數(shù)控加工中心進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 1 福 州 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)論文 論文題目 數(shù)控加工中心進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)械工程系 年級(jí)專業(yè) 10 級(jí)數(shù)控（1）班 學(xué) 號(hào) 201002053111 姓 名 指導(dǎo)教師 職 稱 年 月 日 2 目 錄 一、數(shù)控加工中心發(fā)展前景 .2 二 總體設(shè)計(jì) .4 （一）總體設(shè)計(jì)方案的確定 .4 （二）床身設(shè)計(jì) .4 （三）導(dǎo)軌設(shè)計(jì) .5 三.進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) .6 (一) Y 軸（縱向）傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) .7 1、切削力的計(jì)算.7 2、滾珠絲桿的選擇計(jì)算.8 3、傳動(dòng)齒輪選擇.12 4、滾動(dòng)軸承的選擇.13 5、伺服系統(tǒng)選擇計(jì)算.13 （二）X 軸（橫向）傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) .18 1、切削力的

2、計(jì)算.18 2、滾珠絲桿的選擇計(jì)算.18 3、傳動(dòng)齒輪選擇.20 4、滾動(dòng)軸承的選擇.21 5、伺服系統(tǒng)選擇計(jì)算.22 致 謝 .27 參考文獻(xiàn) .28 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 數(shù)控加工中心進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要 機(jī)械設(shè)計(jì)是現(xiàn)代制造業(yè)中常遇到的問(wèn)題，隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工 設(shè)備的要求也越來(lái)越高，特別是對(duì)高精密度加工機(jī)械的要求更加凸顯。數(shù)控加工中心是現(xiàn)代加工設(shè) 備中主要設(shè)備之一。數(shù)控加工中心是一種備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控 機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同的工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床 主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其

3、他的輔助功能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的 加工。而其高精度、高效率的是由其進(jìn)給系統(tǒng)來(lái)保證的，所以加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的好壞直接影響著 機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。 關(guān)鍵詞 加工 中心 進(jìn)給 系統(tǒng) 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 一、數(shù)控加工中心發(fā)展前景 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行 業(yè)（IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@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(shì)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越的要求，產(chǎn) 品的更新?lián)Q代也不斷加快，數(shù)

4、控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)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(dòng)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(gè)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(yùn)用，使加工中心功能日 益完善，自動(dòng)化、智能化程度越來(lái)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。 數(shù)控加工中心和數(shù)控機(jī)床一樣，是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床。 加工箱體類零件的加工中心是在鏜床、銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，稱為自動(dòng)換刀數(shù)控 鏜銑床，習(xí)慣上稱加工中心。 數(shù)控加工中心是一種備有

5、刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī) 床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同的工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自 動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他的輔助功能，依次完 成工件幾個(gè)面上多工序的加工。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可以減少工 件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整時(shí)間，減少了工件的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切 削率達(dá)到 80以上，比普通機(jī)床高 34 倍。尤其在加工形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、 品種更換頻繁的零件時(shí)，更具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。 數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工

6、精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、 改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度 機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、 需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范 圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制 造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入 世界貿(mào)易組織后激烈的

7、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制 造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代 設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生 產(chǎn)加工的需要。 機(jī)械設(shè)計(jì)是現(xiàn)代制造業(yè)中常遇到的問(wèn)題，隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工 設(shè)備的要求也越來(lái)越高，特別是對(duì)高精密度加工機(jī)械的要求更加凸顯。數(shù)控加工中心 是現(xiàn)代加工設(shè)備中主要設(shè)備之一，加工中心(Computerized Numerical Control Machine )簡(jiǎn)稱 CNC，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效 率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心又叫電腦鑼。加

8、工中心備有刀庫(kù)，具有自動(dòng)換刀功能，是對(duì) 工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工 件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)改 變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序，因而大大減 少了工件裝夾時(shí)間、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，對(duì)加工形狀比較復(fù)雜，精度要 求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 二 總體設(shè)計(jì) （一）總體設(shè)計(jì)方案的確定 初步確定設(shè)計(jì)的任務(wù)后（初步擬定三種傳動(dòng)方案 即 1 電機(jī)直接與絲杠相連；2 電機(jī)通過(guò)同步帶的傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)；3 電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠

9、轉(zhuǎn)動(dòng)）數(shù)控機(jī)床按 控制方式分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)，由于采用直流式交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難，造價(jià)也高。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(dòng)系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響，一般 應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于所改造的數(shù)控鉆床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系 統(tǒng)的必要性不大。若采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，精度較閉環(huán)控制的查， 但是穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修較容易；但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)必要性不 大。故在本次設(shè)計(jì)中，采用開(kāi)環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)即保證改造后的性能不低于原鉆床， 又保證較高的性價(jià)比。 在本次設(shè)計(jì)中采用它帶動(dòng) X

10、,Y 向工作臺(tái)移動(dòng)。傳動(dòng)方案 1 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，三是消除 由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)等現(xiàn)象能力較差，故在本次設(shè)計(jì)中不采用方案 2，同步帶傳動(dòng) 保持恒定傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度高工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)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，故在本次設(shè)計(jì)中不易采用，所以本次設(shè) 計(jì)中采用齒輪傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn) 定，傳動(dòng)過(guò)程中采用消隙齒輪，消除正反轉(zhuǎn)齒輪間隙提高傳動(dòng)精度，性價(jià)比高。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，技術(shù)方面應(yīng)用滾珠絲杠（工作方式為滾珠絲杠轉(zhuǎn) 動(dòng)，滾珠絲杠副螺母移動(dòng)）可以提高加工精度。在可拆卸方面考慮了許多因素由于設(shè) 計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在快

11、卸方便性上考慮有時(shí)略有紕漏；在經(jīng)濟(jì)性方面采用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)其性價(jià)比高；在滿足精度的前提下減少了生產(chǎn)成本。材料的使用上采用了較為廣泛 應(yīng)用的 45 號(hào)鋼加工成本低且避免使用有毒害的材料污染環(huán)境，還可以回收應(yīng)用；在環(huán) 境方面應(yīng)用消隙齒輪可以有效的降低噪音減少對(duì)人體的危害。 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 （二）床身設(shè)計(jì) 機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，是機(jī)床的主體，一般用來(lái)放置導(dǎo)軌、等重 要部件。床身的結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)位 置，立式加工中心通常采用固定立柱式，主軸箱吊在立柱一側(cè)，其平衡重錘放置在立 柱中，工作臺(tái)為十字滑臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn) X、Y 兩個(gè)坐標(biāo)軸的移

12、動(dòng)，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn) Z 坐標(biāo)移動(dòng)。本設(shè)計(jì)中采用加工中心床身取 T 字型結(jié)構(gòu)，立柱固定在其上面，工 作臺(tái)用十字滑臺(tái)，在床身導(dǎo)軌上做 X、Y 兩向移動(dòng)，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌做 Z 向移動(dòng)。 （三）導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌一般可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻 力大，磨損快，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前數(shù)控機(jī)床已幾 乎不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng) 導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小， 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油

13、脂潤(rùn)滑。 這次設(shè)計(jì)中采用的是滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 三.進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)必須保證由數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成速度符合要求的 相應(yīng)角位移或直線位移，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工件加工的需要，在機(jī)床上各運(yùn)動(dòng) 坐標(biāo)的數(shù)字控制可以是相互獨(dú)立的，也可以是聯(lián)動(dòng)的?？傊瑪?shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的 要求集中在精度、穩(wěn)定、和快速響應(yīng)三個(gè)方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的 伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也需要高質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)與之匹配。為提高進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 性能主要采取措施有：1.提高系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)剛度 2.采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動(dòng)副 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)多采用剛度高摩擦因數(shù)小而穩(wěn)定的滾動(dòng)

14、摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。3.慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作性能 和滿足傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)控制指令的快速響應(yīng)的要求。4.提高傳動(dòng)件精度 高質(zhì)量的機(jī)械傳 動(dòng)配合與高性能的伺服電動(dòng)機(jī)使現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。 立式加工中心的進(jìn)給伺服系統(tǒng)特別是進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度及效率是性能的重要組 成部分。為了保證加工中心進(jìn)給伺服系統(tǒng)工作的精度、剛度和穩(wěn)定性，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的要求是高精度、高剛度、低摩擦和低慣量，設(shè)計(jì)過(guò)程中要盡可能的增大驅(qū)動(dòng)力矩， 提高傳動(dòng)效率，消除反向間隙，增強(qiáng)自動(dòng)平衡等。 擬定的主要參數(shù)如下: 工作臺(tái)尺寸（長(zhǎng) X 寬）: 509m 工作臺(tái)行程（X

15、 向）: 6 工作臺(tái)行程（Y 向）: 主軸頭垂直行程（Z 向） : 50 主軸端面距工作臺(tái)面距離: 681m 主電機(jī)功率: .kW 主軸轉(zhuǎn)速范圍（無(wú)級(jí)調(diào)速）: 30in/r 主軸最大輸出扭距: 15NM 主軸最大軸向抗力: 快速移動(dòng)速度（X、Y 、Z 方 向）: X、Y: Z: 2min/6in/ 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 進(jìn)給速度范圍: 2501min/ 工作臺(tái)承重: 4kg 刀柄: BT40 坐標(biāo)定位精度: X: ，Y/Z:025.02. 重復(fù)定位精度: X: ，Y/Z:11 坐標(biāo)控制: 三軸控制 數(shù)控系統(tǒng): SIEMENS 802D (一) Y 軸（縱向）傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)過(guò)程中，

16、采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲桿之間的傳動(dòng)采用 齒輪一級(jí)傳動(dòng)式，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲桿的連接時(shí)，盡量減少傳動(dòng)間隙。軸承采用 能達(dá)到精度要求的。 1、切削力的計(jì)算 采用的進(jìn)給機(jī)械簡(jiǎn)圖如圖所示： 切削功率 ：CP 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知切削功率： = （ 3CPK 1） 式中 主軸電動(dòng)機(jī)功率， = ；P5.kW 主傳動(dòng)系數(shù)總功率，一般為 ，取 = ；85.078.0 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 =KK96. 則 電動(dòng)機(jī) 消隙齒輪 滾珠絲桿螺母副 工作臺(tái) 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 = =CP96.085.kW2.4 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大銑削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削轉(zhuǎn) 速（

17、或轉(zhuǎn)速）來(lái)計(jì)算。若按最大切削速度來(lái)計(jì)算，取切削速度 = ，根據(jù)公10min/ 式： = （3CP60zF13 2）式中 主切削力（ ） ；ZFN 切削速度（ ） ；min/ 則主切削力為： = = =ZFCP6031012.46 3N25 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可得： 縱向切削分力： = XF)9.6(ZF 橫向切削分力： =Y5.0 取 = = =XF6.0ZN253.2.19 = = =Y5.6 2、滾珠絲桿的選擇計(jì)算 滾珠絲桿螺母副，是在絲桿和螺母間，以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。是回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是普通絲桿螺母間 的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而

18、摩擦系數(shù)小，且它的傳動(dòng)負(fù)載比梯形的滑動(dòng)絲桿要 大得多，精度又高，平穩(wěn)性好。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，滾珠絲桿的選擇要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況及工作負(fù)載情況，計(jì)算出 絲桿工作時(shí)的最大載荷及絲桿的工作壽命等參數(shù)進(jìn)行選擇，最大動(dòng)載荷必須小于絲桿 的額定動(dòng)載荷。滾珠絲桿螺母副是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其規(guī)格型號(hào)都按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其選擇的 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 詳細(xì)計(jì)算如下： (1) 工作負(fù)載計(jì)算 計(jì)算進(jìn)給牽引力 ?？筛鶕?jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算mF)(N 則 = + + （3mKXFf(ZG) 3） 式中 切削分力XF)(N 顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)， = ；KK15. 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù)， = ，取 = ；f

19、f8.0.f16.0 工作臺(tái)承重， =GGN4 則 = =mFN)40253(16.0.591. 2.79 （2）滾珠絲桿壽命計(jì)算 根據(jù)進(jìn)給速度和滾珠絲桿螺距計(jì)算出絲桿的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)絲桿轉(zhuǎn)速計(jì)算出絲桿的 壽命。 滾珠絲桿轉(zhuǎn)速 ：n = （3nofP 4） 式中 進(jìn)給速度，取fmin/60 滾珠絲桿的螺距，取oP 則 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 = = =nofPmin/60ri/1r 壽命計(jì)算公式： = （3t610T 5）其中數(shù)控機(jī)床 可取15000h ，則T = = 萬(wàn) =t610n65r萬(wàn)9 （3）對(duì)大動(dòng)載荷計(jì)算及絲桿型號(hào)選擇 根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量引起的進(jìn)給阻力，計(jì)算出絲桿的軸

20、向載荷，再計(jì)算 出絲桿副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷 C 最大動(dòng)載荷計(jì)算公式： = （3mHwFft3 6） 式中 壽命，以 為 單位；t610 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn) = ，取 = ；wf wf5.12wf2. 硬度系數(shù)，為 時(shí)， = ，小于 時(shí)， ，這里取HHRC60HRC60Hf1 = ；Hf1 進(jìn)給牽引力mF 則 = = =CmHwFft3 2.791.938.6 根據(jù) 的原則，使選取的滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作動(dòng)載荷，aC 查現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，可選擇滾珠絲桿的型號(hào)為 CDM32065P4，其 公稱直徑為 ，其額定動(dòng)載荷為 ，強(qiáng)度滿足要求。m32 N82.697250 CDM

21、32065P4滾珠絲桿的參數(shù)數(shù)值如下表： 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 公稱 直徑/m 基本 導(dǎo)程/ 鋼球 直徑/ 絲桿 外徑/m 螺紋 底徑/ 額定動(dòng) 載荷/N 額定靜 載荷/ 接觸剛度/ )(mN 滾珠絲 桿型號(hào) 0dPWD1d2 循環(huán) 圈數(shù) aCa0R CDM32065P4 3269.35.75267316 （4）效率計(jì)算 根據(jù)機(jī)械原理 ，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率的計(jì)算公式為： = （3)tan( 7） 式中： 為絲桿螺旋升角，根據(jù) 計(jì)算得， = 0)14.3arctn(dP253o 為摩擦角，取 =10 則 = =)10253tan(o93. （5）剛度驗(yàn)算 滾珠絲桿工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩

22、的作用，將引起導(dǎo)程 的變化，因滾珠絲桿受轉(zhuǎn)0P 矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不記，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： = （30PEAFm0 8） 式中 滾珠絲桿導(dǎo)程，取 = ；0P6c. 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 材料彈性模量，對(duì)于鋼，取 （ ） ；EMPa4106.226/10.2cmN 滾珠絲杠截面積，按絲桿螺紋底徑確定，即 = ，則A d7 = = =A2)(d14.3)7.(2265c 所以 = =0P765.1.209cm50. 滾珠絲桿受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量 很小，可以忽略不計(jì)，即 = ,所以導(dǎo) 1P 程變形總誤差 為：總 = （3總P0總 9） 式中 Y 軸（縱向）最大

23、行程，由擬定參數(shù)總 中可知， = =總 m50c 則 = = =總P0總 514.6m/7. 由現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，4 級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差為 ，故此絲桿精度足夠。m/75.1/3 3、傳動(dòng)齒輪選擇 齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算。傳動(dòng)比計(jì)算公式為： = （3 i036Pbp o 10） 式中 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角b 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 絲桿螺距 0P 脈沖當(dāng)量p 根據(jù)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，一般情況下普通數(shù)控機(jī)床取 = 步，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)p/01.m 的步距角 = ， = ，則bo75.00Pm6 = = =i03bp o675.18.0 可選定齒輪齒數(shù)為： = =i21Z403 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒

24、輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，可取模數(shù) =m ，齒輪傳動(dòng)效率 = ，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 = ，則分度圓直徑分別m2i98.0bm20 為： = = =1dZm3264 = = =208 中心距為： = = =a2)(1Zm2)43(m7 4、滾動(dòng)軸承的選擇 傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性事檢測(cè)數(shù)控機(jī)床性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證加工 的可靠性。軸承的剛度太高，則會(huì)造成物不盡其用，增加設(shè)計(jì)成本，太低會(huì)影響到絲 桿的傳動(dòng)精度和壽命。 滾珠絲桿螺母副傳遞驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)其來(lái)回移動(dòng)，因此絲桿必須采用三點(diǎn)式支撐 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 方式。各方向傳動(dòng)系統(tǒng)的絲桿采用一端軸向固定，另一端浮動(dòng)

25、的結(jié)構(gòu)形式，使絲桿軸 向留有移動(dòng)的空間，這種安裝方式可以減少機(jī)床的振動(dòng)和傳動(dòng)的誤差，避免軸承卡死 的情況發(fā)生，適用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲桿。根據(jù)額定載荷承載能力在固定端采用一對(duì) 角接觸球軸承76020225TVP 面對(duì)面組配，成對(duì)使用能限制兩個(gè)方向的軸向位移。浮 動(dòng)端支撐采用6205/P5型深溝球軸承，只承受絲桿的重力。 根據(jù)查得的具體的軸承參數(shù)可知，76020225TVP 軸承的額定載荷 = ,CN260 而牽引進(jìn)給力 = 。 ，因此76020225TVP 軸承的承載能力滿足要求。mFN2.79CmF 6205/P5軸承的額定載荷 = ， ，所以 6205/P5軸承的承載能力也滿足108m 要求

26、。 76020225TVP 軸承的具體參數(shù)如下表： 尺寸/ m額定載荷/ N極限轉(zhuǎn)速 /（ minr ） 安裝尺寸/ m軸承型號(hào) dDBC0預(yù)緊 載荷 / 脂 質(zhì)量 /kg 1D2gr 7602030TVP 25 62 17 28500 58500 3300 2200 0.144 38 52 1 6205/P5型深溝球軸承的具體參數(shù)如下表： 尺寸/ m額定載荷/ N極限轉(zhuǎn)速/（ ）minr 安裝尺寸/ m軸承型號(hào) dDBC0預(yù)緊 載荷 / 脂 油 質(zhì)量 /kg 1D2gr 6205/P5 25 52 15 10800 6950 3300 12000 15000 0.13 30 47 1 5、伺

27、服系統(tǒng)選擇計(jì)算 伺服電動(dòng)機(jī)的種類有很多，在經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控化設(shè)計(jì)中常選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件，通過(guò)控制輸入點(diǎn)脈沖的數(shù)量、 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序等實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)點(diǎn)脈沖越多，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。 選擇私服電動(dòng)機(jī)應(yīng)考慮三個(gè)要求： 1） 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩； 2） 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配； 3） 快速移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩步得超過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 （1）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算可以通過(guò)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，計(jì)算公式為： = + + （3FJ123iJgiGb2)18

28、0( 11） 式中 折算到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；FJ )(2cmk 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；11Z)(2g 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；2J2ck 滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；3 )(2mg 計(jì)算參數(shù) 工作臺(tái) = ， = ， = ，將其折算為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：GN4001.bo75. = =gib2)18(22108.4)75.0138( 265.3cmkg 在本設(shè)計(jì)中，齒輪可看做材料為鋼的圓柱形零件。對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件， 其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為： = （3J4108.7bd 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 12） 式中 齒寬或者零件軸向長(zhǎng)度；b 齒輪直徑或者圓形零件的直徑d 由前面的計(jì)算可知，齒輪的

29、直徑 = ， = ，齒輪寬度為 = =1dm642d801b2 ，則cm2 齒輪 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = =1Z1J44.08.726.cmkg 齒輪 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = =2282. 39. 計(jì)算絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，絲桿直徑要采用其螺紋底徑進(jìn)行計(jì)算，由前面知道的絲桿 直徑可查得其螺紋底徑 = ，長(zhǎng)度 = ，則絲桿加在電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)3dm1.73bm10 動(dòng)慣量 = =3J447.208. 2.5ckg 則負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: = + +FJ123iJgiGb2)18( = 65.04796.2 = 8.24cmkg (2) 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算： = mTiP

30、F02 取 ，代入前面計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，則096. = =mT8.096.014327 3mN52 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 如果不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為： =qT5.03m 取安全系數(shù)為 ，則5.0 = =q5.0247N 查實(shí)用微電機(jī)手冊(cè) ，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為五相十拍時(shí)，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和 最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： = =maxjqT951.0 = = =axjq.47N. 因數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)以最大靜轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)滿足快速 空載起動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 的要求：T = （3T0maxTf 14） 式中 快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩；maxT 克服摩擦所

31、需的轉(zhuǎn)矩；f 絲桿預(yù)緊所引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩0 當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為： = （3n0maxPi 15） 式中 快速移動(dòng)速度，由立式加工中心擬定參數(shù)可知為max min/120 代入之前所得的 、 的數(shù)據(jù)，則i0P 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 = =n68.012min/r 由動(dòng)力學(xué)可知： =maxTFJ 其中， = ， 為加速時(shí)間常數(shù)， = ，則tn30t025.s = = =maxFJ.31648.24mN. 的計(jì)算公式為：fT = （3 fTiGP02 16）代入數(shù)據(jù)，則 = =fT8.096.014321 3mN1 的計(jì)算公式為：0T = （30Ti

32、PF02 17）式中 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 ，即0F3/1 = = =0mF312.79. 則 = = =0TiP028.096.0143 3mN2 所以 = = =0maxTf2.1.3. （3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率計(jì)算 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率計(jì)算公式為： 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 = maxfax10 代入數(shù)據(jù)，則 = = =maxf601ax01.2Hz 即，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率為 Hz2 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇過(guò)程中，其輸出轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)頻率和空載運(yùn)行頻率等參數(shù)都要 比理論計(jì)算值大。由實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)查得，130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空載 運(yùn)行頻率為 ，足夠提供此

33、處所需的運(yùn)行頻率，所以可選用 130BF001反應(yīng)式Hz30 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下表： 型 號(hào) 相數(shù) 保持 轉(zhuǎn)矩 /mN 步距 角() 靜態(tài) 相電 流/A 空載 運(yùn)行 頻率/Hz 空載 起動(dòng) 頻率/ 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 / 2cmkg 使用 電壓 范圍/V 質(zhì)量 /kg 130BF001 5 9.31 0.75 10 30000 3000 40 12-80 10 （二）X 軸（橫向）傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 立式加工中心的橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法與縱向的設(shè)計(jì)方法類似，也采用步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副。軸承要能夠達(dá)到精度要求。 1、切削力的計(jì)算 由前面的計(jì)算已知： = =ZFCP

34、603125N = = =X.Z.2.19 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 = = =YF5.0ZN253.16 2、滾珠絲桿的選擇計(jì)算 滾珠絲桿傳動(dòng)是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的主要部件之一。它的優(yōu)點(diǎn)是摩擦因數(shù)小， 傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)效率高達(dá)85%98%，是普通滑動(dòng)絲桿傳動(dòng)的24倍。它的動(dòng)靜摩 擦因數(shù)很小，有利于防止爬行和提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度；采用消除反向間隙并預(yù)緊措 施，有助于提高定位精度和剛度。采用滾珠絲桿傳動(dòng)，一方面提高了傳動(dòng)精度；另一 方面發(fā)揮了滾珠絲桿的優(yōu)勢(shì)，提高了其傳動(dòng)的效率及減小損耗。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，滾珠絲桿的選擇要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況及工作負(fù)載情況，計(jì)算出 絲桿工作時(shí)的最大載荷及絲桿的

35、工作壽命等參數(shù)進(jìn)行選擇，最大動(dòng)載荷必須小于絲桿 的額定動(dòng)載荷。滾珠絲桿螺母副是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其規(guī)格型號(hào)都按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 橫向滾珠絲桿的設(shè)計(jì)選型方案可參照縱向機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)算的選型方案及選 擇原因選擇橫向滾珠絲桿。 （1）工作負(fù)載計(jì)算 工作負(fù)載的計(jì)算可根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，公式為： = + +mFKYf(ZFX2G) 代入前面的 = ； = ； = ，則GN4015.f6.0 = =mF )402.15923(.26.1 N16.987 （2）滾珠絲桿壽命計(jì)算 根據(jù)進(jìn)給速度和滾珠絲桿副距計(jì)算出絲桿的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)絲桿轉(zhuǎn)速計(jì)算出絲桿壽 命?？蓞⒄湛v向滾珠絲桿計(jì)算出的絲桿壽命，即

36、= = 萬(wàn) =t610nT6105r萬(wàn)9 （3）最大動(dòng)載荷計(jì)算和型號(hào)選擇 根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量引起的進(jìn)給阻力，計(jì)算出絲桿的軸向載荷，再根據(jù) 要求的壽命值計(jì)算出滾珠絲桿副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷，其計(jì)算公式和縱向最大動(dòng)載 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 荷計(jì)算公式一樣，即 =CmHwFft3 其中，取 = ； = ；代入其他數(shù)據(jù)，則wf2.1Hf = = =CmwFt3 16.2987.13N95.4 根據(jù) 的原則，使選取的滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作動(dòng)載荷，a 查現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，這里可選擇型號(hào)為 CDM40065P4的滾珠絲 桿，其公稱直徑為 ，額定動(dòng)載荷為 ，強(qiáng)度可滿足

37、要求。40 N9.745281 CDM40065P4滾珠絲桿的具體參數(shù)如下表： 公稱 直徑/m 基本 導(dǎo)程/ 鋼球 直徑/ 絲桿 外徑/m 螺紋 底徑/ 額定動(dòng) 載荷/N 額定靜 載荷/ 接觸剛度/ )(mN 滾珠絲 桿型號(hào) 0dPWD1d2 循環(huán) 圈數(shù) aCa0R CDM32065P4 469.35.35287195219 （4）效率計(jì)算 根據(jù)機(jī)械原理 ，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率可有式（37）計(jì)算，其中取 = ，10 = = ，則0)14.arctn(dP )401.6arctn(2o = =)1ta(no942.0 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 （5）剛度驗(yàn)算 滾珠絲桿工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的

38、作用，將引起導(dǎo)程 的變化，因滾珠絲桿受轉(zhuǎn)0P 矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不記，工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量可用式（3 8）計(jì)算，其中鋼的彈性模量取 = （ ） ；絲桿螺紋底徑EMa4106.226/1.2cmN 確定為 = ，則滾珠絲杠截面積2dcm51. = = =A2)(d14.3)5.(22679c 所以 = =0P67.91.208cm6 滾珠絲桿受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量 很小，可以忽略不計(jì)，即 = ,導(dǎo)程變 1P 形總誤差 可用式（39）計(jì)算，最大行程由擬定參數(shù)中可知，總P = = ，則總 m50c = = =總P0總 619.5m/5.7 由現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，4 級(jí)精度絲桿

39、允許的螺距誤差為 ，故此絲桿精度足夠。m/5.7/3 3、傳動(dòng)齒輪選擇 橫向電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的連接也是通過(guò)一對(duì)齒輪單級(jí)傳動(dòng)構(gòu)成。這樣配置的目的 是減少傳動(dòng)鏈，進(jìn)而減少傳動(dòng)誤差。在縱向的齒輪計(jì)算中，選擇的脈沖當(dāng)量為 =p ，這里也可以使用一樣的脈沖當(dāng)量，步距角則可以選擇比縱向的步距角小步/01.m 一點(diǎn)，這里可以取 = ， = 則傳動(dòng)比為：bo6.00Pm = = =i03bp6.1 齒輪的安裝方式一般有兩種：一種是齒輪完全暴露的外邊，稱為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)； 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 一種是在經(jīng)過(guò)精確加工而且封閉的箱體內(nèi)的，稱為閉式齒輪傳動(dòng)。閉式齒輪傳動(dòng)一般 轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減

40、小沖擊振動(dòng)，以齒數(shù)多些為好，根據(jù)機(jī)械設(shè) 計(jì)中齒數(shù)的選擇，小齒輪齒數(shù)可取為 = ,取 = ，則1Z4021Z2 = = =2i 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，可取模數(shù) =m ，齒輪傳動(dòng)效率 = ，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 = ，則分度圓直徑分別m2i98.0bm20 為： = = =1dZm248 = = =2m 中心距為： = = =a2)(1Zm2)4(8 4、滾動(dòng)軸承的選擇 軸承的選擇，對(duì)最終的設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，所以軸承選擇要合適。和縱向的選 擇計(jì)算一樣，絲桿必須采用三點(diǎn)式支撐方式。各方向傳動(dòng)系統(tǒng)的絲桿采用一端軸向固 定，另一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，使絲桿軸向留有移動(dòng)的空

41、間，這樣可以減少機(jī)床的振動(dòng) 和傳動(dòng)引起的誤差，防止軸承卡死的情況。 由于橫向的最大動(dòng)載荷相對(duì)縱向的較大，所以橫向的軸承在固定端可采用一對(duì)角 接觸球軸承7602035TVP 面對(duì)面組配，成對(duì)使用能限制兩個(gè)方向的軸向位移。其額定載 荷 = ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絲桿的最大動(dòng)載荷 = ，其承載力能滿足要求。CN3650mFN2987316 7602035TVP 軸承的具體參數(shù)如下表： 軸承型號(hào) 尺寸/ m額定載荷/ N預(yù)緊 載荷 / 極限轉(zhuǎn)速 /（ inr ） 質(zhì)量 /kg 安裝尺寸/ m 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 dDBC0脂 1D2gr 7602035TVP 35 80 21 36500 86500

42、4800 1700 0.324 51 67 1.5 浮動(dòng)端支撐可和縱向的選擇一樣，采用6207/P5型深溝球軸承，只承受絲桿的重力。 6205/P5軸承的額定載荷 = ， ， 其承載能力也滿足要求。CN108mF 6205/P5軸承的具體參數(shù)如表33所示。 5、伺服系統(tǒng)選擇計(jì)算 橫向傳動(dòng)部分與縱向傳動(dòng)部分的傳動(dòng)方式是一樣的，因此也選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 （1）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 和縱向負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算一樣，橫向負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算也可以通過(guò)折算到步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算。 首先計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，用和之前一樣的公式， = ， = ， = ，則GN4001.bo6. = =giGb2)8(

43、22104).0138(28.3cmkg 橫向齒輪也可看做材料為鋼的圓柱形零件。對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量計(jì)算可用式（312 ）計(jì)算齒輪 、 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 、 ，齒輪的直徑 =1Z21J2d ，齒輪寬度 = ，則m48bcm2 = =1J448.08.723.0cmkg = =223.ckg 查 CDM40065P4滾珠絲桿的具體參數(shù)可知，螺紋底徑可知 = ，長(zhǎng)dm1.35 度 = ，則絲桿加在電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：bm20 = =3J4451.32018.7 27.ckg 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 所以，負(fù)載總動(dòng)慣量由式（31）計(jì)算可得： = + +FJ123iJgiGb2

44、)180( = .7.8.02 = 1.cmkg （2）最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按式（313）計(jì)算， 取 ，代0942. 入前面計(jì)算所得的數(shù)據(jù)得： = = =mTiPF02198.042.136987 3mN. 如果不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，取安全系數(shù)為 ，則3.0 = =qT3.0. 查實(shí)用微電機(jī)手冊(cè) ，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍時(shí)，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和 最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： = =maxjqT86.0 則 = = =maxjq86.031mN9. 因數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)以最大靜轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)滿足快速 空載起動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 如式（ 31

45、4）的要求。T 當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算可用式（315）計(jì)算。 式中 快速移動(dòng)速度，由擬定參數(shù)可知為max min/120 代入之前所得的 、 的數(shù)據(jù)，則i0P 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 = =n6120min/r 由動(dòng)力學(xué)可知： =maxTFJ 其中， = ， 為加速時(shí)間常數(shù)， = ，則tn30t025.s = = =maxTFJ.314.8mN69. 可有式（316）計(jì)算，代入數(shù)據(jù)，得f = = =fTiGP02198.042.136 36. 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 ，即0F/ = = =0Fm36.7N2.95 可根據(jù)式（3 17）計(jì)算，代入數(shù)據(jù)，得0T = =

46、 =0TiP02198.042.136795 3m. 綜合以上各式，得 = = =0maxTf.6.N34. （3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率計(jì)算 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率用式（318）計(jì)算，代入數(shù)據(jù)，得 = = =maxf601ax01.2Hz 即，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率為 z2 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇過(guò)程中，其輸出轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)頻率和空載運(yùn)行頻率等參數(shù)都 要比理論計(jì)算值大。為了避免步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選型太過(guò)復(fù)雜和麻煩，在符合要求和條件 的情況，橫向可以選用與縱向同樣的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)查得，縱 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 向使用的110BYG350B 三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空在運(yùn)行頻率為 ，

47、足夠Hz30 提供此處所需的運(yùn)行頻率，所以可選用110BYG350B 三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為 橫向的伺服電動(dòng)機(jī)。 110BYG350B 三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下表所示： 型 號(hào) 相數(shù) 保持 轉(zhuǎn)矩 /mN 步距 角 () 靜態(tài) 相電 流/A 空載 運(yùn)行 頻率/Hz 空載 起動(dòng) 頻率/ 相電 感/m 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 / 2ckg 使用電 壓范圍 /V 質(zhì)量 /kg 110BYG350B 3 12 0.75 2.8 30000 1600 30 12.6 80-325 10 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與運(yùn)用，是對(duì)以前每門(mén)課程設(shè)計(jì) 的提煉和綜合

48、，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次徹底檢驗(yàn)，也是對(duì)我們學(xué)生設(shè)計(jì)和創(chuàng)新思維的啟 發(fā)和開(kāi)拓。在開(kāi)始選擇課題的時(shí)候，我因?yàn)閷?duì)數(shù)控機(jī)床比較感興趣，所以就選擇了關(guān) 于數(shù)控機(jī)床方面的課題。我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)加工中心機(jī)床，我主要對(duì)其中的 X 軸方向即橫向進(jìn)給系統(tǒng)和 Y 軸方向即縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)之初，我首先上網(wǎng) 搜索了有關(guān)加工中心方面的知識(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)床特別是加工中心的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 有了進(jìn)一步的了解，以及加工中心整體結(jié)構(gòu)、性能、原理等方面的了解，這讓我學(xué)習(xí) 到了很多新的知識(shí)。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校工程訓(xùn)練中心的數(shù)控機(jī)床及一些數(shù)控車(chē) 床特別是數(shù)控加工中心進(jìn)行了觀察了解，主要觀察了解了機(jī)床的及 X 軸進(jìn)給系統(tǒng)

49、和 Y 軸進(jìn)給系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合自己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過(guò)查閱 資料和相關(guān)圖冊(cè)，到圖書(shū)館借覽了相關(guān)文獻(xiàn)和資料，初步確定了一個(gè)整體設(shè)計(jì)方案， 然后在相關(guān)文獻(xiàn)書(shū)本資料的輔助和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)以及相關(guān)老師和同學(xué)的幫助下，自 己逐步逐步的經(jīng)過(guò)各個(gè)細(xì)節(jié)方面的整體分析和計(jì)算，設(shè)計(jì)出了滿足網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)球立式加 工中心本體設(shè)計(jì)需要的 X、Y 軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并完成了說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)和相關(guān)裝配圖、 零件圖的繪制。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后也是最重要的一次練兵，是一次理論和實(shí)踐 以及自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)合訓(xùn)練的過(guò)程。在近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，使我對(duì)課本理論知 識(shí)有了一個(gè)非常全面綜合性的鞏固和利用，也更

50、加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。通 過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己在回顧課本知識(shí)、查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知 識(shí)及 CAD 繪圖、等方面的能力有了較大地提高，對(duì)如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來(lái)有了較 深刻的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)了原來(lái)學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了 一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作也有了一定的認(rèn)識(shí)。 總而言之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東 西，而且學(xué)到了很多新東西，更是學(xué)習(xí)到了很多新的技能，為我走向社會(huì)、走向工作 崗位打下了深厚的基礎(chǔ)，同時(shí)也使我懂得了一個(gè)真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)在大

51、學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次綜合性的運(yùn)用，由于我的基礎(chǔ)知識(shí)還不夠扎 實(shí)豐富，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到很多困難，幸虧有老師和同組同學(xué)的幫助才得以順利 完成。 我特別感謝老師們對(duì)我的耐心指導(dǎo)，他們?cè)谖易稣麄€(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中給了我非 常寶貴的幫助，特別是負(fù)責(zé)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的指導(dǎo)老師蔡七林老師，在我知識(shí)水平 和參考資料有限的情況下，蔡七林指導(dǎo)我設(shè)計(jì)的各個(gè)步驟和細(xì)節(jié)，并幫我查找相關(guān)資 料。他表現(xiàn)出了高度的責(zé)任心和始終不變的熱情與耐心，在人格方面也給我做出了榜 樣，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，蔡老師不僅僅是像一位老師一樣的指導(dǎo)我，更像是一位長(zhǎng)輩 和朋友似的熱情而又耐心的指導(dǎo)和幫助我，他讓我認(rèn)識(shí)到了人與人之間那真誠(chéng)的關(guān)系。 在設(shè)計(jì)

52、過(guò)程中，很多同學(xué)也給予了我非常大的幫助，我由衷的感謝他們。 最后，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的老師、教授、專家。 福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 參考文獻(xiàn) 1 許吉慶，陶潔.銑床數(shù)控化的改造【J】.制造技術(shù)與機(jī)床，2001（9） 2 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006 3國(guó)家機(jī)械工業(yè)局西安微電機(jī)研究所編.實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)【M】.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社, 2000 4機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986 5吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)【M】.3版.北京：高等教育出版社，2006 6羅永順.機(jī)床數(shù)

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