普通车床的数控化改造（全套含13张CAD图纸）
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普通车床的数控化改造设计说明书目录第1章绪论111课题来源及研究目的和意义112普通车床数控化的现状及趋势113普通车床的数控化改造方案分析5131机械结构分析5132机械结构总体方案和布局6第2章机械结构的设计1021滚珠丝杠的设计1322滚珠丝杠副丝杠副传动法面截形，循环方式等的确定1423滚珠丝杠的预紧15第3章车床进给机构的设计计算1531同步带轮选择1632步进电机选取与计算17321横向进给机构中步进电机的选用计算18322纵向金给机构中步进电机的选用计算1933传动齿轮的选择计算与校核20331齿轮的选择21332按齿面接触强度设计22333齿轮的校核2334直线导轨的选择24341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2441联轴器的选取2542滚珠丝杠选取与校核2643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11概述数控机床是数字控制机床（COMPUTERNUMERICALCONTROLMACHINETOOLS）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。12普通车床数控化的现状及趋势从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。13普通车床的数控化改造方案分析131机械结构分析本课题是设计一种普通车床的数控化改造设备，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。由于为了普通车床数控化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图1步进电机驱动滚珠丝杆实现进给机构方案联轴器滚滚丝杆工作台步进电机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。132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21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9098，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。22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8211，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SRWD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O452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。23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Z2Z11。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。H12SPZA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31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_05KW2主动轮转速N11500RMIN，从动轮350RMIN3中心距A100MM左右4工作情况，24小时运转求设计功率PK0PM04208KW，式中KO为载荷修正系数由设计功率08KW和N1500RMIN，由查得带的型号为L型，对应节距P9525MM（1）选择小带轮齿数由小带轮转速N1500R/MIN，L型带，查表得小带轮最小许用齿数Z114，则大带轮齿数Z2IZ1，其中IN1N215003504286Z242861460取标准带轮齿敦60（2）确定带轮节圆直径DIPBZ1/42736MMD2PBZ2/182MM（3）确定同步带的节线长度L，L2ACOSD2D12D2D1180式中SIN1D2D1/2A0218；126以A100MM代入则L15054选择最接近计算值的标准节线长见表4L16020MM（4）计算同步带齿数ZZBLP/PB16020/952517（5）传动中心距N的计算APBZ2Z12ZCOS式中INV314L6INVTG用逐步逼近法计算，13518弧度代入上式得出A10245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P9525MMZB17，L,15020RAMB254MM同步带轮Z114，Z260，DIPBZ1/42736MMD2PBZ2/182MM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_025KW2主动轮转速N11500RMIN，从动轮350RMIN3中心距A55MM左右4工作情况，24小时运转求设计功率PK0PM03206KW，式中KO为载荷修正系数由设计功率06KW和N1500RMIN，由查得带的型号为XL型，对应节距P508MM（1）选择小带轮齿数由小带轮转速N1500R/MIN，L型带，查表得小带轮最小许用齿数Z112，则大带轮齿数Z2IZ1，其中IN1N215003504286Z242861251取标准带轮齿敦50（2）确定带轮节圆直径DIPBZ1/19414MMD2PBZ2/809MM（3）确定同步带的节线长度L，L2ACOSD2D12D2D1180式中SIN1D2D1/2A0218；126以A100MM代入则L5454选择最接近计算值的标准节线长见表4L5520MM（4）计算同步带齿数ZZBLP/PB5520/50811（5）传动中心距N的计算APBZ2Z12ZCOS式中INV314L6INVTG用逐步逼近法计算，13518弧度代入上式得出A10245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P508MMZB11，L,5520RAMB95MM同步带轮Z111，Z250，DIPBZ1/194146MMD2PBZ2/809MM32步进电机选取与计算321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W60N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008M滑块进给速11000毫米/分1V滚珠丝杆导程LP15毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）12毫米0D丝杆总长320毫米1L定位精度0001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001MM/P（输入一个指令脉冲工作台移动001毫米）7。初选之相步进电动机的步距角060/120，当三相六拍运行时，步距角060其每转的脉冲数S600P/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2LFSUWLTIPH得0014NM2LFSUWLTIPH0617053482、测量仪工作时的转矩2LSGUWTIPH得0467NMLSI得电动机的最大静转矩为（0305）TL（011520192）NM（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量JS4032DLPJS5146X106KGM22、滑块的运动惯量2WWLJGP得JW3419X107KGM2换算到电动机轴上的总转动惯量JL2SWLJ得JL000035KGM2（4）初选步进电动机型号，根据TL（011520192）NM和电动机总转动惯量000035初步选定电动型号为85BYG3H358B反应式步进电动机。该电LJ动机的最大静扭距TMAX60NM查表选用两个85BYG3H358B型步进电机。电机的有关参数见下表21表21测量装置步进电机参数主要技术数据外形尺寸（MM）型号步距角最大静转矩CMN最高空载启动频率（STEP/S）相数电压V电流A外径长度轴径重量N85BYG3H358B06126050036058859712351、各参数设定滑块工作重量台W90N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008M滑块进给速11000毫米/分1V滚珠丝杆导程LP15毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）12毫米0D丝杆总长1000毫米1L定位精度0001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001MM/P（输入一个指令脉冲工作台移动001毫米）7。初选之相步进电动机的步距角060/12，当三相六拍运行时，步距角060其每转的脉冲数S4600P/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2LFSUWLTIPH得0025NM2LFSUWLTIPH0617053482、测量仪工作时的转矩2LSGUWTIPH得056NMLSI得电动机的最大静转矩为（0507）TL（013520232）NM（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量JS4032DLPJS16X105KGM22、滑块的运动惯量2WWLJGP得JW57X107KGM2换算到电动机轴上的总转动惯量JL2SWLJ得JL000035KGM2；（4）初选步进电动机型号，根据TL（013520232）NM和电动机总转动惯量000035初步选定电动型号为110BYG3H525反应式步进电动机。该电LJ动机的最大静扭距TMAX80NM表22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CMN最高空载启动频率（STEP/S）相数电压V电流A外径长度轴径110BYG3H525061280500360251101261650322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W40N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008M滑块进给速11000毫米/分1V滚珠丝杆导程LP15毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）12毫米0D丝杆总长1000毫米1L定位精度0001毫米，根据上述数据，确定步进电动机的型号为ME2432GDBPJJG499X102KGM2传动齿轮1的惯量为J1/8MD2ME2005KGM2传动齿轮2的惯量为J1/8MD2ME2055KGM2总的转动惯量为00490050550649KGM2可得电机的转动惯量为0649，初步选定电动型号为110BYG3H525反应2KGM式步进电动机。查表选用110BYG3H525型步进电机。表23电机参数型号主要技术数据外形尺寸（MM）重量步距角最大静转矩CMN最高空载启动频率（STEP/S）相数电压V电流A外径长度轴径N110BYG3H52506/121248036035110150207033传动齿轮选择计算与校核331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332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KT16（2）选取区域系数ZH2433（3）选取尺宽系数D1（4）查得1075，2087，则12162（5）查得材料的弹性影响系数ZE1898MPA（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）33210E8N2N1/5664107（8）查得接触疲劳寿命系数KHN1095；KHN2098（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H1095600MPA570MPAH2098550MPA539MPAHH1H2/25545MPA333齿轮的校核根据以上所得M3,Z141,Z274,两齿轮材料均选用45,表面淬火，4855HRC。查得MPAFH350172LIM1LI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818260560/7210NANTI查机械设计基础图，得980,2361NNYZ1验算齿面接触疲劳强度2载荷系数，取K15查得接触应力为MPAZZEH89,0,22321564710618950872098ETUBDMPAASZHN08964251370MIN2L2I1L12验算齿根弯曲疲劳强度取K15查表许用弯曲应力681,5421SASAFFYMINLFNSY弯曲疲劳强度的最小安全系数，取251MINF则13509276FMPA284112200156478156348FASFKTYBMZP2116814855FASYMPA由上述计算可知，均满足要求。34直线导轨的选择341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41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MM35196042NPAD33I0MIN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12D12D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，CAATK查机械设计（第八版）表141，由于转矩变化很小，故取，则3A13X492464012NMM2CAATK查机械设计课程设计表144，选LX3型弹性柱销联轴器其工称转矩为1250NM，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L82MM，半联轴器与轴配合的毂孔长度为60MM。12D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。NM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。42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FM4000N，最大轴向行程420MM，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LH15000H,RA为5862HRC,要求传动精度003MM，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）MCFHLK12408N式中为载荷系数，K为硬度系数，为短行程系数。参考机械零HLK件设计手册表1818，表1819，表1820取12，K1，1FHL（3）计算额定动载荷计算额定动载荷公式（式2）31670MHACNLF其中N为平均转速，其中LH15000H，取N100R/MIN,代入上式后计算M得C2149642NA（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8218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，AAA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FD40633/全长螺纹长度，其尺寸参数如下额定动载荷21650,ACN公称直径04DM公称导程,HP钢球直径MM396WD圈数列数13,螺纹升角,24O基本额定静载荷70650NAC滚道半径R0522064MMWD偏心距E0707X（R/2）00562MM丝杠螺纹内径D35984MM102ER（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187机械零件设计手册长度系数，07参照机电一体化系统设计基础表210取安全系数S3，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CRF（式3）CR2LEIA式中E为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E206GP；L为丝杠工作长度A（M），L672MM；为丝杠危险截面轴惯性矩（M）AI4（式4）AI641D43059814910M84又07可得298CR32531406814078FN（）（）安全系数SF/（式5）CRM7014S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FN和转矩TNM共同作用下引起每个导程变形量M为0LA（式6）0CGJTPEF2式中,A为丝杠截面积,A1/4为丝杠的极惯性矩,241MDCJ/32MG为丝杠的切变模量,对钢G833GPT（NM）为转矩。CJ41DA又TF（式7）TAN20DM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MF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TAN00025，又，所以样有下式,24TF0TAN2MD345710193N按最不利的情况计算，FF有C202411322949246060160134835358PFTLEDGM则每米螺纹距离上弹性变形量为0LP（式8）01821M326LP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0LP二版中册表1817通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，即L302M/M1/21/210M/ML0P所以丝杠的刚度是完全满足要求的。（7）效率验算合格（式9）TAN047195052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。43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。FA3096N查表125得，6306轴承的CR27KN，C0R152KN；轻微冲击，取FP11因，查表可得，E021因，故P1FP18348NP2FP23058N32计算轴承寿命LH已知球轴承3，因工作温度小于120，取FT1。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。33求当量载荷P。查表125可得，6210轴承的C0R198KN，CR27KN；轻微冲击，取FP12P1FP21352NP2FP12777N2计算轴承寿命LH。已知球轴承3，因工作温度小于120，取FT1。（3）因转速较低，此处还需进行静强度计算查表得X006，Y005，S012P0106，MAX17793NC0R/P011113S012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，Y19，X04476AFN031E则1293,819FRNR则1122935068742DFRNY则1250693AADFN则1ARE256089R则1P3RFN12241953629XYAN则060650841043293RHCLHLNP故合格。径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52207。轴向力，Y17，X04197AFN035E则12685,074FRNR则载荷水平面H垂直面VN3192FN1952支反力F84V603载荷水平面H垂直面VN61NFN1326支反力F92V851122685019374DFRNY则2180695ADAFN则，18069175AREF202947AREF则111PR4861XYN2N结论通过本次设计普通车床的数控化改造，从中深刻掌握到数控车床横向与纵向进给机构的设计，并对该结构进行设计计算，并绘制出装配图和零件图。然后在通过三维软件AUTOCAD软件进行零件的二维建模和装配图的建模。综上所述得到一下结论1本设计适应了普通车床数控化改造后的需求，可以使横向、纵向工作台在任意位置下停止。2步进电机驱动滚珠丝杆螺母副结构的应用得到了认可；3充分查找资料根据计算结果和设计的需要，选用合适的零部件，并对其进行校核；精度验算；4机械系统中各个传动系统的设计，方案合理，能适应实际的情况。参考文献1ZHANGGUOXIONG，LIUSHUGUI，QIUZURONG，YUFUSHENG，NAYONGLIN，LENGCHANGLINNONCONTACTMEASUREMENTOFSCULPTUREDSURFACEOFROTATIONJCHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGVO1，17，NO4，20042GUOYUAN，WANGYUTIAN，HAOBINGNONTOUCHFIBEROPTICREFLECTIVEDISPLACEMENTSENSORFORROLLERJWEARSEMICONDUCTORPHOTONICSANDECHNOLOGYNOV，2OO43TATSUOINOUE，YOUICHI，WATANABE，KAZUO，OKAMURA，MICHIHARU，NARAZAKI，HAYATOSHICHINO，DONGYING，JUHIDEO，KANAMORI，KATSUMIICHITANIMACOOPERATIVEACTIVITYONQUENCHINGPROCESSSIMULATIONJAPANESEIMSVHTPROJECTONTHEBENCHMARKANALYSTRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTPROCEEDINGSOFTHE14THIFHTSECONGRESSJOCTOBER,20044MAXIAOJIAN，GANXUEHUIFAULTSANALYSISANDDIAGNOSISOFDRJ460DISHCENTRIFUGALSEPARATORSHELICALGEARINTEMATIONALJOURNALOFPIANTENGINEERINGANDMANAGEMENTJVO19NO4DECEMBER20045王中发机械设计M北京理工大学出版社199876机电一体化技术手册编委会机电一体化技术手册（上册）M机械工业出版社1997，77孔凌嘉，张春林机械基础综合课程设计M北京理工大学出版社200468张晋西直齿圆柱齿轮几何参数计算机辅助测定J机械设计2003年6期9东北工学院机械零件设计手册编写组机械零件设计手册（上）M冶金工业出版社，19864致谢本课题是在XXX老师的精心指导和热情关怀下完成的，在此谨向导师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意。本次毕业设计是在指导老师XX的细心指导下完成的。在我三个月的毕业设计中，正是他们以无私的关怀、忘我的研究精神和严谨的学术作风关心影响和教导了我，将令我终身受益。从课题的开始到最后，无处不凝聚着XXX老师的心血。XXX老师在学习和生活方面给予了我极大的关心和支持。同时老师严谨的、科学的学术作风，前瞻的科研眼光、敏锐的思维、渊博的知识、丰富的阅历、谦虚大度的胸怀、独特的为人处世原则,忘我工作的奉献精神是永远值得我学习的。在此谨向XXX老师表示衷心的感谢感谢应用技术学院的各位老师在我四年多的求学生涯中，从学习和生活各方面给予我莫大的关怀和帮助。感谢我的大学同学,与他们共同度过这一段难忘的人生旅程，他们为我的大学生生活和毕业设计生活增添了无限色彩。再有要感谢一起学习生活的同学们，与他们的一次次交流使我得以不断进步和提高。我能够专心学习，顺利完成学业，与我的父母的培养、鼓励和支持是分不开的，在此向他们表示最诚挚的感谢感谢文中所引用文献的所有作者们再次感谢所有关心、支持和帮助过我的老师、同学和朋友们下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985普通车床的数控化改造设计说明书目录第1章绪论111课题来源及研究目的和意义112普通车床数控化的现状及趋势113普通车床的数控化改造方案分析5131机械结构分析5132机械结构总体方案和布局6第2章机械结构的设计1021滚珠丝杠的设计1322滚珠丝杠副丝杠副传动法面截形，循环方式等的确定1423滚珠丝杠的预紧15第3章车床进给机构的设计计算1531同步带轮选择1632步进电机选取与计算17321横向进给机构中步进电机的选用计算18322纵向金给机构中步进电机的选用计算1933传动齿轮的选择计算与校核20331齿轮的选择21332按齿面接触强度设计22333齿轮的校核2334直线导轨的选择24341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2441联轴器的选取2542滚珠丝杠选取与校核26下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098543滚动轴承的选取与计算24结论35参考文献36致谢37下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985第1章绪论11概述数控机床是数字控制机床（COMPUTERNUMERICALCONTROLMACHINETOOLS）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。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098512普通车床数控化的现状及趋势从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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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。13普通车床的数控化改造方案分析131机械结构分析本课题是设计一种普通车床的数控化改造设备，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。由于为了普通车床数控化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，现提供以下设下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985计方案图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。132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。具体结构图如下联轴器滚滚丝杆工作台步进电机下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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21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9098，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、灵敏下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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。22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8211，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SRWD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O452下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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。23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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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Z2Z11。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。H12SPZA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31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_05KW2主动轮转速N11500RMIN，从动轮350RMIN3中心距A100MM左右4工作情况，24小时运转求设计功率PK0PM04208KW，式中KO为载荷修正系数由设计功率08KW和N1500RMIN，由查得带的型号为L型，对应节距P9525MM（1）选择小带轮齿数由小带轮转速N1500R/MIN，L型带，查表得小带轮最小许用齿数Z114，则大带轮齿数Z2IZ1，其中IN1N215003504286下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985Z242861460取标准带轮齿敦60（2）确定带轮节圆直径DIPBZ1/42736MMD2PBZ2/182MM（3）确定同步带的节线长度L，L2ACOSD2D12D2D1180式中SIN1D2D1/2A0218；126以A100MM代入则L15054选择最接近计算值的标准节线长见表4L16020MM（4）计算同步带齿数ZZBLP/PB16020/952517（5）传动中心距N的计算APBZ2Z12ZCOS式中INV314L6INVTG用逐步逼近法计算，13518弧度代入上式得出A10245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P9525MMZB17，L,15020RAMB254MM同步带轮Z114，Z260，DIPBZ1/42736MMD2PBZ2/182MM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_025KW2主动轮转速N11500RMIN，从动轮350RMIN3中心距A55MM左右4工作情况，24小时运转求设计功率PK0PM03206KW，式中KO为载荷修正系数由设计功率06KW和N1500RMIN，由查得带的型号为XL型，对应节距P508MM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985（1）选择小带轮齿数由小带轮转速N1500R/MIN，L型带，查表得小带轮最小许用齿数Z112，则大带轮齿数Z2IZ1，其中IN1N215003504286Z242861251取标准带轮齿敦50（2）确定带轮节圆直径DIPBZ1/19414MMD2PBZ2/809MM（3）确定同步带的节线长度L，L2ACOSD2D12D2D1180式中SIN1D2D1/2A0218；126以A100MM代入则L5454选择最接近计算值的标准节线长见表4L5520MM（4）计算同步带齿数ZZBLP/PB5520/50811（5）传动中心距N的计算APBZ2Z12ZCOS式中INV314L6INVTG用逐步逼近法计算，13518弧度代入上式得出A10245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P508MMZB11，L,5520RAMB95MM同步带轮Z111，Z250，DIPBZ1/194146MMD2PBZ2/809MM32步进电机选取与计算321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W60N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008M滑块进给速11000毫米/分1V下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985滚珠丝杆导程LP15毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）12毫米0D丝杆总长320毫米1L定位精度0001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001MM/P（输入一个指令脉冲工作台移动001毫米）7。初选之相步进电动机的步距角060/120，当三相六拍运行时，步距角060其每转的脉冲数S600P/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2LFSUWLTIPH得0014NMLFSLI0617053482、测量仪工作时的转矩2LSGUWTIPH得0467NMLSI得电动机的最大静转矩为（0305）TL（011520192）NM（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量JS4032DLP下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985JS5146X106KGM22、滑块的运动惯量2WWLJGP得JW3419X107KGM2换算到电动机轴上的总转动惯量JL2SWLJ得JL000035KGM2（4）初选步进电动机型号，根据TL（011520192）NM和电动机总转动惯量000035初步选定电动型号为85BYG3H358B反应式步进电动机。该电LJ动机的最大静扭距TMAX60NM查表选用两个85BYG3H358B型步进电机。电机的有关参数见下表21表21测量装置步进电机参数主要技术数据外形尺寸（MM）型号步距角最大静转矩CMN最高空载启动频率（STEP/S）相数电压V电流A外径长度轴径重量N85BYG3H358B06126050036058859712351、各参数设定滑块工作重量台W90N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008M滑块进给速11000毫米/分1V滚珠丝杆导程LP15毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）12毫米0D下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985丝杆总长1000毫米1L定位精度0001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001MM/P（输入一个指令脉冲工作台移动001毫米）7。初选之相步进电动机的步距角060/12，当三相六拍运行时，步距角060其每转的脉冲数S4600P/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2LFSUWLTIPH得0025NMLFSLI0617053482、测量仪工作时的转矩2LSGUWTIPH得056NMLSI得电动机的最大静转矩为（0507）TL（013520232）NM（3）等效转动惯量计算1、滚珠丝杆的转动惯量JS4032DLPJS16X105KGM22、滑块的运动惯量下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852WWLJGP得JW57X107KGM2换算到电动机轴上的总转动惯量JL2SWLJ得JL000035KGM2；（4）初选步进电动机型号，根据TL（013520232）NM和电动机总转动惯量000035初步选定电动型号为110BYG3H525反应式步进电动机。该电LJ动机的最大静扭距TMAX80NM表22步进电机参数主要技术数据外形尺寸（MM）型号步距角最大静转矩CMN最高空载启动频率（STEP/S）相数电压V电流A外径长度轴径重量N110BYG3H525061280500360251101261650322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W40N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008M滑块进给速11000毫米/分1V滚珠丝杆导程LP15毫米滚珠丝杆节圆直径（名义直径）12毫米0D丝杆总长1000毫米1L定位精度0001毫米，根据上述数据，确定步进电动机的型号为下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985ME2432GDBPJJG499X102KGM2传动齿轮1的惯量为J1/8MD2ME2005KGM2传动齿轮2的惯量为J1/8MD2ME2055KGM2总的转动惯量为00490050550649KGM2可得电机的转动惯量为0649，初步选定电动型号为110BYG3H525反应2KGM式步进电动机。查表选用110BYG3H525型步进电机。表23电机参数主要技术数据外形尺寸（MM）型号步距角最大静转矩CMN最高空载启动频率（STEP/S）相数电压V电流A外径长度轴径重量N110BYG3H52506/121248036035110150207033传动齿轮选择计算与校核331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332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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985（1）试选KT16（2）选取区域系数ZH2433（3）选取尺宽系数D1（4）查得1075，2087，则12162（5）查得材料的弹性影响系数ZE1898MPA（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）33210E8N2N1/5664107（8）查得接触疲劳寿命系数KHN1095；KHN2098（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H1095600MPA570MPAH2098550MPA539MPAHH1H2/25545MPA333齿轮的校核根据以上所得M3,Z141,Z274,两齿轮材料均选用45,表面淬火，4855HRC。查得MPAFH350172LIM1LI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818260560/7210NANTI查机械设计基础图，得980,2361NNYZ1验算齿面接触疲劳强度2载荷系数，取K15查得接触应力为MPAZZEH89,0,2下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852321564706189508172098HEKTUZBDMPAASZHN08964251370MIN2L2I1L12验算齿根弯曲疲劳强度取K15查表许用弯曲应力681,5421SASAFFYMINLFNSY弯曲疲劳强度的最小安全系数，取251MINF则13509276FMPA284112200156478156348FASFKTYBMZP2116814855FASYMPA由上述计算可知，均满足要求。34直线导轨的选择341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，下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985V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），其特点是垂直向下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985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41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MM35196042NPAD33I0MIN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12D12D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，CAATK查机械设计（第八版）表141，由于转矩变化很小，故取，则3A13X492464012NMM2CAATK查机械设计课程设计表144，选LX3型弹性柱销联轴器其工称转矩下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985为1250NM，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L82MM，半联轴器与轴配合的毂孔长度为60MM。12D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。NM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。42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FM4000N，最大轴向行程420MM，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LH15000H,RA为5862HRC,要求传动精度003MM，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）MCFHLK12408N式中为载荷系数，K为硬度系数，为短行程系数。参考机械零HLK件设计手册表1818，表1819，表1820取12，K1，1FHL（3）计算额定动载荷计算额定动载荷公式下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985（式2）31670MHACNLF其中N为平均转速，其中LH15000H，取N100R/MIN,代入上式后计算M得C2149642NA（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8218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，AAA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FD40633/全长螺纹长度，其尺寸参数如下额定动载荷21650,ACN公称直径04DM公称导程,HP钢球直径MM396WD圈数列数13,螺纹升角,24O基本额定静载荷70650NAC滚道半径R0522064MMWD偏心距E0707X（R/2）00562MM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985丝杠螺纹内径D35984MM102ER（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187机械零件设计手册长度系数，07参照机电一体化系统设计基础表210取安全系数S3，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CRF（式3）CR2LEIA式中E为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E206GP；L为丝杠工作长度A（M），L672MM；为丝杠危险截面轴惯性矩（M）AI4（式4）AI641D43059814910M84又07可得298CR32531406814078FN（）（）安全系数SF/（式5）CRM7014S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FN和转矩TNM共同作用下引起每个导程变形量M为0LA（式6）0CGJTPEF2下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985式中,A为丝杠截面积,A1/4为丝杠的极惯性矩,241MDCJ/32MG为丝杠的切变模量,对钢G833GPT（NM）为转矩。CJ41DA又TF（式7）TAN20DM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MF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TAN00025，又，所以样有下式,24TF0TAN2MD345710193N按最不利的情况计算，FF有C202411322949246060160134
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