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1、 数控铣床纵向进给轴设计Th Design f thLongtudinal Axis N Milg achine 班 级： 组 员: 指导老师： 20年7月 目录课程设计任务要求3设计计算工作台部件的装配图设计10滚珠丝杠螺母副的承载能力校验0计算机械传动系统的刚度11驱动电动机的选型与计算13机械传动系统的动态分析17机械传动系统的误差计算与分析18确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号19设计总结组员分工参考文献致谢词课程设计任务要求1技术要求工作台、工作和夹具的总质量=840kg,其中，工作台的质量m0=440kg；工作台最大行程LP=50mm;工作台快速移动速度Vmax=5000mmm
2、i；工作台采用滚动直线导轨，导轨的动摩擦系数=0.01、静摩擦系数0。01；工作台的定位精度为5m,重复定位精度为18;机床的工作寿命为00(即工作时间为0年)。机床采用主轴电动机，额定功率P=,机床采用端面铣刀进行强力切削,铣刀直径D00mm，主轴转速n0r/min,切削状况如下表所示：切削方式进给速度(m/mn）时间比例（)备 注强力切削0。0主电动机满功率条件下切削一般切削.83粗加工精加工切削10精加工快速进给51空载条件下工作台快速进给2。总体方案设计为了满足以上技术要求，采用以下技术方案。（1）工作台工作面尺寸（宽度长度）确定为400m200m.（2)工作台导轨采用滚动直线导轨。(
3、3）对滚珠丝杠螺母副进行预紧。（4)采用伺服电动机驱动。(5）采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连.设计计算1。主切削力及其切削分力计算（1）计算主切削力。根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削(铣刀直径D=100m),主轴具有最大扭矩并能传递主电动机的全部功率，此时铣刀的切削速度为:=ms1。57m/s若机械效率m=08，则可以计算主切削力FZ:FZ10=103547。N（2)计算各切削分力.工作台纵向切削力Fl、横向切削力F和垂直切削力F分别为：0.4FZ=0.47。77N01.11NFc=0.9FZ=095254.77=240。3v=.5FZ=0。52547。77
4、=401。7.导轨摩擦力的计算（1）在切削状态下的导轨摩擦力，此时导轨摩擦系数=0。0，查得导轨紧固力f5N,则F(W+g+Fc+Fv)=.1(200+7+42038+140127）120。27N(2)计算在不切削状态下的导轨摩擦力F0和导轨静摩擦力F。F0（+fg)=0.0（8200+75)N=82。75NF0F0=2。7N3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力（）计算最大轴向负载力mx。Faax=Fl +F=(109。1+2。97）N=10N（2）计算最小轴向负载力Famin。ami= 0275N4.滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算1）确定滚珠丝杠的导程L0根据已知条件，取电动机的最高转速nmax
5、=504000rmi得：L0=m=10m2)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷()估算在各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷，见下表：立式加工中心滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷进给速度/（mmn）时间比例（)备注强力切削1140.v1=0。610F=Famax一般切削(粗加工）31077v2.830F=Famin+20max精细切削（精加工）13.75=50F3amin5mx快移和钻镗定位2.75v 10F4min（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速n。=r/min=60/minn=r/mi8 r/m n=r/min=10r/in4=/min500/in（3)计算滚珠丝杠螺母副的平均
6、转速n。（4）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷Fm。3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷Ca（1）由预定工作时间计算。根据载荷性质,有轻微冲击,取载荷系数fw1。4根据初步选择滚珠丝杠的精度等级为2级精度，取精度系数a=；一般情况下可靠性应达到7，故可靠性系数fc0.4。Cam=N725.78N2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧,所以可以估算最大轴向载荷.按预载选取预加载荷系数fe。，则m=eFamax=4.140。513。3(3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷Cm.取以上两种结果的最大值,即am=7235。78N。)按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m（1)估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。
7、已知工作台的定位精度为25m，重复定位精度为18m，根据公式及定位精度和重复定位精度的要求得（31/2)m =(69)m=（1/1)25m=（6.2）取上述计算结果的较小值，即5（2)估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径2m。本工作台(纵向进给轴)滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定的支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为行程+安全行程2余程+螺母长度+支承长度（1。214）行程+（20）L0取：L=1。行程3L0=(1.550+010）m107mm又F=F=8275N，dmm5.9mm5)初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所行的、am、d2m和结构的需要，初步选择南京工艺装备
8、公司生产的FFD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副,型号为:FFZ40103，其公称直径d0、基本导程L、额定动载荷Ca和丝杠底径d2如下:0=0mm,0=10mCa=300NCm=72578N2=343m2m51m故满足要求.6）确定滚珠丝杠螺母副的预紧力Fp得:=amx=140。8N=38003N7） 计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧拉伸力()计算目标行程补偿值 已知温度变化值t，丝杠的线膨胀系数a=,滚珠丝杠螺母副的有效行程。 =工作行程+安全行程+2余程+螺母长度 =500+20+1 =86m故=11L=（2） 计算滚珠丝杠的预紧拉伸力压 已知滚珠丝杠螺母底径 滚珠丝杠的温升
9、变化值 则8）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Bmax.FBmx（2)计算轴承的预紧力FBpBp（)计算轴承的当量轴向载荷FBa.FBa=Fp+F=（609,。64+3492)N=19。9（4)计算轴承的基本额定动载荷C。已知轴承的工作转速与滚珠丝杠的当量转速m相同,取n=m230r/in;轴承的基本额定寿命L=0000h，轴承所承受的轴向载荷a =FBam=95。92N。轴承的径向载荷F和轴向载荷Fa分别为Fr=Faco0=19580.5N9.6NFFBasn0=19580。87N=74。26N因为=1.7317,查得径向系数、轴向系数分别为X=9，Y
10、=0.4.故P=XF+Fa=（.999.46。5417426）=281。27N=N=180.38（)确定轴承的规格型号。因为滚珠丝杠螺母副拟采用预紧拉伸措施，所以将在固定端选用0角接触球轴承组背对背安装组成滚珠丝杠两端固定的支撑方式.由于滚珠丝杠的螺纹底径d2为34。3mm,所以选择轴承的内径为30mm,以满足滚珠丝杠结构的需要。选择国产0角接触球轴承两件一组背对背安装，型号为706TNI/P4FB，尺寸(内径外径宽度)为072mm19mm，选用油脂润滑.该轴承的预载荷能力Bp为4300N，大于计算所得的轴承预紧力Bp =0964N在油脂润滑状态下的极限转速为100r/in,高于本机床滚珠丝杠
11、的最高转速nax=100rin，故满足要求。该轴承的额定动载荷为=4500N，而该轴承在200h工作寿命下的基本额定动载荷C=0.38，故也满足要求。工作台部件的装配图设计将以上计算结果用于工作台(轴)部件的装配图设计,其计算简图见附图。滚珠丝杠螺母副的承载能力校验1. 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷c的校验 本工作台得滚珠丝杠支撑方式采用预紧拉伸结构,丝杠始终受拉不受压。因此不存在鸭肝不稳定问题。滚珠丝杠螺母副临界转速nc的校验由数控铣床工作台计算简图得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度L8m，其弹性模量E=。10Ma,已知材料密度.8105Nmm3，重力加速度g=9。0mm/s2,安全系数1，查
12、表得与支承有关的系数=3。滚珠丝杠的最小惯性矩为：I=334mm4=609mm4滚珠丝杠的最小载面积为:A= 3。3mm=23.4m2所以得：nc=.8rmin=14808r/min本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为50r/min，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情况下回转时，其中90不发生疲劳剥落的情况运转的总转速。 查表得滚珠丝杠的额定动载荷Ca=000N，轴向载荷Fa=14008N，运转条件系数=1，滚珠丝杠的转速n=0r/mi，则得:L=16=106r=1.409rLh=h=117111.11一般来讲,在设计数控机床时,应保证滚珠丝杠螺母副的总工作寿命Lh00h，故满足要求。计算机械传动系统的刚度1.机械传动系统的刚度计算（1)计算滚珠丝杠的拉压刚度Ks。本机床工作台的丝杠支承方式为两端固定，由数控铣床工作台计算简图可知，滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离a=时,滚珠丝杠
