机床数控技术课程设计dfuc.docx

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1、目 录1机床课课程设计计的目的的-22纵向进进给系统统的设计计计算-22.1设设计参数数-22.2工工作过程程分析-32.3丝丝杠螺母静态设设计-32.4丝丝杠螺母母动态设设计-52.5变变速机构构设计-72.6电电机的静静态设计计-93进给系系统的结结构设计计-1113.1滚滚珠丝杠杠螺母副副的设计计 -113.2确确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的精度等等级和规规格型号号-12总结与体体会-13参考文献献-141数控技技术课程程设计的的目的通过本课课程设计计的训练练，使学学生在完完成数控控机床及及金属切切削机床床的结构构课程学学习之后后，让学学生能够够运用所所学的知知识，独独立完成成数控机机床传动

2、动系统的的设计，从从而使学学生进一一步加深深和巩固固对所学学知识的的理解和和掌握，并并提高学学生的分分析、设设计能力力，同时时巩固金属切削机床课程的部分知识。1.运用用所学理理论及知知识，进进行数控控机床部部分机械械结构设设计，培培养学生生综合设设计能力力； 2.掌握握数控机机床传动动系统的的设计方法法和步骤骤；3.掌握握设计的的基本技技能，具具备查阅阅和运用用标准、手手册、图图册等有有关技术术资料的的能力；4.基本本掌握编编写技术术文件的的能力。2纵向进进给系统统的设计计计算2.1设设计参数数：工作台工作台质质量最大加工工受力快进速度度工进速度度最大加速速度工作台导导轨摩擦擦力工作行程程减速

3、机构构丝杠螺母母机构，已已知数据据如下：丝杠螺螺母机构构轴承轴向向刚度丝杠螺母母刚度螺母支座座刚度丝杠传动动效率丝杠长度度丝杠轴承承、丝杠杠螺母摩擦擦力矩 轴承平均均间距导程最大转速速常数支承方式式双推双推伺服电机机电机转子子惯量2.2工工作过程程分析机床在工工作时，按按照加速速-工进进-减速速-反向向加速-工进-减速-加速这这样一个个过程循循环。图图1给出出电机转转矩在一一个工作作周期内内随时间间变化的的范围。2.3丝丝杠螺母母静态设设计（1）确确定动载载荷，由由图1可可见，工工作循环环周期TT由加速速时间和和加工时时间组成成，计算算如下： 在减速速期间的的平均转转速为：工作进给给时转速速将

4、上述数数据带入入式（55-1331）中中可得当当量转速速：载荷系数数由表55-133取当量载荷荷由式（55-1229）计计算，则则当量载载荷为将已知条条件、，并算算出代入上式式取滚珠丝丝杠寿命命为2000000h，从从式（55-1332）算算出该滚滚珠丝杠杠的动载载荷145774（2）确确定静载载荷 最最大轴向向力可近近似取最最大加工工受力，即即由表5-14取取静态安安全系数数，根据据式（55-1335）得得静载荷荷（3）根根据轴向向压力选选取丝杠杠直径。由由式（55-1339）可可得 （5-1499）由 L=00.555（m）=5500(mmm)查表5-15得得 mm=200.3代入上式式得

5、故（4）转转速限制制1）最大大转矩限限制：由由式（55-1338）得得 （5-1500）由和A=600000得得2）临界界转速限限制：由由式（55-1337）得得 （5-1511）由，L=5500(mmm),ff=211.9(见表55-155)得（5）选选择丝杠杠直径：由上面面计算结结果得：根据以上上数据，从从厂家产产品样本本中可选选取丝杠杠直径。如如表5-21所所示。表5-221201107752217722515977534177032259009569330402942277340092.4丝丝杠螺母母动态设设计(1)确确定丝杠杠螺母传传动的总总刚度1）扭转转刚度：由式（55-1441）

6、可可得对于于钢的抗抗扭刚度度量纲公公式 (55-1552)式中 丝丝杠底径径（mmm）；丝杠自由由长度（mm）.由式（55-1221）可可得将济济钢扭转转刚度折折算成工工作台（执执行件）直直线刚度度公式 （5-1533）式中量纲纲：，,L(m).由上式可可算出 219982）拉压压刚度：由式（55-1440）可可得对于于钢的拉拉压刚度度量纲公公式 （55-1554）式中量纲纲，,L（mm）.根据已知知条件可可得 3)总刚刚度：对对于“双推-双推”式支撑撑的丝杠杠螺母传传动装置置，其刚刚度的等等效图如如图2。设螺母位位于丝杠杠中间，于于是 系统的总总刚度为为 （55-1555）将已知条条件代入入

7、，得系系统总刚刚度 =（2）确确定机械械谐振频频率 机械传传动部件件的谐振振频率 （5-1566）故 （3）确确定具有有满意动动态性能能的丝杠杠直径。电电气驱动动部件的的谐振频频率取下下列值，则则其动态态性能较较好，即即取采用常规规的比例例位置调调节，为为使机械械传动部部件的动动态性能能不影响响系统总总的动态态性能，应应当使但是，根根据本课课题中选选择的丝丝杠直径径，只能能得到因此，丝丝杠直径径应该跟跟大一些些若取代入入式（55- 1156）得将此总刚刚度带入入式（55-1555），、和为已知常数，再由式（5-153）和式（5-154），得2.5变变速机构构设计已经知道道。电器器驱动部部件具有

8、有二阶振振荡环节节的性能能，其谐谐振频率率阻尼比 电气时间间常数 机械时间间常数 式中 -驱动动线路总总电感;-驱驱动线路路总电阻阻；-电电机扭矩矩常数；-电电机反电电动势系系数。机械时间间常数里里的是电电机轴上上总的转转动惯量量为使电气气驱动部部件获得得最大的的谐振频频率，必必须使计计算到电电机轴上上的机械械部件转转动惯量量最小。这这一点可可以借助助减速机机构达到到。如上图中中电机轴轴上的小小齿轮，其其直径及及齿宽，根根据传递递的动力力由最小小齿轮及及模数的的要求决决定。当当小齿轮轮设计完完毕，它它的转动动惯量就就是已知知的。大大齿轮转转动惯量量可由和降降速比ii近似确确定，即即 根据据 5

9、.6.44节转动动惯量的的折算方方法，机机械部件件折算到到电机轴轴上的总总转动惯惯量为 （5-1577）式中 电机转转动惯量量;小齿齿轮转动动惯量;丝杠杠转动惯惯量;工作作台折算算到丝杠杠上的转转动惯量量， 令令，得满满足最小小惯量要要求的相相对额定定降速比比 （55-1558） 根根据所设设计系统统的已知知条件，得得 丝丝杠的转转动惯量量为 （55-1559） （5-1600）式中丝杠质质量;包括括轴颈的的丝杠总总长;钢的的密度， （）将已知条条件代入入，得小齿轮由由齿轮设设计确定定，其转转动惯量量为已知知，设。将将、代入式（55-1558），得得根据结构构需要，确确定各传传动齿轮轮的齿数数

10、分别为为、，模数数m=22，齿宽宽 =220mmm， =18mmm.2.6电电机的静静态设计计（1）计计算。由由式（55-1557）得得根据上面面球的的的最佳传传动比和和其他参参数，得得（2）确确定电机机额定转转矩。工工作台加加速和加加工力所所引起的的当量力力矩 （5-1611）式中 -丝杠传传动效率率;-当当量载荷荷，已经经算出为为14884（NN）。故得 丝杠加速速度 （55-1662）丝杠加速速所需的的转矩 （55-1663）由图1可可知，由由丝杠加加速所硬硬气的当当量力矩矩 （55-1664）由式（55-1662）、（55-1663）、（55-1664）可可得丝杠螺母母传动机机构的总总

11、当量力力矩为 （5-1655）电机轴角角加速度度 （55-1666）电机轴的的加速转转矩 （55-1667）由图1可可知，由由电机轴轴加速所所引起的的当量力力矩 （5-1688）由式（55-1666）、（55-1667）、（55-1668）得得作用在电电机轴上上的当量量力矩为为（5-1169）电机的额额定转矩矩应为 （55-1770）（3）确确定电机机额定功功率。电电机的额额定转速速 （55-1771）=20770（rr/miin）电机的额额定功率率 （55-1772） （55-1773）最后得电电机额定定功率3进给系系统的结结构设计计3.1滚滚珠丝杠杠螺母副副的设计计滚珠丝杠杠螺母副副是直线

12、线运动与与回转运运动能相相互转换换的新型型传动装装置，在在丝杠和和螺母上上都有半半圆弧形形的螺旋旋槽，当当他们套套装在一一起时便便形成了了滚珠的的螺旋滚滚道。螺螺母上有有滚珠的的回路管管道，将将几圈螺螺旋滚道道的两端端连接起起来构成成封闭的的螺旋滚滚道，并并在滚道道内装满满滚珠，当当丝杠旋旋转时，滚滚珠在滚滚道内既既自转又又沿滚道道循环转转动，因因而迫使使螺母轴轴向移动动。滚珠丝杠杠螺母副副具有以以下特点点：（1）传传动效率率高，摩摩擦损失失小。滚滚珠丝杠杠螺母副副的传动动效率为为0.992-00.966，比普普通丝杠杠高3-4倍。因因此，功功率消耗耗只相当当于普通通丝杠的的1/44-/33.

13、（2）若若给于适适当预紧紧，可以以消除丝丝杠和螺螺母之间间的螺纹纹间隙，反反向时还还可以消消除空载载死区，从从而使丝丝杠的定定位精度度高，刚刚度好。（3）运运动平稳稳，无爬爬行现象象，传动动精度高高。（4）具具有可逆逆性，既既可以从从螺旋运运动转换换成直线线运动，也也可以从从直线运运动转换换成旋转转运动。也也就是说说，丝杠杠和螺母母可以作作为主动动件。（5）磨磨损小，使使用寿命命长。（6）制制造工艺艺复杂。滚滚珠丝杠杠和螺母母等元件件的加工工精度要要求高，表表面粗糙糙度也要要求高，故故制造成成本高。（7）不不能自锁锁。特别别是垂直直安装的的丝杠，由由于其自自重和惯惯性力的的不同，下下降时当当传

14、动切切断后，不不能立即即停止运运动，故故还需要要增加制制动装置置。本次设计计采用的的是内循循环的丝丝杠螺母母副，精精度为33级，两两端采用用了小圆圆螺母为为轴向定定位丝杠杠螺母副副采用的的预紧方方式为单单螺母消消除间隙隙方法。它它是在滚滚珠螺母母体内的的两列循循环滚珠珠链之间间，使内内螺纹滚滚道在轴轴向产生生一个的的导程突突变量，从从而使两两列滚珠珠在轴向向错位而而实现预预紧。这这种调隙隙方法结结构简单单，但载载荷量须须预先设设定而且且不能改改变。滚珠丝杠杠的主要要载荷是是轴向载载荷，径径向载荷荷主要是是卧式丝丝杠的自自重。因因此对丝丝杠的轴轴向精度度和轴向向刚度应应有较高高要求，其其两端支支

15、承的配配置情况况有：一一端轴向向固定一一端自由由的支承承配置方方式，通通常用于于短丝杠杠和垂直直进给丝丝杠；一一端固定定一端浮浮动的方方式，常常用于较较长的卧卧式安装装丝杠；以及两两端固定定的安装装方式，常常用于长长丝杠或或高转速速、高刚刚度、高高精度的的丝杠，这这种配置置方式可可对丝杆杆进行预预拉伸。因因此在此此课题中中采用两两端固定定的方式式，以实实现高刚刚度、高高精度以以及对丝丝杠进行行拉伸。丝杠中常常用的滚滚动轴承承有以下下两种：滚针推力圆圆柱滚子子组合轴轴承和接接触角为为60角接触触轴承，在在这两种种轴承中中，600角接触触轴承的的摩擦力力矩小于于后者，而而且可以以根据需需要进行行组

16、合，但但刚度较较后者低低，目前前在一般般中小型型数控机机床中被被广泛应应用。滚滚针圆柱滚滚子轴承承多用于于重载和和要求高高刚度的的地方。60角角接触轴轴承的组组合配置置形式有有面对面面的组合合、背靠靠背组合合、同向向组合、一一对同向向与左边边一个面面对面组组合。由由于螺母母与丝杠杠的同轴轴度在制制造安装装的过程程中难免免有误差差，又由由于面对对面组合合方式，两两接触线线与轴线线交点间间的距离离比背对对背时小小，实现现自动调调整较易易。因此此在进给给传动中中面对面面组合用用得较多多。在此课题题中采用用了以面面对面配配对组合合的600角接触触轴承，组组合方式式为DDDB。以以容易实实现自动动调整。

17、滚滚珠丝杠杠工作时时要发热热，其温温度高于于床身。为为了补偿偿因丝杠杠热膨胀胀而引起起的定位位精度误误差，可可采用丝丝杠预拉拉伸的结结构，使使预拉伸伸量略大大于热膨膨胀量。3.2确确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的精度等等级和规规格型号号确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的精度等等级，本本进给传传动系统统采用开开环控制制系统，应应满足如如下要求求：取滚珠丝丝杠螺母母副的精精度等级级为3级级，查表表得，当当螺纹长长度约为为3500mm时时，；总结与体体会课程设计计是对我我们大学学期间所所学知识识的一次次总结与与运用，是是对以前前每门课课程设计计的综合合，是对对所学知知识的彻彻底检验验。刚开开始选择择课题的的时候，

18、我我因为对对数控铣铣床比较较感兴趣趣，所以以选择了了关于数数控铣床床方面的的课题。我我所在的的组设计计的是一一台数控控铣床，我主要对其中的纵向进给系统进行设计开始设计之前，我首先上网搜索了有关铣床方面的知识，对数控铣床的发展现状和发展趋势有了进一步的了解，也让我学习到了很多新的知识。设计的时候，我们对学校的一些数控铣床进行了观察，我主要观察了机床的进给系统结构，同时并结合自己的课题对机床的总体布局做了进一步的研究，并通过查阅资料和相关图册，设计出了满足数控铣床需要的横向进给系统及纵向进给系统。课程设计计是我们们走向工工作岗位位的最后后一次练练兵，是是一次理理论和实实践完美美结合的的过程。在在近

19、三个个月的课课程设计计当中，使使我更加加认识到到理论联联系实际际的重要要性，只只有理论论而不去去进行实实践是不不行的。在在设计过过程中，我我参考了了一些图图纸，在在参考的的基础上上，理解解并分析析其优缺缺点，取取长补短短，对自自己其中中不合理理的部分分进行了了充分改改进。通通过这次次设计，自自己在查查阅资料料、运用用资料、运运用专业业知识及及CADD绘图等等方面的的能力有有了较大大地提高高，对如如何将机机、电互互相结合合起来有有了较深深刻的认认识，弥弥补了原原来学习习中的很很多不足足之处，为为以后从从事机械械方面的的工作打打下了一一定的基基础，积积累了一一定的经经验，对对设计工工作有了了一定的

20、的认识。总之，这这次设计计顺利完完成使我我受益匪匪浅，不不但巩固固了我以以前学习习的东西西，而且且学到了了很多新新东西，为为我走向向社会打打下了深深厚的基基础。同同时也使使我懂得得了一个个真正设设计的步步骤以及及方法。【参考文文献】1）王爱爱玲.现代数数控机床床结构与与设计.北京:兵器工工业出版版社,19999.992）王爱爱玲. 现代数数控机床床. 北京京:国防工工业出版版社,220033.43）戴曙曙.金属属切削机机床.北北京：机机械工业业出版社社，20007.84）数控控技术课课程设计计.湖北北：华中中科技大大学出版版社，220077.55）濮良良贵.机机械设计计M.北京京：高等等教育出出版社，22001118