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普通车床的数控化改造,普通,车床,数控,改造
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毕业论文（设计） 题 目 小型经济型数控车床 系 别 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 100920508 年级 2011级 指导教师 二0一四 年 四 月 三十 日小型经济型数控车床专业:机械设计制造及其自动化 学生: 指导老师: 摘 要 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控车床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。车床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。车床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进车床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对车床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，车床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。为了应对国际金融危机，企业纷纷调整数控机床产业政策，竞相发展高档数控机床，以促进工业和国民经济的发展。而目前我国处于装备更新换代的高峰期和工业产业升级的关键期，对数控机床尤其是高档数控机床的需求，仍将维持30%以上的高增长水平，预计这一增长速度仍将维持35年。 数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。 国内数控机床的需求日益增长，数控机床的发展推动了数控机床功能部件的创新升级。目前我国高档数控机床关键功能部件工业还不能满足国内需要，国内数控功能部件产业主要存在以下问题：适应性和满足度远达不到市场需求；我国数控功能部件生产企业的规模小；核心零部件大量依靠进口；缺乏高技术含量威胁产业安全。机床行业高端化发展四步曲：业内人士表示，我国机床产业的发展需要以市场需求为导向，以发展数控机床为主导、主机为龙头、完善配套为基础，力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变。更有专家为机床行业高端化发展提出了四方面观点，为机床行业高端发展进程尽微薄之力。一是积极落实“高档数控机床与基础制造装备”国家科技专项，创造国内自主创新技术的大环境，以市场为导向，企业为主题，以科研院校为根基，全方位带动我国高新技术的创新。 二是开拓新的数控机床市场或升级现有的数控机床市场，带动普通机床及半自动机床的升级改造和淘汰更新。极力拉动国内数控机床的内需，带动高端机床产业的快速升级。 三是紧抓技术改造，促进中高档数控机床产业化整体升级。充分利用国家技术改造贴息等优惠政策，围绕重点，加强管理，提高资金投入产出比，打好根基，为技术创新提供长足发展。四是强化企业管理，节省成本提提高高效。数控机床企业要从内部管理的强化切入，开展结本高效的行动，维持资金流合理运转，人力资源的合理分配，避免劳民伤财，确保企业正常的运营。 展望未来高档数控机床与基础制造装备专项将实现自主创新能力显著提高，掌握一大批具有自主知识产权的核心技术，总体技术水平进入国际先进行列；届时，主机、数控系统、功能部件“中档规模化、高档产业化”将得以实现，我国将研制出一批具备国际先进水平的关键装备；进口量大的高速、精密立卧式加工中心、数控车床等产品市场占有率将有明显提升。近年来，中国通过引进技术、消化吸收和自主开发数控系统，为数控机床的产业化奠定了技术基础。希望未来机床行业可以带来更多最新设备和前沿技术，以满足制造业对高效加工日益增长的需求。关键词:数控车床 机床 改造 数控系统The NC transformation of common latheMajor:Mechanical Manufacturing and AutomationStudent: Supervisor: Abstract In the modern manufacturing, numerical control technology is the key of the NC machine tools, and the key technology of CNC system is interpolation. The desired path or contour of the two known points, determine which process a plurality of intermediate point interpolation according to the known as a mathematical function. Point-by-point comparison interpolation is an incremental interpolation, the tool according to the requirement of trajectory motion processing parts profile in the process of constant comparison, the relative position between the cutting tool and the machined parts contour, and according to the result of comparison determines the next step in the direction of feed, make the tool feed to reduce the deviation of the direction, and only one direction feed.This paper introduces the basic principle and the classification of interpolation, principle of point by point comparison method, the visual c+6.0 development environment and drawing function introduction. Using the MFC framework of visual in c+6.0, based on the C language developed a parabolic interpolation of point by point comparison method, which can further the understanding to the characteristics of point by point comparison method and the further understanding of the development tools, for the further numerical fields.Under the global economic development environment,Chinas various industries in other countries by the advanced technology of impact at the same time.More and more enterprises with foreign brand communication opportunities will become Cone crusher industry through a variety of ways industry exhibition, scientific research cooperation A variety of approaches of scientific research cooperation Constantly improve their own strength and core competitiveness Shorten the gap with the developed countries. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.Keywords:NC;Point-to-point comparison method;interpolation simulation software;目 录第1章 绪 论11.1 课题来源及研究目的和意义11.2 小型经济型数控车床的现状及趋势11.3 小型经济型数控车床方案分析5 1.3.1 机械结构分析5 1.3.2 机械结构总体方案和布局6第2章 机械结构的设计102.1滚珠丝杠的设计132.2滚珠丝杠副丝杠副传动法面截形，循环方式等的确定.142.3滚珠丝杠的预紧15第3章 车床进给机构的设计计算.153.1 同步带轮选择.163.2 步进电机选取与计算.17 3.2.1横向进给机构中步进电机的选用计算.18 3.2.2 纵向金给机构中步进电机的选用计算.193.3传动齿轮的选择计算与校核.20 3.3.1齿轮的选择.21 3.3.2按齿面接触强度设计.22 3.3.3齿轮的校核.233.4直线导轨的选择.24 3.4.1直线导轨的确定.24第4章 车床进给系统各部件的选取及校核.244.1 联轴器的选取.254.2滚珠丝杠选取与校核264.3滚动轴承的选取与计算.24结 论35参 考 文 献36致 谢37第1章 绪 论1.1 概述 数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床主要组成有：程序编制及程序载体、输入装置、数控装置、驱动装置和位置检测装置、辅助控制装置、机床本体数控机床需要根据数控系统的指令，自动完成对主轴转速、进给速度、刀具运动轨迹以及其他机床辅助功能（如自动换刀、自动冷却等）的控制。它必须利用伺服进给系统代替普通机床的进给系统，并可以通过主轴调速系统实现轴自动变速。因此，在机械结构上，数控机床主轴箱和进给变速箱的结果一般都非常简单；齿轮、轴类零件、轴承的数量大为减少；电动机可以直接连接主轴和滚珠丝杠，不用齿轮。在使用直线电动机、电主轴的场合，甚至可以不用丝杠、主轴箱。在操作上，它不像普通机床那样，需要操作者通过手柄进行调整和变速，操作机构比普通机床要简单的多，多机床甚至没有手动机械操作机构。此外，由于数控机床的大部分辅助动作都可以通过数控系统的辅助功能（M功能）进行控制，因此常用的操作按钮也比普通机床少，操作更方便、更简单。1.2 小型经济型数控车床的现状及趋势 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控车床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控车床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控车床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控车床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控车床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控车床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。为了应对国际金融危机，企业纷纷调整数控机床产业政策，竞相发展高档数控机床，以促进工业和国民经济的发展。而目前我国处于装备更新换代的高峰期和工业产业升级的关键期，对数控机床尤其是高档数控机床的需求，仍将维持30%以上的高增长水平，预计这一增长速度仍将维持35年。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。国内数控机床的需求日益增长，数控机床的发展推动了数控机床功能部件的创新升级。目前我国高档数控机床关键功能部件工业还不能满足国内需要，国内数控功能部件产业主要存在以下问题：适应性和满足度远达不到市场需求；我国数控功能部件生产企业的规模小；核心零部量依靠进口；缺乏高技术含量威胁产业安全，机床行业高端化发展四步曲。业内人士表示，我国机床产业的发展需要以市场需求为导向，以发展数控机床为主导、主机为龙头、完善配套为基础，力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变。更有专家为机床行业高端化发展提出了四方面观点，为机床行业高端发展进程尽微薄之力。一是积极落实“高档数控机床与基础制造装备”国家科技专项，创造国内自主创新技术的大环境，以市场为导向，企业为主题，以科研院校为根基，全方位带动我国高新技术的创新。 二是开拓新的数控机床市场或升级现有的数控机床市场，带动普通机床及半自动机床的升级改造和淘汰更新。极力拉动国内数控机床的内需，带动高端机床产业的快速升级。三是紧抓技术改造，促进中高档数控机床产业化整体升级。充分利用国家技术改造贴息等优惠政策，围绕重点，加强管理，提高资金投入产出比，打好根基，为技术创新提供长足发展。四是强化企业管理，节省成本提提高高效。数控机床企业要从内部管理的强化切入，开展结本高效的行动，维持资金流合理运转，人力资源的合理分配，避免劳民伤财，确保企业正常的运营。高档数控机床与基础制造装备专项将实现自主创新能力显著提高，掌握一大批具有自主知识产权的核心技术，总体技术水平进入国际先进行列；届时，主机、数控系统、功能部件“中档规模化、高档产业化”将得以实现，我国将研制出一批具备国际先进水平的关键装备；进口量大的高速、精密立卧式加工中心、数控车床等产品市场占有率将有明显提升。近年来，中国通过引进技术、消化吸收和自主开发数控系统，为数控机床的产业化奠定了技术基础。希望未来机床行业可以带来更多最新设备和前沿技术，以满足制造业对高效加工日益增长的需求。1.3 小型经济型数控车床方案分析1.3.1机械结构分析 本课题是设计一种小型经济型数控车床设备，此设备的工作台可以在X,Y轴两个方向自由移动，由电动机控制，人们只需启动和关闭开关，即可实现车床在任意位置的停止，可以实现将工件移动到指定的位置，为加工提供方便。 由于为了小型经济型数控车床后可以实现多种方案，本课题采用车床的横向进给机构采用步进电机驱动滚珠丝杆的方式来带动工作台的平移，现提供以下设计方案：步进电机工作台滚滚丝杆联轴器 图1 步进电机驱动滚珠丝杆实现进给机构方案此种方案为传统的的进给机构设计方案，此种方案步进电机与滚珠丝杆通过联轴器固结，丝杆螺母装在滚珠丝杆上面，保持滚珠丝杆与工作台通过螺纹连接，这种方法由于滚珠丝杆动，从而带动丝杆螺母转动，从而实现工作台的平移，可以做X、Y方向的移动，从而实现车床工作台的快速进给。此种方案结构简洁，造价低廉，定位精准，可靠，符合此次设计的要求，因此此种方案虽然是传统的设计方法，但切合实际，我们优先考虑。1.3.2 机械结构总体方案和布局 确定好设计方案后我们对整体方案进行大体设计布局，整个传动装置由电动机带动，由于需要在任意位置能停止，本次设计的电动机我们采用步进电动机，由于步进电动机输出转速很快，需要分配传动减速比，需要加减速器进行减速，经过减速器出来后，通过联轴器或者连接套，使步进电机输出轴与滚珠丝杆相链接，而滚珠丝杆与滚珠螺母配合，滚珠螺母是与车床的横向，纵向移动工作台通过螺纹连接的，这样，当步进电机转动后，就带动滚筒丝杆转动，而滚珠丝杆的转动又带动与滚珠螺母固接的工作移动，从而实现了工件在车床上面任意位置的变化，从而实现了普通车床无法实现的功能，直接通过按钮代替繁杂的人力就能够解决问题，实现工件的快速进给。具体结构图如下：横向进给机构结构图纵向进给机构结构图第2章 机械结构的设计2.1滚珠丝杠的设计（1）传动效率高滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%98%，为传统的滑动丝杠系统的24倍，能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 （2）运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 （3）高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 （4）高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC5863）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 （5）同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 （6）高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 一般来说滚珠丝杠在工作中应该预紧以提高丝杠的刚度，从而提高传动精度，但在本机械系统中由于丝杠所承受的弯矩很小，所以我觉得没必要进行预紧，所以安装方式是一端固定一端游动的形式。X轴向的工作台与其上面所安装的机械结构重力约10N，焊枪在焊接时由于电流作用与工件之间的相互吸引力约2N。2.2滚珠丝杠副丝杠副传动法面截形，循环方式等的确定查机械传动设计手册，根据滚珠丝杠副螺纹滚道法面截形、参数和特点的比较选择如下： （1）确定选择螺纹滚道法面截形为单圆弧，参数公式见表8.2-11，接触角为=45。其特点是：磨削滚道的砂轮成形简便，可得到较高的加工精度。有较高的接触强度，但比值/小，运行时摩擦损失增大。接触角随初始间隙和轴向载荷的大小变化，为保证=，必须严格控制径向间隙。图示如图2图2 单圆弧法面截形（2）单圆弧法面截形要求消除间隙和调整预紧必须采用双螺母结构。（3）根据机床的特点，选用内循环浮动式反向器，其特点是径向尺寸小，循环通道短，摩擦损失小，传动效率高。2.3 滚珠丝杠的预紧滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有要求，以保证其反向传动的精度。我们通常采用双螺母结构预紧方式（图3）图3 双螺母结构预紧示意图双螺母预紧的结构通常有三种：1.垫片调隙式(图4)图4 垫片调隙式调整方法：调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移。为便于调整，垫片常制成剖分式。特点：结构简单，装卸方便，刚度高；但调整不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和预紧。适用于高刚度重载传动。2.螺纹调隙式(图5)图5 螺纹调隙式调整方式：调整端部的圆螺母，使螺母产生轴向位移。特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便；但准确性差，且易于松动。用于刚度要求不高或需随时调节预紧力的传动。3.齿差调隙式(图6)图6 齿差调隙式调整方式：螺母1、2的凸缘上有外齿，分别与紧固在螺母座两端的内齿圈3、4啮合，其齿数风别为Z1和Z2，且Z2=Z1+1。两个螺母向相同方向同时转动，每转过一个齿，调整轴向位移量为：(Ph导程)。特点：能够精确地调整预紧力，但结构尺寸较大，装配调整比较复杂，宜用于高精度的传动机构。 本设计中将采用的是双螺母内循环垫片调整式滚动螺旋副来消除间隙。垫片调整式有结构比较简单，装卸方便，刚度高的特点。第3章 车床进给机构的设计计算3.1 同步带轮选择横向进给机构同步轮传动中同步轮的选取：(1)传动名义功率P_=0.5kW(2)主动轮转速n1=1500rmin，从动轮 =350rmin(3)中心距a=100mm左右(4)工作情况，24小时运转求设计功率P=K0 Pm=0.42= 0.8Kw，式中Ko为载荷修正系数由设计功率0.8Kw 和n =1500rmin，由查得带的型号为L型，对应节距P =9.525mm（1）选择小带轮齿数由小带轮转速n=1500r/min，L型带，查表得小带轮最小许用齿数 Z1=14，则大带轮齿数 Z2= i Z1，其中i= n1n2=1500350=4286Z2=428614=60取标准带轮齿敦=60（2）确定带轮节圆直径dI=Pb Z1/=42.736mmd2= Pb Z2/=182mm（3）确定同步带的节线长度L，L= 2acos +(d2+d1 )2+( d2-d1)180式中： =sin-1 (d2-d1)/2a =0218；126 (以a=100mm代入) 则L =150.54 选择最接近计算值的标准节线长(见表4)L=160.20mm（4）计算同步带齿数zZb=Lp/Pb=160.20/9.525=17（5）传动中心距n的计算a=Pb( Z2-Z1)2zcos式中： inV =314l6 inV=tg-用逐步逼近法计算，=1351 8(弧度)代入上式得出a=102.45与精确计算结果相似。最后测量装置同步带选用L型同步带P= 9.525mmZB=17， L,= 15020ram b= 25.4mm同步带轮： Z1=14，Z2=60，dI=Pb Z1/=42.736mmd2= Pb Z2/=182mm纵向进给机构同步轮传动中同步轮的选取：1)传动名义功率P_=0.25kW(2)主动轮转速n1=1500rmin，从动轮 =350rmin(3)中心距a=55mm左右(4)工作情况， 24小时运转求设计功率P=K0 Pm=0.32= 0.6Kw，式中Ko为载荷修正系数由设计功率0.6Kw 和n =1500rmin，由查得带的型号为XL型，对应节距P =5.08mm（1）选择小带轮齿数由小带轮转速n=1500r/min，L型带，查表得小带轮最小许用齿数 Z1=12，则大带轮齿数 Z2= i Z1，其中i= n1n2=1500350=4286Z2=428612=51取标准带轮齿敦=50（2）确定带轮节圆直径dI=Pb Z1/=19.414mmd2= Pb Z2/=80.9mm（3）确定同步带的节线长度L，L= 2acos +(d2+d1 )2+( d2-d1)180式中： =sin-1 (d2-d1)/2a =0218；126 (以a=100mm代入) 则L =54.54 选择最接近计算值的标准节线长(见表4)L=55.20mm（4）计算同步带齿数zZb=Lp/Pb=55.20/5.08=11（5）传动中心距n的计算a=Pb( Z2-Z1)2zcos式中： inV =314l6 inV=tg-用逐步逼近法计算，=1351 8(弧度)代入上式得出a=102.45与精确计算结果相似。最后测量装置同步带选用XL型同步带P= 5.08mmZB=11， L,= 5520ram b= 9.5mm同步带轮： Z1=11，Z2=50，dI=Pb Z1/=19.4146mmd2= Pb Z2/=80.9mm3.2 步进电机选取与计算3.2.1横向进给机构中步进电机的选用计算1、各参数设定滑块工作重量台w=60N 工作台上最大承受重量为200N滑块与导轨贴塑板间摩擦系数=0.08滑块进给速=11000毫米/分滚珠丝杆导程Lp=1.5毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）=12毫米丝杆总长=320毫米定位精度0.001毫米2、确定步进电动机的型号（1）脉冲当量的选择，脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）7。初选之相步进电动机的步距角0.60 /1.20 ，当三相六拍运行时，步距角=0.60 其每转的脉冲数S=600 p/r步进电动机与滚珠丝杆间的传动比i为1（2）等效负载转矩的计算71、空载时的摩擦转矩 得= =0.014N.M2、测量仪工作时的转矩 得=0.467N.M得电动机的最大静转矩为（0.30.5）TL=（0.11520.192）N.M（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量 Js= Js=5.146x10-6 kgm22、滑块的运动惯量 得JW=3.419x10-7 kgm2换算到电动机轴上的总转动惯量 JL= 得JL=0.00035 kgm2（4） 初选步进电动机型号，根据TL=（0.11520.192）N.M和电动机总转动惯量=0.00035初步选定电动型号为85BYG3H358B反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距Tmax=6.0N.M 查表选用两个85BYG3H358B型步进电机。 电机的有关参数见下表2.1：表2.1 测量装置步进电机参数型号主要技术数据外形尺寸（mm）重量(N)步距角最大静转矩最高空载启动频率（step/s）相数电压(V)电流(A)外径长度轴径85BYG3H358B0.6-1.26.05003605.8859712351、各参数设定滑块工作重量台w=90N 工作台上最大承受重量为400N滑块与导轨贴塑板间摩擦系数=0.08滑块进给速=11000毫米/分滚珠丝杆导程Lp=1.5毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）=12毫米丝杆总长=1000毫米定位精度0.001毫米确定步进电动机的型号（1）脉冲当量的选择，脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0.01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）7。初选之相步进电动机的步距角0.60 /1.2 ，当三相六拍运行时，步距角=0.60其每转的脉冲数S=4600 p/r步进电动机与滚珠丝杆间的传动比i为1（2）等效负载转矩的计算71、空载时的摩擦转矩 得= =0.025N.M2、测量仪工作时的转矩 得=0.56N.M得电动机的最大静转矩为（0.50.7）TL=（0.13520.232）N.M（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量 Js= Js=1.6x10-5 kgm22、滑块的运动惯量 得JW=5.7x10-7 kgm2换算到电动机轴上的总转动惯量: JL= 得JL=0.00035 kgm2；（4） 初选步进电动机型号，根据TL=（0.13520.232）N.M和电动机总转动惯量=0.00035初步选定电动型号为110BYG3H525反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距Tmax=8.0N.M ;表2.2 步进电机参数型号主要技术数据外形尺寸（mm）重量(N)步距角最大静转矩最高空载启动频率（step/s）相数电压(V)电流(A)外径长度轴径110BYG3H5250.6-1.28.05003602.511012616503.2.2横向进给机构中步进电机的选用计算1、设计参数滑块工作重量台w=40N 工作台上最大承受重量为200N滑块与导轨贴塑板间摩擦系数=0.08滑块进给速=11000毫米/分滚珠丝杆导程Lp=1.5毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）=12毫米丝杆总长=1000毫米定位精度0.001毫米，根据上述数据，确定步进电动机的型号为：+me2Jg=4.99X10-2 kgm2;传动齿轮1的惯量为J=1/8md2+me2=0.05 kgm2;传动齿轮2的惯量为J=1/8md2+me2=0. 55 kgm2;总的转动惯量为0.049+0.05+0.55=0.649 kgm2;可得电机的转动惯量为0.649，初步选定电动型号为110BYG3H525反应式步进电动机。 查表选用110BYG3H525型步进电机。表2.3 电机参数型号主要技术数据外形尺寸（mm）重量N步距角最大静转矩最高空载启动频率（step/s）相数电压(V)电流(A)外径长度轴径110BYG3H5250.6/1.2124803603.511015020703.3传动齿轮选择计算与校核3.3.1齿轮的选择1）选择小齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 2） 精度等级选用7级精度； 3）小齿轮齿数z141，大齿轮齿数z274的； 4） 齿轮模数都为3的直齿轮 3.3.2按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选Kt1.6 （2）选取区域系数ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107 （8） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95； KHN20.98 （9） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S1，由得 H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa3.3.3齿轮的校核 根据以上所得：m=3,Z1=41,Z2=74,两齿轮材料均选用45,表面淬火，4855HRC。查得：预期齿轮寿命5年，每天工作12小时，工作载荷为轻微冲击，则查机械设计基础图，得：(1) 验算齿面接触疲劳强度(2) 载荷系数，取K=1.5查得： 接触应力为：(2)验算齿根弯曲疲劳强度取 K=1.5查表：许用弯曲应力：弯曲疲劳强度的最小安全系数，取则：由上述计算可知，均满足要求。3.4直线导轨的选择 3.4.1直线导轨的确定导轨主要根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为：（1）滑动导轨两导轨之间为滑动摩擦。结构简单，制造方便，刚度好，抗振性高，是机床上最广泛采用的。特点：导向精度高，不会出现间隙，能自动补偿磨损。一般选取三角形顶角=90,重型机械采用大顶角=110120。当水平力大于垂直力，V形导轨两侧受力不均匀时，采用不对称V形导轨。直线导轨和圆导轨均可采用 承载能力大，制造方便。必须留有侧向间隙。不能补偿磨损。用镶条调整时，会降低导向精度。 需注意导轨的保护。直线导轨和圆导轨均可采用 尺寸紧凑，适用于要求高度小导轨层数多的场合。可构成闭式导轨。用一根镶条可以调整各面的间隙。刚度比平面导轨小。制造简单，弯曲刚度小，主要用于受轴向载荷的导轨。适用于同时作直线和旋转运动的场合。（2）滚动导轨滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再 进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。特点： 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。简化了机械结构的设计和制造。查机械设计手册3第二版选取直线滚动导轨副系列，又根据机床设计要求的特点，本设计初步选择:(1)直线滚动导轨副选取四方向等载荷型（GGB型），其特点是：垂直向上向下和左右水平额定载荷是等同的，额定载荷比较大，刚度高。(2)尺寸规格初选45，其结构形式选择AA 型。(3)每根导轨上的滑块数为2。(6)查出全自动轴承磨床推荐的精度等级为3。(7)导轨的材料为HT200.初步确定直线滚动导轨的型号为GGB45AA1C123选择用南京工艺设备制造厂的滚动直线导轨如图1第4章 车床进给系统各部件的选取及校核4.1 联轴器的选取由以上条件可知，系统的工况在一定的条件，有以下公式：mm 输入轴的最小直径为安装联轴器的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计（第八版）表14-1，由于转矩变化很小，故取，则: =1.3X49.24=64012N.Mm 查机械设计课程设计表14-4，选Lx3型弹性柱销联轴器其工称转矩为1250N.m，而电动机轴的直径为19mm所以联轴器的孔径不能太小。取=19mm，半联轴器长度L=82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为60mm。 轴向滚动丝杠副丝杠轴，选HL1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000，半联轴器的孔径19mm，半联轴器长度42mm。 径向滚动丝杠副丝杠轴选Lx3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000，半联轴器的孔径19mm，半联轴器长度42mm。4.2滚珠丝杆的选取与校核（1） 初始条件本设计的横向进给长度大于纵向进给结构，只校核轴向进给结构用的丝杠如下：由本设计要求可知，估算工作台的重量和安装在工作台上面的电磁夹具给丝杠的平均工作载荷Fm=4000N，最大轴向行程420 mm，取用丝杠的工作长度为672mm，有效滚道长度是500mm。 两支承间最大距离为：575mm平均转速100r/m使用寿命Lh=15000h,Ra为58-62HRC,要求传动精度0.03mm，螺杆材料为：50Mn， 高、中频加热,表面淬火。螺母材料为：CrWMn ，整体淬火、低温回火。返向器材料为：40Cr，离子渗氮处理螺纹滚道法面截形为半圆弧，螺母采用双螺母垫片式预紧方式。（2） 计算载荷（公式摘自机械零件设计手册第二版中册滚动螺旋传动设计计算部分，下同）= （式1）式中为载荷系数，K为硬度系数，为短行程系数。参考机械零件设计手册表18-18，表18-19，表18-20取=1.2，K=1，=1（3） 计算额定动载荷计算额定动载荷公式 （式2）其中n为平均转速，其中Lh=15000h，取n=100r/min,代入上式后计算得C=21496.42N（4）根据必须的额定动载荷C选择螺旋尺寸根据内循环滚动螺旋副结构，查表8.2-18机械传动设计手册，使选择规格的螺旋副C接近 C 或者稍大于C，如下表1，表1 螺旋尺寸表结合公称直径和公称导程的优先配合，综合考虑选择参数如下：查特征代号确定型号为 FD406-3-3/全长螺纹长度，其尺寸参数如下：额定动载荷 公称直径 公称导程 钢球直径 mm圈数列数=13,螺纹升角 =基本额定静载荷 =70650N滚道半径R = 0.52 =2.064mm偏心距e = 0.707x（R-/2）=0.0562mm丝杠螺纹内径d=35.984mm（5）稳定性验算因为丝杠采用一端固定一端铰支的安装方式，查表18-7机械零件设计手册长度系数，参照机电一体化系统设计基础表2-10取安全系数S=3，因为螺杆较长，丝杠不会发生失稳的最大载荷成为临界载荷F（N）按下式计算：F= （式3）式中E为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206GP；l为丝杠工作长度（m），l=672mm；为丝杠危险截面轴惯性矩（m）;= （式4）=8.14910m 又 可得：安全系数S= F/= （式5）丝杠安全,不会失稳.（6） 刚度验算按最不利的情况考虑，螺纹螺距因受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起的弹性变形方向是一致的。 滚珠丝杠在工作载荷F(N)和转矩T(Nm)共同作用下引起每个导程变形量 (m)为= （式6）式中,A为丝杠截面积,A=1/4;为丝杠的极惯性矩,=/32(m);G为丝杠的切变模量,对钢G=83.3GP;T（Nm）为转矩。又T=F （式7）式中，为摩擦角，其正切值为摩擦系数；为平均工作载荷；可以查出螺旋副运动由旋转运动转化为直线运动时取参数摩擦系数tan=0.0025，又=，所以样有下式：T=F 按最不利的情况计算，F=F有则每米螺纹距离上弹性变形量为 （式8）而每米螺纹距离上弹性变形量的许用值见机械零件设计手册第二版中册表18-17.通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，即=3.02m/m1/2()=1/2 10m/m所以丝杠的刚度是完全满足要求的。（7） 效率验算 合格 （式9） 综上所校核，该丝杠是符合要求的。同理，径向传动的滚珠丝杠也好似符合要求的。4.3滚动轴承的选取与计算 根据以上工况，如图所示：根据如图选取深沟球轴承6006求当量载荷P。FA=309.6N 查表12-5得，6306轴承的Cr=27kN，C0r=15.2kN；轻微冲击，取fP=1.1因，查表可得，e=0.21.因，故P1=fp=1834.8NP2=fp=2305.8N3.2计算轴承寿命Lh已知球轴承=3，因工作温度小于120，取ft=1。 满足寿命要求。另一端受力如图所示，根据图所选取深沟球轴承6206。3.3求当量载荷P。查表12-5可得，6210轴承的C0r=19.8kN，Cr=27kN；轻微冲击，取fP=1.2P1=fp=2135.2NP2=fp=1277.7N(2)计算轴承寿命Lh。 已知球轴承=3，因工作温度小于120，取ft=1。（3）因转速较低，此处还需进行静强度计算查表得X0=0.6，Y0=0.5，S0=1.2P01= 0.6，max=1779.3NC0r/P01=11.13S0=1.2满足寿命要求。 轴向滚珠丝杠副丝杠轴的滚动轴承电机传动部分，初步选择的滚动轴承为0基本游隙组，标准精度级的推力球轴承51206。轴向力 ， ，Y=1.9，X=0.4载荷水平面H垂直面V支反力F则 则 则 则 则 则故合格。 径向滚珠丝杠副丝杠轴
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