机械制造及其自动化毕业设计1

1、摘要由于在数控加工过程中，工件必须由某个机构来切削，而这个机构通常就是我所说的数控机床主切削头。本课题主要是结合龙门铣床的实际需要，设计、绘制出主切削头的升降上下进给运动机构和传动机构。主切削头只可以作上下进给运动。进给运动机构若果安装在铣床上，可用于加工中小型零件的平面、沟槽、螺旋面或成形表面等。本次是将龙门铣床改造成为比较简单的铣床，以方便在其他各方面使用。经过改造的铣床结构看起来更加实用。主切削头适合使用在大、中型数控铣床上面能够切削工件及其自身的重量为650N，工作台Z向最大行程为250mm，快速进给速度可以达到6m/min，能有20000小时寿命（两班制工作十年）。关键词： 滚动丝杠

2、副 机床导轨 传动机构 电机选择引言中国数控技术和产业经过40年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年来发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。例如，在国外模拟伺服快进时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓遥数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人

3、后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率难度自然很大了。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进

4、、实用的数控产品去收复国内市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数

5、控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。然而数控主切削头机构作为数控装备的一部分，其设计的合理性直接影响到数控装备的在实际中的使用及其价值，本次的设计任务就是针对数控主切削头机构的设计，设计的内容为数控主切削头的上下运动部分。第一章 主切削头机构方案设计数控主切削头。一般我们看到的主切削头都是作上下运动而已。这次我们对龙门铣床功能扩展实现技术改造的，主要是对它的主切削头机构进行方案设计。龙门铣床原图如图1-1所示：图1-1在第一周时，我们明确的制定设计任务书，只对龙门铣床主切削头上下进给运动进行改造，要使主切削头能稳定上下进给运动，这才能达到加工工件时进给切削、精度、钻孔等要求，需要进行怎样

6、的改造呢？以下就一一来介绍：在主切削头中，靠什么来使它能上下运动，而且进给量又精准，同时还要承受其他方面对它的压力呢？经过查找资料发现，滚动丝杠副适合用于这一工作，它能提供主切削头较精准的进给量，还可以承受一定的外来压力。可见它在改造中是起核心作用的部分，我会重点在下面的章节中介绍。滚动丝杠副在工作中要旋转，可要把它稳定安装在机床上，这之间要用什么零件连接起来呢？轴承，可以用轴承支承丝杠副，再固定到机床的某一个部位。因此，就根据需要选择合适的轴承来支承滚动丝杠副。主切削头上下移动也有一定的方向，还要有一定的稳定性。而机床导轨就适合于这样的工作，机床导轨是主切削头的导向和承载部件，选择适合的导轨

7、有利于提高工作效率。主切削头本身有一定的重量，为了避免伺服电机因主切削头的重量而选择较大的功率，采用平衡机构把主切削头的重量给平衡掉，防止因主切削头自重而造成一些问题。上下进给运动，由直流伺服电动机驱动。如果直接用联轴器与丝杠联接的话，电机需要的力矩就很大。由于需要力矩很大，同时电机也会相应的变大。当然我们不想出现这样的情况，如何解决呢？我们可以用有传动比机构来解决这一问题，带传动比较稳定，也符合所需条件。根据要求选择电机，并且制定出相适应带传动机构。由伺服电机驱动，经带轮，经过带,带动滚珠丝杠转动。实现上下进给的伺服电动机带有制动器，防止丝杠因惯性而带动主轴箱上下运动。丝杠副是垂直安装在燕尾

8、形导轨中间的，伺服电机也需要垂直安装才能通过带传动把动力传递给丝杠，根据机床上的机构，电机的安装方便，同时也符合电机一般的设计要求。用轴承把丝杠固定，有利防止因自重而下滑。主切削头机构改造大概结构图：第二章 滚珠丝杠副轴承支承设计2.1 滚珠丝杠副丝杠的支承方式表2-1滚珠丝杠副的支承方式支承方式简图特点一端固定一端自由1.丝杠的静态稳定性和动态稳定性都很低2.结构简单3.轴向刚度较小4.适用于较短的滚珠丝杠安装和垂直的滚珠丝杠安装一端固定一端铰支1.丝杠的静态稳定性和动态稳定性都较高，适用于中等回转速度2.结构稍复杂3.轴向刚度大4.适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠安装5.推力球轴承

9、应安装在离热源（步进电机）较远的一端二端支承1.丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转2.结构复杂，两端轴承均调整预紧，丝杠的温度变形可转化为推力轴承的预紧力3.轴向刚度最大4.适用于对刚度和位移精度要求高的滚珠丝杠安装5.使用与较长的丝杠安装根据机床主切削头的现实情况，滚珠丝杠副丝杠的支承方式选用二端支承。2.2滚动轴承的类型特点滚动轴承是一种在机器中广泛应用的零件，具有起动转矩小、起动快、摩擦阻力小、效率高等优点。表2-2 各类轴承的特点序号滚动轴承类型轴向刚度轴承安装预载调整摩擦力矩a60°接触角推力角接触球轴承大简单不需要小B双向推力角接触球轴承中简单不需要小c圆锥

10、滚子轴承小简单如内圈之间有隔圈则不需要调整大d滚针和推力滚子组合轴承特大简单不需要最大e深沟球轴承和推力球轴承组合使用大复杂麻烦小各类滚动轴承特点见表2-2，其中用得最多的是及d,d用于重型设备上。深沟球轴承轴承主要用于承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。高转速时可代替推理轴承承受纯轴向载荷。内、外圈轴线允许偏转角为210°。与外形尺寸相同的其它类型轴承比较，其摩擦系数小，允许极限转速高，价格低廉，故应用广泛。角接触球轴承轴承能同时承受径向载荷与单向轴向载荷，但不宜用来承受纯径向载荷。轴承接触角（作用于滚动体上的载荷方向线与轴承径向平面间的夹角称为接触角）有15°、25&

11、#176;和40°三种。接触角越大，承受轴向载荷的能力越强。统称轴承应成对使用，反向安装在同一支点或两个支点上，但轴向载荷较大时，也可采用同向排列在同一支点上。允许内、外圈轴线偏转角为210°。适用于要求旋转精度与转速较高的场合。推力圆柱滚子轴承轴承只能承受打向轴向载荷，其承载能力比推力球轴承大，但轴承运转时，随着滚子便面圆周速度增加，滚子有偏离中心的趋势，并和滚道产生滑动摩擦，故允许的转速比球轴承低，轴承对轴线的歪斜很敏感。适用于低速重载且轴为垂直布置的场合。2.3 丝杠副支承轴承类型的选择根据以上轴承的特点配合实际的承载能力、载荷方向和载荷的性质选择轴承类型：支撑分别是

12、由深沟球轴承承受径向载荷；由角接触球轴承承受轴向载荷。本章小结轴承在主切削头机构中的作用是支承着滚动丝杠副，虽然不是特别重要的部分，但如果没有它在那里支承着滚动丝杠副的话，那么主切削头也不会运作起来。在各种各样的轴承样式中，我根据丝杠所受的径向和轴向的力不同，以最简单的标准出发，选择与其相适应的轴承，以满足机构的需要。这样才能延长机器的寿命，避免不必要的浪费。第三章 主切削头导轨的选用导轨是运动部件导向和承载的部件。按运动部件的运动型式，导轨有燕尾槽导轨和回转运动导轨。3.1 导轨类型和特点如表3-1所示。表3-1常用导轨类型、特点及应用导轨类型主要特点应 用普通滑动导轨(滑动导轨)1）结构简

13、单,使用维修方便2）没有行程完全液体摩擦,动、静摩擦系数差较大、低速易爬行3）磨损大、寿命低普通机床、压力机、轧钢机等各种机械塑料导轨 贴塑导轨1）动导轨表面贴塑料软带（板）或喷涂层与铸铁或钢导轨搭配、摩擦系数小、自润滑性能 好、低速不易爬行、抗磨损性能好2）贴（镶、喷涂）塑工艺简单3）刚度低、耐热性能差，容易蠕变主要应用于中、大型机床、压强不大导轨、压力机滑块导轨等镶金属导轨 1）在支承导轨上镶装钢板或钢带、提高导轨耐磨性（比灰铸铁高57倍）2）镶钢导轨工艺复杂、成本高3）动导轨上镶有色金属板（带），提高导轨耐磨性，运动平稳常用于重型机床，如立车、龙门铣床及压力机导轨滚道导轨1）运动灵敏度好

14、、低速平行性好、定位精度高2）精度保持性好、磨损少、寿命长、移动轻便3）刚性和抗振性差，结构较复杂、成本；较高、要求良好防护4）滚动低成本循环的滚道导轨品种较多、已专业化系列生产，购买安装便捷广泛应用于给类精密机械、数控机床、精度机床、纺织机械、高速压力机等对导轨的设置要求有如下几点：1） 准确的导向精度。要考虑导轨的几何精度、结构刚性、温度变化影响等。2） 精度保持性好。要求导轨耐磨性好，在受载和环境温度下有较长使用寿命，润滑和防护好。3） 结构简单，工艺性好，便于调整和维修。在上下动力主切削头当中，我们上下方向的运动，绝大多数的受力都是由上下传动部分承担，而导轨只起到导向和承担在切削当中的

15、一点切削力。所以，我们选择燕尾槽导轨就已经适用了。下面介绍燕尾槽导轨的特点。3.2 燕尾槽导轨截面、特点及应用燕尾槽导轨的截面形状必须能确保运动部件沿直线运动，不允许有转动或横向移动。能达到上述要求的导轨截面形状如下表。表3-2 燕尾槽导轨截面、特点及应用类型截面形状特点及应用凸形凹形V形导轨对称形导向精度高，磨损后能自动补偿。凸形有利于排屑，不易保存润滑油、用于低速。凹形特点与凸形相反，高、低速均可采用。 对称形截面制造方便应用较广，两侧压力不均时采用非对称形。顶角一般为A=90°，重型机床采用=110°120°，精密机床采用A90°，提高导向精度。非

16、对称形矩形导轨制造简单、承载能力大、不能自动补偿磨损，必须用镶条调整间隙，导向精度低，需良好的保护。主要用与载荷大的机床或组合导轨。燕尾形导轨制造较复杂，磨损不能自动补偿，用一根镶条可调整间隙，尺寸紧凑，调整方便。只要用于要求高度小的部件中，如车床刀架圆柱形导轨制造简单、内孔可珩磨、外圆采用磨削可达配合精度，磨损不能自动调整间隙。主要用于受轴向载荷场合，如钻、镗床主轴套筒、车床尾座。考虑到主切削头是上下在垂直方向运动的，并且有平衡锤与主切削头的重量相抵消，整个运动过程中不可能都有压力压向机床导轨方向。因为主轴箱要沿直线上下移动，所以我们需要一种能保持主切削头始终垂直在一条直线上移动，使它只能沿

17、着垂直方向运动的导轨。所以，V型导轨不适用，矩形也不适合。适合的唯有燕尾形导轨。3.3 燕尾形导轨的常见组合形式因为我们主切削头的尺寸相对比较大，中间还要放一条滚珠丝杠，因此需要采用两条导轨。两条燕尾槽导轨的组合截面形状如表3-3。表3-3燕尾形导轨常见的组合形式组合型式图 示特 点 及 应 用燕尾形是闭合导轨接触面最少的一种结构，用一根镶条即可调节各接触面的间隙。常用于牛头刨床、插床的滑枕导轨，升降台铣床工作台和车床刀架导轨，以及仪表机床导轨等机构中所需的燕尾槽示意图如下图所示：本章小结机床导向导轨在这里起到一个辅助的作用，这样说并不是表示它不重要。虽然处在次要位置，但是功能上却占有重要地位

18、。可以说主轴箱的“垂直”就是建立在导轨的基础之上了。导轨的类型主要有滑动导轨、滚动导轨、镶金属导轨、塑料导轨等，对应着机床上面不同的需要而设计。而在截面方面有V形、矩形、圆柱、燕尾形等。但是选用的思路很明确，那就是合适、够用就是最好的选择。最终考虑到主切削头的实际工作情况，我们选择了燕尾形直线滑动导轨，它能有效的控制主切削头垂直行走路线，并符合我们导向的要求。第四章 滚珠丝杠副的设计计算和造型4.1 确定使用条件(负载, 速度, 加速度, 最大行程, 位置精度, 寿命等参数)已知:主切削头重量=650N,主切削头升降最大行程=250mm,导轨的摩擦系数:动摩系数=0.1,静摩擦系数=0.2,快

19、速进给速度=6m/min,定位精度20/300mm,全行程25,重复定位精度10,要求寿命20000小时(两班制工作十年)。表4-1 丝杠工作状况切削方式纵向切削力（N）垂向切削力（N）进给速度（mm/min）工作时间百分比 丝杠轴向载荷 （N）丝杠转速r/min强力切削2000120050010292060一般切削100050080030185080精切削5002001000501320100快速进给003000108006004.2 确定滚珠丝杠副的导程由传动关系图，主切削头最高移动速度，丝杠副最大移动速度，确定 （式4-1）-滚珠丝杠副的导程（）-丝杠副最大移动速度（）-丝杠副最大相对转

20、速（）由表4-1查得 =6000 =600代入式4-1得， =10表4-2 滚珠丝杠副标准参数的组合（）公称直径公称导程68101112222.52.52.53345612162022.534568101222.53456810121634568101216202545681012162025324568101216202532405681012162025324050568101216202532406380568101216202532406810121620253240100125160200101216202532401012162025324012162025324012162025

21、3240 按表4-2，圆整取得 =104.3 定当量转速与当量载荷4.3.1 确定当量转速1） 最小载荷机器空载时滚珠丝杠副的传动力。如主轴箱向上运动。2） 最大载荷选机器承受最大载荷时滚珠丝杠副的传动力。如机床切割时，切削力滚珠丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和即为（这时导轨摩擦力是由主轴箱重量以及导轨上的静摩擦力而引起的）。3） 滚珠丝杠副的当量转速及当量载荷：滚珠丝杠副在各种转速下，各转速下，各转速工作时间占总时间的百分比分别为，所受载荷分别是。（1）各种切削方式下，丝杠转速 （式4-2） -丝杠转速（）i=1,2,.n -进给速度（）i=1,2,.n由表4-1查得 ， 代入式4-2得， （

22、2）当量转速 （式4-3） 当转速在和之间变化时， （式4-4） -当量转速 -工作时间百分比 由表4-1查得 ， 代入式4-3得 4.3.2 确定当量载荷（1） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷 （式4-5） -丝杠轴向载荷（N） -纵向切削力（N） -垂向切削力（N） -动摩擦力系数 由表4-1查得 ， ， ， ， ， 已知： 代入式4-5得 ， ， ，（2） 当量载荷 （式4-6）当载荷在和之间周期性变化时，载荷按下列计算 （式4-7）-当量载荷（N），-轴向变载荷（N），-对应，时的转速（），-对应，时的时间（） 代入式4-6得 582N4.4 预期额定动载荷4.4.1 按预期工作时间估算

23、 （式4-8） （式4-9） 有预加载荷时还要计算 （式4-10） 选 和中较大者为预期值 -额定动载荷 -精度系数，表4-3 -可靠性系数，表4-4 -载荷性质系数，表4-5 -预期工作寿命（） -预期工作距离（） -预加载荷系数，表3-6 -最大轴向载荷（N） 按表4-3查得：13取=1 按表4-4查得：可靠性97%取=0.44 按表4-5查得：轻微冲击取=1.3表4-3 精度系数精度等级1，2，34，57101.00.90.80.7表4-4 可靠性系数可靠性/90959697989910.620.530.440.330.21表4-5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

24、动11.21.21.51.52表4-6 各类机械预期工作时间机械类型备注普通机械500010000=250（天）×16（小时）×10（年）×0.5（开机率）普通机床10000数控机床15000精密机床20000测试机床15000航空机械100根据表4-6取得工作时间：=20000代入式4-8得 =8921N4.4.2 按最大负载计算（拟采用预紧滚珠丝杠副） （式4-10） 按表4-7查得：中预载取=4.5 代入式4-10得 =3510N表4-7预加载荷系数预加载荷类型轻预载中预载重预载6.74.53.44.4.3 确定预期额定动载荷 取以上两种结果的最大值 =89

25、21N4.5 确定允许的最小螺纹底径4.5.1 估算滚珠丝杠允许最大轴向变形量 一般情况下，影响死区间隙的主要因素按影响程度自大到小排序是： 滚珠丝杠本身的拉压刚度； 支承轴承的轴向刚度； 滚珠丝杠副中滚珠与滚道的接触刚度； 折合到滚珠丝杠副上的伺服电机系统的刚度； 连轴节的刚度； 滚珠丝杠副的扭转刚度； 螺母座，轴承座的刚度； 所以滚珠丝杠副传动系统的刚度可按下式计算： 其中前三项最主要，而又占总量的（1/3-1/2）。所以一般情况下可按下式计算： 机械装置中移动部件处在不同位置时系统的刚度是不同的，刚度最小处用表示。当滚珠丝杠副轴向有工作载荷作用时，传动系统中便产生弹性变形，且=。从而影响

26、了系统的传动精度，而处系统影响最大。机床与机械装置的伺服精度大多在空载下检验。空载时作用在滚珠丝杠副上的最大轴向工作载荷是静摩擦力。移动部件在处起动和返回时，由于方向变化将产生误差2/（又称摩擦死区误差）。它是影响重复定位精度的最主要因素。一般占重复定位精度的（1/3-1/4）。所以规定滚珠丝杠副允许的最大轴向变形： = 重复定位精度影响定位精度最主要的因素是滚珠丝杠副的精度。其次是滚珠丝杠本身的拉压弹性变形（因为这种弹性变形随滚珠螺母在滚珠丝杠上的位置变化而变化）。以及滚珠丝杠副摩擦力矩的变化等。一般估算是定位精度。以上 两种方法估算出的小值取为值（单位）。 重复定位精度 定位精度取与中较小

27、值为值 -最大轴向变形量（）已知：重复定位精度10，定位精度25 =3 =6取两种结果的较小值=34.5.2 估算滚珠丝杠副的底径由于是应用在升降台上，需要考虑切削头自重的影响。 （式4-11） -最小螺纹底径（） -支承方式系数，一端固定自由或游动时为0.078，两端固定或铰支时取0.039 -导轨静摩擦力(N) -导轨静摩擦因数 -滚珠丝杠两轴承支点间距离,常取1.1行程+(1014) ()丝杠不需要预拉伸,采用“双推-自由”，即一端固定另一端自由的支承形式。静摩擦力已知：=250mm，W=650N，=0.2代入式4-11得 =375 mm =130N =12.2 mm4.6 确定滚珠丝杠

28、副的规格代号根据传动方式及使用情况，按表4-8选定滚珠螺母型式。按照已估算出的，机械手册中先查出对应的滚珠丝杠底径，选择额定动载荷应注意，但不宜过大，否则会使滚珠丝杠副的转动惯性量偏大，结构尺寸也偏大。接着再确定公称直径。循环圈数，滚珠螺母规格代号及有关的安装连接尺寸。按表4-8选内循环浮动式（G）法兰。由于螺母工作时始终处于垂直状态，一直都有工作台的重力压着，可以忽略反向间隙。所以不采用消除间隙的方法。表4-8 滚珠循环方式类型型式结 构 说 明特 点外循环滚珠丝杠螺旋槽式（L）在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔，同螺母的螺纹滚道相切，形成滚珠返回通道。为防止滚珠脱落，螺旋槽用钢套盖住

29、。在通孔雀口设有挡珠器，引导滚珠进入通孔。挡珠器用圆钢弯成弧形杆，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。优点：工艺简单，螺母外径尺寸较小缺点：螺旋槽同通孔不易连接准确；挡珠器刚性差，耐磨性差插管式（c）用弯管替螺旋槽作滚珠返回通道，将弯弯的两端插入滚珠工作圈始末端孔内。可用弧形杆，也可用弯管的端部来引导滚珠，有单列、双列两种结构优点：弯管由两半合成,采用冲压件，工艺性好缺点：螺母径向尺寸较大，台用弯管端部做挡珠器，则刚性差，易磨损内循环滚珠丝杠浮动式（F）在螺母上加工出侧孔，通过孔中心沿轴向铣出键槽，然后用键定位，压入反向器。反向器上铣有S形回珠槽，将相邻的滚道，形成一闭合的循环回路（称为一列）一般

30、一个螺母上装有24个列滚珠）反向器沿螺母圆周等分布优点：一列只有一圈滚珠，因而工作滚珠数目少，流畅性好；摩擦损失少，效率高；螺母径向尺寸小缺点：制造较困难；在大螺距情况下，螺母的轴向尺寸偏大固定式（G）与上述结构的区别，只是用扁圆嵌块式反向器代替圆柱凸键式反向器优点：螺母轴向尺寸比型小；结构更紧凑缺点：制造比型困难由计算出的结果在手册中相应规格的滚珠丝杠副，选得丝杠型号为FGZL2501-345表4-9 南京工艺设备制造厂的FF型 内循环单螺母式滚珠丝杠副尺寸系列注：1）、是在预紧力为0.1Ca，轴向载荷F为0.3Ca时的理论计算值； 2）、当轴向载荷F不等于0.3Ca时，=，式中K是表中的刚

31、度值，FF型滚珠丝杠副正常工作环境温度范围±60°C规格型号公称直径公称导程丝杠外径钢球直径丝杠底径循环圈数基本载荷载荷(KN)刚度N/m螺母安装连接尺寸动载荷Ca静载荷 Coa(g6)FF1204-3254245193219346.7280222210448324.88.5532M2.51635查表4-9验证 =10 mm =51500N=24815N=21.9=12.2mm由于有预紧，需要计算预紧力；本丝杠副是两端固定支承结构，敢要计算行程补偿和预拉伸力。4.6.1 确定滚珠丝杠副预紧力 （式4-12）其中780N 260N4.6.2 行程补偿值与拉伸力（1）行程补偿值

32、 （式4-13）式中： =1000 =200 =（23）=30 =300-温差取2.5(温度变化值23) =2.5（2）预拉伸力 （式4-14）代入得 =2338N4.7 确定滚珠丝杠副支承用轴承的型号、规格4.7.1 轴承内径略大于=12.2 mm 取=20mm4.7.2 滚动轴承型号、规格选择由第二章已经确定了，支撑分别是由深沟球轴承承受径向载荷和角接触轴承承受轴向载荷。1）确定当量动载荷径向：深沟球轴承的径向最大载荷为轴向载荷=390N轴向:角接触轴承的轴荷=780N当量载荷 =780N -当量载荷() -轴向载荷() -径向载荷() -径向动载荷系数 -轴向动载荷系数2)根据额定动载荷

33、选择轴承尺寸 (或) -基本额定动载荷计算() -当量动载荷() -寿命因数 -力矩载荷因数 -冲击载荷因数 -速度因数 -温度因数 -轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷() -轴承尺寸及性能表中所列轴向基本额定动载荷()根据机械设计师手册算得各轴承的动载荷 16.12KN, 16.12KN, 138.06KN根据机械设计师手册选得,深沟球轴承型号为：16004；角接触球轴承型号：7004AC；4.8 滚珠丝杠副工作图设计4.8.1 滚珠丝杠副的螺纹长度 （式4-15） -余程 见表4-10中 =行程+主轴箱高（已包含螺母的长度）表4-10 导程-余程表公称导程456810121620余

34、程（）1620243240455060由表4-10查得余程=40按由已知得主轴箱=500已知：行程=250代入式4-15得 =8304.8.2 丝杠全长丝杠全长=+ + 830+16+24+15+6.4+29 916.4注：实际上还需要预留量给轴承预紧用。4.8.3 行程起点离固定支承距离由工作图得：螺纹长度=830 滚珠丝杠螺母中点至固定支承的最大距离=470 丝杠全长=400 滚珠丝杠螺母中点至固定支承的最小距离=04.9 精度选择 ：任意500 mm内的行程变动量对半闭环系统言， 定位精度- 定位精度为20 /1000 7.15丝杠精度取为3级 =127.154.10 确定滚珠丝杠副的规

35、格代号已确定的型号：2501-3公称直径：25 导程：10螺纹长度：830 丝杠长度：917类3级精度丝杠定购型号：FGZL2504-3 3/9168304.11 验算临界转速 （式4-16） -临界转速（）-与支承形式有关的系数-丝杠底径-临界转速计算长度（）由表4-11得，=9.7由表4-9得, =21.9由工作图得，470代入式4-16得9.26=600表4-11 支承系数、支承方式简 图K2f一端固定一端自由0.253.4一端固定一端游动215.1二端支承19.7二端固定421.94.12 珠丝杠压杠稳定性验算 （式4-17）-临界压缩载荷（N）-安全系数，丝杠垂直安装为1/2-支承系

36、数-丝杠最大受压长度-滚珠丝杠副所受最大轴向压缩载荷66780.6N本章小结滚珠丝副在本主轴箱中充当着非常重要的角色，是主轴箱的重要力量支柱。它时刻操控着主轴箱的轴向运动。本设计机床可以使用十年，在十年时间里面主轴箱就靠着这根丝杠上下移动，加工时候的冲击，震动都直接传递到滚珠丝杠副上面。所以我们需要做出更详细的计算分析，才能够选出一根符合我们主轴箱使用的丝杠副。生产丝杠副的成本高，购买的费用更是以米来计算价格。可靠的丝杠会给我们日后的工作提供稳当的保证。实际需要决定了我们的选择。除了使用条件外，我们还是要考虑它负载的安全性能，包括对丝杠的支承方式等。选择出来的丝杠副是南京工艺设备制造厂生产的F

37、GZL2504-3FF型是内循环单螺母式滚珠丝杠副,径向安装尺寸小,安装简便、有预紧。完全能够满足我们十年使用寿命。第五章 其他机构设计5.1 平衡机构中链接设计在机构中上，主切削头的有一定的重量，然而电机带动主切削头上下运动和进行切削工件已经需要一定的功率。再加上主切削头的重量，那就需要更大的功率。为了避免这种情况出现，用一个平衡锤把主切削头的重量平衡了。平衡机构中要有连接平衡锤和主切削头的构件。可以用钢绳和导轮来连接它们两个部件。由于为了平衡作用，选用一般的钢绳就可以了。传动比取，运动的速度= ，属于低速运行，主切削头的重量是G=650N，根据机构的要求,我们选用直径为9mm的钢绳。根据所

38、选择的钢绳选取相应的导轮。5.2 电机的选择5.2.1 作用在滚珠丝杠副上个各种转矩计算外加载荷产生的摩擦力矩（） （式5-1）=1.38滚珠丝杠副预加载荷Fp产生的预紧力矩Tp() （式5-2）=0.262 Ph-滚珠丝杠副导程-未预紧的滚珠丝杠副效率1、2、3级精度的丝杠0.94级精度的丝杠0.85F-作用在滚珠丝杠副上的外加轴向载荷，不同情况下取值不一样。若计算电机启动转矩时，机械是空载起动时，F是导轨摩擦力（垂向运动F还包括机构重量）；若计算电机工作转矩时，F包括导轨摩擦力，工作载荷（垂向运动F还包括机构重量。）5.2.2 传动比i主切削头上下升降的速度一般切v1=0.8 m/min；

39、快速进给v2=6m/min；而丝杠一般切削V11=0.8 m/min快速进给V22=6m/min；传动比i=25.2.3 负荷转动惯量JL及传动系统转动惯量J的计算JL= （式5-3）JL=0.000375 （丝杠重量m=1.2kg）J=JL=0.000375质量（Kg）和速度（m/min）；初选电机型号130BF001 转动惯量JL=0.00046；该电动机的最大静扭距Tmax=9.31；电动机的功率 4.0KW为了使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度应为： 5.2.4 加速转矩Ta和最大加速转矩 当电机转速从n1升到n2时：n1=0.8 m/min升到n2=6m/min时 （式5-4）=0.12 当电机从静止升速至nmax:   （式5-5）=2.826   n-电机转速（r/min）nmax-电机最高转速（r/min）ta-加速时间（s）最小加、减速度时间为1秒ta (3-4)tm或者按性能要求自行规定。tm-电机时间常数。(表明此电机在额定电压给定，空载情况下，转速达到额定转速的63%时所需的时间)可查电机样本5.2.5 电机的最大启动转矩 （式5-6）=2.826+2.76+0.262=5.848 Tmax=9.31电机到滚珠丝杠副的传动比。不在滚