題目：XK716數(shù)控銑床XY進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

XK716數(shù)控銑床XY進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：XK716數(shù)控銑床，是結(jié)合了高性能、高精度、高穩(wěn)定性于一體的數(shù)控機(jī)床，該銑床的特點(diǎn)是能夠在負(fù)載的情況下任然能夠保證準(zhǔn)確的精度與良好的使用性能。此次課題是對(duì)XK716數(shù)控銑床XY軸進(jìn)給傳動(dòng)的研究，其主要目的是能夠在傳動(dòng)方面做到更加迅速、平穩(wěn)；傳動(dòng)元件有足夠的剛度。因此對(duì)數(shù)控銑床XY進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的研究主要包括數(shù)控銑床的電動(dòng)機(jī)、軸承、滾珠絲杠副、同步帶輪以及導(dǎo)軌副的相關(guān)分析。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)計(jì)算與分析XK716CNCMillingMachineXYFeedTransmissionSystemDesignAbstract：XK716CNCmillingmachineisacombinationofhighperformance,highprecisionandhighstability.Themillingmachineischaracterizedbybeingabletoensureaccurateprecisionandgoodperformanceunderload.ThissubjectisaresearchonXYaxisfeedtransmissionofXK716numericalcontrolmillingmachine.itsmainpurposeistoachievefasterandmorestabletransmission.Thetransmissionelementhassufficientrigidity.Therefore,theresearchonXYfeedtransmissionsystemofCNCmillingmachinemainlyincludesthecorrelationanalysisofmotor,bearing,ballscrewpair,synchronousbeltwheelandguiderailpairofCNCmillingmachine.Keywords：CNCmillingmachine;Feedtransmissionsystem;Designcalculationandanalysis目錄中文摘要 Ⅰ英文摘要 ⅡTOC\o"1-3"\h\u1引言 引言隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展數(shù)控銑床已然成為數(shù)控機(jī)床的代表之一，加工中心的前身就結(jié)合了數(shù)控銑床。數(shù)控銑床聚集了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械制造于一體的智能化制造設(shè)備。體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家制造水平的標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)控技術(shù)是否先進(jìn)，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床實(shí)行的都是數(shù)字化、智能化，這已然在制造業(yè)中起到了至關(guān)重要的領(lǐng)導(dǎo)地位。因?yàn)槲覈?guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床的研究起步晚，尚未掌握的技術(shù)以及主要部件都是要依靠外國(guó)，一味的模仿是得不到進(jìn)步的，只有掌握核心技術(shù)才能夠在國(guó)際上站住穩(wěn)定位置，給我們的制造業(yè)帶來福音。在創(chuàng)新方面由于外國(guó)在技術(shù)方面對(duì)我國(guó)是封鎖的，我國(guó)智能摸爬滾打進(jìn)行大膽嘗試，對(duì)于核心技術(shù)需要去研發(fā)攻克，有利于減少我國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床的制造成本，總的來說就是要?jiǎng)?chuàng)新，提高使用性能。國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床種類眾多，要想在國(guó)際上站立腳跟必不可少的就是創(chuàng)新與性能的改進(jìn)與提升，在創(chuàng)新上無非就是系統(tǒng)更加智能化更加全面，機(jī)床的性能更加穩(wěn)定，尺寸精度方面更加地精準(zhǔn)，誤差越來越小。對(duì)于數(shù)控銑床進(jìn)給的研究就是基于原有的框架模型，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)的各個(gè)部件重新計(jì)算，選用的各種部件性能均比原有的提升一個(gè)檔次，因此在傳動(dòng)方面有了大幅度的提升。本課題是對(duì)XK716數(shù)控銑床XY進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于原有的框架模型，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)的各個(gè)部件重新通過計(jì)算，因此XY方向上的傳動(dòng)在此次進(jìn)給傳動(dòng)中起到關(guān)鍵作用，同時(shí)也是此次課題研究的重點(diǎn)。為的是使工作臺(tái)在XY方向上的傳動(dòng)能夠相比以往的數(shù)控銑床能夠做到快速響應(yīng)、減小間隙以及定位的準(zhǔn)確正是此次課題的目的。進(jìn)給傳動(dòng)主要由電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副、軸承、同步帶輪以及導(dǎo)軌副組成，因此對(duì)這幾個(gè)進(jìn)行了相關(guān)的分析與計(jì)算，做到比原有機(jī)床更快速更穩(wěn)定的傳動(dòng)。

2數(shù)控銑床XY進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求（1）高的傳動(dòng)精度和定位精度：所謂的傳動(dòng)精度影響機(jī)床加工輪廓面的精度；定位精度則影響到加工的尺寸精度。（2）寬的進(jìn)給調(diào)速范圍：為了保證在不同工況下對(duì)進(jìn)給速度的選擇，進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)該有大的調(diào)速范圍。（3）快的響應(yīng)速度：指進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)指令信號(hào)的變化跟蹤要快，并且能夠迅速趨于穩(wěn)定。所需要采取的措施是減小傳動(dòng)中的間隙與摩擦，減小傳動(dòng)慣量，增大傳動(dòng)剛度從而提升進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)。（4）低速、大扭矩：根據(jù)數(shù)控銑床的特點(diǎn)，在工作中必定要進(jìn)行重切削也就是粗加工，這就需要大的轉(zhuǎn)矩來輸出。2.2傳動(dòng)方式的確定首先確定數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)方案，如圖2-1所示圖2-1進(jìn)給傳動(dòng)方案圖工作原理：Y方向電動(dòng)機(jī)通過圓弧齒同步帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)鞍座實(shí)現(xiàn)Y軸移動(dòng)。X方向電動(dòng)機(jī)通過圓弧齒同步帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)X軸移動(dòng)。為了補(bǔ)償絲杠工作中因溫升而造成的熱伸長(zhǎng)，因此絲杠在安裝時(shí)要進(jìn)行預(yù)拉伸?？傮w方案確定：進(jìn)給系統(tǒng)主要由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)這四個(gè)大部分組成。（1）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：因?yàn)楣ぷ鲌?chǎng)合需要承受的載荷不大，定位精度要求高，摩擦系數(shù)小，不容易爬行，傳動(dòng)效率高的特點(diǎn)固選用滾動(dòng)導(dǎo)軌（2）運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu):在工作中需要滿足高的定位精度然而滑動(dòng)絲杠副是沒辦法滿足的，所以選用傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠副。（3）減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：選用的是同步帶傳動(dòng)，同步帶的帶齒和同步帶的帶輪相互之間進(jìn)行嚙合以此來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。這種傳動(dòng)結(jié)合了皮帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自優(yōu)點(diǎn)的一種新型的帶傳動(dòng)方式，可以保證輸出的轉(zhuǎn)角和輸入的轉(zhuǎn)角能夠形成嚴(yán)格的成比例關(guān)系。（4）電動(dòng)機(jī)：在電動(dòng)機(jī)部分，因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)足夠滿足這次設(shè)計(jì)的使用情況，所以不必采用更加高檔的伺服電動(dòng)機(jī)，從而降低成本。

3主切削力與進(jìn)給分力的計(jì)算3.1主切削力計(jì)算表3-1銑削力公式銑刀類型工件材料銑削力公式面銑刀碳鋼灰鑄鐵可鍛鑄鐵由于選用的是面銑刀用來加工碳鋼材料根據(jù)表3-1選用公式（3-1）d-銑刀直徑；Z-齒數(shù)；ae-工件銑削寬度；Ap-背吃刀量；v-切削速度；fz-進(jìn)給量（3-2）強(qiáng)力切削-根據(jù)XK716（BT50）：（面銑刀不對(duì)稱逆銑刀）根據(jù)公式（3-1）（3-2）得出：一般切削-根據(jù)XK716（BT50）：（面銑刀不對(duì)稱逆銑刀）根據(jù)公式（3-1）（3-2）得出：精切削-根據(jù)XK716（BT50）：（面銑刀不對(duì)稱逆銑刀）根據(jù)公式（3-1）（3-2）得出：3.2進(jìn)給力計(jì)算根據(jù)X（Ff）,Y(Fe),Z(Ffn),向進(jìn)給力與主切削力Fc的比值(3-3)強(qiáng)力切削：一般切削：精切削：4滾珠絲杠螺母副的計(jì)算、選型以及校核4.1X軸滾珠絲杠4.1.1X軸滾珠絲桿副設(shè)計(jì)條件1工作條件根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及數(shù)控銑床的情況，采用水平的安裝方式，支承方式為兩端固定，全行程精度為28μm，重復(fù)定位精度為10μm，300mm定位精度為20μm，設(shè)計(jì)精度等級(jí)為P3，半閉環(huán)控制系統(tǒng)。2工作參數(shù)表4-1X軸滾珠絲杠副工作參數(shù)工作臺(tái)質(zhì)量85工件夾具最大質(zhì)量20有效行程1270工作臺(tái)最大移動(dòng)速度20支承點(diǎn)間距1500支承點(diǎn)到螺紋起始距離35最大加速度0.5g電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速3000絲杠最大轉(zhuǎn)速1500傳動(dòng)比i1.5工作臺(tái)動(dòng)摩擦系數(shù)0.1工作臺(tái)靜摩擦系數(shù)0.2工況序號(hào)軸向切削負(fù)載/N徑向切削負(fù)載/N進(jìn)給速度/(m/min)時(shí)間比例（%）i強(qiáng)力切削工況1355224421.510一般切削工況214379882.530精切削工況31761213.550快速進(jìn)給工況40020103設(shè)計(jì)要求表4-2X軸滾珠絲杠副設(shè)計(jì)要求里程壽命——時(shí)間壽命20000h精度系數(shù)1可靠性系數(shù)1靜態(tài)安全系數(shù)1（一般載荷）預(yù)加負(fù)載系數(shù)4.5(中預(yù)載荷)載荷系數(shù)2.5（沖擊、振動(dòng)）預(yù)緊力負(fù)載系數(shù)10%（重載荷）4.1.2X軸滾珠絲杠副計(jì)算與選型1精度選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求及數(shù)控銑床情況，查GB/T17587.3-2017確定該數(shù)控銑床X軸應(yīng)該選精度等級(jí)P3.有效行程,根據(jù)P3精度等級(jí)確定：有效行程內(nèi)平均行程偏差公差值,有效行程內(nèi)變動(dòng)量公差值，300mm行程內(nèi)變動(dòng)量公差值，2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量。2最小導(dǎo)程(4-1)3預(yù)期額定動(dòng)載荷數(shù)控銑床對(duì)應(yīng)4個(gè)工況，計(jì)算滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)速分別是：(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)根據(jù)公式（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）得出：空載加速階段——最大載荷為：(4-6)勻速工進(jìn)階段——根據(jù)占據(jù)的時(shí)間比例10%、30%、50%、10%，載荷的計(jì)算為：(4-7)(4-8)(4-9)(4-10)根據(jù)公式（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）得出：對(duì)應(yīng)的當(dāng)量轉(zhuǎn)速為：(4-11)對(duì)應(yīng)的當(dāng)量載荷為：(4-12)按預(yù)期工作時(shí)間估算預(yù)期額定動(dòng)載荷為：(4-13)按照最大負(fù)載估算預(yù)期額定動(dòng)載荷為：(4-14)取以上兩種結(jié)果最大值為：4最小底徑計(jì)算重復(fù)定位精度，根據(jù)估算最大允許軸向變形量：(4-15)全行程定位精度，根據(jù)估算最大允許軸向變形量：(4-16)根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)選型算法理論此時(shí)取較小值，因此最大允許最大軸向變形量，最小底徑的計(jì)算公式為：(4-17)通過初選，基本確定滾珠絲桿副精度、導(dǎo)程、預(yù)期額定動(dòng)載荷以及公稱直徑。為下一步進(jìn)行性能校核做基礎(chǔ)。5滾珠絲杠副類型由于X軸快速進(jìn)給為20m/min,所以選擇適合高速環(huán)境的端塊式滾珠絲杠副，如圖4-1所示，圈數(shù)為5圈，螺旋線數(shù)一條，反向器兩個(gè)，總?cè)?shù)=n×m=5。圖4-1端塊式滾珠絲杠在循環(huán)方面采用的是端蓋回流的方式，如圖4-2所示，滾珠通過端蓋內(nèi)部的槽進(jìn)行循環(huán)。圖4-2滾珠循環(huán)方式圖特點(diǎn)：（1）高速度：采用特殊反向器機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化反向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足高Dn值要求，經(jīng)過試驗(yàn)Dn值可達(dá)15萬(wàn)。（2）高加速度：優(yōu)化反向循環(huán)結(jié)構(gòu)，降低滾珠對(duì)反向循環(huán)結(jié)構(gòu)的沖擊，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)高加速度。確定滾珠絲杠副公稱直徑有兩個(gè)思路：滾珠絲杠副的公稱直徑大小直接影響著滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷，所以我們可以從所選絲杠副的最小額定動(dòng)載荷入手來確定其公稱直徑范圍。滾珠絲杠副的公稱直徑大小同樣直接影響著滾珠絲杠副的剛度，所以我們可以從所選絲杠副的預(yù)期剛度要求來確定其公稱直徑范圍。6螺母類型選擇參考選型手冊(cè)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)表4-3所示：表4-3滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)表外循環(huán)端塊式DKFZ單增大鋼球預(yù)緊外循環(huán)端塊式返向器，螺母整體外形緊湊，高速性能優(yōu)異，尤其適用于高速大導(dǎo)程滾珠絲杠副，Dn值可達(dá)15萬(wàn)高速、低負(fù)載機(jī)床，如車削鋁合金件的加工中心，高速車床DKFZD雙雙螺母墊片預(yù)緊高速、中負(fù)載機(jī)床，如車削鋼件的加工中心，高速車床循環(huán)方式選擇：選用外循環(huán)端塊式返向器，螺母整體外形緊湊，高速性能優(yōu)異，尤其適用于高速大導(dǎo)程滾珠絲杠副，Dn值可達(dá)15萬(wàn)。預(yù)緊方式選擇：選擇雙螺母墊片預(yù)緊方式。滾珠循環(huán)圈數(shù)選擇：根據(jù)圈數(shù)為5圈，螺旋線數(shù)一條，反向器兩個(gè)，總?cè)?shù)=n×m=5，根據(jù)循環(huán)圈數(shù)可定螺母長(zhǎng)度尺寸。螺母安裝連接尺寸，可查南京工藝裝備滾珠絲杠副型譜參數(shù)選取7型號(hào)選擇查南京工藝裝備滾珠絲杠副型譜參數(shù)表，選擇符合要求的公稱直徑、公稱導(dǎo)程、絲杠外徑、鋼球直徑、絲杠底徑、循環(huán)圈數(shù)。確定基本額定動(dòng)載荷及基本額定靜載荷及靜剛度值。確定絲杠全長(zhǎng)、絲杠螺紋長(zhǎng)度。初選滾珠絲杠副規(guī)格型號(hào)為：DKFZD5010-5,具體參數(shù)及螺母安裝尺寸參考南京工藝裝備滾珠絲杠副型譜參數(shù)表公稱直徑導(dǎo)程額定動(dòng)載荷絲杠底徑鋼球直徑螺母總長(zhǎng)余程精度等級(jí)P34.1.3X軸滾珠絲杠副性能校核根據(jù)上述完成初步選型后，進(jìn)行性能校核，校核過程如下：1預(yù)緊力(4-18)2行程補(bǔ)償與與預(yù)拉伸力行程補(bǔ)償：(4-19)預(yù)拉伸力：(4-20)3剛度校驗(yàn)絲杠最小抗壓剛度：(4-21)絲杠最大抗壓剛度：(4-22)(4-23)利用優(yōu)化設(shè)計(jì)選型提出的簡(jiǎn)化算法滾珠絲杠最大系統(tǒng)剛度為：(4-24)最小系數(shù)剛度為：(4-25)設(shè)計(jì)要求的最小系統(tǒng)剛度為：(4-26)4精度校核傳動(dòng)系統(tǒng)引起的定位誤差：(4-27)由于該銑床采用半閉環(huán)的控制系統(tǒng)，選取絲杠精度等級(jí)為3級(jí)：(4-28)計(jì)算得出：(4-29)計(jì)算得出：因?yàn)?2μm＜15.64μm，17μm＜22.04μm，所以精度校核合格5臨界壓縮載荷校核臨界壓縮載荷計(jì)算：(4-30)因?yàn)镕c＞Fmax,所以臨界壓縮載荷驗(yàn)算合格6臨界轉(zhuǎn)速校核采用兩端固定支承允許臨界轉(zhuǎn)速為：(4-31)因?yàn)镹max＜0.8ncr,所以臨界轉(zhuǎn)速校核合格7Dn值校核經(jīng)過計(jì)算：因此Dn值校核合格根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)選型理論算法的一系列性能校核公式計(jì)算，被選絲杠DKFZD5010-5校核結(jié)果如表4-4所示表4-4X軸滾珠絲杠副校核結(jié)果表導(dǎo)程校核合格不合格底徑校核合格不合格額定動(dòng)載荷校核合格不合格剛度校核合格不合格精度校核合格不合格臨界轉(zhuǎn)速校核合格不合格臨界壓曲載荷校核合格不合格Dn值校核合格不合格4.2Y軸滾珠絲杠4.2.1Y軸滾珠絲桿副設(shè)計(jì)條件1工作要求根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及數(shù)控銑床的情況，采用水平的安裝方式，支承方式為兩端固定，全行程精度為25μm，重復(fù)定位精度為10μm，300mm定位精度為20μm，設(shè)計(jì)精度等級(jí)為P3，半閉環(huán)控制系統(tǒng)。2工作參數(shù)表4-5Y軸滾珠絲杠副工作參數(shù)工作臺(tái)質(zhì)量200工件夾具最大質(zhì)量0有效行程610工作臺(tái)最大移動(dòng)速度20支承點(diǎn)間距880支承點(diǎn)到螺紋起始距離35最大加速度0.5g電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速3000絲杠最大轉(zhuǎn)速1500傳動(dòng)比i1.5工作臺(tái)動(dòng)摩擦系數(shù)0.1工作臺(tái)靜摩擦系數(shù)0.2工況序號(hào)軸向切削負(fù)載/N徑向切削負(fù)載/N進(jìn)給速度/(m/min)時(shí)間比例（%）i強(qiáng)力切削工況1266424421.510一般切削工況210779882.530精切削工況31321213.550快速進(jìn)給工況40020103設(shè)計(jì)要求表4-6Y軸滾珠絲杠副設(shè)計(jì)要求里程壽命——時(shí)間壽命20000h精度系數(shù)1可靠性系數(shù)1靜態(tài)安全系數(shù)1（一般載荷）預(yù)加負(fù)載系數(shù)4.5(中預(yù)載荷)載荷系數(shù)2.5（沖擊、振動(dòng)）預(yù)緊力負(fù)載系數(shù)10%（重載荷）4.2.2Y軸滾珠絲杠副計(jì)算與選型1精度選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求及數(shù)控銑床情況，查GB/T17587.3-2017確定該數(shù)控銑床Y軸應(yīng)該選精度等級(jí)P3.有效行程,根據(jù)P3精度等級(jí)查表確定：有效行程內(nèi)平均行程偏差公差值,有效行程內(nèi)變動(dòng)量公差值，300mm行程內(nèi)變動(dòng)量公差值，2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量。2最小導(dǎo)程根據(jù)公式（4-1）得出：3預(yù)期額定動(dòng)載荷根據(jù)公式（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）得出：空載加速階段——最大載荷根據(jù)公式（4-6）得出：勻速工進(jìn)階段——根據(jù)占據(jù)的時(shí)間比例10%、30%、50%、10%，根據(jù)公式（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）載荷的計(jì)算為：對(duì)應(yīng)的當(dāng)量轉(zhuǎn)速根據(jù)公式(4-11)為：對(duì)應(yīng)的當(dāng)量載荷根據(jù)公式（4-12）為：按預(yù)期工作時(shí)間估算預(yù)期額定動(dòng)載荷根據(jù)公式（4-13）為：按照最大負(fù)載估算預(yù)期額定動(dòng)載荷根據(jù)公式（4-14）為：取以上兩種結(jié)果最大值為：4最小底徑計(jì)算重復(fù)定位精度，根據(jù)公式（4-15）估算最大允許軸向變形量：全行程定位精度，根據(jù)公式（4-16）估算最大允許軸向變形量：根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)選型算法理論此時(shí)取較小值，因此最大允許最大軸向變形量，最小底徑的計(jì)算根據(jù)公式（4-17）為：通過初選，基本確定滾珠絲桿副精度、導(dǎo)程、預(yù)期額定動(dòng)載荷以及公稱直徑。為下一步進(jìn)行性能校核做基礎(chǔ)。5滾珠絲杠副類型由于Y軸快速進(jìn)給為20m/min,所以選擇適合高速環(huán)境的端塊式滾珠絲杠副如圖4-4所示，圈數(shù)為5圈，螺旋線數(shù)一條，反向器兩個(gè)，總?cè)?shù)=nxm=5圖4-4端塊式滾珠絲杠在循環(huán)方面采用的是端蓋回流的方式如圖4-5所示，滾珠通過端蓋內(nèi)部的槽進(jìn)行循環(huán)。圖4-5滾珠循環(huán)方式圖特點(diǎn)：（1）高速度：采用特殊反向器機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化反向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足高Dn值要求，經(jīng)過試驗(yàn)Dn值可達(dá)15萬(wàn)。（2）高加速度：優(yōu)化反向循環(huán)結(jié)構(gòu)，降低滾珠對(duì)反向循環(huán)結(jié)構(gòu)的沖擊，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)高加速度。確定滾珠絲杠副公稱直徑有兩個(gè)思路：（1）滾珠絲杠副的公稱直徑大小直接影響著滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷，所以我們可以從所選絲杠副的最小額定動(dòng)載荷入手來確定其公稱直徑范圍。（2）滾珠絲杠副的公稱直徑大小同樣直接影響著滾珠絲杠副的剛度，所以我們可以從所選絲杠副的預(yù)期剛度要求來確定其公稱直徑范圍。6螺母類型選擇參考選型手冊(cè)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)表4-7所示：表4-7滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)表外循環(huán)端塊式DKFZ單增大鋼球預(yù)緊外循環(huán)端塊式返向器，螺母整體外形緊湊，高速性能優(yōu)異，尤其適用于高速大導(dǎo)程滾珠絲杠副，Dn值可達(dá)15萬(wàn)高速、低負(fù)載機(jī)床，如車削鋁合金件的加工中心，高速車床DKFZD雙雙螺母墊片預(yù)緊高速、中負(fù)載機(jī)床，如車削鋼件的加工中心，高速車床（1）循環(huán)方式選擇：選用外循環(huán)端塊式反向器，螺母整體外形緊湊，高速性能優(yōu)異，尤其適用于高速大導(dǎo)程滾珠絲杠副，Dn值可達(dá)15萬(wàn)。（2）預(yù)緊方式選擇：選擇雙螺母墊片預(yù)緊方式。（3）滾珠循環(huán)圈數(shù)選擇：根據(jù)圈數(shù)為5圈，螺旋線數(shù)一條，反向器兩個(gè)，總?cè)?shù)=n×m=5，根據(jù)循環(huán)圈數(shù)可定螺母長(zhǎng)度尺寸。（4）螺母安裝連接尺寸，可查南京工藝裝備滾珠絲杠副型譜參數(shù)選取7型號(hào)選擇（1）查南京工藝裝備滾珠絲杠副型譜參數(shù)表，選擇符合要求的公稱直徑、公稱導(dǎo)程、絲杠外徑、鋼球直徑、絲杠底徑、循環(huán)圈數(shù)。（2）確定基本額定動(dòng)載荷及基本額定靜載荷及靜剛度值。（3）確定絲杠全長(zhǎng)、絲杠螺紋長(zhǎng)度。（4）初選滾珠絲杠副規(guī)格型號(hào)為：DKFZD5010-5,具體參數(shù)及螺母安裝尺寸參考南京工藝裝備滾珠絲杠副型譜參數(shù)表公稱直徑導(dǎo)程額定動(dòng)載荷絲杠底徑鋼球直徑螺母總長(zhǎng)余程精度等級(jí)P34.2.3Y軸滾珠絲杠副性能校核根據(jù)上述完成初步選型后，進(jìn)行性能校核，校核過程如下：1預(yù)緊力根據(jù)公式（4-18）得出：2行程補(bǔ)償與與預(yù)拉伸力根據(jù)公式（4-19）得出行程補(bǔ)償：根據(jù)公式（4-20）得出預(yù)拉伸力：3剛度校驗(yàn)根據(jù)公式（4-21）得出絲杠最小抗壓剛度：根據(jù)公式（4-22）（4-23）得出絲杠最大抗壓剛度：利用優(yōu)化設(shè)計(jì)選型提出的簡(jiǎn)化算法根據(jù)公式（4-24）滾珠絲杠最大系統(tǒng)剛度為：根據(jù)公式（4-25）最小系數(shù)剛度為：根據(jù)公式（4-26）設(shè)計(jì)要求的最小系統(tǒng)剛度為：4精度校核根據(jù)公式（4-27）傳動(dòng)系統(tǒng)引起的定位誤差：由于該銑床采用半閉環(huán)的控制系統(tǒng)，選取絲杠精度等級(jí)為3級(jí)：根據(jù)公式（4-29）（4-29）得出：因?yàn)?2μm＜15.744μm，17μm＜19.744μm，所以精度校核合格5臨界壓縮載荷校核根據(jù)公式（4-30）臨界壓縮載荷計(jì)算：因?yàn)镕c＞Fmax,所以臨界壓縮載荷驗(yàn)算合格6臨界轉(zhuǎn)速校核采用兩端固定支承，根據(jù)公式（4-31）允許臨界轉(zhuǎn)速為：因?yàn)镹max＜0.8ncr,所以臨界轉(zhuǎn)速校核合格7Dn值校核經(jīng)過計(jì)算：因此Dn值校核合格根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)選型理論算法的一系列性能校核公式計(jì)算，被選絲杠DKFZD5010-5校核結(jié)果如下表4-8所示表4-8Y軸滾珠絲杠校核結(jié)果表導(dǎo)程校核合格不合格底徑校核合格不合格額定動(dòng)載荷校核合格不合格剛度校核合格不合格精度校核合格不合格臨界轉(zhuǎn)速校核合格不合格臨界壓曲載荷校核合格不合格Dn值校核合格不合格4.3滾珠絲杠潤(rùn)滑方式滾珠絲杠必須保持徹底的清潔并且用防銹油做好保護(hù)，在潤(rùn)滑方面采用的是油潤(rùn)滑如圖4-6所示，通過油孔定期進(jìn)行集中潤(rùn)滑。在滾珠絲杠外部套上圓筒式防護(hù)罩如圖4-7所示起到防塵與保護(hù)作用，保證了滾珠絲杠的使用壽命與定位精度。圖4-6滾珠絲杠潤(rùn)滑方式圖圖4-7圓筒式防護(hù)罩4.3軸承的選型與校核4.3.1滾珠絲杠的支承由于滾珠絲杠副在工作中會(huì)產(chǎn)生大的軸向力，因此在支承方面選用的是60°角接觸軸承，其主要特點(diǎn)是：（1）剛性大（2）不需要預(yù)調(diào)整（3）起動(dòng)力矩小在配置方面選用的是兩端固定的支承方式，如圖4-8所示，適用在高精度的場(chǎng)合之中。圖4-8軸承支承方式圖綜合以上的要求與性能，選用60°角接觸軸承，型號(hào)為40TAC72,與之配套的軸承座是SBK40DF，SBK40DFD，分別安裝在非電機(jī)端與電機(jī)端，如圖4-9，圖4-10所示。圖4-9非電機(jī)端示意圖圖4-10電機(jī)端示意圖4.3.2軸承的壽命計(jì)算60°角接觸軸承的計(jì)算與一般的軸承計(jì)算相同，根據(jù)之前的計(jì)算得出徑向負(fù)載，軸向負(fù)載X、Y為當(dāng)量負(fù)載荷因數(shù)，根據(jù)的比值查表4-9表4-9當(dāng)量動(dòng)負(fù)載因數(shù)表組合列數(shù)2列3列承載列數(shù)1列2列1列2列3列組合形式DB/DFDTDFDDFDDTDx1.9-1.432.35-y0.94-0.770.35-x0.920.920.920.920.92y111111計(jì)算軸承當(dāng)量載荷P根據(jù)計(jì)算，軸承選用三只角接觸軸承DFD組配，根據(jù)表4-9得出X=1.43，Y=0.77，查表（4-32）2軸承實(shí)際動(dòng)載荷計(jì)算（4-33）3軸承校核通過查閱相關(guān)資料，40TAC72角接觸軸承額定動(dòng)載荷，額定靜載荷，因?yàn)?，所以選用60°角接觸軸承40TAC72承載能力足夠。4軸承預(yù)加負(fù)載根據(jù)資料軸承所承受的最大軸向載荷,軸承實(shí)際承受預(yù)加載荷，根據(jù)表4-10得出，40TAC72角接觸軸承的額定預(yù)加負(fù)載為，所以選用60°角接觸軸承40TAC72合適，軸承經(jīng)過預(yù)壓處理后軸向零間隙、高剛性。表4-1040TAC72參數(shù)表公稱代號(hào)外形尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速潤(rùn)滑脂推薦填充量界限軸向載荷預(yù)加載荷（N）軸向剛性啟動(dòng)扭矩dDBrrs脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑HHH40TAC7240721510.633.5410055003.952286010800.19

5同步帶的計(jì)算與選型5.1同步帶的特點(diǎn)同步帶的傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距離齒形的環(huán)形皮帶和與之具有相對(duì)應(yīng)齒形的同步帶輪所組成。同步帶的傳動(dòng)在運(yùn)行的時(shí)候同步帶的帶齒和同步帶的帶輪相互之間進(jìn)行嚙合以此來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。這種傳動(dòng)時(shí)綜合了皮帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的個(gè)子有點(diǎn)的一種新型的帶傳動(dòng)方式。同步帶是使用軟性齒條來進(jìn)行傳動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，可以保證輸出的轉(zhuǎn)角和輸入的轉(zhuǎn)角能夠形成嚴(yán)格的成比例關(guān)系。5.2X軸同步帶的計(jì)算與選型1計(jì)算設(shè)計(jì)功率（5-1）由JB/T7512.3-2014[5]表2得出（5-2）2帶型根據(jù)，JB/T7512.3-2014[5]圖5-1查得帶型號(hào)為5M，由JB/T7512.1-2014[3]表1查得節(jié)距圖5-1選型圖3傳動(dòng)比由表3-1得出傳動(dòng)比4帶輪直徑（1）小帶輪齒數(shù)及帶輪直徑對(duì)于5M帶型，,結(jié)構(gòu)比較緊湊，根據(jù)原則，由JB/T7512.3-2014[5]表3查得，由JB/T7512.2-2014[4]表5查得小帶輪節(jié)圓直徑小帶輪外徑（2）大帶輪齒數(shù)及帶輪直徑大帶輪齒數(shù)確定大帶輪齒數(shù)，由JB/T7512.2-2014[4]表5查得大帶輪節(jié)圓直徑大帶輪外徑5帶的節(jié)線長(zhǎng)度帶的初定節(jié)線長(zhǎng)度（5-3）（2）帶的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度由JB/T7512.1-2014[3]表3選取6實(shí)際傳動(dòng)中心距（5-4）（5-5）7中心距安裝量和調(diào)整量選擇雙輪加擋圈形式，由JB/T7512.3-2014[5]表4查得中心范圍:8帶長(zhǎng)系數(shù)由JB/T7512.3-2014[5]表5查得帶長(zhǎng)系數(shù)9嚙合齒數(shù)關(guān)系嚙合齒數(shù)（5-6）嚙合齒數(shù)關(guān)系所以10帶的基本額定功率由JB/T7512.3-2014[5]表8查得11帶和帶輪的寬度由JB/T7512.3-2014[5]表6查得（5-7）由JB/T7512.1-1994[8]選取帶的標(biāo)準(zhǔn)帶寬確定帶輪基本寬度30mm12帶的額定功率（5-8）由JB/T7512.3-2014[5]表6查得（5-9）13緊邊張力（5-10）（5-11）14松邊張力（5-12）15壓軸力小帶輪包角為：（5-13）由JB/T7512.3-2014[5]圖5-2查得，工況系數(shù)，則（5-14）圖5-2矢量相加修正系數(shù)16帶的張緊帶的撓度:（5-15）（5-16）17計(jì)算結(jié)論根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照上述步驟得出以下結(jié)論：同步帶規(guī)格：5M型號(hào)同步帶，帶齒節(jié)距，節(jié)線長(zhǎng)，JB/T7512.1-2014[3]表4齒數(shù)為75，帶寬小帶輪選用P31-5M-30規(guī)格：5M型號(hào)同步帶輪，雙邊擋圈，輪齒節(jié)距，齒數(shù)，帶輪基本寬度30mm大帶輪選用P46-5M-30規(guī)格：5M型號(hào)同步帶輪，輪齒節(jié)距，齒數(shù)，帶輪基本寬度30mm中心距壓軸力帶撓度5.3Y軸同步帶的計(jì)算與選型Y軸的同步帶計(jì)算方式與X軸相同1計(jì)算設(shè)計(jì)功率根據(jù)公式（5-1）得出：由JB/T7512.3-2014[5]表2得出，根據(jù)公式（5-2）得出：2帶型根據(jù)，JB/T7512.3-2014[5]圖5-1查得帶型號(hào)為5M，由JB/T7512.1-2014[3]表1查得節(jié)距3傳動(dòng)比由表3-1得出傳動(dòng)比4帶輪直徑（1）小帶輪齒數(shù)及帶輪直徑對(duì)于5M帶型，,結(jié)構(gòu)比較緊湊，根據(jù)原則，由JB/T7512.3-2014[5]表3查得，由JB/T7512.2-2014[4]表5查得小帶輪節(jié)圓直徑小帶輪外徑（2）大帶輪齒數(shù)及帶輪直徑大帶輪齒數(shù)確定大帶輪齒數(shù)，由JB/T7512.2-2014[4]表5查得大帶輪節(jié)圓直徑大帶輪外徑5帶的節(jié)線長(zhǎng)度（1）帶的初定節(jié)線長(zhǎng)度根據(jù)公式（5-3）得出（2）帶的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度由JB/T7512.1-2014[3]表3選取6實(shí)際傳動(dòng)中心距根據(jù)公式（5-4）（5-5）得出7中心距安裝量和調(diào)整量選擇雙輪加擋圈形式，由JB/T7512.3-2014[5]表4查得中心范圍:8帶長(zhǎng)系數(shù)由JB/T7512.3-2014[5]表5查得帶長(zhǎng)系數(shù)9嚙合齒數(shù)關(guān)系（1）嚙合齒數(shù)由公式（5-6）得出（2）嚙合齒數(shù)關(guān)系所以10帶的基本額定功率由JB/T7512.3-2014[5]表8查得11帶和帶輪的寬度由JB/T7512.3-2014[5]查得（5-7）由JB/T7512.1-1994[8]表6中選取帶的標(biāo)準(zhǔn)帶寬確定帶輪基本寬度30mm12帶的額定功率由JB/T7512.3-2014[5]表6查得由公式（5-8）（5-9）得出13緊邊張力由公式（5-10）（5-11）得出14松邊張力由公式（5-12）得出15壓軸力小帶輪包角為：由公式（5-13）得出由JB/T7512.3-2014[5]圖5-2查得，工況系數(shù)，則由公式（5-14）得出16帶的張緊帶的撓度:由公式（5-15）（5-16）得出17計(jì)算結(jié)論根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照上述步驟得出以下結(jié)論：（1）同步帶規(guī)格：5M型號(hào)同步帶，帶齒節(jié)距，節(jié)線長(zhǎng)，JB/T7512.1-2014[3]表4齒數(shù)為75，帶寬（2）小帶輪選用P31-5M-30規(guī)格：5M型號(hào)同步帶輪，雙邊擋圈，輪齒節(jié)距，齒數(shù)，帶輪基本寬度30mm（3）大帶輪選用P46-5M-30規(guī)格：5M型號(hào)同步帶輪，輪齒節(jié)距，齒數(shù)，帶輪基本寬度30mm（4）中心距（5）壓軸力（6）帶撓度

6電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型6.1X軸電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算1預(yù)緊轉(zhuǎn)矩計(jì)算(6-1)——預(yù)緊負(fù)載,取2.845N——導(dǎo)程，取10mm——導(dǎo)程角，取4.55°（6-2）2支承軸承及密封圈裝置摩擦阻力矩Tu根據(jù)滾珠絲杠副生產(chǎn)廠提供的數(shù)據(jù)選用端面密封圈增加約20%摩擦力矩：（6-3）3絲杠的勻速驅(qū)動(dòng)力矩工作臺(tái)移動(dòng)所需要的軸向力Fb(6-4)軸向工作負(fù)載為F，總軸向載荷Fa為（6-5）正向傳動(dòng)其驅(qū)動(dòng)力矩T1為（6-6）4空載加速度的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平使用時(shí)加速度驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副時(shí)所需的最大轉(zhuǎn)矩可由以下公式得出（6-7）（6-8）滾珠絲杠慣量公式如下（6-9）已知D=0.040mm,L=1.8m臺(tái)面負(fù)載慣量減速比為1.5，同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：負(fù)載總慣量（6-10）選取的慣量比安全系數(shù)為3由公式（6-8）得出5計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩（6-11）加速轉(zhuǎn)矩（6-12）6根據(jù)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩初選電動(dòng)機(jī)選用130BYG250D-SAKRMT-0602電動(dòng)機(jī)如表6-1所示表6-1型號(hào)相數(shù)步距角/(°)靜態(tài)相電流/A相電阻/Ω相電感/mH保持轉(zhuǎn)矩/定位轉(zhuǎn)矩/空載啟動(dòng)頻率(半步方式)/kHz質(zhì)量/kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量130BYG250D20.9/1.860.6513.82511.612370007電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)慣量校核（6-13）（6-14）根據(jù)公式（6-13）（6-14）得出因此該電動(dòng)機(jī)滿足選型條件，選用130BYG250D-SAKRMT-0602電動(dòng)機(jī)選型參數(shù)如下轉(zhuǎn)速=3000r/min轉(zhuǎn)矩=轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=6.2Y軸電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算Y軸電機(jī)的計(jì)算方式與X軸相同1預(yù)緊轉(zhuǎn)矩計(jì)算(6-1)——預(yù)緊負(fù)載,取2.845N——導(dǎo)程，取10mm——導(dǎo)程角，取4.55°（6-2）2支承軸承及密封圈裝置摩擦阻力矩Tu根據(jù)滾珠絲杠副生產(chǎn)廠提供的數(shù)據(jù)選用端面密封圈增加約20%摩擦力矩：（6-3）3絲杠的勻速驅(qū)動(dòng)力矩工作臺(tái)移動(dòng)所需要的軸向力Fb(6-4)軸向工作負(fù)載為F，總軸向載荷Fa為（6-5）正向傳動(dòng)其驅(qū)動(dòng)力矩T1為（6-6）4空載加速度的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩水平使用時(shí)加速度驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副時(shí)所需的最大轉(zhuǎn)矩可由以下公式得出（6-7）（6-8）滾珠絲杠慣量公式如下（6-9）已知D=0.040mm,L=1.13m臺(tái)面負(fù)載慣量減速比為1.5，同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：負(fù)載總慣量（6-10）選取的慣量比安全系數(shù)為3由公式（6-8）得出5計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩（6-11）加速轉(zhuǎn)矩（6-12）6根據(jù)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩初選電動(dòng)機(jī)選用130BYG250D-SAKRMT-0602電動(dòng)機(jī)如表6-1所示表6-1型號(hào)相數(shù)步距角/(°)靜態(tài)相電流/A相電阻/Ω相電感/mH保持轉(zhuǎn)矩/定位轉(zhuǎn)矩/空載啟動(dòng)頻率(半步方式)/kHz質(zhì)量/kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量130BYG250D20.9/1.860.6513.82511.612370007電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)慣量校核（6-13）（6-14）根據(jù)公式（6-13）（6-14）得出因此該電動(dòng)機(jī)滿足選型條件，選用130BYG250D-SAKRMT-0602電動(dòng)機(jī)選型參數(shù)如下轉(zhuǎn)速=3000r/min轉(zhuǎn)矩=轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=

7導(dǎo)軌的計(jì)算與選型7.1X、Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌工作條件該銑床可進(jìn)行銑削、鉆孔、鏜孔等多種工藝加工，整體上采用十字滑板式工作臺(tái)，該系列機(jī)床屬重型承載，并且床身堅(jiān)固，內(nèi)應(yīng)力較好，主要用來進(jìn)行鋼件的加工。根據(jù)其特點(diǎn)可知，X軸、Y軸可選用硬軌，但考慮到機(jī)床運(yùn)行速度、工作臺(tái)運(yùn)行、潤(rùn)滑方式等要求，硬軌不能切合這些要求，因此考慮將X軸和Y軸改為滾動(dòng)導(dǎo)軌副。滾動(dòng)導(dǎo)軌副相比于硬軌其具有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn):1)動(dòng)、靜摩擦力小，隨動(dòng)性好，與硬軌相比，摩擦阻力可下降約40倍2)驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降3)適應(yīng)高速度直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍4)相比于硬軌，導(dǎo)軌副維護(hù)、維修方便X、Y工作條件見表7-1表7-1X軸工作條件Y軸工作條件軸工作臺(tái)安裝方式水平安裝軸工作臺(tái)安裝方式水平安裝驅(qū)動(dòng)方式滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)受力方向主要承受垂直向下的載荷受力方向主要承受垂直向下的載荷工作臺(tái)重量/kg85工作臺(tái)重量/kg200工作臺(tái)行程/mm1270工作臺(tái)行程/mm610工作臺(tái)移動(dòng)速度/(m/min)20工作臺(tái)移動(dòng)速度/(m/min)20工作臺(tái)加減速時(shí)間/s0.12工作臺(tái)加減速時(shí)間/s0.12工作溫度常溫工作溫度常溫滑塊間距/mm700滑塊間距/mm440導(dǎo)軌跨距/mm500導(dǎo)軌跨距/mm945額定里程/km4500額定里程/km45007.2X軸滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算與選型1選型分析該軸導(dǎo)軌運(yùn)行時(shí)承受工作臺(tái)重力以及垂直向下的切削力，因此其需要具有一定的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力，且剛度要求較大，因此導(dǎo)軌副的預(yù)緊種類選擇重預(yù)載即最大預(yù)緊力。該機(jī)床主要進(jìn)行金屬銑削、鉆孔、鏜孔等加工，在運(yùn)行過程中會(huì)伴隨著金屬粉末、鐵屑等各種雜質(zhì)的產(chǎn)生，因此滑塊的密封形式選用端密封、側(cè)密封及金屬刮板的形式，該種密封形式可有效防止滑塊內(nèi)部被污染。X軸行程為1270mm當(dāng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度范圍1500-2000mm時(shí)，3級(jí)精度的導(dǎo)軌平行度即可≤0.015mm,通常導(dǎo)軌精度可選擇為2級(jí)或者3級(jí)，而當(dāng)兩副導(dǎo)軌副同時(shí)使用時(shí)具有誤差均化效應(yīng)，即導(dǎo)軌副的使用精度遠(yuǎn)大于導(dǎo)軌副的自身精度，故綜合其經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮，3級(jí)精度導(dǎo)軌副即可滿足機(jī)床使用要求。由于X軸最大運(yùn)行速度可達(dá)20m/min,,并且加速度可達(dá)5m/s2,因此潤(rùn)滑形式使用接油管強(qiáng)制潤(rùn)滑，在滑塊上安裝相應(yīng)的油管接頭。以上確定了滾動(dòng)導(dǎo)軌副預(yù)緊種類、密封形式、精度等級(jí)和潤(rùn)滑方式等各項(xiàng)條件。根據(jù)查閱國(guó)內(nèi)外類似機(jī)床資料結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)以及機(jī)床廠家的介紹，導(dǎo)軌副規(guī)格選擇初定為HGH-45CA，承載能力見表7-2表7-2規(guī)格額定動(dòng)載額定靜載HGH-45CA103.8KN146.71KN2計(jì)算校核由于該套導(dǎo)軌僅受豎直向下的力，因此僅承載工作臺(tái)質(zhì)量時(shí)，導(dǎo)軌副受力如下:X=0N,Y=0N,Z=1050N負(fù)載在各方向上的力矩平衡列出方程(7-1)(7-2)(7-3)單滑塊各方向受力計(jì)算。由工況條件，得k=2,n=2,如下圖7-1所示圖7-1L=0.5m,I=0.7m1)滑塊11：第1行第1列(7-4)（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）滑塊12：第1行第2列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）得出3）滑塊21：第2行第1列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）得出4）滑塊22：第2行第2列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）得出不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下因慣性力各滑塊的受力滑塊11正向加速時(shí)：（7-9）（7-10）正向勻速時(shí)：（7-11）（7-12）正向減速時(shí)：（7-13）（7-14）反向加速時(shí)：（7-15）（7-16）反向勻速時(shí)：（7-17）（7-18）反向減速時(shí)：（7-19）（7-20）即滑塊11：滑塊21同理得，滑塊21的慣性作用力與滑塊11相同正向加速時(shí)：（7-21）（7-22）正向勻速時(shí)：（7-23）（7-24）正向減速時(shí)：（7-25）（7-26）反向加速時(shí)：（7-27）（7-28）反向勻速時(shí)：（7-29）（7-30）反向減速時(shí)：（7-31）（7-32）即滑塊21：3）滑塊12正向加速時(shí)：（7-33）（7-34）正向勻速時(shí)：（7-35）（7-36）正向減速時(shí)：（7-37）（7-38）反向加速時(shí)：（7-39）（7-40）反向勻速時(shí)：（7-41）（7-42）反向減速時(shí)：（7-43）（7-44）即滑塊12：4）滑塊22同理得，滑塊22的慣性作用力與滑塊12相同正向加速時(shí)：（7-45）（7-46）正向勻速時(shí)：（7-47）（7-48）正向減速時(shí)：（7-49）（7-50）反向加速時(shí)：（7-51）（7-52）反向勻速時(shí)：（7-53）（7-54）反向減速時(shí)：（7-55）（7-56）即滑塊22：每個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的等效載荷以及最大等效載荷（7-57）滑塊11：滑塊21：滑塊12：滑塊22：等效載荷最大值為每個(gè)滑塊的當(dāng)量載荷計(jì)算1)滑塊112)滑塊213)滑塊124)滑塊22當(dāng)量載荷最大值由用戶輸人條件可知，fh=1,系統(tǒng)溫度＜100℃，因此fT=1,因?yàn)閱胃鶎?dǎo)軌上緊靠時(shí)滑塊個(gè)數(shù)為2,因此fC=1,系統(tǒng)速度在1m/s的速度下，因此負(fù)荷系數(shù)fW取1.35。選用四方向等載荷滾柱導(dǎo)軌HGH-45CA型號(hào)進(jìn)行壽命和靜態(tài)安全系數(shù)的校核，已知，該導(dǎo)軌副的額定動(dòng)載荷為103800N,額定靜載荷為146710N。代入壽命公式和靜態(tài)安全系數(shù)計(jì)算公式，得壽命為:(7-58)靜態(tài)安全系數(shù)為：(7-59)根據(jù)計(jì)算可以得到X軸導(dǎo)軌副最大等效靜載荷為10912.5N,最大等效動(dòng)載何為14007.26N。根據(jù)壽命校核及靜態(tài)安全系數(shù)得出X軸的導(dǎo)軌副校核結(jié)果如表7-3表7-3規(guī)格壽命校核/km靜態(tài)安全系數(shù)校核HGH-45CA29176>2500013.44>5合格合格綜合考慮安全系數(shù)、導(dǎo)軌副尺寸、導(dǎo)軌副成本以及額定里程等多方面因素，最終推薦選擇X軸導(dǎo)軌副規(guī)格為HGH-45CA型，重預(yù)載，密封形式為端密封、側(cè)密封及全屬刮板，精度等級(jí)3級(jí)。7.3Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算與選型1選型分析該軸導(dǎo)軌運(yùn)行時(shí)承受工作臺(tái)重力以及垂直向下的切削力，因此其需要具有一定的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力，且剛度要求較大，因此導(dǎo)軌副的預(yù)緊種類選擇重預(yù)載即最大預(yù)緊力。該機(jī)床主要進(jìn)行金屬銑削、鉆孔、鏜孔等加工，在運(yùn)行過程中會(huì)伴隨著金屬粉末、鐵屑等各種雜質(zhì)的產(chǎn)生，因此滑塊的密封形式選用端密封、側(cè)密封及金屬刮板的形式，該種密封形式可有效防止滑塊內(nèi)部被污染。Y軸行程為610mm當(dāng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度范圍1500-2000mm時(shí)，3級(jí)精度的導(dǎo)軌平行度即可≤0.015mm,通常導(dǎo)軌精度可選擇為2級(jí)或者3級(jí)，而當(dāng)兩副導(dǎo)軌副同時(shí)使用時(shí)具有誤差均化效應(yīng)，即導(dǎo)軌副的使用精度遠(yuǎn)大于導(dǎo)軌副的自身精度，故綜合其經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮，3級(jí)精度導(dǎo)軌副即可滿足機(jī)床使用要求。由于Y軸最大運(yùn)行速度可達(dá)20m/min,,并且加速度可達(dá)5m/s2,因此潤(rùn)滑形式使用接油管強(qiáng)制潤(rùn)滑，在滑塊上安裝相應(yīng)的油管接頭。以上確定了滾動(dòng)導(dǎo)軌副預(yù)緊種類、密封形式、精度等級(jí)和潤(rùn)滑方式等各項(xiàng)條件。根據(jù)查閱國(guó)內(nèi)外類似機(jī)床資料結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)以及機(jī)床廠家的介紹，導(dǎo)軌副規(guī)格選擇初定為HGH-45CA，承載能力見表7-4表7-4規(guī)格額定動(dòng)載額定靜載HGH-45CA103.8KN146.71KN2計(jì)算校核由于該套導(dǎo)軌僅受豎直向下的力，因此僅承載工作臺(tái)質(zhì)量時(shí)，導(dǎo)軌副受力如下:X=0N,Y=0N,Z=2000N負(fù)載在各方向上的力矩平衡列出方程根據(jù)公式（7-1）（7-2）（7-3）分別得出單滑塊各方向受力計(jì)算。由工況條件，得k=2,n=2,如下圖7-2所示圖7-2L=0.945m,I=0.44m滑塊11：第1行第1列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）分別得出2）滑塊12：第1行第2列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）得出3）滑塊21：第2行第1列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）得出4）滑塊22：第2行第2列根據(jù)公式（7-4）（7-5）（7-6）（7-7）（7-8）得出不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下因慣性力各滑塊的受力1）滑塊11正向加速時(shí)：根據(jù)公式（7-9）（7-10）得出正向勻速時(shí)：根據(jù)公式（7-11）（7-12）得出正向減速時(shí)：根據(jù)公式（7-13）（7-14）得出反向加速時(shí)：根據(jù)公式（7-15）（7-16）得出反向勻速時(shí)：根據(jù)公式（7-17）（7-18）得出反向減速時(shí)：根據(jù)公式（7-19）（7-20）得出即滑塊11：滑塊21同理得，滑塊21的慣性作用力與滑塊11相同正向加速時(shí)：根據(jù)公式（7-21）（7-22）得出正向勻速時(shí)：根據(jù)公式（7-23）（7-24）得出正向減速時(shí)：根據(jù)公式（7-25）（7-26）得出反向加速時(shí)：根據(jù)公式（7-27）（7-28）得出反向勻速時(shí)：根據(jù)公式（7-29）（7-30）得出反向減速時(shí)：根據(jù)公式（7-31）（7-32）得出即滑塊2