毕业设计----XK5040数控立式铣床进给系统设计

则有：
因施加预紧力，故：
根据以上计算：
故满足要求丝杠副的传动精度
5）润滑方式：采用润滑脂，充填在螺母内部及涂在丝杠螺纹滚道上。
6）稳定性验算
当丝杠的长径比较大（一般大于10），且承受轴向压力时，丝杠有发生纵向弯曲的危险，因此需进行稳定性的核算。丝杠具有良好的稳定性时的最大允许轴向压缩载荷Pa可用材料力学公式来计算：
2.滚动体的尺寸与数目的选择
确定导轨上滚动体数目最大值：
式中：z-----每条导轨上的滚动体数
d------滚珠直径（cm）
G-------为每一导轨上所分担的运功部件重量（G=560kgf）
滚子选用：d=18mm,
采用滚动导轨块，L为：
式中S---动导轨的行程。
3.滚动体许用载荷计算
在一个滚动体上的许用载荷按下公式计算
步距角： /step
快速进给速度： 500mm/min
（2）工作台选择：(mm)
工作台宽度B=400
工作台面长度L=800立式主轴端面到工作台面的最小距离H2=100
工作台T形槽宽度b/mm(按GB/T158-1996):18
主轴前端锥度号（按GB/T3837-2001）:50
1.2横向进给系统的设计计算
一般为
已知：滚珠丝杠直径do=50mm，螺距P=6mm, L=1035mm,工作台重量1120N，静摩擦力Fo=1120*0.2=224N,最大轴向负荷Famax=2361N.
加速力矩：
=
摩擦力矩:
附加摩擦力矩:
式中： ------电动机额定转矩;
-------电动机转矩瞬时过载系数；小惯量直流伺服电动机取8-10.
L=500+83+2*40=663mm
应略大于L1，取为800mm
4）临界转速
查表3.7-37 （俩端固定）
两端固定，丝杠一般不会受压，故不需进行压杆稳定性验算。
5）预拉伸计算
A.温升引起的伸长量 ，设温升为 ，则螺纹部分伸长量为：
丝杠全长的伸长量 为：
为此，丝杠的目标行程可定为比公称行程0.025/0.8mm.丝杠在安装时，进行预拉伸。拉伸量为0.031mm,拉伸方式如下图。
B.预拉伸力Ft.根据材料力学欧拉公式：
B.轴承选择
1)选择轴承类型
普通数控机床初定轴承使用寿命20000小时，轴承承受径向载荷和轴向载荷，可选用圆锥滚子型号轴承2007110，由丝杠轴颈及载荷性质，确定选用轴承应具有的基本额定动载荷
2)计算附加轴向力
轴承径向载荷
附加轴向力
式中e,Y查表5.9-133《手册》中e=0.32,Y=1.9
1）工作台质量折算到电机轴上的转动惯量
查表3.7-9
丝杠的转动惯量
查表3.7-8
电动机转速
因此，总的转动惯量
2)电动机力矩计算
快速空载启动时所需力矩：
最大切削负载时所需力矩：
加速进给时所需力矩：
式中 ---空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩N.m；
---折算到电机轴上的摩擦力矩N.m；
---由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；
查图5.7-92找到相交点在Do=50曲线的左侧（<50）,所以安全可用
4）刚度验算：
(1)滚珠与螺纹滚道间的接触变形
滚珠丝杠受工作负载F 引起的导程的变化量 ，选用的滚珠丝杠副为N5006-4，从图5.7-97查得 ，因进行了预紧，
（2）丝杠的轴向拉伸变形量
查图5.3-100得 ，现L635mm,
此外，对直流伺服电动机而言，还应保证快速进给力矩是在电动机的连续运行区域内，最大切削负载力下的进给时间是在所希望的数值之内。
---折算到电机轴上的总等效转动惯量（
T-------系统时间常数（S）
n-------电机转速（r/min）
-----导轨摩擦力（N）；
P------丝杠螺距mm;
i-----降速比为1；
,
因这是第三种支撑方式，所以
(3)支撑滚珠丝杆轴承的轴向接触变形 ，
向心推力球轴承的轴向接触变形 公式如下：现为双联向心推力球轴承
选用236212
式中：
Pa------------轴承的轴向载荷（2359/4=589N）；
Z-------------轴承的滚动体数目（14*4）；
------------轴承滚动体直径（15.875）。
=0.068+0.229+0.289=0.58N.m
因此选用最大静力矩0.637N.m的步进电动机满足要求
步进电机最高工作频率：
综合考虑，查表6-1-38选用70BF6P型直流步进电机，能满足使用要求。
进给力计算公式（kgf）：
式中： —————— ——为沿导轨运动方向的切削分力(kgf)
To ————————滚动体的起始摩擦力kgf（约等于2）
f’————————在导轨上的当量摩擦系数(取0.005)
—————分别为俩导轨的预加载荷(kgf)低于30~50（选用30N）
则有：
Q=2359.40+2+0.005（30+30）=2362（N）
----------当量轴向载荷（kgf）,
则有
根据最大动负荷C的值，查手册2，选取滚珠丝杠直径为50mm，N型内循环单螺母滚珠丝杠副，型号为N5006,4列，其额定动载荷为2500kgf，所以强度足够。
2）丝杆螺纹部分长度L等于工作台行程500mm加螺母长度83mm加两端余量40mm
3）支撑跨距L1
2007届毕业设计说明书
XK5040数控立式铣床进给系统设计
院(系)、部：机械设计及其自动化学院
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专业：机械设计制造及其自动化
班级：07-7
完成时间：2011年
1概述2
2设计的意义3
2.1国内外对比3
2.2生产中的应用3
3设计计算9
3.1电机的选择9
3.2 V带的传动设计9
一对圆锥滚子轴承（面对面排列），内圈用紧固螺母与垫圈紧固，结构简单，拆装方便，紧固可靠。外圈端面与端盖间隙作为轴热伸长补偿方式，结构简单，，调整方便。
轴承的轴向固定，是为了使轴承始终处于定位面所限定的位置。因此轴向固定包括内圈在轴上的固定和外圈在外壳孔内的固定。尽管轴承的内外圈都要求准确定位，但并不一定要同时作轴向固定，固定-游动支承中，固定端承受双向轴向载荷，故需双向轴向固定。游动端应根据轴承类型和游动方式采用不同的固定结构。
则有:
故稳定性不存在问题。
7）强度的核算
丝杠拉压应力 的计算公式为：
式中：P-------丝杠所受最大的轴向力（kgf）
A-------丝杠内径的断面积（mm2），
d1-------丝杠内径（mm）
许用拉压应力（kgf/mm2）由于螺纹所引起的应力集中系数不能精确确定，因此取
拉压应力满足要求。
1.4转动惯量计算：
q=560/139*18=0.2(N/mm)
按图C1取0.3
则有：
5.按额定动载荷选用滚珠丝杠
1）强度计算
寿命值：
T---额定寿命，查表得T=15000h
---滚珠丝杆导程，取 =6mm
n---为丝杆转速（r/min）
v---为最大切削力下的进给速度（m/min）,取最高进给速度的1/3
v=
r/min
工作台横向进给分力载荷：
F =0.5Fz=0.5×4718= 2359 N
工作台垂直方向分力载荷：
F =0.9Fz=0.9×4718=4246 N
1.3丝杠与导轨设计：
由《机床设计手册》3部件、结构及总体设计，选用回转运动滚动导轨，（用于低速回转工作台）。
滚动导轨预紧方法
1.采用过盈配合
装配前，滚动体母线间的距离为A，压板与溜板间所形成的包容尺寸为A-b.装配后b就是过盈量。一般b取5-6微米，导轨牵引力不超过30-50牛顿
对于滚珠导轨：
d-----------滚珠直径（mm）
l-----------滚子长度（mm）
----------导轨材料硬度系数，按表选取0.7
K-----------滚动体截面上的当量许用应力，选用5.4
滚动体载荷满足要求。
4.滚动导轨刚度计算
滚动导轨刚度的计算就是接触变形
对于滚珠导轨：
q ------------滚柱单位长度上的载荷（N/mm）
------传动总效率，计算为 =0.936
-----最大轴向负载（N）
-------进给方向的最大切削力（N）
---为电机最大角加速度（ ）
---为运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（ ）
t---为运动部件从静止启动加速到最大快进进给速度所需时间（s）,取t=0.025s
则有：快速空载启动时所需力矩：
12)选择密封方式
接触式密封（毛毡密封），速度允许3.5m/s
效率计算：
根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率 为：
式中： ---为丝杆螺旋升角，查得：
---为摩擦角，滚珠丝杆副的滚动摩擦系数f=0.003～0.004,其摩擦角约等于
则有：
3）压杆稳定性的核算
按额定动载荷选得丝杠的名义直径为50mm，支承条件为“固定-固定”（G-G）,支承长度为635，最大轴向压缩载荷2359，核算压杆稳定性：
采用半闭环机床进给系统，滚珠丝杆拖动工作台。传感器与电机轴相联，用来检测电机转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置，传感器采用脉冲编码器。
（1）横向进给系统的设计计算
工作台重量：W=112Kgf=1120N(根据图纸粗略计算)
时间常数：T=25 ms
滚珠丝杠基本导程：Lo=6mm