立式加工中心双驱直线进给运动设计及分析说明书.doc
合肥立式加工中心双驱直线进给运动设计及分析(带CAD图）
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毕业设计（论文）课题名称：立式加工中心双驱直线进给运动设计及分析 系 别： 机械工程系 专业班级： 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 教研室主任： 系分管教学领导： 二一七年 五 月 九 日23摘 要本课题的目的在于设计出与数控立式加工中心相匹配的横向进给机构设计。本课题将以立式加工中心的横向进给机构设计为研究对象，设计出符合数控立式加工中心的横向进给机构设计。为了完成本课题的设计，在设计之前的准备工作必须做好，首先是搜集和分析资料，包括国内外数控机床的发展现状及趋势；数控技术和数控传动系统的基本资料；同等机床横向进给机构设计的图纸和资料等。其次是初步确定的总体布局，包括配置形式、数控系统的布置及选择数控相应的配套元件等。最后主要是关于横向进给机构设计的设计。关键词：立式加工中心，数控，滚珠丝杠，横向进给机构设计AbstractPurpose of the study is to design a transverse feed mechanism design and NC vertical machining center to match. This topic will be a vertical machining center designed lateral feeding mechanism for the study, in line with the transverse design CNC Vertical Machining Center feeding mechanism design. In order to complete this project design, preparation design must be done before the first is to collect and analyze information, including the development status and trend of domestic CNC machine tools; CNC technology and CNC basic information transmission system; the same machine infeed mechanical design drawings and data and so on. Second overall layout initially identified, including configurations arranged, NC NC system and select the appropriate auxiliary components. The last major design agency design on the lateral feed. Keywords: vertical machining centers, numerical control, a ball screw, designed infeed mechanism目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪 论11.1 课题研究的意义11.2 数控机床及其特点11.3 数控机床的经济分析31.4 数控机床的工艺范围及加工精度41.5 数控机床的组成与适用范围41.6 数控技术的发展趋势5第2章 立式加工中心总体设计方案设计72.1 总体方案设计的内容72.1.1 数控系统总体设计方案的拟定72.1.2 进给伺服系统机械部分设计计算72.2 总体设计方案的确定72.2.1系统运动方式的确定72.2.2伺服系统的选择82.2.3 执行机构运动方式的确定82.2.4 计算机的选用82.3 立式加工中心横向伺服单元框图9第3章 横向进给伺服进给结构设计103.1 确定脉冲当量103.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型103.2.1 精度的选择113.2.2丝杠导程的确定113.2.3 最大工作载荷的计算113.2.4 最大动载荷的计算123.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型123.2.6 滚珠丝杠副的支承方式133.2.7 传动效率的计算133.2.8 刚度的验算133.2.9 稳定性校核143.2.10 临界转速的验证153.3 齿轮传动的计算153.4 伺服电机的选择163.5 导轨副的计算、选择19总 结21参考文献22致 谢23第1章 绪 论1.1 课题研究的意义机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石。电气机床是一种高效率、高精度，能保证加工质量，解决工艺难题，而且又有一定柔性的生产设备。自五十年代末世界上第一台电气机床在美国研制成功的半个多世纪以来，电气技术正在发生根本性变革，由专用封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在美国、日本和德国等发达国家，他们的机床改造作为新的经济增长行业，正处在黄金时代，由于技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。在国内，机床的电气化改造是发展我国电气设备的一个重要方面。1.2 数控机床及其特点数字控制机床（Numerical Control Machine Tools）简称数控机床，这是一种将数字计算机技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。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、高效能的自动化机床，是典型的机电一体化产品。科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。它不仅提高产品的质量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。大批量的自动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位多面同时加工，以达到高效率和高自动化。但这些都属于刚性自动化，在面对小批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产线具有柔性。而从某种程度上说，数控机床的出现正是很地满足了这一要求。1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的试验性数控系统，并把它装在一台立式上。当时用的电子元件是电子管，这就是第一代世界上的第一台数控机床。我国是从1958年开始研究数控技术，一直到60年代中期处于研制、开发时期。当时，一些高等院校、科研单位研制出试验样机，开发也是从电子管开始的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。80年代，我国从日本发那科公司引进了5、7、3等系列的数控系统和交流伺服电机、交流主轴电机技术，以及从美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年，我国数控机床品种有了新的发展。90年代以及接下来主要是向高档数控机床发展。数控机床一般由下列几个部分组成： 1）主机，它是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，是用于完成各种切削加工的机械部件。 2）数控装置，是数控机床的核心，相当于人的大脑，它包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3）驱动装置，它是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动系统、伺服驱动系统、主轴电机及伺服电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线以及曲面的加工。 4）辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括数控和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。（一）数控机床的特点数控机床是一种高效能自动化加工机床。与普通机床相比，数控机床具有如下特点。1、适应性强数控机床是按照被加工零件数控程序来进行自动加工的，当改变加工零件时,只要改变数控程序软件，而不需要改变机械部分和控制部分的硬件，就能适应加工。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。2、精度高，质量稳定数控机床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿，加工零件按数控程序自动进行，可以避免人为的误差。因此，数控机床可以获得比普通机床更高的加工精度。尤其提高了同批零件生产的一致性，产品质量稳定。3、生产率高数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机加工时。还有自动换刀转速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能，而且无需工序间的检验与测量，故使辅助时间大为减缩。4、能完成复杂型面的加工许多复杂曲线和曲面的加工，普通机床无法实现，而数控机床完全可以完成。5、减轻劳动轻度，改善劳动条件。由于数控机床是自动完成对零件的加工的，许多动作不需要操作者进行，因此劳动条件和劳动强度大为改善。6、有利于生产管理采用数控机床，有利于向计算机控制和管理生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。1.3 数控机床的经济分析数控机床能缩短生产准备时间，增加切屑加工时间的比率；使用数控机床进行生产，加工的零件精度高，产品质量稳定,从而有效的提高了产品在市场上的竞争力；数控机床具有广泛的适应性和较大的灵活性，因此能够完成很多数控机床很难完成或者根本不能加工的、具有复杂型面、要求高精度的零件的加工；许多数控机床如加工中心具有自动换刀功能，使零件一次装夹之后就能够完成多个加工部位的加工，实现了一机多用，大大节省了设备和厂房面积；生产者可以对生产成本进行预算，并对生产进度进行合理的安排，以达到提高经济效益的目的；应用数控机床进行生产，减轻了工人的劳动强度，提高了工人工作的环境质量，增加了工人的生产积极性，促进了生产，提高了生产效率。随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，数控机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。1.4 数控机床的工艺范围及加工精度立式加工中心是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。由于立式加工中心具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些立式加工中心还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通加工中心要宽得多。1.精度要求高的回转体零件由于立式加工中心刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。2.表面粗糙度要求高的回转体零件立式加工中心具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。立式加工中心还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于立式加工中心具有直线和圆弧插补功能，部分加工中心数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。1.5 数控机床的组成与适用范围（一）数控机床的组成如图所示，数控机床由以下几个不分组成。 1、程序介质 根据零件的几何和工艺要求，确定零件加工的工艺过程和工艺参数，然后按规定的代码和格式编制数控加工程序。编制程序的工作可由人工完成，也可以用计算机自动编程系统来完成。比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。 编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储介质上，称为程序介质，可以是穿孔纸带、磁带、磁盘等。2、输入输出装置输入输出装置主要用于零件数控程序的编制、存储、打印和显示等。简单的输入输出装置只包括键盘和发光二极管显示器。一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT外，还包括纸带、磁带和磁盘输入机、穿孔机等。高级的数控系统还使用自动编程机或CAD/CAM系统。3、数控装置数控装置是数控机床的核心。它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令。4、伺服驱动系统、位置检测装置及辅助控制装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并于机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发出来的速度和位移指令，控制执行部件的进给速度、方向和位移。每个进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统由开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。5、机床的机械部件数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件如工作台、拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心加工中心，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。1.6 数控技术的发展趋势随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向发展。1、高速、高精度高速化指数控机床的高速切削和高速插补进给，目标是在保证加工精度的前提下，提高加工速度。这不仅是要求数控系统的处理速度快，同时还要求数控机床具有大功率和大转矩的高速主轴、高速进给电动机、高性能的刀具、稳定的高频动态刚度。高精度包括高进给分辨率、高定位精度和重复定位精度、高动态刚度、高性能闭环交流数字伺服系统等。2、“开放式”要求新一代数控机床的控制系统是一种开放式、模块化的体系结构。系统的构成要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准的；系统的软件、硬件构造应是“透明的”、“可移植的”；系统应具有“连续升级”的能力。3、智能化所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，智能数控系统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，自动感知加工系统得内部状态及外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、背吃刀量、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。（1）在数控系统中引进自适应控制技术 自适应控制实在加工过程中不断检查某些能代表加工状态的参数（2）设置故障自诊断功能（3）具有人机对话自动编程功能（4）应用图像识别和声控技术4、复合化复合化加工，即在一台机床上工件一次装夹便可以完成多工种、多工序的加工，通过减少装卸刀具、装卸工件、调整机床的辅助时间，实现一机多能，最大限度的提高机床的开机率和利用率。5、高可靠性高可靠性的数控系统是提高数控机床可靠性的关键。6、多种插补功能数控机床除具有直线插补、圆弧插补功能外，有的还具有样条插补、渐开线插补、螺旋插补、极坐标插补、指数曲线插补、圆柱插补、假想坐标插部等。7、人机界面的友好第2章 立式加工中心总体设计方案设计2.1 总体方案设计的内容机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。具体包括：2.1.1 数控系统总体设计方案的拟定（1）系统运动方式的确定。（2）伺服系统的选择。（3）执行机构的传动方式确定。（4）计算机的选择。应根据设计任务和要求，参考现有同类型数控机床，进行综合分析、比较和论证，确定以上内容。2.1.2 进给伺服系统机械部分设计计算（1）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。（2）确定脉冲当量。（3）滚珠丝杠螺母副的计算和选型。（4）导轨的计算和选型。（5）进给伺服系统传动计算。（6）步进电动机的计算和选用。（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。2.2 总体设计方案的确定2.2.1系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制系统。例如数控钻床，在工作台移动过程中不进行钻孔加工，因此可选用点位控制系统。对点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。若要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，则为连续控制系统，应具备控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。具备这种控制能力的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，所以连续控制系统又称为轮廓控制系统。例如数控、立式加工中心等均属于此种运动方式。还有一些采用点位控制的数控机床，例如数控镗等，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工件。这种系统叫点位/直线控制系统。2.2.2伺服系统的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环控制系统主要由步进电机驱动。开环伺服系统结构简单、成本低廉、容易掌握、调试和维修都比较简单。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。闭环系统造价高、结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件测出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。由于开环控制有许多优点，所以目前国内大力发展的数控机床普遍采用开环控制系统。根据任务书的要求，这次对加工中心横向进给伺服单元进行数控化改造应采用开环控制系统。2.2.3 执行机构运动方式的确定为确保数控系统的传动精度和运动平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。（2）尽量消除传动间隙。例如采用消隙齿轮等。（3）提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副等。2.2.4 计算机的选用微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。微机是数控系统的核心，其他装置均是在微机的指挥下进行工作的。系统的功能和系统中所用微机直接相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要指标是字长和速度。字长不仅影响系统的最大加工尺寸，而且影响加工的精度和运算的精度。字长较长的计算机，价格显著上升，而字长较短的计算机要进行双字长或三字长的运算，就会影响速度。目前一些高档的CNC系统，已普遍使用32位微机，主机频率由5MHz提高到2030MHz,有的采用多CPU系统，减轻主CPU的负担，进一步提高控制速度。标准型的CNC系统多使用16位微机，CNC系统则采用8位微机。可采用MCS-51系列单片机或Z-80单板机组成的应用系统。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、性价比高等优点，所以本次设计决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。2.3 立式加工中心横向伺服单元框图加工中心横向伺服单元框图第3章 横向进给伺服进给结构设计参数要求：名称单位VMC1200X/Y/Z轴行程mm1200/580/600主轴端面至工作台距离mm200-800工作台中心到立柱导轨面距离mm310-890主轴转速rpm10000X/Y/Z轴快速位移m/min24/20最大切削进给速度Mm/min15X/Y/Z轴定位精度mm0.025/0.022/0.025X/Y/Z轴重复定位精度mm0.015/0.012/0.0153.1 确定脉冲当量一个进给脉冲，使机床运动部件产生位移量，也称为机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量电气机床加工精度的一个基本技术参数。加工中心常采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲。而本设计脉冲当量已给出，要优于0.02mm,根据机床精度要求确定脉冲当量，横向：0.01mm/脉冲。进给工作台工作载荷计算可得知，在一般立式铣削时，工作台纵向进给方向载荷：F=1.0Fz=5294 N工作台横向进给方向载荷： F=0.4Fz=0.42964=1185 N工作台横向进给方向载荷： F=0.2Fz=0.22964=592 N3.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线运动，其螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。3.2.1 精度的选择滚珠丝杠副的精度直接影响电气机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对机床定位精度最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。3.2.2丝杠导程的确定 选择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在：4、5、6、8、10、12、20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度），本设计中初选横向丝杠导程为83.2.3 最大工作载荷的计算最大工作载荷是指滚珠丝杠螺母副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，也叫进给牵引力,其实验计算公式如表3-1所示。表3-1 实验计算公式及参考系数导轨类型实验公式矩形导轨1.10.15燕尾导轨1.40.2综合或三角导轨1.150.15-0.18表中为考虑颠覆力矩影响时的实验系数；为滑动导轨摩擦系数；为移动部件总重量。G=2500 N（横向移动部件总重量250kg）根据课题条件可知： 2.1式中： N-电机功率，查机床说明书，N=7.5 KW；-主传动系统总效率，一般为0.70.85取=0.7；K-进给系统功率系数，取为K=0.96。则有： Nc=7.50.70.96=5.04 kw切向铣削力：F=10 N 2.2式中： V-主轴传递全部功率时的最底切削速度（m/s）则有： V=15mm/minF=2964（N）查表3-1选择综合导轨，取1.15,取0.18,为2000；算得=1.152964+0.18（2964+2500） =2346.5 3.2.4 最大动载荷的计算载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷计算公式如下： 式中：滚珠丝杠副的寿命系数，单位为r，（T为使用寿命，普通机床T取5000-10000h，电气机床T取15000h；n为丝杠每分钟转速）； 载荷系数，一般取1.21.5，本设计取1.2； 硬度系数（HRC58时取1.0；等于55时取1.11；等于52.5时取1.35；等于50时取1.56；等于45时取2.40）； 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为N。本设计中加工中心横向承受最大切削力条件下最快的进给速度（题设条件最大进给速度(工进) 15mm/min）;初选丝杠基本导程，则丝杠转速。取滚珠丝杠使用寿命，带入得=45；取，代入，求得 ：=10542.63N。3.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷, 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷。 根据计算出的最大动载荷,选择江苏启东润泽机床附件有限公司生产的FL5008-3型内循环式滚珠丝杠副，采用双螺母螺纹式预紧，精度等级为4级，其参数如表3-2所示。表3-2 FL5008-3型滚珠丝杠相关参数公称直径/导程/钢球直径/丝杠外径/丝杠底径/额定载荷/接触刚度/ 18975083.76348.643.2466313.2.6 滚珠丝杠副的支承方式 滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到横向丝杠长度较大，本设计横向丝杠采用双推简支支承方式，该方式临界转速、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。3.2.7 传动效率的计算滚珠丝杠的传动效率一般在0.80.9之间，其计算公式如下： =式中：螺距升角，根据,可得=291； 摩擦角，一般取=10。算得： =96.67%3.2.8 刚度的验算滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形、丝杠与螺母间滚道的接触变形、支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形。因转矩和丝杠-螺母滚道接触对丝杠产生的导程变化很小，所以、可以忽略不计，所以丝杠的拉伸或压缩变形量为：=（“+”号代表拉伸，“-”代表压缩）式中：丝杠的最大工作载荷，单位为； 丝杠横向最大有效行程，单位为； 丝杠材料的弹性模量，钢； 丝杠的横截面面积，单位按丝杠螺纹的底径确定。根据前面的设计，为3233.36，取1665，为43.24，算得： =0.01597=13.97查表3-3可知，,所以刚度足够。表3-3 有效行程内的目标行程公差和行程变动量有效行程精度等级12345大于至31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513.2.9 稳定性校核由于滚珠丝杠本身比较细长又受轴向力的作用，若轴向负载过大，则会产生失稳现象，不失稳时的临界载荷Fk应该满足： =式中：丝杠支承系数，双推-简支方式时，取2，其他方式如表3-4所示； 滚珠丝杠稳定安全系数，一般取2.54，垂直安装时取最小值，本设计取4； 滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为，本设计中该值为2500；（其中工件加工长度为2000，留500的两端余量） 按丝杠底径确定的截面惯性矩（，单位为）,本设中将代入算出=205512.36。 由以上数据可以算出：= 临界载荷远大于工作载荷（2398N），故丝杠不会失稳。表3-4 丝杠支承系数支承方式双推-双推双推-简支单推-单推双推-自由取值4210.253.2.10 临界转速的验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速： 式中：丝杠支承系数，双推-简支方式时，取值如表3-5所示；临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为2300；丝杠内径，单位；安全系数，可取=0.8表3-5 丝杠支承系数支承方式双推-双推双推-简支单推-单推双推-自由取值27.418.912.13.3经过计算，得出=1293，由已知，可以算出，该值小于丝杠临界转速，所以满足要求。3.3 齿轮传动的计算有关齿轮计算传动比故取； ； ； ； ；3.4 伺服电机的选择（1）工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量 式中 滚珠丝杠的公称直径； 丝杠长度。则齿轮的转动惯量 电机的转动惯量很小可忽略。因此，总转动惯量 （2）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩最大切削负载时所需力矩快速进给时所需力矩式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的摩擦力矩；由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；切削时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的切削负载力矩。 当时 当时 当时， 时 当时预加载荷，则 所以，快速空载启动所需力矩 切削时所需力矩 快速进给时所需力矩由上分析计算可知，所需最大力矩发生在快速启动时：（3）横向进给系统伺服电机的确定为了满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知所以，伺服电机最大静转距为伺服电机最高工作频率综合考虑，查表选用130SZ04型伺服电动机，能满足要求7-12。3.5 导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和WX 计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉机江厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25基本参数如下:表4.3 额定静载荷初选导轨额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.总 结毕业设计是对我们大学知识的总结和应用，通过这次毕业设计不仅巩固、深化了所学的基础理论和专业知识，注重对基本概念、原理的应用，还近一步培养和训练了分析问题、解决问题的能力。本论文主要是对立式加工中心横向进给运动设计进行设计，是机床的重要组成部件。为期几个月的毕业设计已结束，回顾整个过程，我觉得收益匪浅。毕业设计是检查学生综合设计能力的一个重要环节，是对学生独立设计能力的一次考验，使理论与实践更加接近，找出了我在设计中的不足处和能力欠缺之处，加深了我对理论知识的理解，强化了毕业设计中的感性认识，提高了独立设计能力。深入了解机械产品生产的全过程及新技术、新设备在机械制造业中的应用，了解生产的组织管理、企业改
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