課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)最終改

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：機(jī)電技術(shù)教育班級(jí)學(xué)號(hào)：機(jī)工1011-02、 12、 22學(xué)生姓名：韋宏亮徐培鈞高文科指導(dǎo)教師：孫宏昌二一三年六月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)立式數(shù)控銑床工作臺(tái)（X 軸）設(shè)計(jì)Vertical CNC milling machinetable （X shaft ）design專(zhuān)業(yè)班級(jí)：機(jī)工1011學(xué)生姓名：韋宏亮徐培鈞高文科指導(dǎo)教師：孫宏昌學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院2013 年 6月第一章緒論1.1 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各

2、工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。近幾年我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品發(fā)展很快，但真正在市場(chǎng)上站住腳的卻不多。就數(shù)控系統(tǒng)而言，國(guó)產(chǎn)貨仍未真正被廣大機(jī)床廠(chǎng)所接受，因此出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)用于舊機(jī)床改造的例子較多，而裝備新機(jī)床的卻很少，機(jī)床廠(chǎng)出產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大多數(shù)用的都是國(guó)外的系統(tǒng)。這當(dāng)然不是說(shuō)舊機(jī)床的數(shù)控化改造不重要，而是說(shuō)明從商品的角度看，我們的數(shù)控系統(tǒng)與國(guó)外相比還存在相當(dāng)大的差距。影響數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床商品化的主要因素除技術(shù)性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。以往，一些數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)部門(mén)，所追求的往往是一些體現(xiàn)技術(shù)水平的指標(biāo)（如多少通道、多少軸聯(lián)動(dòng)、每分鐘多少米的

3、進(jìn)給速度等等），而對(duì)影響實(shí)用性的一些指標(biāo)和一些小問(wèn)題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、實(shí)用性方面花的精力相對(duì)較少。從而出現(xiàn)某些產(chǎn)品鑒定時(shí)的水平都很高，甚至也獲各種大獎(jiǎng)。但這些高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品到用戶(hù)哪兒卻由于一些小問(wèn)題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪失了信譽(yù)，打不開(kāi)市場(chǎng)。這說(shuō)明，高指標(biāo)、高性能的樣機(jī)型的產(chǎn)品離用戶(hù)真正需要的實(shí)用、可靠的商品是有相當(dāng)大的距離的，將一個(gè)高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品變?yōu)橐粋€(gè)有市場(chǎng)的商品還需作出大量艱苦的努力。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床不像家電類(lèi)產(chǎn)品那樣易于大批量生產(chǎn)，應(yīng)用環(huán)境也不那么簡(jiǎn)單。數(shù)控產(chǎn)品是在生產(chǎn)環(huán)境中使用，面臨的是五花八門(mén)的工藝問(wèn)題。如果開(kāi)發(fā)部門(mén)對(duì)這些問(wèn)題掌握得

4、不透，就難以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得很完善。而且數(shù)控產(chǎn)品的某些問(wèn)題在開(kāi)發(fā)、試用，甚至鑒定時(shí)都難以發(fā)現(xiàn)。這就造成，同樣型號(hào)的數(shù)控機(jī)床在有的用戶(hù)那兒運(yùn)行得很好，而在別的用戶(hù)那兒卻表現(xiàn)欠佳。或者同樣型號(hào)的數(shù)控機(jī)床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時(shí)卻不盡人意。出現(xiàn)這種情況，有時(shí)是用戶(hù)操作人員的水平問(wèn)題，但有時(shí)就是數(shù)控產(chǎn)品本身潛在問(wèn)題的暴露。為解決這一問(wèn)題，國(guó)外一些公司設(shè)立了專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)來(lái)測(cè)試考驗(yàn)自己的產(chǎn)品，如為考驗(yàn)新開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，廠(chǎng)家自己設(shè)計(jì)和從生產(chǎn)實(shí)際中收集了大量零件程序，讓數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行各種各樣的程序，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，即立即反饋給開(kāi)發(fā)部門(mén)予以解決。經(jīng)過(guò)這樣的測(cè)試考驗(yàn)過(guò)程后，數(shù)控系統(tǒng)的潛在問(wèn)題就大為減少

5、。以往，我們的產(chǎn)品就很少進(jìn)行這樣嚴(yán)格的全面的自我測(cè)試考驗(yàn)。很多問(wèn)題都要等到用戶(hù)去給我們挑出來(lái)。這樣，即使一個(gè)小問(wèn)題也將嚴(yán)重影響國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品的聲譽(yù)。1.2 課題提出的意義和目的與普通銑床的工藝裝備相比較，數(shù)控銑床工藝裝備的制造精度更高、靈活性好、適用性更強(qiáng)，一般采用電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓甚至計(jì)算機(jī)控制，其自動(dòng)化程度更高。合理使用數(shù)控銑床的工藝裝備，能提高零件的加工精度。各種類(lèi)型數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)雖然各有不同，但各種數(shù)控系統(tǒng)的功能，除一些特殊功能不盡相同外，其主要功能基本相同。其主要功能如下：點(diǎn)位控制功能：此功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相互位置精度要求很高的孔系加工；連續(xù)輪廓控制功能：此功能可以實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)、圓弧的

6、插補(bǔ)功能及非圓曲線(xiàn)的加工；刀具半徑補(bǔ)償功能：此功能可以根據(jù)零件圖樣的標(biāo)注尺寸來(lái)編程，而不必考慮所用刀具的實(shí)際半徑尺寸，從而減少編程時(shí)的復(fù)雜數(shù)值計(jì)算；刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能：此功能可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒叩拈L(zhǎng)短，以適應(yīng)加工中對(duì)刀具長(zhǎng)度尺寸調(diào)整的要求；比例及鏡像加工功能：比例功能可將編好的加工程序按指定比例改變坐標(biāo)值來(lái)執(zhí)行。鏡像加工又稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)加工，如果一個(gè)零件的形狀關(guān)于坐標(biāo)軸對(duì)稱(chēng)，那么只要編出一個(gè)或兩個(gè)象限的程序，而其余象限的輪廓就可以通過(guò)鏡像加工來(lái)實(shí)現(xiàn)；旋轉(zhuǎn)功能：該功能可將編好的加工程序在加工平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度來(lái)執(zhí)行；子程序調(diào)用功能：有些零件需要在不同的位置上重復(fù)加工同樣的輪廓形狀，將這一輪廓形狀的加工程序作

7、為子程序，在需要的位置上重復(fù)調(diào)用，就可以完成對(duì)該零件的加工；宏程序功能：該功能可用一個(gè)總指令代表實(shí)現(xiàn)某一功能的一系列指令，并能對(duì)變量進(jìn)行運(yùn)算，使程序更具靈活性和方便性。因此，我們應(yīng)在商品化方面切實(shí)狠下工夫，將其作為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的主干來(lái)抓，貫穿于技術(shù)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、試制、生產(chǎn)等的全過(guò)程中，從而將我們已有的技術(shù)水平較高的數(shù)控產(chǎn)品變成真正有市場(chǎng)的好商品。第二章立式數(shù)控銑床工作臺(tái)（X 軸）設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)要求工作臺(tái)、工件和夾具的總重量m =920kg（所受的重力W=8000N），其中，工作臺(tái)的質(zhì)量 m0 =520kg（所受的重力 W0 =5000N）；工作臺(tái)的最大行程L p =590mm；工作臺(tái)快速移動(dòng)速

8、度 vmax =15000mm min ；工作臺(tái)采用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌， 導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)u=0.01,靜摩擦系數(shù) u0=0.01 ；工作臺(tái)的定位精度為 25 um ，重復(fù)定位精度為 18um ；機(jī)床的工作壽命為 20000H（即工作時(shí)間為 10 年）。機(jī)床采用伺服主軸， 額定功率 PE5.5KW ，機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)力切削， 銑刀直徑 D=125mm，主軸轉(zhuǎn)速 n=220r/min ，切削狀況如表 2-1所示表 2-1 數(shù)控銑床的切削狀況切削方式進(jìn)給速度 / (m / min)時(shí)間比例 /(%)備注強(qiáng)力切削0.610主電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)功率條件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速進(jìn)給

9、1510空載條件下工作臺(tái)快速進(jìn)給為了滿(mǎn)足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案:(1) 對(duì)滾珠絲桿螺母進(jìn)行預(yù)緊。(2) 采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。(3) 采用錐環(huán)套筒聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿直連。(4) 采用交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速。2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1 主切削力及其切削分力計(jì)算（1）計(jì)算主切削力 Fz 。由已知條件，我們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），此時(shí)，銑刀的切削速度為vDn3.14 125 10 3 300 m / s 1.96m / s6060若主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率m 0.8， 可 計(jì) 算 主 切 削 力 F z；Fzm PE 1030.8

10、6.0 103 N 2448.98Nv1.96（2）計(jì)算各切削分力。根據(jù)表 2-2 （查閱數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì) 1 表 2-1 ）可得工作臺(tái)縱向切削力 F1 、橫向切削力 Fc 和垂向切削力 Fv 分別為F10.4Fz0.4 2448.98 N979.59 NFc0.95 Fz0.952448.98 N 2326.53NFv0.55Fz0.552448.98N1346.94 N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(chēng)端銑不對(duì)稱(chēng)端銑逆銑順銑端銑F1 / Fz0.300.400.600.900.15 : 0.30(ae (0.4 0.8)d0 ,a f 0.1 0.2)Fc /

11、Fz0.850.950.450.700.901.00Fv / Fz0.500.550.500.550.500.55圓柱銑、立銑、盤(pán)銑和成形銑F1 / Fz-1.001.200.80 : 0.90Fv / Fz(ae0.05d0 , af0.1 0.2)Fc / Fz-0.200.300.75 :0.800.350.400.350.402.2.2 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算（ 1 ）按式計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力F。此時(shí)，導(dǎo)軌動(dòng)摩擦力系數(shù)0.01 ，F(xiàn)c 、 Fv - 主切削力的垂向切削分力（N）和橫向切削分力（ 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)

12、軌形式不同而不同，對(duì)于帖塑導(dǎo)軌，=0.15 ；對(duì)于滾動(dòng)直導(dǎo)軌，=0.01 ；F(WfgFcFv )0.015(980081.822326.531346.94)203.33 Nf g -鑲條緊固力（N）, 其推薦值可查表2-3得鑲條緊固力fg=1500N，則W mg 920 9.8 9016N表 2-3鑲條緊固力推薦值主電動(dòng)機(jī)功率 /kw導(dǎo)軌形式2.23.75.57.5111518貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌50080015002000250030003500滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌254075100125150175按式F0(Wfg ), 計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力F 0和導(dǎo)軌靜摩擦力F0 。F 0(Wf g )0.

13、015(980081.82)148.23NF00 (Wfg )0.02(980081.82)197.64 N2.2.3 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力按式 Fa maxF1F ， F1 - 主切削力的縱向切削力Fa maxF1F(979.59 203.33) 1182.92 N按式 Fa minF 0(W f g ) N計(jì)算最小軸向負(fù)載力F a min F o 148.23N2.2.4 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vmaxn max3000r / minL0根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則由式in max得：L0vmax15000in maxmm 5mm1 3000

14、2) 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Fa max ，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 Fa min 。粗加工和精加工時(shí)，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷F2、F3分別可按下列公式計(jì)算：F 2 Famin20%Fa max ， F 3Famin 5%Fa max ，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)算進(jìn)給速度時(shí)間比例切削方式軸向載荷 /N備注/( m min )/( )強(qiáng)力切削1182.92v10.610F1Fa max一般切削（粗加工）384.81v20.830F 2Fa

15、min20%Fa max精細(xì)加工（精加工）207.38v3150F 3Fa min 5%Fa max快移和定鏜定位148.231.510F4Fa min計(jì)算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速nin1v10.63r / min120r / minL0510n2v20.8r / min160r / minL05103n3v31r / min200r / minL05103n4v415r / min3000r / minL05103nmq1 n1q2 n2.qnnnnm 。（3）按式100100100計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速nmq1n1q2 n2 .qn nn100100100(1060308

16、05010460r / min1001001003000) r / min100100Fm3 F13 n1q1F23 n2q2.Fn3 nnqn按式nm 100nm 100nm 100 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均載荷Fm 。Fm3 F13 n1q1F23 n2 q2.Fn3 nnqnnm 100nm 100nm 1003 1182.92312010384.8138030207.38320050148.233300010 N460100230100460100460100376.08 N3) 確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷C am（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) f w 1.3。

17、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) fa 1。查表2-7 得可靠性系數(shù)Cam360nm LhFm f wf c 0.44Lh20000h100 f a f c，額定壽命則由式得Cam3 60nmLhFm f w100 f a fc3 60 230 20000 376.08 1.3 N100 1 0.449114.87N表 2-5載荷性質(zhì)系數(shù) f w載荷性質(zhì)無(wú)沖擊（很平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或振動(dòng)fw11.21.21.51.52表 2-6精度系數(shù) f a精度等級(jí)1、2、34、 5710f a10.90.80.7表 2-7可靠性系數(shù) f c可靠性909596979899

18、/( )f c10.620.530.440.330.21因?qū)L珠絲桿螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按式估算最大軸向載荷。查表2-8 得欲加動(dòng)載荷系數(shù)f e 4.5，則Camfe Famax4.51182.92 N 5323.14N表 2-8欲加動(dòng)載荷系數(shù) f e欲加載荷類(lèi)型輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載f e6.74.53.4（3）確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷C am 。取以上兩種結(jié)果的最大值，即C am =9114.87N4）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。(1) 已知 工作臺(tái)的定位精度 為 15 m ，重復(fù)定位精 度為 8 m ，根據(jù)公式max(1/3 1/ 2）重復(fù)定位精

19、度和max(1/5 1/ 4）定位精度及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得max1(1/ 3 1/ 2） 8 m(8.33 12.5)m ，max2(1/ 5 1/ 4） 15m(3.6 4.5)m取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即max2.67m 。（2）估算允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)d2m 。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 （ 1.2 1.4 ）行程 +（2530）L0取 L=1.4 行程 +30 L0 =（1.4 600+305）mm=990mm,又W0.01(9800

20、3000)197.64，No由式d 2m0.078 F0 Lmax得 d 2 m 0.078F0 L0.078197.649902.6721.12mmmax5）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 L0 、 C am 、 d2m ，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,其公稱(chēng)直徑 d0 、基本導(dǎo)程 L0 、額定動(dòng)載荷 C a和絲桿底徑 d2 如：d0 50mm ，L05mm ，Ca22200 NCam 9114.87 N , d246.4mmd2m 21.12mm ，故滿(mǎn)足式 CaCam ， d2d2m 的要求。Fp1FamaxFp3由式確

21、定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力Fp1 Fa max1 1182.92 N 394.31N33計(jì)算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值和預(yù)拉伸力按式 ttLu 11 tLu10 6 mm計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值tt - 目標(biāo)行程補(bǔ)償值 (mm) ；t - 溫度變化值（ C ），一般情況下為 23 C ；- 絲桿的線(xiàn)膨脹系數(shù)（ 1/ C ）, 一般情況下為 11 10 6 / C ；Lu - 滾珠絲桿副的有效行程 (mm) 。已知溫度變化值 t 2 C ，絲桿的線(xiàn)膨脹系數(shù)11 10 6 / C ，滾珠絲桿副的有效行程Lu =工作臺(tái)行程 +安全行程 +2余程 +螺母長(zhǎng)度= （590+100+220+146）mm=87

22、6mm,故 ttLu11 tL u10 6 mm 11 2 876 106 mm 0.019mm(2) 按式 Ft1.81 td22計(jì)算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力Ft 。已知滾珠絲桿螺紋底徑 d234.3mm, 滾珠絲桿的溫度變化值 t2C，則Ft1.81 td 221.81 2 34.32 N 4258.89N8) 確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào)（1）按式 FB maxFa max 計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷FB max 。(2) 計(jì)算軸承的預(yù)緊力 FBpFBp1 FB max11182.92. N 394.31N33（3）計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷FBamFB maxFBp 1 Fm (39

23、4.31 376.08) N770.39 N2(4) 按式CP 3 60nLh100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 n nm220r / min , 軸 承 所 受 的 當(dāng) 量 軸 向 載 荷FBam2074.84N , 軸承的基本額定壽命 L 20000 h。軸承的徑向載荷 Fr 和軸向載荷 Fa分別為FrF Bam cos 60o770.390.5 N385.20 NFaF Bam sin 60o770.39 0.87 N670.24 N因?yàn)?Fa670.241.74 2.17 ，所以查表2-9 得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Fr385.20Y=0.5

24、4，故PXFrYFa(1.9385.200.54670.24) N1093.81NCP 360nLh1093.813 60 460 20000 N 8972.67 N100100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DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTFaX1.9-1.432.33-1.172.332.53-2.17FrY0.54-0.770.35-0.890.350.26-FaX0.920.920.920.020.020.920.920.920.922.17FrY1.01.01.01.01.01.01.

25、01.01.0(5) 確定軸承的規(guī)格型號(hào)由于滾珠絲桿螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用60 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d2 為 36.9mm，所以選擇軸承的內(nèi)徑 d 為 35mm，以滿(mǎn)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(guó)產(chǎn)60 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760207TNI/P4DFB,尺寸（內(nèi)徑外徑,寬度）為35mm 90mm 23mm，選擇脂潤(rùn)滑。該軸承的預(yù)載荷能力FBP 為 5600N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力FBP =2647.25N. 并在脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1

26、500r/min, 等于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速 nmax 1500r / min ，滿(mǎn)足要求。該軸承額定動(dòng)載荷為 C =50000N，而該軸承在 20000h 工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷 C =39597.89N, 也滿(mǎn)足要求。2.3 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn)2.3.1 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速nc 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L2827.5mm 。已知彈17.8 10 5 N / mm3性 模 量 E 2.1 105 MPa ， 材 料 密 度g，重力加速度g 9.8 103 mm/ s2，安全系數(shù) K10.8 。查參考文獻(xiàn) 1 表 2-44 得4.73 。滾珠絲桿

27、的最小慣性矩為Id243.1434.34 mm467909 mm46464滾珠絲桿的最小截面積為Ad 22 3.14 34.32 mm2923.54 mm244故可由式nc K160 2EI2 L22Anc60 2EIK1A2 L220.8604.7322.1 10567909 9.8 10 3r / min23.14827.527.810 5923.54得 10738.5r / min本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500r min ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速， 故滿(mǎn)足要求。2.3.2 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

28、剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速查參考文獻(xiàn)1附錄A表 A-3 得滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷C a 46500 N，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)f w1.2，滾珠絲桿的軸向載荷 FaFmax 1373.21N , 滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速nnmax1500r / minL( Ca)3 106,由式Fa f w，LhLLCa)310646500)3106r2.25 109r(60n 得Fa fw1373.211.2L2.25 109h249667 hLh60150060n一般來(lái)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Lh20000h 故滿(mǎn)足要求。2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算2.4.1. 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算(1) 計(jì)算滾珠

29、絲桿的拉壓剛度 K s 。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)( aL/2,L1065mm)時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度K smin，K smin6.62 d2210可按式L 計(jì)算：K smin6.610 2d226.610234.32N / m 729.09 N / mL1065當(dāng)aLY827.5mm或aLJ237.5mm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 K smax ， 可 按 式2d22 LK smax 6.6 104LJ (LLJ ) 計(jì)算：K

30、 smax6.6 102d22 L4LJ (LLJ )6.610234.321065N / m4237.5(1065237.5)1051.94N /m（2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度K b 。已知軸承接觸角60 ，滾動(dòng)體直徑 dQ7.144mm，滾動(dòng)體個(gè)數(shù) Z=17，軸承的最大軸向工作載荷FB max5818.86 N, 查參考文獻(xiàn)1表 2-45、2-46得K b4 2.34 3 dQ Z 2 FBmax sin 54 2.34 3 7.144 17 2 5818.86 sin5 60 N / m 1699.68N / m計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度Kc查參考文獻(xiàn) 1 附錄 A 表 A-3

31、得滾珠與滾道的接觸剛度 K1585N / m ，額定載荷C a4500 N ， 滾 珠 絲 杠 上 所 承 受 的 最 大 軸 向 載 荷 Fa max1373.21N ， 故 由 式1K cK ( Fa max ) 30.1Ca得11585 ( 1373.211K cK ( Fa max )3) 3N / m 1055.50N / m0.1Ca0.1 46500計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K 。1111由式 KmaxK smaxK bK c 得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為11111110.00249K maxK smaxK bK c 1051.941699.681055.50故 K

32、 max 401.61N /m 。1111由式 KminK sminK bK c 得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為11111110.00291K minK sminK bK c 129.091699.681055.50故 K min 343.64N /m 。（5）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)作用點(diǎn)之間的距離 L2935.5mm 已 知 剪 切 模 量d24GG 8.1 104 MPa ，滾珠絲桿的底徑 d2K34.310 3 m 。由式32L2 得Kd24G3.14 (34.310 3)48.1 104106N m / rad32L232935.510 311759.

33、72Nm / rad2.5 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算2.5.1. 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Jr 。已知滾珠絲杠的密度7.8 10 3 kg / cm3 ，nD 4j L j0.78 10 3nD 4j L jJr32 j 1j 1由式得nnJr32 jD j4L j0.78 10 3D 4j L j1j10.78 10 3( 234 8.944100.9 2.545.2) kg cm221.43kg cm2（2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)量 J0 。J 00.7810 3 D4L0.78 10 3(6434 ) 7.8kg cm27.39kg cm2（3）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)

34、軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J L 。已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺(tái)、工件、夾具）的總質(zhì)量m920kg ，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L1cm ,J Lm( L ) 2得則由式2J Lm( L )2920 (21)2 kg cm223.33kgcm223.14（4）由式JdJ rJ0J L計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jd。J dJrJ 0JL(21.4311.6223.33) kgcm256.38kgcm22.5.2 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 Tc 。已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力FaFa max 1373.21N ，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在

35、軸向移動(dòng)的距離 L 10mm0.01m ，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率0.90 ，由Fa LTc式2得TcFa L105.160.01 N m 0.186N m223.140.9（2）計(jì)算摩擦負(fù)載力矩 T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）TcFa LTcFa L1373 .210.012.43NmFa1373.21N2223.14N m，由式得0.9（3）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩Tf 。已知 滾珠 絲杠 螺母 副的 預(yù)緊 力 Fp457.73N 滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程L010mm0.01m，滾珠絲杠螺母副的效率T fFp L0 (102 )00.94 ，由式2得TfF p L02457.730.01(10.942) N m 2.915103Nm(10)3.140.9222.5.3 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(xiàn)性加速力矩 Tal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nmax1500r / min ，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J m62kg cm2，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量Jd56.38kgcm2，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位330.15sk z20H Ztas置環(huán)增益，加速時(shí)間ks20， 由 式Tal2nmax( J mJd )(1e ksta )6