普通铣床数控化改造设计毕业设计.doc

毕业设计（论文）普通铣床数控化改造设计学生姓名：刘欢学 号：0725012218所在系部：机械工程系专业班级：07数控专2班指导教师：周俊荣日 期：2010年5月26日毕业设计（论文）任务书系 部机械工程系指导教师周俊荣职 称学生姓名刘欢专业班级07gz数控2学 号0725012218设计题目普通铣床数控化改造设计设计内容目标和要求（设计内容目标和要求、设计进度等）本课题改造设计经济型数控铣床，应满足实用和加工精度的要求。1. 调研：了解各种数控铣床进给伺服系统中二维工作台的工作性能和加工要求情况，了解开环伺服传动系统的组成和特点，提出应满足的技术要求和条件，分析、比较各种可能的方案并提出初步设计方案；2. 研究和确定数控铣床进给伺服系统的总体设计方案，要求有必要的分析和计算过程；3. 结构设计，要求画出总体结构图、关键零部件图并对关键零部件进行校核和验算；4. 控制系统设计，画出控制系统原理图；5. 撰写设计说明书（30-40页左右）；6. 基本技术要求： 结构尺寸：普通铣床 数控车床的设计参数：规格工作台行程(mm)工作台、夹具及工作重力(N)工作台快移速度(m/min)最大进给速度(m/min)走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N)启动加速时间ms定位精度mmX纵向Y横向X纵向Y横向X纵向Y横向X纵向Y横向8002005601602750440018180.60.61650/1100300.01根据数控机床要求，由调研确定工作台定位精度和重复定位精度、脉冲当量等参数；7. 绘制主要零部件图不少于2张，装配图1张；8. 设计进度：1) 15 周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案；2) 610周，设计计算，绘图；3) 1113周，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。指导教师签名：年 月 日系 部审 核 此表由指导教师填写 由所在系部审核毕业设计（论文）学生开题报告课题名称普通铣床数控化改造设计课题类型实践应用型指导老师周俊荣学生姓名刘欢学号0725012218专业班级07gz数控2本课题的研究现状，研究目的及意义数控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，是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。在全球倡导绿色制造的大环境下，机床数控化改造成为了热点。它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级。随着科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化。传统的普通加工设备已很难适应市场竞争的高质量、高效率的要求，以数控技术为核心的现代制造技术是机械制造行业现代化的重要的标志。微机控制的数控机床、数控加工中心的高精度以及适合加工复杂零件的性能，能够很好的满足当今市场竞争与工艺发展的需要。本文针对目前机械制造业生产现场中的数控机床应用现状，提出了专门化数控机床，专用化数控机床的观点，并论述了在大批量生产条件下，专用机床向数控方向发展的趋势和可能性。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们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。具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。数控毕业设计是数控专业的典型课题数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定，进给系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械，电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面的训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。学生在课堂上学习了数控技术的基本内容后，对数控机床的基本原理，基本结构有了基本的了解。通过毕业设计把课堂学到的这些知识加以巩固和应用，做到理论联系实际，是数控毕业设计重点训练的内容。数控技术的水平代表着装备工业的技术水平和现代化程度。而装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空航天等国防工业产业）的使能技术和重要装备。数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。现在世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在高、精、尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。本课题的研究内容主要的研究内容是数控机床进给传动系统的设计和控制系统设计，数控机床进给传动系统是CNC装置实现轨迹控制的执行部件，涵盖了在给定的设计条件下如何来确定机床进给传动系统的总体方案，在具体方案设计中，又涉及了导轨形式的选择，滚珠丝杠螺母副及其支承方式的选择，伺服系统与驱动电动置顶帖的选择和驱动电动机与滚珠丝杠连接形式的选择等等。为了保证机床坐标轴的定位精度和各功能部件工作的可靠性，必须进行机械传动系统的轴向刚度计算、误差分析和动态特征分析。在此基础上还要对各传动部件进行必要的稳定性较核 计算和电动机的造型计算，既具有一定的结构设计要求，又具有较强的理论，主要设计如下：（1） 进给传动系统设计，包括：进给传动系统的轴向负载计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杠螺母的选型与计算，进给传动系统的刚度计算，进给传动系统的误差分析，驱动电动机的选型与计算，寄给传动系统的动态特性分析，驱动电动机与滚珠丝杠的连接。（2） 控制系统设计，包括：控制系统硬件的基本组成，控制系统软件的组成与结构，计算机伺服控制系统和PLC控制系统。本课题研究的实施方案，进度安排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800mm200mm（2） 工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的东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，并与在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） 对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预紧拉伸。（4） 采用伺服电动机驱动。（5） 采用膜片弹性联动器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。进度安排1）3.1-4.11 准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业设计，明确研究目的和任务，构思总体方案2）4.12-5.9 绘图3）5.10-5.30 准备毕业设计答辩已查阅的主要参考文献【1】范超毅 赵天婵 吴斌方主编.数控技术课程设计.中国 武汉：华中科技大学出版社，2006.【2】机床设计手册编写组.机床设计手册（第三册）【M】.北京：机械工业出版社，1986.【3】加工中心应用与维修编委会.加工中心应用与维修【M】.北京：机械工业出版社，1992.【4】李福生.实用数控机床技术手册【M】.北京：北京出版社，1993. 【5】廖效果.数控技术【M】.武汉：湖北科学技术出版社，2000.指导老师意见 指导老师签名： 年 月 日毕业设计（论文）学生申请答辩表课 题 名 称普通铣床数控化改造设计指导教师(职称)周俊荣申 请 理 由毕业设计已完成申请答辩学生所在系部机械工程系专业班级07gz数控2学号0725012218 学生签名： 日期：毕业设计（论文）指导教师评审表序号评分项目（理工类）满分评分1工作量152文献阅读与外文翻译103技术水平与实际能力254研究成果基础理论与专业知识255文字表达106学习态度与规范要求15总 分100评语 （是否同意参加答辩） 指导教师签名： 另附毕业设计（论文）指导记录册 年 月 日毕业设计（论文）评阅人评审表学生姓名刘欢专业班级07gz数控2学号0725012218设计(论文)题目普通铣床数控化改造设计评阅人评阅人职称序号评分项目（理工类）满分评分1工作量152文献阅读与外文翻译103技术水平与实际能力254研究成果基础理论与专业知识255文字表达106学习态度与规范要求15总 分100评语 评阅人签名： 年 月 日毕业设计（论文）答辩表学生姓名刘欢专业班级07gz数控2学号0725012218设计(论文)题目普通铣床数控化改造设计序号评审项目指 标满分评分1报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。402报告过程准备工作充分,时间符合要求。103创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。104答 辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答准确，深入。40总 分100答辩组评语答辩组组长（签字）： 年 月 日 答辩委员会意见答辩委员会负责人（签字）： 年 月 日毕业设计（论文）答辩记录表学生姓名刘欢专业班级07gz数控2学号0725012218设计(论文)题目普通铣床数控化改造设计答辩时间答辩地点答辩委员会名单问题1提问人： 问题：回答（要点）：问题2提问人： 问题：回答（要点）：问题3提问人： 问题：回答（要点）：记录人签名（不足加附页）问题4提问人： 回答（要点）：问题5提问人： 问题：回答（要点）：问题6提问人： 问题：回答（要点）：问题7提问人： 问题：回答（要点）：问题8提问人： 问题：回答（要点）：记录人签名7毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名：刘欢 专业班级：07gz数控2毕业设计（论文）题目：普通铣床数控化改造设计成绩类别成绩评定指导教师评定成绩评阅人评定成绩答辩组评定成绩总评成绩40%+20%+40%评定等级注：成绩评定由指导教师、评阅人和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90-100)”、“良(80-89)”、“中(70-79)”、“及格(60-69)”、“不及格(60 以下)”评定等级。其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日摘 要20世纪中叶数控技术和数控机床的诞生标志着生产和控制领域的一个崭新时代的到来。科学技术和社会生产力的迅速发展，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成为实现上述要求的最重要的措施之一。它不仅能够提高产品的质量、提高生产率、降低生产成本，还能够极大地改善生产者的劳动条件。 数控机床的工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，即对所有的操作步骤和刀具与工件之间的相对位移，以及进给速度等都用数字化的代码表示。 经济型的数控改造则对数控机床有了更新的要求。即在不改变原来功能的前提条件下，还要特别讲究经济性、可靠性、性能优越等。所以，在改造的同时，尽量不要改变原来的结构。关键词：生产率 经济型 可靠性ABSTRACTMid-20th century technology and CNC numerical control marked the birth of the field of production and control of a new era.Science and Technology and the rapid development of social productive forces, the quality of mechanical products and productivity higher and higher requirements. Mechanical process automation requirements of achieving the above-mentioned one of the most important measures. It can not only improve product quality, increase productivity, reduce production costs, producers also can greatly improve the working conditions. CNC machine tools work is the process of machining parts of the geometric information, and technology to digitize the information, that is for all steps and between tool and workpiece relative displacement, and so on with the feed rate, said digital code. And economical transformation of the NC has been updated on the request of CNC machine tools.That is, the premise does not change under the conditions of the original function, but also special attention to economy, reliability, superior performance and so on. Therefore, the transformation of the same time, try not to change the original structure.Key words: productivity, reliability Economy目 录摘要Abstract引言1第一章 概述5第二章 设计计算72.1 计算切削分力及其额定功率72.2 导轨摩擦力的计算72.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力82.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算8 2.4.1确定滚珠丝杠的导程8 2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷8 2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率9 2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径9 2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号10 2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力10 2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸10 2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号10第三章 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验123.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验123.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验123.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验12第四章 计算机械传动系统的刚度144.1机械传动系统的刚度计算144.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算15第五章 驱动电动机的选用与计算165.1计算折算到电动机轴上的负载惯量165.2计算折算到电动机轴上的负载力矩165.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩175.4选择驱动电动机的型号17第六章 机械传动系统的动态分析196.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率c196.2计算扭转振动系统的最低固有频率19第七章 机械传动系统的误差计算与分析207.1计算机械传动系统的反向死区207.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差207.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差20第八章 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号218.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级218.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号21结论22参考文献23致谢24 引 言数控，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，其对零件的加工相比普通机床有着很多的优点：（1）动化程度高：（2）加工精度、加工质量稳定可靠；（3）对零件加工的适应性强灵活性好，能加工形状复杂的零件；（4）加工生产率高；（5）有利于生产管理的现代化国外利用数字计算机进行控制加工是从40年代开始的。1952年美国麻省理工学院在一台立式铣床上装了一套试验性的数控系统，成功地实现同时控制三轴的运动，它成了世界上第一台数控机床。此后，从60年代开始，其他一些工业国家如德国、日本等陆续地开发生产及使用数控机床。1974年微处理机直接用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及应用和大力发展。随着数控机床的功能越来越完善，可靠性和性能越来越高，它在制造业中逐渐担当了越来越重要的角色。我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。2001年国内数控金切机床产量已达1. 8万台，比上年增长28. 5%，机床行业产值数控化率从2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。2001年，我国机床工业产值己进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47. 39亿美元，仅次于美国的53. 67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24. 06亿美元，比上年增长27。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。这样既可以提高加工生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，减轻工人的劳动强度，缩短订购新的数控机床的交货周期时间。实践已经证明普通铣床的经济型数控改造具有重大的实际价值，为此，在旧有铣床上进行数控改造有着较好的市场前景。我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从19791988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。 小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、自动化。经济型数控铣床系统就是结合现实的的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通铣床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控型系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。利用微机改造现有的普遍铣床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给加工铣床，即经济型数控铣床。 进行数控机床的改造是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、精密、小批量及多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产效率，但是数控机床的运用也受到其他条件的限制。如：数控机床价格昂贵，一次性投资巨大等，因此，普通铣床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。并且目前在机械行业中，随着市场经济的发展，产品更新周期越来越短，中小批量的生产所占有的比例越来越大，对机械产品的精度和质量要求也在不断地提高与推进。 第一章 概述1.技术要求工作台.夹具及工件重力2750N，工作台的行程560mm，工作台快移速度18m/min，最大进给速度0.6 m/min，走刀方向最大切削分力是1650N，垂向方向最大切削分力是1100N，启动加度时间30ms，定位精度0.01mm，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=272r/min，工作台采用帖塑导轨，导轨的动摩擦系数=0.15，静摩擦系数0=0.2，机床的工作寿命为20000h，切削状况如表所示。 铣床的切削状况切削方式进给速度/(m/min)时间比例/(%)备 注 强力切削 0.6 10主电动机满功率条件下切削 一般切削 0.8 30 粗加工 精加工切削 1 50 精加工 快速进给 18 10空载条件下工作台快速进给1 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（宽度长度）800mm200mm。（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。同时采用斜鑲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鑲条接触面上合背板接触面上贴塑。（3） 对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预拉伸。（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直连。第二章 设计计算2.1.计算切削分力及其额定功率(1)计算各切削力分力取垂向方向最大切削分力是1100N，即垂向切削力Fv=1100N，主切削力Fz= Fv /0.55=2000N纵向切削力F1= 0.4Fz =800N横向切削力Fc=0.95Fz =1900N（2）计算电动机的额定功率若主传动的机械效率m= 0.8V=Dn/60=1.78m/sPE= FzV/m=4.45KW所以取电动机的额定功率PE=4.45KW 表1-1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2540751001251501752.2导轨摩擦力的计算 （1）按式（2-8a）计算在切削状态下的导轨摩擦力F，导轨的动摩擦系数=0.15，查表2-3的镶条的紧固力fg=1500NF=（W+fg+ Fv+Fc）=1087.5N（2）按式（2-9a）计算在不切削状态下的导轨摩擦力F0=和导轨静摩擦力F 0F0=（W+ fg）=637.5NF 0=0（W+ fg）=850N2.3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FamaxFamax= F1+ F=1887.5N（2）按式（2-11a）计算最小轴向负载力FaFa= F0=637.5N2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算2.4.1确定滚珠丝杠的导程根据已知条件，题目给的工作台的快移速度18m/min实在过小，所以在接下来的计算中工作台的快移速度都用1800r/min来计算，取电动机的最高转速nmax=1800r/min，i=1,则由式（2-16）得 L0=Vmax/i nmax=10mm2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷（1）估算在各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷将强力切削时的轴向载荷定位最大轴向载荷Famax，快速移动的和钻镗定位时的轴向载荷定位最小轴向载荷Famin，一般切削（粗加工）精铣切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷F2，F3分别可按下式计算：F2 = Fa + 20% Famax F3 = Fa + 5% Famax并将计算结果填入表中切削方式轴向载荷N进给速度（m/min）时间比例（%）备注强力切削1887.5V1= 0.610F1= Famax一般切削（粗加工）1015V2=0.830F2=Famin+20%Famax精细切削（精加工）731.88V3= 150F3= Famin + 5%Famax快移和钻镗定位637.5V4= 1810F4= Famin（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削力方式下的转速niN1=V1/L0=60r/minN2= V2/L0=80r/minN3= V3/L0=100r/minN4= V4/L0=1800r/min（3）按式（2-17）滚珠丝杠螺母副的平均转速nmnm= q1n1/100+q2n2/100+q3n3/100+q4n4/100=260r/min（4）按式（2-18）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷FmFm= 【F1 q1n1/（nm100）+ F2 q2n2/（nm100）+ F3 q3n3/（nm100）+ F4 q4n4/（nm100）】1/3=840.91N2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率Cam（1）按预定工作时间估算，查表2-28得载荷性质系数fw=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fa=1，查表2-30得可靠性系数fc=0.44，则由式（2-19）得 Cam= Fmfw【60 nmLh】1/3/（100fcfa）=16850.98N（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得预紧载荷系数fe=4.5则 Cam=fe Famax=8493.75N（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷Cam取以上两种结果的最大值，即Cam=16850.98N2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m（1）根据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10mm，根据式（2-24）的要求得=(0.20.25)20um=(45)um取max=4um(2)估算允许的滚珠丝杠的最笑螺纹底径d2m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撑之间的距离为L=行程+安全行程+2余程+螺母长度+支撑长度=(1.21.4)行程+(2530)L0=1.4行程+30 L0=1084mm又F 0=850N,由式(2-26)得d2m0.039( F 0L/max)0.5=18.72mm2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号故居计算所得的L0, Cam, d2m,初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母FFZD4010-5(见本书附录A表A-3),其公称直径d0,基本导程L0,额定动载荷Ca和丝杠底径d2如下d0 =40mm L0=10mmCa = 46500N Cam=16850.98Nd2 = 34.3mm d2m=18.72mm故满足式(2-27)的要求2.4.6由式(2-29)确定滚珠丝杠螺母副的预紧力FpFp= Famax/3=629.17N2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力(1)按式(2-31)计算目标行程补偿值t已知温度变化值t，丝杠的线膨胀系数11-/，滾珠絲杠螺母副的有效行程Lu=工作台行程+安全行程+2余程+螺母长度=846mmt=11t Lu10-6=0.02mm（2）按式（2-32）计算滚珠丝杠的预拉伸力Ft已知滚珠丝杠螺纹底径d2=34.3mm，滚珠丝杠的温度变化值t=2，则Ft=1.81t d22=4258.89N2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号（1）按式（2-33）计算轴承受的最大轴向载荷FBmaxFBmax= Ft+0.5 Famax=5202.64N（2）计算轴承的预紧力FBpFBp =FBmax/3=1734.21N（3）计算轴承的当量轴向载荷FBamFBam= FBp+Fm=2575.12N（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=nm=260r/min，轴承所承受的当量轴向载荷FBam=2575.12N，轴承的基本额定寿命L=20000h，轴承的径向载荷Fr和轴向载荷Fa分别为Fr=FBamcos60。=1287.56NFa= FBamsin60。=2240.35N因为Fa /Fr=1.742.17，所以查表2-25得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故P=X Fr+ YFa=3656.15NP=【60 nmLh】1/3/100=24797.56N（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撑形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径d2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撑方式。轴承型号为760306TNI,尺寸(内径外径宽度)为30mm72mm19mm,选用脂润滑.该轴承的载荷能力Fbp为2900N,大于计算所得轴承预紧力Fbp=1734.21N,并在脂润滑的状态下的极限转速为1900r/min,高于滚珠丝杠的最高转速nmax=1800r/min，故满足要求，改轴承的额定动载荷为C=34500N，而该轴承在20000h工作下的基本额定动载荷C=24797.56N，也满足要求。第三章 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验本工作台的滚珠丝杠支撑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。3.2滚珠丝杠螺母副临界转速nc的校验 根据图4-1可得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度L2=810mm，已知弹性模量E=2.1105MPa，材料密度=7.810-5N/mm3，重力加速度g=9.8103mm/s2，安全系系数k1=0.8，由表2-44得=4.73。滚珠丝杠的最小惯性矩为I=d24/64=67909mm4滚珠丝杠的最小截面积为d2/4923.54mm故可由式（2-36）得nc=(EI/A）1/2K1602/2L22=11768.83r/min本工作台滚珠丝杠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。3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验滚珠丝杠螺母副的寿命，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得滚珠丝杠额定动载荷46500N，运转条件系数fw=1.2，滚珠丝杠的轴向载荷Fa=Famax =1887.5N，滚珠丝杠螺母副转速n=nmax=1800r/min，故由式（2-37），式（2-38）得L=(/Fafw)3106=8.85109rLh=L/60n=98288h 一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杠螺母副的总时间寿命Lh20000h，故满足要求。第四章 计算机械传动系统的刚度4.1机械传动系统的刚度计算（1）计算滚珠丝杠的拉压刚度Ks 本工作台的丝杠支承方式为两端固定，由图可知，党滚珠丝杠螺母中心位于滚珠丝杠两支承的中心位置（a=L/2，L=1060mm）时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度Kmin，可按式（2-45）计算：Kmin=6.6102 d22/L=732.53N/um当a=LY=810mm或a=LJ=250mm时（即滚珠丝杠的螺母中心位于行程的两端位置时）滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度Ksmax，可按式（2-45b）计算：Ksmax=6.6102 d22L/LJ（L- LJ）=1016.14N（2）计算雇主丝杠螺母副支承轴承的刚度Kb已知 轴承接触角=60，滚动体直径dQ=7.144mm，滚动体个数Z=17，轴承的最大轴向工作载荷FBmax=5202.64N，由表2-45， 2-4