CK6120車削中心設(shè)計-橫向(X軸)進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書資料

-27-目錄第一章緒論…………1第一節(jié)課題背景和目的…………1第二節(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢……………1第二章總體方案的確定……………4第一節(jié)控制系統(tǒng)的選擇…………4第二節(jié)機(jī)床本體（床身和導(dǎo)軌的設(shè)計）…………5第三節(jié)動力系統(tǒng)、機(jī)械傳動部件及其連接方式的選用………6第三章橫向進(jìn)給機(jī)械傳動部分的計算和選型……9第一節(jié)橫向?qū)к壣弦苿硬考闹亓抗浪恪?第二節(jié)計算橫向進(jìn)給切削力……………………9第三節(jié)滾珠絲杠傳動的設(shè)計計算及校驗………9一、當(dāng)量動載荷的計算………9二、最大計算動載荷的確定…………………10三、規(guī)格型號初選……………10四、傳動效率的計算…………11五、剛度的驗算………………11六、穩(wěn)定性的驗算……………13七、臨界轉(zhuǎn)速的驗算…………14第四節(jié)絲杠軸承的選用…………14第五節(jié)聯(lián)軸器的選用……………16第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)的傳動計算及其選用…………18一、傳動計算…………………18二、步進(jìn)電機(jī)的計算及選型…………………18（一）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J的計算………18（二）步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計算…20（三）步進(jìn)電機(jī)的初選……………………21（四）步進(jìn)電機(jī)的性能校核………………21第七節(jié)滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算……………………23第四章機(jī)械部分CAD圖的繪制…………………25致謝…………………26參考文獻(xiàn)……………27第一章緒論第一節(jié)課題背景和目的現(xiàn)如今發(fā)達(dá)國家對機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展極為重視，不僅因為其在本國工業(yè)中所占比重、積累、就業(yè)、貢獻(xiàn)均占前列，更在于機(jī)械制造業(yè)為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，即使是邁進(jìn)“信息化社會”的工業(yè)化國家，也無不高度重視機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競爭的日趨激烈，產(chǎn)品更新速度越來越快，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求越來越高，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。激烈的市場競爭使產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短。傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法以難于適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效高質(zhì)量加工要求。因此近幾年來，世界各國十分重視發(fā)展能有效解決復(fù)雜、精密、小批多變零件的數(shù)控加工技術(shù)，在加工設(shè)備中大量采用以微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。數(shù)控機(jī)床可以降低工人的勞動強(qiáng)度、節(jié)省勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床）、減少工裝、縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并對市場需求作出快速反應(yīng)。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。由于以上優(yōu)越性，數(shù)控加工所占的比例逐漸增大。第二節(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢一、我國數(shù)控加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，中國于1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床，其發(fā)展過程大致可分為兩大階段：在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段對數(shù)控機(jī)床特點、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識和實事求是的科學(xué)精神，盲目性大。在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，三起三落，終因表現(xiàn)欠佳、無法用于生產(chǎn)而停頓。第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓、中國臺灣等引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。雖經(jīng)過多年發(fā)展，但國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距依然明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。隨著科技的發(fā)展，我國在數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展得到了高度重視特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進(jìn)程、市場占有率等方面情況尤為突出。我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。在新世紀(jì)到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。二、國外研究現(xiàn)狀國外以美、德、日最為典型。美國的機(jī)床開發(fā)以基礎(chǔ)科研為主。政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究效率和創(chuàng)新，注重基礎(chǔ)科研。德國的機(jī)床開發(fā)注重實用。德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，特別講究實際與實效，堅持以人為本，師徒相傳，不斷提高人員素質(zhì)。德國特別注重科學(xué)試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對用戶產(chǎn)品、加工工藝、機(jī)床布局結(jié)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床的共性與特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。日本的機(jī)床開發(fā)先仿后創(chuàng)。日本政府對機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)（如機(jī)振法、機(jī)電法、機(jī)信法等）提出日本數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展方向，并提供充足的研發(fā)經(jīng)費，鼓勵科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床。日本在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，并改進(jìn)和發(fā)展了兩國的成果，并取得了很好的效果，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。

加工中心的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價低等特點而被廣泛采用。三、加工中心發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，除要滿足多功能、高性能的要求外，還要具有自動加工的基本功能，操作，維修方便。在數(shù)控加工中心發(fā)展的本個多世紀(jì)的歷程中，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，電子的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運用，使加工中心功能日益完善，自動化、智能化程度越來越高，加工中心正朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化及高可靠性方向發(fā)展。第二章總體方案的確定與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計要求除了具有較高的定位精度外，還具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性。為了確保數(shù)控機(jī)床的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機(jī)械了機(jī)構(gòu)時，通常還應(yīng)提出無間隙、低摩擦、高剛度以及有適宜的阻尼比要求等。為了達(dá)到這些要求，在機(jī)械傳動設(shè)計中,主要采取如下措施：（一）盡量采用低摩擦的傳動副；（二）選用最佳的降速比；（三）盡量縮短傳動鏈以及用預(yù)緊的方法提高傳動系統(tǒng)的剛度；（四）盡量消除傳動間隙,減少反向行程誤差。第一節(jié)控制系統(tǒng)的選擇一、數(shù)控系統(tǒng)本次設(shè)計的CK6120車削加工中心應(yīng)具有定位、橫縱向單坐標(biāo)點位直線控制、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)等點位直線和輪廓控制功能，還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，所以控制系統(tǒng)設(shè)計成連續(xù)控制型。二、伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床按控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)，閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中。查閱相關(guān)資料得CK6120數(shù)控臥式車床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，X脈沖當(dāng)量為0.005mm，剛達(dá)到微米級，精度要求不高，空載最快移動速度也只有5~3000mm/min，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，根據(jù)文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P94伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類可得進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。CK6120數(shù)控車床主要技術(shù)參數(shù)如下：表2-1CK6120數(shù)控車床主要技術(shù)參數(shù)項目名稱單位參數(shù)床身最大加工直徑mm200托板最大回轉(zhuǎn)直徑mm130最大加工工件長度mm180最大行程mm270主軸通孔直徑mm40主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min470~1560主電機(jī)功率kw1.2/1.5/2.1電動刀架工位數(shù)工位4X軸脈沖當(dāng)量mm0.005Z軸脈沖當(dāng)量mm0.01X向快速移動速度mm/min5~3000Z向快速移動速度mm/min10~6000X向最快進(jìn)給速度mm/min5-1000Z向快速移動速度mm/min10-2000數(shù)控系統(tǒng)FANUC0-TD根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。要設(shè)對于步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。但本次設(shè)計不涉及控制部分的具體計算，只設(shè)計機(jī)械傳動部分。第二節(jié)機(jī)床本體（床身和導(dǎo)軌）的設(shè)計一、床身設(shè)計機(jī)床的床身是整個機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，是機(jī)床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、等重要部件。床身的結(jié)構(gòu)對機(jī)床的布局有很大的影響。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置，本車削加工中心床身和導(dǎo)軌與臥式車床類似，工作臺用十字滑臺，在床身導(dǎo)軌上做X、Z兩向移動，主軸箱靜止不動。二、導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌一般可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。導(dǎo)軌的選用通常要綜合考慮其導(dǎo)向精度、耐磨性、剛度以及低速運動平穩(wěn)性，先選取導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)類型：由于此次做車削加工中心橫向進(jìn)給的設(shè)計，導(dǎo)軌副的相對運動軌跡為一直線，所以選直線運動導(dǎo)軌。又因為滑動導(dǎo)軌雖然結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，便于保證精度，但摩擦大、磨損快、使用壽命短、低速易爬行，廣泛運用于對低速均勻性及定位精度要求不高的機(jī)床中；而滾動導(dǎo)軌運動靈敏高、定位精度高、牽引力小、磨損小，精度保持性好、潤滑系統(tǒng)簡單，滾動導(dǎo)軌具有“最小的接觸面積”，能極大地降低摩擦、從而使機(jī)床響應(yīng)更迅速、快移速度更高，對復(fù)雜曲面共建的告訴加工更有利，適用于對運動靈敏度要求高的數(shù)控機(jī)床，廣泛應(yīng)用于進(jìn)給運動導(dǎo)軌和旋轉(zhuǎn)主運動導(dǎo)軌。故導(dǎo)軌副選擇直線滾動導(dǎo)軌副。圖2-1直線滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)第三節(jié)動力系統(tǒng)、機(jī)械傳動部件及其連接方式的選用一、伺服電機(jī)的選用已知X方向脈沖當(dāng)量為0.005mm，剛達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有3000mm/min，根據(jù)文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P7《表1-1數(shù)控系統(tǒng)的功能和指標(biāo)》得知其精度要求較低，選擇開環(huán)控制系統(tǒng)，故本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電機(jī)。而步進(jìn)電機(jī)一般用于開環(huán)系統(tǒng)，適用于對精度要求較低的場合，故選擇混合型步進(jìn)電動機(jī)。二、絲杠螺母副的選用區(qū)別于普通機(jī)床使用滑動絲杠螺母副，數(shù)控機(jī)床普遍采用滾珠絲杠螺母副進(jìn)行運動進(jìn)給，滾珠絲杠中的鋼球在絲杠軸與螺母間滾動,因此能獲得高效率。與過去的滑動絲杠相比,所需驅(qū)動扭矩僅為前者的三分之一（參照圖1和圖2）從而不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動,也易將直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。圖2-2滾珠絲杠正反效率而滾珠絲杠螺母副循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式，其中滾珠在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)；滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。考慮到數(shù)控機(jī)床傳動精度、經(jīng)濟(jì)和效率的要求，而外循環(huán)方式滾珠循環(huán)回路轉(zhuǎn)折平緩，便于滾珠循環(huán)，同時結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，工藝性好、承載能力強(qiáng)，在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較為廣泛，適用于重載傳動中，唯一缺點是徑向尺寸較大。在此我們采用外循環(huán)作為數(shù)控機(jī)床絲杠螺母副循環(huán)方式。圖2-3滾珠絲杠螺母循環(huán)方式由于伺服系統(tǒng)屬于開環(huán)系統(tǒng)，精度不高，所以選擇的調(diào)隙方式是螺紋調(diào)隙式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣泛，適用于一般精度機(jī)構(gòu)。三、電機(jī)與絲杠的連接方式電機(jī)與絲杠的連接方式一般有三種：1、電機(jī)直接與絲杠相連；2、電機(jī)通過同步帶的傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動；3、電機(jī)通過齒輪傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。圖2-4電機(jī)與絲杠直聯(lián)在本次設(shè)計中采用它帶動X向工作臺移動，傳動方案1雖然消除由步進(jìn)電動機(jī)引起的振動等現(xiàn)象能力較差，但結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，廣泛適用于各類數(shù)控機(jī)床；方案2中同步帶傳動保持恒定傳動比，傳動精度高工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無噪聲，有良好減振性能，但制造工藝比較復(fù)雜，傳遞功率較小，壽命較低，適用于早期機(jī)床。故在本次設(shè)計中不易采用；方案3中的齒輪傳動，其主要特點是效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比穩(wěn)定，但要求較高的制造和安裝精度，成本較高。綜上所述，本次設(shè)計采用方案1，即電機(jī)與絲杠直聯(lián)。第三章橫向進(jìn)給機(jī)械傳動部分的計算與選型橫向進(jìn)給機(jī)械傳動部分的計算和選型的主要內(nèi)容有:滾珠絲杠副的設(shè)計計算及選型、步進(jìn)電機(jī)的計算及選型、導(dǎo)軌副的選擇、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇。繪制橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖以及各零件圖等。第一節(jié)橫向?qū)к壣弦苿硬考闹亓抗浪惆凑諜M向?qū)к壣厦嬉苿硬考闹亓縼磉M(jìn)行估算，包括換刀系統(tǒng)、上層電動機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計重量約為600N。第二節(jié)計算橫向進(jìn)給切削力根據(jù)《機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計寶典》P32可知車床橫向進(jìn)給各切削力分力可通過經(jīng)驗公式算出。橫切端面時有：（為車床床身加工零件的最大直徑）已知=200mm，則=947.523N又故=236.881N；=379.009N.圖3-1車削加工中心切削力分析第三節(jié)圖3-1車削加工中心切削力分析通常的設(shè)計步驟為：1、計算作用在滾珠絲杠上的最大動載荷；2、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動負(fù)載的近似值,并初選幾個型號；3、根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動效率等方面的要求，從初選的幾個型號中再挑出比較合適的直徑、導(dǎo)程、滾珠列數(shù)等，確定某一型號；根據(jù)所選的型號，列出或計算出其主要參數(shù)的數(shù)值，計算傳動效率，并驗算剛度及穩(wěn)定系數(shù)是否滿足要求。如不滿足要求，則另選其他型號，再作上述計算和驗算，直至滿足要求為止。一、當(dāng)量動載荷的計算已知移動部件總重量G=600N，橫向進(jìn)給使用的是直線滾動的雙矩形導(dǎo)軌，根據(jù)《機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計寶典》P34滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算和選型得滾珠絲杠副的當(dāng)量動載荷：其中：為顛覆力矩影響實驗系數(shù)，取=1.1；為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15.則：二、最大計算動載荷的確定查文懷興編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》（第二版）P99頁公式得計算動載荷各參數(shù)確定如下：橫向工作臺進(jìn)給最快速度；，初選絲杠導(dǎo)程=5mm，則絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速=600。設(shè)計滾珠絲杠每天工作8小時，持續(xù)工作5年，則使用時限T=5×360×8=14400h。則又查文懷興編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》（第二版）P99頁表5—1動載荷系數(shù)選平穩(wěn)、輕微沖擊（輕載）=1.2；查文懷興編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》（第二版）P100頁表5—2硬度影響系數(shù)，滾珠絲杠螺母副的滾道硬度在60HRC，取1.0；帶入得三、規(guī)格型號初選根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查陳心昭主編《現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊》P964表3-7-69《JCS—WCM系列精密微型滾珠絲杠副》，選擇WCM1005—2.5（）型號的滾珠絲杠螺母副，具體參數(shù)如下：四、傳動效率的計算根據(jù)公稱直徑=10mm,導(dǎo)程（螺距）=5mm,得絲杠螺旋升角。根據(jù)孫波主編《專業(yè)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計寶典》P35得滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約為10′，代入，得傳動效率。五、剛度的驗算絲杠螺母副的剛度驗算則可以用接觸量來校核。（一）計算滾珠絲杠滾道間的接觸變形：查陳心昭主編《現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊（上）》P954，得一圈滾珠數(shù)由表可知滾珠的循環(huán)圈數(shù)為2.51，得滾珠總數(shù)量。查文懷興主編《數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計》P98頁得絲杠預(yù)緊時，要求預(yù)緊力的數(shù)值應(yīng)大于最大軸向工作載荷的1/3，故軸向預(yù)緊力/3=264.248N。查陳心昭主編《現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊》P954得滾珠與螺紋滾道的接觸變形故。因為絲杠有預(yù)緊力，且為軸向預(yù)緊力的1/3，所以實際變形量可以減少一半，取mm。（二）計算絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形：根據(jù)車削中心最大行程為270mm初選絲杠螺母軸承的中心距a=300mm,鋼的彈性模量，滾珠直徑=2mm，螺紋底徑=8mm，則絲杠的截面積S==50.265，查資料得： 則。本課題中絲杠的有效行程為270mm，如圖知4級精度滾珠絲杠有效行程在315mm之內(nèi)時，行程偏差允許達(dá)到16，則可以選4級精度的滾珠絲杠。表3-2滾珠絲桿有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差（）和行程變動量（）六、穩(wěn)定性的驗算查文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P100，有細(xì)長絲杠在受壓縮載荷時，不會發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷即臨界載荷公式：其中：；——絲杠公稱直徑（m）；——滾珠直徑（m）；——絲杠最大受壓長度（m）——絲杠支承方式系數(shù)。算得大于，所以穩(wěn)定性符合要求七、臨界轉(zhuǎn)速的驗算同樣，查文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P100，得不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速即臨界轉(zhuǎn)速：其中——絲杠支承方式系數(shù)；——臨界轉(zhuǎn)速計算長度（m）。其他參數(shù)同上，算得遠(yuǎn)大于絲杠轉(zhuǎn)速，故滿足轉(zhuǎn)速要求。第四節(jié)絲杠軸承的選用我們?yōu)榇藱M向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副選擇“一端固定、一端游動”（G-J）的支承形式。因為使用這種方式安裝后，固定端（近端）同時承受軸向力和徑向力；支承端（遠(yuǎn)端）只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以減少或避免因絲桿自重而出現(xiàn)的彎曲，同時絲桿熱變形可以自由地向一端伸長。這種結(jié)構(gòu)使用最廣泛，目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結(jié)構(gòu)。圖3-2滾珠絲杠螺母副支承形式因此在絲杠近端我們安裝瑞典雙列面對面（DF）角接觸球軸承，遠(yuǎn)端安裝單列深溝球軸承。（一）考慮到橫向與縱向復(fù)合進(jìn)給的情況，單列深溝球軸承的受力情況如下：徑向力；圖3-3角接觸球軸承面對面安裝軸向力（軸向受力幾乎都在角接觸球軸承上）。圖3-3角接觸球軸承面對面安裝在絲杠遠(yuǎn)端初選內(nèi)徑為10mm的型號為6200的單列深溝球軸承，參數(shù)如下：表3-3部分單列深溝球軸承參數(shù)尺寸根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》P200《表10.8徑向系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y（摘自GB/T6391—2003）》得當(dāng)量動載荷。設(shè)定軸承基本額定壽命為3年，按一天8小時算，則由P202公式10.6得基本額定動載荷由于，故符合要求。（二）雙列角接觸球軸承的受力情況如下：徑向力：軸向力在絲杠近端初選內(nèi)徑為10mm的型號為7200雙列角接觸球軸承，每列軸承參數(shù)如下：表3-4部分單列角接觸球軸承參數(shù)尺寸根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》P200《表10.8徑向系數(shù)X和軸向載荷系數(shù)Y（摘自GB/T6391—2003）》，選，，故X取0.67，Y取1.41，當(dāng)量動載荷還是設(shè)定軸承基本額定壽命為3年，按一天8小時算，則由于，故符合要求。第五節(jié)聯(lián)軸器的選用一般情況下機(jī)床電機(jī)和絲杠連接要補(bǔ)償軸向偏差、角度偏差及平行度偏差，所以偏向于采用彈性聯(lián)軸器，而本次設(shè)計選用彈性聯(lián)軸器中的梅花形彈性聯(lián)軸器（工作溫度：-35～+80℃,傳遞扭矩：T=16～25000），因為其具有以下特點：1.中間為彈性體聯(lián)接；可吸收振動、補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差；抗油與電氣絕緣；有兩種不同硬度彈性體；5.順時針與逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同。根據(jù)《材料力學(xué)》P67有作用在軸上的外力偶則絲杠所受扭矩：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》P257得；根據(jù)該頁《表13.2工作情況系數(shù)》選=1.3，則。又根據(jù)該頁公式13.2可知聯(lián)軸器選型需滿足條件：且，選GB/T5272-2002中的LM1型梅花聯(lián)軸器，則；所以選型合適。圖3-4LM型聯(lián)軸器表3-5LM型聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸第六節(jié)步進(jìn)電機(jī)的傳動計算及選用一、傳動計算因為橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為，螺距即導(dǎo)程=5mm，且電機(jī)和絲杠連接方式為直連，則傳動比為1:1，根據(jù)文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P110得電機(jī)步距角：二、步進(jìn)電機(jī)的計算及選型（一）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J的計算：（1）初選常州雙杰電子有限公司的130BYG550A型電機(jī)，各項技術(shù)參數(shù)如下：表3-6130BYG550A型電動機(jī)的基本參數(shù)由表可知電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量（2）根據(jù)文懷興文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P123得滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量得。（3）根據(jù)文懷興文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P123滾珠絲杠上的移動部件等折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量：得（4）聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量總負(fù)載慣量：進(jìn)行驗算慣量匹配：電動機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在0.25~1之間：由于，所以所選電機(jī)符合慣量匹配要求。（二）步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計算（1）查文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P122得快速空載啟動時電動機(jī)所需力矩為其中：（步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速用時）（2）同理，最大切削負(fù)載時電動機(jī)所需力矩：其中：同理，比較和，其較大者就是最大等效負(fù)載，即（三）步進(jìn)電機(jī)的初選

考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源受電網(wǎng)的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸入轉(zhuǎn)矩也會下降，可能會造成丟步甚至堵轉(zhuǎn)，因此按最大等效負(fù)載M考慮一定的安全系數(shù)λ，步進(jìn)電動機(jī)的，取，則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：由所選的電機(jī)型號參數(shù)可知，最大轉(zhuǎn)矩為30N·m，可知滿足要求。（四）步進(jìn)電機(jī)的性能校核（1）最快工進(jìn)速度時電動機(jī)時輸出轉(zhuǎn)矩校核已知工作臺進(jìn)給最快移動速度=1000mm/min，脈沖當(dāng)量，由文懷興主編《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》P111公式得電動機(jī)對應(yīng)的運行頻率。從130BYG550A電動機(jī)的運行矩頻特性（平均參考值）可以看出在此頻率范圍附近，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。表3-7130BYG550A型電動機(jī)運行矩頻特性（平均參考值）（2）最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核已知工作臺空載最快移動速度=3000mm/min，脈沖當(dāng)量，同理得電動機(jī)對應(yīng)的運行頻率。從130BYG550A電動機(jī)的運行矩頻特性（平均參考值）可以看出在此頻率范圍附近，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也遠(yuǎn)最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。（3）確定選型的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)所選電動機(jī)參數(shù)如表3-6所示： 外形尺寸安裝接線圖如下圖示：圖3-5130BYG550A型電動機(jī)外形尺寸接線圖：圖3-6130BYG550A型電動機(jī)接線圖第七節(jié)滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算一、工作載荷的計算工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，本次設(shè)計采用雙導(dǎo)軌、八滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為：其中移動部件重量G=600N；外加載荷F==2842.569N，代入上式，得：二、小時額定工作壽命的計算小時額定工作壽命前面已算，三、距離額定壽命的計算由《數(shù)控機(jī)床設(shè)計講座》公式4-28得即為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)（4~6）取5； 為移動件行程長度，取最大加工行程；代入數(shù)據(jù)得：。四、額定動載荷的計算由公式得額定動載荷式中：L為距離工作壽命，由上式可知為1419km；F為滑塊的工作載荷，由上式可知為2917.569N。代入數(shù)據(jù)得：五、產(chǎn)品選型根據(jù)額定動載荷，選擇滾動導(dǎo)軌，查滾動導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用昆山市春本自動化設(shè)備有限公司的GGB25AA型導(dǎo)軌，相關(guān)尺寸參數(shù)如下：表3-7GGB25AA型導(dǎo)軌基本參數(shù)和主要尺寸型號導(dǎo)軌副尺寸滑塊尺寸HWKTGGB16AA2415.5474.53819.4711M55840.530GGB20AA3021.563553241010M6705040GGB20AAL8666GGB25AA3723.5706.55730.51216M879.55945GGB25AAL-3698.578型號尺寸油杯尺寸 額定額定力矩（N·m）F單根GN動載荷(kN)靜載荷(kN)GGB16AA4.5×7.5×5.31615605002.546.076.855.555.588.8GGB20AA6×9.5×8.5201860140011M6611.614.592.492.4154GGB20AAL13.620.3149.8121.8203GGB25AA7×11×9232260300011M67.217.722.679.5149.8246GGB25AAL9×14×12282680300011M6720.734.9798.5244.8402由圖表可知其額定動載荷C=17.7KN，略小于，但實際上不會出現(xiàn)假設(shè)中這么極端的情況，故可知滿足要求。六、安