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1、课 程 设 计题 目 立 式 数 控 铣 床 工 作 台（X） 轴 设 计 学 院机械自动化学院专 业机电一体化专业学 号学生姓名指导教师日 期2011 年 1 月- 1 -目 录1 绪论.31.1 数控机床的特点.31.2 数控机床的发展.41.3 X、Y 工作台的设计.4 2 总体设计.5 2.1 本课题的技术要求.5 2.2 总体方案设计.52.3 系统组成方案.53 设计计算.7 3.1 主切屑力及其切屑分力计算 .73.1.1 计算主切屑力.73.1.2 计算各切削分力.73.2 导轨摩擦力的计算.73.2.1 切削状态下导轨摩擦力.73.2.2 不切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦
2、力.83.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力.8 3.3.1 计算最大轴向负载力.8 3.3.2 计算最小轴向负载力.83.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算.83.4.1 确定滚珠丝杠的导程.83.4.2 计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷.83.4.3 确定滚珠丝杠预期的额定载荷.93.4.4 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小的最小螺纹底径.10- 2 -3.4.5 初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号.113.4.6 由式 2-29 确定滚珠丝杠螺母副的预紧力.113.4.7 计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力.113.4.8 确定滚珠丝杠螺母副支撑用轴承的规格型号.114
3、滚珠丝杠螺母副的承载能力校验.134.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验.134.2 滚珠丝杠螺母副临界转速的校验.134.3 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验.135 计算机械传动的刚度.145.1 机械传动系统的刚度计算.145.2 滚珠丝杠螺母副扭转刚度计算.156 驱动电动机的选择与计算.166.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量.166.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩.166.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩.177 机械传动系统的动态分析.187.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率.187.2 计算扭转振动系统的最低固有频率.188 机械传动系统的误差与分
4、析.198.1 计算机械传动系统的反向死区.198.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差.198.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差.199 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格代号.20参考文献.21致谢.22- 3 -1 绪论1.1 数控机床的特点（1）具有高度柔性在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单间、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。（2）加工精度高数控机床的加工精度，一般可达到 0.005 .1mm，数控机床是按数
5、字信号形式控制的，:数控装置没输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲信号，而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床的定位精度比较高。（3）加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一个机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。（4）生产效率高数控机床可有效减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切屑量的强力切屑，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切屑加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。（5）改善劳动条件数
6、控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。- 4 -（6）利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造有机结合起来，是现代集成技术的基础。1.2 数控机床的发展数控加床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高
7、可靠性等。（1）工序集中 20 世纪 50 年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工具一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。（2）高速、高效、高精度 高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出。（3）方便使用 数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面1.3 X、Y 工作台的设计X-Y 数控工作台机电系统设计 是一个开环控制系统,其结构简单.实现方便而且能够保证一定的精度.降低成本,是微机控制技术的最简单的应用.它充分
8、的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高.- 5 -2 总体设计2.1 本课题的技术要求工作台、工件和夹具的总质量 m=918kg（所受的重力 W=9000N） ，其中，工作台的质量=510kg（所受的重力 W =5000N） ；工作台的最大行程 L =600mm；工作台的快速移动速度 V0m0 p=3000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数 0.15，静摩擦系数 =0.2；工作ax =0台的定位精度为 20 重复定位精度为 10 ；机床的工作寿命为 15000h。m机床采用主轴伺服电机，额定功率 P =5.5KW，机床采用
9、端面铣刀进行强力切屑，铣刀直径ED=16mm，主轴转速 n=380r/min,切屑状况如表 41 所示。表 2-1 数控铣床的切屑状况切屑方式 进给速度/（m/min） 时间比例/（%） 备注强力切屑 0.6 10 主电动机满功率条件下切屑一般切屑 0.8 30 粗加工精加工切屑 1 50 精加工快速进给 30 10 空载条件下工作台快速进给2.2 总体方案设计为满足以上技术要求，采取一下技术方案。（1） 工作台工作面尺寸（宽度 X 长度）确定为 400mm 1200mm。（2） 工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨冻面上贴聚四氟乙烯导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。（3） 对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预拉伸。（4） 采用伺服电动机驱动。（5） 采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。2.3 系统组成方案组成框图、功能、机械传动系统简图、主要设计参数，及方案分析、比较、说明- 6 - 7 -3 设计计算3.1 主切屑力及其切屑分力计算3.1.1 计算主切屑力 F 。z根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算
