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立式数控铣床工作台设计【3张图纸】【优秀】

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立式数控铣床工作台设计40页 11800字数+说明书+任务书+3张图纸任务书.doc数控铣床工作台装配图.dwg数控铣床工作台零件图.dwg数控铣床滑鞍零件图.dwg立式数控铣床工作台设计.txt立式数控铣床工作台设计说明书.doc目录摘要3ABSTRACT4第1章绪论81.1我国数控技术的发展概况81.2当今数控机床的发展的趋势8第2章立式数控铣床工作台（X轴）设计12 2.1 概述122.1.1 技术要求122.1.2总体方案设计122.2 设计计算132.2.1主切削力及其切削分力计算132.2.2导轨摩擦力的计算142.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力152.2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算152.3工作台部件的装配图设计212.4滚珠丝杠螺母副的承载能力校验212.4.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验212.4.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验212.4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验22第3章计算机械传动系统的刚度22 3.1机械传动系统的刚度计算223.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算26第4章驱动电动机的选型与计算274.1驱动电动机的选型与计算274.2计算折算到电动机轴上的负载惯量284.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩294.4选择驱动电动机的型号30第5章机械传动系统的动态分析325.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率325.2计算扭转振动系统的最低固有频率32第6章计算传动系统的误差计算与分析336.1计算机械传动系统的方向死区336.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差33第7章确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号337.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级357.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号36第8章设计总结37参考文献38致谢词39工作台、工件和夹具的总重量M=918kg（所受的重力W=9000N），其中，工作台的质量=510kg（所受的重力=5000N）；工作台的最大行程=600mm；工作台快速移动速度=15000；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数=0.15,静摩擦系数=0.2；工作台的定位精度为30，重复定位精度为20；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）摘要本文一简明的语言有侧重的介绍了普通数控机床中经济型书空铣床进给的设计过程，第一部分为机械元件的设计，包括了滚珠丝杠、轴承、步进电机、和同步齿形带的计算、选择与应用，还有对于导轨的简单介绍。第二部分则是电路设计方面的主要内容，以单片机为主体的控制单元可以快捷方便的完成进给任务，其中包括环形分配器和存储器的设计、8031单片机和芯片8155和8255的选择和应用以及管角的功能、光电耦合器和步进电机驱动电路的设计、中断处理的原理和编程。关键词：数控；滚珠丝杠；步进电机ABSTRACT This article concise language had the stress in the introduction ordinary numerical control engine bed the economy numerical control milling machine entered for the design process, first part for mechanical part design, including ball bearing guide screw, bearing, stepper motor , and synchronized tooth profile belt computation, choice and application, but also had regarding the guide rail simple introduction. The second part is the circuit design aspect main content, may quickly facilitate take the monolithic integrated circuit as the main body control unit completes for the duty, including ring-like divider and memory design, 8,031 monolithic integrated circuits and chip 8,155 and 8,255 choices and application as well as tube angle functions, photoelectricity coupler and stepper motor actuation electric circuit design, interrupt processing principle and programming.Key word: numerical control; ball bearing guide screw; stepper motor一种理论联系实际的训练踏实我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是我们综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，它在我们按三年的大学生活中占有重要的地位。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓有一定意义

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关键词：: 立式数控铣床工作台设计图纸立式数控铣床工作台铣床工作台设

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立式数控铣床工作台设计

40页 11800字数+说明书+任务书+3张图纸

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数控铣床工作台装配图.dwg

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QQ截图20140109103421.jpg

数控铣床工作台零件图.gif

数控铣床工作台装配图.gif

数控铣床滑鞍零件图.gif

摘要3

ABSTRACT4

第1章绪论8

1.1我国数控技术的发展概况8

1.2当今数控机床的发展的趋势8

第2章立式数控铣床工作台（X轴）设计12

2.1 概述12

2.1.1 技术要求12

2.1.2总体方案设计12

2.2 设计计算13

2.2.1主切削力及其切削分力计算13

2.2.2导轨摩擦力的计算14

2.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力15

2.2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算15

2.3工作台部件的装配图设计21

2.4滚珠丝杠螺母副的承载能力校验21

2.4.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验21

2.4.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验21

2.4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验22

第3章计算机械传动系统的刚度22

3.1机械传动系统的刚度计算22

3.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算26

第4章驱动电动机的选型与计算27

4.1驱动电动机的选型与计算27

4.2计算折算到电动机轴上的负载惯量28

4.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩29

4.4选择驱动电动机的型号30

第5章机械传动系统的动态分析32

5.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率32

5.2计算扭转振动系统的最低固有频率32

第6章计算传动系统的误差计算与分析33

6.1计算机械传动系统的方向死区△33

6.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差33

第7章确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号33

7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级35

7.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号36

第8章设计总结37

参考文献38

致谢词39

工作台、工件和夹具的总重量M=918kg（所受的重力W=9000N），其中，工作台的质量=510kg（所受的重力=5000N）；工作台的最大行程=600mm；工作台快速移动速度=15000；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数=0.15,静摩擦系数=0.2；工作台的定位精度为30，重复定位精度为20；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）

摘要

本文一简明的语言有侧重的介绍了普通数控机床中经济型书空铣床进给的设计过程，第一部分为机械元件的设计，包括了滚珠丝杠、轴承、步进电机、和同步齿形带的计算、选择与应用，还有对于导轨的简单介绍。第二部分则是电路设计方面的主要内容，以单片机为主体的控制单元可以快捷方便的完成进给任务，其中包括环形分配器和存储器的设计、8031单片机和芯片8155和8255的选择和应用以及管角的功能、光电耦合器和步进电机驱动电路的设计、中断处理的原理和编程。关键词：数控；滚珠丝杠；步进电机

ABSTRACT This article concise language had the stress in the introduction ordinary numerical control engine bed the economy numerical control milling machine entered for the design process, first part for mechanical part design, including ball bearing guide screw, bearing, stepper motor , and synchronized tooth profile belt computation, choice and application, but also had regarding the guide rail simple introduction. The second part is the circuit design aspect main content, may quickly facilitate take the monolithic integrated circuit as the main body control unit completes for the duty, including ring-like divider and memory design, 8,031 monolithic integrated circuits and chip 8,155 and 8,255 choices and application as well as tube angle functions, photoelectricity coupler and stepper motor actuation electric circuit design, interrupt processing principle and programming.Key word: numerical control; ball bearing guide screw; stepper motor

一种理论联系实际的训练踏实我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是我们综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，它在我们按三年的大学生活中占有重要的地位。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓有一定意义

内容简介：: 指导教师南通职业大学 2009 届毕业设计（论文）任务书学生姓名所学专业机械制造及自动化班级课题名称数控铣床工作台设计工作内容（应完成的设计内容、论文内容）1、完成机械设计，完成图，包括总装图和零部件图；2、完成一份完整的论文、设计说明书，主要包括结构设计、计算说明、制造、检验说明书等；3、完成一篇约1500个单词的专业英文资料的翻译。工作要求（设计应达到的性能、指标，论文质量要求）1、所设计的设备结构既能满足生产工艺的要求，同时要保证其整体安全性和经济性。2、清晰地列出设计提纲,包括：设计理论、计算内容、计算方法、计算步骤及相应的公式、参数的选择等，设计计算合理正确。3、所设计的图纸符合国家机械制图标准及化工制图标准，正确地反映和表达设计对象。4、所写论文应能完整地反映设计者的设计思想，要求文字简练、语句通顺，层次清楚、图表清晰，理论正确、结构合理。主要参考资料1范超毅，赵天婵，吴斌方数控技术课程设计武汉华中科技大学出版社，20072机械设计手册编写组。机床设计手册（第三册）【M】。北京：机械工业出版社，1986.3戴曙.机床滚动轴承应用手册【M】北京：机械工业出版社，19934李福生.实用数控机床技术手册【M】北京：北京出版社,1995.5国数控培训网络天津分中心.数控机床【M】北京：机械工业出版社，1998.6廖效果. 数控机床【M】武汉:湖北科学技术出版社,2000工作进度要求1、对所设计的设备进行调研，了解其在整个工艺流程所起的作用；2、读懂条件图，进行材料的选用、结构设计及强度计算；3、完成总装图及零部件图； 4、完成、完善毕业论文（计算说明书）及专业外文的翻译。课题组其他成员指导教师（签名）教研室主任（签名）部门批准（盖章）签发日期2008年10月20日注：本任务书一式三份，由指导教师填写，教研室主任审核，系部批准后下发；学生、指导教师、系部各一份。数控铣床工作台轴设计毕业设计（论文）立式数控铣床工作台设计系科机械工程系专业机械制造与自动化班级姓名完成日期2008年1月12日摘要本文一简明的语言有侧重的介绍了普通数控机床中经济型书空铣床进给的设计过程，第一部分为机械元件的设计，包括了滚珠丝杠、轴承、步进电机、和同步齿形带的计算、选择与应用，还有对于导轨的简单介绍。第二部分则是电路设计方面的主要内容，以单片机为主体的控制单元可以快捷方便的完成进给任务，其中包括环形分配器和存储器的设计、8031单片机和芯片8155和8255的选择和应用以及管角的功能、光电耦合器和步进电机驱动电路的设计、中断处理的原理和编程。关键词：数控；滚珠丝杠；步进电机ABSTRACT This article concise language had the stress in the introduction ordinary numerical control engine bed the economy numerical control milling machine entered for the design process, first part for mechanical part design, including ball bearing guide screw, bearing, stepper motor , and synchronized tooth profile belt computation, choice and application, but also had regarding the guide rail simple introduction. The second part is the circuit design aspect main content, may quickly facilitate take the monolithic integrated circuit as the main body control unit completes for the duty, including ring-like divider and memory design, 8,031 monolithic integrated circuits and chip 8,155 and 8,255 choices and application as well as tube angle functions, photoelectricity coupler and stepper motor actuation electric circuit design, interrupt processing principle and programming.Key word: numerical control; ball bearing guide screw; stepper motor目录摘要3ABSTRACT4第1章绪论81.1我国数控技术的发展概况81.2当今数控机床的发展的趋势8第2章立式数控铣床工作台（X轴）设计12 2.1 概述122.1.1 技术要求122.1.2总体方案设计122.2 设计计算132.2.1主切削力及其切削分力计算132.2.2导轨摩擦力的计算142.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力152.2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算152.3工作台部件的装配图设计212.4滚珠丝杠螺母副的承载能力校验212.4.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验212.4.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验212.4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验22第3章计算机械传动系统的刚度22 3.1机械传动系统的刚度计算223.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算26第4章驱动电动机的选型与计算274.1驱动电动机的选型与计算274.2计算折算到电动机轴上的负载惯量284.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩294.4选择驱动电动机的型号30第5章机械传动系统的动态分析325.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率325.2计算扭转振动系统的最低固有频率32第6章计算传动系统的误差计算与分析336.1计算机械传动系统的方向死区336.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差33第7章确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号337.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级357.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号36第8章设计总结37参考文献38致谢词39前言毕业设计，它是一次深入的综合性的总复习，也是一种理论联系实际的训练踏实我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是我们综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，它在我们按三年的大学生活中占有重要的地位。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓有一定意义。毕业设计的主要目的：1 培养我们综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识。2培养我们树立正确的设计思想，设计构思和创新思维。掌握工程设计的一般程序，规范和方法。3 培养我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书进行设计计算，数据处理。编写技术文件等方面的工作能力。4 培养我们进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。5 就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。丛中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处。恳切各位老师给予指导。第1章绪论1.1我国数控机床的发展概况随着科学技术快速发展和市场竞争的日益激烈，社会化大生产对机械产品的要求越来越趋于多样化、复杂化，尤其是在造船、航空航天、国防军工、重型机械以及电子等工业中，其加工批量小、零件形状复杂、改形频繁、精度要求高、加工困难、生产效率低、劳动强度大和质量难以保证的生产特点，已经不能靠传统的加工设备和制造方法来适应这种柔性化程度很高的加工要求。因此能有效解决复杂、精密、中小批量加工的数控机床在近几十年来得到迅速发展和最广泛的应用。数控机床是采用数控装置或电子计算机来控制机床运动，自动地取代一般通用机床上人工控制的各种操作，如起动、加工顺序、主轴变速、切削用量、松夹工件、选择刀具、进刀退刀、切削液开关以及停车等。通常，数控机床将所需的全部机械动作、步骤和控制功能，以及工件的形状尺寸预先按规定的字符和文字代码的形式编制数控程序，通过穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码的形式记载在控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）上，通过控制介质将加工信息送入数控装置，数控装置或计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令性控制信号。 1.2当今数控机床的发展趋势数控技术的应用不但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，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。2. 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。 3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。4. 重视新技术标准、规范的建立（1）关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。（2）关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75）、加工程序编制时间（约35）和加工时间（约50）。目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。第2章立式数控铣床工作台（X轴）设计2.1概述2.1.1技术要求工作台、工件和夹具的总重量M=918kg（所受的重力W=9000N），其中，工作台的质量=510kg（所受的重力=5000N）；工作台的最大行程=600mm；工作台快速移动速度=15000；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数=0.15,静摩擦系数=0.2；工作台的定位精度为30，重复定位精度为20；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）机床采用株洲伺服电机，额定功率=5.5，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=125mm，主轴转速n=272，切削状况如表2-1所示表2-1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1510空载条件下工作台快速进给2.1.2总体方案设计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X长度）确定为400mmX1200mm。（2）工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯（PT-FE）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塑。（3）对滚珠丝杆螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杆进行预拉伸。（4）采用伺服电机驱动。（5）采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连。2.2设计计算2.2.1主切削力及其切削分力计算（1）计算主切削力。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）时，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V= = =1.78 若主传动链的机械效率=0.8，按式可计算主切削力；V-机床主轴的计算转速（主轴转速全部功率时的最低切削速度，；-机床主传动系统的传动功率，一般取=0.8。（2）计算各切削分力。根据表2-2可得工作台纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为=0.4=0.4=988.76N=0.95=0.95=2348.31N=0.55=0.55=1359.55N表2-2 工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值切削条件比值对称端铣不对称端铣逆铣顺铣端铣（圆柱铣、立铣、盘铣和成形铣()-2.2.2导轨摩擦力的计算（1）按式计算在切削状态下的导轨摩擦力。此时，动摩擦系数，-主切削力的垂向切削分力（N）和横向切削分力（N）；W-坐标轴上移动部件的全部重量（包括机床夹具和工件的重量，N）；-摩擦系数，随导轨形式不同而不同，对于帖塑导轨，=0.15；对于滚动直线导轨，=0.01；-镶条紧固力（N）,其推荐值可查表2-3得镶条紧固力=1500N，则=（W+）=0.15(9000+1500+2348.31+1359.55)N=2131.18N表2-3 镶条紧固力推荐值导轨形式主电动机功率/kw2.23.75.57.5111518贴塑滑动导轨50080015002000250030003500滚动直线导轨254075100125150175(2)按式,计算在吧切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦力=0.2(9000+1500)N=2100N2.2.3计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力（1）按式（W+）, -主切削力的纵向切削力（W+）=（988.76+2131.18）N=3119.94N（2）按式N计算最小轴向负载力=1575N2.2.4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算1）确定滚珠丝杆的导程根据已知条件，取电动机的最高转速，则由式得：=10mm2)计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷（1）估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。将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，滚珠丝杆螺母副的轴向载荷、分别可按下列公式计算：=+20，=+5，并将计算结果填入表2-4。表2-4 数控铣床滚珠丝杆的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/()时间比例/()备注强力切削3119.94=0.610一般切削（粗加工）2198.99=0.830=+20精细加工（精加工）1731=150=+5快移和定镗定位157510(2)计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速，（3）按式计算滚珠丝杆螺母副的平均转速。=+=（4）按式计算滚珠丝杆螺母副的平均载荷。=1781.61N3)确定滚珠丝杆预期的额定动载荷（1）按预定工作时间估算。查表2-5得在和性质系数。已知初步选择的滚珠丝杆的精度等级为2级，查表2-6得精度系数。查表2-7得可靠性系数，则由式得=表2-5 载荷性质系数载荷性质无冲击（很平稳）轻微冲击伴有冲击或振动11.21.21.51.52表2-6精度系数精度等级1、2、34、571010.90.80.7 表2-7可靠性系数可靠性/()90959697989910.620.530.440.330.21(2)因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧，所以可按式N估算最大轴向载荷。查表2-8得欲加动载荷系数，则=4.53119.94N=14039.73N表2-8 欲加动载荷系数欲加载荷类型轻预载中预载重预载6.74.53.4（3）确定滚珠丝杆预期的额定动载荷。取以上两种结果的最大值，即=34267.65N。4）按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经（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杆的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为30，重复定位精度为20，根据公式和以及定位精度和重复定位精度的要求，得取上述计算结果的较小值，即。（2）估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经。本机床工作台（X）轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆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L=1.4行程+30=（1.4600+3010）mm=1140mm,又=1200N，由式得（5）初步确定滚珠丝杆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杆螺母副FFZD4010-5,其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杆底径如下：，,，故满足式的要求。6）由式确定滚珠丝杆螺母副的预紧力7）计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力（1）按式计算目标行程补偿值-目标行程补偿值；-温度变化值（），一般情况下为23；-丝杆的线膨胀系数（1/）,一般情况下为11/;-滚珠丝杆副的有效行程(mm)。已知温度变化值=2，丝杆的线膨胀系数= /，滚珠丝杆副的有效行程=工作台行程+安全行程+2余程+螺母长度=（600+100+2 20+146）mm=886mm,故=112886mm=0.02mm(2)按式计算滚珠丝杆的预拉伸力。已知滚珠丝杆螺纹底径=34.3mm,滚珠丝杆的温度变化值=2，则8)确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号（1）按式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)按式计算轴承的基本额定动载荷C。已知轴承的工作转速,轴承所受的当量轴向载荷=3721.23N,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=3721.230.5N=1860.62N, =3721.230.87N=3237.47N 因为，所以查表2-9得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故P=X+Y=(1.91860.62+0.543237.47)N=表2-9 载荷系数组合列数2列3列4列承载列数1列2列1列2列3列1列2列3列4列组合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1.9-1.432.331.172.332.53-Y0.54-0.770.350.890.350.26-X0.920.920.920.020.020.920.920.920.92Y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)确定轴承的规格型号因为滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用组背对背安装，以组成滚珠丝杆两端固定的支承形式。由于滚珠丝杆的螺纹底径为34.3mm，所以选择轴承的内径d为30mm，以满足滚珠丝杆结构的需要。在滚珠丝杆的两个固定端均选择国产两件一组背对背安装，组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为760360TNI/P4DFB,尺寸（内径外径宽度）为30mm72mm19mm），选择脂润滑。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,高于滚珠丝杆的最高转速，故满足要求。该轴承的额定动载荷为=34500N，而该轴承在20000h工作寿命下的今本额定动载荷C=34395N,也满足要求。2.3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（见本毕业设计插页图1）。本毕业设计后插页图2为工作台零件图，插页图3为滑鞍零件图。2.4滚珠丝杆螺母副的承载能力校验2.4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杆始终受拉而不受压，因此，不存在压杆补稳定问题。2.4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验根据以上的计算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=，材料密度，重力加速度，安全系数。查参考文献表2-44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式得=10738.5 本丝杆螺母副的最高转速为1500，远远小于其临界转速，故满足要求。2.4.3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、精度相同的滚珠丝杆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参考文献附录A表A-3得滚珠丝杆的额定动载荷=46500N，运转条件系数，滚珠丝杆的轴向载荷,滚珠丝杆螺母副转速,由式，得，一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命故满足要求。第3章传动系统的刚度计算3.1传动系统的刚度计算(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度。本工作台的丝杆支承方式为两端固定，当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时()时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，可按式当或时（即滚珠丝杆的螺母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，可按式计算：（2）计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度。已知轴承接触角，滚动体直径，滚动体个数Z=17，轴承的最大轴向工作载荷,由表2-10、2-11得表3-1 一个未预紧的轴承或一对预紧轴承的组合刚度的计算公式轴承类型未预紧/有预紧/角接触球轴承（6000型）圆锥滚子轴承（7000型）推力球轴承（8000型）推力圆柱滚子轴承（9000型）备注（1）表中公式的使用条件：球轴承的预紧力；滚子轴承的预紧力；（2）表中公式个字母的意义：；表3-2 滚珠丝杠螺母副支承刚度的计算公式滚珠丝杠螺母副支承方式支承刚度的计算公式一端固定，一端自由一端固定，一端游动固定端预紧时：两端支承预紧时：；未预紧时：两端固定固定端预紧时：=（3）计算滚珠与滚道的接触刚度查参考文献附录A表A-3得滚珠与滚道的接触刚度K=1585，额定载荷=46500N，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷=3119.94N，故由式得（4）计算进给传动系统的综合拉压刚度K。由式得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为故。由式得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为故。3.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算由以上计算可知，扭转作用点之间的距离已知剪切模量，滚珠丝杆的底径由式得第4章驱动电动机的选型与计算4.1计算折算到电动机轴上的负载惯量（1）计算滚珠丝杠的转动惯量。已知滚珠丝杠的密度，由式得（2）计算联轴器的转动量。（3）计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量。已知机床执行部件（即工作台、工件、夹具）的总质量m=918kg，电动机每转一圈，机床执行部件在轴上移动的距离L=1cm,则由式得（4）由式计算加在电动机轴上总的负载转动惯量。4.2计算折算到电动机轴上的负载力矩（1）计算切削负载力矩。已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离进给传动系统的总效率由式得（2）计算摩擦负载力矩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），由式得（3）计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。已知滚珠丝杠螺母副的预紧力滚珠丝杠螺母副的基本导程，滚珠丝杠螺母副的效率，由式得4.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩（1）计算线性加速力矩已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速，电动机的转动惯量，坐标轴的负载惯量，进给伺服系统的位置环增益，加速时间，由式得（2）计算阶跃加速力矩。已知加速时间，由式得（3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。按式计算线性加速时空载启动力矩按式计算阶跃加速时空载启动力矩。按式计算快进力矩。按式计算工进力矩。4.4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4-1，选择日本FANUC公司生产的型交流伺服电动机为驱动电动机。主要技术参数如下:额定功率3kw；最高转速3000；额定力矩12；转动惯量62；质量18kg.交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60，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驱动力矩，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12，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在本设计重，故满足惯量匹配要求。表4-1 FANUC系列交流伺服电动机的技术参数额定功率/kw0.50.751.41.63.04.07.06.0额定力矩/124812223038最高转速/50005000400030003000300030003000转动惯量/0.000310.000530.00140.00260.00620.0120.0170.022质量/kg3481218294051外形型号外形尺寸/mmA9090130130174174174174C66667575105105105105DE37375858102102102102F75111108164141215289363G130166166222202276350424HIJ11（锥形）11（锥形）16（锥形）16（锥形）32（锥形）32（锥形）32（锥形）32（锥形）K-909090909090L-313131313131M119155155211191265339413第5章机械传动系统的动态分析5.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率已知滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度，而滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量（其中m、分别是机床执行部件的质量（）和滚珠丝杠螺母副的质量（），则5.2计算扭转振动系统的最低固有频率折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为已知丝杠的扭转刚度，则由以上计算可知，丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率、扭转振动系统的最低固有频率都比较高。一般按的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。第6章计算传动系统的误差计算与分析6.1计算机械传动系统的方向死区已知进给传动系统的最小综合拉压刚度，导轨的静摩擦力，则由式得即故满足要求。6.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差由式得即故满足要求。6.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差（1）计算由快速进给扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量。已知负载力矩，由以上计算得扭转作用点之间的距离，丝杠底径，由式得（2）由扭转变形量引起的轴向移动滞后量将影响工作台的定位精度。由式得第7章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控制系统，、应满足下列要求：滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为2级，查表2-13得=8；查表2-14得，当螺纹长度为850mm时，故满足设计要求。表7-1 2弧度内行程变动量和任意300mm行程内行程变动量（单位：）精度等级123454567868121623表7-2 有效行程内的目标行程公差和允许的行程变动量（单位：）有效行程/mm精度等级1234531566881212161623233154007698121218172525400500871010151

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