数控铣削中心设计.docx

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1、 毕业设计（论文）数控铣削中心设计进给传动系统设计 学 院： 工业自动化学院学院 专 业： 机械工程 姓 名： 卫映洁 学号： 160406107377 指导老师： 吴明友 职称： 副教授 中国珠海二二年 五月毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺： 本人所呈交的毕业设计数控铣削中心设计进给传动系统设计是在指导教师的指导下，独立展开研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后安顺序列出其参考文献，设计（论文）使用的数据真实可靠。 本人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计数控铣削中心设计进给传动系统设计摘 要数控铣削中心是一种加工功能很强的数控车床。如今国家鼓励技

2、术创新，科技方面有了非常显著的增长，所以大家对所需要的零件的加工要求追求越来越精细，所需求的零件也愈发的多样性。数控铣削中心市场上的竞争愈演愈烈使得厂商的研发、投入生产以及制造的时间段愈加变短。数控铣削中心它的高精度和高效率特点，意味着机械工业将向着高效率、集成化、智能化以及信息化等各方面发展。本篇有关毕业设计的论文主要讲述了数控铣削中心的进给传动系统。由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成的伺服系统，再加上执行部件和机械部分一起构成了进给传动系统。本设计对于控制方式选择开环控制，再选取合适的滚珠丝杠螺母机构以及电机等，尽可能保证数控铣削中心对精度的要求。关键词：进给传动、机械结构、三维造型CNC

3、milling center Feed drive system designAbstractCNC milling center is a CNC lathe with that presentuseimportantman thingreasonmakeoriginallyIf machining controlalgorithmlayer order main case operator total. Today the country encourages technological innovation, and there has been a very significant i

4、ncrease in science and technology, so people pursue more and more refined processing requirements for the required parts, and the required parts are also more and more diverse. The increasing competition in the CNC milling center market makes the time for manufacturers to research and develop, put i

5、nto production and manufacture shorter and shorter. The high precision and high efficiency of CNC milling center means that the machinery industry will develop towards high efficiency, integration, intelligence and informatization.The thesis about graduation design mainly tells about the feed transm

6、ission system of CNC milling center. A servo system consisting of a servo drive circuit and a servo drive device, together with the actuator and the mechanical parts, constitutes the feed drive system. This design for the control mode selection of open loop control, and then select the appropriate b

7、all screw nut mechanism and motor, etc., as far as possible to ensure the CNC milling center to the accuracy requirements.Keywords: Feed transmission system , mechanical structure，three-dimension model 目 录1绪论11.1数控铣削中心概述11.1.1数控铣削中心的组成11.1.2数控铣削中心的分类21.1.3数控铣削中心的加工特点31.2数控铣削中心未来的发展趋势42进给传动系统设计方案52.1

8、进给传动系统设计的总任务62.2进行伺服进给系统的考虑和选取62.3执行机构传动方式的确定73进给传动系统的设计103.1切削力的计算103.2滚珠丝杠螺母副的计算和选用123.2.1受力分析123.2.2导轨的选择以及工作载荷的计算123.2.3计算最大动载荷133.2.4进行型号选择143.2.5传动效率的计算143.3滚珠丝杠螺母副的尺寸计算153.4刚度检验163.4.1滚珠丝杠的拉伸或压缩的变形量163.4.2接触变形量173.4.3总变形量173.4.4压杆稳定性173.5轴承的选择以及计算183.5步进电机的计算与选型193.5.1 转动惯量的计算193.5.2 计算转矩193.

9、5.3 步进电机的选型223.5.4 验算223.6联轴器的选择233.6.1 联轴器的意义233.6.2 联轴器的原理及分类233.6.3 联轴器的选型以及计算254三维造型设计265运动仿真28参考文献30谢辞311绪论1.1数控铣削中心概述社会不断变迁不断改革进步，先进设备的产生和改进、高科技的研究和改革，大家对数控技术的应用有了更多更美好更先进的想法。就像针对数控铣削中心的主轴传动装置、伺服系统、数控系统以及铣削等结构的性能的提高从而出现了超高速切削、超精密加工等技术的改革以及应用；而对于数控铣削中心的自动控制技术、稳定性以及准确性使得柔性制造系统以及柔性制造单元的出生并且不断成熟完善

10、。科技不断的进步和发展，数控系统的性能指标才得以大幅提高并且日趋完善，数控技术运用所适应的范围越来越广。相比较如今的数控铣削中心正大幅增加引入不断更新的科学技术成就，铣削中心加速发展并且愈发的精密、向着自动化、多功能化和高稳定的方向持续发展。 数控铣削中心是属于数控车床的，但是它相较于车床来说是一种加工性能很强的数控机床，而且还在原有各个部分的基础上再加上刀具库和自动换刀系统。数控铣削中心与一般普通的数控机床的不同以及特别之处就是，数控铣削中心可以在一台机床上完成多道工序的加工，而普通的数控机床需要多台机器才能够完成全部工序。1.1.1数控铣削中心的组成数控铣削中心有各种各样的类型，但是基础设

11、施是大同小异的。如图1.1所示，数控铣削中心主要有以下几大部分组成：（1）基础部件：床身、立柱和工作台等构成了数控铣削中心的基础结构，对于数控铣削中心的静载荷以及在加工时会产生的切削负载大多都是由以上的基础部件来承受这些力，所以这些基础部件作为数控铣削中心的基石，须要有足够的刚性、弹性以及稳定性，所以铸铁件以及焊接而成的钢结构件都可以作为床身、立柱和工作台等基础部件的材料，他们的体积远超于数控铣削中心中别的部件、也是铣削中心中重量最重的模块。（2）主轴整体：主轴整体包括主轴的电动机、主轴箱、主轴以及固定主轴轴承等零部件。工作时主要的功率输出都是通过主轴的零部件。而对于主轴如何参与整个切削运动过

12、程，那边是铣削中心的数控系统来下达指令，主轴执行指令来带动加装在主轴上的刀具来进行加工。 1。（3）数控系统：数控铣削中心的数控系统包括了操作面板、驱动设备、芯片控制器以及数控设备等。数控铣削中心能够按照顺序的进行加工动作以及能够顺利完成所有加工过程，这都是由数控系统控制完成的。（4）自动换刀装置：自动换刀装置包括储存刀具的刀库以及负责进行换刀动作的机械手等设备构成的。正是因为拥有自动换刀装置，数控铣削中心才能与一般普通数控铣床区分开来，一个机床便可以完成多个机床才能加工完成的需要多工序加工的工件。而更换工序的时候就需要更换刀具，数控系统便会发出换某一把刀的指令，机械手来完成将刀具从刀库中取出

13、并装到负责加工的主轴孔中，从而更换刀具并完成更换工序。（5）辅助装置：是由液压、检测装置以及气压等部分来组成辅助装置。虽然这些装置并不会直接参予到加工运动的过程中，却会使得数控铣削中心的加工精度和加工效率有保障，故而辅助装置也是数控铣削中心之中不可或缺的一部分。图1.1数控铣削中心的组成1.1.2数控铣削中心的分类数控铣削中心可以按照换刀形式和机床的形态两种方式来进行以下分类1：（1） 换刀的方式： 同时具有刀库和机械手的数控铣削中心。该中心的换刀过程是由机械手来完成将刀具从刀库中取出并装到负责加工的主轴孔中，从而完成更换刀具、更换工序； 机械手的数控铣削中心。这种数控铣削中心主要是要通过刀库

14、和主轴箱之间的相互辅助配合的动作来完成换刀过程； 转塔刀库式数控铣削中心。该类数控铣削中心主要以孔加工为主适应于小型立式加工中心。（2） 数控铣削中心的形态： 卧式数控铣削中心。这种加工中心的加工心态主要是它的主轴轴线设置成与地面平行的状态。该类的数控铣削中心最少拥有三个运动坐标轴，而最多可以拥有五个运动坐标轴构成。在这之中最为常见的就要数三轴的加工中心，它拥有X轴、Y轴、Z轴以及一个工作台构成的回转坐标。相比较于立式加工中心，卧式加工中心更加的具有广泛性，适宜复杂的箱体类零件、泵体阀体等零件的加工； 立式数控铣削中心。这种加工中心的加工心态主要是它的主轴轴心线将会被设置成与地面相垂直的状态。

15、这种类型的数控铣削中心中比较常见的就是三轴立式数控铣削中心，还拥有具备旋转功能的工作台。如果想要加工螺旋线类的零部件，在工作台上加装一个水平轴线上的数控转台，便能够加工螺旋线类的零部件。像一些直观简单的板类零件、箱盖、箱体和平面凸轮的加工大多可以采用立式数控铣削中心； 龙门式数控铣削中心。该类数控铣削中心的主轴能够在龙门式数控铣削中心特有的溜板上（龙门架垂直方向以及水平方向上的）的进行上下移动，龙门架便沿床身做纵向运动。大型或者是形状复杂的工件加工比较适合采用该类型的数控铣削中心； 万能数控铣削中心。该类型的数控铣削中心能够同时拥有立式和卧式数控铣削中心的特点以及功能特性。万能铣削中心比较常见

16、以及常被人们所使用的便能主轴的形态分为两种形式；（1）主轴能够旋转900，所以这种类型能够变成立式数控铣削中心的同时也能成为卧式数控铣削中心；（2）主轴不能转动方向，但是工作台能够带着被切削的工件转动900最多可以对工件的5个面进行加工。该类型的数控铣削中心安装工件的时候能够防止安装误差（如由于二次装夹造成的），所以比较可靠、加工精度也比较精准，但该类型的中心结构复杂、制作要求高、成本也非常高。1.1.3数控铣削中心的加工特点数控铣削中心拥有数控机床所有的优点之外，但同时它还比数控机床多拥有自动换刀装置，使得铣削中心更加自动化的同时还有拥有以下所列出的几个加工特点：（1）数控铣削中心大多数主轴

17、箱可以自动转角度或者它的工作台能够拥有旋转功能，这样的旋转能够让只有一次装夹便能够加工多个角度以及多个平面,的加工，一次装夹完成多工序，减少装夹次数、装夹时间以及装夹误差，加工效率高、精度高、误差小； （2）有些数控铣削中心会具有相互交换工作台，这样的数控铣削中心便可以一边已完成的工件到达装卸位置上进行的装卸，另外的工件还在正在进行切削工作的工作台上进行加工，不影响正常的加工工件2；（3）数控铣削中心拥有自动换刀装置，一个数控铣削中心便可以完成多个机床才能加工完成的需要多工序加工的工件。而更换工序的时候就需要更换刀具，数控系统便会发出换某一把刀的指令，机械手来完成将刀具从刀库中取出并装到负责加

18、工的主轴孔中，从而更换刀具并完成更换工序。被加工件许多工序能够在同一张机床上完成，工序高度集中。一次装夹便可以完成多个工序，也能够减少安装误差； （4）数控铣削中心可以更改铣削中心主轴的转速、刀具的运动轨迹（相对工件来说）、进给量以及铣削中心相关辅助装置的功能特性； 数控铣削中心拥有以上所列出的加工特点，通过减少被加工工件的装夹次数、装夹时间、安装误差、测量和调整机床的时间，缩短了工件整个加工完成所需要的时间。大幅提升了生产率，而对于加工过程复杂，需要频繁更换工序重新安装以及误差较小精度较高的工件更加节省时间效率高。1.2数控铣削中心未来的发展趋势数控铣削中心具有高科技高柔性化的特点，它的未来

19、发展潜力无穷。但是有关于功能等方向的发展还是有迹可循，以下列出的几点便是数控铣削中心未来的发展趋势2：（1） 柔性化程度高柔性化装置的出现，如柔性加工单元和柔性制造技术都是根据柔性化技术发展来的，通过大大减少加工所需要的时间，来提高零部件的加工效率，提高零部件加工时的准确度、可靠性，大大减少了整个生产线的时间，这是数控铣削中心对于目前激烈的竞争做出的良性转变。数控铣削中心在研发出柔性化并加以提升的时候，还兼具着柔性加工单元和系统柔性化，并向着该方向前进。（2）人脑计算机化近年来，AI、人脑计算机等技术的研发出现使得人们向着更加信息化和技术化发展，人们对AI、人脑计算机等技术的向往愈发趋近于生活

20、化，如智能音箱、智能家电的出现，而对于数控铣削中心也是同样的，人脑计算机、计算机智能化也是数控铣削中心拓展方向的目标。生活中的智能化可以给我们带来方便，让生活更加简单，而数控铣削中心智能化便可以减少劳动力，提高行业的信息化、技术化。（3）精度越来越精确新技术、新领域、世界愈发的信息化、智能化，越来多的新技术和新的科技产品的出现让大家对零部件精度的要求越来越高。所以提高零部件的加工精度已经成为数控铣削中心未来的发展方向之一。（4）速度快效率高减少生产成本、提高生产效率，这便是数控铣削中心的加工态度，加工生产高效率，这就是数控铣削中心的最终目的。如果数控铣削中心生产效率能有大幅度的提高，这不仅仅可

21、以减少生产成本，减少生产时间，高速加工还能够减少加工误差和磨损，提高工件的加工精度，对机械工业也是具有很大的影响，减少成本，减少身产时间，提升生产加工的效率，具有良好的经济效益。（5）加工平稳数控铣削中心愈发的普及，各式各样的零部件大多都会找数控铣削中心加工，工作量增大，有些零件所需的精度高，大家便会担心数控铣削中心得稳定性。而数控铣削中心所采用的刀具以及各传动系统在被设计时，就会考虑工作时的载荷以及摩擦力，传动刚度高，各个传动部件平稳，那么数控铣削中的整个加工过程都会平稳。（6）与计算机网络联系更加紧密科技发达，出现了以柔性制造单元和柔性制造系统为基础的柔性制造设备，如柔性化的数控铣削中，时

22、代的进步，又在追求有关互联网组成的现代计算机集成制造系统。而进步后的数控铣削中心还能够通过异步传输串行接口、平衡电压数字等接口以及直接数字控制系统接口（该系统接口还能够具有远程缓冲的能力），数控铣削中心可以通过以上等接口完成联网，继而完成多台数控铣削中心的数据互通以及可以通过网络直接对多台数控铣削中心进行操控。（7）复合化数控铣削中心与一般普通机床的不同之处就是数控铣削中心拥有自动换刀装置，可以在数控铣削中心内安装十几把刀，如攻螺纹、钻孔、铣削等加工工序在同一张机床内完成，减少了装夹时间和装夹误差，一台机床设备的使用效率的到了大幅的提升。而数控铣削中心还有一种便是万能数控铣削中心，它通过主轴的

23、旋转或者工作台的转动，可以让数控铣削中心对被加工的零部件进行多面、多角度的加工工序，提升了加工的效率。2进给传动系统设计方案数控铣削中心的进给传动系统中，最为重要的便是伺服进给系统，其中伺服驱动电路和伺服驱动装置一起组成了伺服进给系统，数控铣削中心之中除了伺服进给系统还要包括机床上的执行部件以及机械相关的零部件。在整个数控铣削中心当中，数控系统发出各类指令，如切削速度、位移量、以及方向和角度，进给传动系统则按照数控系统的指令来通过执行部件，如工作台等，来对工件进行加工。数控铣削中心中的整个完全的加工过程和最终被加工工件的准确性以及加工误差等都与进给传动系统的传动刚性、弹性、稳定性、准确性以及所

24、受到的摩擦力都有着密不可分的联系。所以设计伺服进给传动系统最重要的就是选择合适的零件，提高数控铣削中心的传动效率，才能使得最终加工的稳定性、准确性、以及刚性和弹性。2.1进给传动系统设计的总任务如今的数控铣削中心的进给运动大多数会选择无级制动的控制传动的形式，伺服电机的动力和运动只需经过由最多一两级齿轮或带轮传动副和滚珠丝杠螺母副或蜗杄蜗条副组成的传动系统传动给工作台等运动执行部件。而传动装置上的无论带轮结构或是齿轮结构传动的，它们对相关的开环系统，还能够给定适应的合适的脉冲当量，而它们自身能够给定进给系统适合的惯量以及取得加工所需要的输出所制造的特性，而这些都是通过对传动减速能够得到的。如今

25、，伺服电机性能指标的不断提升，许多数控铣削中心选用滚珠丝杠机构来代替齿轮副或者是带轮副的作用，并把它直接连通在一起和电机。针对所要设计数控铣削中心的进给传动系统，除了要考虑到设计进给传动系统时基础的需要，如精准度、响应速度、调速范围以及低速情况下保持比较大的转矩的输出，还要考虑到铣削中心的经济方面，要在能达到基本需要的前提下，尽量选择合适以及低成本材料或部件，以降低成本。而数控铣削中心进给传动系统的初步方案设计的大概主旨包含：进行伺服进给系统的考虑和选取以及执行部件的传动方法的确定等内容。综合以上，应该要根据设计的基本需要以及大致方案进行设计并多搜集数控铣削中心的实际案例进行相比较，以此来发现

26、不足。2.2进行伺服进给系统的考虑和选取数控铣削中心进给传动系统按照是否有位置检测以及是否有反馈装置，进给传动系统用有开环伺服系统、闭环伺服系统以及半闭环系统三种。其中开环伺服系统不需要方位监测与反馈装置；闭环和半闭环伺服系统则必须有方位监测以及反馈装置。开环伺服系统中并没有方位监测与反馈环节，这种进给传动系统的传动运动主要是由数控系统发出位移、速度等指令，再经过伺服驱动电路的放大，然后驱动装置和机械传动结构来控制铣削中心的工作台等的位移和速度。开环伺服系统因为没有方位监测与反馈环节，加工精确性不太准确，但是该系统构造简便直观、便于调整、经济性高。闭环伺服系统，该系统的方位监测主要是想要能够直

27、接能够监测到执行部件，如工作台等的实质上具体移动的位移，所以该系统的方位监测装置大多加装在铣削中心的工作台或者是刀架等执行部件上，并且会把检测装置所检测到的与数控装置发布的指令位移进行相互的比对，根据比对出的差值再去控制执行部件。但是，加上检测装置等很多的机械传动装置都会被包括在在闭环伺服系统当中，各个部件之间的摩擦力以及各个部件的刚度等都将会直接对伺服系统的调控变量造成很大的冲击，所以，想要设计闭环伺服系统以及其调速整个过程的完成度都有很大的挑战性。综上所述，可以知道闭环伺服系统大多还是运用于需要去加工的零件精确度以及准确度好的铣削中心。半闭环伺服系统，该系统的方位监测主要是想要能够直接能够

28、监测到电机上的角位移进而可以推算出铣削中心上的执行部件，如工作台等的实质上具体移动的位移，所以该系统的方位监测装置大多加装在铣削中心的电机或者是滚珠丝杠的端点，进行该系统的反馈环节。而该系统相对于闭环伺服系统来说，如果把监测装置加装在电击上，就相当于把滚珠丝杠螺母副以及铣削中心的执行部件（如工作台等）等许许多多的零部件置于监测环节以及反馈装置之外，不能检测到这些零部件的误差，精确性以及准确性相对而言较差。但是，这种半闭环的伺服系统相对来说较为稳定、平稳，调整等也要比闭环伺服系统便利简单，经济性也很好。本篇毕业设计由于使用步进电机，如图2.1开环控制原理图所示，可以选择开环伺服系统图2.1 开环

29、控制原理图2.3执行机构传动方式的确定为了数控铣削中心传动的稳定性、准确性、以及刚性和弹性，对于本次的数控铣削中心中进给传动系统的设计，要注意尽量到达摩擦力小，传动效率高、时间短、铣削中心的使用效率高。在本篇的毕业设计中要注意:(1)采用传动效率高摩擦力小的传动装置。如滚珠丝杠机构以及滚动导轨等。(2)减少传动误差消除，增强传动的稳定性、准确性。如对滚珠丝杠进行预紧。(3)增强传动过程中的刚性。弹性。选用刚度较好的零部件，并适当的对其施予负载。如滚珠丝杠以及导轨安装预紧装置，是为了能够实时的对预紧力进行修改、调整。如今数控铣削中心有使用静压蜗杆蜗母条副传动和使用滚珠丝杠螺母副传动是伺服进给系统

30、传动两中种常见的结构形式。静压蜗杆蜗母条副传动是一种特殊的丝杠螺母机构，主要被应用在龙门镗铣床以及数控落地铣镗床等。它主要具有以下几特点：摩擦阻力小；刚度强、阻尼性好；刚度高到可以让蜗母条进行没有限制的延长；受到的磨损小，工作的时限更长；能消除电机等轴运转时的震动从而稳住传动机构，使得传动更加准确。滚珠丝杠螺母机构的特点是能够将回转运动和直线运动相互转换的传动工具，是数控铣削中心伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置3。所谓的滚珠丝杠螺母机构就是可以把旋转运动转化为直线运动，而如何转换便是滚珠丝杠螺母机构的特别之处。如下图2.2所示，它需要在杆状也就是丝杠上面加工出类似于螺纹样子的凹槽，那么丝杠

31、的螺母也要装配在丝杠的上面，所以在丝杠的螺母上也要加工与丝杠可以相互配合的凹槽，保证小钢珠可以在凹槽运动。而滚珠丝杠螺母机构的原理就是通过小钢珠在丝杠螺母内凹槽以及丝杠外围的凹槽之间形成的道路来进行围绕着丝杠外围来进行的旋转运动。所以，只要电机等动力元件与丝杠相连，带动丝杠做旋转运动。此时，丝杠螺母不动，丝杠与丝杠螺母形成了相对的运动，使得小钢珠开始向前或者是向后滚动从而带着丝杠螺母进行向前或者是向后的直线运动。因此可以把想让其做直线运动的零部件安装在丝杠螺母上，从而可以让该零件进行直线运动。上述便是整个滚珠丝杠螺母机构可以将旋转运动转化为直线运动的原理。图2.2滚珠丝杠机构 当反向运动时，和

32、正向的行程一样，不会出现空行程，所以该机构高精度、定位准确；滚珠丝杠螺母机构可以进行预紧并且丝杠与螺母之间的几乎可以零空隙，所以该机构也具有高刚度的特点； 滚珠丝杠螺母机构发展越来越快，也越发普及，也拥有趋近于通用的尺寸，所以现在也有愈发多的工厂来专门进行生产滚珠丝杠螺母机构，大家可以选择好尺寸直接购买一整套机构更加方便，以及现在滚珠丝杠螺母机构的应用范围也逐渐扩大，慢慢取代滑动机构 4； 阻尼小、所受到的摩擦力小，传动中力的磨损少，所以该机构电机给多少它就可以传多少，效率高； 具有高同步性，只要使用一样的滚珠丝杠螺母机构来传动一样的零部件，机构一样、零部件一样，一起再同一个时间运作便更容易一

33、起工作从而达到同步5； 其机构工作时因为是钢珠，摩擦力比较小运动时又平稳又灵敏，且该机构在速度比较慢时不会继续往前运动； 在工作过程中受到的磨损比较小，磨损少了工作的时限就更长，该机构中的各零件都各自安装，所以保护以及修理会容易一点 6。除了要考虑到数控铣削中心纵向进给传动系统的加工需求（如要保障传动的精确性、准确性、稳定性以及误差小等），还要考虑铣削中心的经济性，所以有关这次毕业所要设计的数控铣削中心的进给传动系统可以选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母机构。3进给传动系统的设计本次所设计的数控铣削中心的进给传动大致的设计内容有选定脉冲当量、计算切削力、选择导轨、滚珠丝杠螺母机构的选型和计

34、算、电机的选型以及计算还要有联轴器的选择 7。脉冲当量被称为铣削中心设定的最小单位、最小的指令增量或铣削中心分辨率。脉冲当量相当于一个铣削中心很基础的技术参数，也是可以作为数控铣削中心加工精度的指标。通常大多数的数控铣削中心都会选用每输出一个脉冲可以产生零点零一至零点零五毫米的位移来作为脉冲当量，本次课题选用0.01 mm / 脉冲，横纵一样。3.1切削力的计算可以进行工件的选材，定为碳素钢，b = 0.637 Gpa；考虑选取硬质合金来作为切削的原料；选择刀具的几何参数为：主偏角、前角、刃倾角分别为：Kr 选取 60，o选取 10，s 选取 - 5，再设定：背吃刀量ap为ap=3mm，进给量

35、选择f=0.5mm/r，切削速度则是Vc=10010 3 mm / min根据表3. 1切削时的切削力以及切削功率计算公式，可以知道：C F c = 270，x F c = 1. 0，y F c = 0. 75，n Fc = - 0. 15。根据表3. 2能够知道到：主偏角r的修正系数KkrFc=0.95；前角以及刃倾角的修正系数Kkr均为1. 08。根据表3. 1切削时的切削力以及切削切削功率计算公式得到下列计算公式：主切削力Fc： Fc = 9.81CFc apxFc fyFc vcnFcKFc， （公式3.1）背向力Fp： Fp = 9.81CFp apxFp fyFp vcnFpKFp

36、， （公式3.2）进给力Ff： Ff = 9.81CFf apxFffyFf vcnFfKFf， （公式3.3）可以将CFc = 270，xFc = 1. 0，yFc = 0. 75，nFc = - 0. 15，KkrFc = 0. 94，ap = 3 mm，f = 0. 5 mm/r，Vc = 100 m/min，带入公式3.1当中便可以求得：主切削力Fc为：Fc = 9.81CFc apxFc fyFc vcnFcKFc = 2225.92 N。将CFp = 199，xFp = 0. 9，yFp = 0. 6，nFp = - 0. 3，KkrFp = 1，ap = 3 mm，f = 0.5

37、 mm/r，Vc = 100 m/min，带入公式3.2当中便可以求得：背向力Fp为 ：Fp = 9.81CFp apxFp fyFp vcnFpKFp = 869.59 N；同理将CFf = 294，xFf = 0. 9，yFf = 0. 6，nFf = - 0. 3，KkrFf = 1，ap =3 mm，f =0.5 mm/r，Vc = 100 m/min，将以上数据带入公式3.3当中便可以计算出：进给力Ff ：Ff =9.81CFf apxFffyFf vcnFfKFf = 969.67 N。所以综上所计算得到了主切削力Fc：Fc = 2225.92 N，背向力Fp ：Fp = 869.

38、59 N，进给力Ff ：Ff = 969.67 N 3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选用3.2.1受力分析假设移动部件共重1000 N，上面所计算出的主切削力Fc：Fc = 2225.92 N，背向力Fp ：Fp = 869.59 N，进给力Ff ：Ff = 969.67 N 。如图3.1工作时托板的受力分析，F c和F z 、F p和F y 以及F f和F x之间相对应的相等关系，可以得到： F x =Ff = 969.67 N ，F y =F p = 869.59 N ， F z = F c = 2225.92 N 。、图3.1 工作时拖板的受力分析3.2.2导轨的选择以及工作载荷的计算本次设

39、计进给传动系统选用矩形三角形组合的滑动导轨如图3.2，滑动导轨相对于滚珠导轨来说结构简单、刚度高、维修更换方便，更适用于脏污环境下的工作。这种组合导轨兼有三角形导轨的导向性好，矩形导轨的制造方便，刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。但导轨磨损不均匀，一般是三角形导轨比矩形导轨磨损快，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有影响。闭合导轨有压板面，能承受颠覆力矩。图3.2矩形三角形组合导轨查表3. 3工作载荷F m的计算公式以及参考系数，可以得到工作载荷F m的计算公式：F m = KF x +（F z + G） （公式3.4）综合导轨的K=1.15，取0.17，将以上的数据代入

40、公式3.4可计算出：Fm = KFx +（Fz + G）=1. 15969.670.17（2225. 92 + 1000）= 1663. 53 N表3.3 工作载荷Fm的计算公式以及参考系数3.2.3计算最大动载荷 首先假设本车床选定基本导程为P h = 8 mm的丝杠，并且对于X轴，该数控车床在最大切削力的条件下进给速度最快能够达到每分钟能够移动0.9 m， 根据转速公式： n = 1000vPh （公式3.5）将以上数据代入公式3.5中可计算出n = 112. 5 r / min 丝杠系数的计算公式：T = 60 n T / 10 6 （公式3.6）通常滚珠丝杠的使用寿命为15000个小时

41、，即可代入丝杠系数的计算公式：T = 60nT / 106 =（60 112. 515000）/ 106 = 101.25（单位是106 r）。硬度影响系数f H可以取1。最大动载荷为：F Q =3Tf df HF m （公式3.7）式中： f d 动载荷系数，见表 3.4 动载荷系数f d；查表得动载荷系数f d可以取1. 1，将T = 135（106 r），f d = 1. 1，f H = 1，F m = 1663. 53 N，代入公式3. 7中得到最大动载荷F Q = 3Tf df HF m = 3101. 251. 111663. 53= 8528. 81 N。3.2.4进行型号选择

42、根据以上3.2.3计算出了的有关最大动载荷等的数据，査表3.5滚珠丝杠的选型表，先预选择FFZD4008-3型，该滚珠丝杠机构的公称直径d 0 = 40 mm，公称导程P h = 8 mm，额定动载荷C= 19800 N，精度等级取四级9。表3.5 滚珠丝杠螺母机构选型表 3.2.5传动效率的计算丝 杠 的 螺 旋 升 角 公 式：= arctanP h / (d 0) （公式3.8）将公称直径d o = 40 mm，导程P h = 8 mm，代入公式3.8中能计算出丝杠螺 旋升角：入= arctanP h / (d 0) = arctan 8 / (40) 3 36传动效率公式：=tan/

43、tan(+) （公式3.9）然后可以取10分为公式3.9中的摩擦角，即=10，将计算出的和取得值代入公式3.9中可以计算出=tan/ tan(+)0.955=95.510。3.3滚珠丝杠螺母副的尺寸计算确定了滚珠丝杠螺母机构的型号为FFZD4008-3型便是知道了如下表3.6滚珠丝杠螺母的直径等数据。所以只要参照实际情况的长度来选取滚珠丝杠的长度便是知道滚珠丝杠螺母机构的整体尺寸，从而可以进行画图。选择400mm作为工作台行程，又知道FFZD4008-3的导程为8mm所以余程可查表3.6得到为32，同时表3.7 FFZD4008-3滚珠丝杠螺母机构的数据表是包含了该机构各标准尺寸，所以便可以求

44、得滚珠丝杠螺母机构的有效行程为：L u =工作台行程+ 2余程+螺母长度 = 400+232+128= 592 mm滚珠丝杠螺母机构中丝杠上螺纹长LsL s = L u +2L e= 592 + 232 = 656 mm丝杠全长取L=868mm表3.6 滚珠丝杠螺母机构导程与余程的关系表3.7 FFZD4008-3滚珠丝杠螺母机构的数据表图3.3 滚珠丝杠螺母机构尺寸图3.4刚度检验传动刚度是数控铣削中心进给传动系统的重要指标之一，而滚珠丝杠螺母副自身的刚度会影响滚珠丝杠的工作性能从而影响到数控铣削中心的传动刚度。不光如此，滚珠丝杠的安装方式的选择以及滚珠丝杠支承的结构刚度也同样会影响到进给系

45、统的传动精度。如果选择了错误的安装方式或者支撑刚度不够，都十分有可能会减少滚珠丝杠的工作寿命。在本篇课题选用一端固定，一端简支的方式来安装滚珠丝杠，如图3. 4，该安装方式可以释放丝杠的热变伸长量。可以采用一对推力角 接触球轴承来固定，面对面组配。图3.4 双推 简支式3.4.1滚珠丝杠的拉伸或压缩的变形量钢的弹性模量E = 2. 0610 5 MPa，丝杆加上两端接杆之后，左右的支撑中心距离a为800 mm；查上表3. 5滚珠丝杠选型表可以查到丝杠的底径d 2 = 34. 9 mm，算得丝杠截面积S=d22/4S = 956. 62 mm 2 ，丝杠的拉伸或压缩变形量公式11：1 =（F m a）/ ES（Ma 2）/ 2I E （公式3.10）“”分别是在拉伸和压缩的情况下被使用加之M数小又小于1，所以后面的式子可以忽略不计。所以滚珠丝杠在拉伸或者压缩情况下的变形量是公式3. 10中的绝对值，即：1 = F m a / ES = 1663.538002.0610 5956.62 0. 00675mm ，3.4.2接触变形量滚珠与螺纹滚道之间的接触变量的计算公式：