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1、天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书1第 一章 横向进给系统的设计计算1.1 技术要求：工作台、工件和夹具的总重量 =950kg，其中，工作台的质量m=550kg（所受的重力 =5000N）；工作台的最大行程 =600mm；工作台快0m0WpL速移动速度 =15000 ；工作台采用滚动直线导轨，导轨的动摩擦系数maxvin=0.01,静摩擦系数 =0.01；工作台的定位精度为 25 ，重复定位精度为 18u0uu；机床的工作寿命为 20000h（即工作时间为 10 年）机床采用伺服主轴，额定功率 =5.5 ，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径 D=125mm，主轴EPkw转速 n
2、=200 ，切削状况如表所示in/r切削方式进给速度/ mi)(时间比例/(%) 备注强力切削 0.6 10 主电动机满功率条件下 切削一般切削 0.8 30 粗加工精加工切削 1 50 精加工快速进给 15 10 空载条件下工作台快速 进给1.1.2 总体设计方案：为了满足以上技术要求，采取以下技术方案。（1） 对滚珠丝杠螺母进行预紧；（2） 采用伺服电动机驱动；（3） 采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连；（4） 采用交流调频主轴电动机，实现主轴的无级变速。1.2 设计计算1.2.1 关于主切削力及其切削分力计算天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书2（1）计算主切削力 。
3、ZF铣刀的切削速度为 33.14250/1.3/606Dnvmss若主传动链的机械效率 ，按式 可计算主切削力 ；8.m0vPFEzZF-机床主轴的计算转速（主轴转速全部功率时的最低切削速度， ；v sm/-机床主传动系统的传动功率，一般取 。m 8.0m330.85115.7mEzPFNv（2）计算各切削分力。查表得工作台纵向切削力 、横向切削力 和垂向切削力 分别为1cFvF0.4.358.7134.5z95908czFN.vz1.2.2 关于导轨摩擦力的计算（1）动摩擦系数 ，其推荐值可查表得镶条紧固力 =75N0.1gf=0.01(9310+75+3190.84+1847.33)N=1
4、44.23N)(vcgFfWF(2)计算在吧切削状态下的导轨摩擦力 和导轨静摩擦力 。0F0F=0.01（9310+75）N=93.85N)(0gf=0.01(9310+75)N=93.85NF1.2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力（1）计算最大轴向负载力=（1343.51+144.23）N=1587.74Na1mx（2）计算最小轴向负载力 minaF=93.85N0ina1.2.4 关于滚珠丝杠选型设计计算天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书31）确定滚珠丝杠的导程取电动机的最高转速 min/150maxrnivL10ax02)计算滚珠丝杠螺母副得平均转速和平均载荷（1）估算在
5、各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷 ，快速移动和钻镗定位maxF时的轴向载荷定为最小轴向载荷 。一般切削( 粗加工)和精细切削（精加工）minaF时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷 、 分别可按下列公式计算：23， ，并将计算结果填入表中。maxin2%0aFFmaxin3%5a切削方式 轴向载荷/N进给速度/()i时间比例/() 备注强力切削 1587.74 6.01v10 max1F一般切削（粗加工） 411.40 8.230axin2%0a精细加工（精加工） 173.24 13v50 maxin35aF快移和定镗定位 93.85 max4v10 min4a
6、(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速 in/60/106.301 rrLvnmin/8i/8.302i/10i/1303 rrLvn天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书4min/150in/105304 rrLvn（3）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速 。mmin/230i/)15010583601(.21 rrnqnqm （4）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷 。mF3331233333 .0101068105150587.44.7.249.821nmmqnqFF NN3)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。查表得在和性质系数 。已知初步选max5.4F
7、fe择的滚珠丝杠的精度等级为 2 级，查表得精度系数 。查表得可靠性系数1a，额定寿命 则由式 得4.0cf hLh0cawmhamfLnC063361058.74132197.wamhacFfCnNN(2)因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以可按式 估算最大轴向载maxeaFfC荷。查表得欲加动载荷系数 ，则5.4efmax187.41.83aCFN（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 =13917.704）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底经 md2天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书5（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
8、的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为 25 ，重复定位精度为 18 ，根据公式mm重复定位精度 和 定位精度 以及定位精）2/13(max ）4/15(ax度和重复定位精度的要求，max1(/328(69)）2545.2m）取上述计算结果的较小值，即 。ax（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底经 。md2铣床工作台（X）轴滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为 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+30 =（1.4600+3010）mm=1140mm,又 =93.85N，由式0L0
9、F得max2039.Fdm02max93.8514.39. .7Fd m5）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的 、 、 ，初步选择 FFZD 型内循环垫片预紧螺母式0LaCd2滚珠丝杠螺母副 FF3210-5,其公称直径 、基本导程 、额定动载荷 和丝杆00LaC底径 如下： ， ， , ，2dm320104a md7.53.272故满足式 ， 的要求。aCd6）由式 确定滚珠丝杠螺母副的预紧力mx31pFpFmax1587.429.53p N7）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力（1） 计算目标行程补偿值 t-目标行程补偿值 ；t)(-温度变化值（ ），一般情况下为 2
10、3 ；C C-丝杆的线膨胀系数, 一般情况下为 ；610m/天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书6-滚珠丝杠副的有效行程 。uL)(m已知温度变化值 ，丝杆的线膨胀系数 ，滚珠丝杠副Ct2610m/C的有效行程=工作台行程+安全行程+2余程+螺母长度uL=（600+100+220+146）mm=886mm,故 66101280.2tuutLmm(2)计算滚珠丝杠的预拉伸力 。tF已知滚珠丝杠螺纹底径 ,滚珠丝杠的温度变化值 ，则25.7d Ct2218.15.71.6ttN8)确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号（1）计算轴承所承受的最大轴向载荷 。maxBFmaxmax11(7.
11、6587.4)91.822BtF N（2）计算轴承的预紧力 Bpmax91.30.3FN(3)计算轴承的当量轴向载荷 B(0.85.74)1862.57Bamp(4)计算轴承的基本额定动载荷 。C已知轴承的工作转速 ,轴承所受的当量轴向载荷min/23rn,轴承的基本额定寿命 。轴承的径向载荷 和轴向1862.57BamFN hL0rF载荷 分别为cos6182.57931.2rBamFNin0064因为 ，所以查表得，径向系数 X=1.轴1620.4.72.193ar向系数 Y=0.54天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书7(1.93.205416.)264.raPXFYN3603
12、07918hCnL(5)确定轴承的规格型号因为滚珠丝杠螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用 角接触球轴承组背对6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 为2d27.3mm，所以选择轴承的内径 为 25mm，以满足滚珠丝杠结构的需要。d在滚珠丝杠的两个固定端均选择 角接触球轴承两件一组背对背安装，组60成滚珠丝杠的两端固定支承方式。轴承的型号为 760205TNZ/P4DFB,尺寸（内径外径宽度）为 25mm52mm15mm，选择脂润滑。该轴承的预载荷能力为 1250N，大于计算所得的轴承预紧力 =303.83N.并在脂润滑状态下的,BPFBPF极限转速为 1500r/mi
13、n,等于滚珠丝杠的最高转速 ，故满足要min/150maxrn求。该轴承的额定动载荷为 =22000N，而该轴承在 20000h 工作寿命下的基本C额定动载荷 =7991.81N,也满足要求。工作台的滚珠丝杠支承方式采用预拉伸结构，丝杆始终受拉而不受压，因此，不存在压杆补稳定问题。滚珠丝杠螺母副临界转速 的校验根据以上的计cn算可得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度 =1239mm 2L已知弹性模量 ，材料密度 ，重力MPaE510.2 35/108.7mNg加速度 ，安全系数 ， 。3/8.9smg8.01K3.4滚珠丝杠的最小惯性矩为 4 42318957.06Idm滚珠丝杠的最小截面积为
14、22.A故可由式EILKnc2160天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书821253604.73.10897.10.8 /min45=79/mincEInKLArr本丝杆螺母副的最高转速为 1500 ，远远小于其临界转速，故满足要inr求。滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验滚珠丝杠的额定动载荷 ，运转条件系数 ，滚珠丝杠的40aCN2.1wf轴向载荷 ,滚珠丝杠螺母副转速 ,由式max162.F min/50maxrn，30)(wafCLnLh，3636940()1()18.702.aw rrFf98.75.2600hLhn一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杠螺母副的总时间寿命故满足
15、要求。hLh201.2.5 关于传动系统的刚度计算(1)计算滚珠丝杠的拉压刚度 。sK本工作台的丝杆支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杠两支承的中心位置时 时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压)135,2/(mLa刚度 minsK mNLds /90.5/135.406.106. 22in 当 或 时（即滚珠丝杠的螺母中心位于行程的LaY5.17maJ.7两端位置时），滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度 maxsK天津职业技术师范大学机械工程学院课程设计说明书9mNmNLdKJJs/18.653/)5.2371(5.2740.2max（2）计算滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度 。bK已知轴承接触角 ，滚动体直径 ，滚动体个数 Z=16，轴0dQ14.7承的最大轴向工作载荷 NFB6.7941maxmNZdKBQb/25.873 /60sin48.4523max（2） 计算滚珠与滚道的接触刚度 cK滚珠与滚道的接触刚度 ，额定载荷 ，滚珠丝杠mN/173Ca3580上所承受的最大轴向载荷 max58.4FmNCKac /79.0/)301.(27)1.0(
