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1、毕业设计说明书课程名称：毕业设计设计题目：经济型数控铣床X-Y 工作台指导老师：设计：班级：学号：目录设计题目 2 序言 3 总体方案的确定 4 机械部分的设计 6 数控系统的设计 18 心得体会 25 参考文献 25 设计题目：800200（工作台工作面积长宽mm） 经济型数控铣床x-y 工作台设计。数控 x-y 工作台设计参数规格工作台行程 （mm) 工作台、夹具及 工件重力（ N) 工作台快移速度 （m/min) 最大进给速度 （m/min) 走刀方向最 大切削分力/垂向最大 切削分力x,y 向相同启 动加 速时 间ms 定位精 度 mm x 纵向y 纵向x 纵向y 纵向x 纵向y 纵向
2、x 纵向y 纵向800 20 0 616 176 2750 4400 18 18 0.6 0.6 1500/1000 30 +0.01 -0.01 （参考资料的数据）2.机械部分的设计1.确定脉冲当量纵向： 0.005mm/步横向： 0.005mm/步2.计算切削力（1）根据已知条件，F1=1500N ， Fv=1000N 根据表 2-1 由已知的垂直最大切削力Fv 对eP取整处理则eP=3.3KW 对1150vF进行调整NvPFe Z03.2129103(2)计算各切削分子根据表 2-1 可得工作台纵向切削力F1,横向切削力Fc和垂向切削力Fv分别为 : F1=0.4Fz=0.4 2129.
3、03=851.61N Fc=0.95Fz=0.95 2129.03=2022.58N F =0.55Fz=0.55 2129.03=1170.97N 2.导轨摩擦力计算（1)按公式计算在切削状态下的导轨摩擦Fz。此时导轨动摩擦系数=0.15 ，查表镶条紧固力由差值法计算设在主电动机功率为3.3KW 时， Fg=x N xx20003.35.715005 .53.3x=1550 N Fg=1550 N 则F= （W+Fg+Fc+Fv)=0.15(7475+1550+2022.58+1170.97)=1832.78 N (3)按公式计算在不切削状态下的导轨摩擦力F0和导轨静摩擦力F0F0= (W+
4、Fg)=0.15 (7475+1550)N=1353.75 N F0=0（W+Fg)=0.2 (7475+1550)N=1805 N 3.计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力（1）按公式计算最大轴向负载为Famax=F1+F=(851.61+1832.78)N=2684.39 N (2)按公式计算最小轴向负载力FminaFmina= F0=1353.75N 4.滚珠丝杠的动载荷计算和直径估算。1） 确定滚珠丝杠的导程根据已知条件，取电动机的最高转速nmax=1500r/min, 则由公式的L0=mminv121500110183maxmax2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷将强力切削时的轴向
5、载荷定为最大轴向载荷Fmax快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向Fmin。一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷2F，3F分别可按下式计算：2F= Fmina+20% Fmaxa3F= Fmina+5% Fmaxa2F=1353.75+0.2*2684.39=1890.63 N 3F=1353.75+0.05*2684.39=1487.97N 数控铣床滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷 /N 进给速度时间比例 /(%) 备注强力切削2684.39 1v=0.6 10 1F=maxaF一般切削（粗加工）1890.39 2v=0.8 30 2F=minaF+20%ma
6、xaF精细切削（精加工）1487.97 3v=1 50 3F=minaF+5% maxaF快移和钻镗定位1353.75 4v=18 10 4F=minaF(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削条件下的转速Ni min/60min/10.106.03 01 1rrLvnmin/80min/10.108 .03 02 2rrLvnmin/100min/10.1013 03 3rrLvnmin/1800min/1010183 04 4rrLvn(3)按公式计算滚珠丝杠螺母副的平均速度mnmn=nnnqnqnqnq*100*100*100*10033 22 11min/260min/)18050246(m
7、in/)1800100101001005080100306010010(rrr(4)按公式计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷Fm Fm=33223 2113 1100100100nmn n mmqnnFqnnFqnnF=1531.691N 3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷amC（1）按预定工作时间估算。查表得载荷系数wf=1.3.已知初步选择的滚珠丝杠的精度为2级，查表得精度系数af=1，查表得可靠性系数cf=0.44，则由公式得amC=cawm hmfffFLn100603=30690.57N （2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以按公式估算最大轴向载荷。查表2-31 得：预加载荷系数ef=4.
8、5 则，amC=efmaxaF=4.52684.39=12079.76N （3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷amC。取以上两种结果的最大值，即amC=30690.57N 4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径md2（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为30m，重复定位精度为20m，根据公式以及定位精度和重复定位精度的要求得：1max=（ 1/31/2） 20m=（6.6710）m 2max=（ 1/31/4） 30m=（ 107.5）m 取上述计算结果的较小值，即max=6.67m （2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径md2。本
9、机床工作台（x 轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式滚珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为L=行程 +安全行程 +2余程 +螺母长度 +支承长度（ 1.21.4）行程 +（2530）0L取 L=1.4行程 +300L=（1.4560+3012） mm=1144mm 又0F=1805N，由公式得，md20.039max0LF=21.70mm 5）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的0L，amC，md2初步选择FFZD 型内循环垫片预紧螺母丝滚珠丝杠螺母副FFZD 4012-4 ，其共称直径0d，基本导程0L，额定动载荷aC和丝杠底径2d如下：0L=12mm，0d=40mm
10、，aC=36500NamC=30690.57 N 2d=32.7mmmd2=21.70mm 故满足要求。6）由公式确定滚珠丝杠螺母副的预紧力PFPF=max31 aF=894.89N 7）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力（1）按式 2-31 计算目标行程补偿值t。已知温度变化值t=2，丝杠的线膨胀系数=11106m/，滚珠丝杠螺母副的有效行程。uL=工作台行程 +安全行程 +2余程 +螺母长度安全行程（ mm）=eL=50LcL=20L=（560+510+210+108）mm=752mm 故：t=11 tuL106=0.017mm （2）按公式计算滚珠丝杠的预拉伸力tF。已知滚珠丝
11、杠螺纹底径2d=32.7mm，滚珠丝杠温升变化值t=2。则：tF=1.81 t2 2d=3870.8N 8）确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号（1）按公式2-33 计算轴承所受的最大轴向载荷maxBFmaxBF=tF+max21 aF=5212.995N (2)计算轴承的预紧力BPFBPF=31 maxBF=1737.665N （3）计算轴承的当量轴向载荷BamF=BPF+mF=3269.355N （4）按照公式2-15 计算轴承的基本额定动载荷0C已知轴承的工作转速n=mn=230r/min ，轴承所承受的当量轴向载荷BamF=3269.355N。轴承的基本额定寿命L=20000h 。轴
12、承的径向载荷rF和轴向载荷aF分别为：rF=BamFcos60=3269.3550.5N=1634.68N aF=BamFsin60=3269.3550.87N=2844.34N ra FF=68.163434.2844=1.74 2.17 查表 2-25 得，径向系数x=1.9，轴向系数y=0.54 故： P=XrF+YaF=4641.83N C=100P360hnL=30222.2N （5）确定轴承的规格型号。因为滚珠丝杠螺母副拟采用预拉伸措施，所以选用60角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杠两端固定的支承形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径2d=32.7mm，所以选用轴承内径 d 为 30m
13、m 以满足滚珠丝杠结构的需要。在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60角接触轴承两件一组背对背安装组成滚珠丝杠的两端固定支承方式，轴承的型号为：760306TNI/P4DFB ，尺寸（内径外径宽度）为30 mm72 mm19mm，选用脂润滑该轴承的预载荷能力 BPF=2900 N , 大于计算所得的轴承预紧力BPF=1737.665N 。并在脂润滑状态下的极限转速为1900 r/min ,高于滚珠丝杠的最高转速nmax=1500r/min ，故满足要求。该轴承的额定动载荷为C=34500 N,而该轴承在20000h 工作寿命下的额定载荷 C=30222.2 N ，也满足要求。9)滚珠丝杠螺母副的承
14、载能力校验1.滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 本工作台的滚珠丝杠支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。因此， 不存在压杆不稳定问题。2.滚珠丝杠螺母副临界转速cn的校验根据图知，可得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度2L=966mm。一直弹性模量E=2.1510MPa，材料密度 =g1 7.8510N/3mm，重力加速度g=9.8310mm/2s，安全系数1K=0.8，由表 2-44 得 =4.73 滚珠丝杠的最小惯性矩为：I= 644 2d=679094mm滚珠丝杠的最小截面积为：A= 42 2d=923.542mm故可由公式2-36 得：cn=1K2 22260LAEI=8830.87r/min 本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为1500r/min ，远远小于其临界转速，故满足要求。3.滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验滚珠丝杠螺母副的寿命主要指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、 精度相同的滚珠丝杠在相同的条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥
