铣床课程设计

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)

4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速

n的校验 (10)

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 (18)

参考文献 (19)

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、静摩擦系数均为0.15，工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为20μm；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

13.1412510300/ 1.96/

6060Dn v m s m s -⨯⨯⨯===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 ：

330.8 5.5×10102249.91.96

m m z P F N v ⨯==⨯=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

10.40.42249.9899.96z F F N N ==⨯=

0.950.952249.92137.4c z F F N N ==⨯=

0.550.552249.91237.4v z F F N N ==⨯=

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

()()0.15900015002137.41237.42081.22g c v F W f F F N N 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 。

()()00.15900015001575g F W f N N μμ=+=⨯+=

()()000.2900015002100g F W f N N 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 。

()max 1899.962081.222981.18a F F F N N μ=+=+=

(2)按式（2-11a ）计算最小轴向负载力min a F 。

min 01575a F F N μ==

2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算

1)确定滚珠丝杠的导程

根据已知条件，取电动机的最高转速max 1500/min n r =，则由式（2-16）得

max 0max 2000013.311500

v L mm in ===⨯ 2)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷

(1)估算在各切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。

将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷max a F ，快速移动和钻镗定位时的轴向

载荷定为最小载荷min a F ，一般切削(粗加工)和精细切削(精加工)时，滚珠丝杠螺母副的

轴向载荷2F 、3F 分别可按下式计算：

1min max 20%a a F F F =+，3min max 5%a a F F F =+

并将计算结果填入表4-2

表4-2 数控铣床滚珠丝杠的计算

(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速i n 。

110

60/min v n r L == 220

80/min v n r L == 330

100/min v n r L == 4401500/min v n r L =

= (3)按式(2-17)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速m n 。

31241234230/min 100100100100

m q q q q n n n n n r =+++=