工學小型銑床的總體設(shè)計畢業(yè)論文

1、小型銑床總體設(shè)計摘 要隨著1818年第一臺銑床的問世，銑床已經(jīng)成為機械行業(yè)不可或缺的一部分。目前，在實際應用中有部分工件在加工微型孔或銑削平面時，加工精度不高。如果我們用傳統(tǒng)的數(shù)控銑床對其加工，將導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)計一種小型數(shù)控立式銑床，該銑床不僅造價大大低于傳統(tǒng)數(shù)控銑床，還能夠滿足教學上的使用，提高學生對數(shù)控銑床的理解與認識。本文將對小型銑床的總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括主軸箱、立柱、工作臺、機座、控制部分。關(guān)鍵詞 小型；數(shù)控銑床；總體設(shè)計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，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進行切斷工作等。銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運動，輔以工作臺或銑頭的進給運動，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。簡單來說，銑床就是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。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)造了第一臺萬能銑床，是為升降臺銑床的雛形。1884年前后出現(xiàn)了龍門銑床。20世紀20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進給-快進”的自動轉(zhuǎn)換。1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)發(fā)面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應用大大提高了銑床的自動化程度。尤其是70年代后，微處理機的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應用，擴大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率。隨著機械化進程不斷加劇，數(shù)控編程開始廣泛應用于機床類操作，極大的釋放了勞動力。數(shù)控編程銑床將逐步取代現(xiàn)在的人工操作。對員工的要求也會越來越高，當然帶來的效率也會越來越高。1.3 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基

7、礎(chǔ)。它綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和精密機械等高新技術(shù)，因此廣泛應用于機械制造業(yè)。數(shù)控機床替代普通機床，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)，成為國際間科技競爭的重點。數(shù)控技術(shù)的應用將機械制造與微電子、計算機、信息處理、現(xiàn)代控制理論、檢測技術(shù)以及光電磁等多種學科技術(shù)融為一體，使制造業(yè)成為知識、技術(shù)密集的大學科范疇內(nèi)的現(xiàn)代制造業(yè)，成為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。數(shù)控技術(shù)是當今柔性自動化和智能自動化的技術(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)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤主要電機出口產(chǎn)品。世界貿(mào)易強國在進行國內(nèi)機電產(chǎn)品貿(mào)易的同時，把高技術(shù)的機電產(chǎn)品出口打入國際市場，作為發(fā)展出口經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略措施，數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控銑床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置。1.4數(shù)控機床的特點及發(fā)展趨勢隨著科學技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進步，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來越強烈。中、

9、小批量生產(chǎn)的比例明星增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機床成為一種精密、高效、復合、集成功能和低成本的自動化加工設(shè)備。同時，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)，以及計算機集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機床向更高水平發(fā)。世界數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本共識是朝著高速高效化、精密化、復合化、智能化、信息化、環(huán)?；驮O(shè)計模塊化的方向發(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、控制振動的重要保障。其技術(shù)關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。比如進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)進行振動監(jiān)測和診斷，進一步輕量化進給系統(tǒng)，采用直線電機和力矩

10、電機的直接驅(qū)動方式，由刀具主軸部件實現(xiàn)機床的3個直線坐標運動等。精密化由于機床結(jié)構(gòu)和各組件加工的精密化，機床達到微米級精度已不是問題。目前高檔數(shù)控機床定位精度（全行程）已達0.0040.006mm，重復定位精度0.0020.003mm。同時，代表精度水平的超精密的納米級機床已開始不斷涌現(xiàn)。復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，加工的產(chǎn)品形狀日益復雜，多軸化控制的機床適合加工形狀復雜的工件。另一方面，產(chǎn)品周期的縮短要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適應新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求，這就要求1臺機床能夠處理以往需要幾臺機床處理的工序。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合在一臺機床上，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)控機床可以根據(jù)切削條件的變化，自動調(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)還可以隨時對CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進行自診斷、檢查，實現(xiàn)故障停機、故障報警、提示發(fā)生故障的部位、原因等。智能化現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展趨勢是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。信息化利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡通信技術(shù)，機床制造商可以建立機床遠程技術(shù)支持體系，實現(xiàn)工況信息的傳輸、存儲、查詢和顯示，以及遠程智能診斷?；诰W(wǎng)絡連接，

12、機床用戶可以及時獲得機床制造商的遠程技術(shù)支持，機床制造商可準確有效地得到用戶方的機床工況資料數(shù)據(jù)，進行機床狀態(tài)的網(wǎng)上在線診斷，實現(xiàn)機床全生產(chǎn)周期服務的開放式網(wǎng)絡監(jiān)控服務，可以提高售后服務效率，并有助于及時改進產(chǎn)品的質(zhì)量。環(huán)?；h(huán)保是機床產(chǎn)品必須達到的條件。通過干切削、準干切削、硬切削等措施避免冷卻液、潤滑液對周圍環(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環(huán)?；?。設(shè)計模塊化模塊化的設(shè)計在機床制造中已應用得爐火純青，橫向系列，縱向系列，全系列，跨系列的模塊化設(shè)計使得同樣兩臺機床，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)計將是

13、貫穿產(chǎn)品設(shè)計全過程的一條主線，無論是機床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求，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)計中，切實做好模塊化的設(shè)計工作。產(chǎn)品生產(chǎn)向社會協(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)控機床的組成組成一臺完整的數(shù)控機床，主要由控制介質(zhì)（穿孔帶、磁帶）、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床四部分及輔助裝置組成.1.5.1 控制介質(zhì)數(shù)控機床工作時，不需要人直接操縱機床，但機床又必須執(zhí)行人的意圖。這就需要在人與機床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對工件的位移信息。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、磁帶錄音機和磁盤驅(qū)動器等。除了上述幾種控制介質(zhì)以外，還有一部分數(shù)控機床采用數(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軟件在其它計算機上編程，然后通過計算機與數(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)過識別與譯碼后，送到運算控制器進行計算處理再經(jīng)過輸出裝置將運算控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，帶動機床完成相應的運動。目前均采用微型計算機作為數(shù)控裝置。微型計算機的中央處理單元（CPU）又稱為微處理器，是一種大規(guī)模集成電路，它將運算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計算機中，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。微型計算機擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲介質(zhì)，如半導體存儲器和磁盤存儲器等。1.5.3伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，包括驅(qū)動、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、速度反饋信號相比較后帶動機床的移動部件或執(zhí)行部件動作，加工出符合圖紙要求的零件。指令信息以脈沖信號表示，反映到機床移動部件上的移動量稱為脈沖當量，常用脈沖當量為0.0010.01mm，脈沖當量在設(shè)計數(shù)控機床時即已規(guī)定。伺服系統(tǒng)直接影響數(shù)控機床的速度、位置、加工精度、表面粗糙度等。當前數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)，常用的位移執(zhí)行機構(gòu)有功率步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。后兩者都帶有光電編碼器等位置測量元件，可用來精確控制工作臺的實際位移量和移動速度。1.5.4機床本體機床本體是數(shù)控機床的實體，是完成實際切削加工的機械部分，它包

17、括床身、底座、工作臺、床鞍、主軸等。它與普通機床相比較有所改進，具有以下特點：（1）數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)，機械傳動結(jié)構(gòu)簡化，傳動鏈較短。（2）機械結(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部件，如滾珠絲杠副，直線滾動導軌等。與普通機床相比，數(shù)控機床的外部造型、整體布局，傳動系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機構(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)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。因此，必須建立數(shù)控機床設(shè)計的新概念。1.5.5輔助裝置輔助裝置主要包括換刀機構(gòu)、工件自動交換機構(gòu)、工件夾緊機構(gòu)、潤滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液

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

19、數(shù)，-主切削力的垂向切削分力（N）-橫向切削分力（N）；W-坐標軸上移動部件的全部重量（包括機床夾具和工件的重量，N）；-摩擦系數(shù)，隨導軌形式不同而不同，對于帖塑導軌，=0.15；對于滾動直線導軌，=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軌形式主電動機功率/kw2.23.75.57.5111518貼塑滑動導軌50080015002000250030003500滾動直線導軌254075100125150175（2）按式( 數(shù)控技術(shù)

20、課程設(shè)計2-9a )，計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力和導軌靜摩擦力N=0.2×(9500+2500)N=2400N計算滾珠絲桿螺母副的軸向負載力（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-10a )計算最大軸向負載力（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2-11a )計算最小軸向負載=1800N滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算1）確定滾珠絲桿的導程根據(jù)已知條件，取電動機的最高轉(zhuǎn)速，則由式得：=10mm2)計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。將強力切削時的軸向載荷定為最大軸向載荷，快速移動和鉆鏜定位時的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削(粗加工)和精細切削（精加工）時，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷、分別可按下列公式計算：=+20，=+5，并將計算結(jié)果填入表2-4。表2-4 數(shù)控銑床滾珠絲桿的計算切削方式軸向載荷/N進給速度/()時間比例/()備注強力切削1896.56=0.610一般切削（粗加工）2179.31=0.830=+20精細加工（精加工）1894.83=150=+5快移和定鏜定位180010,(2)計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2-17 )計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2-18 )計算滾珠絲桿螺母副的平均載荷。3)確定滾珠絲桿預期的額定動載荷（1）按預定工作時間估算。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為2級，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11.21.21.51.52表2-6精度系數(shù)精度等級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珠絲桿螺母副將實施預緊，

23、所以可按式N估算最大軸向載荷。查表2-8得欲加動載荷系數(shù)，則=4.5×1896.56N=8534.52N表2-8 欲加動載荷系數(shù)欲加載荷類型輕預載中預載重預載6.74.53.4（3）確定滾珠絲桿預期的額定動載荷。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。已知工作臺的定位精度為20，重復定位精度為12，根據(jù)公式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-23 )、( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-24 )以及定位精度和重復定位精度的要求，得取上述計算結(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)。本機床工作臺（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固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度（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2-26 )得5）初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計算所得的、，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲桿螺母副FFZD4010-5（見數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計附錄A表A-3）,其公稱直徑、基本導程、額定動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2-27 )的要求。6） 由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-29 )確定滾珠絲桿螺母副的預緊力7） 計算滾珠絲桿螺母副的目標行程補償值和預拉伸力（1） 按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-31 )計算目標行程補償值-目標行程補償值；-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=工作臺行程+安全行程+2×余程+螺母長度=（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2-32 )計算滾珠絲桿的預拉伸力。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（1）按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-33 )計算軸承所承受的最大軸向載荷。（2） 計算軸承的預緊力(3)計算軸承的當量軸向載荷(4)按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-15 )計算軸承的基本額定動載荷C。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速,軸承所受的當量軸向載荷=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 因為，所以查表2-9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)格型號因為滾珠絲桿螺母副

28、擬采取預拉伸措施，所以選用角接觸球軸承組背對背安裝，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。在滾珠絲桿的兩個固定端均選擇國產(chǎn)角接觸球軸承兩件一組背對背安裝，組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號為760360TNI/P4DFB,尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為30mm×72mm×19mm），選擇脂潤滑。該軸承的預載荷能力為2900N，大于計算所得的軸承預緊力=1735.72N.并在脂潤滑狀態(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、額定動載荷為 =34500N，而該軸承在20000h工作壽命下的今本額定動載荷C=34395N,也滿足要求。工作臺部件的裝配圖設(shè)計將以上計算結(jié)果用于工作臺部件的裝配圖設(shè)計（見數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計插頁圖2）。數(shù)控技術(shù)課設(shè)程計后插頁圖3為工作臺零件圖，插頁圖4為滑鞍零件圖。滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗本工作臺的滾珠絲桿支承方式采用預拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓，因此，不存在壓桿補穩(wěn)定問題。2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗根據(jù)以上的計算可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度=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2-36)得=10738.5本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500，遠遠小于其臨界轉(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，其中90不發(fā)生疲勞剝落的情況下運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計附錄A表A-3得滾珠絲桿的額定動載荷=46500N，運轉(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2-37)、( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-38)得，一般來講，在設(shè)計數(shù)控機床時，應保證滾珠絲桿螺母副的總時間壽命故滿足

31、要求。傳動系統(tǒng)的剛度計算1傳動系統(tǒng)的剛度計算(1)計算滾珠絲桿的拉壓剛度。本工作臺的絲桿支承方式為兩端固定，當滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時()時，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2-45a)計算： 當或時（即滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端位置時），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2-45b)計算：（2）計算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度。已知軸承接觸角，滾動體直徑，滾動體個數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷,由表2-45、2-46得=（3） 計算滾珠與滾道的接觸剛度查數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計附錄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2-46b)得（4） 計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-47a)得進給傳動系統(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2-47b)得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為軸承類型未預緊/有預緊/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：軸承的預緊力； 滾子軸承的預緊力；（2） 表中公式個字母的意義：；故。2滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算由以上計算可知，扭轉(zhuǎn)

33、作用點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2-48)得表3-1 一個未預緊的軸承或一對預緊軸承的組合剛度的計算公式(來自數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計表2-45)表3-2 滾珠絲杠螺母副支承剛度的計算公式(來自數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計表2-45)滾珠絲杠螺母副支承方式支承剛度的計算公式一端固定，一端自由一端固定，一端游動固定端預緊時：兩端支承預緊時：；未預緊時：兩端固定固定端預緊時： 驅(qū)動電動機的選型與計算1計算折算到電動機軸上的負載慣量（1）計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。已知滾珠絲杠的密度，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-63)得（2）計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動量。（3）計算折算到電動機軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動

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

35、矩。已知滾珠絲杠螺母副的預緊力滾珠絲杠螺母副的基本導程，滾珠絲杠螺母副的效率，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-56)得3計算坐標軸折算到電動機軸上的各種所需的力矩（1）計算線性加速力矩已知機床執(zhí)行部件以最快速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速，電動機的轉(zhuǎn)動慣量，坐標軸的負載慣量，進給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，加速時間，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計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)動慣量/0.000310.000530.00140.00260.00620.0120.0

36、170.022質(zhì)量/kg3481218294051外形型號外形尺寸/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）計算階躍加速力矩。已知加速時間，由式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-59)得（3）計算坐標軸

37、所需的折算到電動機軸上的各種力矩。按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-61)計算線性加速時空載啟動力矩按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-59)計算階躍加速時空載啟動力矩。按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-59)計算快進力矩。按式( 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計2-59)計算工進力矩。4選擇驅(qū)動電動機的型號（1）選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算和表4-1，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的型交流伺服電動機為驅(qū)動電動機。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)動慣量62；質(zhì)量18kg.交流伺服電動機的加速力矩一般為額定力矩的倍。若按5倍計算，則該電動機的加速力矩為60，均大于本機床工作臺的線性加速時所需 的空載啟動力矩以