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1、摘 要近些年来，国内外机床工业的发展十分迅速，以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中，经常会碰到一些大型回转体和曲面类零件，其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏，而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题，设计一台专用法向孔摇臂式数控钻床，专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度，而且大大提高了劳动生产率。本次设计包括了数控钻床的主要机械结构，其中包括：主轴箱中的主传动系装配、钻头到达曲面各个角度的控制、进给系统中的装配和传动系统中的丝杠螺母等设计。同时，将各项相关技术合理运用，以达到最优化设计的目的。机械制造工业是国民经

2、济的基础。机床工业则是机械制造工业的基础，它在国民经济中起着至关重要的作用，但我国机床工业与发达国家相比还有较大差距，我们必须奋发图强，努力工作，以便早日赶上世界先进水平。关键词数控钻床 主轴箱 法向孔 丝杠螺母AbstractIn recent years, domestic machine tool industry developed rapidly, to a modern CNC machine tool is characterized by widely used in the production. In the industrial and agricultural prod

3、uction, often encounter a number of large-scale rotating body parts, its a lot of holes to be processed. Ordinary machine tools are often left out of its processing, and small-scale CNC machining center is difficult to carry out its processing. The subject is a response to this problem, the design o

4、f a special normal hole CNC Drilling Machine, specifically suited for this type of drilling parts. It not only greatly reduces the operators labor intensity and labor productivity increased significantly. The design includes a CNC drilling machine of the main mechanical structure, including: the mai

5、n spindle box powertrain assembly; feeding system table in the assembly and the lead screw nut drive system design. At the same time, the related technology will be used in a reasonable manner, so as to achieve the purpose of optimum design. Machinery manufacturing industry is the foundation of the

6、national economy. Machine tool industry is the basis of mechanical manufacturing industry, which in the national economy plays a vital role, but Chinas machine tool industry and still a wide gap between developed countries, we must work hard, work hard in order to catch up with the world at an early

7、 date advanced level.Keywords:CNC drilling machine headstock worktable leadscrew and nut. 目 录一 绪论81.1 金属切削机床及其重要地位81.2 问题的提出101.3国内外发展状况8二 方案论证错误！未定义书签。2.1 总体布局方案论证122.1.1数控立式钻床122.1.2钻削中心122.1.3 印刷线路板数控钻床132.1.4其它大型数控钻床132.2 数控钻床功能组成及各部件方案论证错误！未定义书签。2.2.1 数控系统总体方案确定142.2.2 主机部分总体方案确定错误！未定义书签。三 横梁滚珠

8、丝杠设计计算错误！未定义书签。3.1 动载强度计算错误！未定义书签。3.2 滚珠丝杠轴向负荷F的计算错误！未定义书签。3.3 确定滚珠丝杠型号错误！未定义书签。3.4 珠丝杠副的几何参数错误！未定义书签。3.5 传动效率计算错误！未定义书签。3.6 刚度检验错误！未定义书签。四 机械部分设计计算错误！未定义书签。4.1主传动系设计计算错误！未定义书签。4.1.1 动设计计算错误！未定义书签。4.2 主轴的设计与计算错误！未定义书签。4.2.1 选择轴的材料错误！未定义书签。4.2.2 估算轴的直径错误！未定义书签。4.2.3 按弯扭轴上合成强度条件计算错误！未定义书签。4.2.4 按疲劳强度的

9、安全系数校核计算错误！未定义书签。4.3 轴承的选择与校核错误！未定义书签。4.4 主轴上键的选择与校核错误！未定义书签。4.4.1挤压强度校核错误！未定义书签。4.4.2 耐磨条件校核错误！未定义书签。五 工作台设计与计算错误！未定义书签。5.1 工作台电机的选择错误！未定义书签。5.1.1 确定脉冲当量错误！未定义书签。5.1.3 等效力矩计算错误！未定义书签。5.1.4 确定蜗轮蜗杆的传动比错误！未定义书签。5.1.5确定电机型号错误！未定义书签。5.2 工作台蜗轮蜗杆的设计计算错误！未定义书签。5.2.1 确定蜗轮蜗杆模数错误！未定义书签。5.2.2蜗杆轴的刚度验算错误！未定义书签。5

10、.2.3蜗杆蜗轮几何尺寸计算错误！未定义书签。5.2.4 蜗杆传动的效率和散热计算错误！未定义书签。5.3 工作台弹簧的设计计算错误！未定义书签。5.4 工作台滚动导轨设计计算错误！未定义书签。5.4.1滚动体的尺寸要求及确定错误！未定义书签。5.4.2滚动体数目确定错误！未定义书签。5.4.3 保持架样式错误！未定义书签。总结错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。一 绪论1.1 金属切削机床及其重要地位 金属切削机床（Metal cutting machine tools）是用切削的方法将金属毛坯加工成机械零件的机器。它是制造机器的机器，所以称它为“工作母机”。习

11、惯上简称为机床。机床的母机属性决定了它在国民经济中的重要地位。机械制造业肩负着为国民经济各部分提供现代化技术装备的任务。机械制造业是国民经济的基础，而机床工业则是机械制造工业的基础，一个国家的机床工业技术水平在很大程度标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。1.2 国内外发展状况（一）国内数控机床现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世

12、界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 （二）国外数控机床现状况 1、国际机床市场的消费主流是数控机床。 1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。 2、国外数控机床的网络化。 随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向

13、网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之

14、间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。 为了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。例如专门为了加工曲轴上的油孔，连杆上的斜油孔，平行孔和饲料机械上料模的多个径向出料孔等。特别适用于大中型卡车曲轴油孔的BW250-KW深孔钻床，它们均具有X、Y、Z、W四轴数控。为了客户需要,在一条生产线上可以加工多种不同品种的曲轴油孔，于2000年设计制造了第一台柔性曲轴加工中心，可以加工212缸不同曲轴上所有的油孔。MOLLART公司生产制造的专为加工颗粒挤出模具而开发的具有六等分六根主轴同时加工同一工件上六个孔的专用

15、深孔钻床。该工件孔数量多达36000个。全都是数控系统控制的。以西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。目前人们都在攻克使钻床刀具能在有规律的曲面加工，使钻头刀具能在曲面的相对空间内进行孔加工。我本次研究的课题是“专用法向孔数控钻床设计”，工作要求是能够实现快速定位，快速旋转主轴，法向进给控制，完成大型薄壁结构件的法向打孔。工作台面：4000*2000，法向轴转角45。主要攻克的难点在于控制钻头的法

16、向轴转角和进行该方向的进给，机床本体采用摇臂式结构。1.3 立题依据机床作为“制造的母机”在某种程度上代表了一个国家制造业水平的高低，不仅与国家的航空航天、船舶、军工、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有极大关系，而且与人们日常生活的方方面面息息相关。从某种意义上说，没有制造业的支撑就很难实现真正意义上的现代化。而五轴联动数控机床则象征着目前机床制造业的最高水准，是数控机床技术制高点之一，也是世界各制造大国不遗余力发展的重点对象。在生产活动中，经常会遇到需要在大型回转体零件上加工出许多孔。如用普通机床，往往会遗漏加工，故需设计一台大型数控钻床来对其进行加工。这不仅减轻了劳动者的劳动强度，而且大

17、大提高了劳动生产率。1.4 选题的意义制造业是一个国家国民经济和综合国力的重要基础。21 世纪，围绕着以知识为基础的创新能力竞争， 一场以信息技术为特征的全球化的制造业革命正在波澜壮阔地展开。以计算机为代表的高技术和现代化管理技术的引入、渗透与融化，不断地改变着传统制造技术的面貌和内涵，在传统制造技术基础之上发展起来的先进制造技术代表了制造技术发展的前沿， 已经成为这场技术变革的核心， 对制造业的发展产生着巨大影响。随着科学技术的发展，特别是数控（NC）技术的不断发展和应用，工艺方法和制造系统不断更新， 形成了计算机辅助设计（ CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）、计算

18、机辅助工艺设计（ CAPP）、计算机辅助测试（ CAT）、柔性制造系统（ FMS）、计算机集成制造系统（ CIMS）、工厂自动化（ FA）、敏捷制造（ AM）、精益生产（ LP）、快速原型制造（ RP M）、智能制造系统（ IMS） 等一系列具有划时代意义的先进制造技术。目前先进制造技术正向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化和全球化的方向发展。第2章 法向孔数控钻床的方案拟定及其系统分析2.1 总体布局方案论证数控钻床是数字控制为主的孔加工机床。在数控机床的发展过程中，数控钻床的出现是比较早的。50年代末，我国已有几种数控钻床的雏形。美国普拉特惠特尼公司在1961年就成批生

19、产Tape-O-Matic数控钻床。它也是数控钻床的最早产品。此后，美国、日本等国家的公司也陆续生产数控钻床，数控转塔钻床等产品。数控钻床按其布局形式及功能特点可分为数控立式钻床、钻削中心、印刷线路板数控钻床，数控深孔钻床及其它大型数控钻床等。（1）数控立式钻床数控立式钻床是在普通立式钻床的基础上发展起来的，可以完成钻，扩，铰，攻丝等多道工序。适用于孔间距离有一定精度要求的零件的中小批量生产。它一般带有两坐标数控十字型工作台，被加工零件装夹在工作台上可进行两坐标移动，其控制系统一般是点位控制系统。属于经济型数控，价格便宜。（2）钻削中心钻削中心是在3坐标数控立式钻床的基础上增加转塔刀库及自动换

20、刀机构而成的采用无级调速的主轴电动机，可实现自动变换主轴转速，可以进行钻、扩、铰、锪、攻丝等加工工序，而且，可以完成具有直线和圆弧插补的轮廓控制铣削。由于一般中小型零件大多需要几把刀具来加工，故增加自动换刀装置并同时自动变换主轴转速。可减轻劳动强度，减少换刀时间，既提高了机床的自动化程度，又提高了生产率。由于用轮廓控制数控系统代替了点位控制数控系统。可进行具有直线和圆弧插补功能的铣削加工，更适合于钻铣联合加工的零件。根据换刀原理及机床结构的不同，目前钻削中心分为单立柱式玉双立柱式两种。多立柱式的换刀方式是在砖塔中径布置6或8根主轴，由转塔回转实现主轴转换及自动换刀。由于转塔中需要布置多根主机，

21、并由主轴主传动，分度，定位等机构。由于转塔头结构复杂，加工困难，还有尺寸限制，主轴刚性受到一定影响，各主轴间的位置精度也不理想，因此多主轴式钻削中心存在上述一些问题，很多厂家开发了单轴式钻削中心，它是在同一根主轴上自动换装有各种刀具的刀柄实现自动换刀，并采用转塔式刀库，克服了多轴式的缺点。（3）印刷线路板数控钻床印刷线路板数控钻床是一种专门用来加工印刷线路板的专用钻孔机床。（4）其它大型数控钻床对于某些大型曲面零件，在一般数控钻床，钻削中心上无法加工。故使用大型专用数控钻床。由于该设计的钻床是要求钻妃的最大直径为，且工件为的曲面零件，属大型多孔曲面零件，加工所需刀雎较少，且不频繁换刀，孔距精度

22、要求不太高，故设计成摇臂式法向孔数控钻床，专门负责大型曲面工件的的钻孔加工。2.2 法向孔数控钻床的方案拟定数控钻床一般包括以下几个部分：（1）、主机 包括床身，立柱，摇臂，Y轴箱体，工作台，和主轴箱等机械部件（2）、数控系统（3）、驱动装置（4）、其它辅助装置，如冷却系统，防护罩，排屑器。2.3 法向孔数控钻床的系统分析2.3.1系统运动方式的确定一、系统运动方式的确定 数控统的运动方式可分为点位控制系统，点们直线系统，连续控制系统。点位控罅系统只能够实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动过程中不进行任何加工。连续控制系统要求工作台或刀具沿各个坐标轴的运动有精确的运动关系。数控钻床在工

23、作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，回此数控装置可采用点位控制方式。点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。二、伺服系统的选择开环控制系统没有检测反馈部件，不能纠正系统的传动误差。但其结构简单，调整维修方便，在速度和精度要求不太高的场合广泛应用。闭环控制系统在机床移动部件上装有检测反馈元件来检测实际位移，能补偿系统的传动误差，伺服控制精度高，调试复杂，系统造价高。由于该机床是加工敢距精度有要求但不太高的零件，采用开环控制系统。精度要求满足，结构简单，调整维修容易，可降低机床造价。并采用步进电机作为伺服电机。三、执行机构传动方式确定为确保数控系统的传动精度和工作台平稳性，通常提出低摩擦，低质量，

24、高刚度，无间隙，高谐振，以及由适宜阻尼比的要求。为满足低摩擦，尽量消除传动间隙的要求。本设计横梁采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高系统的传动刚度，保证加工精度，丝杠支撑设计成两端轴向固定，并加预拉伸的结构。2.3.2 运动学分析机床往往不是静止的，用运动学关系来描述就是：不同的部分有不同的运动。这些结构和机构的数学描述之描绘了理论发生什么，只基于理论长度、理论位置和理论圆弧的。但是，在实际中，这些因素都是在一定精度下保证的，因此，在实际的形式、速度和加速度等细节方面与理想的形式有所不同。在现代机床中，位置是由多个机械部分联合产生的，例如，侍服控制系统中的促动器和传感器。促动器的公路和速度、传感器分

25、析、控制方法和机械重现性等因素共同决定了规定方法的精度。在多于一根轴被控制的情况下，轴的同步性是影响精度的另一因素。例如，在铣圆弧外形时，要同时控制两个正交轴。包含有多个加速部分，意味着在加工过程中动力学效应将起到重要的作用。一个将相对位置不确定的加速度影响减到最小的方法是选择合适的轮廓，例如，在第二引出物中不包含突涨的曲率，例如，用倾斜的正弦来代替抛物线。防止振动和错误运动同样可以有效的减少动力位置误差。零部件本身就可以按最小受力设计。若零部件是旋转的，对称结构就有利于减少不平衡，同时全部的惯性的都可以减小，直线运动时，应保持质量小，并且应尽可能靠近轴驱动。另外一个决定机床对动力影响的因素是

26、刚度。一般为了减小受力、增大刚度，不仅跟材料的质量和种类有关，而且和分布也有关系。通常动力障碍有外部产生，例如地板和声音的振动。这些情况下，刚度、质量比对于减小输入相应是必需的。是机床和障碍隔离可以直接减小输入1.静态分析机床和仪器的结构链能被类似的静态力所影响，例如，改变慢速移动的机床部件的重量，轻微的改变切削力Spaan,1995和又钢丝绳空气管和真空管引起的力。加速度理由更高的频率，将在下一段中讨论。由于机床元件的刚度有限，例如轴承、主轴、箱体、包括齿轮齿条和联结，上述提到的力将会引起刀具和探针的位置误差。第一种方法，用以简单线性弹性理论或Hertzian联系理论为基础的方法计算刚度可以

27、轻易的估计偏差。如今，可利用高级软件包如Unigraphics,I-DEAS,Algor,Pro-EngineerFEM,1998对复杂平面结构、轴承、支承和单一材料和复合材料的3D实体进行线性和非线性分析。该领域一种有趣的方法在Reinhart,1997中有报道，他描述了在设计阶段早期进行综合FEM分析的3D-CAD,叫做：“实体样板”。2.动态分析由于机床结构一般是由许多不同的零件装配而成的，可以被视为质量合理的复合体，所以整个结构须根据这些元件间的相互作用而行动。Timoshenko,1974。关于这个项目出版了很多好的书，如RaO,1990.由于大部分驱动系统都在质量中心上做直线运动，

28、惯性将会引起机床部件的旋转，主要是由于齿轮系统和联结的刚度有限。在高精机床中，例如3D-CMMs，即使是低的加速度也会给测量精度带来很大的影响。机床的动力将会给系统工作带来很大影响，位置精度和跟踪精度会因为结构中的机械阶跃响应而被大大减小。再加上到规和主轴惯性作用引起的轻微的加速度，振动状态取决于固有频率和阻尼大小。为了预知内部振动引起的偏差，对机床动力的建模分析是非常重要的，例如找出最低的固有频率和在一定的频率范围内机床结构的振动模型（由伺服系统的带宽限制）。重量轻的（动）刚度设计对于决定机床元件最低自然频率和静刚度是非常重要的。机床结构中的传动装置的相互作用力将会引起不能允许的偏差，特别是

29、对高精度机床入晶片步进器和非旋转对称零件制造应用的快速刀具伺服系统的SPDT机床。由于机架的质量有限，和地面的联结刚度有限，反作用力就会引起共振 Weck,1995b, Weck,1997,Renkens,1997,Rankers,1997。对于复杂系统如切削机床和晶片步进器，对整个机床进行建模和评估会使效率很低而耗时大。因此Rankers,1997建议将整个系统按基础和元件成功的分割，分别对他们建模和分析。随后将这些模型合成一个整体系统模型，用于整个机床的固有频率和振动模型的外形分析。动力模型，例如块状质量模型，对于分析选中的想法的动力行为是很有帮助的。这个模型包括由一系列机械条件所联结起来

30、的很多质量，可以用一套差分方程表示。模型还原技术Hoek,1992-1980,Ewins,1984,Rankers,1997。为该目的，可应用4.3节中的静态模型确定固有频率和质量，质量惯性和重心位置。应用于SPOT机床中的陶瓷导轨结构，描述了模型形状分析的结果。Vermeulen,1996a。法向孔数控钻床的定位主要基于五轴联动技术，采用主轴旋转式。控制主轴箱位置的X、Y、Z轴三个方向和控制钻头具体位置的A、B轴方向，其中X、Y、Z方向为直线方向运动，A、B轴为旋转运动，以控制钻头在曲面的法向位置，在钻削过程中，由主轴进行该加工方向的进给。第3章 法向孔数控钻床结构设计与性能分析3.1 主机

31、的结构设计主机包括床身，工作台，Y轴箱体和主轴箱等机械部件。3.1.1 床身龙门式承载能力大，加工精度高，但在加工工件过程中，工件的装卸不方便，机床床身占地面积大，消耗能量多，加工成本和生产成本高；单摇臂式结构简单，维修方便，能及时检测出问题所在，换取刀具方便，便于工件的装卸，生产成本和加工成本较低，便于调试。1、 立柱及立柱导座图3-1 立柱及立柱导座钻头的垂直工作范围为01300mm，经过总体设计，立柱高度为2700mm，直径为300mm，满足钻削过程中的各项强度指标。立柱导座在导轨上控制X轴的方向位置。图3-2 升降座图3-3 摇臂升降座通过丝杠控制摇臂在Z轴方向的位置。摇臂在立柱上上下

32、运动来满足Z轴的位置。3.1.2 工作台图3-5 工作台工作台尺寸为4000mm*2000mm，离地面高度为200mm，由于工作台尺寸过大，故在加工过程中工作台固定，采用传统结构，简单且造价低，用螺栓固定要加工的工件。工作台有冷却液回收的油路。热循环的定义是：“在温度变化时，一条经过决定具体部件间相对位置的机械部件集合的路径，原则上，热循环应尽量减小，以减小空间热斜率的影响。机床热循环中的热膨胀又通过两种方法：改变机床零件的有效长度或选择合适的热膨胀系数。定位的点和轴，可通过建立热中心来选择，如图3.5所示。尽管热膨胀系数在0.510-6C内才可测得Breyor,1991，但热膨胀的影响可通过

33、测量不同温度下零件的膨胀程度Kunzmann,1988和选择合适的定位点建立相等的热长度来减小。为了获得在空气调节装置大厅中0.5/day和在随气候变化的小屋中0.1/day的热稳定性还是个问题Breyor,1991。热源被限于机床内部或外部会导致机床温度外形的变化。由于相同的机床元件有不同的热时间，这可能会导致在热循环中的不等热膨胀。因此，Donaldson强烈推荐，并在它的关于机床刀具Donaldson，1980的出版物中作为一个原理。就是：在热源处把热量带走。Wetzels曾利用一个整体热源来检验一个人机床稳定性问题。移开热源之后，利用一条规则可以减小热趋势。3.1.3 Y轴箱体 图3-

34、4 Y轴箱体及A轴旋转摇臂和Y轴箱体通过丝杠控制主轴箱在Y轴方向的位置，同时Y轴箱体和A轴旋转通过电机及A轴控制主轴箱的水平面的旋转角度。3.1.4 主轴箱图3-4 主轴箱主轴轴承是主要部件的重要组成部分。它的类型、结构、位置精度、以及其他的状况直接影响到了主轴部件的工作。主轴箱控制B轴方向和钻头在加工方向的进给，其旋转主运动采用交流电机驱动，可变换主轴转速，以适应钻孔直径改变的需要。主轴是机床在加工时直接带动刀具进行切削和表面形成运动的旋转轴，主轴钻削时既做旋转运动又做轴向移动。旋转运动做为主要运动，而轴向移动做进给运动。主轴部件的性能直接影响加工质量和切削生产率，是决定机床性能个技术指标的

35、重要因素。 选用主轴轴承时，应根据对主轴部件主要性能的要求，结合制造条件、经济效果考虑。由于滚动轴承已经标准化，而且他的旋转精度、刚度、承载能力等主要特性能满足大多数主轴部件的要求。因此，主轴选用向心球轴承，为了适应既能钻削与铣削的特点，主轴轴承的配置要兼顾钻削的特点。 由于结构上要求，主轴常选用轻型，特轻型系列滚动轴承。以使外套直径一定时能加大主轴直径，提高主轴的刚度。或内圈孔一定时，减小支承座孔径，使主轴结构紧凑。根据以上分析，主轴前支承选用GB/T 276-1994深沟球轴承60000型02系列轴承，后端支承中两个轴承用GB/T 276-1994深沟球轴承60000型02系列。主轴用轴承

36、支承在套筒中，套筒带着主轴箱体孔内移动，作进给运动，主运动来自上部的变速机构和加在套筒上的齿条传动主轴套筒。导键用以防止套筒转动并限制上下移动的极限位置。各主要参数工件为4000 mm*2000 mm的曲面零件钻孔大小为工件高度为查表：最大钻孔直径确定主轴圆锥孔莫氏号数为4主轴端面到地面的最大距离主轴端面到底座工作台面的最大距离技术参数 项目参数最大钻孔直径30mm主轴孔锥度MT4主轴最大行程200mm工作台面距主轴端面最大距离1000mm主轴转速范围67-1780r/min主轴转速级数12级主轴定位精度0.025mm主轴重复定位精度0.015mm加工范围4000mm2000mm1000mm工

37、作台面尺寸( 长宽)4000mm2000mm工作台最大载重（置中）2000kg主电机功率2.2/2.8 KW三轴快速位移5000mm/min机床外形尺寸( 长宽高)450030002500 mm净重2000Kg3.2 滚珠丝杠设计计算3.2.1 X轴丝杠的设计计算1、动载强度计算 额定动负荷是指当一批规格相同的滚珠丝杠螺母副，在一负荷力的测试运转下，能通过运动，而有不产生疲劳损伤时所能承受的最大轴向载荷。当时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载荷强度计算，其计算动载荷应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动负荷，有公式：式中，动载荷系数，从数控机床系统设计15表5-1可查

38、得：硬度影响系数，同上，表5-2可查得：当量动负荷，单位N滚珠丝杠螺母副的额定动负荷，单位N寿命，以为1个单位。式中，使用寿命，h;循环次数；滚珠丝杠的当量转速，。式中，、滚珠丝杠螺母副所承受的轴向载荷，N；、与、相对应的转速，；、相对应的工作时间，2、滚珠丝杠轴向负荷F的计算（1）摩擦力的计算初估算主轴箱重量为1000N， 知；（2）惯性力计算有公式： 显然惯性力很小，可忽略，所以。轴向负荷（3）丝杠螺母长度估算由公式： 查表得，使用推荐寿命，初选丝杠螺距由此可以算出丝杠转速：所以： （4）确定最大动负荷：式中，滚珠丝杠轴向负荷；负荷性质系数；查数控机床机器人机械系统设计指导6中表4-2得=

39、1.2温度系数；同上书中在表4-3中可得：=1;硬度系数；同上书中表4-4中得到：=1;精度系数；同上书中表4-5中得到：=1;可靠性系数；同上在表4-6中可得：=1；将查得数值：=1.2; =1; =1; =1; =1;代入公式得：3、确定滚珠丝杠型号额定动负荷应满足的条件为：额定动负荷最大动负荷查书数控机床设计实践指南7表F-8可得：取公称直径 滚珠丝杠螺母副的型号为：FF3204-3；其基本额定动负荷为96000N，足够用。4、 珠丝杠副的几何参数公称直径 螺距 螺旋升角 滚珠直径 滚道半径 偏心距 丝杠外径 丝杠内径 螺母配合外径 螺母装配总长度 5、传动效率计算式中，为摩擦角；为丝杠

40、螺旋升角。6、刚度检验滚珠丝杠受工作负载引起的导程L的变化量P=100N； L=0.45cm;E= (材料为钢)所以丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程总误差为：查标志B级精度的丝杠允许误差为50故刚度足够。3.2.2 Y轴丝杠螺母副的设计和计算 由于机床上滑动丝杠的主要失效形式是磨损，因为以耐磨性的计算决定丝杠的中径：进行耐磨性计算： 丝杠中径D28（mm）D28=28mm丝杠强度校核：丝杠拉压应力的公式为： =12KGF3.2.3 摇臂升降丝杠螺母副的设计和计算 由于机床上滑动丝杠的主要失效形式是磨损，因为以耐磨性的计算决定丝杠的中径：进行耐磨性计算： 丝杠中径D28（m

41、m）D28=33mm丝杠强度校核：丝杠拉压应力的公式为： =12KGF强度符合要求3.3 摇臂升降减速箱齿轮模数的估算与核算：计算与验算同主传动系统齿轮模数的估算与验算计算后得：齿轮序号Z1Z2齿轮齿数2436齿轮模数333.4 轴承的估算与核算：主轴前支承选用GB/T 276-1994深沟球轴承60000型02系列轴承，后端支承中两个轴承用GB/T 276-1994深沟球轴承60000型02系列。各轴支撑轴承都采用GB/T 276-1994深沟球轴承60000型02系列。X轴和Z轴丝杠支撑齿轮选用内径为40mm的深沟球轴承，经强度校核，满足该强度要求。Y轴丝杠外径为30mm,经计算，选用内径为30mm的深沟球轴承，支撑丝杠使其满足传递要求。电机固定轴承根据电机轴的轴径大小而定。