立式数控铣床进给传动系统设计说明书edjz.docx

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1、中北大学课程设计说明书目录1.概述述11.1技技术要求求11.2总总体设计计方案222.滚珠珠丝杠螺螺母副的的选型和和计算222.1主主切削力力及其切切削分力力计算222.2导导轨摩擦擦力的计计算32.3计计算滚珠珠丝杠螺螺母副的的轴向负负载力332.4滚滚珠丝杠杠的动载载荷计算算与直径径估算333.工作作台部件件的装配配图设计计74.滚珠珠丝杠螺螺母副的的承载能能力校验验84.1滚滚珠丝杆杆螺母副副临界压压缩载荷荷的校验验84.2滚滚珠丝杆杆螺母副副临界转转速的校校验84.3滚滚珠丝杆杆螺母副副额定寿寿命的校校验85.计算算机械传传动系统统的刚度度95.1机机械传动动系统的的刚度计计算95.

2、2滚滚珠丝杠杠螺母副副扭转刚刚度的计计算1006.驱动动电动机机的选型型与计算算106.1计计算折算算到电动动机轴上上的负载载惯量。106.2计计算折算算到电动动机轴上上的负载载力矩1116.3 计算坐坐标轴折折算到电电动机轴轴上的各各种所需需力矩1126.4选选择驱动动电动机机的型号号137.确定定滚珠丝丝杠螺母母副的精精度等级级和规格格型号1137.1确确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的精度等等级1337.2滚滚珠丝杠杠螺母副副的规格格型号1148. 课课程设计计总结1149.参考考文献1141.概述述1.1技技术要求求工作台、工工件和夹夹具的总总质量mm=9118kgg，其中中，工作作台的质质量

3、5110kgg；工作作台的最最大行程程Lp=6000 mmm;工作作台快速速移动速速度1880000mm/minn；工作作台采用用贴塑导导轨，导导轨的动动摩擦系系数为00.155，静摩摩擦系数数为0.12；工作台台的定位位精度为为30m，重重复定位位精度为为15m；机机床的工工作寿命命为2000000h（即即工作时时间为110年）。机机床采用用主轴伺伺服电动动机，额额定功率率为5.5kww，机床床采用端端面铣刀刀进行强强力切削削，铣刀刀直径1125mmm，主主轴转速速3100r/mmin。切削状况如下：数控铣床床的切削削状况切削方式式进给速度度时间比例例（%）备注强力切削削0.610主电动机机

4、满功率率条件下下切削一般切削削0.830粗加工精加工切切削150精加工快速进给给2010空载条件件下工作作台快速速进给1.2总总体设计计方案为了满足足以上技技术要求求，采取取以下技技术方案案：（1） 工作台工工作面尺尺寸（宽宽度长度）确确定为4400mmm12000mmm。（2） 工作台导导轨采用用矩形导导轨，在在与之相相配的动动导轨滑滑动画面面上贴聚聚四氟乙乙烯导轨轨板。同同时采用用斜镶条条消除导导轨导向向面的间间隙，在在背板上上通过设设计偏心心轮结构构来消除除导轨背背面与背背板的间间隙，并并在与工工作台导导轨相接接触的斜斜镶条接接触面上上和背板板接触面面上贴膜膜。（3） 对滚珠丝丝杠螺母母

5、副采用用预紧，并并对滚珠珠丝杠进进行拉伸伸预。（4） 采用伺服服电动机机驱动。（5） 采用膜片片弹性联联轴器将将伺服电电动机与与滚珠丝丝杠连接接。2.滚珠珠丝杠螺螺母副的的选型和和计算2.1主主切削力力及其切切削分力力计算（1）计计算主切切削力FFz。 根据已已知条件件，采用用端面铣铣刀在主主轴计算算转速下下进行强强力切削削（铣刀刀直径DD=1225mmm），主主轴具有有最大扭扭矩，并能传传递主电电动机的的全部功功率，此此时铣刀刀的切削削速度为为：（已知知机床主主电动机机的额定定功率为为5.55kw，主主轴计算算转速nn=3110r/minn。）根据公式式得刀具具的切削削速度为为：取机床的的机

6、械效效率为：，则由由式得主主切削力力：（2）计计算各切切削分力力 工作台台的纵向向切削力力、横向向切削力力和垂向向切削力力分别为为2.2导导轨摩擦擦力的计计算在切削状状态下坐坐标轴导导轨摩擦擦力的计计算可以以查课程程设计指指导书：（1）根根据式（22-8aa）计算算在切削削状态下下的导轨轨摩擦力力。此时导轨轨动摩擦系系数，查表22-3得得镶条紧紧固力,则（2）按按式（22-9aa）计算算在不切切削状态态下的导导轨摩擦擦力和2.3计计算滚珠珠丝杠螺螺母副的的轴向负负载力（1）按按式（22-100a）计计算最大大轴向负负载力（2）按按式（22-111a）计计算最小小轴向负负载力2.4滚滚珠丝杠杠的

7、动载载荷计算算与直径径估算1）确定定滚珠丝丝杠的导导程 根根据已知知条件取取电动机机的最高高转速得得：2）计算算滚珠丝丝杠螺母母副的平平均转速速和平均均载荷（1）各各种切削削方式下下滚珠丝丝杠的轴轴向载荷荷。 强力切切削时的的轴向载载荷定为为最大轴轴向载荷荷，快速速移动和和钻镗定定位时的的轴向载载荷定为为最小轴轴向载荷荷。一般般切削（粗粗加工）和和精细切切削（精精加工）时时，滚珠珠丝杠螺螺母副的的轴向载载荷分别别可按下下式计算算：并将计算算结果填填入表22表2 数数控铣床床滚珠丝丝杠的计计算切削方式式轴向载荷荷/N进给速度度/(mm/miin)时间比例例/(%)备注强力切削削29299.699

8、10一般切削削（粗加加工）21600.94430精细切削削（精加加工）17211.48850快移和镗镗钻加工工1575510（2）计计算滚珠珠丝杠螺螺母副在在各种切切削方式式下的转转速。（3）按按式（22-177）计算算滚珠丝丝杠螺母母副的平平均转速速。（4）按按式（22-188）计算算滚珠丝丝杠螺母母副的平平均载荷荷3)确定定滚珠丝丝杠预期期的额定定动载荷荷（1）按按预定工工作时间间估算。查查表2-28得得载荷性性质系数数=1.3。已已知初步步选择的的滚珠丝丝杠的精精度等级级为2级级，查表表2-229得精精度系数数=1，查查表2-30得得可靠性性系数=0.444，则则由式（22-199）得（

9、2）因因对滚珠珠丝杠螺螺母副将将实施预预紧，所所以可按按式（22-211）估算算最大轴轴向载荷荷。查表表2-331得预预加载荷荷系数=4.55，则（3）确确定滚珠珠丝杠预预期的额额定动载载荷。取以上两两种结果果的最大大值，338801.49 N。4）按精精度要求求确定允允许的滚滚珠丝杠杠的最小小螺纹底底径（1）根根据定位位精度和和重复定定位精度度的要求求估算允允许的滚滚珠丝杠杠的最大大轴向变变形。已知工作作台的定定位精度度为300，重复复定位精精度为115，根根据式（22-233）、式式（2-24）以以及定位位精度和和重复定定位精度度的要求求，得15（510）30（667.5）取上述计计算结果

10、果的较小小值，即即=5。（2）估估算允许许的滚珠珠丝杠的的最小螺螺纹底径径。本机床工工作台（XX轴）滚滚珠丝杠杠螺母副副的安装装方式拟拟采用两两端固定定方式。滚珠丝杠杠螺母副副的两个个固定支支承之间间的距离离为L行程程+安全全行程+2余程+螺母长长度+支支承长度度（1.211.4）行行程+（225330）取L11.4行程+30（1.46000+30010）mmm111400mm又=12260NN，由式式（2-26）得得5）初步步确定滚滚珠丝杠杠螺母副副的规格格型号根据计算算所得的的、，初步步选择FFFZDD型内循循环垫片片预紧螺螺母式滚滚珠丝杠杠螺母副副FFZZD40010-5（见见本书附附录

11、A表表A-33），其其公称直直径、基基本导程程、额定定动载荷荷和丝杠杠直径如如下：=40mmm， =100mm=465500NN=338801.49NN=34.3mmm=20.9mmm故满足式式（2-27）的的要求。6）由式式（2-29）确确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的预紧力力29299.699N9776.556N7）计算算滚珠丝丝杠螺母母副的目目标行程程补偿值值与预紧紧拉力（1）按按式（22-311）计算算目标行行程补偿偿值。已知温度度变化值值t=22，丝杠杠的膨胀胀系数=/，滚珠珠丝杠螺螺母副的的有效行行程工作台台行程+安全行行程+22余程+螺母长长度 （6600+1000+220+1466）

12、mmm8886mmm故 11t11128866mm0.002mmm（2）按按式（22-322）计算算滚珠丝丝杠的预预拉伸力力。已知滚珠珠丝杠螺螺纹底径径=344.3mmm，滚滚珠丝杠杠的温升升变化值值t=22，则8）确定定滚珠丝丝杠螺母母副支承承用轴承承的规格格型号（1）按按式（22-333）计算算轴承所所承受的的最大轴轴向载荷荷。（2）计计算轴承承的预紧紧力。（3）计计算轴承承的当量量轴向载载荷。（4）按按式（22-155）计算算轴承的的基本额额定动载载荷C。已知轴承承的工作作转速nn=2230rr/miin，轴轴承所承承受的当当量轴向向载荷=36664.995N，轴轴承的基基本额定定寿命L

13、L=2000000h。轴轴承的径径向载荷荷和轴向向载荷分分别为因为，所所以查表表2-225得，径径向系数数X=11.9，轴轴向系数数Y=00.544，故 （55）确定定轴承的的规格型型号。因为滚珠珠丝杠螺螺母副拟拟采取预预拉伸措措施，所所以选用用60角接触触球轴承承组背对对背安装装，以组组成滚珠珠丝杠两两端固定定的支承承形式。由由于滚珠珠丝杠的的螺纹底底径为334.33mm，所所以选择择轴承的的内径dd为300mm，以以满足滚滚珠丝杠杠结构的的需要。在滚珠丝丝杠的两两个固定定端均选选择国产产60角接触触球轴承承两件一一组背对对背安装装，组成成滚珠丝丝杠的两两端固定定支承方方式。轴轴承的型型号为

14、77603306TTNI/P4DDFB，尺尺寸（内内径外径宽度）为为30mmm72mmm19mmm，选选用脂润润滑。该该轴承的的预载荷荷能力为为29000N，大大于计算算所得的的轴承预预紧力=19339.662N。并并在脂润润滑状态态下的极极限转速速为19900rr/miin，高高于滚珠珠丝杠的的最高转转速=20000r/mmin，故故满足要要求。该该轴承的的额定动动载荷为为=3445000N，而而该轴承承在2000000h工作作总寿命命下的基基本额定定动载荷荷C=3343995N，也也满足要要求。3.工作作台部件件的装配配图设计计将以上计计算结果果用于工工作台部部件的装装配图设设计。4.滚珠

15、珠丝杠螺螺母副的的承载能能力校验验4.1滚滚珠丝杆杆螺母副副临界压压缩载荷荷的校验验工作台的的滚珠丝丝杆支承承方式采采用预拉拉伸结构构，丝杠杠始终受受拉而不不受压。因因此，不不存在压压杆不稳稳定问题题。4.2滚滚珠丝杆杆螺母副副临界转转速的校校验根据图可可得滚珠珠丝杆螺螺母副临临界转速速的计算算长度=8377.5mmm。已已知弹性性模量EE=MPPa，材材料密度度N/，重重力加速速度9.8，安安全系数数=0.8。由由表2-44查查得滚珠丝杆杆的最小小惯性矩矩为滚珠丝杆杆的最小小截面积积为故可由公公式得：r/miin=1107338.55r/mmin本工作台台滚珠丝丝杆螺母母副的最最高转速速为1

16、8800rr/miin，远远远小于于其临界界转速，故故满足要要求。4.3滚滚珠丝杆杆螺母副副额定寿寿命的校校验滚珠丝杆杆螺母副副的寿命命，主要要是指疲疲劳寿命命。它是是指一批批尺寸、规规格、精精度相同同的滚珠珠丝杠在在相同的的条件下下回转时时，其中中90%不发生生疲劳剥剥落的情情况下运运转的总总转速。查附录AA表A-3得滚滚珠丝杆杆额定动动载荷NN，运转转条件系系数，滚滚珠丝杆杆的动载载荷N，滚滚珠丝杆杆螺母副副转速nn=r/minn 即：一般来讲讲，在设设计数控控机床时时，应该该保证滚滚珠丝杆杆螺母副副的总时时间寿命命，姑满满足要求求。5.计算算机械传传动系统统的刚度度5.1机机械传动动系统

17、的的刚度计计算(1)计计算滚珠珠丝杆的的拉压刚刚度。本工作台台的丝杠杠支承方方式为两两端固定定，当滚滚珠丝杠杠的螺母母中心位位于滚珠珠丝杆两两支承的的中心位位置（aa=L/2，LL=10075mmm）时时，滚珠珠丝杆螺螺母副具具有最小小拉压刚刚度，计计算为：当a=8377.5mmm或aa=2237.5mmm时（即即滚珠丝丝杆的螺螺母副中中心位于于行程的的两端位位置时），滚滚珠丝杆杆螺母副副具有最最大拉压压刚度计计算得：(2) 计算滚珠珠丝杠螺螺母副支支撑轴承承的刚度度Kb。已知轴承承的接触触角=600，滚动动体直径径=7.1444mm，滚滚动体个个数Z=17,轴承的的最大轴轴向工作作载荷FF=

18、 57723.44NN,由表表2-445，表表2-446得= 42.334= 42.334(3)计计算滚珠珠与滚道道的接触触刚度KK。查附录表得得滚珠与与滚道的的接触刚刚度K=15885N/um，额额定动载载荷C=465500NN，滚珠珠丝杠上上所承受受的最大大轴向载载荷F=29229.669N，故故由式（22-466）得K=K（)=15885()N/uum=113588.799N/uum(4) 计算进给给传动系系统的综综合拉压压刚度KK。由式（22-477a）得得进给传传动系统统的综合合拉压刚刚度的最最大值为为故K=4440.53NN/m由式（22-477b）得得进给传传动系统统的综合合拉压

19、刚刚度的最最小值为为故K=3370.37NN/m5.2滚滚珠丝杠杠螺母副副扭转刚刚度的计计算 由图4-1可知知，扭矩矩作用点点之间的的距离LL= 9445.55 mmm。已知知剪切模模量G= M,滚珠丝丝杠的底底径d=m。由由式（22-488）得K= 116635.35NNm/rrad6.驱动动电动机机的选型型与计算算 6.1计计算折算算到电动动机轴上上的负载载惯量。(1)计计算滚珠珠丝杠的的转到惯惯量J。已知滚珠珠丝杠的的密度=7.8810kgg/cmm,由式式(2-63)得:(2)计计算联轴轴器的转转动惯量量J JJ= 00.78810DL =0.778100(6.6-33)8.22kg/

20、cm=11.62kkg/ccm(3)折折算到电电动机轴轴上的移移动部件件的转动动惯量的的计算已知机床床执行部部件（即即工作台台、工件件和夹具具）的总总质量mm=9118kgg，电动动机每转转一圈，机机床执行行部件在在轴向移移动的距距离L=1cmm，则由由式（22-655）得(4)加加在电动动机轴上上总的负负载转动动惯量的的计算=+JJ=(211.433+111.622+233.288)=556.3336.2计计算折算算到电动动机轴上上的负载载力矩(1)计计算切削削负载力力矩T。已知在切切削状态态下坐标标轴的轴轴向负载载力F=F=229299.699N,电电动机每每转一圈圈，机床床执行部部件在轴

21、轴向移动动的距离离L=110mmm=0.01mm,进给给传动系系统的总总效率=0.90，由由式（22-544）得 T=5.18Nm(2)计计算摩擦擦负载力力矩T。已知在不不切削状状态下坐坐标轴的的轴向负负载力（即即为空载载时的导导轨摩擦擦力）FF=15575NN，由式式（2-55）得得T=Nm=22.799Nm(3)计计算由滚滚珠丝杠杠得预紧紧而产生生的附加加负载力力矩T。 已已知滚珠珠丝杠螺螺母副的的预紧力力F=9766.566N，滚滚珠丝杠杠螺母副副的基本本导程LL=100mm=0.001mmm，滚珠珠丝杠螺螺母副的的效率=0.994，由由式（22-566）得Tf=6.3 计算坐坐标轴折折

22、算到电电动机轴轴上的各各种所需需力矩（1）计计算线性性加速度度力矩TT。已知机床床执行部部件以最最快速度度运动时时电动机机的最高高转速nn=18800rr/miin，电电动机的的转动惯惯量J=62kkgcmm，坐标标轴的负负载惯量量J=556.333kggcm，进进给伺服服系统的的位置环环增益kk=200，加速速时间=s=00.155s，由由式（22-588）得（2） 计算阶跃跃加速力力矩。已知加速速时间，由由式（22-599）得（3） 计算坐标标轴所需需的折算算到电动动机轴上上的各种种力矩。1) 按式(22-611)计算算线性加加速时空空载启动动力矩2) 按式(22-611)计算算线性加加速

23、时空空载启动动力矩3) 按式(22-577a)计计算快进进力矩4) 按式(22-577a)计计算工进进力矩6.4选选择驱动动电动机机的型号号(1)选选择驱动动电动机机的型号号 根据以以上计算算和表22-144，选择择日本FFANUUC公司司生产的的a122/30000ii型交流流伺服电电机为驱驱动电机机。主要要技术参参数如下下：额定定功率，33kW,最高转转速,330000r/mmin，额额定力矩矩，122N.mm,转动动惯量，,质量,18kg。 交流伺伺服电动动机的加加速力矩矩一般为为额定力力矩的55100倍。若若按5倍倍计算，则则该电动动机的加加速力矩矩为600N.mm，均大大于本机机床工

24、作作台的线线性加速速时所需需的空载载启动力力矩以及及阶跃加加速时所所需的空空载启动动力矩，因因此，不不管采用用何种加加速方式式，本电电动机均均满足加加速力矩矩要求。 该电动动机的额额定力矩矩为122N.mm，均大大于本机机床工作作台快进进时所需需的驱动动力矩以以及工进进时所需需的驱动动力矩，因因此，不不管是快快进还是是工进，本本电动机机均满足足驱动力力矩要求求。(2)惯惯量匹配配验算。 为了使使机械传传动系统统的惯量量达到较较合理的的匹配，系系统的负负载惯量量与伺服服电动机机的转动动惯量之之比一般般应满足足式(22-677)，即即而在本例例中，故故满足惯惯量匹配配要求。7.确定定滚珠丝丝杠螺母

25、母副的精精度等级级和规格格型号7.1确确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的精度等等级本机床工工作台采采用半闭闭环系统统，、应满足足下列要要求：滚珠丝杠杠螺母副副拟采用用的精度度等级为为二级，查查表2-20得得，查表表2-221得，当当螺纹长长度为8850mmm时，故满足设计要求。7.2滚滚珠丝杠杠螺母副副的规格格型号 滚珠丝丝杠螺母母副的规规格型号号为FFFZD440100-5-P2/123398550，其其具体参参数如下下。公称称直径与与导程：40mmm,110mmm;螺纹纹长度:8500mm;丝杠长长度:112399mm;类型与与精度:P类，22级精度度。8.课程程设计总总结在这次的的课程设设计中，

26、学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化，尤其是在互相的合作中。课程设计计不仅是是对前面面所学知知识的一一种检验验，而且且也是对对自己能能力的一一种提高高。通过过这次课课程设计计使我明明白了自自己原来来知识还还比较欠欠缺。自自己要学学习的东东西还太太多，以以前老是是觉得自自己什么么东西都都会，什什么东西西都懂，有有点眼高高手低。通通过这次次课程设设计，我我才明白白学习是是一个长长期积累累的过程程，在以以后的工工作、生生活中都都应该不不断的学学习，努努力提高高自己知知识和综综合素质质。 9.参考考文献1 范超毅毅.数控控技术课课程设计计.武汉汉：华中中科技大大学出版版社，2200662王王爱玲.机床数数控技术术.北京京：高等等教育出出版社，22006616