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1、目 录1机床课程设计的目的-22纵向进给系统的设计计算-22.1设计参数-22.2工作过程分析-32.3丝杠螺母静态设计-32.4丝杠螺母动态设计-52.5变速机构设计-72.6电机的静态设计-93进给系统的结构设计-113.1滚珠丝杠螺母副的设计 -113.2确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号-12总结与体会-13参考文献-141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
2、分知识。1.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2.1设计参数：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，已知数据如下：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 2.2工作过程分析机床在工作时，按照加速-工进-
3、减速-反向加速-工进-减速-加速这样一个过程循环。图1给出电机转矩在一个工作周期内随时间变化的范围。2.3丝杠螺母静态设计（1）确定动载荷，由图1可见，工作循环周期T由加速时间和加工时间组成，计算如下： 在减速期间的平均转速为： 工作进给时转速将上述数据带入式（5-131）中可得当量转速：载荷系数由表5-13取当量载荷由式（5-129）计算，则当量载荷为将已知条件、，并算出 代入上式 取滚珠丝杠寿命为20000h，从式（5-132）算出该滚珠丝杠的动载荷 14574（2）确定静载荷 最大轴向力可近似取最大加工受力，即由表5-14取静态安全系数，根据式（5-135）得静载荷 （3）根据轴向压力选
4、取丝杠直径。由式（5-139）可得 （5-149）由 L=0.55（m）=550(mm)查表5-15得 m=20.3代入上式得 故 （4）转速限制1）最大转矩限制：由式（5-138）得 （5-150）由和A=60000得2）临界转速限制：由式（5-137）得 （5-151）由，L=550(mm),f=21.9(见表5-15)得 （5）选择丝杠直径：由上面计算结果得： 根据以上数据，从厂家产品样本中可选取丝杠直径。如表5-21所示。 表5-212011075221722515975341703225909569304029427734092.4丝杠螺母动态设计(1)确定丝杠螺母传动的总刚度1）扭
5、转刚度：由式（5-141）可得对于钢的抗扭刚度量纲公式 (5-152)式中 丝杠底径（mm）； 丝杠自由长度（m）.由式（5-121）可得将济钢扭转刚度折算成工作台（执行件）直线刚度公式 （5-153）式中量纲：，,L(m).由上式可算出 21982）拉压刚度：由式（5-140）可得对于钢的拉压刚度量纲公式 （5-154）式中量纲，,L（m）.根据已知条件可得 3)总刚度：对于“双推-双推”式支撑的丝杠螺母传动装置，其刚度的等效图如图2。设螺母位于丝杠中间，于是 系统的总刚度为 （5-155）将已知条件代入，得系统总刚度 =（2）确定机械谐振频率 机械传动部件的谐振频率 （5-156）故 （3
6、）确定具有满意动态性能的丝杠直径。电气驱动部件的谐振频率取下列值，则其动态性能较好，即取 采用常规的比例位置调节，为使机械传动部件的动态性能不影响系统总的动态性能，应当使 但是，根据本课题中选择的丝杠直径，只能得到 因此，丝杠直径应该跟大一些若取代入式（5- 156）得 将此总刚度带入式（5-155），、和为已知常数，再由式（5-153）和式（5-154），得 2.5变速机构设计已经知道。电器驱动部件具有二阶振荡环节的性能，其谐振频率 阻尼比 电气时间常数 机械时间常数 式中 -驱动线路总电感; -驱动线路总电阻； -电机扭矩常数； -电机反电动势系数。机械时间常数里的是电机轴上总的转动惯量
7、为使电气驱动部件获得最大的谐振频率，必须使计算到电机轴上的机械部件转动惯量最小。这一点可以借助减速机构达到。如上图中电机轴上的小齿轮，其直径及齿宽，根据传递的动力由最小齿轮及模数的要求决定。当小齿轮设计完毕，它的转动惯量就是已知的。大齿轮转动惯量可由和降速比i近似确定，即 根据 5.6.4节转动惯量的折算方法，机械部件折算到电机轴上的总转动惯量为 （5-157）式中 电机转动惯量; 小齿轮转动惯量; 丝杠转动惯量; 工作台折算到丝杠上的转动惯量， 令，得满足最小惯量要求的相对额定降速比 （5-158） 根据所设计系统的已知条件，得 丝杠的转动惯量为 （5-159） （5-160）式中 丝杠质量
8、; 包括轴颈的丝杠总长; 钢的密度， （）将已知条件代入，得小齿轮由齿轮设计确定，其转动惯量为已知，设。将、代入式（5-158），得根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为、，模数m=2，齿宽 =20mm， =18mm.2.6电机的静态设计（1）计算。由式（5-157）得 根据上面球的的最佳传动比和其他参数，得 （2）确定电机额定转矩。工作台加速和加工力所引起的当量力矩 （5-161）式中 -丝杠传动效率; -当量载荷，已经算出为1484（N）。故得 丝杠加速度 （5-162）丝杠加速所需的转矩 （5-163）由图1可知，由丝杠加速所硬气的当量力矩 （5-164）由式（5-162）、（5-163）、（5-164）可得 丝杠螺母传动机构的总当量力矩为 （5-165） 电机轴角加速度 （5-1
