数控铣床横向进给

数控车床工作时，受切削力的作用，床身发生弯曲，其中，影响最大的是床身水平面内的弯曲。因此，在床身不太长的情况下，主要应提高床身在水平面内的弯曲刚度。所以，在设计床身时，采用与水平面倾斜45°的斜面床身。这种结构的特点是：(1)在加工工件时，切屑和切削液可以从斜面的前方(即床身的一侧)落下，就无需在床身上开排屑孔，这样，床身斜面就可以做成一个完整的斜面。(2)切屑从工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器将切屑排出。这样，机床在工作中，排屑性能和散热性能要好，可以减少床身在工作中吸收由于切削产生的热量，从而减少床身的热变形，使机床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上无需开排屑孔，就可以增加与底座连接的床身底面的整体性，从而可增加床身底面的刚性。基于以上特点使得床身抵抗来自切削力在水平和垂直面内的分力所产生的弯曲变形能力，以及它们的合力产生的扭转变形能力显著增强。从而大幅度提高了床身的抗弯和抗扭刚度。床身在弯曲、扭转载荷作用下，床身的变形与床身的截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料、截面相同，但形状不同的床身，截面的惯性矩相差很大。截面积相同时，采用空形截面，加大外轮廓尺寸，在工艺允许的情况下，尽可能减小壁厚，可以大大提高截面的抗弯和抗扭刚度；矩形截面的抗弯刚度高于圆形截面，但圆形截面的抗扭刚度较高；封闭截面的刚度显著高于不封闭截面的刚度。为此，在设计床身截面时，综合考虑以上因素，在满足使用、工艺情况下，采用空心截面，加大轮廓，减小壁厚，采用全封闭的类似矩形的床身截面形式，同时，为了提高床身的抗扭刚度和床身的刚度／重量比，在大截面内设计一个较小的类似圆形截面。
本次设计采用的是内循环的丝杠螺母副，精度为3级，两端采用了小圆螺母为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。它是在螺母体内的两列循环链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个 的导程突变量，从而使两列在轴向错位而实现预紧。这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设定而且不能改变。
丝杠中常用的滚动轴承有以下两种：滚针—推力圆柱滚子组合轴承和接触角为60°角接触轴承，在这两种轴承中，60°角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要进行组合，但刚度较后者低，目前在一般中小型数控机床中被广泛应用。滚针—圆柱滚子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。
丝杠螺母副具有以下特点：
（1）传动效率高，摩擦损失小。丝杠螺母副的传动效率为0.92-0.96，比普通丝杠高3-4倍。因此，功率消耗只相当于普通丝杠的1/4-/3.
（2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。
（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
2.3、进给系统的设计计算
工作台重量：mT=600KgF=1500N
时间常数：T=25 ms
丝杠基本导程：Lo=6mm
行程： Sw=700mm
步距角： /step
快速进给速度：
（1）切削力计算 由《机床设计手册》可知，切削功率
式中：N---电机功率，查机床说明书，N=7.5 KW；
---主传动系统总效率，一般为0.7～0.85取 =0.7；
因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
60°角接触轴承的组合配置形式有面对面的组合、背靠背组合、同向组合、一对同向与左边一个面对面组合。由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，又由于面对面组合方式，两接触线与轴线交点间的距离比背对背时小，实现自动调整较易。因此在进给传动中面对面组合用得较多。
3.2齿轮传动副的设计
本设计采用的是双片齿轮错齿调整法。两片齿轮周向可调弹簧错齿消除间隙结构。两个相同齿数的薄片齿轮与另一个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。在两个薄片齿轮的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳。通过螺母调节弹簧的拉力，调节完后用螺母锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮错位，从而消除了齿侧间隙。
3.3齿轮箱的设计
齿轮箱主要把齿轮装入，通过轴连接电动机和丝杠。主要结构是一个方形的箱，然后要加工出一些孔装轴、丝杠、端盖等等。在右侧内壁也要加工一个孔来支承轴承。同时还要通过两个凸耳用螺栓与导轨联接。
3.4床身及导轨
对于数控机床来说，作为主要支承件的床身至关重要，其结构性能的好坏直接影响着机床的各项性能指标。它支承着数控车床的床头箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受着切削力、重力、摩擦力等静态力和动态力的作用。其结构的合理性和性能的好坏直接影响着数控车床的制造成本；影响着车床各部件之间的相对位置精度和车床在工作中各运动部件的相对运动轨迹的准确性，从而影响着工件的加工质量；还影响着车床所用刀具的耐用度，同时也影响着机床的工作效率和寿命等。因此，床身特别是数控车床的床身具有足够的静态刚度和较高的刚度/质量比；良好的动态性能；较小的热变形和内应力；并易于加工制造，装配等，才能满足数控车床对床身的要求。
传动比
故取 m=2 mm
B=20 mm
则有
2)转动惯量计算：
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量
丝杠的转动惯量
齿轮的转动惯量
电动机转动惯量很少，可以忽略
因此，总的转动惯量
所需转动力矩计算
快速空载启动时所需力矩
式中 ---空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；
---折算到电机轴上的摩擦力矩；
---由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；
2.1、设计方案的确定
2.2、进给系统的设计
2.3、进给系统的设计计算
2.3（1）、切削力计算
2.3（2）、进给工作台工作载荷计算
2.3（3）、丝杠设计计算
2.3（4）、齿轮及转矩的有关计算
2.3（5）、步进电机的选择
摘要
本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如：导轨的设计选型、丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。
二、进给系统的设计与计算
2.1、设计方案的确定
利用微机对进给系统进行半闭环控制，脉冲当量为0.01mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用丝杠副。
采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速丝杠转动，从而实现进给运动。
2.2、进给系统的设计
采用半闭环机床进给系统，步进电机经一级减速齿轮传动副，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。
K---进给系统功率系数，取为K=0.96。
则有：
Nc=7.5×0.7×0.96=5.04 kw
切向铣削力：
F = ×10 N
式中： V---主轴传递全部功率时的最底切削速度（m/s）
则有：V= D×95/60000=1.7m/s=102m/min
F = =2964（N）
（2）进给工作台工作载荷计算:
而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：
1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
2、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高3～7倍。
3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
4、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。
I---为截面惯性矩,对丝杆圆截面
---为丝杆底径, =48mm
则有：
L---为丝杆最大工作长度,取L=375mm
---为丝杆支承方式系数,参考图2-13和表2-7,取 =2.0
则有:
稳定安全系数 ：
所选丝杆稳定安全系数 ，查表得：
则有 ，故稳定性不存在问题。
（4）齿轮及转矩的有关计算
1）有关齿轮计算
式中： ---为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（
---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：
空载摩擦力矩：
式中：G---运动部件总重力（N）
---为导轨摩擦系数，取0.2
A---为丝杠截面积
则有：
与螺纹滚道间的接触变形量 ,有预紧：
式中： ---为直径，查表得 =3.969mm
Z 圈数 列数
25 1 3=75
---为预紧力
则有:
则丝杆的总变形量 :
查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15um/m 故刚度足够。
4)稳定性验算
失稳时的临界载荷
式中:E---为丝杆材料弹性模量,对钢
i---齿轮传动降速比，i=1.25
---传动系统总效率，取 =0.8
---基本导程，取 =0.6cm
则有：
附加摩擦力矩：
式中：
---为丝杆预加载荷，取 的1/3
---为丝杆预紧是的传动效率，取 =0.9
则有：
(5)步进电机的选择
步进电机的名义启动转矩
为满足最小步距要求，电机选用五相十拍工作方式，查表知
2）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：
---Байду номын сангаас摩擦角，丝杆副的滚动摩擦系数f=0.003～0.004,其摩擦角约等于