立式数控镗床机械结构设计[毕业论文+CAD图纸全套资料]

Abstract摘要 此次是设计完成一台立式数控镗床的机械部分。在设计中首先要合理的完成镗床总体结构布局，包括床身结构设计，立柱结构布局和工作台结构设计。其次对主轴系统和伺服系统进行分析并设计计算，其中主轴系统的包括主轴、齿轮、液压缸，伺服系统包括伺服电机、滚珠丝杠、轴承等。同时对滚动导轨和刀库进行了选型设计，最后对主轴、滚珠丝杠、轴承进行了强度等校核计算。 因此要设计一台数控镗床，首先要了解数控镗床的结构与工作原理，其次操作、维修、改进数控镗床也至关重要。本文介绍了数控镗床的主轴系统、伺服进给系统、刀库转换系统等的设计要求及结构特点，对于系统各个部件也作了相关介绍。关键词：数控镗床；伺服电机；滚珠丝杠；轴承；液压缸关键词： AbstractIn design, you can see the machining part design of verteal machining center. In the design, we deal with such systerm problems as the selection of motors,ballscrew,bearing and such headshaft systerm as gear hydraulic pressure iar and lathebed worktable.We explain the choosing of the material of rarious kmds and the assembling of the whole machine. And we check and calculate of the whole machine . And we cheak and calculate the main machine compoents. Therefore study the structure and working principle is the premise of operate、maintain、improve Numerical-controlled millng machine, it is the basic of designing Numerical-controlled millng machine.Introduced the characteristics, the design request and the structure characteristicses of Principal axis system 、Servo system and Tools system of Numerical-controlled millng machine according to this text, also made a introduction for the system parts.KeyWords： Numerical control millng machine;Ballserew;Hydraulic pressure jar;Headshaft.VII 目 录目录摘要I关键词： AbstractII1 综述12 机械结构及布局设计52.1 床身结构设计52.1.1 对床身结构的基本要求52.1.2 床身结构布局及截面形状62.2 立柱的结构布局62.2.1 对立柱的条件要求62.2.2 立柱的结构布局62.3 工作台的结构设计72.3.1 T形槽82.3.2 工作台其余结构83 滚珠丝杠的设计103.1 滚珠丝杠的传动特点103.2 滚珠丝杠副的运动原理113.2.1 x向丝杠螺母副的设计114.2.2 y向丝杠的选型174.2.3 z向丝杠螺母的设计174.3 滚珠丝杠副的传动特点174.4 电机的选型设计184.4.1 伺服控制电机的基本要求184.4.2 伺服电机的选型设计183 数控机床的主传动系统设计243.1 主轴组件设计243.2 主轴组件需要满足的条件243.2.1 回转精度253.2.2 主轴的刚度253.2.3 主轴的抗震性253.2.4 主轴的温升263.2.5 主轴的耐磨性263.2.6 主轴的承载能力263.3 主轴的设计273.3.1 主轴的转动273.3.2 主轴传动部件位置的合理布置283.4 主轴的结构设计293.4.1 主轴设计293.4.2 主轴的设计计算303.5 轴端设计313.6 主轴的校核323.6.1 主轴箱齿轮强度校核323.6.2 齿轮接触疲劳强度的校核333.6.3 主轴强度的校核333.7 主轴箱的润滑353.7.1 润滑剂的选择353.7.2 管路设计353.7.3 自动控制油温的选择353.8 轴承的合理安排353.9 主轴电机的选择363.10 主轴轴承的选择和强度校核363.10.1 支反力的计算373.10.2 对于轴承使用寿命的计算383.11 传动齿轮的设计393.11.1 齿轮的尺寸393.11.2 双联齿轮的设计403.11.3 齿轮的结构设计413.11.4 齿轮的强度校核415液压缸的选择设计455.1 液压传动的特点455.2 液压工作原理465.3 液压缸的选取465.4 液压缸的设计和计算476刀库的选择486.1 刀库的种类486.2 刀库交换装置486.3 刀具识别装置496.4 刀库的换刀方式496.5 刀库的选择49结 论50致 谢51参考文献52买文档就送全套CAD图纸 加414951605 1 综述1.1 数控镗床的主要优点1. 能完成复杂型面的零件加工。2. 可以提高零件的加工精度,稳定产品的质量,由于数控机床是按照预定的程序 自动加工的，加工过程不需要人工干预,而且加工精度还可以利用软件来进行校正和修补,因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。3.可以提高生产率.一般一台数控机床比普通机床可提高效率2-3倍。由于工序集中，容易适应多品种、中小批量生产。4.可以一机多用,有的数控机床一次装夹可完成多部位的加工,可以替代5-7台普通机床,并节省了厂房面积。5.几乎不需要专用的工装卡具，可发挥其“多工序集中”的优势，在一台机床上完成多个工序，大大减少在制品数量,从而加速了流动资金的周转, 提高了经济效益。6. 大大减轻了工人的劳动强度。1.2 数控机床的发展方向机械制造业是一个民族经济的支柱产业，其技术水平高低已成为衡量一个地区甚至国家经济发展水平的重要标志。美国、日本等发达国家有很大部分的财富都来源于机械制造业，我国机械制造业也后来居上，可以说，机械制造业决定了国家的繁荣和昌盛。机械制造业的发展规模和水平也反映了一个国家的科学技术水平。工件的加工效率、所需的生产成本多少、加工质量的优劣是衡量机械制造业技术水平的标志，全面提高这几项行业将会得到飞跃式的发展。15世纪出现了水力驱动的炮筒镗床。1774年英国人J.威尔金森发明了炮筒镗床，第二年用作瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台比较精确的气缸镗床。1880年，德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为了适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展出了落地镗床。随着铣削量的增加，50年代出现了落地镗铣床。20世纪初期，随着钟表仪器制造业的迅速发展，为了加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，现在已经广泛地采用光学读数头或数字显示装置。一些镗床还采用了数字控制系统实现坐标的定位和加工过程的自动化。数控镗床同其他机床一样，其技术水平的提高也表现在固有技术（如高速、高精度化等）的发展和新技能（如智能化、网络化等）的应用上。我国自从改革开放以来，加快了数控机床的引进和研制，由于技术并不完善，在国内大中型企业中数控机床并未得到广泛应用，因此极大地束缚了这类企业经济的迅速发展，本设计在保证精度准确的基础上，还最大限度的降低生产成本，既检验了我在大学四年中所学知识是否掌握并熟练运用，也是为步入职场铺下一块坚实的垫脚石。此设计包括：数控镗床总体结构布局、床身结构设计、立柱结构布局、工作台结构设计。滚珠丝杠选型设计、滚动导轨设计。滚动导轨选型设计、主轴箱结构设计、传动齿轮设计，轴承选型设计、液压缸选型设计，刀库选型设计、主要件的强度校核，伺服进给电机选型设计、联轴器选型设计。（1）数控镗床高速化，是指主轴转速、进给速度的高速化。 以下措施可以实现机床主轴的高速： 选用陶瓷轴承使用陶瓷材料SiN制成轴承滚动体，而内圈则仍用轴承钢制造的轴承。选用陶瓷作为滚动体，因为它重量轻，是轴承钢的40%；热膨胀率低，是轴承钢的25%；弹性膜量大，是轴承钢的1.5倍10。转速越高，滚动体引起的离心力和惯性滑移越高。选用陶瓷滚动体，大大地减少了离心力和惯性滑移，进一步地提高了主轴转速。但目前其价格昂贵，且寿命、可靠性等试验数据还未确定，扔需进一步改进和完善。但陶瓷轴承的优越性是不容置疑的，而且已应用于部分正式产品的数控机床上。 主轴轴承采用预紧量可调装置早期主轴的预紧方式是固定预紧量式，但由于轴承滚动体离心力的影响，主轴在低速区和高速区的刚性有所差异，从而影响了主轴在全转速范围内的稳定切削。随着主轴转速的高速化发展，要实现低速时的高刚性和高速时的低发热，固定预紧量方式已无法满足其要求，于是出现了随着转速自动改变轴承预紧量的结构。在低速区由活塞顶紧，实现高刚性固定预紧量式，而在高速区活塞松开，只靠弹簧预紧，实现顶压预紧。 改进主轴轴承润滑、冷却方式:以往，加工中心主轴轴承的润滑方式大多采用油脂封入式润滑。为了满足主轴转速向高速化发展的要求，相继开发了新型润滑、冷却方式。油气（oil air）润滑方式：这种润滑方式与油雾润滑相似，但两者有原则上的区别。油气润滑是定时定量地把油雾送入轴承空隙中，这样既保证了油雾润滑，又不会污染周围空气。喷注（jet）润滑：它用较大流量的恒温油（每个轴承34L/min）喷注到主轴轴承，以实现润滑冷却的目的。喷注的油是用两台排油泵强制排出的。（2） 精密化 速度固然重要，但精确也必不可少。随着汽车、电子、航空等行业的迅猛发展，更要求我们所生产的工件达到极为精细的标准，这对加工设备精确性的不断提高是一个极大的挑战。因为急需一大批加工精度为“”级、主轴转速高于12000r/min、快移速度大于40m/min的高效高精镗床。为了顺应发展的趋势，满足各生产商的需求，镗床将会向着高精密方向发展。（3） 复合化复合化指的是功能的复合化与工序的复合化，新兴的数控机床已将粗加工与精加工紧密结合，同时把车，镗，铣，钻，磨等工序整合到一起，将非加工辅助时间减至最少，扩大了机床的试用范围，进一步提高了机床的生产效率。 （4） 高可靠性 数控机床的可靠性是衡量数控机床产品质量的一项关键性指标。可靠性的高低直接影响数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率以及最终的效益。 (5) 智能化、网络化、柔性化 智能化运用在数控系统的各个方面，如工艺参数自动生成、智能化主轴监控功能、智能化维护监控功能、智能化振动防止功能、语音导航功能、智能化平衡失调检测功能等。网络化数控装备是近年来比较被关注的一点。数控装备的网络化将极大地满足了制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如虚拟企业、全球制造等的基础条件。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各各国家制造业发展的一大趋势，是先进制造领域的基础技术。2 机械结构及布局设计2.1 床身结构设计主机：它是数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等部件。它用于完成各种切削加工。 床身、床头箱的尾座应注意排屑、冷却、润滑、和维护。2.1.1 对床身结构的基本要求机床的床身是整个机床的基础支承件，用来放置导轨、主轴箱等重要部件。为了满足数控机床高速度、高精度、高可靠性和高自动化程度的要求，数控机床应比普通机床有更高的静、动刚度，更好的抗震性。因此数控机床在以下几个方面应有更高的要求。1) 很高的精度和精度保持性在床身上有许多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面自身精度和相对位置精度要求就很高，并且需要保持很长时间。此外机床在切削加工时，所有的静、动载荷最后往往都是传到床身上的，因此床身受力极为复杂。为保证零部件之间的相互位置和相对运动精度，除了满足几何尺寸、位置关系精度等要求外，还要满足静、动刚度和抗震性、热稳定性、工艺性等各方面技术要求。2) 应具有足够的静、动刚度静刚度包括床身结构刚度、局部刚度和接触刚度，应采取相应的措施，使它们最后都达到较高的性能。动刚度直接反应机床的动态特性，它保证了机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力，同时抵抗受迫振动及自激震动而产生的噪音。3) 较好的热稳定性对于高精度的数控机床来说，热稳定性是一个突出问题，必须在设计中考虑到整体的热变形状况，保证变形度达到最小，使其对精度的影响力尽可能达到最小。 2.1.2 床身结构布局及截面形状1) 床身各种各样的结构形式。床身分为平床身、斜床身、平床身斜导轨和直立床身等四种类型。床身是基础支撑部件，必须具有足够高的静、动刚度保持性，肋板布置适当，又能保证良好的冷热加工工艺性。加工中心的床身有固定立柱式和移动立柱式两种，本次设计采用的是固定立柱式，由溜板和工作台来实现平面上X、Y坐标的移动，床身结构较为简单,一般适用于中小型立式和卧式加工中心。2) 床身肋板一般依据床身结构和载荷分布情况进行设计为了满足床身刚度和抗震性要求，V形肋有利于加强导轨支撑部分的刚度，斜方肋和对角肋结构可明显增强床身的扭转刚度，且便于设计成全封闭的箱型结构。床身截面的形状受机床结构设计条件和铸造能力的约束，以及使用厂家习惯的影响，种类较多，主要有横向、纵向和斜向三类。纵向肋板可加强抗弯刚度，横向肋板对加强抗扭刚度有显著效果。斜向肋板对提高抗弯刚度有所帮助。当肋板厚度相同时，米字形肋板结构抗弯刚度接近“#”字形结构，而抗扭刚度则是“#”字形结构的数倍。此外纵向肋板和横向肋板分别对抗弯刚度有显著效果：米字形肋板和“#”字形肋板的抗弯刚度也较高，米字形肋板更为突出，但米字形肋板加工工艺性差，制造工时较长。2.2 立柱的结构布局2.2.1 对立柱的条件要求立柱必须在承受切削力、震动、温度变化等条件下依然保持正常工作。它必须支撑主轴箱体，使其能够顺着垂直方向上下移动。2.2.2 立柱的结构布局数控镗床的主轴箱在框式立柱中间，立柱应设计成对称形结构；同过比较分析并在设计中采用“X”形来布置隔板与筋条。1) 立柱和床身的连接立柱与床身的连接，一般采用螺栓紧固，圆锥销定位的方式。考虑到连接的实际应选立 柱主轴箱取12个螺栓，连接草图如下：图1. 立柱与工作台的布局立柱和机床身的连接采用螺栓与圆柱销的定位方式，是为了最大限度的提升立柱和机床身接触刚度，采用了以下方法：提高有效接触面的平面度，尽量减小其粗糙度。以此来提升集合强度;强紧得方法。2) 立柱的导轨精度立柱底面对主导面的垂直度：0.01mm直线度：0.0060.015mm安装底面与主导面的垂直度：0.050.001mm16两导轨扭曲度：0.010.015162.3 工作台的结构设计使用矩形的工作台，并开T形槽，且不做分度运动，如下图：400600图2. 工作台的结构2.3.1 T形槽18H814302014图3. T型槽的结构和尺寸2.3.2 工作台其余结构1) 为了方便安装，应采用Z方向丝杆的螺母座与工作台分离式结构，具体的形式结构见总装配图；2) 为了防止切屑对防护罩造成影响，固在工作台的两边加上挡板；3) 为防止切屑对导轨造成影响，安装防护板，板的大小由加工工作要求来确定，详情见总装配图；4) 为便于安装，尽量减小零件，因此采用工作台在导轨上面滑动，应在工作台上面钻油孔，方便润滑；5) 工作台座的作用： (1) 安装X方向减速箱； (2) 作Y方向上进给运动的滑动体； (3) 安装X方向进给滚动导轨和该方向上丝杆螺母； (4) 支承工作台； (5) 容纳X方向上进给丝杆的润滑油； (6) 作X方向上的进给丝杆支撑箱体。483 滚珠丝杠的设计需按所设计机构的最大载荷、最高速度初选一个滚珠丝杠的公称直径，其中包括循环方式。再按马达的转速等要求初选滚珠丝杠的导程。然后根据定位精度的要求，作定位精度、重复定位精度、压杆稳定性、极限转速、极限寿命以及Dn值等各项校核试验并修正初选值。3.1 滚珠丝杠的传动特点1) 滚珠丝杠与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3：由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在作滚动运动，因此可以得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果动力只需为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很显著；2) 高精度的保证：采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状、可将轴向间隙调整得很小，依旧能够轻便地传动。若加入适当预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杠具有更优良的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，以便达到更高的精度；3) 微进给：由于滚珠丝杠副是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动中那样的爬行现象，能够保证实现精确的微进给。4) 无侧隙、刚性高：滚珠丝杠副可以加予压力，压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性（在实际用于机械装置时，滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，滚珠间的斥力可使丝母部的刚性增强）；5) 高速进给：滚珠丝杠由于运动效率高、发热小，固可实现高速进给运动；6) 高可靠性：与其它传动机械、液压传动等相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也更为简单，只需进行一般的润滑和防尘即可。在特殊场合中可在无润滑状态下工作；7) 高耐用性：钢球滚动接触面均经过硬化（HRC5863）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对磨损甚微，故具有较高的使用寿命，精度保持更为持久。由上面可以归纳出传动特点为： (1) 传动可逆； (2) 使用可靠； (3) 同步性好； (4) 预紧性好； (5) 使用寿命长； (6) 定位精确； (7) 效率较高； (8) 运动稳定。3.2 滚珠丝杠副的运动原理滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以钢球为滚动体的螺旋转动部件，它将螺旋运动变为直线运动。滚动丝杠副的运动位置机理就是用滚动摩擦代替滑动摩擦。在丝杠和螺母副上有圆弧形螺旋槽，在丝杠与螺母旋合螺旋槽间放置适当数量的钢球作为中间转动体，借助滚珠返回通道，丝杠或螺母副转动时，震动滚珠沿着滚道导珠管不断循环从而实现周而复始的滚动。3.2.1 x向丝杠螺母副的设计1) 型号选择 (参考的是南京工艺装备厂生产的精密滚珠丝杠) (1) 选择型号：FFZD型浮动内循环垫片预紧式滚珠丝杠； (2) 滚珠丝杠的导程：电机与丝杠直接相连 (3) 调整方法:改变垫片的厚度尺寸,使双螺母重新获得所需要的预紧力(41)式中： 电机最高的转速根据要求取 工作台最高移动的速度根据要求取固因此可以得出 2) 确定当量转速和当量载荷 表8. 各种切削方式下的参数切削方式纵向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)进给速度V1(m/min)工作时间百分比丝杠轴向载荷(N)丝杠转速r/min强力切削200012000.610167775一般切削10005000.8301607100精切削5002001501077125快速进给0012105571500 (1) 各种切削方式下丝杠转速Ni=取V1=0.6 V2=0.8 V3=1 V4=12则 N1=60r / min N2=80r / min N3=100r / min N4=1200r / min (2) 丝杠的轴向载荷各种情况下：(42)经过查表可以得到： 通过已知道的条件得： 工作台的最大行程：600mm. 工作台的重量： 定位精度 全行程重复定位精度动摩擦因数： 静摩擦因数：要求寿命：20000h 工件和夹具的最大重量 快速进给速度因此 (3) 当量转速 (4) 当量载荷(43)通过计算得出： (5) 各种切削方式下丝杠转速 选取 可以得出 3) 预计将要达到的额定动载荷 (1) 通过预期的工作时间可以估算：(44)通过机械设计手册查表：轻微的冲击 13级取已知 可靠性 固选取 (2) 通过选用预紧式滚珠丝杠副，依照最大的负载荷计算可得(45)通过查表12 12 通过计算选择所求结果的最大值即4) 确定最小螺纹的底径 (1) 估算丝杠允许的最大轴向变形量=(1/3 1/4) 重复定位精度已知:重复定位精度10,定位精度20 =(1/3 1/4) 重复定位精度3 =(1/3 1/4)定位精度6取以上两种的最小值 取=3 (2) 估算最小螺纹的底径(46)(47)已知行程 所以可以得到 5) 对滚珠丝杠副规格的确定： (1) 通过 选取相对应的滚珠丝杠副Wch5010 (2) 调整方法：通过衬套外循环的齿差来调节预紧双螺母的调节。 (3) 滚珠丝杠副预紧力的确定 6) 行程的补偿 (1) (48)(49)上式中的 (2) 预拉伸力为 所以有 7) 滚珠丝杠副支撑作用的轴承型号的确定 (1) 紧力 ； (2) 选型为两端固定支撑背对背60度接触角推力角接触的球轴承； (3) 所选径D应该微小于 取整 ； (4) 轴向的载荷 通过计算选取轴承的型号 40TAC72A8) 计算丝杠上螺纹的长度 (1) 通过查表可知 ； (2) 端固定支撑的长度 ； (3) 长度187mm； (4) 固定点和起点的长度 ； (5) 丝杠的总体长度 。9) 传动系统的刚度 (1) 轴承的组合刚度；(410)是预加载荷的3倍， 所以滚珠丝杠副的滚道与滚珠接触的刚度(411)通过已给的条件可以得到 (2) 拉刚度(412) 最大的抗压刚度为： 所以可以得到10) 刚度的演算(413)于是 于是 (1) 传动系统刚度的演算(414) 因为 所以可以知道传动系统的刚度合格。 (2) 传动系统刚度的变化引起的定位误差(415) (3) 丝杠精度的确定任意的300mm内的行程变动量V300 因为 因此 丝杠的精度选为3级。 (4) 滚珠丝杠的确定选定的型号为FFZD,丝杠全长1700,公称直径50,导程10,螺纹长度1393，P类，3级精度，代号：FFZD5010-3-P3/17001393 (5) 演算强度因为 因此强合格 (6) 传动效率的计算：(416)其中 为螺旋升角丝杠的滚动摩擦系数为摩擦角丝杠滚动摩擦系数f=0.003 0.004 所以摩擦角为1019 1345 取整12所以 (7) 临界转速的演算(417)通过样本 查表可以得到 则4.2.2 y向丝杠的选型通过X方向丝杠的选型确定Y方向丝杠的型号为FFZD6312-4-P3/1200874通过计算符合要求。4.2.3 z向丝杠螺母的设计1) 所选丝杠型号为FFZD型公称直径为50mm，2) 两端固定支承距离丝杠全长为230+874=1114mm 因为Z方向上丝杠长度应小于X方向，所以Z方向丝杠合格。因此Z放向丝杠的型号选为FFZD5010-4-P3/170013934.3 滚珠丝杠副的传动特点1) 传动效率高；2) 运动平稳；3) 传动可逆；4) 可以预紧；5) 定位精度高；6) 重复定位精度高；7) 同步性好；8) 使用寿命长；9) 使用可靠。4.4 电机的选型设计现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。4.4.1 伺服控制电机的基本要求1) 震动与噪音小；2) 功率密度与比率大即性能的密度大；3) 位置的控制精度高；4) 快速性好，即加减速扭矩小，频率特性好；5) 可靠性比较高。与此同时还应该具备：机械特性：要求伺服电机的速降小、刚度大;快速响应的要求：这在轮廓加工，特别对曲率大的加工对象进行高速加工时要求较严格；调速范围：这可以使数控机床适用于各种不同的刀具、加工材质;适应于各种不同的加工工艺；一定的输出转矩，并要求一定的过载转矩。机床进给机械负载的性质主要是克服工作台的摩擦力和切削的阻力，因此主要是恒转矩的性质。4.4.2 伺服电机的选型设计1) 伺服电机应该满足的要求： (1) 电机的额定转矩应该大于最大切削力矩； (2) 快速进给频率应该在预期值以内； (3) 在进给调速范围内点电机的额定转矩应该大于空载进给力矩； (4) 加速时间应该满足预期的时间常数。2) X方向伺服电机的选择： (1) 最高转速的选择 伺服电机最高的转速应该依据进给系统的快速进给速度丝杠螺距及传动系统的减速比来确定，计算公式：(418) ： 工作台要求快速进给的速度， : 丝杠的螺距， : 裕度系数， : 传动系统减速比，因为是直连 所以 (2) 负载转矩计算(419) 双螺母滚珠丝杠的预紧力矩 预紧力通常会选择最大工作的载荷的1/3 驱动力矩丝杠的预紧力矩的系数0.1-0选择0.15 所以 丝杠导程 选择 加在丝杠轴间的外载荷 克服轴向外载荷所需的力矩 法向载荷 移动部件的重量包括工作 导轨摩擦系数 滚珠丝杠的效率 ：传动比 选取 因此 电机的选择根据 是伺服电机的额定转矩 根据设计手册选取BESK10 额定转矩 11.8Nm 电机的输出功率为 1.8KW最大转矩 78Nm3) 惯量匹配计算：负载惯量与电动机的惯量换算至电机的机轴之间有以下关系： (1) 工作台的转动惯量为：根据表6.6-29可知1000kg工作台换算到的丝杠上转动的惯量是： (2) 确定联轴器的转动惯量：根据机床设计手册第3卷表6.6-19可以得到飞轮 因此可有 (3) 传动系统换算电机轴上面的总转动惯量： (4) 惯量的匹配计算：根据表可以得出 所以 由上面可以看出符合惯量匹配关系。 (5) 伺服电机的加减速能力的校核(420)当快速移动加速时候它的最大转矩用上面公式计算可以得到 快速移动时候的电机转动速度 加减速度时间 系统的开环增益 通常情况 25到8 加工中心通常 在这里选择因此有电动机转子的惯量 负载的转矩 : (421)上面式中：:移动体的摩擦转矩 :丝杠副的摩擦转矩:轴承的摩擦力矩因此则有 因此由上面计算可以选BESK10的最大转矩是78Nm 符合条件4) Y方向上伺服电机的选择 (1) 最高的转速(422) (2) 脉冲编码器的选择：(423) (3) 负载转矩的计算方法：(424)上式中 移动部件的重量（工作台，工作台架，工件） 是丝杠的效率 内丝杠的预紧力的系数为 是支撑轴承的摩擦力矩 (425)通过机电一体化系统设计手册取BESK10 重要的参数：额定的转矩 11.8Nm ；最大的转矩 78Nm；最高的转速2000r/min;输出的功率1.8KW;5) 惯量的匹配计算 (1) 联轴器转动惯量通过机床设计手册3卷表66-19可以看出 (2) 移动部件的惯量 (3) 丝杠的转动惯量通过机床设计手册可以得到 (4) 换算到电动机的总转动惯量电动机的转子惯量 即 可以看出符合要求。 (5) 伺服电机加减能力的校核快速移动时的最大转矩(426)上面式子中： 移动体摩擦转矩 丝杠副的摩擦转矩 轴承摩擦转矩 所以因此符合要求6) Z方向上伺服电动机的选择 (1) 脉冲编码器的选择 (2) 最高的转速为 (3) 负载转矩的计算(427)其中 (428) 所以选择BESK10伺服电机 主要数据：最大的转矩78Nm； 输出的功率1.8KW； 最高的转速2000r/min; 额定的转矩11.8 Nm7) 计算转动惯量匹配 (1) 联轴器的惯量 (2) 丝杠的转动惯量丝杠的主要数据 (3) 主轴箱的转动惯量 即 通过上面计算可以知道符合要求 (4) 电动机快速移动能力的校核(429)上面式子中 所以可以知道电机符合要求进给系统伺服电机的主要数据：X.Y.Z三个方向全部选用BESK10交流伺服电机，最高的转速2000r/min；额定转矩为11.8Nm；最大的转矩788Nm；电机的输出功率为1.8KW；电机重量为23kg。3 数控机床的主传动系统设计3.1 主轴组件设计主轴组件的很重要的组成部分之一就是主轴。它的形状以及尺寸和结构、热处理与制造的精确度，对主轴组件的工作性能都有很大的影响。本次的设计选用的是只旋转运动的主轴。主轴部件的性能直接影响加工质量和切削生产率，且决定机床性能和经济技术指标的重要因素。3.2 主轴组件需要满足的条件主轴是机床主要组件之一，它的性能对机床整体的性能都有很大的影星啊，主轴转速的范围相当大，直接承受着切削力。3.2.1 回转精度主轴组件的回转精度指的是主轴的回转精度，它决定于组件里面各个主要零部件如轴承，主轴等的装配精度与制造精度，另外还取决于主轴的转速，主轴组件的平衡以及轴承设计与性能，提高主轴的回转精度主要有以下几个方面：1) 采用变速箱与主轴部件分离的结构来避免来自系统的各种干扰；2) 高速主轴部件过很好的动平衡；3) 尽量提高轴承的配合的便面精度；4) 调整装配质量，尽可能把各种误差能相互抵消并且在使用过程中变形达到最小。3.2.2 主轴的刚度主轴的刚度是在受到外力时，主轴的组件抵抗变形的能力，主轴受力变形越小主轴的刚度就越大，反之主轴刚度不足时在切削以及其它力的作用下时主轴就会产生弹性变形，进而将会影响加工工件的质量还会破坏齿轮、轴承的正常工作条件下使其降低精度加快磨损。主轴部件的尺寸结构、轴承间隙的调整、支撑跨距、轴承类型及配置形式、主轴上的位置等有关。提高主轴刚度主要有一下几个方面：1) 选用刚度比较高的轴承；2) 适当的加粗主轴的直径；3) 采用最佳的跨径。3.2.3 主轴的抗震性主轴的抗震性指的是在机床工作时，主轴能够保持正常平稳的转动并且不震动的能力。组件的振动会影响工件表面质量，刀具的耐用度。主轴轴承的寿命，同时会产生噪声，影响主件的静刚度，质量分布和阻尼（特别是主轴前轴承的阻尼）。提高主轴的抗震性主要有一下几个方面：1) 选用阻尼比大的前轴承；2) 安装阻尼器；3) 尽量提高主轴静刚度。3.2.4 主轴的温升主轴组件在工作时候，温度过高会引起的不良效果：首先轴承的部件会因为温度太高而改变了原已调整好的间隙和破坏正常的润滑条件；其次影响加工精度因为主轴组件和箱体因膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其它相对位置会发生变化。因此提高主轴的热稳定性的方法如下：1) 尽可能的创建一个好的隔热环境；2) 减少个部件中的热量；3) 减少控制外在热量的传入；4) 创造良好的隔热条件；5) 选用热变形或温度的补偿装置；6) 采用恒温装置，控制环境温度的转化；7) 尽量使主轴个部件的各部分温度平衡尤其是支撑壁的温度。163.2.5 主轴的耐磨性主轴应该拥有足够的耐磨性能，才能够保持精度。工件的安装部位和移动主轴的工作部位以及刀具都是主轴上比较容易磨损的地方。提高主轴耐磨性主要有一下几个方面：1) 主轴轴承需要有良好的润滑以此来提高其耐磨性；2) 在其必要的地方应该氮化或淬硬处理。3.2.6 主轴的承载能力主轴部件的承载能力指的是主轴在正常工作的前提下具有额定寿命所能承受的最大载荷主轴部件还应该需要满足以下几个条件：1) 主轴在安装传动齿轮出的角度和转角不能大于额定值；2) 工作端的变形不能大于相应条件下的加工误差；3) 主轴前支撑处的转角不能大于相应条件下的转角。正确的选择轴承与合理涉及传动件外主要加粗主轴有效直径以减小弯曲变形。3.3 主轴的设计1) 机床有足够高的转速和大的功率，以适应高效率加工的需要；2) 主轴转速的变换迅速可靠，一般能够自动变速；3) 主轴应有足够高的强度和回转精度；4) 主轴转速范围很广，例如对铝合金材料的高速切削，几乎没有上限的限制主轴最高转速取决于5) 主传动系统中传动元件的承受的极限最低转速则是根据加工不锈钢等难以加工材料的要求确定3.3.1 主轴的转动机床主轴常用的传动方式有：带传动、电机直接传动、齿轮传动，本次选用齿轮传动，传动轴和主电机的连接方式选用弹性联轴器，该种方式便于安装和拆卸和安装，结构紧凑。主轴旋转运动传动方式的选择决定于主轴转速的高低，固传递扭矩的大小，对运转平衡要求高结构紧凑等。传动方式如下图：（机械设计手册表6.14 图4. 主轴齿轮的布置3.3.2 主轴传动部件位置的合理布置合理的布置传动部件的径向和轴向位置，可以改善主轴的受力情况。主轴部件主要承受支撑反力、传动力和切削力。科学合理的布置条件如下：立柱主轴箱 图5. 立柱与工作台布局1) 传动力引起的主轴端位位移小并尽可能部分抵消切削力引起的轴端位移，尤其在影响加工精度的敏感方向上；2) 结构紧凑，主轴箱尺寸小，转配维修方便；3) 传动力引起的主轴弯曲变形小且能部分在抵消切削力引起的主轴弯曲变形；4) 传动力引起支撑的反力能抵消部分切削力引起的支撑反力；轴承布置如下： 图6. 主轴轴承的布置 表1.主轴轴承选择【11】前支承后支承颈向轴向颈向轴向3182100型双列圆柱滚子轴承2268100型滚动轴承3182100型双列圆柱滚子轴承3.4 主轴的结构设计3.4.1 主轴设计1) 设计轴的要求： (1) 轴向尺寸尽可能小，结构紧凑，摩擦系数尽可能小； (2) 在密封外引起的摩擦力应尽可能小，摩擦系数尽量稳定； (3) 当磨损后能在一定的程度上自动的补偿； (4) 尽量适应转速，要求在一定的温度与压力下具有良好的密封性能。2) 查机械设计手册6.158根据工作环境，润滑温度，工作温度等特点选择密封装置的形式。选择非接触方式中的曲路密封，用于脂润滑的高速主轴部件。（结构紧凑，主轴悬身量小）3.4.2 主轴的设计计算轴受到的扭矩T:（31）(32)选45号钢为轴的材料名称数值公称转矩Tn（Nm）63许用速度nr/min5000轴孔直径d1 d2 d318 19 20 22 24 25J1Z型L30 38 44L推荐35 45重量2.3轴孔长度型42 52 62D100转动惯量（）0.001t9.5扭转刚度（Nm/rad）1.4104瞬时最大转矩（Nm）180型号JMI 2轴结构为花键轴，以增强扭矩。依据机械设计手册表714GB114487选外花键是8525810形，其结构如装配图。3.5 轴端设计主轴端部的结构应该保证卡具、预卡或刀具安装可靠定位准确度高的连接刚度以传递足够的扭矩并尽量缩短轴的悬申长度，以便装卸方便。联轴器的选型设计表2.膜片联轴器的主要参数3.6 主轴的校核数控镗床的主轴部件既要具备粗加工时高效切削能力又要满足精加工时的精度较高的要求。多以在旋转刚度、精度、抗震性和热变形等方面，有很高的要求。主轴为空心轴，锥度17:24，前端有精密的定心孔，精密的端面和定心外圆柱面前端键用来传递转矩。选用材料为45号钢，热处理。3.6.1 主轴箱齿轮强度校核选取：第一对齿轮的齿数 第二对齿轮的齿数 1) 齿形系数：依据机械设计图1222查出 2) 应力修正系数：依据机械设计图1222查出 3) 齿间载荷分配系数(33)4) 重合度系数： (1) 弯曲疲劳极限：依据图1224.b查出； (2) 弯曲安全系数： 可查出； (3) 应力循环次数:； (4) 弯曲寿命系数 查的1225得 ； (5) 可以查出尺寸参数； (6) 许用弯曲应力(34)齿数精度查表取7级精度。载