进给系统的设计计算

4横向进给系统的设计计算

设计参数如下：

纵向：工作台重量：W=800N

行程：S=650mm

脉冲当量：p δ=0.006mm/P

最大进给速度：max V =2m/min

横向：工作台重量：W=300N

行程：S=200mm

脉冲当量：p δ=0.004mm/P

最大进给速度：max V =1m/min

4.1主切削力及其切削分力计算

已知机床主电动机的额定功率m P 为7.5kw ，最大工件直径D=400mm ，主轴计算转速n=85r/m 。在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率，道具的切削速度为

33.144001085 1.78/6060Dn

v m s π-⨯⨯⨯=== 取机床的机械效率0.8η=，则有 3103370.79m

z P F N N v η=⨯=

走刀方向的切削分力x F 和垂直走刀方向的切削分力y F 为

0.250.253370.79842.7x z F F N N ==⨯=

0.40.43370.791348.32y z F F N N ==⨯=

4.2导轨摩擦力的计算

导轨受到垂向切削分力3370.79v z F F N ==，纵向切削分力

c y F F ==1348.32N ，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=30.61kg(所受重力W=300N)，查表得镶条紧固力2000g f N =，取导轨动摩擦系数0.15μ=，则

()g v c F W f F F μμ=+++

0.15(30020003370.791348.32)=⨯+++

1052.87N =

计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F μ和0F

0()0.15(3002000)345g F W f N μμ=+=⨯+=

00()0.2(3002000)460g F W f N μ=+=⨯+=

4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力

计算最大轴向负载力max a F

max (1348.321052.87)2401.19a y F F F N N μ=+=+=

计算最小轴向负载力min a F

min 0345a F F N μ==

4.4确定进给传动链的传动比i 和传动级数

取步进电动机的步距角 1.5α=︒，滚珠丝杠的基本导程06L mm =，进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=，则有

0 1.56 6.253603600.004

p L i αδ⨯===⨯ 按最小惯量条件，查得应该采用2级传动，传动比可以分别取13i =、

2 2.1i =。根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为120z =、260z =、320z =、442z =，模数m=2，齿宽b=20mm 。

4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算

（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷

已知数控机床的预期工作时间15000h L h =，滚珠丝杠的当量载荷m F =max a F 2370.34N =，查表得载荷系数 1.3w f =；初步选择滚珠丝杠的精度等级为3级精度，取精度系数1a f =；查表得可靠性系数1c f =。取滚珠丝杠的当量转速max m n n =，已知max 1/min v m =，滚珠丝杠的基本导程06L mm =，则 max max 0100010001166.67/6

v n r m L ⨯===

am C =

2370.34 1.316585.810011

N N ⨯==⨯⨯ （2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。 已知本车床横向进给系统的定位精度为40 m μ,重复定位精度为16 m μ，则有 max111()16 5.33832

m m δμμ=⨯= max 2

11()4081054m m δμμ=⨯= 取上述计算结果的较小值，即max 5.33m δμ=。

（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径2m d

滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺

母副的两个固定支承之间的距离为

L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承

≈（1.2～1.4）行程+（25～30）0L

取L=(1.4×200+30×6)mm=460mm

20.07815.54m d mm ≥== （4）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号

根据以上计算所得的0L 、am C 、2m d 和结构的需要，初步选择南京工艺装备

公司生产的FF 型内循环螺母，型号为FF3206-5，其公称直径0d 、基本导程0L 、额定动载荷a C 和螺纹底径2d 如下：

032d mm = 06L mm =

2020016585.80a am C N C N =>=

2227.915.54m d mm d mm =>=

4.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核

已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径227.9d mm =，已知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度1300L mm =，丝杠水平安装时，取11/3K =，查表得22K =，则有 44

55212221127.910210448831.213300

c d F K K N N L =⨯=⨯⨯⨯= 本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为2401.19amax F N =，远小于其临界压缩载荷c F 的值，故满足要求。

滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度2300L mm =，其弹性模量52.110E =⨯ MPa ，密度5317.810/N mm g ρ-=⨯⨯，重力加速度329.810/g mm s =⨯ 滚珠丝杠的最小惯性矩为 4442 3.1427.929728.056464

I d mm π==⨯= 滚珠丝杠的最小截面积为 2222 3.1427.9611.0544A d mm π==⨯= 取10.8K =，查表得 3.927λ=，则有

1c n K =

0.8=