立式数控铣床进给系统课程设计

目录

1 概述 (3)

1.1 零件技术要求 (3)

1.2 总体方案设计 (3)

2 设计计算 (3)

2.1主切削力及其切削分力计算 (3)

2.2 导轨摩擦力计算 (4)

2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (4)

2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4)

3 工作台部件的装配图设计 (9)

4 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (9)

4.1 滚珠丝杠螺母副临界转速压缩载荷的校验 (9)

n的校验 (10)

4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速

c

4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (10)

5 计算机械传动系统的刚度 (10)

5.1 机械传动系统的刚度计算 (10)

5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12)

6 驱动电动机的选型与计算 (12)

6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (12)

6.2 计算折算到电动机上的负载力矩 (13)

6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (13)

6.4选择驱动电动机的型号 (14)

7 机械传动系统的动态分析 (15)

7.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (15)

7.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 (15)

8 机械传动系统的误差计算与分析 (16)

8.1 计算机械传动系统的反向死区 (16)

8.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (16)

8.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (16)

9 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (16)

9.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (17)

9.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (17)

课程设计总结

通过此次数控编程课程设计，我对立式数控铣床的进给系统有了个基本的了解，加深了对立式数控铣床的认识。通过立式数控铣床进给系统的设计，使我在装配结构和制造结构的各种方案以及在机械设计制图、零件计算和编写技术文件等方面得到了综合训练，培养了我的初步的结构分析与结构设计计算能力。

虽然只有一周的时间，在很仓促的情况下完成了这次数控编程的课程设计，但收获却很大，使我初步具备了设计的能力，并且我相信我在这方面的设计能力会逐渐成熟起来。

参考文献

1.范超毅．数控技术课程设计．武汉：华中科技大学出版社，2006

2.王爱玲．机床数控技术．北京：高等教育出版社，2006

1. 概述

1.1 零件技术要求

工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600mm；工作台快速移动速度20000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数0.15，静摩擦系数均为0.2；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为10μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。机床采用主轴伺服电动机,额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速300r/min。

表1 数控铣床的切削状态

1.2 总体方案设计

为了满足以上技术要求,采取以下技术方案。

(1)工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。

(2)工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯（PT-FE）导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。

(3)对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠采用预拉伸。

(4)采用伺服电动机驱动。

(5)采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。

2. 设计计算

2.1 主切削力及其切削分力计算

(1)计算主切削力Fz

根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀直径D=125mm）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。此时，铣刀的切削速度为

s m s m Dn

v /96.1/603001012514.3603=⨯⨯⨯==-π

若主传动链的机械效率0.8m =η，按式（2-6）可计算主切削力Fz ： N v P F m

m z 9.22441096

.15.58.01033=⨯⨯=⨯=η (2)计算各切削分力。

根据表2-1可得工作台纵向切削力1F 、横向切削力c F 和垂向切削力v F 分别为 N N F F z 96.8979.22444.04.01=⨯==

N F F z c 655.21329.224495.095.0=⨯==

N N F F z v 695.12349.224455.055.0=⨯==

2.2 导轨摩擦力的计算

(1)按式（2-8a ）计算在切削状态下的导轨摩擦力F μ。此时，导轨动摩擦系数0.15μ=，查表2-3得镶条紧固力1500g f N =，则

N N F F f W F v c g 56.2079)695.1234655.213215004.8996(15.0)(=+++⨯=+++=μμ

(2)按式（2-9a ）计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F μ和导轨静摩擦力0F 。 N N f W F g 46.1574)15004.8996(15.0)(0=+⨯=+=μμ

N N f W F g 28.2099)15004.8996(2.0)(00=+⨯=+=μ

2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力

(1)按式（2-10）计算最大轴向负载力max a F 。

N N F F F a 52.2977)56.207996.897(1max =+=+=μ

(2)按式（2-11a ）计算最小轴向负载力min a F 。

N F F a 46.15740min ==μ

2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算