TH5940型数控加工中心进给系统设计

本科生毕业设计说明书（毕业论文）
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I
摘要
数控机床在现代制造业中扮演着一个重要的角色。

本论文介绍了THY5940型立式加工中心设计思想和设计过程。

主要叙述了数控进给系统的传动设计及主要传动件滚珠丝杠及其支承的设计计算。

并对进给系统进行了校验，取得了预期的效果。

该机床适用于摩托车、汽车、轻工机械等行业提高生产率。

不仅对刀具的位置或轨迹进行控制，而且还具有自动换刀和补偿功能，具有很高的强度，刚度和抗震性。

以前采用的专用机床加工零件，虽然效率较高，但制约被加工零件的改进。

而加工中心具有柔性，从而能适应产品在最短时间内达到商品化。

本加工中心的设计拟采用主机，数控系统(包括伺服和驱动系统)及相关配套件三部分组成。

在对以前研究成果分析总结的基础上，按照技术要求指标，对初步拟订的方案进行细化，论证，完善和总结。

加工中心的进给系统承担加工中心各直线坐标轴的定位和切削进给，进给系统的好坏将直接影响整机的运行状态和精度指标。

设计过程中应使进给稳定性和快速响应的特性。

同时，要求有合理的控制系统，而且要求对驱动元件和机械传动装置的参数进行合理的选择，使整个进给系统工作时的动态特性相匹配。

THY5940型立式加工中心机床解决了单件，小批量，特别是复杂型面的零件的加工自动化问题。

对于提高企业的生产率，提高工件的加工精度以及提高机床的使用寿命都具有十分重要的意义。

经过研究，本论文基本取得了预期效果，完成了进给系统的设计计算。

同时，对数控机床的进给系统设计方法的研究也取得一定的效果。

关键词：数控技术；数控机床；进给系统；滚珠丝杠
II
Abstract
Numerical control machine tools play an important role in nowadays manufacturing. This article integrate the design method and design process of the entering system of NC machining center of type of THY 5940.It specifies the driving design and important driving accessory –ball bearing and it，s bearing of the entering system of NC machining center .In the same way ,checkout the entering system . We have achieved the method of intelligent design.
This machine applies to car/motorcycle and light industry of engine in order to improve their production ratio. It is not only control the position and track of the falchion, but also has the function of change the falchion automatically and compensates; have high intension/Steelton and non-shake. In the old days, people often use special machine to product accessories. Although have a high production ratio, hobble the improving of producing accessories. But NC machining center is flexible, so it can adopt the changed production and organize production and shorten regulate period of production possibly. The NC machine center design adopt main –frame\NC machining center system and correlative accessories, on the base of the former study progeny.
The entering system of NC machining bears NC machining all line coordinate ordination and cutting entering. The advantage and disadvantage of entering system will influence the driving station of the whole machine and precision guideline. In the process of design, we should make sure that the interring system meets the stability and response quickly. Contemporary, require reasonable control system. Furthermore, have a logical choose for the parameter of driving settings. So the whole entering system can match the machine when it is working.
The entering system of NC machining center of type of THY 5940 settle the problems of the product automatically of one accessory small production and complex accessories. This machine has an important role in improving the production of enterprise to improve the product precision and advance the longevity of machine.
III
After this study, we have realized the anticipate purpose. We have completed the antitype of the intelligent design system, and we have achieved the method of intelligent design.
Key words：Numerical control technology；Numerical control machine tool；Feed system；Ball bearing guide screw
IV
目录
摘要 .......................................................... I I ABSTRACT (I)
第1章引言 (1)
第2章 THY5940简介 (4)
2.1机床的设计参数 (4)
2.2机床坐标与进给传动机构 (5)
第3章进给系统的设计计算 (6)
3.1数控机床进给传动系统机械结构 (6)
3.1.1 进给传动系统的机械结构 (6)
3.1.2 设计传动系统时应注意的问题 (7)
3.1.3 传动过程中的关键元件 (8)
3.2滚珠丝杠的选择 (9)
3.3丝杠拖动电机的确定 (9)
3.3.1 丝杠的转动惯量J (9)
3.3.2 电机的选择 (10)
3.4刚度计算 (11)
第4章滚珠丝杠副的校验与进给系统误差分析 (13)
4.1 机床定位精度与丝杠精度 (13)
4.2滚珠丝杠的疲劳强度 (13)
4.3死区误差的分析 (14)
4.4由传动刚度的变化引起的定位误差 (14)
第5章机床的总体设计思路 (16)
5.1主轴箱平衡和主轴箱拖动 (16)
5.2滑座及立柱拖动 (16)
5.3床身及滑座拖动 (16)
5.4机床的防护系统 (24)
结论 (25)
参考文献 (26)
致谢 (21)
II
第1章引言
THY5940型立式加工中心是为汽车/摩托车/轻工机械等行业提高生产效率而开发的新产品。

该机床总体布局为工作台固定，立柱移动式。

主运动采用数字交流伺服电机拖动，可无机调速。

该加工中心除针对汽车零件的加工外，还可以对其它种类的零件进行铣、镗、钻、扩、攻丝、平面及任何曲面的加工，它是轻工机械领域较为理想的设备，特别适合于汽车、摩托车行业以及轻工机械行业大批量生产的需要。

该产品既可单机使用，也可以通过小的改动与柔性生产线联机使用。

因此，产品使用范围广。

根据加工特点及提高生产率的要求，采用加工和装夹同时进行。

使工作台的一侧为加工区，另一侧为卸载区。

加工时工作台固定，加工完工作后，只做旋转运动，代替交换工作台的功能。

机床的三个移动坐标(X、Y、Z)均由主轴实现。

主轴箱侧挂于立柱上，并实现Z向进给。

立柱在滑座上移动实现Y向进给。

滑座在床身上移动实现X向进给。

在工作台两侧设有螺旋排屑槽，将切屑排至机床的后面，在通过链式排屑器(与冷却水箱一体)传至切屑集中处。

整机设有防护间，电器柜在防护间一侧便于操作，液压站安置在电器柜后面，从整体上设计较为合理。

目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求，自2000年以来，我国数控机床年产量以平均37%的速度增长，2003年国产数控金属切削机床年产量达到36000多台。

但由于进口机床的大量涌入，国产金切数控机床在国内市场的占有率明显下降。

2003年我国国内机床总消费为67.3亿美元，其中进口机床41.3亿美元，已连续三年成为世界最大的机床进口国。

进口依存率113%，国内市场自我满足率仅为44%，远远低于日本的86%，意大利的67%和德国的59%，可以说已威胁到我国机械制造基础产业的安全。

同时仅2003年1年，就有德国吉特迈集团，日本牧野铣床，日本丰田工，意大利利雅路集团及韩国大宇机床等在我国开办独资企业。

在开拓国际市场的同时，中国机床企业在国内却面临着越来越严峻的竞争形式。

2004年我国机床进口突破了55亿美元大关。

[1]
分析表明，中国机床市场目前仍分为中低端和高端两个领域。

众多中国企业，通常是国有企业占据低端市场，“低端混战“愈演愈烈，但高端市场则主要由外国制造商，特别是被欧洲，日本的制造商垄断。

我国汽车，航空和航天，
1
发电，船舶，特别是军工等行业急需的高技术数控机床75%甚至100%依赖进口。

部分高档数控机床仍然被作为战略物资在国际市场上受到禁运限制。

但如今这一切正发生改变，新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品山主导地位。

沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊)为上海磁悬浮快速列车线生产的s台数控锉铣床组成的轨道梁生产线就是一个例子。

数控机床发展的关键配套产品通过政府的支持有了突破和快速发展，如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台;烟台第_机床附件)开发为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置。

我国机床市场正形成以数控机床为主流的消费，但我国在数控机床网络化方面与国外仍然有很大差别。

我国数控机床的发展由成长期进入成熟期，我国供应市场的1500种数控机床，覆盖超重型机床，高精度机床，特种加工机床，锻压设备，前沿高技术机床等领域，覆盖面之广可与日，德，意，美等国家媲美。

目前，我国已基本掌握了多(五)坐标联动的关键技术，不仅打破了国外的技术封锁，而且使该技术的应用进入实用化阶段。

国际上只有2、3个国家能够生产数控超重型机床，我国就是其中之一。

[2]
我国数控机床产品已延伸到成套，复合领域。

数控系统是数控机床的神经中枢。

是长期阻碍我国数控机床发展的关键环节。

在世界范围内，经过多年来市场竞争的优胜劣汰，已形成由日本发那科公司独占世界市场50%，德国西门子公司占据25%的垄断局面。

我国从20世纪90年代末开始，就掌握基于通用32位工控机开放式体系结构，一举步入世界先进技术行列，开发出能与加工中心，复合车削机床及齿轮机床配套的数控系统，特别是控制五轴联动(如用于桂林机床公司与多棱机床公司龙门式镗铣床，齐一车铣复合加工中心)和具备网络化远程监控，诊断，操作功能的数控系统，开发出弧齿锥齿轮数控加工，三维激光视觉检测。

目前批量投入市场的国产数控系统，性价比优势明显，正在改变国际强手在中国市场上奇货可居的垄断局面。

高速加工是而向21世纪的一项高新技术。

它以高效率、高精度和高表而质量为基木航空航人、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，己取得了重大的技术经济效益。

是当代先进制造技术的重要组成部分。

2
为了实现高速加工.首先要有高速数控机床。

高速数控机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统.才能实现材料切削过程的高速化。

为了实现高速进给.除了可以继续采用经过改进的滚珠摊杠以外.最近几年又出现子‘直线电机’和“JI联虚拟轴机构”等新型的高速进给方式.从结构、性能到总体布局.二者之间都有很大的差别.形成了二种截然不同的高速进给系统。

高速加工的切削速度为常规切速的10倍左右。

为了使刀具每齿进给量基木保持不变.以保证零件的加工精度、表而质量和刀具的耐用度.则进给量也必须相应提高10倍左右.达到60 m/ min以上.有的甚至高达120 m/ min。

大的进给量和快速行程.木身也是缩短切削工时和辅助工时的要求。

[3]
机床加工零件时.工作行程一般只有几十至几百毫米.因此只有在瞬间达到高速和在高速行程中瞬间准停.高速直线运动才有意义。

这就要求高速机床不但进给速度高而且加速度大。

最大加速度之值要达到1- g gig为重力加速度)。

高的加速度运动会对机床造成巨大的动载荷。

因此要采取一系列有效措施.提高机床的动静刚度。

从某种意义上说.高速加工促使机床设计从‘速度设计”发展到子‘加速度设律’的新阶段。

此外.进给系统要能实现快速的伺服控制和误差补偿.有较高的定位精度和跟踪精度.以便进行工件的高效精密加工。

[4]从以上可以看出，国外的数控机床水平比较先进。

我国在数控机床产业发展还面临着以下问题：数控化水平低，缺乏发展产业的政策和技术配套体系，面临国外强手竞争的巨大压力。

所以，我国机床装备制造业市场意识的强化与核心技术的发展，只能通过进一步的开放市场来解决，在竞争中培育成长。

开放式自主发展既是促进自身快速成长的必要途径，又是打造高端品牌的战略选择。

根据数控机床的发展需要，集中力量突破数控系统产业化生产，形成国内自主版权的数控系统产业，迎接数控机床行业的每一个挑战。

3
第2章THY5940简介
2.1 机床的设计参数
本机床为THY5940型立式铣镗加工中心，产品规格为400*630*2。

主要的设计参数如表2-1所示。

表2-1 技术参数
项目单位规格
型号THY5940
工作台尺寸mm 400x630x2
承重kg 500
立柱横向行程X mm 600
立柱纵向行程Y mm 400
主轴箱垂直行程Z mm 600
工作台回转C 0°\180°
主轴锥孔ISO7:24 No.40
主轴转速r/min 45-6000
主轴最大扭矩N.m 180
主电机功率kw 7
主轴中心到立柱导轨面距离mm 530
主轴端面到工作台面最小距离mm 210
切削进给X、Y、Z Mm/min 1-10000
快速移动X/Y/Z m/min 24/24/15
刀库容量把16
定位精度X、Y、Z mm ±0.005
重复定位精度X、Y、Z mm ±0.003
机床重量kg 10000
机床外形尺寸(长x宽x高) mm 2760x2850x2725
4
2.2 机床坐标与进给传动机构[5]
图2.2.1 机床坐标
图2.2.2 传动进给系统
1 伺服电机
2 弹性联轴器
3 滚珠丝杠
4 螺栓
THY5940型立式铣镗加工中心进给系统是采用半闭环方式，反馈信号是由安装在伺服电机上的脉冲编码器反馈到位置偏差检测器。

脉冲编码器与电机同轴，电机与丝杠直接连接，机床坐标和运动方向如图1所示，进给驱动装置如图2所示。

其特点是结构简单，产生误差的环节少，同时由于转动惯量减少，使伺服特性有较大改善，在整个进给系统中，除了有伺服电机、检测元件、滚珠丝杠联轴器等运动部件外，导轨的性能对进给系统的影响不容忽视。

5
第3章进给系统的设计计算
加工中心的进给系统承担加工中心各直线坐标轴的定位和切削进给，它的性能直接影响整机的运行状态和精度指标。

3.1 数控机床进给传动系统机械结构
3.1.1 进给传动系统的机械结构[6]
数控机床的进给传动采用无级调速的伺服驱动系统，伺服电机经过由进给传动系统将动力和运动传递给工作台等运动执行部件。

通常进给传动系统是由一至两级齿轮副或带轮副和滚珠丝杠螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副所组成。

传动系统的齿轮副或带轮副的主要作用是通过降速来匹配进给系统的惯量和获得要求的输出机械特性，对开环系统，还匹配所需的脉冲当量作用。

近年来由于伺服电机及其控制单元性能的提高，许多数控床的进给系统去掉了降速齿轮副，直接将伺服电机与滚珠丝杠连接，其典型结构如图3-1所示，它是立式数控铣床X和Y两坐标进给系统的机械结构图。

伺服电机1与滚珠丝杠3通过联轴器2直接驱动工作台5。

直线运动采用滚动导轨，保证运动的精度和动作的灵敏度。

6
图3-1 伺服电机与丝杠直联的进给系统机械结构图
1-伺服电机；2-联轴节；3-滚珠丝杠；4-限位开关；5-工作台；
6-轴承；7-导轨；8-磁尺；9-螺母
3.1.2 设计传动系统时应注意的问题
由于数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。

因此，在设计传动结构，选用传动零件时，必须考虑以下几方面问题[7]
(1) 减少运动件的摩擦阻力。

机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。

在数控机床进给系统中，为了减小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。

(2) 提高传动精度和刚度。

进给传动系统的传动精度和刚度，与丝杠螺母副及其支承结构的刚度有密切的关系。

为此，首先要保证各个零件的加工精度，尤其是提高滚珠丝杆螺母副的传动精度。

其次是对滚珠丝杠和轴承进行预紧等措施来提高进给精度和刚度。

(3) 减少各运动零件的惯量。

传动元件的惯量对进给系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。

在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减少运动部件的惯量。

(4) 系统要有适度阻尼。

阻尼会降低进给伺服系统的快速响应特性.但又可
7
增加系统的稳定性，当刚度不足时，运动件之间的运动阻尼对降低工作台爬行，提高系统稳定性起了重要作用。

因此，在减小摩擦阻力的同时，还应考虑传动部件具有适度的阻尼，以保证它们抗千扰的能力。

(5) 稳定性好、寿命长。

稳定性是伺服进给系统能正常工作的基本条件，应能保证系统在低速进给时不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。

稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等有关。

而进给系统的寿命，主要指保持数控机床传动精度和定位精度时间的长短，即各传动部件保持其原制造精度的能力，故应合理选择各传动件的材料、热处理方法及加工工艺，并采用适宜的润滑方式和防护措施，以延长寿命。

(6) 使用维护方便数控机床进给系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地减少维修工作量，以提高机床的利用率。

3.1.3 传动过程中的关键元件[8]
以上要求的满足必须靠进给传动系统中的各个元件来保证，尤其是几个关键元件，分别是：
联轴节—用于连接伺服电机与滚珠丝杠，把伺服电机所产生的转矩直接传递到滚珠丝杠上。

数控机床上常用无键弹性环联轴节和套筒式联轴节，其中弹性环联轴节具有定心好、承载能力强、没有集中源、装拆方便、密封和保护性好等优点，得到广泛应用。

滚珠丝杠螺母副—是实现回转运动与直线运动相互转换的传动装置，具有效率高、运动平稳、寿命高及预紧等优点，在各类中、小型数控机床进给系统中得到普遍应用。

导轨副—机床导轨是机床的基本结构之一。

机床加工精度和使用寿命在很大程度上决定于机床导轨的质量，数控机床的导轨则有更高的要求。

如在高速进给时不振动，低速进给时不爬行，具有很高的灵敏度，能在重载下长期连续工作，耐磨性要高，精度保持性要好等。

现代数控机床使用的导轨，从类型上仍是滑动导轨、滚动导轨和静压导轨3种，但在材料和结构上己发生了质的变化，已不同于普通机床的导轨。

伺服电机—主要用于接收数控系统发出的进给指令信号，并将其转变为角位移或直线位移，从而驱动执行部件实现所要求的运动。

进给系统伺服电机应该满足如下要求：首先，精度高，输出位移有足够的精度，即实际位移与指令位
8
9
移之差要小；其次，应该具有较长时间的大过载能力，以满足低速大转矩的要求；再次，调速范围宽，而且从最低速到最高速时，电机均能平滑运转，转矩波动小，特别是在低速(如0. 1r / min 或更低)时，速度平稳而无爬行现象。

最后，能承受频繁振动、制动和反转。

进给系统不仅要求有合理的控制系统，而且要求对驱动元件和机械传动装置的参数进行合理选择，以使整个进给系统工作时的动态响应特性相匹配。

3.2 滚珠丝杠的选择
滚珠丝杠是机床坐标移动的关键部件，其质量的好坏和刀具可靠性的程序将影响主轴的性能及该机床的质量。

X 向丝杠的拖动力在三个直线坐标中最大，因为它要拖动滑座、立柱、主轴箱、刀库等，所以初选定该丝杠直径为mm 50，伺服电动机的最高转速可查文献[4]
min /1500max r nd =,则丝杠的螺距14mm .171400
150024S =⨯≥。

因此选择该向丝杠螺距为20mm S =。

3.3 丝杠拖动电机的确定
3.3.1 丝杠的转动惯量J
本小节用到的公式参见文献[4]
丝折J J J += （3—1）
折J ：折算到丝杠上的转动惯量
丝J ：丝杠本身的转动惯量
折J =22kg.cm .)(
g w 2πS （3—2） 式中：S ：丝杠导程 cm. S =mm 20=cm 2
W ：丝杠上移动部件总重量kg,估计kg 3000(包括：滑座、立柱、主轴
箱、变速箱、刀库、重锤等)
g ： 重力加速度(g=2cm/s 980
折J = 2231kg.cm .09803000)22(
=⨯π （3—3）
10
丝J =264..1078.0s cm kgf L D -⨯
式中：D ：丝杠直径 cm D =mm 50=cm 5
L ：丝杠长度 cm L =mm 1290=cm 129
J 丝=64101295078.0-⨯⨯⨯=2cm .063kg .0
J =J J +丝折=0.31+0.063=2cm .373kg .0
3.3.2 电机的选择
所需力矩M =o f a M M M ++ (M a /M f /M o 的计算，见文献[4] P514.表6.6-30
Ma:加速力矩 M a=
2kg.cm 9.6T
Jn （3—4）式中：J ：转动惯量(包括电机轴惯量) N ：电机转速
T ：加速时间常数(一般取0.2秒)
f M ：摩擦力矩 2f 10-⨯=2ππ
PS M （3—5） 式中：P ：摩擦力 P =N 3001.03000=⨯=wf
S ：导程(cm 2)
η：效率(取0.9)
2-O 10)1(⨯-=η2ππ
PS M （3—6） 式中：P '：丝杠预紧力(取3000N)
根据参考文献[1]推荐：负载折算到电机轴上的转动惯量不能大于电机转动惯量的4倍
根据电机样本可以选定电机的参数为：
22124k g.c m
.0cm 0.00124kg.==电J max M =36N.m
M .N 35cm .kg 4.3622
.06.9124.0373.0a ==⨯+=M
11
M .N 68.0m .kg 1.71022202f ==⨯⨯=-πη
M M .N 0.01cm .kg 11.010)
1(223002o ==⨯-⨯=-ηπηM 从计算结果可以看出，丝杠产生的力矩主要是电机的加速力矩，所需力矩总和为：
M =o f a M M M ++=35+0.68+0.01=35.7N.m
3.4 刚度计算
为了确保机床的定位精度和工作稳定性，在机械传动装置上，要求是无间隙低摩擦、低惯量、高精度、高谐振以及适宜的阻尼比，其中提高刚度，降低惯量尤为重要[9]
目前，在数控机床进给系统中，提高传动刚度的方法有：
(1) 将电机与滚珠丝杠直接联系，采用锥形夹紧环的消隙联轴器，这样可 简化结构，减少噪声，消除配合间隙提高传动刚度。

(2) 提高丝杠及其支承刚度，采用DJM 型单型胀套联结弹性膜片联轴器如 图3-4所示。

(3) 对滚珠丝杠螺旋副的预紧和滚珠丝杠的预拉伸。

系统的刚度主要取决 于最后传动件滚珠丝杠的拉压刚度K △。

图3.4 弹性联轴器
滚珠丝杠的拉压刚度K △
()21
41d E k K n n π∆=
⨯- （3—7）
式中：d 为丝杠中径(cm)；E 为模量弹性(2N/cm )；为受力点到支承端距离(cm)；n 为行程
12
比：/n l L =,L 为总行程长(cm)
轴承刚度B K ：32220.5sin sin B o a K B d Z P Z α= （3—8） 式中：P a 为轴向载荷(N)；Z 为滚动体数；do 为滚动体直径(mm)；β为滚动轴承接触角。

丝杠螺母座刚度NR K 与轴承座刚度BR K ：
N/cm 23L
IE K = （3—9 ） 式中：I 为支承座抗弯断面惯性矩(cm 4)；L 为支承座中心到支承表面的高度(cm)；E 为支承座材料的弹性模量(2N/cm ).
丝杠传动的综合拉压刚度o K ：丝杠传动的综合拉压刚度o K 与轴向固定形式及轴承是否预紧有关，对于两端固定，轴承预紧：
111111/24o B BR N NR K K K K K K ∆=++++ (3—10)
X 轴：)um /N (196omin =K ， )um /N (461omax =K ；
Y 轴：)um /N (235omin =K ， ()m a x 431/o K N u m = ；
13
第4章 滚珠丝杠副的校验与进给系统误差分析
4.1 机床定位精度与丝杠精度
丝杠精度将直接影响加工中心各轴的定位精度，因此根据机床定位精度的要求，选用相应精度的滚珠丝杠。

根据要求选1级精度。

在丝杠精度对机床定位精度的影响中，导程误差的影响最明显。

而丝杠在运转中由于温升引起的丝杠伸长，将直接影响机床定位精度。

丝杠温升引起的变形量为[10]：
L L t α∆=∆ (4-1) 式中：α——丝杠膨胀系数
L ——丝杠长度(由丝杠的选择，初定L=1290mm)
t ∆——丝杠与床身之间的温差，一般按△t=2-3℃
028mm .02C 129cm C 101.1L 005≈⨯⨯⨯=∆-
4. 2 滚珠丝杠的疲劳强度
丝杠的最大载荷为最大进给力加摩擦力；最小载荷为摩擦力。

根据设计要求，取最大进给力为5000N 。

滑座及立柱、主轴箱、变速箱、刀库、重锤等的重量约为3000kg ，导轨的摩擦系数为0.01，固摩擦力为294N 8.901.03000min f =⨯⨯==F F
最大载荷 max 50002945294F N =+=
平均载荷 3624N 32945294232m i n m a x M ≈+⨯=+=
F F F （4—2） 丝杠的最高转速为1500r/min.
丝杠的最低转速可认为是平均转速 min /750r m =n
丝杠的工作寿命取h =15000h, 1a f =, 1.5w f =
()666075015000/1067510L r =⨯⨯=
代入式 47KN 5/1.13627w a 3m m ≈⨯=⨯=/f f L F C
从文献[11]P688，选择FFZ4010型内循环浮动返向器双螺母对旋预紧滚珠丝杠
14 副。

直径50mm ，导程20mm ，5列，额定动载荷为C a=56kN,大于计算结果(C m=48KN) 。

轴向刚度um /2300N c =K
根据表下的注，预紧力14KN 25.0a p ==C F 。

只要轴向外载荷不超过p F 的3倍，就不必对预紧力提出额外的要求。

今最大载荷仅5294N 远小于此值。

根据文献[12] ，这种丝杠轴端直径不得超过32mm,固采用30mm 的轴承。

一端轴向固定，采用60°接触角的7602030TVP 型推力角接触球轴承。

一对面对面组配，其参数见文献[1] P.80。

另一端简支，采用一个6206195型深沟球轴承。

4. 3 死区误差的分析[12]
死区误差既传动系统启动或反向时产生的输入运动与输出运动之间的差值。

反向死区的存在直接影响工件与刀具的定位精度，半闭环伺服进给系统的死区误差是影响定位精度的主要原因，产生死区误差的主要原因有(1)机械传动系统中的间隙；(2)克服导轨摩擦力而产生的摩擦死区；(3)系统中电气，液压元件的死区。

其中在实际工作中的死区误差，主要由间隙和摩擦死区两部分组成，而间隙可以部分消除或完全消除。

摩擦间隙只能通过减少摩擦，增加传动刚度而控制在一定的数值内。

通过采取间隙消除措施后死区误差变为[13] 22O o F uW K K ∆=
= （4—3） 式中：O F 为进给导轨摩擦力(N)；O K 为丝杠综合拉压刚度(N/um);W 为进给方向载荷(N)；u 为摩擦系数。

THY5940机床要求的定位精度为01mm .0=δ
计算得该机床死区误差为：
X 轴死区误差：/5)(9um .3X δ<=∆
Y 轴死区误差：)5/(84um .3Y δ<=∆
4.4 由传动刚度的变化引起的定位误差[14]。