AbstractI 摘 要此次是設計完成一臺立式數(shù)控鏜床的機械部分。在設計中首先要合理的完成鏜床總體結構布局，包括床身結構設計，立柱結構布局和工作臺結構設計。其次對主軸系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)進行分析并設計計算，其中主軸系統(tǒng)的包括主軸、齒輪、液壓缸，伺服系統(tǒng)包括伺服電機、滾珠絲杠、軸承等。同時對滾動導軌和刀庫進行了選型設計，最后對主軸、滾珠絲杠、軸承進行了強度等·校核計算。因此要設計一臺數(shù)控鏜床，首先要了解數(shù)控鏜床的結構與工作原理，其次操作、維修、改進數(shù)控鏜床也至關重要。本文介紹了數(shù)控鏜床的主軸系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、刀庫轉換系統(tǒng)等的設計要求及結構特點，對于系統(tǒng)各個部件也作了相關介紹。關鍵詞：數(shù)控鏜床；伺服電機；滾珠絲杠；軸承；液壓缸AbstractI I關鍵詞： AbstractIn design, you can see the machining part design of verteal machining center. In the design, we deal with such systerm problems as the selection of motors,ballscrew,bearing and such headshaft systerm as gear hydraulic pressure iar and lathebed worktable.We explain the choosing of the material of rarious kmds and the assembling of the whole machine. And we check and calculate of the whole machine . And we cheak and calculate the main machine compoents.Therefore study the structure and working principle is the premise of operate、maintain、improve Numerical-controlled millng machine, it is the basic of designing Numerical-controlled millng machine.Introduced the characteristics, the design request and the structure characteristicses of Principal axis system 、Servo system and Tools system of Numerical-controlled millng machine according to this text, also made a introduction for the system parts.KeyWords： Numerical control millng machine;Ballserew;Hydraulic pressure jar;Headshaft.目 錄I II目 錄摘 要 .I關鍵詞： Abstract II1 綜述 12 機械結構及布局設計 52.1 床身結構設計 52.1.1 對床身結構的基本要求 52.1.2 床身結構布局及截面形狀 62.2 立柱的結構布局 62.2.1 對立柱的條件要求 62.2.2 立柱的結構布局 62.3 工作臺的結構設計 72.3.1 T 形槽 .82.3.2 工作臺其余結構 83 滾珠絲杠的設計 103.1 滾珠絲杠的傳動特點 103.2 滾珠絲杠副的運動原理 113.2.1 x 向絲杠螺母副的設計 .114.2.2 y 向絲杠的選型 174.2.3 z 向絲杠螺母的設計 174.3 滾珠絲杠副的傳動特點 174.4 電機的選型設計 184.4.1 伺服控制電機的基本要求 184.4.2 伺服電機的選型設計 183 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)設計 243.1 主軸組件設計 243.2 主軸組件需要滿足的條件 243.2.1 回轉精度 25目 錄I III3.2.2 主軸的剛度 253.2.3 主軸的抗震性 253.2.4 主軸的溫升 263.2.5 主軸的耐磨性 263.2.6 主軸的承載能力 263.3 主軸的設計 273.3.1 主軸的轉動 273.3.2 主軸傳動部件位置的合理布置 283.4 主軸的結構設計 293.4.1 主軸設計 293.4.2 主軸的設計計算 303.5 軸端設計 313.6 主軸的校核 323.6.1 主軸箱齒輪強度校核 323.6.2 齒輪接觸疲勞強度的校核 333.6.3 主軸強度的校核 333.7 主軸箱的潤滑 353.7.1 潤滑劑的選擇 353.7.2 管路設計 353.7.3 自動控制油溫的選擇 353.8 軸承的合理安排 353.9 主軸電機的選擇 363.10 主軸軸承的選擇和強度校核 363.10.1 支反力的計算 373.10.2 對于軸承使用壽命的計算 383.11 傳動齒輪的設計 393.11.1 齒輪的尺寸 393.11.2 雙聯(lián)齒輪的設計 40目 錄I IV3.11.3 齒輪的結構設計 413.11.4 齒輪的強度校核 415 液壓缸的選擇設計 .455.1 液壓傳動的特點 455.2 液壓工作原理 465.3 液壓缸的選取 465.4 液壓缸的設計和計算 476 刀庫的選擇 .486.1 刀庫的種類 486.2 刀庫交換裝置 486.3 刀具識別裝置 496.4 刀庫的換刀方式 496.5 刀庫的選擇 49結 論 50致 謝 51參考文獻 52目 錄I V買文檔就送全套 CAD 圖紙 加 414951605目 錄I VI01 綜述1.1 數(shù)控鏜床的主要優(yōu)點1. 能完成復雜型面的零件加工。2. 可以提高零件的加工精度,穩(wěn)定產品的質量,由于數(shù)控機床是按照預定的程序 自動加工的，加工過程不需要人工干預,而且加工精度還可以利用軟件來進行校正和修補,因此可以獲得比機床本身精度還要高的加工精度和重復精度。3.可以提高生產率.一般一臺數(shù)控機床比普通機床可提高效率2-3倍。由于工序集中，容易適應多品種、中小批量生產。4.可以一機多用,有的數(shù)控機床一次裝夾可完成多部位的加工,可以替代5-7臺普通機床,并節(jié)省了廠房面積。5.幾乎不需要專用的工裝卡具，可發(fā)揮其“多工序集中”的優(yōu)勢，在一臺機床上完成多個工序，大大減少在制品數(shù)量,從而加速了流動資金的周轉, 提高了經濟效益。6. 大大減輕了工人的勞動強度。1.2 數(shù)控機床的發(fā)展方向機械制造業(yè)是一個民族經濟的支柱產業(yè)，其技術水平高低已成為衡量一個地區(qū)甚至國家經濟發(fā)展水平的重要標志。美國、日本等發(fā)達國家有很大部分的財富都來源于機械制造業(yè)，我國機械制造業(yè)也后來居上，可以說，機械制造業(yè)決定了國家的繁榮和昌盛。機械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平也反映了一個國家的科學技術水平。工件的加工效率、所需的生產成本多少、加工質量的優(yōu)劣是衡量機械制造業(yè)技術水平的標志，全面提高這幾項行業(yè)將會得到飛躍式的發(fā)展。15 世紀出現(xiàn)了水力驅動的炮筒鏜床。1774 年英國人 J.威爾金森發(fā)明了炮筒鏜床，第二年用作瓦特蒸汽機加工汽缸體。1776 年他又制造了一臺比較精確的氣缸鏜床。1880 年，德國開始生產帶前后立柱和工作臺的臥式鏜床。為了適應特大、特重1工件的加工，20 世紀 30 年代發(fā)展出了落地鏜床。隨著銑削量的增加，50 年代出現(xiàn)了落地鏜銑床。20 世紀初期，隨著鐘表儀器制造業(yè)的迅速發(fā)展，為了加工孔距誤差較小的設備，在瑞士出現(xiàn)了坐標鏜床。為了提高鏜床的定位精度，現(xiàn)在已經廣泛地采用光學讀數(shù)頭或數(shù)字顯示裝置。一些鏜床還采用了數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)坐標的定位和加工過程的自動化。數(shù)控鏜床同其他機床一樣，其技術水平的提高也表現(xiàn)在固有技術（如高速、高精度化等）的發(fā)展和新技能（如智能化、網(wǎng)絡化等）的應用上。我國自從改革開放以來，加快了數(shù)控機床的引進和研制，由于技術并不完善，在國內大中型企業(yè)中數(shù)控機床并未得到廣泛應用，因此極大地束縛了這類企業(yè)經濟的迅速發(fā)展，本設計在保證精度準確的基礎上，還最大限度的降低生產成本，既檢驗了我在大學四年中所學知識是否掌握并熟練運用，也是為步入職場鋪下一塊堅實的墊腳石。此設計包括：數(shù)控鏜床總體結構布局、床身結構設計、立柱結構布局、工作臺結構設計。滾珠絲杠選型設計、滾動導軌設計。滾動導軌選型設計、主軸箱結構設計、傳動齒輪設計，軸承選型設計、液壓缸選型設計，刀庫選型設計、主要件的強度校核，伺服進給電機選型設計、聯(lián)軸器選型設計。（1）數(shù)控鏜床高速化，是指主軸轉速、進給速度的高速化。以下措施可以實現(xiàn)機床主軸的高速：選用陶瓷軸承使用陶瓷材料 SiN 制成軸承滾動體，而內圈則仍用軸承鋼制造的軸承。選用陶瓷作為滾動體，因為它重量輕，是軸承鋼的 40%；熱膨脹率低，是軸承鋼的 25%；彈性膜量大，是軸承鋼的 1.5 倍 10。2轉速越高，滾動體引起的離心力和慣性滑移越高。選用陶瓷滾動體，大大地減少了離心力和慣性滑移，進一步地提高了主軸轉速。但目前其價格昂貴，且壽命、可靠性等試驗數(shù)據(jù)還未確定，扔需進一步改進和完善。但陶瓷軸承的優(yōu)越性是不容置疑的，而且已應用于部分正式產品的數(shù)控機床上。 主軸軸承采用預緊量可調裝置早期主軸的預緊方式是固定預緊量式，但由于軸承滾動體離心力的影響，主軸在低速區(qū)和高速區(qū)的剛性有所差異，從而影響了主軸在全轉速范圍內的穩(wěn)定切削。隨著主軸轉速的高速化發(fā)展，要實現(xiàn)低速時的高剛性和高速時的低發(fā)熱，固定預緊量方式已無法滿足其要求，于是出現(xiàn)了隨著轉速自動改變軸承預緊量的結構。在低速區(qū)由活塞頂緊，實現(xiàn)高剛性固定預緊量式，而在高速區(qū)活塞松開，只靠彈簧預緊，實現(xiàn)頂壓預緊。 改進主軸軸承潤滑、冷卻方式:以往，加工中心主軸軸承的潤滑方式大多采用油脂封入式潤滑。為了滿足主軸轉速向高速化發(fā)展的要求，相繼開發(fā)了新型潤滑、冷卻方式。油氣（oil air）潤滑方式：這種潤滑方式與油霧潤滑相似，但兩者有原則上的區(qū)別。油氣潤滑是定時定量地把油霧送入軸承空隙中，這樣既保證了油霧潤滑，又不會污染周圍空氣。噴注（jet）潤滑：它用較大流量的恒溫油（每個軸承 34L/min）噴注到主軸軸承，以實現(xiàn)潤滑冷卻的目的。噴注的油是用兩臺排油泵強制排出的。（2） 精密化 速度固然重要，但精確也必不可少。隨著汽車、電子、航空等行業(yè)的迅猛發(fā)展，更要求我們所生產的工件達到極為精細的標準，這對加工設備精確性的不斷提高是一個極大的挑戰(zhàn)。因為急需一大批加工精度為“µ”級、主軸轉速高于312000r/min、快移速度大于 40m/min 的高效高精鏜床。為了順應發(fā)展的趨勢，滿足各生產商的需求，鏜床將會向著高精密方向發(fā)展。（3） 復合化復合化指的是功能的復合化與工序的復合化，新興的數(shù)控機床已將粗加工與精加工緊密結合，同時把車，鏜，銑，鉆，磨等工序整合到一起，將非加工輔助時間減至最少，擴大了機床的試用范圍，進一步提高了機床的生產效率。（4） 高可靠性數(shù)控機床的可靠性是衡量數(shù)控機床產品質量的一項關鍵性指標?？煽啃缘母叩椭苯佑绊憯?shù)控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率以及最終的效益。(5) 智能化、網(wǎng)絡化、柔性化智能化運用在數(shù)控系統(tǒng)的各個方面，如工藝參數(shù)自動生成、智能化主軸監(jiān)控功能、智能化維護監(jiān)控功能、智能化振動防止功能、語音導航功能、智能化平衡失調檢測功能等。網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近年來比較被關注的一點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足了制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式，如虛擬企業(yè)、全球制造等的基礎條件。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各各國家制造業(yè)發(fā)展的一大趨勢，是先進制造領域的基礎技術。42 機械結構及布局設計2.1 床身結構設計主機：它是數(shù)控機床的主體，包括床身、立柱、主軸、進給機構等部件。它用于完成各種切削加工。 床身、床頭箱的尾座應注意排屑、冷卻、潤滑、和維護。2.1.1 對床身結構的基本要求機床的床身是整個機床的基礎支承件，用來放置導軌、主軸箱等重要部件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高可靠性和高自動化程度的要求，數(shù)控機床應比普通機床有更高的靜、動剛度，更好的抗震性。因此數(shù)控機床在以下幾個方面應有更高的要求。1) 很高的精度和精度保持性在床身上有許多安裝零部件的加工面和運動部件的導軌面，這些面自身精度和相對位置精度要求就很高，并且需要保持很長時間。此外機床在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都是傳到床身上的，因此床身受力極為復雜。為保證零部件之間的相互位置和相對運動精度，除了滿足幾何尺寸、位置關系精度等要求外，還要滿足靜、動剛度和抗震性、熱穩(wěn)定性、工藝性等各方面技術要求。2) 應具有足夠的靜、動剛度靜剛度包括床身結構剛度、局部剛度和接觸剛度，應采取相應的措施，使它們最后都達到較高的性能。動剛度直接反應機床的動態(tài)特性，它保證了機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力，同時抵抗受迫振動及自激震動而產生的噪音。3) 較好的熱穩(wěn)定性對于高精度的數(shù)控機床來說，熱穩(wěn)定性是一個突出問題，必須在設計中考慮到整體的熱變形狀況，保證變形度達到最小，使其對精度的影響力盡可能達到最小。52.1.2 床身結構布局及截面形狀1) 床身各種各樣的結構形式。床身分為平床身、斜床身、平床身斜導軌和直立床身等四種類型。床身是基礎支撐部件，必須具有足夠高的靜、動剛度保持性，肋板布置適當，又能保證良好的冷熱加工工藝性。加工中心的床身有固定立柱式和移動立柱式兩種，本次設計采用的是固定立柱式，由溜板和工作臺來實現(xiàn)平面上 X、Y 坐標的移動，床身結構較為簡單,一般適用于中小型立式和臥式加工中心。2) 床身肋板一般依據(jù)床身結構和載荷分布情況進行設計為了滿足床身剛度和抗震性要求，V 形肋有利于加強導軌支撐部分的剛度，斜方肋和對角肋結構可明顯增強床身的扭轉剛度，且便于設計成全封閉的箱型結構。床身截面的形狀受機床結構設計條件和鑄造能力的約束，以及使用廠家習慣的影響，種類較多，主要有橫向、縱向和斜向三類。縱向肋板可加強抗彎剛度，橫向肋板對加強抗扭剛度有顯著效果。斜向肋板對提高抗彎剛度有所幫助。當肋板厚度相同時，米字形肋板結構抗彎剛度接近“#”字形結構，而抗扭剛度則是“#”字形結構的數(shù)倍。此外縱向肋板和橫向肋板分別對抗彎剛度有顯著效果：米字形肋板和“#”字形肋板的抗彎剛度也較高，米字形肋板更為突出，但米字形肋板加工工藝性差，制造工時較長。2.2 立柱的結構布局2.2.1 對立柱的條件要求立柱必須在承受切削力、震動、溫度變化等條件下依然保持正常工作。它必須支撐主軸箱體，使其能夠順著垂直方向上下移動。2.2.2 立柱的結構布局數(shù)控鏜床的主軸箱在框式立柱中間，立柱應設計成對稱形結構；同過比較分析并在設計中采用“X”形來布置隔板與筋條。61) 立柱和床身的連接立柱與床身的連接，一般采用螺栓緊固，圓錐銷定位的方式。考慮到連接的實際應選取 12 個螺栓，連接草圖如下：圖 1. 立柱與工作臺的布局立柱和機床身的連接采用螺栓與圓柱銷的定位方式，是為了最大限度的提升立柱和機床身接觸剛度，采用了以下方法：提高有效接觸面的平面度，盡量減小其粗糙度。以此來提升集合強度;強緊得方法。2) 立柱的導軌精度立柱底面對主導面的垂直度：0.01mm直線度：0.0060.015mm安裝底面與主導面的垂直度：0.050.001mm 16兩導軌扭曲度：0.010.015 162.3 工作臺的結構設計使用矩形的工作臺，并開 T 形槽，且不做分度運動，如下圖：立 柱 主軸箱7400600圖 2. 工作臺的結構2.3.1 T 形槽18H814302014圖 3. T 型槽的結構和尺寸2.3.2 工作臺其余結構1) 為了方便安裝，應采用 Z 方向絲桿的螺母座與工作臺分離式結構，具體的形式結構見總裝配圖；2) 為了防止切屑對防護罩造成影響，固在工作臺的兩邊加上擋板；83) 為防止切屑對導軌造成影響，安裝防護板，板的大小由加工工作要求來確定，詳情見總裝配圖；4) 為便于安裝，盡量減小零件，因此采用工作臺在導軌上面滑動，應在工作臺上面鉆油孔，方便潤滑；5) 工作臺座的作用：(1) 安裝 X 方向減速箱；(2) 作 Y 方向上進給運動的滑動體；(3) 安裝 X 方向進給滾動導軌和該方向上絲桿螺母；(4) 支承工作臺；(5) 容納 X 方向上進給絲桿的潤滑油；(6) 作 X 方向上的進給絲桿支撐箱體。93 滾珠絲杠的設計需按所設計機構的最大載荷、最高速度初選一個滾珠絲杠的公稱直徑，其中包括循環(huán)方式。再按馬達的轉速等要求初選滾珠絲杠的導程。然后根據(jù)定位精度的要求，作定位精度、重復定位精度、壓桿穩(wěn)定性、極限轉速、極限壽命以及 Dn 值等各項校核試驗并修正初選值。3.1 滾珠絲杠的傳動特點1) 滾珠絲杠與滑動絲杠副相比驅動力矩為 1/3：由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在作滾動運動，因此可以得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結果動力只需為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電方面很顯著；2) 高精度的保證：采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、可將軸向間隙調整得很小，依舊能夠輕便地傳動。若加入適當預緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更優(yōu)良的剛性，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，以便達到更高的精度；3) 微進給：由于滾珠絲杠副是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動中那樣的爬行現(xiàn)象，能夠保證實現(xiàn)精確的微進給。4) 無側隙、剛性高：滾珠絲杠副可以加予壓力，壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性（在實際用于機械裝置時，滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力，滾珠間的斥力可使絲母部的剛性增強）；5) 高速進給：滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小，固可實現(xiàn)高速進給運動；6) 高可靠性：與其它傳動機械、液壓傳動等相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也更為簡單，只需進行一般的潤滑和防塵即可。在特殊場合中可在無潤滑狀態(tài)下工作；7) 高耐用性：鋼球滾動接觸面均經過硬化（HRC5863）處理，并經精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對磨損甚微，故具有較高的使用壽命，精度保持更為持久。由上面可以歸納出傳動特點為：10(1) 傳動可逆；(2) 使用可靠；(3) 同步性好；(4) 預緊性好；(5) 使用壽命長；(6) 定位精確；(7) 效率較高；(8) 運動穩(wěn)定。3.2 滾珠絲杠副的運動原理滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以鋼球為滾動體的螺旋轉動部件，它將螺旋運動變?yōu)橹本€運動。滾動絲杠副的運動位置機理就是用滾動摩擦代替滑動摩擦。在絲杠和螺母副上有圓弧形螺旋槽，在絲杠與螺母旋合螺旋槽間放置適當數(shù)量的鋼球作為中間轉動體，借助滾珠返回通道，絲杠或螺母副轉動時，震動滾珠沿著滾道導珠管不斷循環(huán)從而實現(xiàn)周而復始的滾動。3.2.1 x 向絲杠螺母副的設計1) 型號選擇 (參考的是南京工藝裝備廠生產的精密滾珠絲杠)(1) 選擇型號：FFZD 型浮動內循環(huán)墊片預緊式滾珠絲杠；(2) 滾珠絲杠的導程：電機與絲杠直接相連(3) 調整方法:改變墊片的厚度尺寸,使雙螺母重新獲得所需要的預緊力·······················(41)3maxn10NVP式中： 電機最高的轉速根據(jù)要求取ax min/150maxrN 工作臺最高移動的速度根據(jù)要求取mVV固因此可以得出 Pn10112) 確定當量轉速和當量載荷表 8. 各種切削方式下的參數(shù)切削方式 縱向切削力 Pxi(N)垂向切削力 Pzi(N)進給速度V1(m/min)工作時間百分比絲杠軸向載荷(N)絲杠轉速r/min強力切削 2000 1200 0.6 10 1677 75一般切削 1000 500 0.8 30 1607 100精切削 500 200 1 50 1077 125快速進給 0 0 12 10 557 1500(1) 各種切削方式下絲杠轉速Ni= PnVi13取 V1=0.6 V2=0.8 V3=1 V4=12則 N1=60r / min N2=80r / minN3=100r / min N4=1200r / min(2) 絲杠的軸向載荷各種情況下：····················(42)ziPWPF21xii經過查表可以得到： 01x102x503xP4xz 5z 2zz通過已知道的條件得： 工作臺的最大行程：600mm. 工作臺的重量： 917.N.8.0641定位精度 全行程m30/2m重復定位精度動摩擦因數(shù)： 靜摩擦因數(shù)：.2.0要求壽命：20000h 工件和夾具的最大重量 KNW1快速進給速度 in/15V因此 NPWPFZX 321097.02121 451261.5323ZX 941412(3) 當量轉速 mNmin/190/10/10/10/tn 432m rtntntn(4) 當量載荷 F········(43) 3 433231m /t/t mm NFttF通過計算得出： N67m(5) 各種切削方式下絲杠轉速選取 3nii10PV.601.82V1324V可以得出 in/rNmin/0rN343) 預計將要達到的額定動載荷 aC(1) 通過預期的工作時間可以估算：·······················(44)cawm3hamf106FLNC通過機械設計手冊查表：輕微的沖擊 13 級取.31fw1fa已知 可靠性 固選取 2h 097540cN276./.315201963am (2) 通過選用預緊式滾珠絲杠副，依照最大的負載荷 計算可得maxF··························(45)maxaxFfCe通過查表 12 12 5.4Cam5.149325.4通過計算選擇所求結果的最大值即 N764) 確定最小螺紋的底徑(1) 估算絲杠允許的最大軸向變形量=(1/3 1/4) 重復定位精度m已知:重復定位精度 10 ,定位精度 20m=(1/3 1/4) 重復定位精度 3=(1/3 1/4)定位精度 6取以上兩種的最小值 取 =3(2) 估算最小螺紋的底徑 m2d·······················(46)9.301d0m2LFEQ13·······················(47)ph104.21L已知行程 351WF10L.2所以可以得到 m7.3/9.dm25) 對滾珠絲杠副規(guī)格的確定：(1) 通過 選取相對應的滾珠絲杠副aC2Wch5010 10nP.623d.74m2(2) 調整方法：通過襯套外循環(huán)的齒差來調節(jié)預緊雙螺母的調節(jié)。(3) 滾珠絲杠副預緊力的確定max31FPN107pNF321max6) 行程的補償(1) ··················(48)3-t8.LC····················(49)ank2L上式中的 04nPm10k53n(2) 1356LC.52t預拉伸力為 2ttd.9F所以有 N89.74.t 7) 滾珠絲杠副支撐作用的軸承型號的確定(1) 緊力 ；B03/123/1maxbp(2) 選型為兩端固定支撐背對背 60 度接觸角推力角接觸的球軸承；(3) 所選徑 D 應該微小于 取整 ；.74d2 m4d(4) 軸向的載荷 NFB 120893tmaxa 通過計算選取軸承的型號 40TAC72A8) 計算絲杠上螺紋的長度(1) 通過查表可知 ；es2LU4eL(2) 端固定支撐的長度 ；139(3) 長度 187mm；(4) 固定點和起點的長度 ；m0(5) 絲杠的總體長度 。16L149) 傳動系統(tǒng)的剛度(1) 軸承的組合剛度；·····················(410)32max2sind4.2FZKQBD是預加載荷的 3 倍，amxFN9517Z604.dQ所以 NKBD 10946sin9543.17.322滾珠絲杠副的滾道與滾珠接觸的剛度·····················(411)/1caPCF通過已給的條件可以得到 FP10Ca380mNKc/140(2) 拉剛度··················(412)21smin0d.6LK最大的抗壓剛度為：875134.2.6.21sin 01022smax4d.6LK所以可以得到 58smax10) 剛度的演算··················(413)scsminin11KK于是 30192851740csinin scsmaxax11KK于是 31092154870csaxax 15(1) 傳動系統(tǒng)剛度的演算··················(414)反 向 差 值0min.6F1K12.67.0in 反 向 差 值 0.3510F因為 maxinK所以可以知道傳動系統(tǒng)的剛度合格。(2) 傳動系統(tǒng)剛度的變化引起的定位誤差 k·················(415)maxin0k1-F m8.2631-2780-axin0k K(3) 絲杠精度的確定任意的 300mm 內的行程變動量 V300 因為 .7430因此 絲杠的精度選為 3 級。(4) 滾珠絲杠的確定選定的型號為 FFZD,絲杠全長 1700,公稱直徑 50,導程 10,螺紋長度 1393，P 類，3 級精度，代號：FFZD5010-3-P3/1700×1393(5) 演算強度因為 因此強合格.742d.362max(6) 傳動效率的計算：················(416)gt/其中 為螺旋升角絲杠的滾動摩擦系數(shù) 04,3.f為摩擦角絲杠滾動摩擦系數(shù) f=0.003 0.0042.015gt .1所以摩擦角為 1019 1345 取整 12所以 0g 2.98.02./.t gt(7) 臨界轉速的演算16················(417)7210CLdfnc通過樣本 .4 mLc 13609012 查表可以得到 則9.f ax7254.4. cn4.2.2 y 向絲杠的選型通過 X 方向絲杠的選型確定 Y 方向絲杠的型號為 FFZD6312-4-P3/1200×874 通過計算符合要求。4.2.3 z 向絲杠螺母的設計1) 所選絲杠型號為 FFZD 型公稱直徑為 50mm， 10nP2) 兩端固定支承距離 m87462L絲杠全長為 230+874=1114mm 因為 Z 方向上絲杠長度應小于 X 方向，所以 Z 方向絲杠合格。因此 Z 放向絲杠的型號選為 FFZD5010-4-P3/1700×13934.3 滾珠絲杠副的傳動特點1) 傳動效率高；2) 運動平穩(wěn)；3) 傳動可逆；4) 可以預緊；5) 定位精度高；6) 重復定位精度高；7) 同步性好；8) 使用壽命長；9) 使用可靠。174.4 電機的選型設計現(xiàn)代機電行業(yè)中經常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅動裝置是許多機電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術經濟指標選擇最適合的電機。4.4.1 伺服控制電機的基本要求1) 震動與噪音??；2) 功率密度與比率大即性能的密度大；3) 位置的控制精度高；4) 快速性好，即加減速扭矩小，頻率特性好；5) 可靠性比較高。與此同時還應該具備：機械特性：要求伺服電機的速降小、剛度大;快速響應的要求：這在輪廓加工，特別對曲率大的加工對象進行高速加工時要求較嚴格；調速范圍：這可以使數(shù)控機床適用于各種不同的刀具、加工材質;適應于各種不同的加工工藝；一定的輸出轉矩，并要求一定的過載轉矩。機床進給機械負載的性質主要是克服工作臺的摩擦力和切削的阻力，因此主要是“恒轉矩“的性質。4.4.2 伺服電機的選型設計1) 伺服電機應該滿足的要求：(1) 電機的額定轉矩應該大于最大切削力矩；(2) 快速進給頻率應該在預期值以內；(3) 在進給調速范圍內點電機的額定轉矩應該大于空載進給力矩；(4) 加速時間應該滿足預期的時間常數(shù)。2) X 方向伺服電機的選擇：(1) 最高轉速的選擇 伺服電機最高的轉速應該依據(jù)進給系統(tǒng)的快速進給速度絲杠螺距及傳動系統(tǒng)的減速比來確定，計算公式：················(418)min/nimaxrpVK： 工作臺要求快速進給的速度， min/15V: 絲杠的螺距， PP0.118: 裕度系數(shù)， K3.1K: 傳動系統(tǒng)減速比，因為是直連 I 1i所以 min/20.53.1maxrn(2) 負載轉矩計算················(419)iTPLFKTb10012雙螺母滾珠絲杠的預緊力矩20預緊力通常會選擇最大工作的載荷的 1/3 0F NF10732/0驅動力矩1T絲杠的預緊力矩的系數(shù) 0.1-0 選擇 0.15 所以KmNL6.251075.02絲杠導程 選擇 L0加在絲杠軸間的外載荷 PnWFP克服軸向外載荷所需的力矩12L法向載荷 W1移動部件的重量包括工作 1N06252.6導軌摩擦系數(shù) N.uP78.1901.滾珠絲杠的效率 1530 mNPL357298.01721mNcTb 24.29：傳動比 選取 因此 i 1iT 3.66041電機的選擇根據(jù) 是伺服電機的額定轉矩 根據(jù)設計手冊選取 BESK10TSS額定轉矩 11.8N·m 電機的輸出功率為 1.8KW 最大轉矩 78N·m3) 慣量匹配計算：負載慣量 與電動機的慣量 換算至電機的機軸之間有以下關系：1JmJ 1/4/1mlJ19(1) 工作臺的轉動慣量為：根據(jù)表 6.6-29 可知 1000kg 工作臺換算到 的絲杠上轉動的慣量是：10hP22cm.9kg1kg58.0(2) 確定聯(lián)軸器的轉動慣量：根據(jù)機床設計手冊第 3 卷表 6.6-19 可以得到飛輪 因此可有 22cmkg48GD221 ckg14/84/ GDJ(3) 傳動系統(tǒng)換算電機軸上面的總轉動慣量： 2321 cmkg57.34.7.9JL(4) 慣量的匹配計算：根據(jù)表可以得出 2mckg50所以 3.16miJ1/4/mlJ由上面可以看出符合慣量匹配關系。(5) 伺服電機的加減速能力的校核················(420)lmlat60n2JT當快速移動加速時候它的最大轉矩用上面公式計算可以得到快速移動時候的電機轉動速度 m min/r20n加減速度時間 at saKt3系統(tǒng)的開環(huán)增益 通常情況 25 到 8 sK加工中心通常 在這里選擇20s 1s因此有 ta167.83“''電動機轉子的慣量 mJ 25cmkgJm負載的轉矩 l .4L: LT321················(421)0n上面式中：:移動體的摩擦轉矩 1TmN1602/95.06.47:絲杠副的摩擦轉矩220mNLFKTa213/2:軸承的摩擦力矩BV94L 1.202941633因此則有 mNT 2.01.057.5因此由上面計算可以選 BESK10 的最大轉矩是 78N·m 符合條件4) Y 方向上伺服電機的選擇(1) 最高的轉速················(422)0maxnLVin/r21.ax(2) 脈沖編碼器的選擇：···············(423)i0LI r/10/1.3P(3) 負載轉矩的計算方法：···············(424)i20b0aLTFKT上式中 1PWPNF89326731max0a 5.0k4905.移動部件的重量（工作臺，工作臺架，工件）1W196051.8 NP27419605.10是絲杠的效率 內絲杠的預緊力的系數(shù)為8.K是支撐軸承的摩擦力矩 BTm.42NTB21··········(425)m9.428537.901245.1028931 NT通過機電一體化系統(tǒng)設計手冊取 BESK10 重要的參數(shù)：額定的轉矩 11.8N·m ；最大的轉矩 78N·m；最高的轉速 2000r/min;輸出的功率 1.8KW;5) 慣量的匹配計算(1) 聯(lián)軸器轉動慣量通過機床設計手冊3 卷表 66-19 可以看出22cmkg48GD1J(2) 移動部件的慣量 23 ckg5802.150J(3) 絲杠的轉動慣量通過機床設計手冊可以得到 242 cmkg57.1.0158. J(4) 換算到電動機的總轉動慣量 2321 cmkg.457.1.85JJL電動機的轉子慣量 2mckg0730JL即 可以看出符合要求。41mJL(5) 伺服電機加減能力的校核快速移動時的最大轉矩··············(426)LLJJTmat60n2上面式子中：2mckg57.1L min/r150n6.0at 31TJ移動體摩擦轉矩 1T mNa 213496052/0絲杠副的摩擦轉矩 2 NKF32軸承摩擦轉矩 BNB9422mNTBL6.221所以 mN 789.216.0157.50因此符合要求6) Z 方向上伺服電動機的選擇(1) 脈沖編碼器的選擇 rLI /p1051.033-i0(2) 最高的轉速為 min/20.max rPiVn(3) 負載轉矩的計算··············(427)i2kb0a01 TLFPT其中 N.312738max0a ··············(428)1PFPN78210所以選擇 BESK10 伺服電機 主要數(shù)據(jù)：最大的轉矩 78N·m； 輸出的功率 1.8KW；最高的轉速 2000r/min; 額定的轉矩 11.8 N·m7) 計算轉動慣量匹配(1) 聯(lián)軸器的慣量 221cmkg14GDJ(2) 絲杠的轉動慣量絲杠的主要數(shù)據(jù) 0hP14Lm50d2ckg9.46357.1LJ(3) 主軸箱的轉動慣量即 .0.89mL 41mJL通過上面計算可以知道符合要求(4) 電動機快速移動能力的校核