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1、4横向进给系统的设计计算设计参数如下：纵向：工作台重量：W=800N行程：S=650mm脉冲当量：5 =0.006mm/P最大进给速度：V =2m/min横向：工作台重量：W=300N行程：S=200mm脉冲当量：5 =0.004mm/P4.1最大进给速度其矗分器算已知机床主电动机的额定功率P为7.5kw，最大工件直径D=400mm，主轴计 算转速n=85r/m。在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率，道具的切削速度为60兀 Dn 3.14 x 400x 10-3 x 85 、“ / v = 1.78m / s60取机床的机械效率门=0.8，则有F =此 x103 N = 3370.79N z V
2、走刀方向的切削分力七和垂直走刀方向的切削分力F为F = 0.25 F = 0.25 x 3370.79 N = 842.7 NF = 0.4 F = 0.4 x 3370.79 N = 1348.32 N导轨受到垂向切削分力F = F = 3370.79N，纵向切削分力F = F = 1348.32N，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量） m=30.61kg（所受重力W=300N），查表得镶条紧固力f = 2000N，取导轨动摩擦系 数 r = 0.15，则gF = |i(W + f + F + F )Rg v c=0.15 X (300 + 2000 + 3370.79 +1348
3、.32)= 1052.87N计算在不切削状态下的导轨摩擦力F和FR00F =r (W + f ) = 0.15 x (300 + 2000) = 345NR0gF0 = r 0(W + f ) = 0.2 x (300 + 2000) = 460N4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力Fa maxF = F + F = (1348.32 +1052.87) N = 2401.19 N计算最小轴向负载力Fa minF = F = 345N4.4确定勉给转动链的传动比i和传动级数取步进电动机的步距角a = 1.5。，滚珠丝杠的基本导程L0= 6mm，进给传动 链的脉冲当量5 = 0
4、.004mm/P，则有aL _1.5x6i 0 6.253605360 x 0.004i = 2.1。z = 42，1z = 20、按最小惯量条件，查得应该采用2级传动，传动比可以分别取i =3、=60、根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为z1 20、z2 模数m=2，齿宽b=20mm。4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算(1) 按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷已知数控机床的预期工作时间L. =15000们 滚珠丝杠的当量载荷F - Fmax 2370.34N，查表得载荷系数f =【3 ；初步选择滚珠丝杠的精度等级为3级精 度，取精度系数fa = 1 ；查表得可靠性系数匕=1。取
5、滚珠丝杠的当量转速 n n ，已知v= 1m/min，滚珠丝杠的基本导程L = 6mm，贝DM 虹-冬166.67 r / mmax L6C = 3：60n L Fmfwam % m h 100 f f a c360x 166.67 x15000 x 2370.34x1.3 n = 16585.8N 100x1x1(2) 根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。已知本车床横向进给系统的定位精度为40 Hm,重复定位精度为16 Hm，则有5=(上)x 16|lxm = 5.33 8mmaxi 325= (A-1) x 40 H m = 8 10 H mmax 254取上述计算结果的较
6、小值，即= 5.33Hm。(3) 估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2 m滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为L二行程+安全行程+2X余程+螺母长度+支承(1.21.4)行程+ (2530) L0取 L=(1.4X 200+30 X 6)mm=460mmd 0.078 F00L = 0.078 x ：46* 460 = 15.54mm2 m55.33max(4) 初步确定滚珠丝杠螺母副的型号根据以上计算所得的L0、寸侦和结构的需要，初步选择南京工艺装备 公司生产的FF型内循环螺母，型号为诏3206-5，其公称直径d0、基本导程L0、
7、额定动载荷Ca和螺纹底径d 2如下：d = 32mm L = 6mmC = 20200N C = 16585.80Nd = 27.9mm d = 15.54mm4.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径d2 = 27.9mm，已知滚珠丝杠螺母副的最大 受压长度L1 = 300mm，丝杠水平安装时，取=1/3，查表得K2 = 2，则有d 4127.94F = KK2 X1O5 = - x 2 xxlO5 N = 448831.21N1本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为F = 2401.19N，远 小于其临界压缩载荷F的值，故满足要求。滚珠丝杠螺母副临界转速的计
8、算长度L2 = 300mm，其弹性模量E = 2.1x 105MPa，密度 p =Lx7.8x10-5N/mm3，重力加速度 g = 9.8x 103mm/s2g滚珠丝杠的最小惯性矩为冗3-14I = d4 =0 x 27.94 = 29728.05mm4滚珠丝杠的最小截面积为3-14A = d2 = x 27.92 = 611.05mm 2取K1 = 0.8，查表得人=3.927，则有=0.8 x 60殍927221x105 x 29728.05 x9.8 x1032 x 3.14 x 3002 7.8x10-5 x 611.05=4692249r /min本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的
9、最高转速为166.67r/m，远小于其临界转速，故满足要求。滚珠丝杠螺母副额定寿命的校核，滚珠丝杠的额定动载荷C = 20200N，己 知其轴向载荷F - F - 2401.19N，滚珠丝杠的转速n = n = 166.67r/min，运 转条件系数fw = 1.2，则有L =(二)3 X106 = (20200)3 X106 rF f2401.19 X 1.2=344.533 x106 rl nh 60n344.533 x 10660 x 166.67h = 34453h本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总工作寿命Lh = 34453h 15000h， 故满足要求。4.7计算机械传动的刚度
10、已知滚珠丝杠的弹性模量E = 2.1x105MPa，滚珠丝杠的底径d = 27.9mm。 当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离a = L = 300mm时，滚珠丝杠螺 母副具有最小拉压刚度KYs min=427.73N / m兀d2E m3.14X 27.92 x 2.1x105Ks minX10-3 =4 L4 x 300当a = Lj = 100mm时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度KKs max=1283.21N / m兀d2E3.14x27.92 x2.1x105J X10-3 =4 L4X100已知滚动体直径dQ = 6.75 mm，滚动体个数Z=15.轴承接触角P = 60。
11、轴承 最大轴向工作载荷Fmax = Fmax = 2401.19N。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度 K 为：BmaX maX气=2 x 2.34 x 3dZ2Fsin2 p=2 x 2.34 x 36.75 x152 x 2401.19x (g)2=654.49N / r m查表得滚珠与滚道的接触刚度K = 683N/rm，滚珠丝杠的额定动载C = a 20200N。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷F= 2401.19N则K = K（）； = 683x （ 24019）： n/ pm = 723.51N/ pm c0.1C0.1x 20200进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为111111/
12、KmaxKs max一 + + =+= 0.003689K K1283.21 654.49 723.51故 K = 723.51N/ pm。进给传动系统的综合拉压刚度最小值为1111111=+ 一 + 一 =+= 0.005248K . K _ K 427.73 654.49 723.51故 K . = 191N / p m已知扭矩作用点之间的距离L = 355mm，滚珠丝杠的剪切模量G = 8.1x104MPa，滚珠丝杠的底径d = 27.9mm，则有它兀 d 4G 3.14 x 27.94 x 10-12 x 8.1x104 x106K =2=4 32L232 x 355x10-3= 13
13、566.04N m / rad4.8驱动电机的选型与计算(1) 计算滚珠丝杠的转动惯量已知滚珠丝杠的密度p= 7.8 x10-3kg / cm3，则有J =才 0.78 x 10-3D4L = 1.38kg cm2j=1（2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量已知横向进给系统执行部件的总质量为m=30.61kg;丝杠轴每转一圈，机床执 行部件在轴向移动的距离L=0.6cm则J = m（-）2 = 30.61x （）2 = 0.28kg cm2L2 兀2 x 3.14（3）计算各齿轮的转动惯量J = J = 0.78 x 10-3 x 44 x 2kg cm2 = 0.4kg cm2J =
14、0.78 x 10-3 x 124 x 2kg cm2 = 32.3kg cm2/242、J. = 0.78 x10-3 x G5）4 x 2kg cm2 = 7.8kg cm2（4）计算加在电动机轴上总负载转动惯量JdJ = J + -(J + J ) +1(J + J + J ) d z1 i 2 z 2 z 3 i 2 z 4 r L1=0.4 +1 (32.3 + 0.4) + (7.8 +1.38 + 0.28)96.252=4.275kg cm2（5）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩T c已知在切削状态下的轴向负载力F = F = 2401.19N，丝杠每转一圈，机 床执行部件轴向移动的距离L=6mm=0.006m，进给传动系统的传动比i=6.25总效 率n=0.85，则有T = FL = 2401.19 x 0.006 N m = 0.43 N m c2兀门 i2x3.14x0.85x6.25（6）计算折算到电动机上的摩擦负载力矩TR已知在不切削状态下的轴向负载力矩F = 345N，则有|40T = F0L =345 x 0.006= 0.062N m口 2凹 i 2x 3.14 x 0.85 x 6.25（7）计算由滚珠丝杠预紧力
