1、XK714数控铳床进给系统设计论文作者姓名：所在院系：_机电工程学院所学专业：机械制造与自动化指导老师：论文完成时间：5月20日目录内容摘要3关键词3Abstract3Keywords41 .立式数控铳床总体设计51. 1确定立式数控铳床的总体目标51. 2确定机床的总体布局52. Y向进给系统机械部分设计71 .1铳削工件时铳削力的计算72 .2滚动导轨选择计算92. 3滚珠丝杠螺母副的选择与计算153. X向进给系统机械部分设计263. 1铳削工件时铳削力的计算264. 2滚动导轨选择计算275. XY向选择伺服电机364. 1计算并确定伺服电机365. 2确定交流伺服电机的型号385.进
2、给系统的装配405. 1床身405. 2滑板405. 3工作台415. 4进给系统总装426. 5XK714数控铳床总装436.检测器装置地选择及计算446.1光栅检测装置的结构456.2光栅传感器工作原理45参考文献4747摘要:本文主要设计立式数控铳床的进给系统部分，机械结构采用交流伺服电机与滚珠丝杠直接相连的方式，其控制方式采用交流伺服驱动系统半闭环控制。在对进给系统机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副和直线滚动导轨副进行了计算、校核，确保了机械传动部件的精度和刚度；通过计算，选择了电气驱动部分，包括交流伺服电机和与之匹配的伺服单元.滚动直线导轨选取GGB系列导轨；滚珠丝杠螺母
3、副选取汉江机床厂提供的外循环双螺母凸出式双螺母对旋预紧FYC2D型滚珠丝杠。关键词:半闭环控制，直线滚动导轨；滚珠丝杠螺母副；交流伺服电机;Abstract：Feedservosystemisalinkbetweendigital-controlleddeviceandmachinetool.Itisanimportantpartofdigital-controlledsystems.Whenfeedservosystemisdesigned,itmustsatisfythedesigningrequirements,thenitcaninsurethepositioningprecision
4、anddynamicalandstatecharactersoffeedservosystem.Thus,itcaninsuremachiningprecisionofamachiningtool.ModernNumericalControlMachineTooltrendstowardtohighspeed,highefficiencyandhighprecision.Thedesigningrequirementformachinetoolfeedservosystemhasbeenmoreandmorehigher.Socharacteristicsoffeedmechanismandd
5、ynamicalandstaticstatecharactersofservosystemshouldbestudieddeeply,whichisveryimportanttoimprovetheperformanceofNumericalControlMachineTool.Inthispaper,themaintaskistodesignthefeedsystemofverticalCNCmillingmachine.ThemechanicalstructureisusedACservomotorandballscrewpairconnecteddirectly,itscontrolmo
6、deissemi-closedloopcontrollingofACservodrivedsystem.Intheprocessofdesigningthemechanicalstructureoffeedsystem,theprincipaldeputyiscalculationandcheckingfortheballscrewpairlinearstraightrollingGuidetoensuretheprecisionandstiffnessofthemechanicaldrivecomponents.Wehavechosentheelectricdriveddeviceinclu
7、dingACservomotorandmatchingservounitbycalculating,toselectlinearslidingGuideofHJG-Dseries,toselectballscrewandnutpairwithinthecirclepadspreloadnut-typeFYC2DwhichprovidefromHanzhongCityHangjiangmachineLimitedcorporationKeywords：FeedSystem;Semi-closedloopcontrol;LinearRollingGuide;Ballscrewandnutpair;
8、ACservomotor1 .立式数控铳床总体设计1.1 确定立式数控铳床的总体目标本课题设计的立式数控铳床可以铳削平面和沟槽，也可加工空间曲面；若将铳刀换成钻头或绞刀，则可加工光孔或螺纹孔。铳床主要技术参数如下：工作台工作面尺寸（长X宽）900mmx400mm工作台X向最大行程630mm工作台Y向最大行程400mm工作台T型槽数3工作台T型槽宽18mm工作台T型槽间距90mm快速移动速度（X、Y轴）20m/min最小分辨率0.001mm定位精度0.015mm重复定位精度0.006mm1.2确定机床的总体布局1.2.1机床的运动分配本课题拟解决问题的思路是参照X52K型传统立式铳床和TH563
9、2C型立式加工中心机床的总体布局、机械传动部分、进行优化组合，设计出精度高、灵活性强的立式数控铳床。由于工作台尺寸较大，可加工较重或尺寸较高的工件，故机床运动分配如下：主运动：刀具的旋转运动；进给运动：工作台X、Y方向的进给运动和铳刀头带着刀具Z方向的垂直进给运动;1. 2.2机床结构布局本机床采用床身框式立柱的“L”型结构形式，主轴箱装在框式立柱中间，设计成对称形结构。框式立柱布局要比单立柱少承受一个扭转力矩和一个弯曲力矩，因而受力后变形较小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受热与热变形是对称的，因此，热变形对加工精度的影响小。Y向滑座相对于机床床身作进给运动，X向座相对于Y向作进给运动,
10、工作台固定在X向座上，工作台不做垂直方向运动；主轴箱沿框式立柱在沿垂直轨上下移动。由于机床尺寸较大，为了方便操作者的操作与观察，将人机界面置为吊挂按钮站。1.2. 3机械系统的传动、支承、导向方式1 .机床进给系统传动方案机床X、Y方向进给系统分别采用交流伺服电机驱动，通过电机与滚珠丝杠直接相连，将旋转运动转化为直线进给运动其传动的机械装置如图2.1所示。这种传动方案采用负载能力强的交流伺服电机，直接通过丝杠带动工作台进给，传动链短，刚度大，传动精度高，是现代数控机床进给传动的主要组成形式。图1.1进给传动的机械装置2 .机床进给系统的支承、导向方式Y方向进给系统由床身支承，采用一端固定、一端
11、支撑的方式支承，固定端选用一对背对背安装的角接触球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。X方向进给系统由Y方向进给系统支承，采用一端固定、一端支撑的方式支承，固定端选用一对背对背安装的角接触球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。本机床属于中型机床，导向方式采用矩形导轨，矩形导轨承载能力高,制造方便。本设计选用线性滚动导轨。2. Y向进给系统机械部分设计在现代数控机床中，为得到高速下的平稳运行，并具有较高的定位精度且防止爬行，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差以及高寿命等特点，而滚动导轨和滚珠丝杠螺母副能较好的满足这些要求。因此本工作台的设计采用了滚动导轨加
12、滚珠丝杠螺母副的组合。2.2. 铳削工件时铳削力的计算2.2.1 首先初步估算工作台的重量首先要初步估算工作台的重量及铳削工件的最大切削力才能进行设计。X轴方向移动的工作台尺寸：长x宽为900x400,重量约为3302.2N,最大行程630mm；Y轴方向移动的工作台尺寸：重量约为550.368N,最大行程400mm；设夹具及工件的质量约为200Kg,重量约为1960N；则XY工作台总质量约为593.12kg,总重量约为5812.573N（包括夹具及工件）。2.1.2铳刀主要结构参数选择一般尽可能选用小直径规格的铳刀，因为铳刀直径大切削力矩增大。2.1.3铳削用量选择铳削用量选择原则：首先应尽可
13、能取较大的切削深度%及切削宽度牝然后尽可能取较大的每齿进给量叫，最后才尽可能取较大的铳削速度Vo粗铳时余量大，加工要求低，主要考虑铳刀的耐用度及铳削力的影响;而精铳时余量小，加工要求高，主要考虑加工质量的提高。1 .铳削深度耙的选择（1）当工件表面要求的光洁度为A3时，通常铳削无硬皮的钢ap=35mm；铳削铸钢或铸铁时=5。（2）当工件表面要求的光洁度为A4A5时，分粗铳、半精铳、两步铳削。粗铳后留0.51.0%余量。（3）当工件表面要求的光洁度为A6A7时，可分粗铳、半精铳、精铳三步铳削。半精铳ap=1.5-l.Qmm,精铳ap=0.5左右。2 .每齿进给量町的选择当铳削深度册选定后，尽可能
14、取较大的每齿进给量与。粗铳时限制每齿进给量力的是铳削力及铳刀容屑空间的大小，当工艺系统刚性俞好及铳刀齿数愈少时，句可取得愈大；半精铳及精铳时限制每齿进给量町的是工件表面光洁度。光洁度要求愈高，叫应俞小。2.1.4铳削力的计算铳床通常用于铳削平面和沟槽，铳刀又分为圆柱铳刀、立铳刀、盘形铳刀、面铳刀、半圆弧铳刀、T形槽铳刀，因铳削的材料不同切削力也不同，通过查相关资料，综合分析其中用面铳刀铳削碳钢时的铳削力最大，故按用立铳刀铳削碳钢时计算铳削力。铳削力与铳刀材料、铳刀类型、工件材料的硬度、铳削宽度、铳削深度、每齿进给量、铳刀直径、铳刀齿数有关。可按金属切削原理及应用中的公式进行计算：Fz=9.81
15、xL3-012X6O-02铳削沟槽时采用粗齿高速钢立铳刀，按工件材料为4=75公斤力/毫米2的碳钢来设计。查金属切削手册，选择铳削用量为铳刀直径4)=100根机，铳刀齿数Z=6,铳削宽度4=60/，每齿进给量町=018M,铳削深度4=0.18mm/z,铳刀的切削速度v=222m/min=3Hmls。采用端面铳刀在主轴上的计算转速下进行强力切削，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。由u=M附得：=12r/S故Fz=9.81x825x6011x0.18075x510x6x100Jx12-012x60=4983N主切削力分解到X.Y方向上的分力是：Fx=0.9=0.9x4893=4484.
16、7N;Fy=4983N由以上计算可知Y方向的主切削力最大。2.2滚动导轨选择计算2.2.1导轨概述1 .导轨的功用本设计的导向机构是导轨，导轨主要是用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。本设计要求其机械系统的各运动机构必需得到安全的支撑，并能准确地完成其特定方向的运动，这个任务就有导向机构来完成。综合考虑定位精度及运动平稳性等技术要求，采用直线滚动导轨副。2 .2.2滚动直线导轨副的计算1 .作用于滚动直线导轨副的载荷计算由于滚动直线导轨副的特殊结构，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四个方向额定载荷相等，且额定载荷大，刚性好，三个方向抗颠覆力矩能力大的特点，滚动导轨受力分析见图3.1。下
17、层工作台的承载重约为卬=5812.573N%=180/初篦,右=300mm,L2-50mm,J-95mm图2.1滚动导轨受力分图析图(2. 1)(2. 2)3)4)将已知数据代入上式得:1 1 50 1 954 2 180 2 300x5812.573 = 1340.1NPe2 =1 1 50 195xx4 2 180 2 300x 5812.573 = -274.5NPc3 =1 1 50 1 95x|x4 2 180 2 300x5812.573 = 1566.16NPc4 =1 1 50 195-1x1x4 2 180 2 300x5812.573 = 3180.77N载荷成分变化，其计
18、算载荷处:(2.5)式中：P,对应行程内的载荷；L,一一分段行程；L一一全行程等于Z4；_J(1340.1)3+(-274.5)3+(1566.16)3+(3180.77)31x40Q0寸66=3375.19Na3.375KN2 .滚动直线导轨副的额定寿命(1)额定寿命的计算公式为：L=50力力(2.6)ftoPc)式中：L额定寿命；c额定动载荷；p,计算载荷；ft温度系数取1.0；fe接触系数取0.81；fa精度系数取1.0;4载荷系数取1.5；f硬度系数取1.0;(2)寿命时间的计算：当行程的长度一定，以小时为单位的额定寿命:(2.7),LxlO3L.h2n/x60式中：/行程长度；L额定
19、寿命；n每分钟往复次数；n-=50次/min(2.8)I400x10-3一般情况下，滚动直线导轨副预期寿命取20000小时，则：L=2nZx60xL/rxl03=2x50x0.4x60x20x10,x10-3=48km(2.9)由 L = 50Pe)得:C = J X V50 fh-f-fa-fc(2.10)取.力=1.0,力=0.81,力=1.0/=1.5/=1.0则:x ftQ - Pcfh-f ： fa-fe1.5x3.3751.0x1.0x0.81x1.0= 6.25 KN查数控技术课程设计导轨产品样本，其GGB系GGB20AA-2-P3-2-400-3型滚动导轨C=13.6.KN,满
20、足要求。2.2.3滚动直线导轨副的选用1.滚动直线导轨副的精度及选用由于滚动直线导轨副具有“误差均化效应”，在同一平面内使用两套或两套以上时，可选用较低的安装精度达到较高的运动精度。根据HJ-D系列线性滚动直线导轨的精度，分为运动平行度及综合精度。图2.2平行度的测量方法运行平行度（um）运行平行度是指螺栓将导轨紧固到基准平面上，导轨处于紧固状态，使滑块沿行程全长运动时，导轨与滑块基准平面之间的平行度误差。IR度等爆长度（Mm）2345650048142028500100061017253410001500813203040150020009152232462000X2500111724345
21、4表2.1长度与平行度的关系图综合精度（um）高度H的同组变动量是指在同一平面上组装的各个滑块所形成的H值的最大尺寸与最小尺寸差。宽度W的同组变动量是指在一根导轨上组装的各个滑块所形成的W值的最大尺寸与最小尺寸差。注：（1）同一平面上并列使用2根以上导轨时，宽度W同组变动量只适用于基准一侧，在基准侧导轨的号码未尾处印“J”标记。精度等级3456长度（/am）2H公差值122550100200H同组变动量57204060W公差值153060150240W同组变动量7102570100表2.2导轨的综合精度表（2）H、W都是将导轨副固定在平台上，在导轨中间位置测量滑块中心。所以选择的平行度和综合精
22、度等级均为2级。2.滚动直线导轨预加载荷冲击、振动大小和精度是预加负荷选择的主要依据，可参照表2.3选用:预加负荷分类工作条件推荐使用场合微预加负荷H01、无冲击负荷2、多根导轨并用1、焊接机、包装机或要求不高的各类机械2、材料供给装置轻预加负荷II11、导轨负荷方向固定、冲击、振动小2、作辅助导轨3、载荷轻、精度要求高的非基准导轨1、承载轻且有精度的设备2、普通机床的纵横向导轨3、较精密机械中的非基准导轨中预加负荷H21、旋伸负荷或颠覆负荷2、导轨上只有一个滑块时3、载荷虽小、精度要求高的非基准导轨1、机械手或机器人2、数控机床、电火花机床、线切割机床、精密工作台等基准导轨重预加负荷H31、
23、刚性要求高、冲击、振动大2、承受强切削力的机床1、进行机械切削加工的各类机床或加工中心2、车铳镶床和各类数控机床表2.3预加负荷选择依据提高预紧力是一个增加线性滑轨的好方法。所以选择重预加载荷H3o2.3滚珠丝杠螺母副的选择与计算2. 3.1滚珠丝杠副的介绍滚珠丝杠副是一种新型的螺旋传动元件，它的产生和发展至今经历了数十年的历史，然而它具有长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙的特点，并具有优越的高速特性和耐磨损性及运动可逆性等特点，这些特点都是普通丝杠副不可能具有的机械传动性能。同时它可以由专业厂家组织的生产和供应，已实现了标准化、通用化和商品化，用户可根据各自的需要方便地进行选用和订购，
24、因此滚珠丝杠副以其显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的主要传动机构。1 .滚珠丝杆副的工作原理、组成及特点滚珠丝杠副是一种旋转传动机构，在具有螺旋槽的丝杠和螺母之间装有中间传动元件一一滚珠。它由丝杠、螺母、滚珠和返向器等四部分组成,当丝杠和螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滑动，丝杠和螺母之间相对运动时产生滚动摩擦。为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端没有回程引导装置，如返向器和挡珠器。它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内既自转又沿滚道循环转动。滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比较，它用滚动摩擦代替了滑动摩擦，具有以下特点：（1） 摩擦损失小、传动效率高。由于滚珠丝杠副的摩擦损失小，其传
25、动效率可达90%96%,约为滑动旋转机构的23倍；（2） 磨损小、寿命长。通常，滚珠丝杠副的主要零件都经过淬硬，表面粗糙度较低，且滚动摩擦的磨损很小，因而具有良好的耐磨性，精度保持性能很好，工作寿命长；（3） 轴向刚度高：滚珠丝杠副可完全地消除传动间隙，不影响运动的灵活性，从而可以获得较高的轴向刚度，而且可以通过预紧来提高轴向刚度；（4） 摩擦阻力小、运动平稳：由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差极小,其摩擦阻力几乎与速度无关，启动力矩与运动力矩近于相等。因而灵敏度高，运动较平稳，启动时无颤动，低速传动时无爬行现象；（5） 不能自锁：由于滚珠丝杠副没有自锁能力，用于垂直升降传动时必须增设自锁装置
26、或制动装置；（6） 具有传动的可逆性由于滚珠丝杠副摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动.，即丝杠和螺母都可作为主动件，也可以作为从动件。但是，与滑动丝杠副相比，滚珠丝杠副尚存在结构较复杂，工艺难度大，制造成本高等特点。2.3.2滚珠丝杠副的计算叱=3302.2N 吗=1960N 吗=550.368NLk = AQQmm 匕 ax = 20/t?/min 0.015mm 0.006mm为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。单层工作台重量工作台承重Y向滑座重量Y向最大行程Y向快速进给速度定
27、位精度重复定位精度(1)滚珠丝杠精度由于本系统要求达到10.012/300,打的精度要求，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对于一级精度（）精度丝杠，任意300mm内导程允许为0.006mm,2级（尸?）精度丝杠的导程允许误差为0.008mm。初步设计丝杠的任意300mm行程内的行程动量匕。为定位精度的1/3-1/2,即0.0060.008mm,因此，取滚珠丝杠精度为二级。（2）滚珠丝杠的选择滚珠丝杠的名义直径，滚珠的列数和工作圈数，应按当量载荷g选择。丝杠的最大进给力为=4983N,工作台加工件加夹具的质量m=593.12kg,贴塑导轨的摩擦因数为0.04,故丝杠的最小载荷（摩擦力）F.=/G=0
28、.04x593.12x9.8=232,5AmmJ丝杠的最大载荷月nax=4983+232.5=5215.5N轴向工作载荷(平均载荷)：f . 2Fmax + Fminr m32x4983 + 232.5 799.5N其中，41m分别为丝杠最大，最小轴向载荷；当载荷按照单调式规2F+F律变化，各种转速使用机会相同时工,=75丝杠的最高转速为1500r/min,工作台最小进给速度为Imm/min,故丝杠的最低转速为0.lr/min,可取0,则平均转速n=(1500+0)/2=750r/min。故丝杠工作寿命：L=675106106式中L工作寿命，以106r为1个单位n丝杠转速，r/min；T-丝杠
29、使用寿命，对数控机床可取T=15000h计算当量载荷g为C,=3399.5痣行=44.73OKNK1式中心,载荷性质系数，无冲击取11.2,一般取1.21.5,有较大冲击取1.52.5,此处勺=1.5；Ka一一精度影响系数，对于1,2,3级精度的滚珠丝杠采取解=1,(3)确定滚珠丝杠最小螺纹底径为,“1)估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量以1 - 3-lz4-)xAa=x0.006=0.0015mm4)xAc=L.O15=O.OO3mm(2J1)重复定位精度，0.006mm;Ac定位精度，0.015mm。滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端支承时黑=0。78肾Q2)式中：E杨氏弹性模量2.1xIO
30、,N/mm2；/估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量；外导轨摩擦力。与=%(叱+吗)=0.004x(3302.2+1960)=21.05(2.13)L滚珠螺母至丝杠固定端支承的最大距离;乙。行程+(24)8+(46)勺+(1/201/10)行程x(1.051.1)行程+(10-14)Ph2 0.078=0.078 x/21.05x850V -0.75=12.05 mm1.lx630+14xl0=833mm850mm5 .确定滚珠丝杠副预紧力Fp143022E=ax=143.41N(2.14)p3nixX36 .确定滚珠丝杠副支承所用轴承规格型号滚珠丝杠支承用轴承通常选角接触轴承和深沟球轴承。该类轴
31、承具有以下特点：(1)刚性大由于采用了特殊设计的尼龙保持架(2)轴承所受的最大轴向载荷FBmaxFBmax=fx=430.22N(2.15)(3)本设计采用一端固定、另一端支撑的支承方式，固定端选用一对背对背安装的60。接触角推力球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。7 .确定滚珠丝杠副其它尺寸(1)滚珠丝杠副的螺纹长度4：4=4+242.16式中：L,一一有效行程+螺母长度；Le余程，查品样本，取18mm；Ls=630+133+2x18=800mm(2)丝杠全程L:L=Ls+两端支承长度+连接长度+起始距离(2/7)综合考虑以上各项尺寸要求，取L约为900mm。滚珠丝杠取K”=0.9,此处取K.
32、=l查滚珠丝杠产品样本中与c,“相近的额定动载荷c，使得G“C，然后由此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查汉川机床厂滚珠丝杠产品样本，选择FYC2D1130x596丝杠螺母副。名义直径40mm,导程为10mm,额定动载荷C“=46.5kN,额定动载荷C=46.5kN,CmCa,符合轴向刚度K,.=792N/um。预紧力弓=Q/4=46.5/4=11.625AN。只要轴向载荷达不到或过预紧力心的三倍，就不必对预紧力提出额外要求。本设计中丝杠最大载荷Fmax为4.922kN,远小于3Fp。表2.4FYC2D型滚珠丝杠副基本参数公称直径嬴钢珠直径D、v公称导程Ph刚度K：丝杠外径d、额定动载荷C丝杠内经
33、d额定静载荷Ga40mm3mm10mm1170N/um39.1mm46.5KN34.3mm110.5KN图2.3FYC2D型滚珠丝杠副外观尺寸图2.3.3滚珠丝杠副的校验1.传动系统的刚度计算（1）传动系统的刚度K计算(2.18)111111111=11F11F1K&2KbK,KrKdK,KhK,式中：Ks一一滚珠丝杆副的拉压刚度;Kb滚珠丝杠副的轴向刚度；K,一一滚珠丝杠副滚珠与滚道之间的接触刚度；Kr一一折合到滚珠丝杠副上的伺服刚度，可忽略不计；Kd滚珠丝杠副中螺母体刚度，按Kt=4K,计算；K,折合到滚珠丝杠副上的连轴节刚度，可忽略不计；K,螺母座、轴承座刚度，可忽略不计；K.滚珠丝杠副
34、的弯扭刚度，可忽略不计。(2)计算阳滚珠丝杠副的拉压刚度Ks是滚珠螺母至丝杠轴向固定处距离a的函数。当丝杠承受形式为一端固定，一端滑动时，有：K=丝幺目X1()3=165攻xlO，(2.19)4aa式中：Ks拉压刚度(N/mm)；E杨氏弹性模量；d2丝杠底径(mm)当a=4=560mm时(滚珠丝杠至固定端支承的最大距离)时刚度最小K,.=1.65x(36-9)-xIO?=165x(36,9)-x102=401.2NhimSmn匕560当。=L=160mm时(靠固定端的行程起点处)时刚度最大：(36.9)2八，(36.9尸K,=1.65xx10-=1.65xlO-=1404.2N/ums,mxL
35、o160(3)确定滚珠丝杠副支承轴承的刚度(对角接触球轴承Kb=2.29xlO7sin3pd0Fasin2(3(2.20)式中：d0滚动体直径，mm;d0-5.5mm8轴承接触角(),=60。；Fa轴向载荷N,工=432.42Nz滚动体数目，对于7206c型角接触球轴承，z=20Kh=2.29xl07xsin36075.5x202x432.42sin260=3.5574xl寸Nlm=2563.5N/um（4）计算K,对预紧的滚轴丝杠副:(2.21)kc=c0.1C式中:K查产品样本上的刚度；K：=1170N/um；Ca额定动载荷，查产品样本00=30.3104。( = 1170x(144.14
36、O.lx3O.3xlO3=423.94N/ um2 .传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择=111Km Ke 2Kb K, Kd1111=1111404.2 2x12563.5 423.94 4x423.941- 270.31 1=F K k 八 minsmin1111112Kb K, Kd-FFT401.2 2x12563.5 423.94 4x423.941 181.8(2.22)(2.23)在空载下，、=也称摩擦死区误差，线是机床空载时导轨上的静摩擦力-J）称为传动系统刚度变化引起的定位误差。minmax数控机床反向差值主要取决于死区误差，而定位误差主要取决于滚珠丝杠副的精度，其次是(
37、1)传动系统刚度验算：0.84重复定位精度(2.24),2K2x23.25/A=0.256，(2.25)心181.80.8A=0.8x0.256=0.205/w6.2N/um4=23.25x(J-!)=0.0419um(2.27)K181.8270.3(2)滚珠丝杠副的精度选择：汉江机床公司制造的滚珠丝杠副精度分为七个等级，即1、2、3、4、5、7、10级，1级精度最高，依次逐渐降低对半闭环伺服系统：匕0G0.8(300丽定位精度-(K)=0.8x(15-0.0419)=11.966.(2.28)根据上述计算结果，查滚珠丝杠副样本，选取滚珠丝杠副精度为2级，匕oo为8um。3 .滚珠丝杠副临界
38、压缩载荷F/；nax(2.29)式中：d2滚珠丝杠螺纹底径（mm）Lcl滚珠丝杠的最大受压长度（mm）FnJ一一滚珠丝杠副承受最大轴向压缩载荷（N）K?支承系数，取仁=2E,=lx2x（36xlO5=381759.3N2432.42Nc356924 .滚珠丝杠副的极限转速n,的效验为防止丝杠转速接近其固定振动频率时发生共振，需对丝杠极限转速进行校验黑愣争。,(2.30)式中：nc极限转速（r/min）;Lc2临界转速计算长度（mm）；E杨氏弹性模量；p材料密度；I一一丝杠的最小惯性矩；A一一丝杠的最小横截面积；K,安全系数，取0.8；f支承系数，取15.1；2支承系数，取3.927。369n-
39、15.1x-xlO7=17210r/min-2000r/minc56925 .基本轴向额额定静载荷验算（2.3D式中：fs静态安全系数，一般载荷，=12,有冲击或振动的载荷工=23。2x432.42=864.84NCo=73.O62KN,经校验，该滚珠丝杠副符合要求。3.X向进给系统机械部分设计在现代数控机床中，为得到高速下的平稳运行，并具有较高的定位精度且防止爬行，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差以及高寿命等特点，而滚动导轨和滚珠丝杠螺母副能较好的满足这些要求。因此本工作台的设计采用了滚动导轨加滚珠丝杠螺母副的组合。3.1 铳削工件时铳削力的
40、计算3.1.1 首先初步估算工作台的重量首先要初步估算工作台的重量及铳削工件的最大切削力才能进行设计。X轴方向移动的工作台尺寸：长X宽为900x400，重量约为3302.2N,最大行程630mm；设夹具及工件的质量约为200Kg,重量约为1960N；则X工作台总质量约为580.12kg,总重量约为5812.573N（包括夹具及工件）3.1.2 铳削力的计算铳床通常用于铳削平面和沟槽，铳刀又分为圆柱铳刀、立铳刀、盘形铳刀、面铳刀、半圆弧铳刀、T形槽铳刀，因铳削的材料不同切削力也不同，通过查相关资料，综合分析其中用面铳刀铳削碳钢时的铳削力最大,故按用立铳刀铳削碳钢时计算铳削力。铳削力与铳刀材料、铳
41、刀类型、工件材料的硬度、铳削宽度、铳削深度、每齿进给量、铳刀直径、铳刀齿数有关。可按金属切削原理及应用中的公式进行计算：F:=9.81x825aeaf75afZd-3n2x602铳削沟槽时采用粗齿高速钢立铳刀，按工件材料为%=75公斤力/毫米2的碳钢来设计。查金属切削手册，选择铳削用量为铳刀直径&=IOO/hw,铳刀齿数Z=6,铳削宽度=60/帆，每齿进给量盯=0.187加，铳削深度、=0.18必/z,铳刀的切削速度u=222m/min=37hnis。采用端面铳刀在主轴上的计算转速下进行强力切削，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。由丫=出得：=%=3.7/3.14x100x10-3
42、=i2r/s故F:=9.81x825x60x0.18075x510x6x100-13x12-012x60-2=4983N主切削力分解到X.方向上的分力是：Fx=0.9工=0.9x4893=4484.7N;由以上计算可知X方向的主切削力。3. 2滚动导轨选择计算3. 2.1滚动直线导轨副的计算1 .作用于滚动直线导轨副的载荷计算由于滚动直线导轨副的特殊结构，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四个方向额定载荷相等，且额定载荷大，刚性好，三个方向抗颠覆力矩能力大的特点，滚动导轨受力分析见图4.1。下层工作台的承载重约为卬=5812.573NZy=180mm,A,=300mm,L2-50mm,=95m
43、mEi，PC2 W PC3) PC4图3. 1滚动导轨受力分析图Pc =W W L, W L,1xx -42 Lo 2 L,PaWWL,WL.xx-42 4 2 LWWL,WLp,a =x/ + x -c3 42Lo2L,P“42 4 2Al(3. 1)(3. 2)(3. 3)(3. 4)将已知数据代入上式得:Pci =1 1 50 1 95I- - xx4 2 180 2 300x5812.573 = 1340.1Pc3 =P41 1 50 1 95xx4 2 180 2 3001 1 50 1 95xIx4 2 180 2 30050+ x4 2 180x5812.573 = 274.5Nx5812.573 = 1566.16/V195、-x x5812.573 = 3180.77N2 300J载荷成分变化，其计算载荷几：（3.5）_31（：+”工+”Z）zT式中：pn对应行程内的载荷；L,分段行程；L全行程等于；1(1340.1)3+(-274.5)3+(1566.16)3+(3180.77)3x40071600=3375.19Na3.375KN2.滚动直线导轨副的额定寿命（1）额定寿命的计算公式为:
