数控技术课程设计数控车床横向和纵向进给系统设计（全套图纸）.doc

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1、目 录1机床课程设计的目的12纵向进给系统的设计计算22.1主切削力及其切削分力计算32.2导轨摩擦力的计算 32.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力32.4确定进给传动链的传动比i和传动级数32.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算42.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核52.7计算机械传动的刚度62.8驱动电机的选型与计算72.9机械传动系统的动态分析92.10机械传动系统的误差计算与分析102.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号103进给系统的结构设计113.1滚珠丝杠螺母副的设计11总结与体会12致谢词12参考文献13摘 要1数控技术课程设计的目的通过本课程设计的训练，使学生在完成数控机床

2、及金属切削机床的结构课程学习之后，让学生能够运用所学的知识，独立完成数控机床传动系统的设计，从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握，并提高学生的分析、设计能力，同时巩固金属切削机床课程的部分知识。全套图纸，加1538937061.运用所学理论及知识，进行数控机床部分机械结构设计，培养学生综合设计能力； 2.掌握数控机床传动系统的设计方法和步骤；3.掌握设计的基本技能，具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；4.基本掌握编写技术文件的能力。2纵向进给系统的设计计算设计参数如下：工作台工作台质量最大加工受力快进速度工进速度最大加速度工作台导轨摩擦力工作行程减速机构丝杠螺母机构

3、(图2)，已知数据如下：图2丝杠螺母机构轴承轴向刚度丝杠螺母刚度螺母支座刚度丝杠传动效率丝杠长度丝杠轴承、丝杠螺母摩擦力矩 轴承平均间距导程最大转速常数支承方式双推双推伺服电机电机转子惯量2.1主切削力及其切削分力计算取机床的机械效率，则有 工作台横向进给方向载荷和工作台垂直进给方向载荷为2.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力，纵向切削分力，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=600kg，查表得镶条紧固力，取导轨动摩擦系数，则 计算在不切削状态下的导轨摩擦力和2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力 计算最小轴向负载力2.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 取

4、步进电动机的步距角，滚珠丝杠的基本导程，进给传动链的脉冲当量，则有根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为、，模数m=2，齿宽b=20mm。2.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷已知数控机床的预期工作时间，滚珠丝杠的当量载荷，查表得载荷系数；初步选择滚珠丝杠的精度等级为3级精度，取精度系数；查表得可靠性系数。取滚珠丝杠的当量转速，已知，滚珠丝杠的基本导程，则 （2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。已知本车床纵向进给系统的定位精度为40 ,重复定位精度为16 ，则有 取上述计算结果的较小值，即。（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底

5、径滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为 L=行程+安全行程+2余程+螺母长度+支承 （1.21.4）行程+（2530）取L=(1.4700+3010)mm=1280mm （4）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号根据以上计算所得的、和结构的需要，初步选择FF型内循环螺母，型号为FF3210-3其公称直径、基本导程、额定动载荷和螺纹底径如下： 2.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径，已知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度，丝杠水平安装时，取，查表得，则有 本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为，远小于其临界压缩载荷

6、的值，故满足要求。滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度，其弹性模量，密度，重力加速度 滚珠丝杠的最小惯性矩为 滚珠丝杠的最小截面积为 取，查表得，则有 本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为166.67r/m，远小于其临界转速，故满足要求。 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校核,滚珠丝杠的额定动载荷，已知其轴向载荷，滚珠丝杠的转速，运转条件系数，则有 本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总工作寿命，故满足要求。2.7计算机械传动的刚度 已知滚珠丝杠的弹性模量，滚珠丝杠的底径。丝杠支撑方式为两端支撑或者两端固定时，则 当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度 当时，

7、即滚珠丝杠的螺母中心位于行程的两端，此时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度 已知滚动体直径mm，滚动体个数Z=15.轴承接触角。轴承最大轴向工作载荷。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度为： 查表得滚珠与滚道的接触刚度，滚珠丝杠的额定动载。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷则 进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为 故。进给传动系统的综合拉压刚度最小值为故已知扭矩作用点之间的距离，滚珠丝杠的剪切模量，滚珠丝杠的底径，则有 2.8驱动电机的选型与计算（1）计算滚珠丝杠的转动惯量已知滚珠丝杠的密度，则有（2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量已知纵向进给系统执行部件的总质量为m=600kg;丝杠轴每转一

8、圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=1cm则（3）计算电动机轴上的回转体的转动惯量 （4）计算加在电动机轴上总负载转动惯量 （5）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩已知在切削状态下的轴向负载力，丝杠每转一圈，机床执行部件轴向移动的距离L=10mm=0.01m，进给传动系统的传动比i=10.24总效率=0.85，则有 （6）计算折算到电动机上的摩擦负载力矩 已知在不切削状态下的轴向负载力矩，则有 （7）计算由滚珠丝杠预紧力产生的并折算到电动机轴上的附加负载力矩 已知滚珠丝杠螺母副的效率，滚珠丝杠螺母副的预紧力为 折算到电动机轴上的负载力矩T的计算。 空载时（快进力矩），为 切削时（工进力矩），为

9、根据以上计算结果和查表初选55BF010型反应式步进电动机，其转动惯量；而进给传动系统的负载惯量；对于开环系统，一般取加速时间。当机床以最快进给速度运动时电动机的最高转速为： （8）计算横向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩 计算空载启动力矩 计算快进力矩 计算工进力矩 （9）选择驱动电动机的型号根据以上计算和查表选择国产150BF002型电动机，其主要参数如下：相数，5；步距角，；最大静转矩，；转动惯量，；最高空载启动频率，2800Hz；运行频率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 确定最大静转矩： 机械传动系统空载启动力矩与所需的步进电动机的最大静转矩的关系为： 机械传动系统空载启动

10、力矩与所需的步进电动机的最大静转矩的关系为： 取和中的较大者为所需的步进电动机的最大静转矩。本电动机的最大静转矩为，大于，可以在规定的时间内正常启动，故满足要求。为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式（2-67），即 ，故满足惯性匹配要求。2.9机械传动系统的动态分析 滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度，机床执行部件的质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为、，滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量为，已知m=600kg，则： 折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为已知滚珠丝杠的扭转刚度，则由以上计算可知，丝杠工作台纵向振动系统的最低固有频率、扭转振动系统的最低固有频率都比较高。一般按的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。 2.10机械传动系统的误差计算与分析（1）计算机械传动系统的反向死区已知进给传动系统的综合拉压刚度的最小值，导轨的静摩擦力为，则即，故满足要求。 （2）计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 即，故满足要求。 （3）计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 已知负载力矩，扭矩作用点之间的距离，丝杠底径，则有、