简易数控铣床零部件设计(最终版)

1、本 科 毕 业 论 文（设 计）题目（中文）简易数控铣床零部件设计（英文）Simple CNC Milling Machine Parts Design学 院信息与机电工程学院年级专业姓名学号指导老师XXX大学本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目简易数控铣床零部件设计是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的法律责任。作者签名：日期：年月日上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表学

2、生姓名学号专业机械设计制造及其自动化学 院信息与机电工程学院指导教师姓名/职称/副教授题 目简易数控铣床机械部件设计本选题的意义及国内外发展简况：机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电

3、一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；

4、6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。

5、在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。

6、特别是在宇航、造船、军事等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量小。普通机床已不能适应这些需求。为了满足上述要求，一种新型的机床数字程序控制机床（简称数控机床）应运而生。 最早进行数控机床研制的是美国人。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数控机床。但这台数控机床仅是一台试验性的机床，当时用的电子元件是电子管。直到1954年11月，第一台工业用的数控机床才生产出来。从此以后，世界上其他一些工业国家也多开始开发、生产及应用数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始，数控技术广泛应用于

7、车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域，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，我国从日本及美国、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。 早期的数控机床控制系统采用电子管，体积大、功耗高，只在军事部门应用。只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。目前数控技术的主要发展趋势是：实现高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微处理机和微型计算机，向着增强功能、降低造价、方便使用的目标进展；积极应用计算

8、技术、系统工程理论和控制技术的最新成果，像这综合自动化方向变革。研究内容：1)机构功能;2)结构的强度和刚度;3)结构的工艺;支承部件设计;4)主传动部件设计;5)进给运动部件设计研究方法、手段及步骤：研究方法及手段：从理论出发，在掌握基础知识的前提下借助各种工具书以及实验器材完成研究。步骤：1)课题分析;2)方案拟定,系统总体方案设计;3)机械部件结构设计;4)电器部件逻辑设计;5)整理资料,编写设计说明书。主要参考文献：数控机床机械结构与设计作者:张耀满等编著 页数:167 出版社:东北大学出版社；数控机床的机械结构与维修作者:韩鸿鸾主编 页数:281

9、0;出版社:山东科学技术出版社；数控机床原理维护维修技术 数控及机械制造专业作者:杨波主编；技能型紧缺人才培养规划教材编写委员会编  出版社:海军出版社 等时间进度：1月10号1月29号 查阅及收集相关资料1月30号2月29号 机械部件结构设计系统分析2月30号3月29号 主传动运动部件设计3月30号4月29号 进给运动部件设计4月30号5月7号 机械装配图的绘制和完成论文初稿学生（签名） 年 月 日指导教师意见： 指导教师（签名） 年 月 日专业负责人意见：专业负责人（签名）年 月 日 注：本表与毕业论文（设计）一起存档，保存期为四年。上海师范大学毕业论文（设计）指导记录

10、表学院：专业指导教师学生姓名学号毕业论文（设计）题目日期指导内容存在问题与进一步改进意见教师签名学生签名注：本表由指导教师根据毕业论文（设计）指导工作方案和实际指导情况填写，在指导工作完成后交学院存档，保存期四年。摘要如今机械加工行业已经得到了快速发展，在机床设备要求方面也是越来越高,并得到了广泛的应用。1、在机床传动系统中，应用较广泛的传动是同步带传动。它把摩擦传动转换为啮合传动，防止了打滑现象，传动精度高，效率大大提高，传动比大，功率大。2、丝杠的应用是将旋转运动通过丝母转变为直线运动,由普通丝杠或滚珠丝杠传动，可获得很高的精度和平稳的运动。滚珠丝杠的传动是指丝杠和螺母之间加入适量的滚珠，

11、使丝杠和螺母之间的摩擦由普通丝杠的滑动摩擦改善为滚动摩擦的一种螺旋传动装置。其目的是使旋转运动转变为直线运动，滚珠丝杠传动是由滚珠丝杠、滚珠、螺母、滚珠循环返回装置等零件组成。它的特点是：摩擦力小，逆正效率高；磨损低，寿命长；通过预紧作用可以除去轴向间隙，提高传动精度，也不会自锁。不过，它的缺点是结构较为复杂，工艺性差，成本非常高。3、轴一般用来支承回转零件，同时也可以传递运动和动力。它的结构设计即确定它的外形和整个结构尺寸。对轴结构影响的因素有很多，比如在机器中安装位置的不同；作用在轴上的载荷性质和大小的不同；其他零件在轴上的位置和它们之间的联接方式不同；或者是加工工艺和装配工艺的不同等，所

12、以设计轴时，一般没有标准的结构形式。设计时，应由具体情况具体分析。一般对轴的结构设计要求：1）轴上各零件应有可靠的相对固定； 2）轴和轴上零件有准确的工作位置；3）形状、尺寸应有利于减少应力集中；4）良好的制造和安装工艺性。4、零件的加工应该遵循机械基本的加工顺序：先粗后精，先面后孔，先主后次，基面先行。零件的检验应按照所需安排，完善的加工工艺体系，可以保证和提高产品的质量，并且会大大提高劳动生产率，降低成本。关键词：滚珠丝杠传动；同步带传动；轴；粗糙度；结构设计AbstractThe machining industry has been rapid development of the r

13、equirements of machine tool equipment is becoming more and more high, and has been widely used.1、Machine drive system, the widely used transmission is a belt drive. It converted to a friction drive gear transmission, to prevent skidding, driving accuracy, efficiency is greatly improved, transmission

14、 and large power.2、Screw the application of the rotary motion to linear motion through changes in the wire mother, by ordinary screw or ball screw drive, the availability of high precision and smooth motion. The ball screw drive to add the right amount of ball screw and nut so that the friction betw

15、een the screw and nut to improve the rolling friction of a helical gear by the sliding friction of the ordinary screw. Its purpose is to make the rotary motion into linear motion, the ball screw drive consists of ball screw, ball nut, ball circulation to return devices and other parts. Other feature

16、s are: the friction is small, the inverse is high efficiency and low; wear, long life; axial clearance can be removed by the pretension role to improve the transmission accuracy, it will not self-locking. However, its drawback is that the more complex structure, poor technology, the cost is very hig

17、h.3、Axis is generally used to support the rotating parts, but also can transmit motion and power. Its structural design, to determine its shape and size of the entire structure. Axis structural factors that affect a lot of different positions, such as installed in the machine; different role of the

18、nature and size of the load on the shaft; other parts in the position of the axis and the join between them; or processing and assembly process different design axes, generally there is no standard structure. The design should be specific conditions. General requirements for the structural design of

19、 the shaft: 1) axis of each part should be a reliable and relatively fixed; 2) axis and the axis parts accurate location; 3) Shape, size should be conducive to reducing stress concentration; 4) manufacture and installation of the craft.4、Parts of the process should follow the basic mechanical proces

20、sing sequence: first rough after fine surface after the first hole, the first primary after the first base surface. The inspection of the parts should be arranged in accordance with the desired sound processing system, to ensure and improve the quality of the product, and will greatly improve labor

21、productivity and reduce costs.Keywords:Ball; screw; drive; Belt; drive; Axis; Roughness; Structural design目录上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明I上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表II上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表中文摘要及关键词英文摘要及关键词 1 设计目的和意义 12 设计内容、方法和步骤 33整体设计结构3.1设计技术条件33.2 设备要求34 电机选择及其参数4.1SPM132XL主轴电机主要特性和参数34.2 FXM无刷AC伺服电机特性和参数35 主传动

22、带轮设计过程5.1同步带轮传动简介35.2 同步带轮计算和选择36 电机调整垫和支座设计7 隔垫设计8 丝杠计算过程8.1概述38.2 材料的选择38.3耐磨性计算48.4基本参数48.5设计过程48.5.1确定滚珠丝杠副的导程48.5.2滚珠丝杠副的载荷及转速计算88.5.3确定预期额定动载荷4传动刚度预紧计算89 主轴设计过程9.1主轴是主传动系统的组成部件49.2估计轴的最细部位直径49.3轴承的选用49.4弹簧挡圈选择49.5胀套选用410滑枕箱体设计11轴承座设计12总结参考文献 131 设计的目的和意义机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴

23、起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介

24、质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家

25、的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型

26、的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量小。普通机床已不能适应这些需求。为了满足上述要求，一种新型的机床数字程序控制机床（简称数控机床）应运而生。 最早进行数控机床研制的是美国人。1952

27、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数控机床。但这台数控机床仅是一台试验性的机床，当时用的电子元件是电子管。直到1954年11月，第一台工业用的数控机床才生产出来。从此以后，世界上其他一些工业国家也多开始开发、生产及应用数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始，数控技术广泛应用于车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域，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，我国从日本及美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机

28、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。 早期的数控机床控制系统采用电子管，体积大、功耗高，只在军事部门应用。只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。目前数控技术的主要发展趋势是：实现高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微处理机和微型计算机，向着增强功能、降低造价、方便使用的目标进展；积极应用计算技术、系统工程理论和控制技术的最新成果，像这综合自动化方向变革。2 设计的内容、方法和步骤2.1内容1)机构功能;2)结构的强度和刚度;3)支承部件设计;4)主传动部件设计;5)进给运动部件设计2.2 方法及步骤从理论出发，在

29、掌握基础知识的前提下借助各种工具书以及实验器材完成研究。步骤：1)课题分析;2)方案拟定,系统总体方案设计;3)机械部件结构设计;4)电器部件逻辑设计;5)整理资料,编写设计说明书。3 整体设计结构3.1设计技术条件1、西班牙FAGOR SPM132XL主电机：22KW；2、主传动比：1：4；3、西班牙FAGORFXM74伺服电机：26KN；4、滚珠丝杠用轴承：德国IBC60°推力接触轴承；5、同步带及带轮：HTD-8M；6、胀套: 由武汉正通ZI 型改用德国CLAMPEX KTR150型；7、滚珠丝杠副：由南京FFZD型内循环浮动式改用日本THK BNFN型6310-5RRG0+1

30、300 C3；8、锁紧螺母用台湾YINSH YSK型。3.2设计要求1、部件装配图；2、主要零件图；3、主要零件工艺规程；4、计算过程。4 电机的选择及其参数4.1 SPM132XL主轴电机主要特性和参数表1SPM132XL参数S1额定功率S6-40%额定功率S1额定扭矩S6-40%额定扭矩额定电压S1电流S6-40%额定电流额定转速最大转速惯量重量推荐的SPD主轴驱动推荐的SCD主轴驱动单位KwKwNmNmVrmsArmsArmsrpmrpm10-3Kgm2Kg数值222814017827062.379.3150075000.071193.15表2尺寸（mm）参数HABCKVWDxEbxhM

31、NPQFXSTSPM132XL132216332891279020542x11012x826523030041426465754.2 FXM无刷AC伺服电机特性和参数表3特性静态扭矩Nm峰值扭矩Nm各种电机额定转速的静态电流惯量Kgcm2重量Kg1200 rpm2000 rpm3000 rpm4000rpmlo（Amps）FXM74261306.210.415.420.612031.6表4尺寸（mm）型号AC1AC2LBBRDEFGDGARFXM741851853235332k6581083550型号MNP1P2STLVSTACVLPFXM74215180i624524515494.5M10x

32、222053035 主传动带轮的设计过程5.1 同步带轮传动简介同步带亦称同步齿形传动，如图所示：（P104）。它由梯形同步带与齿轮带组成，有时也附加紧轮，（本设计不带有张紧轮）它是带传动的改进与发展。从摩擦传动改变啮合传动，避免了打滑，常用做较精密的传动，具有如下特点：a、传动较精密；传动平稳，能吸震，噪声小。b、预张紧力小，轮轴上所承受的负荷亦相对较小；c、同步带可用复合材料制作；d、传动中心距要求较严、安装精度要求较高，对两带轮轴线，平行度及中心距要求严格；维护保养方便，能在高温，灰尘，水及腐蚀介质中工作，不需润滑；e、同步带为预制件，已趋于标准化，由专业厂生产。同时，同步带所传递的线速

33、度可达到50m/s、功率可达到300kw、传动比I可达到1/10（极限允许1/20）、效率可达0.98左右。f、同步带有强力层和基体两部分组成，强力层由钢丝绳和玻璃纤维制作，基体由聚氨酯或氯丁橡胶制成。g、带轮可以自行设计也可采购，为了保证齿形带和带轮的正确啮合，它们的周节应相等，带的齿形角与带轮的齿槽角相等且为14度，带与带轮制造工艺复杂。5.2同步带轮计算和选择（1）带轮结构分无边和有边两种，如中心距大于小轮直径8倍，选用有边结构，如线速度大于25 m/s带轮应进行平衡检验；（2）小带轮设计为BF型，大带轮为BS型，传动轮中心距要求较严，安装精度要求较高；（3）求计算功率：根据工作条件依参

34、考文献1中表2.4-6查处工作情况系数KS，PiKs x P=1.4×22=30.8KW；（4）求模数m：依计算功率Pj=30.8Kw小带轮转速n1=7000prs，查图得出m=2.5；（5）求小轮齿数z1：根据小带轮转速n1，查表得出zmin20；按z1> zmin的条件确定z1或按下式计算：z1=zk×zmin（zk为大于1的小带轮增齿系数，设计时自定）取23。则z2=I×z1。因由题意传动比1：3则z2=92，按表中的标准圆取整到90。（6）查表-带轮节圆直径： D158.57；D2229.18；（7）验算传动带线速度v（cm/s）：V=D1n1/60

35、×103=3.14×58.57×1500/60×1000=4.60cm/s<Vmax(Vmax=2530m/s)（8）确定并协调Zn：若模数m<=2，取Zn>=4；若m>2取Zn>6；并满足如下近似等式：Zn (1/2-(D2-D1)/6a)z1（0.5-（225-75）/6×400）×3013.12。a值可在amin=201.4mm与amax=575.5mm之间取。（9）确定标准齿形带长度Lp：对于开口传动（本设计采用开口传动）；可按照下式计算L0：L0=2a0+(/2)×(D01+D02)+

36、(D02-D01)2/4a0=1309.57mm取整至Lp=1310。（10）计算带宽b：依Zn查表得出kz=1,Ki=0.085;F=9.8N/mm;q=29N/(mm.m);按下式计算b：Fc=qv2/g=0.15N/mm;b=102×Pj/(Kz Kj(F-Fc)V=84.49mm; （11）验算切应力r：r=Ft/(1.44mbzn)<=r=0.490.78Mpa;Ft =102Pj/V0.40Mpa<0.49 Mpa（12）验算压强P：按下式验算PFt /0.6mbZn=0.46Mpa 查表得P5.9 Mpa(13) 带轮的几何尺寸的确定：（表格）计算项目代号计

37、算公式辅助公式或说明小带轮大带轮周节tt=m=9.42t=m=9.42节线到齿根间距：=0.75mm齿顶厚：Sa=2mm齿高：h=0.6mmC1查表得0.6mmb为带宽Cd查表得0.82mm节圆直径DD1=mZ1=66D2=mZ2=231顶圆直径DD01= D12=64.5D02= D22=229.5顶圆周节tata1 =D01/ Z1=9.2ta2 =D02/ Z2=9.31齿槽深Hh=h+Cd=2.62h=h+Cd=2.62根圆直径DfDf1= D012h=59.26Df2= D022h=223.26根圆齿槽宽WfWf=sa=m=3Wf=sa=m=3齿根圆角半径r1r11=0.1m=0.3

38、r12=0.1m=0.3r2r21=0.15m=0.45r22=0.15m=0.45齿顶圆角半径BB1=b+(310)=52B2=b+(310)=52Cd0.82mm0.82mm轮齿宽Br2mm2mm径向间隙挡边宽2mm（14）由于同步带及同步带带轮已经标准化，可以直接从网上和最新设计资料中获得详细的标准参数，具体数据如下：表5HTD-8M同步带轮齿型尺寸节距型号type节距pb齿高ht底圆半径R齿槽宽S齿顶圆半径r齿形角angle8M83.542.575.350.814°齿轮图：表68M型同步带轮尺寸规格齿数Z节径d外径DO挡边直径df挡边外径db挡边厚度h23-8M2358.57

39、57.2064481.530-8M3076.3975.028261.556-8M56142.6141.2390-8M90229.18227.81表7，8，9同步带轮精度要求表7带轮外径(mm)公差25.4050.800-+0.085.80101.600-+0.08101.70177.800-+0.13177.80304.800-+0.15表8带轮外径(mm)端面允许跳动量(mm)101.600.1101-254外径×0.001>2540.25+（外径-254）×0.005表9带轮外径(mm)径向允许跳动量(mm)203.200.13>203.200.13+（外径

40、-203.20）×0.005HTD-8M圆弧同步带齿型尺寸如下图所示：表10HTD-8M同步带规格、型号、尺寸规格节线长(mm)齿数840-8M8401051304-8M13041636 电机调整垫和支座的设计电机调整垫的作用是用于调整两带轮中心距，使同步带和带轮保持一定松紧关系便于正常工作。于是调整垫要与电机和支座联接，对其设计要求比较严格，特别是起定位作用的接触部位经济精度和表面粗糙度要求更严，设计过程要充分考虑电机固定板和支座的结构，具体形状和参数见图。支座用来支撑电机，要求有足够的刚度和强度，为了节约成本可选用灰铸铁，其主要接触表面要有一定的经济精度和表面粗糙度，具体形状和参

41、数见图。7 隔垫的设计为了使小带轮在电机输出轴上可以固定，必须限制其轴向自由度；并由于电机输出轴有一个M16-H6的螺纹孔。于是可以设计一个“T”隔垫，再用内六角圆柱螺钉来拧紧。根据带轮内孔和外圆尺寸，螺钉直径，带轮总长求出一些主要参数如：外径32h6，54，端面四个通孔所在圆的直径为53，内孔分别为18，28。隔垫的具体形状和参数见零件图。8 丝杠设计过程8.1概述滚珠丝杠传动:在螺母和丝杠之间放入适量的滚珠，使螺母和丝杠之间的摩擦阻力由滑动摩擦转变为滚动摩擦的螺旋传动装置。它的作用是将旋转运动转变为直线运动，它由滚珠、螺母、滚珠丝杠、滚珠循环返回装置等零件组成。有以下特点：1）定位精度高：

42、滚珠丝杠副发热率低，温升小以及在加工过程中对伺服采取预拉伸并拉紧消除轴向间隙等措施，使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。2）传动效率高：在滚珠丝杠副中，自由滚动的滚珠与运动在丝杠与螺母之间传递。这一传动方式取代了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母直接作用方式，因而以极小滚动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦，使滚珠丝杠传动率达到90%以上，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右，发热率也因此得到幅度降低。3）传动可逆性：滚珠丝杠副没有滑动丝杠粘带磨擦，消除了在传动过程中可能出现的爬行现象，滚珠丝杠副能实现两种传动方式将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力。4）同步性能好：由

43、于滚珠丝杠副运转顺滑、消除轴向间隙以及制造的一致性，采用多套滚珠丝杠副方案驱动同一装置或多个相同部件时，可获得很好的同步工作。5）磨损小寿命长： 由于对丝杠滚道形状的准确性、表面硬度、材料的选择等方面加以严格控制，滚珠丝杠副的实际寿命远高于活动丝杠。此外摩擦力小，逆正效率高；通过预紧可消除轴向间隙，提高传动精度；不会自锁；缺点是结构较复杂，工艺性差，成本高。滚珠丝杠副因优越的摩擦特性使其广泛应用于各中工业设备、精密仪器当中。尤其是近年滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元，在机床行业得到广泛的运用。8.2材料的选择7级和7级以上精度等级的丝杠需淬硬的可选用合金工具钢9Mn2V和CrW-Mn等，

44、不淬硬的可选用高碳工具钢调质。8级和8级以上精度等级的丝杠需淬硬的可选用合金钢40Cr等，不淬硬的可选用45钢等。8.3耐磨性计算螺纹工作面上单位压力P的大小直接影响丝杠磨损的速度，应限制工作面上的单位压力，以确保丝杠的耐磨性。由耐磨性决定丝杠中径d的公式为:式中，d为丝杠的中径（cm），P为丝杠所受的最大轴向力（N）；为螺母长径比；=L/d，L为螺母的长度（mm），一般取1.24；P为许用单位压力（N/cm2）。螺母的螺纹圈数一般不超过10，因为圈数越多，载荷分布越不均匀，第10圈以后的螺纹，实际上起不到分担载荷的作用了。8.4基本参数工作台重量：W1=15000N；工件和夹具重量最大值：W

45、2=30000N；工作台行程最大值:LK=2000mm；工作台导轨动摩擦系数：=0.1，静摩擦系数：0=0.2；快速进给速度：Vmax=8m/min；定位精度为20m/300mm；全行程25m；重复定位精度为20m；要求寿命25000小时.表11其他状况切削方式纵向切削力Pxl(N)垂直切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比t%丝杠轴向载荷（N）丝杠转速r/min强力切削300015000.610292060普通切削15008000.830185080精切削8003001501320100快速进给008108008008.4设计过程使用条件、负载、速度、加速度、最大行程、位

46、置精度、寿命 P类T类算出滚珠丝杠副的最大导程滚珠丝杠副的载荷及转速计算确定预期额定动载荷Cam按精度要求确定滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m由强度计算确定滚珠丝杠副的最小螺纹底径确定滚珠丝杠副的螺母型式代号确定预紧力基本额定静载荷验算对预拉伸滚珠丝杠，计算行程补偿值C和预拉伸力Ft确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格滚珠丝杠副工作图设计各种传动力矩的计算，电机选择传动系统刚度计算传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择、订货代号滚珠丝杠副精度经验选择滚珠丝杠副临界压缩载荷Fc的校验滚珠丝杠副的极限转速nc的校验滚珠丝杠副Dn的校验滚珠丝杠副形位公差的标注确定滚珠丝杠副的导程Ph由传动关系图，工作

47、台最高移动速度vmax，电机最高转速nmax，传动比i等确定Ph。工作台最高移动速度Vmax=8m/min,电机最高转速nmax=800r/min,传动比I等确定Ph计算出的Ph按规定的公称值的较大值取整，故Ph=10。8.4.2滚珠丝杠副的载荷及转速计算 1）最小载荷Fmin:机器空载时滚珠丝杠副的传动力，如工作台重量引起的摩擦力。 2）最大载荷Fmax：选机器承受最大负载时滚珠丝杠副的传动力。如机床切削时，切削力在滚珠丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和即为Fmax（这时导轨摩擦力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起）。3)滚珠丝杠副的当量转速nm及当量载荷F

48、m：滚珠丝杠副在n1、n2、n3nn各转速下，各转速工作时间占总时间的百分比分别为t1%、t2%、t3%tn%,所受载荷分别是F1、F2、F3Fn 。 得 则：8.4.3确定预期额定动载荷 1）按滚珠丝杠副的预期工作时间Lh（小时）计算由表16得：轻微冲击时 取=1.3、表17查得：13级取=1、表18查得：可靠性97%取=0.44，已知=20000 则：表12负荷性系数负荷性质无冲击（很平稳）轻微冲击伴有成绩或震动fw11.21.21.51.52表13精度系数精度等级1，2，34，5710fa1.00.90.80.7表14可靠性系数可靠性%909596979899fc10.620.530.4

49、40.330.21表15预加负荷系数预加负荷类型重预紧中预紧轻预紧fe3.44.56.72）有预加负荷的滚珠丝杠副需要按最大轴向负载Fmax计算：式中fe由表19得：fe=4.5 Fmax=F1=49500N 则以上结果中选则较大的作为滚珠丝杠副的值，则：Cam=222750(N)3）由精度要求确定允许滚珠丝杠的最小螺纹底面直径d2m 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变型量m，一般情况下影响死区间隙的主要因素程序自小到大排列顺序是：a、螺母座、轴承座的刚度kh；b、滚珠丝杠副的扭转刚度kk; c、联轴节的刚度kt; d、折合到滚珠械副的伺服系统的刚度kR; e、滚珠丝杠副中滚珠与滚道的接触刚度kc;

50、 f、支承轴承的轴向刚度kb;g、滚珠丝杠本身的拉压刚度K。所以滚珠丝杠副传动系统的刚度K可按下式计算：1/K1/ ks+1/ kb+1/ kc+1/ kR+1/ kt+1/ kk+1/ kh其中前三项最主要，而ks又占总量的（1/31/2）。一般情况下可按照下式进行计算：1/K1/ ks+1/ kb+1/ kc在机械装配中，移动部件处在不同的位置时系统各处的刚度K一般是不同的，刚度最小的地方用kmin表示。当滚珠丝杠副轴向受到工作载荷用作时，整个的传动系统便会产生弹性形变，且F/K。则会影响系统的传动精度，而系统受影响最大的是kmin处。机械装置或机床的伺服系统的精度一般是在空载的情况下检验

51、的。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F0。移动部件在kmin（又称摩擦死区误差），它是影响重复定位精度的最主要因素。一般占重复定位的1/2到1/3。所以规定滚珠丝杠副允许的最大轴向变形为：mF0/ kmin（1/31/4）·重复定位精度3。滚珠丝杠副的精度是影响定位精度最主要的因素，其次是滚珠丝杠本身的拉压弹性变形（因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。一般估算以m<=（1/41/5）的定位精度，m6.25。以上两种方法估算出的最小值取为m值（单位m）。即取m3。4）估算滚珠丝杠副的底径d2m。（滚珠丝杠安

52、装方式为两端固定）又故L（1.11.2）2000+（1014）10=3500F0=0W1已知0=0.2 ，W1=15000N 。故F0=0.215000=3000N， 则5)确定滚珠丝杠副的规格代号根据传动方式及事业情况，按照样本可以确定滚珠螺母形式。按照已估算出的Ph，Cam可在样本中查出对应的滚珠丝杠底径d2，额定动载荷Ca应主要d2>= d2m， Ca >= Cam，但不宜过大，否则会使滚珠丝杠副的转动惯量偏大，结果尺寸也偏大。然后再确定公称直径。循环圈数，滚珠螺母的规格代号有关的安装连接尺寸。在样本中查表得丝杠底径57.3mm，则可确定公称直径d063mm，循环圈数n5，丝杠外径d162.5mm，钢球直径DW70.144mm；刚度K2505N/m；动载荷Ca =62.4KN，静载荷Coa =258KN，由此确定规格代号为：（查样本可得到）BNFN 6310-5RRG0+1539 C3。8.4.5对预紧滚珠丝杠副确定其预紧力Fp当选择预紧螺母形式的滚珠轴承丝杠副时需定预