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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广西科技大学鹿山学院毕业设计（论文）课题名称： C6132车床数控化改造 -进给机构设计 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： 2017年 04 月 30 日摘 要本次设计主要研究的是把C6132老款车床改变成一种数控的，自动现代化的高效率高精度高质量机床，当然最主要是对数控技术的研发及突破，以此为突破口，改革更新老款车床机器。现代数控机床在不简单传统机器配备与数控系统，也不是根据传统的机器，只有成为当地。传统的机器的一些不足，如缺乏刚性，可怜的地震、 热变形、 滑表面的摩擦阻力和传动组件，因此是有差距不适合数控机床精密加工，表面质量、 性能和服务的生活要求。现代机器的零件结构、 布局、 外观设计形成独特驱动系统的一部分。因此我们数控机数控工艺，设计应该是在各种情况下，机床和数控机床到尽可能接近的性能。本次设计核心将围绕纵向（Z向）、横向（X向）进给机构设计。因为对改造的机器精度要求并非特别高，因此设计中要考虑对结构上的优化，控制成本因素。通过控制Z向X向进给系统，确保改造后的机床功能不得变少。本设计选择使用步进电机，传动部件主要滚珠丝杠螺母副来确保传动过程平稳，可靠，摩擦小。关键词：车床，数控改造，滚珠丝杠，Z向，X向 IVAbstractC6132 lathe NC transformation-the paper feed mechanism design, vintage old lathe into a C6132 automatic machines, CNC technology is the core of numerical control machine tool, manufacturing automation, networking, and flexible, integrated infrastructure. With the development of manufacturing technologies, modern design of NC machine tools by means of modern technology, process intensification and new features to make working range, dynamic performance, accuracy, and reliability has been greatly improved.This article is mainly for vertical (z) and horizontal (x) feed mechanism design of mechanical design. Because of the processing precision of economical numerical control machine tool is not high, in order to simplify the structure and reduce costs. By z to x to control to the system, ensure the design of lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, pause and so on. Order to achieve required transmission efficiency, with stepping motor by coupling the transmission screws; in order to ensure a certain degree of precision and smoothness, minimize friction, selection of ball screw and nut.Keywords: lathe, CNC design, couplings, ball screws, z, x目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题研究的意义11.2数控改造的必要性1第2章 C6132车床改造总体方案32.1总体方案设计要求32.2 总体方案拟定42.3 主要设计内容42.3.1伺服控制系统的选择42.3.2机械部分设计5第3章 Z向进给伺服进给结构设计73.1 C6132普通车床参数73.2 确定脉冲当量73.3 切削力的计算73.4 进给力与背吃刀力83.5 滚珠丝杠螺母副的计算和选型93.5.1 精度的选择93.5.2丝杠导程的确定93.5.3 最大工作载荷的计算93.5.4 最大动载荷的计算103.5.5 滚珠丝杠螺母副的选型103.5.6 滚珠丝杠副的支承方式113.5.7 传动效率的计算113.5.8 刚度的验算113.5.9 稳定性校核123.5.10 临界转速的验证133.6 齿轮传动的计算133.7 步进电动机的选择143.8 导轨的特点163.9 导轨的设计17第4章 X向进给伺服进给结构设计204.1切削力的计算204.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型214.2.1 最大工作载荷的计算214.2.2 最大动载荷的计算214.2.3滚珠丝杠螺母副的选型224.2.4 滚珠丝杠副的支承方式224.2.5 传动效率的计算224.2.6 刚度的验算224.2.7 稳定性校核234.2.8临界转速的验证234.3 进给伺服系统传动计算244.3.1确定传动比244.3.2齿轮参数的计算244.4.步进电机的计算和选用244.4.1转动惯量的计算244.4.2电机力矩的计算254.5步进电机的选择27结 论29参考文献30致 谢31第1章 绪论1.1 课题研究的意义机床，机床制造业是现代化的生产技术和设备的基础。这是一款高性能，高精度数控机床，以确保质量和解决问题的能力，而且会改变一些生产设施。从世界上第一台数控机床在美国毕业自50半个多世纪后，数字技术正在改变是巨大的，尤其是室内模式控制开启实时模式的全面发展“下方的闭环控制模式。在美国，日本和德国等发达国家，根据一项新的经济，黄金，对于技术含量高，机床恢复工具及其变化是永恒的文章。首页数控机床转换的数控设备发展的一个重要组成部分。-这是最常见的金属切削机床类型，它是有能力处理内部和外部的圆柱，圆锥，结束，线程等车床在我国因为低成本的广泛应用，但因为没有连接轴的通道，取而代之的是独立的伺服进给系统; 运动与单片机控制的数控改造手动改为电动刀架头自动改变。因此，可以提前进入数控车床，切割处理指令的使用。上述的数控车床，可以是固体的和车床复杂的结构，例如器官和表面可被处理。体积小，且易于组装，并且加工精度高的分散体。多级处理可被实现，以提高相关的加工精度，同时减少工件装卸和链。您将管理切割系统，效率低下，复杂的旋转动力。功能，例如自动补偿通过处理正常的过程，增加机器的使用简化了这个过程。通过使用自动化数据处理技术，大大降低了工作强度，减少浪费，提高效率。其成本，相比，购买新的机器，非常高的储蓄率国内数控机床为 4 800 万，进口机器和一些几乎 200000 元车床数控化改造可以满足生产要求。1.2数控改造的必要性（1） 转换的数控机床市场中国机床，超过 380 万，而 113.400 数控机床，数控机床的速度在中国共有是小于 3%。生产的数控机床占到 6%。机床在中国已有 10 多年的年龄占 60%以上; 10年机床，自动/半自动模式20，FMC / FMS自动化生产线不能更少数（在美国和日本占自动的60以上和半自动机）。我们的许多制造和生产技术和设备，最传统的，超过半年的10年。广泛使用的低质量的生产设备，广泛的小型，低质量，成本和交货时间很长一段时间，与国内，国际市场竞争，缺乏对公司的产品有直接的影响，并且，有效，对公司生存发展的影响。因此，对于一些需要改进的数控机床的性能。（2）设备和生产线NC市场有很多的技术在中国，发展变化，设备和生产向其他国家进行了公司的技术升级。据不完全统计，1979年-1988年，技术变化的国家项目的实施，十几年18446165个1.8亿美元。在这些项目中，许多项目都适合于中国的经济建设。但是，对于某些群体，设备或生产线将无法正常工作，甚至瘫痪，这样的好处是会受到影响，严重的业务问题。一些设备和引进，消化和一些不良的吸收，一些未完成的错误，工作不如意的结果后其他国家，这是市场的逆转。6第2章 C6132车床改造总体方案2.1总体方案设计要求应考虑:1.机床数控系统的类型，2.传动方式的选择3.执行机构的选择等。该程序的总体设计应考虑的数控机床、 选择计算机系统和模式选择齿轮和致动器的类型。现代数控机床在不简单传统机器配备与数控系统，也不是根据传统的机器，只有成为当地。传统的机器的一些不足，如缺乏刚性，可怜的地震、 热变形、 滑表面的摩擦阻力和传动组件，因此是有差距不适合数控机床精密加工，表面质量、 性能和服务的生活要求。现代机器的零件结构、 布局、 外观设计形成独特驱动系统的一部分。因此我们数控机数控工艺，设计应该是在各种情况下，机床和数控机床到尽可能接近的性能。要求 500 毫米数控车削车床结构的设计是简单，经济实用，便于传播。因此步进电机为伺服元件，用于驱动纵向进给的运动表中的 x。选择适当的系统，扩展的加工区域，适合在现阶段我国小型和中型制造企业。机械数控涉及电机的选型，表馈源的设计结构、 分布和传输系数的计算。1伺服电机驱动组件选择混合式步进电机，小频率步距角的特点有低功耗，低频噪声。广泛应用于控制系统无反馈装置，结构简单，可靠，使用寿命长。跨 z 方向对电机是由相同的类型，以便未来的发展和维护。无原始机器的主传动系统保持不变，以节省资金和减少下载时间。2 机床选择开始与原机滑动导轨，低速中容易出现爬行，它直接影响定位精度的运动部件。3 进给驱动系统其工作原理如下 当螺丝和螺母的相对运动，坚果球返回循环装置因而球沿曲面滚道通信可以通过单位自动返回到它的入口，继续工作。预设结构简单，轴向刚度，收紧的可靠适度的轴向尺寸，如图所示，在图 2-1 好技术的特点。在传输系统中，提高重复性、 传输组件未连接锥环杜绝反弹,传动元件用无键锥环连接。图2-1 滚珠丝杆的结构2.2 总体方案拟定数控车床的结构设计要求：齿轮传动系统，取消杆时，主轴将停止并且反转，关闭主发动机发动机M03是数控系统，控制控制的轴系统的通信系统。纵向和外部粮食系统交流伺服电机。滚珠丝杠螺母不滑动招聘过程中，减少摩擦，运动敏感，没有移动现象之前是无缝变化的，刚性的，并驱动所述死区是不方向时无隙，并且如。车辆的精确度。指南，您需要先机床，以及对土地的权利，适用于数控机床。它具有良好的耐磨性和低摩擦性，自润滑块扫描。删除所述第一读取小板，可互换的转塔车床四个电源站塔，调整主的高度，上直接受管理的滑架，节省时间和提高效率。原始持有人和小板删除，互换车床刀架四电塔站，调整头的高度，安装在直接受管理的马车上，节省时间并提高效率。保证进食主轴可以再次走关系，你必须安装主轴坐在冲动。在主轴和主轴关系脉冲发生器，脉冲信号，使运动的适当的主轴数控转塔Z-移动量。2.3 主要设计内容2.3.1伺服控制系统的选择在确保精度的基础上，接着考虑结构应简化并降低成本。一半的封闭循环，刚性和更容易获得高速度和精度，目前大部分数控通过闭路系统和与发展的机电伺服电机在引擎和检测设备的生产制造商直接在一起，（半闭环控制系统如图2-2）检测器执行件伺服放大器伺服电机减速箱脉冲指令比较线路 图2-2 半闭环控制系统原理图2.3.2机械部分设计1.床头箱部分保持滑动小齿轮在主轴箱，删除操作手柄。齿轮箱的第一床和删除内部齿轮系统，其余不变。在安装伺服电机和减速器Z。丝杠，光棒，杆移除（“是”），滚珠丝杠驱动。头架安装在车床滚珠丝杠支撑轴承部的另一端。头保持器和光学式编码器的后面。有两种方法来安装编码器，设置其他安装建议。为1的第一齿轮和主轴的转速比为2:1，则编码器可以安装在第一齿轮的第一辆车。这种安装系统相对简单，易于安装。2.进给系统（X向）的设计车床溜板箱除去滚珠丝杠螺母，用螺杆相联。横滑动螺母移除，安装了X用于进给滚珠丝杠对，通过螺钉具有标称减速器连接用于降低伺服驱动电路，提高了刚性和减小的传输错误。X伺服电机和齿轮减速器组件设置回连接自动连接孔滑动和滚珠丝杠。滚珠丝杠X选设FFZL周期螺母垫片螺母球。FFZL2505-31模型，其公称直径D0 = 25毫米，主引线L0 = 5毫米。减速器2的齿轮比，Z1 = 24，Z2 = 48，齿宽b。NC工具系统由于在恒定状态的变化，在驱动链等传动进纸间隔倒档要被反馈的信号命令。通过可调节的弹簧张力网圆柱齿轮侧隙齿轮是实现不正确的方法，它的结构如图2-3所示。图2-3 齿轮间隙的调整结构图1、2 薄片齿轮，3 弹簧，4、8 凸耳，5 调节螺钉，6、7 螺母图2-3中：在2个薄片齿轮上装有螺纹的凸耳,弹簧的一段钩在凸耳上,另一端钩在螺钉上。弹簧所受的张力大小可用螺母来调节螺钉的伸出长度,调整好后再用螺母锁紧。选择电机考虑的问题：a、惯量匹配，即0.25Jd/Jm1，其中：Jd：负载惯量，Jm：电动机转动惯量。b、c、型号1FT5066-0A01。3.导轨设计设计原则是保持他们的机械零件。只能用于安装指南。可以提高精密表面塑料导轨。所以，您可以跟踪在软的聚四氟乙烯带上。此功能、 低摩擦系数和流畅的动作，吸收振动、 易于维护、易于更换的损害。本次选进口的德尔赛塑料导轨软带。第3章 Z向进给伺服进给结构设计3.1 C6132普通车床参数3.2 确定脉冲当量进给脉冲，最小设定单位。脉冲当量是衡量精度最起码的参数。常用的是0.010.005mm/脉冲。按本机精度要求，设定以下数值：Z向：0.01mm/脉冲，X向：0.01mm/脉冲。3.3 切削力的计算切削力表示如图3-1。主切削力用表示；进给力用表示；背向力用表示。FzFxFy图3-1 车削力分析工件用碳素结构钢，=650 MP；刀具用高速钢；它的参数：主偏角：=，刃倾角：=；前角：=，切削用量：背吃刀量：=2mm，进给量：=0.8mm/r，切削速度：=1 m /min.。按标准查找设出：=1770; =1.0 =0.75 =0;按标准查找设出：主偏角修正系数：=0.92 ,前角修正系数：1.0；刃倾角修正系数：同上；代进下面的式子： = =2754.92 ( N )3.4 进给力与背吃刀力 式子： ：=1:0.35:0.4； 知：=2754.92N； =0.35x2754.92=964.22N； =0.4x2754.92=1101.97N；3.5 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 这个部件主要是将旋转运动方向改变为直线运动方向，以及释放所需数量的位于所述螺母的滚珠丝杠之间的滚动摩擦之间螺杆。螺杆旋转驱动球沿着滚流滚滚。牧师螺母和斜线道路上形成了球的分销渠道。在它们之间形成球和滚子间隙甚至存在干扰，所以能够设定所述预张紧装置。为延长机器零件和密封件的寿命可以安装。3.5.1 精度的选择本部件的精度对定位精度的影响关系非常大，参数里的导程误差对定位的影响最为明显。综合本次设计要求，选X轴精度为3级，Z轴4级。3.5.2丝杠导程的确定本次设定：Z向丝杠导程：8mm，X向丝杠导程：5mm。3.5.3 最大工作载荷的计算最大工作载荷式子见表3-1：表3-1 最大工作载荷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，：实验系数；：滑动导轨摩擦系数；：移动部件总重量。G=1000 N按标准，综合导轨设：1.15,设0.18, 设1000；算出：=1.151197+0.18（3420+1000） =2171.553.5.4 最大动载荷的计算在启动时的剧烈变化和组（由惯性力的系统）的速度，这类负载的动态负载。用于提升加速度的权重，起重机，在带静态负荷，与加速度的起重机举重，权重的吊索函数来动态加载的重量作用。最大动载荷算式子： 式子里，滚珠丝杠副的寿命系数，算式子是以下公式里，T：使用寿命，对于数控机床选15000h；N：丝杠每分钟转速； 载荷系数，本次选1.2； 硬度系数； 最大工作载荷。本设计中，车床进给速度：,先设丝杠基本导程：，那么，丝杠转速：。设，滚珠丝杠寿命，带进式子，算出，=90；设，代进式子，算出：=17390N。3.5.5 滚珠丝杠螺母副的选型选时应满足：额定动载荷：,额定静载荷：。按算出来的数值,选FL4008-3型内循环式滚珠丝杠副，用双螺母螺纹式预紧，精度4级，其参数如表3-2所示。图3-2 FL4008-3型内循环式滚珠丝杠副表3-2 FL4008-3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/18974084.76338.635.2466313.5.6 滚珠丝杠副的支承方式本设计Z向丝杠用双推简支支承方式，优点是：临界转速高、压杆稳定性高，有热膨胀的余地。3.5.7 传动效率的计算传动效率算子如下： =式子里，螺距升角，按式,算出=291；摩擦角，选 =10。算得： =。3.5.8 刚度的验算丝杠的拉伸或压缩变形量：=表示拉伸和压缩。式子里，丝杠的最大工作载荷， ；丝杠Z向最大有效行程， ；丝杠材料的弹性模量，钢；丝杠的横截面面积，单位按确定。根据前面的设计，=3234.36，=1665，算得： =0.01597=15.97参看标准得出，,刚度验证足够。表4-3 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31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513.5.9 稳定性校核Fk需满足式： =式子里，丝杠支承系数，本文设2；滚珠丝杠稳定安全系数，本文设4；滚珠丝杠两端支承间的距离，本次设2000；截面惯性矩，本文设=205513.36。 最后算出：=验证丝杠不会失稳。表4-4 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40 临界转速的验证要求丝杠的最高转速： 式子里，丝杠支承系数，取值如表3-5；临界转速计算长度，设2300；丝杠内径；安全系数设0.8表4-5 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27.418.912.14.3经过计算，得出：=1293，已知：，算出，该值满足要求。3.6 齿轮传动的计算传动比：因此选值：； ； ； ； ； 3.7 步进电动机的选择（1）丝杠的转动惯量： 式子里 滚珠丝杠的公称直径； 丝杠长度。那么，齿轮的转动惯量式： 电机的惯量小，忽略不计。所以，总转动惯量式： （2）转动力矩快速空载启动时：最大切削负载时：快速进给时：式子里，加速度力矩；摩擦力矩；附加摩擦力矩；加速度力矩；切削负载力矩。 当时： 当时： 当时： 时 当时，预加载荷：，那么， 所以，所需力矩算出， 切削时所需力矩算出， 快速进给时所需力矩算出，从上面算出，所需在快速启动时：（3）Z向进给查表知：所以，步进电机最大静转距：步进电机最高工作频率：综合考虑，查表用110BF003型直流步进电动机，能满足要求7-12。3.8 导轨的特点滑动导轨的优点：结构简单，易于制造和良好的减振电阻;缺点是，磨损会更快。增加耐磨性能的轨道以便支持一定的精度指南为一段较长期间，你可以延长设备的寿命。图3-3 滑动导轨截面形状3.9 导轨的设计一:合作的力量在这种情况迫使女仆合理的安置和转诊。铁路边坡转矩尽可能。当还可以卡住，不工作。推力存在下三种情况1 牵引，运动部件在轴2.选择一个点的运动轴上。推力的方向和轴之间的夹角3.在平行于轴的运动部件上的牵引在第一个案例，城市轨道交通、 南关、 摩擦和货物，牵引动作并不产生额外摩擦的重量。结构的局限性的波动，常常出现在第二和第三的实际结构。要确保灵活性的铁路，以检查您的手册，有条件，确定集合的部分大小。推力F与运动件轴线组成夹角a,如图:图3-4导轨计算图设正压力： .，相应摩擦力：，作用间的距离L，轴向阻力： 根据静力平衡条件,可解得：要推动运动件，就需要满足下式：不卡死的条件式： 当推力与运动件有夹角a时，运动件正常工作的条件是：当量摩擦系数在燕尾形和三角形导轨中:-滑动摩擦系数-眼尾轮廓角与三角底角二选与运动件轴线与轴线相距h，：轴向阻力：反作用力，为当量摩擦系数，按静力平衡条件：解得：推动运动件满足：不卡死条件：那么：为了保证运动灵活，取值：当f=0.25，那么：对圆柱形导轨：对矩形导轨：对燕尾形或三角形导轨：在本设计：h=200mm L=360 因此：符合相关要求.30第4章 X向进给伺服进给结构设计4.1切削力的计算主切削力用表示。进给力用表示背向力用表示FzFxFy 图4-1 车削力分析工件用碳素结构钢，=650 MP；刃具选高速钢料；它的参数：主偏角：=，刃倾角：=；前角：=，切削用量：背吃刀量：=2mm，进给量：=0.8mm/r，切削速度：=1 m /min.。按标准查找设出：=1770; =1.0 =0.75 =0;按标准查找设出：主偏角修正系数：=0.92 ,前角修正系数：1.0；刃倾角修正系数：同上；代进下面的式子： = =2754.92 ( N )进给力与背吃刀力: 按标准式子： ：=1:0.35:0.4 知：=2754.92N =0.35x2754.92=964.22N =0.4x2754.92=1101.97N因为X向切削力大小常常是Z向的一半，所以： =13682=684 =11972=598.5式子里，X向主切削力； 走刀方向切削力； 吃刀方向切削力。4.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型4.2.1 最大工作载荷的计算假设，溜板加刀架重力（N），X向中燕尾导轨，参看标准得出，最大工作载荷式： =式子里，实验系数设1.4；滑动导轨摩擦系数设0.2。4.2.2 最大动载荷的计算 式子里，寿命系数； 丝杠寿命，选15000； 载荷系数选1.2； 硬度系数，选1； 设2459.6； 设。 设； 。计算得出得 ：=12278.8。4.2.3滚珠丝杠螺母副的选型按算出的数值最大动载荷,确定滚珠丝杠副FL4005-3型，内循环式。用双螺母方式预紧，精度3级，参数见表5-1：表5-1 FL2005-3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/14532053.51916.532.8144.2.4 滚珠丝杠副的支承方式选双推-单推支承方式，优点是：刚度高，精度好，预拉伸。4.2.5 传动效率的计算 =式子里，螺距升角，按式,算出=228； 摩擦角，选=10。算得： =95.67%4.2.6 刚度的验算=（表示拉伸和压缩）式子里，丝杠的最大工作载荷，； ； 钢； 。根据前面的计算，=2459.6N，=420，=36.5，算得： =0.0047 =4.7参看标准得出，,刚度验证足够。4.2.7 稳定性校核Fk需满足式：=式子里，此处选1； 本文设4； 本文设500； 截面惯性矩，式子有：（，）把代进上式，得出：=87080。最后算出：=远（2459.6N），因此丝杠通过稳定性校验。4.2.8临界转速的验证要求丝杠的最高转速： 式子里，丝杠支承系数，本章设值12.1；临界转速计算长度，本章设值720；丝杠内径；安全系数，本章设值=0.8经算得：=5321，已知：，能得出：，值满足要求。4.3 进给伺服系统传动计算4.3.1确定传动比先设定步距角，再计算降速比I步进电机的步距角：=0.6X向：4.3.2齿轮参数的计算模数m：2。计算如下：X向：设小圆齿数24小齿轮： 大齿轮：4.4.步进电机的计算和选用4.4.1转动惯量的计算（1）圆柱体惯量（） 对钢材： 式子里，M质量（）D直径（）L长度（）钢材密度：对于齿轮：D按分度圆直径，L按齿轮宽度； 对于丝杠：D按滚珠直径，L按丝杠长度。具体式子：Z向：X向：（2）丝杠传动时转动惯量式：式子里，具体计算式：Z向：X向：4.4.2电机力矩的计算1） 空载，快速起动，所需力矩式：式子里，（2）不包含，显然。（3）式子里，各种力矩按下式：式子里，摩擦力矩 式子里，附加摩擦力矩 式子里，式子里，具体计算：X向： 4.5步进电机的选择对于数控型车床，多选用反应式步进电机。1） 选电机型号，先设最大静转距按标准， Z向：这时通过参看标准，选110BYG3500型。最大静转矩转矩：8N.m。接着需要校验起动及运行矩频特性。步进电机起动频率： Hz最高工作频率： Hz参考电机表，看出，110BYG3500型步进电机的空载时，起动频率为1600Hz，运行频率为30000Hz，满足要求。X向：结 论本课题主要研究车床数控化改造的进给机构设计，介绍了发展工作流设计数控车床。主要任务如下1 数控车床恢复，以定义的结构。2，定义转换规范机数字控制和参数。数控车削加工的每个计算。3、 选择数控车床控制系统。使用东达电子控制电子控制盒。4，数控车床机车身结构。5，计算刚度和测试的部分。参考文献1 陈婵娟.数控改造化车床设计M.化学工业出版社，2006：1-160.2 杜君文，邓广敏.数控技术M. 天津：天津大学出版社，2002：37-56.3 谢红.机床数控化改造机器人机械系统设计指导M.上海：同济大学出版社，2004.8：50-84.4 蔡自兴.机器人学M.北京：清华大学出版社，2000：20-25.5 李佳.机床数控化改造机应用M.北京：清华大学出版社，2001：70-88.6 张立勋.机电一体化系统设计M.高等教育出版社，2007：40-51.7 濮良贵.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2004：34-46.8 徐灏主.新编机械设计师手册M.北京：机械工业出版社，1995：99-140.9 张立勋，董玉红.机电系统仿真与设计M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006：53-78.10 吴宗泽.机械结构设计M.北京：机械工业出版社，1987：97-112.11 白文庆.数控改造化车床的数控设计J.机械产品与科技，2005，3（2）：92-102.12 张丽芳.数控改造化车床的数控设计设计J.船电技术，2008，11：56-65.13 张建明.机电一体化系统设计M.北京：高等教育出版社，2001：77-94.14 张树森.机械制造工程学M.沈阳：东北大学出版社，2005：167-180.15 顾维邦.金属切削机床概论M.北京：机械工业出版社，2005：6-30.16 周开勤，康蓉城.机械设计师实用手册M.天津：天津科学技术出版社，1992：435-474.17 唐仲文.实用机床数控化改造技术手册M.北京：北京出版社，1993：203-255.18 牛大年.机械原理M.北京：高等教育出版社，1994：167-200.19 吴道全.金属切削原理及刀具M.重庆：重庆大学出版社，2003：52-76.20 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2000：20-89.21 王爱玲.现代数控原理及控制系统M.北京：国防工业出版社，2002.1：169-182.22Graham T. Smith.CNC machining technologyM.London: Springer-Verlag， 1993：105-144.23Machine tool design handbookM.New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd.，1982：114-136.致 谢老师帮助了我很多在整个设计过程当中，当然啦我有很多地方都是老师细心的帮助我，鼓励我，我之所这次能完美的完成了在这次的毕业设计，当然是少不了我们班级里的很多同学，非常感谢他们的热情帮助,那我的指导老师呢，他不仅在精心指导我的设计，并不断地鼓励我去探索学习创新的精神。在设计过程中，对我们很严厉，总是我的问题懒得解释，并为我提供了丰富的信息，帮助我理解设计。老师丰富的经验，孜孜不倦的精神和育人孜孜不倦的教导我留下深刻印象。在整个设计过程当中，当然啦我有很多地方都是老师细心的帮助我，鼓励我，我之所这次能完美的完成了在这次的毕业设计，当然是少不了我们班级里的很多同学，非常感谢他们的热情帮助,那我的指导老师呢，他不仅在精心指导我的设计，并不断地鼓励我去探索学习创新的精神。在设计过程中，对我们很严厉，总是我的问题懒得解释，并为我提供了丰富的信息，帮助我理解设计。从课题的选取到最终的论文设计.每一个重要环节都有老师的耐心指导.不然我也不会这么轻松顺利地完成.特别是在前期的准备工作当中.同样，在此我对在这段时间给予我帮助的老师.同学.朋友表示衷心的感谢，多谢各位的辛苦的付出。我深知自身的不足，所以本文欠缺之处，希望各位老师多多指导批评。在老师的帮助和指导下，我现在已经学到了很多在书本上学习不到的知识，并了解有一定的了解。我表示衷心的感谢老师。当然在这个最后关节，感谢并参加审查论文的老师！我要感谢我的导师的任务。尽管他老师的教学和科学研究，仍然有一段时间，我的门不时召开监督作业结束，从第一个项目，一个过程，一个新的处理过程，大偏压小的缺陷，在句子的格式，都应强调。他教我这方面的知识，拓宽了我的知识，我的论文的形成背景，完成优势。谢谢所有的同学，细致的工作使我和我的同学学习和生活秩序。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=6=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40 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.
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