立式数控铣床进给系统课程设计综述.docx
《立式数控铣床进给系统课程设计综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立式数控铣床进给系统课程设计综述.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
立式数控铣床进给系统课程设计综述
1概述…………………………………………………………………………………………3
1.1零件技术要求……………………………………………………………………………3
1.2总体方案设计……………………………………………………………………………3
2设计计算……………………………………………………………………………………3
2.1主切削力及其切削分力计算……………………………………………………………3
2.2导轨摩擦力计算…………………………………………………………………………4
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力……………………………………………………4
2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算……………………………………………………4
3工作台部件的装配图设计…………………………………………………………………9
4滚珠丝杠螺母副的承载能力校验…………………………………………………………9
4.1滚珠丝杠螺母副临界转速压缩载荷的校验……………………………………………9
4.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验…………………………………………………10
4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验………………………………………………………10
5计算机械传动系统的刚度………………………………………………………………10
5.1机械传动系统的刚度计算……………………………………………………………10
5.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算……………………………………………………12
6驱动电动机的选型与计算………………………………………………………………12
6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量…………………………………………………12
6.2计算折算到电动机上的负载力矩……………………………………………………13
6.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩…………………………………13
6.4选择驱动电动机的型号…………………………………………………………………14
7机械传动系统的动态分析………………………………………………………………15
7.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率……………………………………15
7.2计算扭转振动系统的最低固有频率…………………………………………………15
8机械传动系统的误差计算与分析………………………………………………………16
8.1计算机械传动系统的反向死区………………………………………………………16
8.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差…………………………16
8.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差………………………………………………16
9确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号…………………………………………16
9.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级……………………………………………………17
9.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号……………………………………………………17
课程设计总结
通过此次数控编程课程设计，我对立式数控铣床的进给系统有了个基本的了解，加深了对立式数控铣床的认识。
通过立式数控铣床进给系统的设计，使我在装配结构和制造结构的各种方案以及在机械设计制图、零件计算和编写技术文件等方面得到了综合训练，培养了我的初步的结构分析与结构设计计算能力。
虽然只有一周的时间，在很仓促的情况下完成了这次数控编程的课程设计，但收获却很大，使我初步具备了设计的能力，并且我相信我在这方面的设计能力会逐渐成熟起来。
参考文献
1.范超毅．数控技术课程设计．武汉：
华中科技大学出版社，2006
2.王爱玲．机床数控技术．北京：
高等教育出版社，2006
1. 概述
1.1 零件技术要求
工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600mm；工作台快速移动速度20000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数0.15，静摩擦系数均为0.2；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为10μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。
机床采用主轴伺服电动机,额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速300r/min。
表1数控铣床的切削状态
切削方式
进给速度/（m/min）
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
1.2 总体方案设计
为了满足以上技术要求,采取以下技术方案。
（1）工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。
（2）工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯（PT-FE）导轨板。
同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。
（3）对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠采用预拉伸。
（4）采用伺服电动机驱动。
（5）采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。
2. 设计计算
2.1主切削力及其切削分力计算
（1）计算主切削力Fz
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=125mm）时，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
若主传动链的机械效率，按式（2-6）可计算主切削力Fz：
（2）计算各切削分力。
根据表2-1可得工作台纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为
2.2导轨摩擦力的计算
（1）按式（2-8a）计算在切削状态下的导轨摩擦力。
此时，导轨动摩擦系数，查表2-3得镶条紧固力，则
（2）按式（2-9a）计算在不切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦力。
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力
（1）按式（2-10）计算最大轴向负载力。
（2）按式（2-11a）计算最小轴向负载力。
2.4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
根据已知条件，取电动机的最高转速，则由式（2-16）得
2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷
（1）估算在各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时的轴向
载荷定为最小载荷，一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷、分别可按下式计算：
，
并将计算结果填入表4-2
表4-2数控铣床滚珠丝杠的计算
切削方式
轴向载荷/N
进给速度/（m/min）
时间比例/（%）
备注
强力切削
2977.52
10
一般切削（粗加工）
2169.964
30
精细加工（精加工）
1723.336
50
快移和钻镗定位
1574.46
10
（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速。
（3）按式（2-17）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速。
（4）按式（2-18）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷。
3）计算滚珠丝杠预期的额定动载荷
（1）按照预定工作时间估算。
查表2-28得载荷性质系数。
已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级，查表2-29得精度系数，查表2-30得可靠性系数，则由式（2-19）得
（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以可按式（2-21）估算最大轴向载荷。
查表2-31得预加载荷系数，则
（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷
取以上两种结果的最大值，即。
4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径。
（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的最大轴向变形。
已知工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为10μm，根据式（2-23）、（2-24）以及定位精度和重复定位精度的要求，得
取上述计算结果的最小值
（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径。
本机床工作台（X轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式。
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
≈（1.2～1.4）行程+（25～30）L
取
L=1.4×行程+
又，由式（2-26）得
（5）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滚珠丝杠螺母副FFZD4010-5，其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杠底径如下:
、
故满足式（2-27）的要求。
6）由式（2-29）确定丝杠螺母副的预紧力
7）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力
（1）按式（2-31）计算目标行程补偿值。
已知温度变化，丝杠的线膨胀系数，滚珠丝杠螺母副的有效行程
=工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度
=（600+100+2×20+146）mm=886mm
故:
（2）按式（2-32）计算滚珠丝杠的预拉伸力。
已知滚珠丝杠螺纹底径，滚珠丝杠的温升变化值=2℃，则
8）确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号
（1）按式（2-33）计算轴承所承受的最大轴向载荷。
（2）计算轴承的预紧力。
（3）计算轴承的当量轴向载荷。
（4）按式（2-25）计算轴承的基本额定动载荷C。
已知轴承的工作转速,轴承所承受的当量轴向载荷，轴承的基本额定寿命L=20000h。
轴承的径向载荷和轴向载荷分别为
因为，所以查表2-25得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故
（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60°角接触球轴承组背对背安装，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34.3mm，所以选择轴承的内径d为30mm，以满足滚珠丝杠结构的需要。
在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60°角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杠的两端固定支承形式。
轴承的型号760306TNI/P4DEB，尺寸（内径×外径×宽度）为30mm×72mm×19mm，选用脂润滑。
该轴承的预载荷能力为2900N，大于计算所得轴承预紧力。
并在脂润滑状态下的极限转速为2500r/min，高于滚珠丝杠的最高转速，故满足要求。
该轴承的额定动载荷为，而该轴承在20000h工作寿命的基本额定动载荷C=36263.02N，也满足要求。
3.工作台部件的装配图设计
将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计（见图），其计算简图如图1所示。
图1立式数控铣床工作台计算简图
4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验
4.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验
本工作台的滚珠丝杠支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。
因此，不存在压杆不稳定问题。
4.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验
由图1得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度=919.5mm，其弹性模量E=2.1×MPa，已知材料密度=×7.8×N/，重力加速度g=9.8×mm/，
安全系数=0.8，由表2-44得与支承有关的系数=4.37.。
滚珠丝杠的最小惯性矩为
滚珠丝杠的最小截面积为
由式（2-36）得
=
=0.8×
=8493.05r/min
本工作台滚珠丝杠螺母副的最高转速为2000r/min,远小于其临界转速，故满足要求。
升级会员 