三坐标龙门加工中心进给传动设计【含CAD图纸】
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湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）目录第一章 绪论 11.1调研过程21.2调研内容41.3方法实现及预期目标101.4本章小结15第二章 龙门加工中心进给系统参数设计162.1切削力的分析与计算162.1.1设计参数162.1.2切削力计算中的参数162.1.3切削力公式及计算172.2滚珠丝杠螺母副的计算与选型182.1.1滚珠丝杠的主要参数尺寸192.2.2龙门加工中心X方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型202.2.3龙门加工中心Y方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算232.2.4龙门加工中心Z方向进给系统滚珠丝杠螺母副的选择与计算262.3交流伺服电机的选型与计算292.3.1机电传动系统的运动方程式292.3.2转动惯量的计算292.3.3传动系统的等效负载转矩计算302.3.4轴承的校核312.3.5联轴器的选型332.3.6滚动导轨的预紧33第三章 滚珠丝杠螺母副进给部件结构设计343.1滚珠丝杠螺母副343.2直线滚动导轨36第四章 基础部件的造型及装配374.1基础部件的三维建模374.2装配37第五章 装配工程图395.1主视图395.2侧视图405.3俯视图41第六章 毕业设计总结42参考文献43致谢44- 45 -第一章 概述近年来，对中国出口看好的建设机械厂家对立式车床的需求令人瞩目。从去年起，数控车床生产厂家期待着在飞机、高性能发电机、风力发电机等方面设备投资比较活跃的重电机行业的订货。 由于市场在交货期、质量、价格方面的要求越来越高，一些中小规模的设备用户为缩短产品的生产周期，更青睐一次装卡、可搞多种加工的复合型加工机。 考虑到环保要求而采用半干式加工的需求也在增加，根据这类用户的要求，OM制作所以产学协作的方式开发出采用气化热半干式加工技术，并加强了节省能源的措施，控制了电力的使用。 现在，市场对于提高了通用性的、低价位的小型数控立式车床的需求仍在扩大，同时，和卧式数控车床一样，带有加工中心意识的功能型复合机的开发研制比较活跃。例如，随着对复杂形状工件成品加工要求的提高，也在研制将立式车床功能加上钻、攻丝、镗等旋转方面的加工功能。 因配置了C轴，不同的复合加工也可通过一次装卡进行。此外，在以切削为主的同时，加上采用单刀具的双面约束 ATC方式后，在铣加工功能方面也见到不少可进行重切加工的工序集约型产品。着手生产各种机型的厂家在追求高速、高精度的同时，还在如何使机体小型化及成本控制方面下功夫。也就是说此类产品的开发重点在于机体的小型化、适应形成柔性线体系方面。 从技术开发动向来看，是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将对应热变位、模块化等集中体现出来。其中，作为机床基本课题的高速化研究也不断取得成果。 由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间，以利提高生产效率，因此在高速进给技术方面，驱动装置采用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度1.5G 2G、快速进给速度120 mmmin的高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为 2 万 r/min、快速进给速度为60 m/min、以尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响，防止精度下降，一般都采用独自的补正装置或主轴冷却结构、冷却装置等。从1999年第六届中国国际机床展览会上多棱数控机床股份有限公司推出国内首台五轴联动数控龙门镗铣床以来，先后有桂林机床股份有限公司、北京第一机床厂、济南二机床集团有限责任公司等企业试制生产出五轴联动数控龙门镗铣床。而且随着产品技术水平和质量可靠性的不断提高，济二和多棱等厂家已经能够为用户提供小批量商品。在本届展会上，五轴联动数控龙门加工中心镗铣床展品的技术水平又有提高。汉川机床有限责任公司推出的XH2420/5X五轴联动龙门加工中心，工作台面积2000mm4000mm，配置德国西泰克公司（CYTEC）生产的双摆角头。主轴采用高速电主轴，主电机功率21KW，主轴最高转速18000r/min，双摆角头的A轴和C轴两个摆轴的最大进给速度360/S，两个旋转轴都采用具有当今国际先进水平的力矩电机直接驱动技术，结构紧凑驱动力矩大，A轴最大扭矩1300Nm，C轴最大扭矩2000Nm。采用力矩电机驱动，省掉原来的齿轮机械传动，零部件几乎没有任何磨损，具有高动态性能和高速性能，提高了加工精度和工作性能。从龙门加工中心和数控龙门镗铣床展品的总体水平看，不论是国内展品或是国外展品在技术水平，质量可靠性和外观造型等方面都有较大提高。在机床的油漆色调和整体防护方面，国内展品与国外展品的差距有明显的缩短；而关键技术、关键部件和整机可靠性与国外展品还有较大的差距。例如本届参展的五轴联动龙门加工中心的关键部件双摆角头，除桂林机床股份有限公司在第一台基础上改进后自行开发研制的以外，其他国内厂家的展品几乎全部都是购买国外公司的。所以具有自主知识产权的核心技术、关键部件正是我们当前与国外展品的差距，也正是我们当前努力拚搏的方向。1.1调研过程：接到此设计任务后不久，我便在老师的指导下，充分利用图书馆及通过网络对龙门加工中心进行了了解。近年来，大量的国内外有关资料表明，龙门加工中心和数控龙门镗铣床是能源、航空航天、船舶、机车车辆、军工、汽车、工程机械、重型机械、机床等行业不可缺少的重要工艺加工设备。尤其是配置双摆角铣头或多功能附件铣头的此类机床，可实现五轴联动或五面加工，完成各种复杂平面、曲面零件的高效率、高质量加工。 由于目前市场需求较大，所以国内不少从不涉足龙门铣床的厂家也纷纷上阵，开发研制各种龙门加工中心和数控龙门镗铣床。以生产钻镗床着称的中捷机床有限公司推出三台龙门加工中心：THA58200500桥式五轴龙门加工中心；THA57200400龙门五面加工中心和GMB20040-5F龙门镗铣五面加工中心，而且各有特色。其中THA58200500桥式龙门加工中心配置意大利FIDA双摆角头，主轴最高转速24000r/min，可实现五轴联动功能，为航空航天和模具行业服务。THA57200400龙门五面加工中心配置立卧双主轴同时转动的单箱双主轴头，其头与滑枕为端齿联结。572转位，实现工件一次装夹的五面加工，结构比较紧凑。调研结果：龙门加工中心相关信息：对GF-450型龙门加工中心的研究：GF450龙门式小型雕刻机三轴行程 450x450x250三轴最高移动速度 X,Y,Z=15m min三轴最高加工速度 三菱65系列7m min三轴解析度 0.001mm定位精度 0.005mm重复定位精度 0.005mm三轴螺杆尺寸 20xP5.0mm工作台尺寸 550x450mmT型槽尺寸 10x5x90mm最大载重 80kg最大加工行程 450x450x250mm主轴最高转速 10,000rpm(Optional 30,000 60,000rpm)主轴刀具形式 ISO25-30,000rpm ER系列：60,000rpm BT30 10,000)刀具数量 8 tools最大刀具直径 12mm主轴鼻端至工作台距离 80-300mm门宽度 600mm三轴马达 X,Y,Z=750w抽水马达 1:4hp机械外罩 全罩钣金机械占地面积 1300x1650x2000mm控制器形式 新代控制器1、 本机适合使用高速主轴，可选配24，000 or 30,000rpm 工件表面极光细致2、 可使用 BT ，CAT ，ISO，或HSK刀把3、 换刀时间7 secretary机械介绍：1、 门型结构设计，加工快速稳定。2、 Z轴与X轴距离缩短，解决主轴前倾问题3、 采用内藏式主轴，加工效率高，表面细致。4、 X，Y，Z三轴线性滑轨。5、 本机主结构体完全采用没级米汉纳铸铁制成，再经应力消除，确保机械多年不变形。6、 结构内部采用合理化肋骨强化设计，大幅提高机械刚性。7、 X，Y，Z轴采用精密级线性滑轨，行程速度快，符合高速加工之需要。8、 主轴采用4.5KW强力马达驱动，转速可达30，000-50，000rpm.9、 主轴采用P4（ABEC 7）级精密轴承。适用场合：1、 铜极/模具2、 珠宝金饰加工。3、 小型3C产品模壳制造。4、 鞋业模具。5、 文字雕刻。龙门加工中心进给系统滚珠丝杠螺母副相关信息：作为传动滑动丝杠的进一步延伸发展, 滚珠丝杠由于其高效率、温升少、高精度、高速度、高刚性可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而在当代数控机床进给伺服机构中得到广泛应用, 为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求, 必须合理选择滚珠丝杠副, 并进行必要的校核计算。滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格( 包括导程与公程直径 、支承方式等几个方面的内容。）滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示, 在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格, 对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算; 对转速高, 支承距离大的滚珠丝杠副作临界转速校核; 对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核; 对数控机床, 需核算其转动惯量; 对全闭环系统, 需核算其谐振频率。龙门加工中心交流伺服电机相关信息：交流伺服电动机的结构主要可分为两部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组。其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组，交流伺服电动机一种两相的交流电动机。 交流伺服电动机使用时，激磁绕组两端施加恒定的激磁电压Uf，控制绕组两端施加控制电压Uk。当定子绕组加上电压后，伺服电动机很快就会转动起来。 通入励磁绕组及控制绕组的电流在电机内产生一个旋转磁场，旋转磁场的转向决定了电机的转向，当任意一个绕组上所加的电压反相时，旋转磁场的方向就发生改变，电机的方向也发生改变。1.2调研内容：此次研究课题的主要内容为龙门加工中心进给系统的设计。1、 龙门加工中心整体布局，2、 龙门加工中心传动方式的选择，3、 滚珠丝杠螺母副的计算与选型，4、 交流伺服电机的计算与选型，5、 精度验证与刚度校核。此次研究课题的设计要求为对动工作台式龙门加工中心进给系统的研究。动横梁式龙门加工中心如下图所示：图 1.1龙门加工中心x向进给可通过工作台的进给，龙门立柱的进给或者横梁的进给三种进给方法来实现。在本次毕业设计中，我选择了工作台进给的方式。工作台进给方式设计方便，进给平稳，一根滚珠丝杠螺母传动，两根直线滚动导轨对称安装，结构简单，方便伺服系统的控制。传动方式的选择：直线电机的传动。一般电动机工作时都是转动的但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要 做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机直线电机的原理并不复杂设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机（图） 图1.2在直线电机中，相当 于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动这时初级要做得很长，延伸到运动 所需要达到的位置，而次级则不需要那么长实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初 级移动 直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的 磁悬浮列车是一种全新的列车一般的列车，由于车轮和铁轨之间存在摩擦，限制了速度的提高，它所能达到的最高运行速度不超过300km/n磁悬 浮列车是将列车用磁力悬浮起来，使列车与导轨脱离接触，以减小摩擦，提高车速。列车由直线电机牵引直线电机的一个级固定于地面，跟导轨一起延伸到远处； 另一个级安装在列车上初级通以交流，列车就沿导轨前进列车上装有磁体（有的就是兼用直线电机的线圈），磁体随列车运动时，使设在地面上的线圈（或金属 板）中产生感应电流，感应电流的磁场和列车上的磁体（或线圈）之间的电磁力把列车悬浮起来悬浮列车的优点是运行平稳，没有颠簸，噪声小，所需的牵引力很 小，只要几千kw的功率就能使悬浮列车的速度达到550kmh悬浮列车减速的时候，磁场的变化减小，感应电流也减小，磁场减弱，造成悬浮力下降悬浮 列车也配备了车轮装置，它的车轮像飞机一样，在行进时能及时收入列车，停靠时可以放下来，支持列车 要使质量巨大的列车靠磁力悬浮起来，需要很强的磁场，实用中需要用高温超导线圈产生这样强大的磁场 直线电机除了用于磁悬浮列车外，还广泛地用于其他方面，例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等在我国，直线电机也逐步得到推广和应用直线电机的原理虽不复杂，但在设计、制造方面有它自己的特点，产品尚不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进 直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；二是定位精度高，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度；三是反应速度快、灵敏度高，随动性好。直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是工作安全可靠、寿命长。直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。高速磁悬浮列车 磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。直线电机驱动的电梯 世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是1990年4月安装于日本东京都关岛区万世大楼，该电梯载重600kg，速度为105m/min，提升高度为22.9m。由于直线电机驱动的电梯没有曳引机组，因而建筑物顶的机房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必须使用无钢丝绳电梯，这种电梯采用高温超导技术的直线电机驱动，线圈装在井道中，轿厢外装有高性能永磁材料，就如磁悬浮列车一样，采用无线电波或光控技术控制。超高速电动机 在旋转超过某一极限时，采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象。为此近年来，国外研制了一种直线悬浮电动机（电磁轴承），采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中，消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力，其转速可达25000100000r/min以上，因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用。如日本安川公司新近研制的多工序自动数控车床用5轴可控式电磁高速主轴采用两个经向电磁轴承和一个轴向推力电磁轴承，可在任意方向上承受机床的负载。在轴的中间，除配有高速电动机以外，还配有与多工序自动数控车床相适应的工具自动交换机构。伺服电机、滚珠丝杠螺母副的传动：目前普通丝杠的最大进给速度为40m/min，最大直线加速度为0.5g。而一些高精密滚珠丝杠的最大速度已达60m/min，最大加速度达1.0g。滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。滚珠丝杠螺母副其它特点如下：滚珠丝杠传动的优点是摩擦因数小，传动精度高，传动效率高达85一98，是普通滑动丝杠传动的24倍。滚珠丝杠副的摩擦角小于1，因此不能自锁。如果用于立式升降运动则必须有制动装置。其动、静摩擦因数之差很小，有利于防止爬行和提高进给系统的灵敏度；采用消除反向间隙并预紧的措施，有助于提高定位精度和刚度。一般情况下，滚珠丝杠可以直接从专门生产厂家订购，无需自行设计制造。 由于滚珠丝杠的传动精度高、系统刚性好，在数控、精密机械和各种机电产品中广泛使用。运动极灵敏，低速时不会出现爬行； 可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，反向定位精度高； 滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动； 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种，如下图所示。图1.3滚珠丝杠由于制造工艺已十分成熟，导程精度高、传递扭矩大，已成为标的机床功能部件，因此在进给传动中应用很普遍。滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放人了滚珠，使丝杠与螺母间传动变为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率，并具有响应灵敏度高、传动快捷的特点。其传动效率可达9O%以上。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此无论是静止还是在低速和高速传动时，摩擦转矩变化不大。在使用滚珠丝杠传动时，可以采用多种预加载荷的方法消除间隙，使反向时无空行程。此外，在安装滚珠丝杠时，给丝杠预加拉伸负载，可提高丝杠的刚度，补偿丝杠的热伸长，因而可取得很高的传动精度。滚珠丝杠副传动的一个缺点是:当丝杠较长且水平安装时，因丝杠的自重会产生挠度弯曲，如图1.4所示。丝杠的挠度会影响到丝杠螺母运行到不同的位置时使定位精度产生变化，另外丝杠的长径比(长度与直径之比)如果很大(本项目的机床工作行程6000mm，如选长6500mm、直径somm的丝杠，则长径比高达81，这是一种典型的细长杆)，工作时受载荷影响，容易失稳。当丝杠转速稍高时，弯曲偏心引起的丝杠轴心离心力会加剧挠度，使丝杠螺母受到径向力(见图1.4中的F)，滚珠在滚道中受力增加，运转中会产生噪声。尽管丝杠挠度可以通过丝杠预拉伸的方法得到改善，但对于大行程的机床，这种丝杠挠度是无法避免的因此在工作台行程超过4一5m时，一般不使用滚珠丝杠副传动。图1.4交流伺服电机：交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90电角度。固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。笼型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构由外定子，杯形转子和内定子三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同，转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴上。空心杯的壁很薄（小于0.5mm），因此转动惯量很小。内定子由硅钢片叠压而成，固定在一个端盖上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。电机工作时，内外定子都不动，只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转动。对于输出功率较小的交流伺服电机，常将励磁绕组和控制绕组分别安放在内、外定子铁心的槽内。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率Sk大于1。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。正向及反向旋转磁场切割转子导体后产生的力矩一转速特性曲线1、2，以及它们的合成特性曲线。假设电动机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行于A点，此时负载力矩是。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性，运行点由A点移到B点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。 必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。1.3方法实现及预期目标小型高速龙门加工中心结构精巧，以快速的自动换刀装置弥补了常见加工中心对于小型零件加工的不足。特别适用于工业生产中精密小产品（金属和非金属）的批量加工和小型精密模具的制做。为了实现本次课程设计的目标，首先要对龙门加工中心的进给系统的基本原理进行研究，提出问题。其次，提出针对问题的研究方案，并对依据龙门加工中心进给系统的工作原理和加工要求进行合理分析，细化设计方案。用CAD，PRO/ENGINEE软件绘制出装配图，保证设计要求：1、设计的加工中心的加工范围为1.2mX1.6m；2、设计的机床要求可以进行粗加工、半精加工和精加工。定位精度0.003mm；3、快速空行程进给速度40m/min，加工进给速度10 m/min。检测进给部分设计的合理性，是否能够满足高速加工环境以及进给精度。在此基础上，对龙门加工中心的进给系统构造三维模型。龙门加工中心整体布局如下图所示图1.5龙门加工中心进给系统如下图所示：图1.6方案简介：为了实现此次课题研究的设计要求，在本论文中将对以下几个有关龙门加工中心的部件进行研究设计。1、滚珠丝杠螺母副的选择：螺母是分为单螺母和双螺母，一般单螺母的承载负荷是没有双螺母大，使用周期也没有双螺母寿命长，在以后的保养和维护也没有双螺母方便。所以选型要根据设备的要求，满足做设备的条件，才是最好的，不要盲目追求高精度，高负荷的丝杆，会对机器的成本增加很多，丝杆的一个级别价格就会相差好多。2、滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整与预紧：为了提高滚珠丝杠螺母副的传动精度和轴向刚度，安装时需要消除丝杠与螺母之间的传动间隙，并对丝杠螺母进行预紧。但落幕的丝杠，在出厂前通常采用过盈滚珠预紧火变导程自预紧，丝杠与螺母之间几乎没有间隙，用户使用时不必考虑。对于双螺母的丝杠副，垫片调整预紧和螺纹调整预紧两种方式。图1.7 双螺母垫片调整法 图1.8双螺母螺纹调整法 图1.9锁紧螺母调整法3、滚珠丝杠螺母副的支撑形式：双推自由式，刚度、临界转速、压杆稳定性低。设计时尽量使丝杠受拉力。适用于较短及垂直安装的丝杠。双推简支式，临界转速、压杆稳定性高。丝杠有热膨胀的余地。适用于较长的、卧式安装的丝杠。单推单推式，可根据预计温升产生的热膨胀量进行预拉伸。双推双推式，丝杠的轴向刚度高。丝杠一般不会受压，无压杆稳定性问题。可用预拉伸减小因丝杠自重引起的下垂。适用于对刚度和位移精度要求高的场合。 4、交流伺服电机的选择：目前,交流伺服系统广泛应用于数控机床,机器人等领域,在这些要求高精度,高动态性能以及小体积的场合,应用交流伺服系统具有明显优势。 交流伺服电机具有较高的动态性能、高可靠性及非常低的维护要求,以其坚固耐用、经济性能好等优点越来越广泛地应用于数控龙门加工中心的进给系统。 交流伺服电机的动力学参数分析及选型,与进给机构正常、可靠运行及制造成本密切相关。选择电机主要应考虑满足转速、转矩的要求,其中负载惯量的计算涉及因素比较复杂。交流伺服电机的优点，在这里将步进电机与交流伺服电机作比较: 一、控制精度不同，两相混合式步进电机步距角一般为3.6、1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72、0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同，步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同，步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。四、过载能力不同，步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。五、运行性能不同，步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。六、速度响应性能不同，步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。5、进给精度的保证：随着现代科技的发展, 机械制造业面临着高速度、高精度等新的挑战, 高速进给系统成为高速高精度数控车床的关键环节之一。由于进给系统刚度低、惯量大, 难以获得高进给速度和高加速度, 同时还产生较大的失动量, 使传动误差增大, 影响机床加工精度; 由于各传动部件之间存在间隙、摩擦、弹性变形, 以及电动机运行误差等因素引起的失动量, 导致执行部件滞后或引发振荡1 ,2 。为了提高高速高精度数控车床的定位精度和传动精度, 除了正确设计、选择进给系统部件, 精确计算其强度、稳定性和驱动力矩外, 还要对进给系统的刚度进行合理设计, 减少因刚度引起的失动量, 以确保加工定位精度。 6、 直线滚动导轨副的选择：直线滚动导轨副具有摩擦因数小、不易爬行、便于安装和预紧、结构紧凑等优点，广泛应用于精密机床、数控机床和测量仪器等。其缺点是抗震性较差、成本较高。直线滚动导轨副由导轨和滑块两部分组成，一般滑块中装有两组滚珠，当滚珠从工作轨道滚到滑块端部时，会经端面挡板和滑块中的返回轨道返回。在导轨和滑块之间的滚道内循环滚动。装配时经常将两根导轨固定在支撑件上，每根导轨上一般有两个滑块，滑块固定在移动件上。若移动件较长，可在一根导轨上安装两个以上的滑块；若移动件较宽，可选可选用两根以上的导轨。两根导轨中，一根为基准导轨，另一根为从动导轨，基准导轨上有基准面A其上滑块有基准面B。安装时先固定基准导轨，之后以基准导轨校正从动导轨，达到装配要求时再紧固从动导轨。产品选型，从产品样本中选定导轨型号后，可根据给定的额定动载荷计算出导轨副的距离额定寿命和小时额定寿命。常见的球导轨的距离期望寿命为50km，滚子导轨为100km。若所得结果大于导轨的预期寿命，则初选的型号满足设计要求。当然，也可先给出导轨副的期望寿命，再反推出额定动载荷，据此选择合适的型号。当滚动导轨的工作速度较低、静载荷较大时，选型时还应考虑相应的额定静载荷不小于工作静载荷的两倍。1.4本章小结通过对市场上龙门加工中心的研究，和龙门加工中心进给系统中各部件的研究，结合以上的说明，得出龙门加工中心的设计方案。龙门加工中心的进给系统由滚珠丝杠螺母副，交流伺服电机，联轴器，滚动轴承以及直线滚动导轨副组成。在后面的章节中，对龙门加工中心进给系统中的各部件进行具体的选型与计算。第二章 龙门加工中心进给系统参数设计2.1切削力的分析与计算2.1.1设计参数 铣刀要求：（1） 高速钢圆柱铣刀（2） 铣刀直径 16mm（3） 铣削深度 10mm（4） 铣削宽度 0.3mm（5） 进给量 4m/min（6） 切削速度 6000r/min2.1.2铣削力计算中的参数本次设计的龙门加工中心，采用的是五轴联动铣头，按铣削力及铣削功率的分析与计算，参照资料机电一体化系统设计及金属切削原理与刀具。铣削用量、进给运动参数如下：(1)铣削力系数；在使用圆柱铣刀加工碳素钢时,取669(2)铣削接触弧深；侧吃刀量,在平行于工作平面垂直于切削刃基点的进给运动方向上侧吃刀量。圆柱铣刀铣削时，为切削层深度。(3)每齿进给量；(4)铣刀直径；(5)铣削深度；背吃刀量，在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，圆柱铣刀铣削时，为被加工表面的宽度。(6)Z铣刀齿数致谢在我完成毕业设计的这段时间里，我首先要感谢我的指导老师康辉民，是老师的指导细心指导加上认真负责才能使我完成这次的设计。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计进给系统的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多进给系统、高速切削的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今数控加工中心、高速切削技术的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。;(7)铣刀前角；(8)主偏角；(9)刃倾角；(10)铣刀后角；(11)副偏角；(12)铣刀螺旋角。2.1.3铣削力公式及计算切削力公式如下：按设计参数与要求：高速钢圆柱铣刀，铣刀直径：16mm，铣削深度：1mm，铣削宽度：0.3mm，进给量4m/min，切削速度：6000r/min。首先计算每齿进给量：=4m/min/6000r/min*30.2mm/z将设计参数带入切削力计算公式中进行计算得： = =580在设计机床与夹具时，为了方便测量，通常将作用在工件上的总切削力F（与F大小相等，方向相反），沿机床工作台运动方向分解为三个力：（1） 进给力 总切削力F在纵向进给方向上的分力。（2） 横向进给力 总切削力F在横向进给方向上的分力。（3） 垂直进给力 总切削力F在垂直进给方向上的分力。铣削时，各进给力和切削力具有一定的比例关系，如下表所示，如果求出了，便可计算出，三个分力。铣刀总切削力的大小为：表2.1铣削条件比值对称铣削不对称铣削逆铣顺铣圆柱铣削/1.01.200.80.9/0.20.30.750.8/0.350.40.350.4进给力=493横向进给力=435垂直进给力=232铣削功率: 进给运动也消耗一些功率，一般情况下，所以总的切削功率 图2.12.2滚珠丝杠螺母副的计算与选型作为传动滑动丝杠的进一步延伸发展, 滚珠丝杠由于其高效率、温升少、高精度、高速度、高刚性、可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而在当代数控机床进给伺服机构中得到广泛应用, 为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求, 必须合理选择滚珠丝杠副, 并进行必要的校核计算。滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格(包括导程与公程直径) 、支承方式等几个方面的内容。滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示, 在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格, 对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算; 对转速高, 支承距离大的滚珠丝杠副作临界转速校核; 对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核; 对数控机床, 需核算其转动惯量; 对全闭环系统, 需核算其谐振频率。2.2.1滚珠丝杠的主要尺寸参数：公称直径，用于标注的尺寸值（无公差）。（1） 节圆直径，滚珠丝杠与滚珠螺母体及滚珠丝杠位于理论接触点时，滚珠球心包络的圆柱直径。节圆直径通常与滚珠丝杠的公称直径相等。（2） 导程，滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转2弧度时的行程（无公差）。（3） 公称导程，通常用作尺寸标识的导程值。（4） 行程，转动滚珠丝杠或滚珠螺母时，滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。（5） 有效行程，有指定精度要求的行程部分（即行程加上滚珠螺母体的长度）。此外，还有丝杠螺纹外径，丝杠螺纹底径，螺母体外径，螺母体螺纹底径，螺母体螺纹内经，滚珠直径，丝杠螺纹全长等。标注如下图所示。图2.22.2.2龙门加工中心X方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型1、 计算进给牵引力（N）工作台重量800kg,工件与夹具最大重量为600kg。 =1.15*493+0.004(435+13720) =623.57其中：k 考虑颠覆力矩的影响，k=1.15 滚动导轨摩擦系数，=0.0030.005 =0.004 工作台及夹具部件重量，工作台重量为800kg，夹具总重量为600kg。 =（800+600）*9.8=14155N2、丝杠导程的确定丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为、伺服电机的最高转速 及电机与丝杠的传动比 i来确定, 基本丝杠导程应满足下式为:其中： 快速进给速度，按机床设计要求：=40m/min。 电机与丝杠的传动比，由于本次设计中采用伺服电机与滚珠丝杠直接连接，故电机与丝杠的传动比=1。 伺服电机的最高转速，=5000r/min。所以，上式中，8 取=10进行计算。3、精度选择滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度,在滚珠丝杠精度参数中, 其导程误差对床定位精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变动量应小于目标设定位的定位精300p度值的 1/31/2, 在最后精度验算中确定。根据GB/T 17587.31998标准，滚珠丝杠副的精度等级被分为1、2、3、4、5、7、10七个等级，其中，最高精度为1，最低精度为10。4、最大动载荷的计算 最大动载荷的计算公式如下： 其中： 滚珠丝杠副的寿命，单位为r。=60nT/(其中，T为使用寿命，普通机械取T=500010000h，数控机床一般机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转数。) 在本次设计中，=2700 载荷系数，由下表查得：=1.5运转状态平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.21.5较大冲击或震动1.52.5表2-2 硬度系数，58HRC时，取1.0；等于55HRC时，取1.11；等于52.5HRC时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40。） 在本次设计中=1.0 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。 将所选参数带入式中，得： =13025N5、规格型号的选择初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷。当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n10r/min）长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷。通过上述计算以及对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定动载荷13025N，而额定静载荷18000N。根据额定动载荷和额定静载荷，可从表中选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径和导程应尽量选择优先组合，同时还要满足控制系统和伺服系统对导程的要求。通过上述计算中得出的结论，滚珠丝杠螺母副导程=10，查表选择CDM5010-3其滚珠丝杠参数为： 公称直径， =50mm 基本导程， =10mm 丝杠外径， =49mm 丝杠底径， =43.14mm 循环圈数， n =3 刚度，=960 其螺母安装尺寸为（mm）： D=140，L=171，B=18，D1=95，D4=118，h=11，油杯孔M8*1， =11，=18。 滚珠丝杠螺母副尺寸标注如下图所示：图2.3图2.42.2.3龙门加工中心Y方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算1、计算进给牵引力（N）十字滑座，主轴箱以及主轴上各部件共重1600kg。 =1.15*232+0.004(435+15680) =331.26其中：k 考虑颠覆力矩的影响，k=1.15 滚动导轨摩擦系数， =0.0030.005 =0.004 工作台及夹具部件重量，工作台重量为800kg，夹具总重量为600kg。 =（1600）*9.8=15680N2、丝杠导程的确定丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为、伺服电机的最高转速 及电机与丝杠的传动比 i来确定, 基本丝杠导程应满足下式为:其中： 快速进给速度，按机床设计要求：=40m/min。 电机与丝杠的传动比，由于本次设计中采用伺服电机与滚珠丝杠直接连接，故电机与丝杠的传动比=1。 伺服电机的最高转速，=5000r/min。所以，上式中，8 取=8进行计算。3、精度选择滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度,在滚珠丝杠精度参数中, 其导程误差对床定位精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变动量应小于目标设定位的定位精300p度值的 1/31/2, 在最后精度验算中确定。根据GB/T 17587.31998标准，滚珠丝杠副的精度等级被分为1、2、3、4、5、7、10七个等级，其中，最高精度为1，最低精度为10。4、最大动载荷的计算 最大动载荷的计算公式如下： 其中： 滚珠丝杠副的寿命，单位为r。=60nT/(其中，T为使用寿命，普通机械取T=500010000h，数控机床一般机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转数。) 在本次设计中，=2700 载荷系数，由下表查得：=1.5运转状态平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.21.5较大冲击或震动1.52.5表2.3 硬度系数，58HRC时，取1.0；等于55HRC时，取1.11；等于52.5HRC时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40。） 在本次设计中=1.0 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。 将所选参数带入式中，得： =6919N5、规格型号的选择初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷。当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n10r/min）长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷。通过上述计算以及对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定动载荷6919N。根据额定动载荷和额定静载荷，可从表中选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径和导程应尽量选择优先组合，同时还要满足控制系统和伺服系统对导程的要求。根据额定动载荷和额定静载荷，可从表中选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径和导程应尽量选择优先组合，同时还要满足控制系统和伺服系统对导程的要求。通过上述计算中得出的结论，滚珠丝杠螺母副导程=8，查表选择CDM4008-2.5其滚珠丝杠参数为： 公称直径， =40mm 基本导程， =8mm 丝杠外径， =39mm 丝杠底径， =34.86mm 循环圈数， n =2.5 刚度， =660 其螺母安装尺寸为（mm）： D=110，L=106，B=15，D1=75，D4=90，h=9，油杯孔M6， =9，=15。2.2.4龙门加工中心Z方向进给系统滚珠丝杠螺母副的选择与计算 1、计算进给牵引力（N） =1.15*435+0.004(493) =502.23N其中：k 考虑颠覆力矩的影响，k=1.15 滚动导轨摩擦系数， =0.0030.005 =0.004 由于此处滚珠丝杠螺母副为垂直安装，所以可不考虑重力影响。2、丝杠导程的确定丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为、伺服电机的最高转速 及电机与丝杠的传动比 i来确定, 基本丝杠导程应满足下式为:其中： 快速进给速度，按机床设计要求：=40m/min。 电机与丝杠的传动比，由于本次设计中采用伺服电机与滚珠丝杠直接连接，故电机与丝杠的传动比=1。 伺服电机的最高转速，=5000r/min。所以，上式中，8 取=8进行计算。3、最大动载荷的计算 最大动载荷的计算公式如下： 其中： 滚珠丝杠副的寿命，单位为r。=60nT/(其中，T为使用寿命，普通机械取T=500010000h，数控机床一般机电设备取T=15000h；n为丝杠每分钟转数。) 在本次设计中，=2700 载荷系数，由下表查得：=1.5运转状态平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.21.5较大冲击或震动1.52.5表2.4 硬度系数，58HRC时，取1.0；等于55HRC时，取1.11；等于52.5HRC时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40。） 在本次设计中=1.0 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为N。 将所选参数带入式中，得： =10471.5N5、规格型号的选择 初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷。 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n10r/min）长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷。 通过上述计算以及对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定动载荷6919N。 根据额定动载荷和额定静载荷，可从表中选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径和导程应尽量选择优先组合，同时还要满足控制系统和伺服系统对导程的要求。 根据额定动载荷和额定静载荷，可从表中选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径和导程应尽量选择优先组合，同时还要满足控制系统和伺服系统对导程的要求。通过上述计算中得出的结论，滚珠丝杠螺母副导程=8，查表选择CDM3208-2.5其滚珠丝杠参数为： 公称直径， =32mm 基本导程， =8mm 丝杠外径， =31mm 丝杠底径， =26.86mm 循环圈数， n =2.5 刚度，=560 其螺母安装尺寸为（mm）： D=104，L=106，B=15，D1=67，D4=85，h9，油杯孔M8，=9，=15。2.3交流伺服电机的选型与计算2.3.1机电传动系统的运动方程式图2-5如图所示为一单轴电机传动系统，电动机M产生的转矩Tm用来克服负载转矩Tl，从而带动生产机械运动。当Tm=Tl时，系统匀速转动；当Tm=/Tl时,角速度就会发生变化,产生加速或减速.角速度变化的大小与传动系统的转动惯量J有关,用单轴电机传动系统的运动方程式表示,即: 式中 电动机的电磁转矩,单位为Nm； 负载转矩，单位为Nm； 折算到电动机转轴上的转动惯量，单位为kgm2； 电动机角速度，单位为rad/s。2.3.2转动惯量的计算颤动系统的转动惯量是一种惯性负载，在选用电动机时必须加以考虑。根据理论力学中转动惯量定义，圆柱体的转动惯量计算公式如下： 式中 材料密度，单位为kg/cm3; 圆柱体质量,单位为kg; D 圆柱体直径,单位为cm; L 圆柱体长度,单位为cm。2.3.3传动系统的等效负载转矩计算传动系统的等效负载转矩可根据静态时功率守恒原则进行计算。 式中 运动部件所承受的进给切削力，单位为N； G 工作台运动部件的总重力，单位为N； 运动部件的移动速度，单位为m/s； 导轨摩擦因数； 滚珠丝杠的导程，单位为m/s； 滚珠丝杠的转速，单位为r/s。 折算到电动机轴上的负载功率为： 式中 折算到电动机轴上的等效负载转矩，单位为Nm； 电动机转速，单位为r/s。考虑到传动机构再传低功率的过程中有损耗，这个损耗可以用传动效率来表示，即： 式中 i 传动机构的传动比。折算到电动机轴上的等效负载转矩为： 2.3.4轴承的校核求两轴承受到的径向载荷1、 轴承30206的校核1） 径向力2） 派生力，3） 轴向力由于，所以轴向力为，4） 当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5） 轴承寿命的校核2、 轴承30307的校核1） 径向力2） 派生力，3） 轴向力由于，所以轴向力为，4） 当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5） 轴承寿命的校核3、 轴承32214的校核1） 径向力2） 派生力，3） 轴向力由于，所以轴向力为，4） 当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5） 轴承寿命的校核滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。2.3.5联轴器的选型大转矩宽调速直流伺服电动机和宽调速交流伺服电动机可与丝杠直接连接，这不仅可简化结构、减少躁声，并且对减少间隙、提高传动刚度也大有好处。为了保证电动机轴与丝杠直接连接平稳，实现无反向间隙传动，常采用挠性联轴器。图中柔性片4分别用螺钉和球面垫圈与两边的联轴套2相连，通过柔性片传递转矩。柔性片每片厚0.25mm，材料为不锈钢。锥环6为锥形夹紧环，由于锥环之间楔紧作用，在压圈1的作用下，内外环分别产生径向弹性变形，消除配合间隙，并产生接触压力以传递转矩。电动机轴与丝杠两端的位置偏差由柔性片的变形抵消。挠性联轴器消除了由电动机轴与丝杠之间的同轴度误差引起的憋劲现象。2.3.6滚动导轨的预紧在滚动体与导轨面之间预加一定载荷，可增加滚动体与导轨的接触面积，以减少导轨面平面度、滚子直线度以及滚动体直径不一致等误差的影响，使大多数滚动体都能参加工作。由于有预加接触变形，接触刚度有所增加，从而提高了导轨的精度、刚度和抗震性。不过预加载荷要适当。可以通过选配不同直径刚球的方法来进行调隙或预紧，也可以通过各种调整元件进行调隙或预紧，比如楔块、垫片等。第三章 滚珠丝杠螺母副进给部件结构设计 数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。为此，数控机床的进给传动系统必须满足下列要求。（1）传动精度高（2）摩擦阻力小（3）运动部件惯量小 下面主要介绍滚珠丝杠螺母副和导轨副两种机械传动结构：数控机床的进给系统主要通过伺服电机带动滚珠丝杠副使工作台在滚动导轨副的支撑下做往返运动。数控机床的伺服系统是指以数控机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，也就是位置随动系统。它的作用是接受来自数控装置中插补器或计算机插补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准确。伺服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等重要指标。3.1滚珠丝杠螺母副数控机床设计中，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠是数控机床进给伺服系统中重要的机械传动部件,滚珠丝杠螺母副的特点是:a) 传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率很高,可达92 %98 % ,是普通丝杠的24 倍。b) 摩擦力小。因为动、静摩擦系数相差小,因而传动灵敏,运动平稳、低速不容易产生爬行,随动精度和定位精度高。c) 使用寿命长。滚珠丝杠采用优质合金制造,表面粗糙度小, 其滚道表面淬火硬度可达60HRC62HRC。另外,因为是滚动摩擦,磨损更小。d) 经预紧后可以消除轴向间隙,提高了系统的刚度。e) 反向运动时无空行程,可以提高轴向运动精度。f) 制造成本高,不能自锁,有可逆性。滚珠丝杠的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度,因此在数控机床维修和机床的数控改造过程中,滚珠丝杠的选用和校核显得尤为重要。为了满足进给传动系统的各项要求，达到设计精度要求
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