小型铣床的总体设计毕业论文

本科生毕业设计（论文）小型铣床总体设计摘 要随着1818年第一台铣床的问世，铣床已经成为机械行业不可或缺的一部分。目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孔或铣削平面时，加工精度不高。如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。根据这种情况，我打算设计一种小型数控立式铣床，该铣床不仅造价大大低于传统数控铣床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。本文将对小型铣床的总体结构进行设计，设计内容包括主轴箱、立柱、工作台、机座、控制部分。关键词 小型；数控铣床；总体设计The overall design of small milling machineAbstractWith the advent of 1818 the first milling machine , milling machine has become an integral part of the machinery industry . At present, part of the workpiece in the processing of micro - holes or milling plane , machining accuracy is not high in practical applications . If we use the traditional CNC milling machine to its processing, will result in processing efficiency and increase equipment and power loss . Under this situation, I intend to design a small CNC vertical milling machine , the milling machine is not only cost significantly less than traditional CNC milling machine , and also to meet the teaching and learning , and raise the students understanding and knowledge of CNC milling machines . This paper will the overall structure of small milling machine design, design elements include the headstock, column , table, base , control section .Keywords Small-scale;CNC milling machine;Overall design第1章 绪论1.1 引言铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。简单来说，铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。1.2 铣床的发展历史铣床最早由美国人E.惠特尼于1818年创造的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人J.R.布朗于1862年创造了第一台万能铣床，是为升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快进”的自动转换。1950年以后，铣床在控制系统发面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。随着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用于机床类操作，极大的释放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工的要求也会越来越高，当然带来的效率也会越来越高。1.3 数控技术与数控机床数控技术是现代制造技术的基础。它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。数控机床替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业。数控技术是当今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一，它使传统制造工艺发生了显著的、本质的变化。随着数控技术的不断发展和应用，工艺方法和制造系统的不断更新，形成了CAD、CAM、CAPP、CAT、FMS等一系列具有划时代意义的新技术、 新工艺的制造系统。在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置。1.4 数控机床的特点及发展趋势随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比例明星增加，要求现代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求数控机床向更高水平发。世界数控机床产业发展的基本共识是朝着高速高效化、精密化、复合化、智能化、信息化、环保化和设计模块化的方向发展。高速高效化高速和超高速加工技术可以提高加工效率，也是加工难削材料、提高加工精度、控制振动的重要保障。其技术关键是提高机床的主轴转速和进给速度。比如进一步提高高速电主轴最高转速及功率、扭矩，采用传感技术进行振动监测和诊断，进一步轻量化进给系统，采用直线电机和力矩电机的直接驱动方式，由刀具主轴部件实现机床的3个直线坐标运动等。精密化由于机床结构和各组件加工的精密化，机床达到微米级精度已不是问题。目前高档数控机床定位精度（全行程）已达0.0040.006mm，重复定位精度0.0020.003mm。同时，代表精度水平的超精密的纳米级机床已开始不断涌现。复合化在零部件一体化程度不断提高、数量不断减少的同时，加工的产品形状日益复杂，多轴化控制的机床适合加工形状复杂的工件。另一方面，产品周期的缩短要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求，这就要求1台机床能够处理以往需要几台机床处理的工序。在保持工序集中和减少工件重新安装定位的前提下，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，以减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精度和节能降耗的要求。智能化现代智能化数控机床可以根据切削条件的变化，自动调节工作参数，保持最佳工作状态，得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度值，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。此外，系统还可以随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查，实现故障停机、故障报警、提示发生故障的部位、原因等。智能化现代数控机床的发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。信息化利用计算机技术和网络通信技术，机床制造商可以建立机床远程技术支持体系，实现工况信息的传输、存储、查询和显示，以及远程智能诊断。基于网络连接，机床用户可以及时获得机床制造商的远程技术支持，机床制造商可准确有效地得到用户方的机床工况资料数据，进行机床状态的网上在线诊断，实现机床全生产周期服务的开放式网络监控服务，可以提高售后服务效率，并有助于及时改进产品的质量。环保化环保是机床产品必须达到的条件。通过干切削、准干切削、硬切削等措施避免冷却液、润滑液对周围环境造成生态危害以及采用全封闭的罩壳，全面避免切屑或切削液外溅是主要的两个环保化要求。设计模块化模块化的设计在机床制造中已应用得炉火纯青，横向系列，纵向系列，全系列，跨系列的模块化设计使得同样两台机床，外形上看，好象完全一样，但功能则完全不同，所构成的模块很多则是通用的。模块化设计将是贯穿产品设计全过程的一条主线，无论是机床技术发展的潮流还是市场竞争的要求，无论是降低成本的需要，还是提高产品质量的需要，都要求在产品的开发设计中，切实做好模块化的设计工作。产品生产向社会协作、专业化方向发展，小而全的模式将被淘汰。1.5 数控机床的组成组成一台完整的数控机床，主要由控制介质（穿孔带、磁带）、数控装置、伺服系统和机床四部分及辅助装置组成.1.5.1 控制介质数控机床工作时，不需要人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图。这就需要在人与机床之间建立某种联系的中间媒介物称为控制介质。在控制介质上存储着加工零件所需要的全部操作信息和刀具相对工件的位移信息。因此，控制介质就是指将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。控制介质上记载的加工信息要经过输入装置传送给数控装置，常用的输入装置有光电纸带输入机、磁带录音机和磁盘驱动器等。除了上述几种控制介质以外，还有一部分数控机床采用数码拨盘、数码插销或利用键盘直接将程序及数据输入。另外，随着CAD/CAM技术的发展，有些数控设备利用CAD/CAM软件在其它计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置。1.5.2 数控装置数控装置是数控机床的控制中心，人们喻为“中枢系统”。数控装置包括输入装置，控制运算器(CPU)和输出装置等构成，如图1-3所示。图中虚线内包含部分为数控装置。数控装置的功能是接受控制介质上的各种信息，经过识别与译码后，送到运算控制器进行计算处理再经过输出装置将运算控制器发出的控制命令送到伺服系统，带动机床完成相应的运动。目前均采用微型计算机作为数控装置。微型计算机的中央处理单元（CPU）又称为微处理器，是一种大规模集成电路，它将运算器、控制器集成在一块集成电路芯片中。在微型计算机中，输入与输出电路也采用大规模集成电路，即所谓的I/O接口。微型计算机拥有较大容量的寄存器，并采用高密度的存储介质，如半导体存储器和磁盘存储器等。1.5.3 伺服系统伺服系统是数控系统的执行机构，包括驱动、执行和反馈装置。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求与位置、速度反馈信号相比较后带动机床的移动部件或执行部件动作，加工出符合图纸要求的零件。指令信息以脉冲信号表示，反映到机床移动部件上的移动量称为脉冲当量，常用脉冲当量为0.0010.01mm，脉冲当量在设计数控机床时即已规定。伺服系统直接影响数控机床的速度、位置、加工精度、表面粗糙度等。当前数控机床的伺服系统，常用的位移执行机构有功率步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。后两者都带有光电编码器等位置测量元件，可用来精确控制工作台的实际位移量和移动速度。1.5.4 机床本体机床本体是数控机床的实体，是完成实际切削加工的机械部分，它包括床身、底座、工作台、床鞍、主轴等。它与普通机床相比较有所改进，具有以下特点：（1）数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统，机械传动结构简化，传动链较短。（2）机械结构具有较高的刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形小。（3）更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副，直线滚动导轨等。与普通机床相比，数控机床的外部造型、整体布局，传动系统与刀具系统的部件结构及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这些变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。因此，必须建立数控机床设计的新概念。1.5.5 辅助装置辅助装置主要包括换刀机构、工件自动交换机构、工件夹紧机构、润滑装置、冷却装置、照明装置、排屑装置、液压汽动系统、过载保护与限位保护装置等。第2章 主切削力及其切削分力的计算2.1 计算主切削力根据已知条件，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，铣刀的切削速度为若主传动链的机械效率=0.8，按式可计算主切削力；（2）计算各切削分力。根据表2-2可得工作台纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为 表2-2 工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值切削条件比值对称端铣不对称端铣逆铣顺铣端铣（圆柱铣、立铣、盘铣和成形铣()-导轨摩擦力的计算（1）按式( 数控技术课程设计2-8a )计算在切削状态下的导轨摩擦力。此时，动摩擦系数，-主切削力的垂向切削分力（N）-横向切削分力（N）；W-坐标轴上移动部件的全部重量（包括机床夹具和工件的重量，N）；-摩擦系数，随导轨形式不同而不同，对于帖塑导轨，=0.15；对于滚动直线导轨，=0.01；-镶条紧固力（N）,其推荐值可查表2-3得镶条紧固力=2000N，则=（W+）=0.15(8820+2000+1514.7+925.65)N=1986.1N表2-3 镶条紧固力推荐值导轨形式主电动机功率/kw2.23.75.57.5111518贴塑滑动导轨50080015002000250030003500滚动直线导轨254075100125150175（2）按式( 数控技术课程设计2-9a )，计算在不切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦力 N=0.2(9500+2500)N=2400N计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力（1）按式( 数控技术课程设计2-10a )计算最大轴向负载力 （W+）, -主切削力的纵向切削力（W+）=58.78+0.15（9500+2500+159.53+92.36）N=1896.56N（2）按式( 数控技术课程设计2-11a )计算最小轴向负载 =1800N滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算1）确定滚珠丝杆的导程根据已知条件，取电动机的最高转速，则由式得：=10mm2)计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷（1）估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削(粗加工)和精细切削（精加工）时，滚珠丝杆螺母副的轴向载荷、分别可按下列公式计算：=+20，=+5，并将计算结果填入表2-4。表2-4 数控铣床滚珠丝杆的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/()时间比例/()备注强力切削1896.56=0.610一般切削（粗加工）2179.31=0.830=+20精细加工（精加工）1894.83=150=+5快移和定镗定位180010,(2)计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速，（3） 按式( 数控技术课程设计2-17 )计算滚珠丝杆螺母副的平均转速。（4）按式( 数控技术课程设计2-18 )计算滚珠丝杆螺母副的平均载荷。3)确定滚珠丝杆预期的额定动载荷（1）按预定工作时间估算。查表2-5得载荷性质系数。已知初步选择的滚珠丝杆的精度等级为2级，查表2-6得精度系数。查表2-7得可靠性系数，则由式( 数控技术课程设计2-19 )得= =35974.6N表2-5 载荷性质系数载荷性质无冲击（很平稳）轻微冲击伴有冲击或振动11.21.21.51.52表2-6精度系数精度等级1、2、34、571010.90.80.7 表2-7可靠性系数可靠性/()90959697989910.620.530.440.330.21(2)因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧，所以可按式N估算最大轴向载荷。查表2-8得欲加动载荷系数，则=4.51896.56N=8534.52N表2-8 欲加动载荷系数欲加载荷类型轻预载中预载重预载6.74.53.4（3）确定滚珠丝杆预期的额定动载荷。取以上两种结果的最大值，即=35974.6N。4）按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经（1） 根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为20，重复定位精度为12，根据公式( 数控技术课程设计2-23 )、( 数控技术课程设计2-24 )以及定位精度和重复定位精度的要求，得 取上述计算结果的较小值，即。（2）估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经。本机床工作台（X）轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆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+支承长度（1.21.4）行程+（2530）取L=1.4行程+30=（1.4600+3010）mm=1140mm,又=2164N，由式( 数控技术课程设计2-26 )得5）初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号根据计算所得的、，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FFZD4010-5（见数控技术课程设计附录A表A-3）,其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杆底径如下：，故满足式( 数控技术课程设计2-27 )的要求。6） 由式( 数控技术课程设计2-29 )确定滚珠丝杆螺母副的预紧力7） 计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力（1） 按式( 数控技术课程设计2-31 )计算目标行程补偿值-目标行程补偿值；-温度变化值（），一般情况下为23；-丝杆的线膨胀系数（1/）,一般情况下为11/;-滚珠丝杆副的有效行程(mm)。已知温度变化值=2，丝杆的线膨胀系数= /，滚珠丝杆副的有效行程=工作台行程+安全行程+2余程+螺母长度=（600+100+2 20+146）mm=886mm故 =112886mm=0.02mm(2) 按式( 数控技术课程设计2-32 )计算滚珠丝杆的预拉伸力。已知滚珠丝杆螺纹底径=34.3mm,滚珠丝杆的温度变化值=2，则8)确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号（1）按式( 数控技术课程设计2-33 )计算轴承所承受的最大轴向载荷。（2） 计算轴承的预紧力(3)计算轴承的当量轴向载荷(4)按式( 数控技术课程设计2-15 )计算轴承的基本额定动载荷C。已知轴承的工作转速,轴承所受的当量轴向载荷=3605.84N,轴承的基本额定寿命L=20000h。轴承的径向载荷和轴向载荷分别为=3605.840.5N=1802.92N=3605.840.87N=3137.08N 因为，所以查表2-9得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故P=(1.91802.92+0.543137.08)N=5119.57N=表2-9 载荷系数组合列数2列3列4列承载列数1列2列1列2列3列1列2列3列4列组合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1.9-1.432.331.172.332.53-Y0.54-0.770.350.890.350.26-X0.920.920.920.020.020.920.920.920.92Y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)确定轴承的规格型号因为滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杆两端固定的支承形式。由于滚珠丝杆的螺纹底径为34.3mm，所以选择轴承的内径d为30mm，以满足滚珠丝杆结构的需要。在滚珠丝杆的两个固定端均选择国产角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为760360TNI/P4DFB,尺寸（内径外径宽度）为30mm72mm19mm），选择脂润滑。该轴承的预载荷能力 为2900N，大于计算所得的轴承预紧力=1735.72N.并在脂润滑状态下的极限转速为1900r/min,高于滚珠丝杆的最高转速 ，故满足要求。该轴承的额定动载荷为 =34500N，而该轴承在20000h工作寿命下的今本额定动载荷C=34395N,也满足要求。工作台部件的装配图设计将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计（见数控技术课程设计插页图2）。数控技术课设程计后插页图3为工作台零件图，插页图4为滑鞍零件图。滚珠丝杆螺母副的承载能力校验1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杆始终受拉而不受压，因此，不存在压杆补稳定问题。2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验根据以上的计算可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度=837.5mm。已知弹性模量E=，材料密度，重力加速度，安全系数。查数控技术课设程计表2-44得。滚珠丝杆的最小惯性矩为滚珠丝杆的最小截面积为故可由式( 数控技术课程设计2-36)得=10738.5 本丝杆螺母副的最高转速为1500，远远小于其临界转速，故满足要求。3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验滚珠丝杆螺母副的寿命，主要是指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杆在相同的条件下回转时，其中90不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速查数控技术课程设计附录A表A-3得滚珠丝杆的额定动载荷=46500N，运转条件系数，滚珠丝杆的轴向载荷,滚珠丝杆螺母副转速,由式( 数控技术课程设计2-37)、( 数控技术课程设计2-38)得， 一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命故满足要求。传动系统的刚度计算1传动系统的刚度计算(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度。本工作台的丝杆支承方式为两端固定，当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时()时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，可按式( 数控技术课程设计2-45a)计算： 当或时（即滚珠丝杆的螺母中心位于行程的两端位置时），滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度，可按式( 数控技术课程设计2-45b)计算：（2）计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度。已知轴承接触角，滚动体直径，滚动体个数Z=17，轴承的最大轴向工作载荷,由表2-45、2-46得= （3） 计算滚珠与滚道的接触刚度查数控技术课程设计附录A表A-3得滚珠与滚道的接触刚度K=1585，额定载荷=46500N，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷=3119.94N，故由式( 数控技术课程设计2-46b)得（4） 计算进给传动系统的综合拉压刚度K。由式( 数控技术课程设计2-47a)得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为故。由式( 数控技术课程设计2-47b)得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为轴承类型未预紧/有预紧/角接触球轴承（6000型）圆锥滚子轴承（7000型）推力球轴承（8000型）推力圆柱滚子轴承（9000型）备注（1） 表中公式的使用条件：轴承的预紧力； 滚子轴承的预紧力；（2） 表中公式个字母的意义：； ； ；故。2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算由以上计算可知，扭转作用点之间的距离已知剪切模量，滚珠丝杆的底径由式( 数控技术课程设计2-48)得 表3-1 一个未预紧的轴承或一对预紧轴承的组合刚度的计算公式(来自数控技术课程设计表2-45)表3-2 滚珠丝杠螺母副支承刚度的计算公式(来自数控技术课程设计表2-45)滚珠丝杠螺母副支承方式支承刚度的计算公式一端固定，一端自由一端固定，一端游动固定端预紧时： 两端支承预紧时：；未预紧时：两端固定固定端预紧时： 驱动电动机的选型与计算1计算折算到电动机轴上的负载惯量（1）计算滚珠丝杠的转动惯量。已知滚珠丝杠的密度，由式( 数控技术课程设计2-63)得（2）计算联轴器的转动量。（3）计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量。已知机床执行部件（即工作台、工件、夹具）的总质量m=918kg，电动机每转一圈，机床执行部件在轴上移动的距离L=1cm,则由式( 数控技术课程设计2-65)得（4）由式( 数控技术课程设计2-66)计算加在电动机轴上总的负载转动惯量。2计算折算到电动机轴上的负载力矩（1）计算切削负载力矩。已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离进给传动系统的总效率由式( 数控技术课程设计2-54)得 （2）计算摩擦负载力矩已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力），由式( 数控技术课程设计2-55)得（3）计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。已知滚珠丝杠螺母副的预紧力滚珠丝杠螺母副的基本导程，滚珠丝杠螺母副的效率，由式( 数控技术课程设计2-56)得3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩（1）计算线性加速力矩已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速，电动机的转动惯量，坐标轴的负载惯量，进给伺服系统的位置环增益，加速时间，由式( 数控技术课程设计2-58) 得额定功率/kw0.50.751.41.63.04.07.06.0额定力矩/124812223038最高转速/50005000400030003000300030003000转动惯量/0.000310.000530.00140.00260.00620.0120.0170.022质量/kg3481218294051外形型号外形尺寸/mmA9090130130174174174174C66667575105105105105DE37375858102102102102F75111108164141215289363G130166166222202276350424HIJ11（锥形）11（锥形）16（锥形）16（锥形）32（锥形）32（锥形）32（锥形）32（锥形）K-909090909090L-313131313131M119155155211191265339413（2）计算阶跃加速力矩。已知加速时间，由式( 数控技术课程设计2-59)得（3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。按式( 数控技术课程设计2-61)计算线性加速时空载启动力矩按式( 数控技术课程设计2-59)计算阶跃加速时空载启动力矩。按式( 数控技术课程设计2-59)计算快进力矩。按式( 数控技术课程设计2-59)计算工进力矩。4选择驱动电动机的型号（1）选择驱动电动机的型号根据以上计算和表4-1，选择日本FANUC公司生产的型交流伺服电动机为驱动电动机。主要技术参数如下:额定功率3kw；最高转速3000；额定力矩12；转动惯量62；质量18kg.交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60，均大于本机床工作台的线性加速时所需 的空载启动力矩以及阶跃加速时所需的驱动力矩，因此，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。该电动机的额定力矩为12，均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩，因此，不管是快进还是工进，本电动机均满足驱动力矩要求。（2）惯量匹配验算。为了使机械传动系统的惯量达到较合理 的匹配，系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式在本设计重，故满足惯量匹配要求。表4-1 FANUC系列交流伺服电动机的技术参数(来自数控技术课程设计表2-47)机械传动系统的动态分析1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率已知滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度，而滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量（其中m、分别是机床执行部件的质量（）和滚珠丝杠螺母副的质量（），则 2计算扭转振动系统的最低固有频率折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为已知丝杠的扭转刚度，则由以上计算可知，丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率、扭转振动系统的最低固有频率都比较高。一般按的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。计算传动系统的误差计算与分析1计算机械传动系统的方向死区已知进给传动系统的最小综合拉压刚度，导轨的静摩擦力，则由式( 数控技术课程设计2-52)得即故满足要求。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由式( 数控技术课程设计2-53)得即故满足要求。3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差（1）计算由快速进给扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量。已知负载力矩，由以上计算得扭转作用点之间的距离，丝杠底径，由式( 数控技术课程设计2-49)得（2）由扭转变形量引起的轴向移动滞后量将影响工作台的定位精度。得 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级本机床工作台采用半闭环控制系统， 、应满足下列要求： 滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为2级，查表7-1得=8；查表2-14得，当螺纹长度为850mm时，故满足设计要求7.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD4010-5-P2/1239850,其具体参数如下。公称直径与导程：40mm,10mm；螺纹长度：850mm；丝杠长度：1239mm；类型与精度：P类，2级精度。表7-1 2弧度内行程变动量和任意300mm行程内行程变动量（）精度等级123454567868121623表7-2 有效行程内的目标行程公差和允许的行程变动量（单位：）有效行程/mm精度等级1234531566881212161623233154007698121218172525400500871010151320192726500630971111161422213029630800108131218162523353180010001191513211729254033100012501310181424193429463931