1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）名稱工學(xué)院機(jī)械系 專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011年 06 月 10 日1 緒論41.1數(shù)控機(jī)床的概念41.2 數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點(diǎn)41.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成41.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類41.2.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)51.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史及國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀51.4 我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)51.4.1 數(shù)控技術(shù)狀況51.5 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)71.6 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的和方法92 進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)102.1 機(jī)床的主要性能參數(shù)102.2進(jìn)給系統(tǒng)的精度要求及主要工作參數(shù)102.3進(jìn)給傳動(dòng)控制伺服系統(tǒng)的選擇112.4進(jìn)給

2、系統(tǒng)的傳動(dòng)要求及傳動(dòng)類型的選擇122.4.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求122.4.2傳動(dòng)類型的選擇122.5電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇132.6 進(jìn)給傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)132.7 進(jìn)給系統(tǒng)的一些其它要求142.8 總體布局143 滾珠絲杠螺母副的選擇與計(jì)算153.1主切削力的計(jì)算154 橫向進(jìn)給系統(tǒng)174.1 已知技術(shù)參數(shù)174.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇174.2.1 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定174.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速174.2.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重184.2.4 確定絲杠的等效負(fù)載184.2.5 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷194.2.6 選擇滾珠絲杠型號(hào)204.3 校核204.3.1 臨界壓縮負(fù)荷

3、204.3.2 臨界轉(zhuǎn)速214.3.3 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率224.3.4 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度234.3.5 傳動(dòng)精度計(jì)算244.3.6 伺服電機(jī)計(jì)算254.3.7 電機(jī)的選擇265 縱向進(jìn)給系統(tǒng)275.1 已知技術(shù)參數(shù)275.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇275.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速：275.2.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重：275.2.4 確定絲杠的等效負(fù)載：275.3 校核295.3.1 臨界壓縮負(fù)荷295.3.2 臨界轉(zhuǎn)速295.3.3 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率295.3.4 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度305.3.5 傳動(dòng)精度計(jì)算305.3.6 伺服電機(jī)計(jì)算315.3.7 電機(jī)的選擇

4、32結(jié) 論33致 謝34參考文獻(xiàn)35附錄1 數(shù)控車床縱向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)36附錄2 數(shù)控車床橫向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37附錄3數(shù)控車床裝配圖381 緒論1.1數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比，其優(yōu)越性是顯而易見的，不僅零件加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動(dòng)化程度極高，可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。1.2 數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點(diǎn)1.2.1 數(shù)

5、控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。1.控制介質(zhì)：以指令的形式記載各種加工信息；2.數(shù)控裝置：接受輸入的加工信息，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖；3.伺服系統(tǒng)：把數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械位移；用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。4.機(jī)械系統(tǒng)：包括，主軸部分、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫和自動(dòng)換刀裝置(ATC)、自動(dòng)托盤交換裝置(APC)等。1.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的品種和規(guī)格繁多，分類方法不一。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有近500種數(shù)控機(jī)床。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能和組成，一般分為以下幾類： 按坐標(biāo)軸數(shù)分類：一般數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工中

6、心機(jī)床，多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床；按特點(diǎn)分類：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，直線控制數(shù)控機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)床；按有無測(cè)量裝置分類：開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；按功能水平分類：經(jīng)濟(jì)型，普及型，高級(jí)型。1.2.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，尤其對(duì)于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來，數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的特點(diǎn)：1.提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；2.提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率3-5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生率5-10倍；3.可加工形狀復(fù)

7、雜的零件；4.減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；5.有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史及國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀1949年美國(guó)帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20世紀(jì)50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，1965年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng)小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計(jì)算機(jī)以其無法比擬的性能價(jià)格比滲透各個(gè)行業(yè)，197

8、4年，第五代數(shù)控系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。綜上所述，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎5年左右時(shí)間就更新?lián)Q代一次1。數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程，1990年日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)75，美國(guó)達(dá)701，德國(guó)達(dá)57。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過15萬臺(tái)，品種超過1500多種2。1.4 我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1.4.1 數(shù)控技術(shù)狀況目前，我國(guó)數(shù)控系

9、統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時(shí)期，也是由封閉型向開放型過渡的時(shí)期。我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)(包括核心技術(shù))，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。自“七五”以來，國(guó)家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國(guó)版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國(guó)外一直對(duì)我國(guó)封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾長(zhǎng)期困擾我國(guó)、并受到西方國(guó)家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)技術(shù)對(duì)我們已不再是難題，0.1當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于PC機(jī)的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能既可作為獨(dú)立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)

10、平臺(tái)，為機(jī)床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高，MPBF值可以在15000h以上。同時(shí)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過60%。這些成功為中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)1。我國(guó)進(jìn)行改革開放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進(jìn)的機(jī)床制造國(guó)家進(jìn)行技術(shù)交流，并通過引進(jìn)技術(shù)，到80年代初，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化階段，1991年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率為143，到1997年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率為245。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床(包括經(jīng)濟(jì)型機(jī)床)品種約有500個(gè)2。 但是，與國(guó)外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設(shè)計(jì)、制造等各方面存在

11、較大差異，并存在許多不足：機(jī)械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準(zhǔn)停不好；安全性較差，軟硬件保護(hù)功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計(jì)方面不規(guī)范，不符合國(guó)標(biāo)，比如使用電壓等級(jí)、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機(jī)床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設(shè)計(jì)思想；程序設(shè)計(jì)方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不規(guī)范，邏輯性不強(qiáng)，故障率高，在使用過程中需不斷對(duì)程序進(jìn)行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標(biāo)牌線號(hào)不清，圖紙與實(shí)物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機(jī)床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國(guó)產(chǎn)

12、的軸承、接觸器、繼電器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品種生產(chǎn)困難。而國(guó)外數(shù)控車床無論是設(shè)計(jì)水平，還是制造水平，都要高出國(guó)內(nèi)數(shù)控車床。機(jī)械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設(shè)計(jì)有專門的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)規(guī)范合理，配套件齊全，標(biāo)牌標(biāo)示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術(shù)的應(yīng)用及時(shí)領(lǐng)先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低3 。1.4.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展

13、。1.5 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)字控制，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成。1.信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床上加工一個(gè)零件所必需的各種信息，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)可能還包含一套自動(dòng)編程機(jī)或者CAD/CA

14、M系統(tǒng)。2.計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。它由硬件和軟件組成。硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機(jī)、CRT、鍵盤、面板、機(jī)床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償、其它輔助運(yùn)動(dòng)等。3.伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。4.機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展

15、起來的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較?。桓嗟夭捎酶咝鲃?dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機(jī)床還采用了刀庫和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床工作效率1。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)

16、等方面都有很高的要求。伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自CNC裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。這些軸有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀架，通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強(qiáng)電與弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個(gè)既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當(dāng)高的

17、技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，的確是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對(duì)于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求：1） 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)

18、分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高4。 1.

19、6 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的和方法本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、縱向及橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計(jì)及外文資料文獻(xiàn)翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、使用手冊(cè)等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。在設(shè)計(jì)中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊(cè)，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零

20、件。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進(jìn)性，完成三張A1圖紙。最后，完成硬件連接設(shè)計(jì)，繪制典型零件的CAD圖紙，撰寫說明書。2 進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 機(jī)床的主要性能參數(shù)本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該車床主要用于小尺寸的軸類零件和盤類零件的精密加工。該數(shù)控車床具有剛度高、排屑功能流暢、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、傳動(dòng)效率高、精度保持性好、有效壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。為保證機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，采用了高精密孔式主軸結(jié)構(gòu)和大功率交流伺服主軸電機(jī)，并具備良好的抗振性設(shè)計(jì)。車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用精密數(shù)控系統(tǒng)，并合理選用高精度元器件，保證了伺服系統(tǒng)達(dá)到要求的精度、重復(fù)定位精度，并使其具有高剛度和良好的

21、穩(wěn)定性。車床的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1 車床主要技術(shù)參數(shù)序 號(hào)項(xiàng) 目子 項(xiàng) 目單 位參 數(shù) 值1加工范圍工件最大回轉(zhuǎn)直徑mm500最大車削長(zhǎng)度mm650(頂尖距)最大車削直徑mm3102主軸主軸通孔直徑mm80主軸轉(zhuǎn)速范圍r.p.m353500主軸恒功率范圍r.p.m4373500主軸恒扭矩范圍r.p.m35437主軸電機(jī)功率kw11/15(連續(xù)、30min)3床鞍傾斜角度度 30 X軸行程mm180Z軸行程mm650X軸快速移動(dòng)速度m/min8Z軸快速移動(dòng)速度m/min152.2進(jìn)給系統(tǒng)的精度要求及主要工作參數(shù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度對(duì)機(jī)床的加工精度有很大的影響，良好的電氣部件設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)

22、計(jì)，能保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)著重進(jìn)行進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)。本車床精度較高，能進(jìn)行微米級(jí)加工，能獲得高質(zhì)量的加工表面。進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)，Z、X兩軸聯(lián)動(dòng)，單軸具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。表2給出了進(jìn)給軸的精度要求。表2 進(jìn)給軸精度要求項(xiàng) 目單位進(jìn)給軸參 數(shù) 值定位精度mmZ0.006X0.005重復(fù)定位mmZ0.004X0.0032.3進(jìn)給傳動(dòng)控制伺服系統(tǒng)的選擇1.開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中最簡(jiǎn)單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步進(jìn)電機(jī)。開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的

23、場(chǎng)合中得到較廣泛的應(yīng)用。 2.閉環(huán)控制系統(tǒng) 因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機(jī)床的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測(cè)裝置對(duì)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。3.半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用旋轉(zhuǎn)型角度測(cè)量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電動(dòng)機(jī)按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測(cè)裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測(cè)裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測(cè)裝置安裝在電動(dòng)機(jī)軸端。數(shù)控機(jī)床要求達(dá)到預(yù)定的精度要求以外，根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，還要求具有良好的穩(wěn)定

24、性和快速響應(yīng)能力?；谶@些要求，本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制方式，包含位置反饋環(huán)合速度反饋環(huán)閉環(huán)控制能夠較好地減小誤差，有利于提高機(jī)床性能。伺服系統(tǒng)控制原理圖如圖2所示。圖2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)原理圖2.4進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求及傳動(dòng)類型的選擇2.4.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿足:（1）傳動(dòng)精度高；（2）摩擦阻力?。唬?）運(yùn)動(dòng)部件慣量小。 2.4.2傳動(dòng)類型的選擇數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本傳動(dòng)方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。1.滾珠絲杠螺母副在數(shù)控機(jī)床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置一般采

25、用滾珠絲杠螺母副。其特點(diǎn)是：傳動(dòng)效率高，一般為=0.920.98；傳動(dòng)靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命長(zhǎng)；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，亦可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；軸向運(yùn)動(dòng)精度高，施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時(shí)無空行程；因此，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機(jī)床的常見的傳動(dòng)方式。2.靜壓絲杠螺母副其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，僅為0.0005，；平穩(wěn)性高；反向間隙??；但是，靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對(duì)有的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將造成不良后果。由以上比較，根據(jù)要求，縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)和橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)都采用滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)方式。2

26、.5電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種：1.聯(lián)軸器直聯(lián)接這是一種最簡(jiǎn)單的連接型式.這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是:具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身無間隙,傳動(dòng)精度高,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝、調(diào)整方便，適用于像中小型號(hào)的數(shù)控車床。聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象.采用這種撓性聯(lián)軸器把電動(dòng)機(jī)與絲杠直接聯(lián)接，不僅可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消除傳動(dòng)間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差,提高傳動(dòng)剛度。2.通過齒輪聯(lián)接 這種調(diào)整方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下,保持齒輪的無間隙嚙合；但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,軸向尺寸大、傳動(dòng)剛度低、傳動(dòng)平穩(wěn)

27、性較差，一般用于精度要求低的機(jī)床中。3.通過同步齒形帶聯(lián)接 同步齒輪帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn),與齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便。并且傳動(dòng)不打滑、不需要大的張緊力； 但是在同步齒形傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料的要求很高。在滿足機(jī)床要求的前提下，通過對(duì)比本課題采用通過聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)與絲杠副，這是一種簡(jiǎn)單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動(dòng)精度高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便。2.6 進(jìn)給傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)本車床具有較高的精度要求，為了保證精度，在選用精密元器件和精密數(shù)控系統(tǒng)的同時(shí)，應(yīng)盡量減小傳動(dòng)鏈，并需要保證較高的剛度，提高傳動(dòng)系統(tǒng)效率，以減小溫升的影響。用滾珠絲杠螺母副直連

28、電機(jī)傳動(dòng)的方案。并采用“雙推支承”絲杠支承方式。“雙推支承”方式能夠避免絲杠自重引起的彎曲，以及高速回轉(zhuǎn)時(shí)自由端的晃動(dòng)，符合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)條件。X、Z兩軸分別用獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)。滾珠絲杠螺母副是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的理想傳動(dòng)件，因其具有螺紋絲杠無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，更是普通數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床不可或缺的零部件。兼具高效率、高精度、可逆性的特點(diǎn)。滾珠絲杠螺母副具有驅(qū)動(dòng)力矩小、精度高、可實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給、無側(cè)隙、剛度高、告訴等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)方案示意圖如圖1所示?；鍧L珠絲杠螺母副聯(lián)軸器Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(a)刀架滾珠絲杠螺母副聯(lián)軸器X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(b)(a)Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)(b)X軸傳動(dòng)系統(tǒng)

29、圖1 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)框圖對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于系統(tǒng)要求精度高，不宜采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此選用交流伺服電機(jī)。2.7 進(jìn)給系統(tǒng)的一些其它要求滾珠絲杠副和其他滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時(shí)將防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力

30、矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時(shí)更換。另外對(duì)滾珠絲杠安裝處應(yīng)進(jìn)行削邊。2.8 總體布局 機(jī)床結(jié)構(gòu)可以布置成臥式、立式、倒立式及斜置式等，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件，采用臥式斜床身形式。主軸水平安裝，橫向成30布置。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體的重要部分，在設(shè)計(jì)中，在伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。采用螺旋傳動(dòng)，計(jì)算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進(jìn)行絲杠的校核并進(jìn)行精度等驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算的扭矩選擇伺服電機(jī)。3

31、 滾珠絲杠螺母副的選擇與計(jì)算3.1主切削力的計(jì)算切削力的大小可以用各種儀器測(cè)得，也可以用實(shí)驗(yàn)得出的近似公式計(jì)算： （1） （2） （3）式中，系數(shù)，由工件的材料和加工方法決定，一定的切削條件（一定）下，為常數(shù)。大表示工件的材料加工性差，小，表示工件的材料加工性好；總體修正系數(shù)，見表3；工件材料對(duì)的修正系數(shù)，見表3；切削速度對(duì)的修正系數(shù)，見表3；主偏角對(duì)的修正系數(shù)，見表3；前角對(duì)的修正系數(shù)，見表3；刀具磨損限度對(duì)的修正系數(shù)，見表3；指數(shù)，表示吃刀深度對(duì)切削力的影響要比走刀量對(duì)切削力的影響大。表3 切削力計(jì)算時(shí)各系數(shù)和指數(shù)系數(shù)及指數(shù)工件材料結(jié)構(gòu)鋼1671.00.75修正系數(shù)工件材料40-5050-

32、6060-7070-8080-9090-1000.840.900.951.01.041.09切削速度501002003004005001.00.900.820.770.740.71主偏角30456070901.081.00.940.940.89前角+20+100-10-200.901.01.101.201.30表3續(xù)后刀面磨損限度0.9-1.21.5-2.01.01.05指定切削條件：刀具材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，后刀面磨損限度，車削時(shí)不用冷卻液，車削外圓。計(jì)算切削力。如表3所示，取其中參數(shù)的最大值來估算切削力，取=167；=1.0；=0.75；=1.09；=0.9；=1.08；=

33、1.3；=1.05；取切深=5mm；進(jìn)給量S=0.3mm/r；代入公式（3）中，得：N故主切削力=4800N；進(jìn)給力=0.25=1200N；徑向力=0.4=1920N。4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)4.1 已知技術(shù)參數(shù) 橫向最大行程（X軸）180mm； 工作進(jìn)給速度為18000mm/min；橫向快速進(jìn)給速度：8 m/min；刀架估計(jì)質(zhì)量：150kg；滑板的估計(jì)尺寸（長(zhǎng)寬高）：400mm200mm80mm；材料選為HT200。4.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇4.2.1 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導(dǎo)程為： (3.1)，取 4.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速

34、 (3.2)由公式(3.2),最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 ） (3.3)，轉(zhuǎn)速，作用下的時(shí)間(s)。1111.1694.2.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重刀架質(zhì)量：滑板：總質(zhì)量：4.2.4 確定絲杠的等效負(fù)載工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.11.5，現(xiàn)取為1.1，則絲杠所受的力為（如圖3.1所示）：圖3.1 受力分析 (3.4) 其等效負(fù)載可按下式估算（取 ， ）：t1，t2軸向載荷，作用下的時(shí)間(s)。n1，n2軸

35、向載荷，作用下的轉(zhuǎn)速(r/min)。 (3.5)4.2.5 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 (3.6)fw負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，fw 為1.21.5，取fw=1.5。）ft溫度系數(shù)；（查表：）fh硬度系數(shù)；（查表：滾道實(shí)際硬度HRC58時(shí)，fh=1。）fa精度系數(shù)；（查表：當(dāng)精度等級(jí)為3時(shí)，fa=1.0。）fk可靠性系數(shù)；(查表：可靠性為90%時(shí)，fk =1.00。)Fm等效負(fù)荷(N)；nm等效轉(zhuǎn)速(r/min)；Tn工作壽命(h)。（查表得：數(shù)控機(jī)床：Th=15000。）由公式(3.6) 4.2.6 選擇滾珠絲杠型號(hào)由文獻(xiàn)7,8可知，查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型

36、號(hào)： CDM3206-3。絲杠公稱直徑為32mm，基本導(dǎo)程，其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷，圈數(shù)列數(shù)=1.52，絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑27. 9mm，螺母長(zhǎng)度為112mm，取絲杠的精度為3級(jí)。在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊。兩邊軸承分別為20mm和25mm。本設(shè)計(jì)中絲杠采用兩端固定的支承方式。選用成對(duì)絲杠專用軸承組合。 滾珠絲杠支承用專用軸承：軸承特點(diǎn)：1. 剛性大。由于采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60軸向剛性大。2. 不需要預(yù)調(diào)整。對(duì)每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時(shí)不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號(hào)（）排列后，裝緊即可。

37、3. 起動(dòng)力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動(dòng)力矩小。為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式。（DF,DFD,DFF等）4.3 校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動(dòng)固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度Ke由絲杠本身的拉壓剛度KS，絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度Kc，軸承的接觸剛度KB，螺母座的剛度KH，按不同支承組合方式的計(jì)算而定。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計(jì)算。 4.3.1 臨界壓縮負(fù)荷絲杠的支承方式對(duì)絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計(jì)中采用

38、兩端固定的支承方式9。臨界壓縮負(fù)荷按下式計(jì)算： (3.7)式中 E材料的彈性模量E鋼=2.11011(N/m2)； L0最大受壓長(zhǎng)度(m)； K1安全系數(shù)，取K1=1/3； Fmax最大軸向工作負(fù)荷(N)； f1絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙推雙推時(shí)，見下圖，f1=4，f2=4.730) I絲杠最小截面慣性矩(m4)： (3.8)式中 d0絲杠公稱直徑(mm)； dw滾珠直徑(mm)。絲杠螺紋部分長(zhǎng)度，182+112+40=334mm取 支承跨距 ， 絲杠全長(zhǎng) 由公式(3.7)可見遠(yuǎn)大于，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。4.3.2 臨界轉(zhuǎn)速 (3.9)式中 A絲杠最小橫截面： 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度：取 ，

39、安全系數(shù)，一般取 ；材料的密度：；絲杠支承方式系數(shù)，查表得，滿足要求。4.3.3 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計(jì)算公式：兩端固定： (3.10)式中 Ke 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/m)； KH螺母座的剛度(N/m)；Kc絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/m)；KS絲杠本身的拉壓剛度(N/m)；KB軸承的接觸剛度(N/m)。1) 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號(hào)樣本。2) 軸承的接觸剛度可查軸承型號(hào)樣本。3) 螺母座的剛度可近似估算為1000。4) 絲杠本身的拉壓剛度：對(duì)絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： (3.11)式中 A絲杠最小橫截面，；E材料的

40、彈性模量，E=2.11011(N/m2)；l兩支承間距(m)；a螺母至軸向固定處的距離(m)。已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度（見后面計(jì)算）。螺母座剛度。絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率： (3.12)式中 m絲杠末端的運(yùn)動(dòng)部件與工件的質(zhì)量和(N/m)；Ke絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/m)。3000顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。4.3.4 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計(jì)算： (3.13)式中 絲杠平均直徑：L絲杠長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率: (3.14)式中 JW運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)； JZ絲杠上傳

41、動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)； JS絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)。由文獻(xiàn)7，8得：平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，可以滿足要求。4.3.5 傳動(dòng)精度計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度 (3.15)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為300mm和100mm。最大與最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：最大和最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：由于機(jī)械傳動(dòng)裝置引起的定位誤差為 (3.16)對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)程公差為 ，機(jī)床定位精度，所以，可以滿足由于傳動(dòng)剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機(jī)床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能

42、進(jìn)一步提高10。4.3.6 伺服電機(jī)計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)11，扭矩的計(jì)算為：1. 理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩查表知3級(jí)滾珠絲杠 ， 而 (3.17)2. 最大動(dòng)態(tài)摩擦力矩對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠， (3.18)3. 驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩 (3.19)4. 支承軸承所需啟動(dòng)扭矩查軸承表：對(duì)于的軸承，其，對(duì)于的軸承，其，則 。5. 驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副所需扭矩 6. 電機(jī)的額定扭矩 4.3.7 電機(jī)的選擇根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及文獻(xiàn)12，選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7 。5 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 5.1 已知技術(shù)參數(shù) 縱向最大行程（Z軸）650 mm； 工作進(jìn)給速度為mm/min；縱向快速進(jìn)給速度：15 m

43、/min；床鞍及其他的估計(jì)尺寸（長(zhǎng)寬高）：600mm300mm100mm；材料選為HT200。5.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇5.2.1 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為，則由公式(3.1)可得絲杠導(dǎo)程為：5.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速： 由公式(3.2) ，最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：由公式(3.3) ，絲杠等效轉(zhuǎn)速為： 5.2.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重：橫向工作臺(tái)質(zhì)量：床鞍及其他：總質(zhì)量：5.2.4 確定絲杠的等效負(fù)載：取滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.025，則絲杠所受的力為（如圖4.1所示）：圖4.1 受力分析 (4.1

44、)其等效負(fù)載可按公式(3.5)估算：5.2.5 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷： 由公式(3.6)得： 查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號(hào)： CDM2510-2.5。絲杠公稱直徑為25mm，基本導(dǎo)程，其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷，圈數(shù)列數(shù)=2.51，絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑24.5mm，螺母長(zhǎng)度為125mm，取絲杠的精度為3級(jí)。在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊。兩邊的軸承選為17mm與20mm。5.3 校核 5.3.1 臨界壓縮負(fù)荷軸向固定的長(zhǎng)絲杠在承受壓縮負(fù)荷時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其壓桿穩(wěn)定性。臨界壓縮負(fù)荷按公式(3.7)(3.8)計(jì)算：絲杠螺紋部分長(zhǎng)度，675+125+40=840取 支承

45、跨距 ， 絲杠全長(zhǎng) 可見遠(yuǎn)大于，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。5.3.2 臨界轉(zhuǎn)速 由公式(3.9)125/2+675+40+1100-850/2=902.5取 ，滿足要求。5.3.3 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率由公式 (3.10)(3.11)(3.12) ：已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度（見后面計(jì)算）。螺母座剛度。絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率：顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。5.3.4 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度由公式(3.13)計(jì)算： 由文獻(xiàn)7,8得：平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率按公式(3.14)計(jì)算:顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，可以滿足要求。5.3.5 傳動(dòng)精度計(jì)算導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為650mm和100mm。由公式(3.15) ，最大與最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：最大和最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：由于機(jī)械傳動(dòng)裝置引起的定位誤差據(jù)公式(3.16)對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)程公差為 ，機(jī)床定位精度，所以，可以滿足由于傳動(dòng)剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機(jī)床定位精