数控铣床传动系统设计模板再创新.docx

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1、数控铳床传动系统设计学院，机械工程学院专业：一机械维修和检测技术教育班级：姓学号：一指导教师，目录第一章立式数控铳床工作台（X轴）设计111概述11.2设计计算21.3滚珠丝杆螺母副的承载能力校验8I 4传动系统的刚度计算9II 5驱动电动机的选型与计算1016机械传动系统的动态分析13III 机械传动系统的误差计算与分析141. 8确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号14第一章数控机床控制系统设错误!未定义书签。2. 1设计内容16总结与体会18参考文献18第一章立式数控铳床工作台（X轴）设计11概述1.1.1技术规定工作台、工件和夹具的总重量zw=860kg（所受的重力W=8600N）,

2、其中，工作台的质量团=460kg（所受的重力W=46OON）；工作台的最大行程4=56Omm；工作台迅速移动速度%a=15000zwniin；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=0.01：工作台的定位精度为25?,反复定位精度为18加：机床的工作寿命为2023Oh（即工作时间为23年）。机床采用伺服主轴，额定功率4=5.5Aw,机床采用端面铳刀进行强力切削，铳刃直径D=IOOmm,主轴转速n=280z*/min,切削状况如表2-1所示。表2-1数控铳床I肉切削状况切削方式进给速度/(n/min)时间比例/（%）备注强力切削0.610主电动机满功率条件下切削一般切削

3、0.830粗加工精加工切削150精加工迅速进给1510空载条件下工作台迅速进给112总体方案设计为了满足以上技术规定，采用如下技术方案。（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杆直连;（4）采用交流调频主轴电动机，实现主轴的无级变速。12设计计算12.1主切削力和其切削分力计算（1）计算主切削力3。根据已知条件，采用端面铳刃在主轴计算转速下进行强力切削（铳刃直径D=IOOmm）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的所有功率。此时，铳刀的切削速度为若主传动链小J机械效率m=0.8,按式g=区FX1o3可计算主切削力FZ:（2）计算各切

4、削分力。根据数控技术课程设计表2-1可得工作台纵向切削力Fx、横向切削力Fc和垂向切削力Fv分别为表12工作台工作载荷与切向铳削力的经验比值切削条件比值对称端铳不对称端铳逆铳顺铳端铳(ae=(0.40.8)4,a,=0.10.2)RF0.300.400.600.900.150.30F/F：0.850.950.450.700.901.FJA0.500.550.50().550.500.551.2.2导轨摩擦力的计算（1）按数控技术课程设计（2-8a）式计靠在切削状态下的导轨摩擦力。工、Fv-一主切削力的横向切削分力（N）和垂向切削分力（N）；W-一坐标轴上移动部件的所有重量（包括机床夹具和工件的

5、重量，N）；一-摩擦系数,对于帖塑导轨，4=0.15：对于滚动直线导轨，4=0.01,本设计为滚动导轨，取=0.01；4-镶条紧固力（N）,查数控技术课程设计表2-3得镶条紧固力力=75N,则表2-3镶条紧固力推荐值导轨形式主电动机功率kw2.23.75.57.5111518贴塑滑动导轨50080015002023250030003500滚动直线导轨254075100125150175（2）按数控技术课程设计（2-9a）式计算在不切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦力与1.2.3计算滚珠丝杆螺母副U勺轴向负载力（1）按数控技术课程设计（2TOa）式计算最大轴向负载力6,n,a（2）按数控技术课程

6、设计（2-11a）式计算最小轴向负载力工min1.2,4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算1）确定滚珠丝杆的导程根据已知条件，取电动机的最高转速max=15OOrmin,则由数控技术课程设计（2T6a）V式4=*工得：2）计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷（1）估算在多种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷EzmaX，迅速移动和钻馍定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷Ennin。.般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杆螺母副的轴向载荷工、6分别可按下列公式计算：并将计算成果填入表2-4o切削方式轴向载荷/N进给速度/（mmin）时间比例/（%）备注强力切削

7、1328.18v1=0.610F=工max一般切削（粗加工）352.39V2=0.830尸2=min+20%Omax精细加工（精加工）153.39v3=150尸3=min+5%工niax快移和定镇定位86.75v4=1510K=Bmin（2）计算滚珠丝杆螺母副在多种切削方式下的转速ni（3）计算滚珠丝杆螺母副的平均转速为方n=-n,+&-2+0zIOO1002100,=(-60+-80+-100+-1500)rmin=230rmin100100100100（4）按式耳”=J6331显+居3卫刍_+.+月；41g1计算滚珠丝杆螺母副的平均载荷V凡JOO2nm100n100HmmmFin。得1.2

8、.5确定滚珠丝杆预期H勺额定动载荷Cai11（1）按预定工作时间估算。查表2-5得载荷性质系数.=1.3。已知初步选择的滚珠丝杆的精度等级为2级，查表2-6得精度系数。=1.查表2-7得可匏性系数力=0.44,则表2-5载荷性质系数工,载荷性质无冲击（很平稳）轻微冲击伴有冲击或振动门.21.21.51.52表2-6精度系数fa精度等级1、2、34、5710110.90.80.7可靠性/(%)90959697989910.620.530.440.330.21(2)因对滚珠丝杆螺母副将实行预紧，因此可估算最大轴向载荷。查表2-8得欲加动载荷系数=4.5,则表2-8欲加动载荷系数f欲加载荷类型轻预载

9、中预载重预载6.74.53.4(3)确定滚珠丝杆预期的额定动载荷CMj_OOOQK1取以上两种成果的最大值，即J1.2.6按精度规定确定容许的滚珠丝杆的最小螺纹底经d2tt,(1)根据定位精度和反复定位精度的规定估算容许的滚珠丝杆的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为25，反复定位精度为18，根据公式3max=(1/51/4)定位精度加和Gnax=(1/31/2)反复定位精度MW以和定位精度和反复定位精度的规定，得取上述计算成果的较小值，即6nm=54m(2)估算容许的滚珠丝杆的最小螺纹底经0本机床工作台(X)轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为

10、1=行程+安全行程+2X余程+螺母长度+支承长度弋(1.2-1.4)行程+(2530)S取又E=86.75N,由式得12.7初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号根据计算所得的4、Cam.d2m,初步选择FF型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FF3210-3,其公称直径4、基本导程1f）、额定动载荷CQ和丝杆底径d2如下：故满足式CaC1im,d24M规定。1.2.8确定滚珠丝杆螺母副的I预紧力FP1.2.9计算滚珠丝杆螺母副的目的行程赔偿值和预拉伸力（1）计算目的行程赔偿值W按式=A出,=11出,X1O6计算目口勺行程赔偿值4其中2一一目的行程赔偿值（）；Az温度变化值（）,一般状况下为23；一

11、丝杆内线膨胀系数（1/）,一般状况下为I1X1oy/C：4一滚珠丝杆副的有效行程（ww）O已知温度变化值Ar=2C,丝杆的线膨胀系数=11x1O6C,滚珠丝杆副的有效行程1=工作台行程+安全行程+2x余程+螺母长度=（56O1002X2。+14mm=846w故按式耳=1.814成计算滚珠丝杆的预拉伸力月。己知滚珠丝杆螺纹底径d2=27.3mm,滚珠丝杆的温度变化值2=ZC,则12.10确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号按式EJmaX=E+；工max计算轴承所承受的最大轴向载荷。计算轴承的预紧力FBP(3)计算轴承的当量轴向载荷FBamP(4)按式C=V601计算轴承的基本额定动载荷CO10

12、0,已知轴承小J工作转速九=%f=23(kmin,轴承所受的当量轴向我荷FM=153159N,轴承的基本额定寿命1=20000/?。轴承的径向载荷Fr和轴向载荷Fa分别为F_132640由于下=7658()=V，因此查表2-9得，径向系数X=19,轴向系数Y=O.54,故表2-9载荷系数组合列数2歹IJ3列4列承载列数1列2列1列2列3列1列2列3列4列组合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTT匕2.17工X1.91.432.331.172.332.53Y0.540.770.350.890.350.26区2.17WX0.920.920.920.020.020.920.920.9

13、20.92Y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)确定滚动轴承的规格型号由于滚珠丝杆螺母副拟采用预拉伸措施，因此选用60角接触球釉承组背对背安装。由于滚珠丝杆H勺螺纹底径d2为27.3mm,因此选择轴承的内径d为25un在滚珠丝杆跳!两个固定端均选择60,角接触球轴承两件一组背对背安装，构成滚珠丝杆U勺两端固定支承方式。轴承的型号为760205TNI/P4DFB,尺寸(内径X外径X宽度)为25mmX52X15mm,选择脂润滑。该轴承的预载荷能力产8P为1250N,不小于计算所得的轴承预紧力匕=112565N.并在脂润滑状态下的极限转速为2600rmin,等于滚珠丝杆I肉最高转速max=1500r/min,故满足规定。该轴承的额定动载荷为C=22023N,而该轴承在20230h工作寿命下口勺基本额定动载荷C=13985.1N,也满足规定。1.3滚珠丝杆螺母副的承载能力校验1.3.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷H勺校验本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸构造，丝杆一直受拉而不受压，因此，不存在压杆补稳定问题,1.3.2滚珠丝杆螺母副临界转速n.时校验根据以上的计算可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度12=797.5o已知弹性模量E=2.1IO5MPa,材料密度