龙门移动式数控机床设计毕业设计论文.docx

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1、xx毕业论文 毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：龙门移动式数控机床设计姓 名xx学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化年 级2009级指导教师 xx教授二0一三年六月八日xx大学毕业论文 目录摘要前言第1章 龙门移动式数控机床总体方案设计 11.1 设计要求11.2 总体方案11.3 本章小结3第2章 主传动系统设计42.1 设计要求42.2 无级变速主传动系统设计42.2.1 功率选择42.2.2 转速图的拟定62.2.3 确定各齿轮副齿数72.2.4 各轴尺寸的确定82.2.5 各齿轮参数的确定与校核112.2.6 轴承选型的确定与校核152.3 本章小结17第3章 三轴进

2、给传动系统的设计183.1 X轴导轨和齿轮齿条副传动设计203.2 Y轴导轨和滚珠丝杠的选型与计算213.3 Z轴导轨和滚珠丝杠的选型与计算243.4 滚动导轨和滚珠丝杠的安装使用与注意事项273.5 本章小结28第4章 其他有关零部件的设计294.1 床身设计294.1.1 床身设计要求304.1.2 具体设计内容及步骤314.2 工作台的设计314.3 横梁与立柱的设计324.4 滑座的设计324.5 本章小结33结论34参考文献35致谢37原文和译文38摘要龙门式数控机床是机械制造业中加工箱体类零件的主流装备，是市场热门商品。本文阐述了移动式数控龙门铣床的总体设计，包括其结构原理，设计特

3、点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控龙门铣床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。本文所述的移动式数控龙门铣床是指龙门框架作纵向移动的龙门铣床。移动式龙门铣床的最大优点是机床占地面积小并且动态响应性能好。整个龙门铣床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由伺服电机或齿轮齿条进行驱动。关键词 移动式龙门铣床;滚动导轨;滚珠丝杠AbstractGantry type numerical control machine is key equipment in manufacturing industr

4、y today and the product is strategic material in developed industry country. This paper describes the NC milling roller, the overall design. Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machines structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps th

5、e electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machines structural design and the examination, and have carried on the analysis. This paper described the mobile CNC milling refers to longmen framework Vertica

6、l milling movement. The biggest advantage of milling roller is the machine cover an area of an area small and the dynamic response of the machine is good. The whole gantry milling machine mainly includes horizontal vertical feed mechanism, column, beam and the base, workbench, etc. The feed mechanis

7、m takes ball screw or gear rack as drive machine, driven by servo motor.Keywords: Movable gantry CNC milling machine; rolling guide; ball screw前言龙门型数控机床主要用于对平面，孔和其他复杂型面进行加工。在总体布局上分为定龙门和动龙门两种。其结构形式则可分为定梁和动梁两种类型。工作台移动龙门加工中心影响加工精度的因素涉及面广，调整时互相有一定的干涉，但因是整体的结构所以相对稳定性较好，加工产品的精度有一定的保证。龙门移动加工中心的工作台承载能力大，不受上

8、下工件的冲击和其他因素而干涉变形，最大的优点是占地面积小，工件夹装方便，可以按工作台的实际有效长度来加工工件。龙门式数控机床的开发及产业化的实施，将具有很好的国内外市场需求前景，应用领域为铁路、航空、航天、桥梁、汽车、军工、造船、化工、印刷、建筑、能源、模具、机械、纺织等行业。本次设计内容主传动采用调速电机串联机械式齿轮箱，采用主轴箱液压平衡系统，降低了Z轴丝杠的磨损，提高了主轴箱部件的移动性能；采用了HIWIN重载荷滚动直线导轨，大大提高了机床的移动速度及动态响应性能，保证了机床运动精度的长期稳定；床身、工作台、立柱、横梁、滑鞍、主轴箱等大件均采用高强度铸铁铸造而成，经多到工序消除应力，不易

9、变形，精度保持性好，工艺性高，便于加工。64第1章 龙门移动式数控机床总体方案设计数控机床的总体设计方案由以下部分组成： 1. 技术参数设计：主要尺寸规格、运动参数（转速和进给范围）动力参数（电机功率，最大拉力）。2. 总体布局设计：相互位置关系、运动分析、外观造型。1.1 设计要求技术参数1.立柱跨距：3500mm2.工作台：3000 15000mm3.行程：X 15000mm Y 3000mm Z 1000mm4.加工进给速度：1000mm/min5.主轴箱转速：105000rpm6.定位精度：0.01mm要求高速高效，结构简单可靠，功能强大，性能稳定，精度较高，可用于铣削板材以及多种工件

10、等。1.2 总体方案设计的主要内容是龙门移动式铣床。移动龙门铣床的最大特点是：（1）造价便宜,容易制造生产。工作台移动式，整机长度必须两倍于纵向行程长度，而移动式龙门铣床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可。（2）机床的动态响应好。工作台移动式龙门铣床采用的是固定龙门架,工作台移动可以铣刀做切削运动时更加稳定，从而保证了加工精度和机床的响应性能。整机分为床身、龙门、滑座、主轴箱、三轴进给驱动机构机械部分及相关数控伺服部分。现把设计过程中的重点阐述如下：床身是本次设计工作的基础，床身的尺寸设计影响着对整机的设计，而且设计的合理性直接影响到整机的刚度。床身的上平面即工作台面设计有 10条T

11、形槽，为方便床身工作台面和T形槽的精刨加工，槽完全贯通。床身和工作台分开铸造，安装调整后用螺钉紧固，保证刚性。床身用来安放滚动直线导轨副。导轨面设计在床身上表面，通过精磨或铲刮加工，保证平面度。龙门框架采用整体龙门架的设计概念，把横梁与左右立柱设计成一体，虽然使铸造和装配调整时的难度加大，但整体龙门框架的刚性更好，更重要的是使主轴箱、滑台等部件有了装配基准。滑台的设计是在龙门架和主轴箱的几何尺寸确定后，按照主轴的中心尽量贴近横梁上的导轨面为原则，并把Z轴驱动安装位置设计在滑台上，有效地减轻滑台的重量。设计进给驱动机构的构思如下：由于工作台长达15米，不宜采用滚珠丝杠驱动方式，所以X 轴的进给驱

12、动机构采用双边齿轮齿条副加重预压滚动直线导轨副。Y 轴与采用大直径预压滚珠丝杠副加滚动直线导轨副，主轴箱的左右移动为Y轴，为了保证Y轴的传动精度，并使丝杠只受水平轴向力，故采用伺服电动机与滚珠丝杠直联方式。主轴箱的上下垂直运动Z轴采用滚珠丝杠副传动。为了保护Z轴进给机构的精度，还在滑台上装有两个平衡油缸。其中平衡力Q等于主轴箱部件质量的85。使机床的整体进给性能得以协调，各轴的进给速度和进给力得到最佳匹配。图1-1 机床总体方案设计图1.3 本章小结这一章主要是按照毕业设计的要求对机床整体机械部分的设计,集中主要为床身、工作台、横梁立柱以及三轴的进给控制设计。下面的部分将展开论述。第2章 主传

13、动系统设计2.1 设计要求：1. 具有更大的调速范围，并实现无级调速。2. 具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。 3. 良好的抗震性和热稳定性。2.2 无级变速主传动系无级变速是指在一定范围内转速（或速度）能连续变换的特点，从而获取最有利的切削速度。机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。考虑到本次设计的具体问题，采用变速电动机变速。机床上通常使用的变速电动机有直流复激电动机和交流变频电动机，在额定转速以上为恒功率变速，通常调速范围仅为23，较小；额定转速以下为恒转矩变速，调速范围很大，可达30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的

14、使用要求。为了扩大恒功率调速范围，在变速电动机和主轴之间串联一个分级变速箱，这种方式应用于数控机床和大型机床当中。同是也正好符合本次龙门移动式数控机床的设计。2.2.1 功率选择首先，根据切削力来计算大致所需的电机功率根据参考文献，铣床切削力由下式计算：可算得切削功率机床主传动的功率P 可由下式来确定：式中 机床主传动的功率 切削功率 主传动链的总效率主传动的总效率一般可取为0.700.85，数控机床的主传动多用调速电机和有限的机械变速来实现，传动链比较短，因此，效率可以取较大值。主传动中各传动件的尺寸都是根据其传动的功率确定的，如果传动效率定的过大，将使传动件的尺寸笨重而造成浪费，电动机常在

15、低负荷下工作，功率因数太小从而浪费能源。如果功率定的过小，将限制机床的切削加工能力而降低生产率。因此，要较准确合适的选用传动功率。机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主

16、轴要求的最高转速4500r/min，最大切削功率21Kw,选择BESK系列交流主轴电动机，电机的最高转速nmax4500 r/min,基本转速nd1500 r/min，最低转速nmin45 r/min,功率22Kw。2.2.2 转速图的拟定1. 先确定机床主轴的计算转速。由参考文献对于大型机床，混合公比或无极调速的主轴计算转速nj=nmin(nmax/nmin)0.35带入数据，计算转速nj=10(5000/10)0.35=88.03r/min对于数控机床，调速范围比普通机床宽，计算转速可以取高些，这里取nj=100r/min根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率

17、转速范围RdN=nmax/nmin=4500/1500=3 而主轴要求的恒功率转速范围RnN=nmax/nmin=5000/100=50 ,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，取变速箱的公比f等于交流主轴电动机的恒功率调速范围RdN，即f=RdN=3，功率特性图是连续的，无缺口和无重合的。2. 变速箱的变速级数:由于Rf=Rn/Rf=fZ-1所以，Z=1+lgRf/lgf=1+lg16.7/lg3=3.5这里取Z=4。考虑如果没有一些特殊情况和要求，合理的转速图要遵循下列原则

18、：（1）、“前多后少”原则。（2）、“前紧后松”原则。（3）、对直齿滑移齿轮变速组，最高传动比取2，最低传动比取1/4，最大变速范围为8。（4）、“前缓后急”原则。（5）、变速组的传动比尽量去，这里E取正整数。3. 拟定转速图如下：图2-1 转速图和功率图2.2.3 确定各齿轮副的齿数:轴之间的传动副共有2对，传动比为1:1.6、1:4.47如果采用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿轮和相同查表可取 .可以确定三个传动副的齿数为1:1.6传动副42 661:4.47传动副20 88同理可确定轴间的传动副也有两对,传动比分别为1:3.55、2.24:1采用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿数

19、和相同查表，齿数和取841：3.55传动副齿数取24 862.24:1传动副齿数取76 34主传动系统图如下：图2-2 主传动系统图2.2.4各轴尺寸的确定：传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷比较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下（弯曲，轴向，扭转）不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。如果刚度不够，轴上的零件如齿轮，轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的

20、刚度。通常，先按扭转刚度轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。1. 各轴计算转速的确定由前面的计算已知，主轴的计算转速约为88r/min，在转速图上，按照相应的传动比找上去，可以确定轴的计算转速为270r/min，轴的计算转速为1200r/min。2. 计算各传动轴传递的效率：其中r=0.995为滚动轴承的效率；g=0.97为齿轮传动的效率。P电=22KwP1=220.970.995=21.23KwP2=220.970.995o.97=20.6KwP3=220.970.9950.970.995=19.89Kw3. 具体尺寸参数的确定：主轴部件应满足的基本要求包

21、括旋转精度，刚度，抗震性，温升和热变形以及精度保持性。其主要结构参数包括主轴前后轴颈直径大小、主轴内孔直径、前段悬伸量和主要支撑间的跨距。a、材料选取主轴采用45号钢，调制处理。b、计算直径根据功率P=22KW，查文献得主轴前轴颈直径D1=130160mm，取D1=140mm，主轴后轴颈直径D2=(0.70.85) D1=91119mm取mm主轴内孔直径的确定: mmmm轴a、材料选取：采用45号钢，调质处理。b、查文献得：，r/minmm取=45mm。轴a、材料选取：采用45号钢，调质处理。b、查文献得：， P=21.23Kwr/minmm取=35mm。2.2.5各齿轮参数的确定查文献得齿轮

22、模数计算推算公式：其中N为功率，nj为计算转速以成对的齿轮副中的小齿轮为例，对各个齿轮副，代入上述公式中求出其模数 取=3 取齿宽B=mm 其中m取610。小齿轮齿宽比大齿轮宽510mm。齿轮模数校核，以齿数Z=20的最小齿数齿轮校核为例即可（校核中文献【1】为 邱宣怀 主编机械设计（第四版）材料选择：小齿轮40Cr，调制处理，硬度214-286HB,平均取260HB，大齿轮45钢，调制处理，229-286HB，平均240HB。转矩Nmm由文献【1】图12.17c 取接触疲劳极限MpaMpa初步计算许用接触应力Mpa校核计算圆周速度 m/s精度等级 由文献【1】表12.6选8级精度由文献【1】

23、表12.9，取使用系数由文献【1】表12.9，取动载系数，由文献【1】表12.10，求齿间载荷分配系数由文献【1】表12.11，求齿向载荷分布系数载荷系数由文献【1】表12.12取弹性系数由文献【1】图12.16取节点区域系数由文献【1】表12.14总工作时间由文献【1】式12.12得应力循环次数由文献【1】图12.18得则许用接触应力 验算 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数由文献【1】表12.10，齿间载荷分配系数由文献【1】图12.14取载荷系数由文献【1】图12.21得齿形系数由文献【1】图12.22得应力修正系数由文献【1】图12.23c得弯曲疲劳极限由文献【1】表12.14得弯曲最小安

24、全系数由文献【1】图12.24得弯曲寿命系数由文献【1】图12.25得尺寸系数许用弯曲应力 验算 各齿轮参数的确定齿顶圆直径 ； 齿根圆直径；分度圆直径 ；齿顶高 ；齿根高 ； 其中，ha*=1,c*=0.25 B=mz ( m=610)齿轮尺寸表 （单位：mm）齿轮齿数模数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高齿宽1203606652.533.75252883264270256.533.75203423126132118.533.75254663198204190.533.75205764.5342351330.754.55.625306344.5153162141.754.55.625

25、357244.510811796.754.55.625358864.5387396375.754.55.62530表2-1 齿轮尺寸表2.2.6轴承的选择与校核传动轴轴承的选择因为传动轴只收到径向力的作用，而不受轴向力的作用，故只需选择深沟球轴承就够了。主轴轴承的选择因为主轴箱的结构较为简单，级数也较低，主轴采用轴向后端定位的两支承主轴组件。前支承采用双列圆柱滚子轴承和推力球轴承，后支承采用圆柱滚子轴承。双列圆柱滚子轴承用于承受主轴径向力，推力球轴承全部用于承受轴向力轴承的校核校核轴上的深沟球轴承为例。轴装轴承端直径为45，选用2系列的轴承，故轴承型号为6208。轴承寿命的校核：轴承的预期计算

26、寿命为：h轴承的基本额定寿命 可由文献【1】式（18-7）计算：h其中：C基本额定动载荷 P当量动载荷 n转速 对于球轴承，=3，对于滚子轴承，=10/3查得型号为6208的深沟球轴承的基本额定动载荷C=29.5KN。由文献【1】式（18-5）可计算出轴承的当量动载荷：载荷系数 可查文献【1】表18-8可得 =1.21.8，取 =1.2径向载荷支反力N取3代入公式可得 N所以可知 综上所述，所选用的轴承符合要求。2.3 本章小结本章内容主要是设计了机床的主传动系统，对于数控机床，由于主轴转速要求较高，采用调速电机，同时配搭齿轮箱来达到要求的调速范围。其中主要介绍了齿轮箱各重要部件的设计。第3章

27、 三轴进给传动系统设计由于对于该次龙门移动式数控机床的设计，考虑到其工作台尺寸为315m，且工作台固定不动，X方向的运动为龙门框架沿着床身长度方向运动，由于行程较长，驱动方面不宜采用滚珠丝杠，因为丝杆过长容易产生自重下垂，加重丝杆的磨损，缩短其使用寿命， 同时会大大影响机床运行时的精度和可靠性。所以，这里采用双边消隙的齿轮齿条副来传动。对于Y轴和Z轴，均可采用装配滚珠丝杠的方法驱动。三轴的导轨均采用滚动直线导轨。滚动导轨是在静、动导轨面之间放置滚动体如滚珠、滚珠、滚针或者滚动导轨块来组成的导轨。滚动导轨与滑动导轨相比，有如下优点：摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近，因此摩擦力小，启动轻便，运动灵

28、敏，不易爬行；磨损小，精度保持性好，寿命长；具有较高的重复定位精度，运动平稳；可采用油脂润滑，润滑系统简单。滚动导轨常用于对运动灵敏度要求较高的地方，如数控机床和机器人或者精密定位微量进给机床等。滚动导轨同滑动导轨相比，抗震性差，但可以通过预紧方式提高，而且结构复杂，成本较高。由于三轴的进给运动都由带有数字调节的进给驱动系统控制，所以都属于伺服系统。它是进给伺服机床的一个重要组成部分，也是数控机床区别于一般机床的重要存在部分。数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度要高；响应要快；系统的稳定性要好。 1. 稳定性 所谓稳定的系统，即系统在输入量改变、启动状态或外界输出量经过几次衰减振

29、荡后，能够迅速的稳定在新的或原有的是进给伺服系统能够正常工作的基本条件。它包含绝对稳定性(稳定裕度)。 进给伺服系统的稳定性和系统的惯性、刚度、阻尼以及系适当的选择系统的机械参数(主要有阻尼、刚度、谐振频率和失气参数，并使它们达到最佳匹配，是进给伺服系统设计的目标2. 精度 所谓进给伺服系统的精度是指系统的输出量复现输入量的差)，即准确性。它包含动态误差，即瞬态过程出现的偏差；稳态过程结束后，系统存在的偏差；静态误差，即元件误差和干常用的精度指标有定位精度、重复定位精度和轮廓跟随精度。 来表示，定位误差是指工作台由一点移动到另一点时，指令值的最大差值。重复定位精度是指工作台进行一次循环动作后，

30、 偏差值。轮廓跟随误差是指多坐标联动时，实际运动轨迹与给的最大偏差值。影响精度的参数很多，关系也很复杂。采用数提高伺服驱动系统的精度。 3. 快速响应特性 所谓快速响应特性是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。它包含系统的响应时间、传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工精度和生产率。系统的响应速度越快，则加工效率越高，轨迹跟随精度也越高。但响应速度过快会造成系统的超调，甚至会引起系统的不稳定。因此，对于点位控制的机床，主要应保证定位精度，并尽量减少定位时间。对于轮廓控制的机床，除了要求高的定位精度外，还要求良好的快速性及形成轮廓的各运动坐标伺服系统动态性能的一致性。对于开

31、环及半闭环的控制形式。主要是应满足定位精度的要求，而对于闭环控制系统，则主要是稳定性问题。机床的位置调节对进给伺服系统提出了很高的要求。其中在静态设计方面有： 1能够克服摩擦力和负载； 2很小的进给位移量； 3高的静态扭转刚度； 4足够的调速范围，满足快进和工进的需要； 5进给速度均匀，在速度很低时，无爬行现象。在动态设计方面的要求有： 1具有足够的加速和制动转距，以便快速地完成启动和制动过程。 2具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满意地表面质量； 负载引起的轨迹误差尽可能小。本次课题的设计主要是对三轴进给伺服系统机械传动部件的设计，主要集中在导轨计算与选型，滚珠丝杠计算

32、选型上面。设计过程基本要满足以下要求：1. 被加速的运动部件具有较小的惯量； 2. 高的刚度； 3. 良好的阻尼； 4. 传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等方面具有尽可能小的非线性。3.1 X轴导轨和齿轮齿条传动副的设计齿轮齿条传动副参数的确定：根据机床技术参数，X方向快移动速度为10m/min。进给伺服电机电机转速3000rpm。设计传动齿轮的模数为4，则计算方案为：3000125143.14427=10m/min导轨选择：考虑立柱横梁、滑鞍和主轴箱总重量在20t左右，应该选择滚柱型滚动直线导轨。具体计算方案如下：图3-1 导轨水平受力计算示意图上图为X导轨受力图。其中P为滑

33、块承受负荷。考虑安全系数和寿命时间换算公式：fSL=C0PLh=L103Ve60其中，Lh为寿命时间，以小时为单位。L为寿命，以长度（km）计算。且有L=(C/P)350km上式中，C为基本动额定载荷，P为工作负荷。设导轨承重20t，使用寿命为100000h, 算得基本动额定载荷为C=P360LhVe50103=(209.88)360100000550103=206kN基本静额定载荷为C0=fSLP=4209.8/8=196kN根据相关技术手册及资料，参考导轨型号为HIWIN RGW 65CC。3.2 Y轴导轨及滚珠丝杠的选型与计算基本条件滑鞍质量：m1=1000Kg主轴箱质量：m1=3000

34、Kg行程长度：L=3000mm快移速度：10m/min=0.167m/s加、减速时间：t=0.15s加速度：a=V/t=1.1m/s2使用寿命：100000h导轨面摩擦系数：=0.003 无负荷时：f=35N导轨设计：图3-2 水平导轨受力计算图P1P4=Wh2c=49.80.520.6=16.33kNC=P360LhVe50103=16.33360100000350103=116.2kNC0=fSLP=416.33=65.32kN参考导轨型号为HIWIN HGL 55CA滚珠丝杠的设计：导程计算：mm平均转速：nav=100045%+5035%+10020%=487.5rpm根据物理学知识，

35、在去路和回路的加减速阶段，滚珠丝杠承受较大轴向力。一共可以分为四个过程：去路加速轴向负荷：Fa1=m1+m2g+f+m1+m2a=0.00340009.8+35+40001.1=4552.6N去路减速轴向负荷：Fa2=m1+m2g+f-m1+m2a回路加速轴向负荷：Fa3=-Fa1回程减速轴向负荷小于去路等速轴向负荷，故不作考虑。综上可得，最大轴向力Fmax=4552.6N=464.55kgf查阅相关文献，滚珠丝杠寿命的表示方法有两种：以圈数计：L=(CFa)3106其中，C为额定动载荷（kgf）以回转次数换算成小时：Lh=Lnav60由此可以推算出当量载荷C=Fa3(L/106)=464.5

36、53105487.560106=6643.7kgf查阅相关技术手册，参考滚珠丝杠选型为HIWIN FSV 80-10B3。3.3 Z轴导轨及滚珠丝杠的选型与计算基本条件主轴箱质量：m1=3000Kg行程长度：L=1000mm快移速度：10m/min=0.167m/s加、减速时间：t=0.15s加速度：a=V/t=1.1m/s2使用寿命：100000h导轨面摩擦系数：=0.003 无负荷时：f=35N导轨设计：图3-3 导轨垂直放置受力计算P1P4=Wh2d=39.80.420.6=9.8kNC=P360LhVe50103=9.8360100000250103=60.9kNC0=fSLP=49.

37、8=39.2kN参考导轨型号为HIWIN HGL 45HA滚珠丝杠的设计：导程计算：平均转速：nav=100030%=300rpm由Y轴滚珠丝杠计算经验，容易算出上升加速时有最大轴向负荷：Fa1=mg+ma=30009.8+30001.1=32700N=3336.7kgf查阅相关文献，滚珠丝杠寿命的表示方法有两种：以圈数计：L=(CFa)3106其中，C为额定动载荷（kgf）以回转次数换算成小时：Lh=Lnav60由此可以推算出当量载荷C=Fa3(L/106)=3336.7310530060106=8744.6.7kgf查阅相关技术手册，参考滚珠丝杠选型为HIWIN FSV 80-12B3。图

38、3-4滚珠丝杠示例图图3-5导轨示例图3.4 滚动导轨和滚珠丝杠的安装及使用注意事项：滚动导轨：（1）小心轻拿轻放，避免磕碰以影响导轨副的直线精度。不允许将滑块拆离导轨或超过行程又推回去。（2）正确区分基准导轨副与非基准导轨副。（3）认清导轨副安装时所需的基准侧面。（4）当使用接长导轨时，采用同一套导轨副编同一英文大写字母，连续阿拉伯数字表示连接顺序，对接端头由同一阿拉伯数字相连。（5）紧固螺栓时，建议采用恒扭矩扳手并按规定推荐扭矩值进行。（6）滚动直线导轨副的防护与润滑：要注意工作环境与装配过程中的清洁，不能有铁屑、杂质、灰尘等粘附在导轨副上。若工作环境有粉尘时，除利用导轨的密封外，还应考虑

39、增加防尘装置。润滑的主要目的是减小磨擦和磨损以防止过热，破坏其内部结构，影响导轨副的运动功能。当滚动直线导轨副的运行速度为高速时（V15m/min）,推荐使用N32润滑油（GGB443-84）,40时28.535.2cst, 相当于旧标准的20号机械油，定期润滑或接油管强制润滑（如下图所示）。低速时（V15m/min）推荐使用锂基润滑脂润滑。滚珠丝杠： 1. 滚珠丝杠副仅用于承受轴向载荷。径向载荷、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等负荷，从而造成丝杠的永久性破坏。因此，滚珠丝杠副安装到机床时，应注意：（1）丝杠的轴线必须和其配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线。（2

40、）安装螺母时，应尽量靠近支撑轴承；（3）同时，安装支撑轴承时，应尽量靠近螺母安装部位。 2. .滚珠丝杠安装到机床时，尽量不要把螺母从丝杠上卸下来，如果必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点：（1）辅助套外径应小于丝杠底径0.1-0.2 mm（ 2）辅助套早使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩；（3）装卸时，不可使用过大力以免螺母损坏；（4）装入安装孔时要避免撞击和偏心。3. 滚珠丝杠副在使用时应注意以下事项：（1）滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时在行程两端配置限位，以免螺母约程脱离丝杠轴而使滚珠脱落。 （2）滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动

41、使，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后，因部件自重而产生的逆传动。 （3）滚珠丝杠副正常工作环境温度为60C。 4. 润滑和防尘：为使滚珠丝杠副充分发挥机能，在其工作状态下，必须润滑，润滑的方式主要有以下两种：（1）润滑脂；润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的13，滚珠丝杠副出厂时在螺母内部已经加注GB7324942#锂基润滑脂。（2）润滑油 运动粘度28574cst(400T)的润滑油，给油量随使用条件等的不同而有所变化。滚珠丝杠与滚动轴承一样，如果污物及异物进入就很快使它磨损，成为破损的原因。因此，考虑有污物异物进入时，必须采用防尘装置，将丝杠轴完全保护起来。另外，如没有异

42、物，但有浮沉时可以在滚珠螺母两端增加防尘圈。3.5 本章小结本章主要是对三轴滚珠丝杠和导轨进行计算和选型，这样基本确定了进给传动要求。最后介绍了丝杠导轨使用时的注意事项。第4章 其他有关零部件设计4.1 床身设计4.1.1 床身设计的基本要求机床的床身是整个机床的基础支持件，一般用来放置导轨，主轴箱等重要部件。为了满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应有高的静、动刚度，更好的抗振性。 一、对数控机床的床身主要在以下3 个方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在床身上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和

43、相互位置精度要求都很高，而且要长时间保持。另外，机床在切削加工时，所有的静、动载荷最后往往都传到床身上，所以，床身受力很复杂。为此，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度，除了满足几何尺寸位置等精度要求外，还需要满足静、动刚度和抗振性、热稳定性、工艺性等方面的技术要求。 2应具有足够的静、动刚度 静刚度包括：床身的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度-质量比。动刚度直接反映机床的动态性能，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当的增加阻尼、提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生噪音。 3较好

44、的热稳定性 对数控机床来说，尤其是高精度数控机床，热稳定性已经成了一个突出问题，必须在设计上要做到使整机的热变形小，或使热变形对加工精度的影响小。热变形将直接影响机架的原有的精度，从而是产品精度下降，如立轴矩台平面磨床，立柱前臂的温度高于后臂，是立柱后倾，其结果磨出的零件工作表面与安装基面不平行；有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，床身结构设计时应使热变形尽量小。 二、床身机架设计的一般要求 ：1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振动振幅限制在允许范围内； 3） 躁声小； 4） 温度场分布合理，热

45、变形对精度的影响小； 5） 结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工； 6） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 7） 有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既适用经济，有美观大方。4.1.2 具体设计内容及步骤:对于龙门移动式机床,床身部分要承受整个立柱横梁以及滑鞍和主轴箱的部分的重量。同时，床身表面还要安放X轴方向滚动直线导轨。床身采用铸件整体铸出，具体加工设计的考量主要集中在以下两个方面：截面形状由于所设计机床属于大型和重型机床，采用双层壁结构床身，以便进一步调整刚度。图4-1床身截面图肋板和肋条的布置：肋板是连接支承件四周外壁的内板，它能使支承件外壁的局部在和传递给其他壁