工學(xué)小型銑床的總體設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、小型銑床總體設(shè)計(jì)摘 要隨著1818年第一臺(tái)銑床的問世，銑床已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)不可或缺的一部分。目前，在實(shí)際應(yīng)用中有部分工件在加工微型孔或銑削平面時(shí)，加工精度不高。如果我們用傳統(tǒng)的數(shù)控銑床對(duì)其加工，將導(dǎo)致加工效率低且加大設(shè)備和電力的損耗。根據(jù)這種情況，我打算設(shè)計(jì)一種小型數(shù)控立式銑床，該銑床不僅造價(jià)大大低于傳統(tǒng)數(shù)控銑床，還能夠滿足教學(xué)上的使用，提高學(xué)生對(duì)數(shù)控銑床的理解與認(rèn)識(shí)。本文將對(duì)小型銑床的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括主軸箱、立柱、工作臺(tái)、機(jī)座、控制部分。關(guān)鍵詞 小型；數(shù)控銑床；總體設(shè)計(jì)The overall design of small milling machineAbstractWith

2、 the advent of 1818 the first milling machine , milling machine has become an integral part of the machinery industry . At present, part of the workpiece in the processing of micro - holes or milling plane , machining accuracy is not high in practical applications . If we use the traditional CNC mil

3、ling machine to its processing, will result in processing efficiency and increase equipment and power loss . Under this situation, I intend to design a small CNC vertical milling machine , the milling machine is not only cost significantly less than traditional CNC milling machine , and also to meet

4、 the teaching and learning , and raise the students ' understanding and knowledge of CNC milling machines . This paper will the overall structure of small milling machine design, design elements include the headstock, column , table, base , control section .Keywords Small-scale;CNC milling machi

5、ne;Overall design第1章緒論1.1 引言銑床是一種用途廣泛的機(jī)床，在銑床上可以加工平面（水平面、垂直面）、溝槽（鍵槽、T形槽、燕尾槽等）、分齒零件（齒輪、花鍵軸、鏈輪、螺旋形表面（螺紋、螺旋槽）及各種曲面。此外，還可用于對(duì)回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進(jìn)行切斷工作等。銑床在工作時(shí)，工件裝在工作臺(tái)上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，輔以工作臺(tái)或銑頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刀斷續(xù)切削，因而銑床的生產(chǎn)率較高。簡(jiǎn)單來說，銑床就是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。1.2 銑床的發(fā)展歷史銑床最早由美國人E.惠特尼于1818年創(chuàng)造的臥式銑床。為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國人J

6、.R.布朗于1862年創(chuàng)造了第一臺(tái)萬能銑床，是為升降臺(tái)銑床的雛形。1884年前后出現(xiàn)了龍門銑床。20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動(dòng)銑床，工作臺(tái)利用擋塊可完成“進(jìn)給-快進(jìn)”的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)發(fā)面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動(dòng)化程度。尤其是70年代后，微處理機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動(dòng)換刀系統(tǒng)在銑床上得到應(yīng)用，擴(kuò)大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率。隨著機(jī)械化進(jìn)程不斷加劇，數(shù)控編程開始廣泛應(yīng)用于機(jī)床類操作，極大的釋放了勞動(dòng)力。數(shù)控編程銑床將逐步取代現(xiàn)在的人工操作。對(duì)員工的要求也會(huì)越來越高，當(dāng)然帶來的效率也會(huì)越來越高。1.3 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基

7、礎(chǔ)。它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和精密機(jī)械等高新技術(shù)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。數(shù)控機(jī)床替代普通機(jī)床，從而使得制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，數(shù)控技術(shù)已被世界各國列為優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)，成為國際間科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用將機(jī)械制造與微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、現(xiàn)代控制理論、檢測(cè)技術(shù)以及光電磁等多種學(xué)科技術(shù)融為一體，使制造業(yè)成為知識(shí)、技術(shù)密集的大學(xué)科范疇內(nèi)的現(xiàn)代制造業(yè)，成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今柔性自動(dòng)化和智能自動(dòng)化的技術(shù)基礎(chǔ)之一，它使傳統(tǒng)制造工藝發(fā)生了顯著的、本質(zhì)的變化。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，工藝方法和制造系統(tǒng)的不斷更新，形

8、成了CAD、CAM、CAPP、CAT、FMS等一系列具有劃時(shí)代意義的新技術(shù)、 新工藝的制造系統(tǒng)。在國際貿(mào)易中，很多發(fā)達(dá)國家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤(rùn)主要電機(jī)出口產(chǎn)品。世界貿(mào)易強(qiáng)國在進(jìn)行國內(nèi)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的同時(shí)，把高技術(shù)的機(jī)電產(chǎn)品出口打入國際市場(chǎng)，作為發(fā)展出口經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略措施，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控銑床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置。1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來越強(qiáng)烈。中、

9、小批量生產(chǎn)的比例明星增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床成為一種精密、高效、復(fù)合、集成功能和低成本的自動(dòng)化加工設(shè)備。同時(shí)，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機(jī)床向更高水平發(fā)。世界數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本共識(shí)是朝著高速高效化、精密化、復(fù)合化、智能化、信息化、環(huán)?；驮O(shè)計(jì)模塊化的方向發(fā)展。高速高效化高速和超高速加工技術(shù)可以提高加工效率，也是加工難削材料、提高加工精度、控制振動(dòng)的重要保障。其技術(shù)關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。比如進(jìn)一步提高高速電主軸最高轉(zhuǎn)速及功率、扭矩，采用傳感技術(shù)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷，進(jìn)一步輕量化進(jìn)給系統(tǒng)，采用直線電機(jī)和力矩

10、電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)方式，由刀具主軸部件實(shí)現(xiàn)機(jī)床的3個(gè)直線坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)等。精密化由于機(jī)床結(jié)構(gòu)和各組件加工的精密化，機(jī)床達(dá)到微米級(jí)精度已不是問題。目前高檔數(shù)控機(jī)床定位精度（全行程）已達(dá)0.0040.006mm，重復(fù)定位精度0.0020.003mm。同時(shí)，代表精度水平的超精密的納米級(jí)機(jī)床已開始不斷涌現(xiàn)。復(fù)合化在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量不斷減少的同時(shí)，加工的產(chǎn)品形狀日益復(fù)雜，多軸化控制的機(jī)床適合加工形狀復(fù)雜的工件。另一方面，產(chǎn)品周期的縮短要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求，這就要求1臺(tái)機(jī)床能夠處理以往需要幾臺(tái)機(jī)床處理的工序。在保持工序集中和減少工件重新安裝定位的前提下，使

11、更多的不同加工過程復(fù)合在一臺(tái)機(jī)床上，以減少占地面積，減少零件傳送和庫存，保證加工精度和節(jié)能降耗的要求。智能化現(xiàn)代智能化數(shù)控機(jī)床可以根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，保持最佳工作狀態(tài)，得到較高的加工精度和較低的表面粗糙度值，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。此外，系統(tǒng)還可以隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查，實(shí)現(xiàn)故障停機(jī)、故障報(bào)警、提示發(fā)生故障的部位、原因等。智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。信息化利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，機(jī)床制造商可以建立機(jī)床遠(yuǎn)程技術(shù)支持體系，實(shí)現(xiàn)工況信息的傳輸、存儲(chǔ)、查詢和顯示，以及遠(yuǎn)程智能診斷。基于網(wǎng)絡(luò)連接，

12、機(jī)床用戶可以及時(shí)獲得機(jī)床制造商的遠(yuǎn)程技術(shù)支持，機(jī)床制造商可準(zhǔn)確有效地得到用戶方的機(jī)床工況資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)床狀態(tài)的網(wǎng)上在線診斷，實(shí)現(xiàn)機(jī)床全生產(chǎn)周期服務(wù)的開放式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)，可以提高售后服務(wù)效率，并有助于及時(shí)改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量。環(huán)?；h(huán)保是機(jī)床產(chǎn)品必須達(dá)到的條件。通過干切削、準(zhǔn)干切削、硬切削等措施避免冷卻液、潤(rùn)滑液對(duì)周圍環(huán)境造成生態(tài)危害以及采用全封閉的罩殼，全面避免切屑或切削液外濺是主要的兩個(gè)環(huán)?；?。設(shè)計(jì)模塊化模塊化的設(shè)計(jì)在機(jī)床制造中已應(yīng)用得爐火純青，橫向系列，縱向系列，全系列，跨系列的模塊化設(shè)計(jì)使得同樣兩臺(tái)機(jī)床，外形上看，好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。模塊化設(shè)計(jì)將是

13、貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的一條主線，無論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求，無論是降低成本的需要，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要，都要求在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)中，切實(shí)做好模塊化的設(shè)計(jì)工作。產(chǎn)品生產(chǎn)向社會(huì)協(xié)作、專業(yè)化方向發(fā)展，小而全的模式將被淘汰。1.5 數(shù)控機(jī)床的組成組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床，主要由控制介質(zhì)（穿孔帶、磁帶）、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分及輔助裝置組成.1.5.1 控制介質(zhì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要人直接操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖。這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對(duì)工件的位移信息。因此，控制介質(zhì)就是指將零件加工

14、信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等?？刂平橘|(zhì)上記載的加工信息要經(jīng)過輸入裝置傳送給數(shù)控裝置，常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)和磁盤驅(qū)動(dòng)器等。除了上述幾種控制介質(zhì)以外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接將程序及數(shù)據(jù)輸入。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其它計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。1.5.2 數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心，人們喻為“中樞系統(tǒng)”。數(shù)控裝置包括輸入裝置，控制運(yùn)算器(CPU)和

15、輸出裝置等構(gòu)成，如圖1-3所示。圖中虛線內(nèi)包含部分為數(shù)控裝置。數(shù)控裝置的功能是接受控制介質(zhì)上的各種信息，經(jīng)過識(shí)別與譯碼后，送到運(yùn)算控制器進(jìn)行計(jì)算處理再經(jīng)過輸出裝置將運(yùn)算控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，帶動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。目前均采用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置。微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元（CPU）又稱為微處理器，是一種大規(guī)模集成電路，它將運(yùn)算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計(jì)算機(jī)中，輸入與輸出電路也采用大規(guī)模集成電路，即所謂的I/O接口。微型計(jì)算機(jī)擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲(chǔ)介質(zhì)，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤存儲(chǔ)器等。1.5.3伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行和反

16、饋裝置。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號(hào)相比較后帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件或執(zhí)行部件動(dòng)作，加工出符合圖紙要求的零件。指令信息以脈沖信號(hào)表示，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量稱為脈沖當(dāng)量，常用脈沖當(dāng)量為0.0010.01mm，脈沖當(dāng)量在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)即已規(guī)定。伺服系統(tǒng)直接影響數(shù)控機(jī)床的速度、位置、加工精度、表面粗糙度等。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。后兩者都帶有光電編碼器等位置測(cè)量元件，可用來精確控制工作臺(tái)的實(shí)際位移量和移動(dòng)速度。1.5.4機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的實(shí)體，是完成實(shí)際切削加工的機(jī)械部分，它包

17、括床身、底座、工作臺(tái)、床鞍、主軸等。它與普通機(jī)床相比較有所改進(jìn)，具有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。（3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局，傳動(dòng)系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這些變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。因此，必須建立數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的新概念。1.5.5輔助裝置輔助裝置主要包括換刀機(jī)構(gòu)、工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、工件夾緊機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液

18、壓汽動(dòng)系統(tǒng)、過載保護(hù)與限位保護(hù)裝置等。第2章主切削力及其切削分力的計(jì)算2.1 計(jì)算主切削力根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑D=125mm）時(shí)，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率。此時(shí)，銑刀的切削速度為若主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率=0.8，按式可計(jì)算主切削力；（2）計(jì)算各切削分力。根據(jù)表2-2可得工作臺(tái)縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別為表2-2 工作臺(tái)工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗(yàn)比值切削條件比值對(duì)稱端銑不對(duì)稱端銑逆銑順銑端銑（圓柱銑、立銑、盤銑和成形銑()-導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-8a )計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。此時(shí)，動(dòng)摩擦系

19、數(shù)，-主切削力的垂向切削分力（N）-橫向切削分力（N）；W-坐標(biāo)軸上移動(dòng)部件的全部重量（包括機(jī)床夾具和工件的重量，N）；-摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式不同而不同，對(duì)于帖塑導(dǎo)軌，=0.15；對(duì)于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，=0.01；-鑲條緊固力（N）,其推薦值可查表2-3得鑲條緊固力=2000N，則=（W+）=0.15×(8820+2000+1514.7+925.65)N=1986.1N表2-3 鑲條緊固力推薦值導(dǎo)軌形式主電動(dòng)機(jī)功率/kw2.23.75.57.5111518貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌50080015002000250030003500滾動(dòng)直線導(dǎo)軌254075100125150175（2）按式( 數(shù)控技術(shù)

20、課程設(shè)計(jì)2-9a )，計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力N=0.2×(9500+2500)N=2400N計(jì)算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-10a )計(jì)算最大軸向負(fù)載力（W+）, -主切削力的縱向切削力（W+）=58.78+0.15（9500+2500+159.53+92.36）N=1896.56N（2）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-11a )計(jì)算最小軸向負(fù)載=1800N滾珠絲桿的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算1）確定滾珠絲桿的導(dǎo)程根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則由式得：=10mm2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副得平均轉(zhuǎn)速和平均載荷（1）估算在各種切削方式下滾珠絲

21、桿的軸向載荷。將強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定為最大軸向載荷，快速移動(dòng)和鉆鏜定位時(shí)的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削(粗加工)和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷、分別可按下列公式計(jì)算：=+20，=+5，并將計(jì)算結(jié)果填入表2-4。表2-4 數(shù)控銑床滾珠絲桿的計(jì)算切削方式軸向載荷/N進(jìn)給速度/()時(shí)間比例/()備注強(qiáng)力切削1896.56=0.610一般切削（粗加工）2179.31=0.830=+20精細(xì)加工（精加工）1894.83=150=+5快移和定鏜定位180010,(2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速，（3） 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-17 )計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速

22、。（4）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-18 )計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均載荷。3)確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷（1）按預(yù)定工作時(shí)間估算。查表2-5得載荷性質(zhì)系數(shù)。已知初步選擇的滾珠絲桿的精度等級(jí)為2級(jí)，查表2-6得精度系數(shù)。查表2-7得可靠性系數(shù)，則由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-19 )得= =35974.6N表2-5 載荷性質(zhì)系數(shù)載荷性質(zhì)無沖擊（很平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或振動(dòng)11.21.21.51.52表2-6精度系數(shù)精度等級(jí)1、2、34、571010.90.80.7表2-7可靠性系數(shù)可靠性/()90959697989910.620.530.440.330.21(2)因?qū)L珠絲桿螺母副將實(shí)施預(yù)緊，

23、所以可按式N估算最大軸向載荷。查表2-8得欲加動(dòng)載荷系數(shù)，則=4.5×1896.56N=8534.52N表2-8 欲加動(dòng)載荷系數(shù)欲加載荷類型輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載6.74.53.4（3）確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷。取以上兩種結(jié)果的最大值，即=35974.6N。4）按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)（1） 根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲桿的最大軸向變形。已知工作臺(tái)的定位精度為20，重復(fù)定位精度為12，根據(jù)公式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-23 )、( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-24 )以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。（2）估算允許的滾珠絲桿的

24、最小螺紋底經(jīng)。本機(jī)床工作臺(tái)（X）軸滾珠絲桿螺母副的安裝方式擬采用兩端固定式。滾珠絲桿螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為L(zhǎng)=行程+安全行程+2×余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度（1.21.4）行程+（2530）取L=1.4×行程+30=（1.4×600+30×10）mm=1140mm,又=2164N，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-26 )得5）初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號(hào)根據(jù)計(jì)算所得的、，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿螺母副FFZD4010-5（見數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄A表A-3）,其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和絲桿底徑如下：，故滿足式( 數(shù)控技

25、術(shù)課程設(shè)計(jì)2-27 )的要求。6） 由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-29 )確定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力7） 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值和預(yù)拉伸力（1） 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-31 )計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值-目標(biāo)行程補(bǔ)償值；-溫度變化值（），一般情況下為23；-絲桿的線膨脹系數(shù)（1/）,一般情況下為11×/;-滾珠絲桿副的有效行程(mm)。已知溫度變化值=2，絲桿的線膨脹系數(shù)=/，滾珠絲桿副的有效行程=工作臺(tái)行程+安全行程+2×余程+螺母長(zhǎng)度=（600+100+2 ×20+146）mm=886mm故 =11×2×886×mm=0.

26、02mm(2) 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-32 )計(jì)算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力。已知滾珠絲桿螺紋底徑=34.3mm,滾珠絲桿的溫度變化值=2，則8)確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào)（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-33 )計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。（2） 計(jì)算軸承的預(yù)緊力(3)計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷(4)按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-15 )計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷C。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速,軸承所受的當(dāng)量軸向載荷=3605.84N,軸承的基本額定壽命L=20000h。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為=3605.84×0.5N=1802.92N=3605.84×0.87N=3

27、137.08N 因?yàn)?，所以查?-9得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Y=0.54，故P=(1.9×1802.92+0.54×3137.08)N=5119.57N=表2-9 載荷系數(shù)組合列數(shù)2列3列4列承載列數(shù)1列2列1列2列3列1列2列3列4列組合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1.9-1.432.331.172.332.53-Y0.54-0.770.350.890.350.26-X0.920.920.920.020.020.920.920.920.92Y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)確定軸承的規(guī)格型號(hào)因?yàn)闈L珠絲桿螺母副

28、擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用角接觸球軸承組背對(duì)背安裝，以組成滾珠絲桿兩端固定的支承形式。由于滾珠絲桿的螺紋底徑為34.3mm，所以選擇軸承的內(nèi)徑d為30mm，以滿足滾珠絲桿結(jié)構(gòu)的需要。在滾珠絲桿的兩個(gè)固定端均選擇國產(chǎn)角接觸球軸承兩件一組背對(duì)背安裝，組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號(hào)為760360TNI/P4DFB,尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為30mm×72mm×19mm），選擇脂潤(rùn)滑。該軸承的預(yù)載荷能力為2900N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力=1735.72N.并在脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1900r/min,高于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。該軸承的

29、額定動(dòng)載荷為 =34500N，而該軸承在20000h工作壽命下的今本額定動(dòng)載荷C=34395N,也滿足要求。工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì)將以上計(jì)算結(jié)果用于工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì)（見數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)插頁圖2）。數(shù)控技術(shù)課設(shè)程計(jì)后插頁圖3為工作臺(tái)零件圖，插頁圖4為滑鞍零件圖。滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn)1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本工作臺(tái)的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓，因此，不存在壓桿補(bǔ)穩(wěn)定問題。2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)根據(jù)以上的計(jì)算可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度=837.5mm。已知彈性模量E=，材料密度，重力加速度，安全系數(shù)。查數(shù)控技術(shù)課設(shè)程計(jì)表2-44得。

30、滾珠絲桿的最小慣性矩為滾珠絲桿的最小截面積為故可由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-36)得=10738.5本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn)滾珠絲桿螺母副的壽命，主要是指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲桿在相同的條件下回轉(zhuǎn)時(shí)，其中90不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄A表A-3得滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷=46500N，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，滾珠絲桿的軸向載荷,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速,由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-37)、( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-38)得，一般來講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命故滿足

31、要求。傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算1傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算(1)計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度。本工作臺(tái)的絲桿支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時(shí)()時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度，可按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-45a)計(jì)算： 當(dāng)或時(shí)（即滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端位置時(shí)），滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度，可按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-45b)計(jì)算：（2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度。已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷,由表2-45、2-46得=（3） 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)附錄A表A-3得滾珠與滾道的接觸剛度K=

32、1585，額定載荷=46500N，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷=3119.94N，故由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-46b)得（4） 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-47a)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故。由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-47b)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為軸承類型未預(yù)緊/有預(yù)緊/角接觸球軸承（6000型）圓錐滾子軸承（7000型）推力球軸承（8000型）推力圓柱滾子軸承（9000型）備注（1） 表中公式的使用條件：軸承的預(yù)緊力； 滾子軸承的預(yù)緊力；（2） 表中公式個(gè)字母的意義：；故。2滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算由以上計(jì)算可知，扭轉(zhuǎn)

33、作用點(diǎn)之間的距離已知剪切模量，滾珠絲桿的底徑由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-48)得表3-1 一個(gè)未預(yù)緊的軸承或一對(duì)預(yù)緊軸承的組合剛度的計(jì)算公式(來自數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表2-45)表3-2 滾珠絲杠螺母副支承剛度的計(jì)算公式(來自數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)表2-45)滾珠絲杠螺母副支承方式支承剛度的計(jì)算公式一端固定，一端自由一端固定，一端游動(dòng)固定端預(yù)緊時(shí)：兩端支承預(yù)緊時(shí)：；未預(yù)緊時(shí)：兩端固定固定端預(yù)緊時(shí)： 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量（1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。已知滾珠絲杠的密度，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-63)得（2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)量。（3）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)

34、慣量。已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺(tái)、工件、夾具）的總質(zhì)量m=918kg，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸上移動(dòng)的距離L=1cm,則由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-65)得（4）由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-66)計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩（1）計(jì)算切削負(fù)載力矩。已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-54)得 （2）計(jì)算摩擦負(fù)載力矩已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力（即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力），由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-55)得（3）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力

35、矩。已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-56)得3計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需的力矩（1）計(jì)算線性加速力矩已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，加速時(shí)間，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-58)得額定功率/kw0.50.751.41.63.04.07.06.0額定力矩/124812223038最高轉(zhuǎn)速/50005000400030003000300030003000轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/0.000310.000530.00140.00260.00620.0120.0

36、170.022質(zhì)量/kg3481218294051外形型號(hào)外形尺寸/mmA9090130130174174174174C66667575105105105105DE37375858102102102102F75111108164141215289363G130166166222202276350424HIJ11（錐形）11（錐形）16（錐形）16（錐形）32（錐形）32（錐形）32（錐形）32（錐形）K-909090909090L-313131313131M119155155211191265339413（2）計(jì)算階躍加速力矩。已知加速時(shí)間，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-59)得（3）計(jì)算坐標(biāo)軸

37、所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩。按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-61)計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-59)計(jì)算階躍加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩。按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-59)計(jì)算快進(jìn)力矩。按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)2-59)計(jì)算工進(jìn)力矩。4選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)（1）選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算和表4-1，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的型交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)如下:額定功率3kw；最高轉(zhuǎn)速3000；額定力矩12；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量62；質(zhì)量18kg.交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的倍。若按5倍計(jì)算，則該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為60，均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需 的空載啟動(dòng)力矩以