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1、目录摘要1、前言2、进给传动系统的计算2.1、设计方案的确定2.2、进给系统的设计2.3、进给系统的设计计算2.3（1）、切削力计算2.3（2）、进给工作台工作载荷计算2.3（3）、丝杠设计计算2.3（4）、齿轮及转矩的有关计算2.3（5）、步进电机的选择3、进给系统的结构设计3.1丝杠螺母副的设计3.2齿轮传动副的设计3.3齿轮箱的设计3.4床身及导轨3.5中间轴的设计3.6轴承端盖的设计总结与体会参考文献摘 要本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看
2、管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如：导轨的设计选型、丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。【关键词】车床、数控、传动系统一、前言我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6。这些机床中,役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自
3、动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高37倍。 3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 4、可实现多工序的集中，减少零件在机床
4、间的频繁搬运。 5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。 因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。 此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。二、进给系统的设计与计算2.1、设计方案的确定利用微机对进给系统进行半闭环控制，脉冲当量为0.01mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用丝杠副。采用微机对数据进行计算处
5、理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速丝杠转动，从而实现进给运动。2.2、进给系统的设计采用半闭环机床进给系统，步进电机经一级减速齿轮传动副，丝杆拖动工作台。传感器与电机轴相联，用来检测电机转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置，传感器采用脉冲编码器。2.3、进给系统的设计计算工作台重量： mT=600Kg F=1500N时间常数： T=25 ms丝杠基本导程： Lo=6mm行程： Sw=700mm步距角： /step快速进给速度： （1）切削力计算 由机床设计手册可知，切削功率式中：N-电机功率，查机床说明书，N=7.5 KW；-主传动系统总效率，一般为0.70.85取=0.7
6、；K-进给系统功率系数，取为K=0.96。则有： Nc=7.50.70.96=5.04 kw切向铣削力： F=10 N式中： V-主轴传递全部功率时的最底切削速度（m/s）则有： V=D95/60000=1.7m/s=102m/min F=2964（N）（2）进给工作台工作载荷计算:从数控铣床中表2-1可得知，在一般立式铣削时，工作台进给方向载荷： F=0.4Fz=0.42964=1185 N（3)丝杠设计计算：由数控技术可知，采用燕尾导轨，导轨铣床丝杠的轴向力：采用矩型导轨:式中K=1.1 =0.15则有：1）强度计算：寿命值： 式中：n-为丝杆转速（r/min）v-为最大切削力下的进给速度
7、（m/min）,取最高进给速度的1/3T-额定寿命，查表得 T=15000h -丝杆导程，取=6mm则有：v=r/minL最大动负载C ：C查表得：运转状态系数 根据最大动负荷C的值，可选则丝杠的型号。查表2-5得，选取丝杠直径为50mm，型号为ND5006，其额定载荷为29350N，所以强度足够。2） 效率计算：根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为：式中：-为丝杆螺旋升角，查得：-为摩擦角，丝杆副的滚动摩擦系数f=0.0030.004,其摩擦角约等于 则有： 3） 刚度验算：丝杠受工作负载F引起的导程的变化量，丝杆的拉压变形量式中：mm=0.6cm; E-为材料弹性模量，对钢A-为丝杠
8、截面积 则有： 与螺纹滚道间的接触变形量 ,有预紧：式中：-为直径，查表得=3.969mmZ圈数列数2513=75-为预紧力则有:则丝杆的总变形量 :查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15um/m 故刚度足够。4)稳定性验算失稳时的临界载荷式中:E-为丝杆材料弹性模量,对钢I-为截面惯性矩,对丝杆圆截面-为丝杆底径,=48mm则有： L-为丝杆最大工作长度,取L=375mm -为丝杆支承方式系数,参考图2-13和表2-7,取=2.0则有:稳定安全系数：所选丝杆稳定安全系数，查表得：则有 ，故稳定性不存在问题。（4）齿轮及转矩的有关计算1）有关齿轮计算传动比故取 m=2 mmB=20
9、mm 则有 2)转动惯量计算：工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量齿轮的转动惯量电动机转动惯量很少，可以忽略因此，总的转动惯量 所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩 式中 -空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； -折算到电机轴上的摩擦力矩； -由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；式中：-为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（ -为电机最大角加速度（） -为运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（） t-为运动部件从静止启动加速到最大快进进给速度所需时间（s）,取t=0.025s则有： 空载摩擦力矩：式中： G-运动部件总重力（N） -为导轨摩擦系数，
10、取0.2 i-齿轮传动降速比，i=1.25 -传动系统总效率，取=0.8 -基本导程，取=0.6cm则有：附加摩擦力矩：式中： -为丝杆预加载荷，取的1/3 -为丝杆预紧是的传动效率，取=0.9则有：(5) 步进电机的选择步进电机的名义启动转矩为满足最小步距要求，电机选用五相十拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转矩：步进电机最高工作频率：综合考虑，查表选用 130BF001 型直流步进电机，能满足使用要求。三、进给系统的结构设计3.1丝杠螺母副的设计丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当他们套装在一起时便形成了的螺旋滚道。螺母上有的回
11、路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的螺旋滚道，并在滚道内装满，当丝杠旋转时，在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母轴向移动。丝杠螺母副具有以下特点：（1）传动效率高，摩擦损失小。丝杠螺母副的传动效率为0.92-0.96，比普通丝杠高3-4倍。因此，功率消耗只相当于普通丝杠的1/4-/3.（2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。（4）具有可逆性，既可以从螺旋运动转换成直线运动，也可以从直线运动转换成旋转运动。也就是说，丝杠和螺母可以作为主动件。（5）磨损小，使用寿命长
12、。（6）制造工艺复杂。丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。（7）不能自锁。特别是垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的不同，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故还需要增加制动装置。本次设计采用的是内循环的丝杠螺母副，精度为3级，两端采用了小圆螺母为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。它是在螺母体内的两列循环链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个的导程突变量，从而使两列在轴向错位而实现预紧。这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设定而且不能改变。丝杠中常用的滚动轴承有以下两种：滚针推力圆柱滚子组合轴承和接触角为60角接触轴承，在这两种轴承中，60角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要进行组合，但刚度较后者低，目前在一般中小型数控机床中被广泛应用。滚针圆柱滚子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。60角接触轴承的组合配置形式有面对面的组合、背靠背组合、同向组合、一对同向与左边一个面对面组合。由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，又由于面对面组合方式，两接触线与轴线交点间的距离比背对背时小，实现自动调整较易。因此在进给传动中面对面组合用得较多。3.2齿轮传动副的设计本设计采用的是双片齿轮错齿调整法。两片齿轮周向可调弹簧错齿消除间隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮与另一个宽齿轮啮合，两
