渗层。为了使带轮、轴承等有配合要求的零件装配拆卸方便，并减少配合面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径，发挥轴肩的作用。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还需要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠与带轮等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm，所以取Dmax=78mm.（1）主轴悬伸量a与前端轴颈D1之比可按下表4.1选择：表4.1 主轴悬伸量与前端轴颈之比机床和主轴的类型a/D1通用和精密机床，自动车床和短主轴端铣床，用滚动轴承和支架0.51.5中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸较长的精密镗床和内圆磨床1.252.5孔加工机床应用加工细长孔的机床，由加工技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较长而不适用于有高精度要求的机床2.5取a=65mm（2）主轴合理跨距的选择：在具体设计时，常常由于结构上的限制，实际跨距l最佳合理跨距。这样就造成主轴组件的刚度损失。在设计中一般认为l/=时，刚度损失不大（5%左右）。应该认为在合理范围之内，称之为合理跨距，合理跨距 =（）是一个区域。4.2.6 提高主轴强度的措施轴和轴上零件的结构、工艺及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，所以应在这些方面进行考虑，以利提高轴的承载的能力，减小轴的尺寸和机器的质量，降低制造成本。（1）合理布置轴上零件以减小轴的载荷。为了减小轴所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的支承形式，力求缩短支承跨距及悬臂长度。通常轴是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处产生应力集中，轴的疲劳破坏也常常发生在此处。轴肩要采用较大的R减小应力集中；选择合适的配合关系；可在轮毂或轴上开减载槽；切制螺纹处的应力集中较大，应避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。（2）改进轴的表面质量提高轴的疲劳强度。轴的表面愈粗糙，疲劳强度愈低。因此，应合理减小轴的表面及圆角处的，提高轴的疲劳强度。表面强化处理的方法有：表面高频淬火；表面渗碳、氮化；碾压、喷丸等强化处理。4.2.7 轴的结构工艺性轴的结构工艺性指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，生产率高，成本低。一般说，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简单。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽量采用相同的尺寸。主轴结构设计如下图：图2.2 主轴结构示意图4.3主轴强度的校核常见轴材料见表4.2所示。表4.2 常见轴材料轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr15-2520-3525-4535-45A0149-126135-112126-103112-974.3.1按扭转强度进行计算下面这种方法只是按轴所承受的扭矩来计算轴的强度；如果还承受有不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。在作轴的结构设计时通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为计算结果。轴的扭转强度条件为（2-1）扭转切应力，单位MPaT轴所受的扭矩，单位为Nmm轴的抗扭截面系数，单位为n轴的转速，单位为r/minP轴传递的功率，单位为kwd计算截面处轴的直径，单位为mm许用扭转切应力，单位为MPa由上式可的直径（2-2）式中: 对于空心轴（2-3）应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径应增大7%。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径应增大5%-7%有两个键槽时，应增大10%-15%。然后将轴径圆整为标准直径。应当注意，这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。4.3.2 强度校核计算轴的精确计算主要是轴的强度和刚度校核计算，且在满足轴的强度和刚度要求，必要时还应进行轴的振动稳定性计算。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的计算方法,并恰当地选用许用应力。BT30铣床机械主轴既承受弯矩又承受扭矩,应按弯扭合成强度条件进行计算,需要时还应按疲劳强度进行精确校核计算。1. 按扭转强度条件进行校核计算。（2-4）式中：扭转切应力，单位MPa。T轴所受的扭矩，单位为Nmm。d计算截面处轴的直径，单位为mm。许用扭转切应力，单位为MPa。轴的抗扭截面系数，单位为。由机械设计手册表8-348查得为45MPa；由机械设计课程设计手册表4-1（GB1059-79）可查得；。将以上各值代入式（24）得：=4.7MPa 2. 按弯扭合成强度计算：过轴的结构设计，轴上零件的位置，外载荷和支反力的作用位置都已确定，算出轴上载荷。由金属切削手册表得：表2.3 参数表项目参数数值出处D50mm表9-7B 30mm表9-4 S0.1mm/齿表9-11t8mmt=0.02*DZ4表9-7由金属切削机床夹具设计手册表3-56得查手册表1-2逆铣时得;, , 所以, 求出支反力：已知；联立解得：刚度校核计算:轴在载荷作用下,将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过了允许的限度,就会影响轴上零件的正常工作,甚至会丧失机器应有的工作性能。对于制造产品的铣床主轴来说刚度是关键。由误差复映原理可知,刚度较差的机床造出的产品,根本就谈不上精度。因此,本次设计的BT40主轴必须校核刚度。轴的弯曲刚度以挠度和偏转角来度量的;扭转刚度以扭转角来度量。主要任务是:计算主轴在受载时的变形量,并控制其在允许范围内。刚度校核计算：阶梯轴的刚度条件： (2-5)T 扭矩，单位为NmmG 剪切弹性模量，单位为，对于各种钢材，极惯性矩，单位为L 阶梯轴受扭矩的长度，单位为mmZ 阶梯轴受扭矩轴段数、阶梯轴第i段上的扭矩、长度、惯性矩由机械设计查得/m，显然，。故满足刚度条件。第五章轴承的设计5.1概述由于在高速机械上使用的轴承对于转速的要求很高，国内的标准轴承无法满足本次设计要求，根据本次设计的要求选取国外生产的FAG型号轴承为本次设计所用轴承。5.2轴承的类型选择通过本次设计的BT40铣床机械主轴的受力分析可知：轴承在工作过程中，既受径向载荷又受轴向载荷。因此，本次设计必须选用角接触球轴承。由于本次设计的主轴为高速机械主轴，所以对主轴轴承要求较高，国内的标准轴承以无法满足本次设计，所以选择国外的FAG型号轴承作为本次设计所选轴承。（1）主轴前端支撑用角接触球FAG轴承XCB7013C.T.P4S参数如表5.1所示。表5.1 FAG轴承XCB7013C.T.P4S图5.1 FAG轴承型号1图5.2 FAG轴承型号1（2）主轴后端支撑用角接触球FAG轴承XCB7010C.T.P4S参数如表5.2所示。表5.1 FAG轴承XCB7010 C.T.P4S（3）花键轴用圆珠滚子FAG轴承FD1007T.P4S参数如表5.3所示。表5.3 FAG轴承FD1007T.P4S5.3 轴承游隙等级的选择为了提高主轴的刚度和抗振性，BT40铣床主轴采用三支承方式，且前后为主要支承，中间支撑为辅助支承。但是三支承方式对三支承孔的同轴度要求较高，制造装配较复杂。主轴承也应消除间隙或预紧，且辅助支承必须选用较大游隙的轴承。因此，前、后轴承选4组游隙并预紧，辅助支承选用4组游隙。5.4 轴承的寿命计算轴承在承受负荷旋转时，由于套圈滚道面及滚动体滚动面不断地受到交变负荷的作用，即使在正常的使用条件下，也会因材料疲劳使滚道面及滚动面出现疲劳损伤。出现这种滚动疲劳损伤之前的总旋转数称做轴承的“（疲劳）寿命”。即使是结构、尺寸、材料、加工方法等完全相同的轴承，在同样条件下旋转时，轴承的（疲劳）寿命仍会出现较大的差异。这是因为材料疲劳本身即具有离散性，应从统计的角度来考虑。于是就将一批相同的轴承在同样条件下分别旋转时，其中90%的轴承不出现滚动疲劳损伤的总旋转数称做“轴承的基本额定寿命”（即可靠性为90%的寿命)。在以固定的转速旋转时，也可用总旋转时间表示。但在实际工作时，还会出现滚动疲劳损伤以外的损伤现象。这些损伤可以通过做好轴承的选择、安装和润滑等加以避免。本次设计所以轴承的寿命符合要求。5.4.1轴承布局表5.1 常用轴承布局方式配置方式可达到的转速系数 0.850.800.75 0.650.72为了适应高速运行同时保证一定的刚度，本次设计采用面对面设置。按轴承参数可知，轴承的极限转速为22000r/min配置选第五种，其速度系数为0.65，则可得最高转速为所以完全可以实现转速为4000r/min的设计要求。又因为轴承支点跨距较大，温升较高，所以本设计采用一端固定，一端游动的轴承固定方式。并且是三支承方式。5.5轴承装置的设计要想保证轴承顺利的工作、，除了正确选择轴承类型和尺寸外，还应该正确设计轴承的装置。轴承装置的设计主要是正确解决轴承的安装、配置、紧固、调节、润滑、密封等问题。下面提出一些设计中注意的要点。5.5.1轴承的配置一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点可由一个或一个以上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及轴受热膨胀后导致将轴承卡死等因素。常用的轴承配置方法有以下三种:1.双支点单向固定。这种轴承配置常用两个反向安装的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，两个轴承各限制一个方向的轴向移动。2.单支点双向固定。对于跨距较大（如大于350mm）且工作温度较高的轴，其热伸长量大，应采用一支点双向固定，另一支点游动的支承结构。作为固定支承的轴承，应能承受双向轴向载荷，故内外圈在轴向都要固定。作为补偿轴的热膨胀的游动支承，若使用的是内外圈不可分离型轴承，只需固定内圈，其外留在座孔内应可以轴向游动。 3.两端游动支承对于一对人字齿轮轴，由于人字齿轮本身的相互轴向定位作用，它们的轴承内外圈的轴向紧固应设计成只保证其中一根轴相对机座有固定的轴向位置，而另一根轴上的两个轴承都必须是游动的，以防止齿轮卡死或人字齿的两侧受力不均匀。首先通过BT40主轴的工作情况来说，是内圈旋转，外圈固定。BT40主轴的转速为8000prm，额定转矩为42，属于高速中载的工作条件。由于高速旋转，轴承等安装在轴上的零件会和轴有摩擦，并产生大量的热。虽然水冷却系统能带走一部分热能，但仍会导致因温升而产生热伸长。因此，必须采用“一支点双向固定，另一支点游动”的轴承配置形式。作为固定支承的轴承，应能承受双向轴向载荷，内外圈在轴上都要固定。而作为补偿轴的热膨胀的游动支承，固定内圈，外圈在坐孔内可以游动，给轴的热膨胀留余空间。在本次设计中，受力不是很大，选取前三后二的支承方式。5.5.2轴承的配合配合的目的是使轴承内圈或外圈牢固地与轴或外壳固定，以免在相互配合面上出现不利的轴向滑动。这种不利的轴向滑动（称做蠕变）会引起异常发热、配合面磨损（进而使磨损铁粉侵入轴承内部）以及振动等问题，使轴承不能充分发挥作用。因此对于轴承来说，由于承受负荷旋转，一般必须让套圈带上过盈使之牢固地与轴或外壳固定。配合的选择一般按下述原则进行：根据作用于轴承的负荷方向、性质及内外圈的哪一方旋转，则各套圈所承受的负荷可分为旋转负荷、静止负荷或不定向负荷。承受旋转负荷及不定向负荷的套圈应取静配合（过盈配合），承受静止负荷的套圈，可取过渡配合或动配合（游隙配合）。轴承负荷大或承受振动、冲击负荷时，其过盈须增大。采用空心轴、薄壁轴承箱或轻合金、塑料制轴承箱时，也须增大过盈量。要求保持高旋转时，须采用高精度轴承，并提高轴及轴承箱的尺寸精度，避免过盈过大。如果过盈太大，可能使轴或轴承箱的几何形状精度影响轴承套圈的几何形状，从而损害轴承的旋转精度。非分离型轴承（例如深沟球轴承）内外圈都采用静配合，则轴承安装、拆卸极为不便，最好将内外圈的某一方采用动配合。所以本次设计的外圈为过硬配合，轴承内圈采用动配合， (1) 负荷性质的影响轴承负荷根据其性质可分为内圈旋转负荷、外圈旋转负荷及不定向负荷。5.5.3 轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。所以本次设计根据工作情况选用脂润滑。脂润滑的优点：润滑膜强度高，能够承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间，方便简单。表5.2 使用于脂润滑和油润滑的植界限（表值）轴承类型脂润滑油润滑油浴滴油循环油（喷油）油雾深沟球轴承1625406060调心球轴承16254050角接触球轴承1625406060圆柱滚子轴承1225406060圆锥滚子轴承10162330调心滚子轴承8122025推力球轴承4612155.5.4轴承的密封为了使轴承保持良好的润滑条件和正常的工作环境，充分发挥轴承的工作性能，延长使用寿命，对滚动轴承必须具有适宜的密封，以防止润滑剂的泄漏和灰尘、水气或其他污物的侵入。轴承的密封可分为自带密封和外加密封两类。所谓轴承自带密封就是把轴承本身制造成具有密封性能装置的。如轴承带防尘盖、密封圈等。这种密封占用空间很小，安装拆卸方便，造价也比较低。自带密封又分为非接触式与接触式两种。（1）非接触式密封非接触式密封就是密封件与其相对运动的零件不接触，且有适当间隙的密封。这种形式的密封，在工作中几乎不产生摩擦热，没有磨损，特别适用于高速和高温场合。非接触式密封常用的有间隙式，迷宫式和垫圈式等各种不同结构形式，分别应用于不同场合。非接触式密封的间隙以尽可能小为佳。（2）接触式密封接触式密封就是密封与其相对运动的零件相接触且没有间隙的密封。这种密封由于密封件与配合件直接接触，在工作中摩擦较大，发热量亦大，易造成润滑不良，接触面易摩损，从而导致密封效果与性能下降。因此，它只适用于中、低速的工作条件。接触式密封常用的有毛毡密封、皮碗密封等结构形式，应用于不同场合。由以上理论本次设计主要采用非接触式密封,优点在于在工作中几乎不产生摩擦热，没有磨损，特别适用于高速和高温场合。前端轴承受力较大,且要求较高故采用间隙密封加一个甩油环密封可靠。后端轴承要求稍低一点儿,选用曲路密封。曲路密封是由旋转的和固定的密封零件之间拼合成的曲折的缝隙所形成的。缝隙中加入润滑脂,可以增加密封效果。根据部件的结构曲路是布置为轴向的.采用轴向曲路时,端盖应为剖分式,当轴因温度变化而伸缩或采用调心轴承感作支承时,都有旋转片与固定片相接触的可能.根据实际情况本次设计采用接触式密封。第六章数控铣床主轴电气控制系统设计6.1控制方式选择本次设计选用可编程控制器（Programmable Logic Controller）PLC控制变频电机带动主轴工作。PLC适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工业控制装备。它能够完成较精确地转停控制。6.2 PLC的简单介绍6.4.1 可编程控制器的由来可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，但为了与个人计算机（Personal Computer）相区别，也可简称为PLC。是为工业控制应用而设计制造的。在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。6.4.2 可编程控制器的现状世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。6.4.3 可编程控制器的分类PLC一般可按I/O点数和结构形式分类。1 按I/O总点数分类（1）小型PLC 输入、输出点数在128点以下，用户存储器容量在2KB以下。小型PLC适用于开关量控制场合，具有逻辑运算、计算、计时等功能，可以实现条件控制、定时、计数控制和顺序控制。（2）中型PLC 输入/输出点数在2561024点之间，用户程序存储器容量在2

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