立式数控铣床工作台X轴设计

1、立式数控铣床工作台（X轴）设 计天津职业技术师范大学立式数控铣床工作台（X轴）设计专 业： 机电技术教育班级学号：学生姓名：指导教师：二0三年七月刖言2第一章 数控铣床工作台（X轴）设计计算1 .11. 2设计计算1. 3滚珠丝杠螺母副的承载能力4传动系统的刚度1 .5驱动电动机的选型和201 .6机械传动系统的动态分析241 . 7传动系统的误差计算和分25281. 8 确定滚珠丝杠螺母副的规格型第二章电气原理图3334参考文 总结刖言数控机床是数字控制机床的简称，是用数字化信息来实现工 件与刀具相对运动轨迹、切削加工工艺参数及各类辅助操作等步骤自动控制的高效率加工机床，在国民经济中有着重要

2、的地位 和作用。随着数控技术和材料科学的发展，近年来世界数控机床 向高速、精密、智能和绿色方向发展。具体表现为：高速化、精密与超精密化、复合化、开放化、智能化、绿色化，高效化。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五” 期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关” 我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几 年，我国数控产业发展迅速,1 9 9 82 004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39. 3 %口 34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2 0 02年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、 机床进口第一大国，2004年中

3、国机床主 机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，7 0%上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力,究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、 服务意识与能力欠缺、数控，系统生产应用推广不力及数控人才 缺乏等。就刚刚过去的“十一五” 期间，我国数控机床行业突破了大量技术难关，取得了许多具有自主知识产权的重大科研成果。但我们仍能清楚地看到，我国数控机床行业与国际先进水平还存在着不小的差距。在加工机床方面,尽管近年来数控机床发展较快，但在加工效率

4、、精度保持性、MTT BF (平均无故障运行时间， Mean Time Bet ween Fai lu re S) 和技术配套性等方面还不能满足高端用户的需求，并且动力刀塔、电主轴、进给系统、电气控制等关键功能部件依旧绝大部分依赖进 口。数控系统方面， 我国无论是在技术还是在产品方面与国际先进水平都存在很大的差距。 在技术性能方面主要表现在现场总线、高速高精插补技术、运动控制技术、复合加工加工技术、智能化检测与控制技术、加工工艺及多轴编程技术等;在产品方面的差距主要表现在可靠性设计及生产管理、产品的系列化等方 面上。第一章数控铳床工作台（X轴）设计计算1.1概述1. 1. 1技术要求Vmax=

5、1 5工作台、工件和夹具的总重量 m = 9 00k g （所受的重力 W=9000 N）,其中，工作台的质量mo=5 0 0kg（所受的重力WO =50 0 0N）;工作台的最大行程Lp =5 8 0mm工作台快速移动速度000 mmmin；工作台采用滚动直线导轨，导轨的动摩擦系数0 .01 ,静摩擦系数U0= 0 .0 1 ；工作台的定位精度为25um,重复 定位精度为1 8um ;机床的工作寿命为 2000 0 h,机床采用伺服 主轴，额定功率Pe = 5 .5 kw,机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径0= 1 2 0m m,主轴转速n = 2 4 0r /min，切削状况如 表1-

6、1所示表1- 1数控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 .610主电动机满功率条件下切削般切削0.830粗加工精加工切削15 0精加工快速进给1510空载条件下工作台快速进给1.1. 2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、对滚珠丝杆螺母副采用预紧;2、采用伺服电动机驱动。3、采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠进行直连。4、采用交流调频主轴电动机，实现主轴的无级变速。1. 2设计计算1 .2.1主切削力及其切削分力计算(1 )主切削力Fz根据已知条件，铣刀直径D=120mn主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。铣刀的

7、切削速度为Dnv 603-14 120 10 3 240 m/s 1.5072m/s60主传动链的机械效率0.8，按式FzmPEv103可计算主切削力Fz ；v-机床主轴的计算转速(主轴转速全部功率时的最低切削速度，m/s;)m O.8。m-机床主传动系统的传动功率，一般取Fz 普 103 7507? 103N 2919-32N各切削分力根据表1 -2可得工作台纵向切削力Fi、横向切削力Fc和垂向切削力Fv分别为Fi 0.4F0.4 2919.32 N1167.728NFc 0.95Fz0.95 2919.32 N2773.354NFv 0.55Fz0.55 2919.32N1605.626N

8、12工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值切削条件比值对称端铣不对称端铣逆铣顺铣端铣FJFz0.30# 0.400.60# 0.900.15 N 0.30Fc/Fz0.85 N 0.950.45 0.700.901.00(ae(0.40.8)d0,af0.10.2)Fv/Fz0.50$ 0.550.50$ 0.550.50$ 0.55圆柱铣、立铣、盘铣和成形铣R/Fz1.00*1.200.80/ 0.90Fv/Fz0.20 0 0.300.75 0.80(ae 0.05d0,af 0.1 0.2)Fc/Fz 0.35 0.400.35 0.401.2.2导轨摩擦力的计算（1 ）计算在切削状态下的

9、导轨摩擦力F，此时，动摩擦系数0.01 ,Fc、Fv -主切削力的横向切削分力（N）和垂向切削分力（N）；W-坐标轴上移动部件的全部重量（包括机床夹具和工件的重量，N）;-摩擦系数，对于帖塑导轨，=0 .15;对于滚动直线导轨， =0. 0 1,本设计为滚动导轨，取=0.01 ；fg -镶条紧固力(N),其推荐值可查表1-3得镶条紧固力fg =75N,则F (W fg Fc Fv)0.01(900075 2773.3541605.626)N134.546N导轨形式主电动机功率/ kw2.23. 75.57.51 1151 8贴塑滑动导轨50 0滚动直线导轨2 5401 75镶条紧固力推荐值表1

10、3计算在切削状态下的导轨摩擦力 F0和导轨静摩擦力F0。(W fg)=0. 0 1 X ( 9 000 + 75) N=90.7 5 NF。0(W fg) = 0 . 0 1 X ( 9 00 0 +75)N=90.75N1.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力(1 )计算最大轴向负载力Famax(2)计算最小轴向负载力FaminFaminFu090.75N1. 2 .4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算1)确定滚珠丝杆的导程根据已知条件，取电动机的最高转速nmax1500r/min ,则由式L。也得:in maxLo 圧 15000 mm 10mm inmax 1 15002)计算滚珠丝杆螺母副

11、的平均转速nm和平均载荷Fm(1)估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。现将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷Famax ,快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷Famin。一般粗加工和精细加工时，滚珠丝杆螺母副的轴向载荷 F2、F3分别可按下列公式计算:表1- -4数控铣床滚珠丝杆的计算F2 Famin 20%Famax , F3 Famin 5%Famax，并将计算结果填入表14。切削方式轴向载荷/N进给速度/( mmin)时间比例/(%)备注强力切削1 217.267v10.61 0F1Famax般切削(粗加工)249.2034V20.830F 2Fa min20 % Fam

12、ax精细加工(精加工)6 6 .6 1 3 35V3150F 3 Famin5 %Fa max快移和定镗定位5. 7 5V4vmax10F4Fami n(2)计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速nin4V10.6匚10 10V20.8L?310 10110 10 3v_15r / minr / minn3L010nin23r /min60r / min80r / min100r /min(3)按式nm3 r / min10 31500r / min10010.2计算滚珠丝杆螺母副的平均转速nm。n g n nmdn110010(60100g210030 cc 80100n2gn nnn10

13、050 100100-10 1500)r/min 230r/min100(4)按式F3十盘- Fn3齢0计算滚珠丝杆螺匚 3 n2q2匚 3 nn qnFlu.片硕母副的平均载荷Fm。nm 100n m 100Fm祈極4288?空卫 351.235763 竺越 155.87144 但型 90 型迤 NV230 100230 100230 100230100V1217.2673 0.03 249.20343 0.10 66.613353 0.22 5.75 0.65N398.9N3)确定滚珠丝杆预期的额定动载荷Cam(1 )按预定工作时间估算查表1- 5得载荷性质系数fe 1.3。初步选择的滚珠

14、丝杆的精度等级为2级，查表1-6得精度系数fa 1。查表1 -7得可靠性系数fc0.44,额定寿命Lh 20000h代入式Fm fwCam36叽100沆得Cam 60nmLmfam 7100fafc3 381.95 1.3习60 230 20000 N100 1 0.447673.75N表15 载何性质系数fw载荷性质无冲击(很平稳)轻微冲击伴有冲击或振动fw1 1.21. 21. 51. 5 2表1 - 6精度系数fa精度等级1、2、34、5710fa10.90.80.7可靠性/(%)9fc10.6 20.530.440. 330.21表17可靠性系数fc(2 )因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧

15、，所以可按式CamfeFamax估算最大轴向载荷。查表1- -8得欲加动载荷系数fe4.5，则Cam feFamax 4.5 1302.4288N5850.93N表1-8欲加动载何系数f e欲加载荷类型轻预载中预载重预载fe6 .74. 53. 4(3 )确定滚珠丝杆预期的额定动载荷Cam。取其最大值，即 Cam=7 67 3. 754)按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经d2m(1 )估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为 25 m,重复定位精度为18 m,根据公式max(0.3 - 0.5)重复定位精度m和max (0.2 - 0.25)定位精度maxm以及定位精度

16、和重复定位精度的要求，得max1 (0.3 - 0.5) 18 m (6 9) m,max2 (0.2 0.25) 25 m (5 - 6.25) m取二者较小值，max 5 m。(2)估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经d2m。本机床工作台(X)轴滚珠丝杆螺母副拟采用两端固定式的安装方式。滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为L二行程+安全行程+2X余程+螺母长度+支承长度 ( 1 .21 . 4)行程+(25 30) Lo取 L=1. 4X行程+ 3OLo =( 1.4 X 58 0+30X 10)mm=1112nm ,又 Fo=9O.7 5N,由式d2m 0.039I匹得d2m 0.039

17、严maxJ2m0.0395.55mmmaxI55）初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号根据计算所得的L。、Cam、d2m，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FFZD5010 3,其公称直径do、基本导程Lo、额定动载荷C a，丝杠底径d2分别为:d0 32mmL0 10mm,Ca 25.7kN Ca 7.7kN ,d227.3mm d2m 11.1mm ,符合要求。Fp6）由式Fp 3 Famax Ca Cam确定滚珠丝杆螺母副的预紧力311Fp丄Famax1302.4288N434.143Np337）计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力（1）按式其中目标行程补偿值（mm

18、）;tLu 11 tLu 106mm计算目标行程补偿值Lu =工作台行程+安全行程+2X余程+螺母长度t 温度变化值（C），一般情况下为丝杆的线膨胀系数（1/ C ）,一般情况下为11 10 6/C ;Lu-滚珠丝杆副的有效行程(mm) o知温度变化值t 2C ,丝杆的线膨胀系数11 106/C，滚珠丝杆副的有效行程=(580+100 + 2X 20 + 14 6 ) mm=8ffi m m,故 t tLu 11 tLu 10 6mm 11 2 866 10 6mm 0.0191mmFt。(2)按式Ft 1.81 td；计算滚珠丝杆的预拉伸力已知滚珠丝杆螺纹底径d2 27.3mm,滚珠丝杆的温

19、度变化值2 2Ft 1.81 td21.81 2 27.3 N 2697.95N8)确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号(1 )按式 FBmaxFt Famax1 1 FBmax Ft - Fa max (2697.95 ? 1302.4288)N3349.1644N)计算轴承的预紧力FbpFbp FB max3计算轴承所承受的最大轴向载荷F1 3349.1644N1116.388N3计算轴承的当量轴向载荷FBamBmax °FBam Fbp Fm (1116.388 398.8965) N 1515.2845 N按式C盒诟贰计算轴承的基本额定动载荷已知轴承的工作转 n nm 23

20、0r/min速，轴承所受的当量轴向载荷FBam 1515.2845N,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 F Bam cos601515.2845 0.5N757.64NFaF Bam sin60" 1515.2845 0.87N 1312.24 N因为空丝1.732 2.17,所以查表1- 9得，径向系数XFr757.64=1.9，轴向系数 Y=0. 5 4,故P XFr YFa (1.9 757.64 0.54 1312.24) N 2148.1256 NP2148 12563C 一范nLh 360 230 20000N 13985.1

21、N100Y100表1 -9 载何系数组合列数2列3列4列承载列数1列2列1列2列3列1列2列3列4列DFDF组合形式DFDTDFDD FDDTDDFTDTTTF1. 42.31.12. 5=2 17X1 .9"""3372. 333"""FrY0. 50.770.350.890. 30.26450. 90. 90. 00.0. 9=2.17 FrX20.9220. 0220.92920.922Y1. 01. 01 .1 .01. 01. 01. 01 .01. 00(5 )确定滚动轴承的规格型号由于滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施，所以

22、选用60°角接触球轴承组背对背安装。由于滚珠丝杆的螺纹底径d2为27. 3mm所以选择轴承的内径d为2 5 m m在滚珠丝杆的两个固定端均选择60角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为7 6 0 2 0 5TNI/P 4 DFB,尺寸（内径X外径X宽度）为25mm< 52m mX 1 5 mm ,选择脂润滑。该轴承的预载荷能力Fb p，为1250N,大于计算所得的轴承预紧力 Fbp=1 1 16. 2 88N.并在脂润滑状态下的极限转速为26 0 0 r/mi n,等于滚珠丝杆的最高转速nmax 1500r/min,故满足要求。该轴承的额定

23、动载荷为c'=22000N,而该轴承在200 0 0 h工作寿命下的基本额定动载荷C=13985.1N，也满足要求。1. 3滚珠丝杆螺母副的承载能力校验1.3 . 1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验本滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杆受拉而不受压， 所以，不存在压杆不稳定。1 .3.2滚珠丝杆螺母副临界转速nc的校验由以上的计算可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度L2 =8 17 .5 m m。已知弹性模量E 2.1 1O5MPa ,材料密度1 7.8 10 5 N/mm3 , 重力 加速度 g 9.8 103mm/s2 , g安全系数K1 0.8。查参考文献1表2-4 4得4.73

24、。27252mm4585.05mm则:滚珠丝杆的最小惯性矩为I d；吐27.34mm46464滚珠丝杆的最小截面积为A - d； 314 27.32mm244故可由式nc60 2 fETncKi2 fAcc 60 4.732f2.1 105 2 7 2 5 2 9.8 1 03 ,.0.8 5r / min2 3.14 817.5 V 7.8 10585.058970.3r/min本丝杆螺母副的最高转速为15OOr/min，远远小于其临界转速，故满足要求。表2 -44 与支撑方式有关的系数支撑方式K2f一端固定一段自由F- O0.251 .8753.4一端固定一段游动F-S23 .9271 5

25、.1二段固定F-F44. 7 32 1.91.3. 3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验滚珠丝杆螺母副的疲劳寿命。 它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杆在相同的条件下回转时，其中9 0%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速。 查参考文献1附录A表A-3得滚珠丝杆的额定动载荷Ca 25700N，运转条件系数fw 1.2,滚珠丝杆的轴向载荷Fa Fmax 1302.4288N，滚珠丝杆max螺母副转速n nmax 1500r/min,由式L (旦)3 106, Lh 得:Fa fw60naxL (旦)3 106 (25700)3 106r 4.45 109r ,Fafw1302.4288 1.2Lh9

26、丄 4.45 10 h 49444h60n60 1500般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命Lh 20000h故满足要求。1 . 4传动系统的刚度计算1.4 . 1传动系统的刚度计算(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度Ks。丝杆支承方式为两端固定，当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时(a L/ 2, L 1055mm)时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度Ksmin，按式Ksmin 6.6 102计算:Ksmin6.6 10晋6.6 102m 466.25 N/ m1055当 a Ly 817.5mm或 aLj 237.5mm时(即滚珠丝杆的螺母中心位于行程的两端位置时

27、)，滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度Kdsmax 5可按式 Ksmax 6.6 102d；L4Lj(L Lj)计算:d；LKsmax 6.6 102 4Lj(L Lj)27.32 10556.6 102N/ m4 237.5 (1055 237.5)668.2N / m(2)计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度Kb 0已知轴承接触角60 ,滚动体直径dQ 7.144mm,滚动体个数Z=1 6,轴承的最大轴向工作载荷FBmax 3349.164N，查参考文献1max表 2-45、 2-46 得.5 max sinKb 4 2.34 时dQZ乍B4 2.34 V7.144 162 3349.164 si

28、n560 N / m1284.428N/ m(3)计算滚珠与滚道的接触刚度Kc查参考文献1附录A表A -3得滚珠与滚道的接触刚度K 386N/ m,额定载荷Ca 25700N，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷Famax故由式Kc K(天得 Kc K(01尹3 386(13驾护 N/ m 307.747N / m(4)计算进给传动系统的综合拉压刚度由式丄Kmax1Ks max1Kb得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为1 1 1 1KKK Kdmax"s max1668.21284.42810.0055307.747故 Kmax 181.82N/由式丄Kmin1K-J得进给传动系统的综合

29、拉压刚度的最KsminKb Kc小值为1 1111 1Km? Kmn K?瓦 466.251284.428一1一 0.0062307.747故 Kmin161.29N/ m。42滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算由以上计算可知，扭转作用点之间的距离L2925.5mm已知剪27.3 10 3m。切模量G 8.1 104MPa,滚珠丝杆的底径d2d2G得K3.14 (27.3 10 3)4 8.13 104 106 N?m/rad32 L2 得332L232 925.5 104770.22N ?m/rad1.5驱动电动机的选型与计算1.5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量(1)计算滚珠丝杠的转动惯量Jr

30、。滚珠丝杠的密度7.8 103kg/cm3，可得nnJrDl 0.78 10 3 D4Lj32 j 1j 10.78 10 3 (2 34 8.9 44 100.9 2.54 5.2)kg?cm2221.43kg? cm(2 )计算联轴器的转动量Jo。J。0.78 10 3D4L344220.78 10 3 (6.64 34) 8.2kg ?cm2 11.62kg ?cm2(3 )计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量Jl。已知机床执行部件(即工作台、工件、夹具)的总质量m 900kg ,电动机每转一圈,机床执行部件在轴上移动的距离L 1cm ,则由式Jl m(丄)2得2J L m(丄)2

31、900 (1)2kg?cm2 22.83kg ?cm2L 22 3.14(4 )由式Jd Jr J。Jl计算加在电动机轴上总的负载转动惯量Jd。2 2Jd Jr J。Jl (21.43 11.62 22.83)kg?cm 55.88kg ?cm1.5 .2计算折算到电动机轴上的负载力矩(1 )计算切削负载力矩Tc。a amax已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力FaFamax 1302.4288N ,电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L 10mm 0.01m，进给传动系统总效率0.90,由式人驴得旦 1302-4288 0-01 N?m 2.3N?m22 3.14 0.90(2)计算摩

32、擦负载力矩T已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力 (即为空载时的导轨摩擦力)F 0 90.75N ,由式Tu严得_L0L90.75 0.01 N ?m 0.16N ?m22 3.14 0.9(3)计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩Tf。已知滚珠丝杠螺母副的预紧力Fp 434.143N滚珠丝杠螺母副的基本导程Lo 10mm 0.01m,滚珠丝杠螺母副的效率00.94,由式Tf 2%02)得TfFpL02L 0)434.143 0.010.942)N ?m 0.089N ?m2 3.14 0.93计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩(1 )计算线性加速力矩Tai已知机床执行部件以最快速

33、度运动时电动机的最高转速nmax1500r/min,电动机的转动惯量Jm 62kg ?cm2,坐标轴的负载惯量Jd55.87kg ?cm2，进给伺服系统的位置环增益kz 20Hz，加速时间ta吕知0.15s,由式Tal ks 20604ms：(Jm Jd)(1 宀得Tai2 nmax / II iAkstcc eg (Jm Jd)(1 e 60 980ta119.62kgf ?cm 11.73N ?m2 3.14 1500(6255.87) (1 e 20 015 )kgf ?cm980 0.1560(2)计算阶跃加速力矩。已知加速时间ta -ks1 s 200.05s，由式 Tap2 nma

34、x60 980ta (Jm Jd)得2 nmaxTap(J60 980ta3.14 1500 LL (62 55.87)kgf ?cm60 980 0.05377.67kgf ?cm 37.02N ?m(3)计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。Tq。按式TqTap(TTf)计算线性加速时空载启动力矩Tq Tap (T Tf)(11.73 0.16 0.088) N ?m 11.979N ?m按式TqTap(T Tf)计算阶跃加速时空载启动力矩Tq。ITq按式TkjT Tf计算快进力矩Tkj。TkjT Tf (0.16 0.089) N ?m 0.249N ?m按式TgjTcTf计算工进

35、力矩Tgj。Tap (T Tf)(37.02 0.16 0.089)N ?m 37.269N ?mTgjTc Tf (2.3 0.089)N ?m 2.389N ?m1 .5.4选择驱动电动机的型号(1 )选择驱动电动机的型号通过以上计算和查参考文献1表2-4 7,选择交流伺服电动机为日本F ANUC公司生产的12/3000i型驱动电动机。主要参数如下:额定功率3kw;最高转速30 0 0r/min ;额定力矩 1 2 N ?m ;转动惯量62kg?cm2 ;质量18kg。现按5倍计算额定力矩，电动机 的加速力矩为60N?m ,均大于本机床工作台的线性加速时所需 的空载启动力矩Tq 14.77

36、N ?m以及阶跃加速时所需的驱动Tq 40.16N?m,本电动机均满足要求。该电动机的额定力矩为1 2 N?m,均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩Tkj 3.0N ?m以及工进时所需的驱动力矩Tgj 5.73N ?m，因此，本电动机均满足驱动力矩要求。系统的负载惯量Jd与伺服电动机的转动惯量Jm之比一般应满足 式0.25虫1而在本设计中J m沽警 0.9 0.25,1故满足惯量匹配要求。1. 6机械传动系统的动态分析1.6 .1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率已知滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度m、 ms分别是机床执行部件的质量（kg ）K。Kmin 371.27 106N/m，而滚

37、珠丝杠螺母副和机床执行部件的等 效质量md m 1ms （其中3和滚珠丝杠螺母副的质量（kg ），则m 900 kgms 3.22 121.9 7.8 103 kg 7.64kg411mdm -ms (900 7.64)kg 902.54kg33(371 27 106902.54 rad/S 635rad/S1.6 . 2计算扭转振动系统的最低固有频率nt折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为J0(21.43 11.62)kg ?cm233.05kg ?cm20.0033kg ?m2已知丝杠的扭转刚度 Ks K 4770.22N?m/rad，则nt J 3?rad /s 1202.3rad/

38、s由以上计算可知,丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率nc 635rad/s、扭转振动系统的最低固有频率ncnt1202.3rsd/s 者 P比较高。一般按n 300rad / s的要求来设计机械传动系统的刚度故满足要求。1 . 7计算传动系统的误差计算与分析1.7 . 1计算机械传动系统的方向死区已知进给传动系统的最小综合拉压刚度Kmin312.50 106N/mm,导轨的静摩擦力F。2100N ,则由式z匹103得K min2 玉 103K min2 2100 6 103mm 0.010mm312.50 1010 m 10 m故满足要求。1.7 .2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起

39、的定位误差kmax由式 kmaxFo(& &)103 得K min K max113kmax F0() 10K min K max1132100 (6) 10 mm 0.0004mm312.50 10357.14 10kmax 0.4 m 6 m故满足要求。1.7.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差(1 )计算由快速进给扭矩Tkj引起的滚珠丝杠螺母副的变形量已知负载力矩T Tkj 2900N?mm,由以上计算得扭转作用点之间的距离L212225mm ,丝杠底径d?44.3mm ,由式7.21 10 2 尖得 d27.21 10 2与 7.21 10 2 2900 1222.54

40、4.34o.。07(2)由扭转变形量引起的轴向移动滞后量将影响工作台的定位精度。由式得3600.0019mm 1.9 m,“ 0.07mmLq10 mm3603601.8确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号1. 8 .1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级求:本机床工作台采用半闭环控制系统,V300 P、ep应满足下列要V300 p0.8 (定位精度kmax )0.8(20 0.41.9) m 17.7 mep 0.8 （定位精度kmax )17.7 m滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为2级,查参考文献2-20 得V300P0.8 m 17.7 m ;查参考文献1表2-21得，当螺纹长度为850m m

41、时，ep 15 m 17.7 m故满足设计要求。1.8. 2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD5010-3-P2/15 19X 100 0,其具体参数如下。公称直径与导程：5 0 m m 1 0mm ;螺纹长度:1 00 0mn ;丝杠长度:1 51 9 m m类型与精度:P类，2级精度。表1- 1 0 2弧度内行程变动量V2 P和任意30 0 mn行程内行精度等级12345V2 p45678V300 P68121 62 3表1- 1 1 有效行程Lu内的目标行程公差ep和允许的行程变程变动量V300p（ m）动量Vup （单位：m）有效行精度等级程/ m m123

42、45epVupePVupepVupepVupepVupw 36162 32 3>3 1817252 554> 40871 01605 0 0>500 2221302963>631 0833531080 0>8001> 1 093429463900125第二章电气原理图2. 1输入输出开关量（I/O 口）saL52畑SUMU143315XffllfeJtv*WiyM镇：1W丧ZlWi=4Et31<1&910319XZ 5睞MSOWX翊建5110T】芒S(E-££(R4?am7I1£1加S11+3II&ITU?

43、KiO SM4113<£创豈 一 iiwwi)eu?35ldt4VCICC224Vj14E4VCl£4Vj：<S£呂tsB JJ+別J3E71葩L? 137 6保 le 13?L7 ESTQ4 EE15424>E4150丄uavc促*V；i cea现 c辛叫 P HP 24 Ui,為02 tQ OOOS£ 031Q 132y3凤XJJMCX4 3Ml13 DC 匹0112 ECDU-lj- 1=r工211科航<£+e.5刃氐1>30J(；311QE6EE朗9I=«£11E9J4D期Jll；5址4

44、+<45TdEX-1,7J6t39S2*训i*沁丘FVG0130 £DLJ9K35136177111列 £3I£5畑/YQDYO：YQ2YCIVYfWYasYflfiVlCJUJ14】血/Wk i*W<15k珮Jt純曙iMs 刨5V-LNLZ螢倣藝 細IW 屈抽諸10 d<lttC24df>S nL4 I吗 DI: 5 fl !7 F-?inP2j T Kiori J 1© CTBGE 3 JT 陀 ItJUU14£4Vb 凸VE£4VbEMwtmiloa忧聲XE4QDfi io(n'FanTf壬轴胆机

45、 宝朋阳叫TillrijTTLi米 n EW2EINC 21 魁01主抽正妊 Z主轴反集 4主轴S忡11iCW V (TZ) 町T$) rsrOV 2fbV 3M 4A B岀0B 7TA2(E)4KT1121317上轴吏W胖19CII«CA45P3U2620, 27B1'S¥.工轴零逋 - 上轴jjfe麗钊达-V50xsaX3lG0典型铳床数控系统主轴单元电气原理图2.3电源部分在本课程设计中，照明灯的 24 V交流电源和H NC-2 1电源是各自独立的；工作电流较大的电磁阀用 24 V直流电源与输出开关量用的2 4V直流电源也是各自独立的，且中间用一个低通滤波器来隔离。由于图形较大，具体的原理图如后面。对于此电气图的相关解释: 各元器件名称:QF0-QF4为三相空气开关;QF5 -QF11为单相空气开关;KM1 -KM4为三相交流接触器；RC 1-RC3三相阻容吸收器（灭