數(shù)控銑床x向進(jìn)給系統(tǒng).doc

數(shù)控銑床X方向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 201 前言1.1課題研究的目的與意義數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來(lái)的加工中心、柔性加工單元等都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。數(shù)控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復(fù)雜型面的零件，如凸輪、樣板、模具、螺旋槽等。同時(shí)也可以對(duì)零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸和鏜孔的加工。故對(duì)它進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)非常有意義。1.2數(shù)控銑床的組成與進(jìn)給系統(tǒng)概述圖1-1為數(shù)控銑床示意圖。其機(jī)械結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：(1)主傳動(dòng)系統(tǒng)(如圖中的5-主軸變速手柄和按鈕板)；(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)(如圖中的12-橫向溜板；13-縱向進(jìn)給伺服電機(jī)；14-橫向進(jìn)給伺服電機(jī)等)；(3)基礎(chǔ)支承件(如圖中的1-底座；6-床身；16-縱向工作臺(tái)等)；(4)輔助裝置(如圖中的8，11-保護(hù)開(kāi)關(guān))。圖1-1 數(shù)控銑床示意圖1-底座；2-強(qiáng)電柜；3-變壓器箱；4-垂直升降進(jìn)給伺服電機(jī)；5-主軸變速手柄和按鈕板；6-床身；7-數(shù)控柜；8，11-保護(hù)開(kāi)關(guān)；9-檔鐵；10-操縱臺(tái)；12-橫向溜板；13-縱向進(jìn)給伺服電機(jī)；14-橫向進(jìn)給伺服電機(jī)；15-升降臺(tái)；16-縱向工作臺(tái)數(shù)控銑床的進(jìn)給系統(tǒng)包括動(dòng)力源、傳動(dòng)件及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件（工作臺(tái)、刀架）等，其功用是將伺服驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳給執(zhí)行件，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給切削運(yùn)動(dòng)。其中的代表部件為滾珠絲杠副、伺服電動(dòng)機(jī)、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。（1）滾珠絲杠副現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展需要高的傳動(dòng)精度、定位精度以及寬的進(jìn)給調(diào)速范圍，要求響應(yīng)速度快，傳動(dòng)無(wú)間隙，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)，使用維護(hù)方便，滾珠絲杠副正好適應(yīng)了這種發(fā)展的需要。它在中等載荷、進(jìn)給速度要求不十分高、行程范圍不太大(小于4-5m)的一般高速加工中心和其它經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床仍然經(jīng)常被采用。滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，在數(shù)控銑床上得到了廣泛應(yīng)用。滾珠絲杠副是將螺母與絲杠分別加工成凹半圓弧螺紋，在螺紋之間放入滾珠形成的。滾珠沿螺旋滾道滾動(dòng)，帶動(dòng)螺母或絲杠軸向移動(dòng)，將原先傳動(dòng)中使用的T形絲杠的螺紋摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因?yàn)榻档土四Σ磷枇?，消除了局部爬行現(xiàn)象，從而提高了傳動(dòng)精度與傳動(dòng)機(jī)械效率。滾珠絲杠副有很多優(yōu)點(diǎn)，主要為傳動(dòng)效率高，約為92-96，可消除軸向移動(dòng)產(chǎn)生的間隙，定位精度高，剛度好，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度好。再次，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，絲杠與螺母都可作為主動(dòng)件，磨損小，使用壽命長(zhǎng)。但滾珠絲杠副制作工藝復(fù)雜，精度要求高，且不能自鎖。滾珠絲杠支承用軸承通常要選用專用軸承，一般選用絲杠支承專用角接觸球軸承3。該軸承具有如下特點(diǎn)：a剛性大。由于采用采用特殊色設(shè)計(jì)的尼龍保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60 ，故軸向剛度大；b無(wú)須預(yù)調(diào)整。對(duì)每種組合形式，廠家已做好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時(shí)不需再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號(hào)排列后，裝緊即可；c力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，啟動(dòng)力矩更小。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運(yùn)動(dòng)的流暢性不同。由于存在加工誤差，使?jié)L珠絲杠副的動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長(zhǎng)上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo)4。 當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的高速化不斷推動(dòng)精密高速滾珠絲杠副的發(fā)展。為了達(dá)到高速驅(qū)動(dòng)目的，設(shè)計(jì)時(shí)在提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min)的同時(shí)，使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副，導(dǎo)程可達(dá)32mm。如日本馬扎克公司在FF660機(jī)床上使用滾珠絲杠副，機(jī)床快速移動(dòng)速度達(dá)90m/min，加速度達(dá)l.5g5。也可改進(jìn)結(jié)構(gòu)提高滾珠運(yùn)動(dòng)的流暢性，采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式以及進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量等方式來(lái)使得滾珠絲杠副達(dá)到高速、高精度進(jìn)給。（2）伺服電動(dòng)機(jī)伺服電機(jī)是在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種電機(jī)。早期機(jī)床多采用小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)，自20世紀(jì)60年代末至80年代中期，在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)（永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)）占據(jù)著絕對(duì)統(tǒng)治地位。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但它也存在著固有的缺點(diǎn)，如直流伺服電機(jī)的電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)；由于換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花而使最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本高，因此，自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，以交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的交流伺服系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為潮流。這些年來(lái)，隨著高速加工技術(shù)與高速機(jī)床的迅速發(fā)展，國(guó)外正采用直線電動(dòng)機(jī)來(lái)取代常規(guī)數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)中 “伺服電動(dòng)機(jī)+滾珠絲杠”的模式6。綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)控銑床在機(jī)械行業(yè)中起著至關(guān)重要的作用，其進(jìn)給系統(tǒng)的好壞對(duì)精密、復(fù)雜工件的加工具有重要影響。其中最關(guān)鍵的部件便是滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，我國(guó)在這方面的研究與世界先進(jìn)國(guó)家有較大差距，因此本課題所做的研究和設(shè)計(jì)工作非常有意義。1.3數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)發(fā)展1.4主要設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容本文主要設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容如下：(1)數(shù)控銑床X進(jìn)給方向的總體設(shè)計(jì)。(2)絲杠螺母的選型與校核計(jì)算。(3)其它主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算。(4)利用AutoCAD繪圖。2 數(shù)控銑床X方向進(jìn)給系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)參數(shù)X行程 740mmX向快速進(jìn)給速度 5.1m/min工作臺(tái)長(zhǎng)度 650mm工作臺(tái)寬度 320mm工作臺(tái)重量 630N工作臺(tái)最大承重 291kg電機(jī)最大推力 8896N定位精度 0.01mm重復(fù)定位精度 0.005mm2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理數(shù)控銑床的X方向進(jìn)給系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副等零件組成，具體如圖2.1所示。圖2-1 X方向進(jìn)給系統(tǒng)1-X向伺服電機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-角接觸球軸承；4-X向滾珠絲杠； 5-X向滑塊；6-連接基座；7-X向滾珠螺母；8-工作臺(tái)；9-Y向滑塊；10-Y向?qū)к壠渲校琗向?qū)к壱?jiàn)圖2.2所示。滾珠螺母、滑塊與連接基座固定；導(dǎo)軌與工作臺(tái)用螺釘聯(lián)接。系統(tǒng)工作時(shí)，伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠作橫向移動(dòng)，滾動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)工作臺(tái)作橫向移動(dòng)。滾珠螺母與滑塊均固定不動(dòng)。滾珠絲杠的固定方式為兩端固定，左右各有2個(gè)角接觸球軸承。3 X方向滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)3.1 X方向滾珠絲杠副的計(jì)算9101112為了滿足數(shù)控機(jī)床高進(jìn)給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應(yīng)的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進(jìn)行必要的校核計(jì)算。計(jì)算參數(shù)：工作臺(tái)重量 W1=630N工作臺(tái)最大承重 W2=291kg=2851.8N工作臺(tái)X向最大行程 740mmX向快速進(jìn)給速度 Vxmax=5.1m/min定位精度 0.01mm重復(fù)定位精度 0.005mm表3.1給出了工作臺(tái)的切削狀況，以此為前提進(jìn)行傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)。圖3.1為滾珠絲杠副的部分組成和尺寸。表3.1 切削狀況切削狀況切削方式縱向切削力(N)垂向切削力(N)進(jìn)給速度(m/min)工作時(shí)間百分比強(qiáng)力切削12007000.55一般切削6003000.830精切削30080155快速進(jìn)給005.110圖3-1 滾珠絲杠副的部分組成和尺寸1-滾珠絲杠；2-滾珠l1-螺紋全長(zhǎng)；d1-滾珠絲杠螺紋外徑；d2-滾珠絲杠螺紋底徑；Dpw-節(jié)圓直徑；Ph-導(dǎo)程3.1.1 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph根據(jù)機(jī)床傳動(dòng)要求、負(fù)載大小和傳動(dòng)效率等因素綜合考慮確定導(dǎo)程Ph。先按機(jī)床傳動(dòng)要求確定，其公式為: (3-1)式中：VmaxX向快速進(jìn)給速度，m/min； i傳動(dòng)比，因電機(jī)與滾珠絲杠副直接聯(lián)接，i取1；nmax驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/min。導(dǎo)程Ph應(yīng)取較大的值，按文獻(xiàn)11，選Ph為5mm。3.1.2 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算(1)工作載荷F工作載荷F是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向作用力，其數(shù)值可用下列進(jìn)給作用力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算：對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)床： (3-2)式中： FxiX方向上的切削分力，N；Ff導(dǎo)軌摩擦阻力，N。 (3-3)式中： FziZ方向上的切削分力，N；摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.0030.004。在各種切削方式下，絲杠軸向載荷：(2)最小載荷Fmin最小載荷Fmin為數(shù)控機(jī)床空載時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。此時(shí)，F(xiàn)x=Fy=Fz=0。(3)最大工作載荷Fmax最大載荷為機(jī)床承受最大切削力時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。(4)當(dāng)量載荷Fm與當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm當(dāng)機(jī)床工作載荷隨時(shí)間變化且此期間轉(zhuǎn)速不同時(shí)： (3-4) (3-5)式中：t1、t2、t3、t4分別為滾珠絲杠在轉(zhuǎn)速n1、n2、n3、n4下，所受軸向載荷分別是F1、F2、F3、F4時(shí)的工作時(shí)間，見(jiàn)表3.1。3.1.3 確定預(yù)期額定動(dòng)載荷Cam(1)按預(yù)期壽命時(shí)間計(jì)算 (3-6)式中： Fm滾珠絲杠副當(dāng)量載荷，N；nm當(dāng)量轉(zhuǎn)速，r/min；Lh預(yù)期工作時(shí)間，取20000小時(shí)；fa精度系數(shù)，取1.0；fc可靠性系數(shù)，取0.53；fw負(fù)荷系數(shù)，取1.2。(2)按最大軸向載荷Fmax計(jì)算當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)加載荷時(shí)： (3-7)式中，fe為預(yù)加負(fù)荷系數(shù)，取中預(yù)載fe=4.5。選取(1)、(2)計(jì)算結(jié)果中的大數(shù)值為滾珠絲杠副的預(yù)期額定動(dòng)載荷，即取Cam為6900.68N。3.1.4 確定滾珠絲杠最小螺紋底徑d2m(1)估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量m (3-8) (3-9)式中： a重復(fù)定位精度，0.005mm；c定位精度，0.01mm。取m為0.00143mm。(2)估算滾珠絲杠副的底徑d2m滾珠絲杠副的安裝方式為兩端固定，如圖3.2所示：圖3-2 兩端固定安裝方式 (3-10)式中： E楊氏彈性模量，2.1105MPa；m估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量，mm；F0導(dǎo)軌靜摩擦力，；L兩個(gè)固定支承之間的距離，mm；L行程安全行程兩個(gè)余程螺母長(zhǎng)度一支承長(zhǎng)度(1.11.2)行程(1014)Ph911mm。設(shè)計(jì)時(shí)，取d2m=23.41mm，因此：3.1.5 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力Fp (3-11)3.1.6 確定滾珠絲杠副其它尺寸(1)滾珠絲杠副的螺紋長(zhǎng)度Ls (3-12)式中： Lv有效行程+螺母長(zhǎng)度，mm；Le余程，查文獻(xiàn)11，取20mm；(2)絲杠全長(zhǎng)L綜合考慮各項(xiàng)幾何尺寸要求，取L為1100mm。3.2 伺服電機(jī)的選擇計(jì)算133.2.1 作用在滾珠絲杠副上的各種轉(zhuǎn)矩的計(jì)算外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩TF(Nm) (3-13)滾珠絲杠副預(yù)加載荷Fp產(chǎn)生的預(yù)緊力矩Tp(Nm) (3-14)式中： Ph滾珠絲杠副導(dǎo)程，mm；未預(yù)緊的滾珠絲杠副效率，取為0.9；F 作用在滾珠絲杠副上的外加軸向載荷，N。3.2.2 負(fù)荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL(kgm2)及傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(kgm2)的計(jì)算 (3-15) (3-16)式中： Ji，ni各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)和轉(zhuǎn)速(r/min)； mj，Vj各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量(kg)和速度(m/min)；Jm，nm電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgm2)和轉(zhuǎn)速(r/min)。實(shí)心圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 (3-17) 式中：D外徑，m；L長(zhǎng)度，m；密度，kg/m3。初選電機(jī)為FAGOR FXM12.20，最大轉(zhuǎn)矩為11Nm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1.910-4kgm2。3.2.3 加速轉(zhuǎn)矩Ta和最大加速轉(zhuǎn)矩Tam當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎1升至n2時(shí)： (3-18)當(dāng)電機(jī)從靜止升至nmax時(shí)： (3-19)式中： n電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；namx電機(jī)最高轉(zhuǎn)速(r/min)；ta加速時(shí)間(s)，取0.1s；3.2.4 電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (3-20)，符合要求。3.2.5 電機(jī)連續(xù)工作的最大轉(zhuǎn)矩機(jī)械在最大工作載荷下連續(xù)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩： (3-21)，符合要求。最終確定電機(jī)型號(hào)為FAGOR FXM12.20，其輸出功率為480W。3.2.6 電機(jī)輸出端軸直徑的計(jì)算軸的最小直徑(mm): (3-22)式中： P軸傳遞的功率，kW； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min；取n=120r/min； T 許用切應(yīng)力，MPa； C與軸有關(guān)的系數(shù)，由文獻(xiàn)9表16.2查得，C=106。 設(shè)計(jì)時(shí)，取d=17mm，符合要求。3.3 確定滾珠絲杠副的型號(hào)3.3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度計(jì)算(1)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度K計(jì)算 (3-23)式中： Ks滾珠絲杠副的拉壓剛度(N/mm)；Kb滾珠絲杠副的軸向剛度(N/mm)；Kc滾珠絲杠副滾珠與滾道的接觸剛度(N/mm)；Kr折合到滾珠絲杠副上的伺服剛度，可忽略不計(jì)算；Kd滾珠絲杠副中螺母體剛度(N/mm)，按計(jì)算；Kt折合到滾珠絲杠副上的聯(lián)軸節(jié)剛度，可忽略不計(jì)；Kh螺母座、軸承座剛度，可忽略不計(jì)；Kj滾珠絲杠副的扭剛度，可忽略不計(jì)。(2)計(jì)算Ks滾珠絲杠副的拉壓剛度Ks是滾珠螺母至滾珠絲杠軸向固定處距離a的函數(shù)。當(dāng)絲杠支承形式為兩端固定時(shí)： (3-24)式中： Ks拉壓剛度(N/mm)；d2絲杠螺紋底徑(mm)；a滾珠螺母中點(diǎn)至軸承支點(diǎn)距離，mm。當(dāng)a=L/2（即處在兩支承的中點(diǎn)）時(shí)剛度最?。寒?dāng)a=L0（螺母在行程兩端處）時(shí)剛度最大：(3)確定Kb對(duì)兩端固定的支撐結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠副軸向剛度，查文獻(xiàn)11，(4)計(jì)算Kc對(duì)預(yù)緊的滾珠絲杠副： (3-25)式中： Kc查文獻(xiàn)11上的剛度，取Kc=467(N/mm)； Ca額定動(dòng)載荷，N。3.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度驗(yàn)算及滾珠絲杠副的精度選擇在空載下，稱摩擦死區(qū)誤差，F(xiàn)0是機(jī)床空載時(shí)導(dǎo)軌上的靜摩擦力。稱為傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差。數(shù)控機(jī)床反向差值主要取決于死區(qū)誤差，而定位誤差主要取決于滾珠絲杠副的精度，其次是k。(1)傳動(dòng)系統(tǒng)剛度驗(yàn)算(2)滾珠絲杠副的精度選擇滾珠絲杠副精度分為七個(gè)等級(jí)，即1，2，3，4，5，7，10級(jí)，1級(jí)精度最高，依次逐漸降低。對(duì)半閉環(huán)控制系統(tǒng)：根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，查看文獻(xiàn)11，選擇滾珠絲杠副精度等級(jí)為3級(jí)，V300P為12m。確定滾珠絲杠副型號(hào)為CBT2505-2.5-P31100860。3.4 滾珠絲杠副的校驗(yàn)3.4.1 滾珠絲杠副臨界壓縮載荷FC的校驗(yàn)（驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性） (3-26)式中： d2滾珠絲杠螺紋底徑(mm)； Lc1滾珠絲杠副的最大受壓長(zhǎng)度(mm)，如圖3.2所示； Fmax滾珠絲杠副承受最大軸向壓縮載荷(N)； K1安全系數(shù)，絲杠水平安裝，K1=1/3；K2支承系數(shù)，支承方式為兩端固定，取K2 =4。3.4.2 滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速nc的校驗(yàn)為防止絲杠轉(zhuǎn)速接近其固定振動(dòng)頻率時(shí)發(fā)生共振，需對(duì)絲杠極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行校驗(yàn)。 (3-27)式中： nc極限轉(zhuǎn)速(r/min)； Lc2臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度(mm)，如圖3.2所示； E楊氏彈性模量； 材料密度； I絲杠的最小慣性矩； A絲杠的最小橫截面積； K1安全系數(shù)，取0.8； f支承系數(shù)，取21.9； 支承系數(shù)，取4.730。3.4.3 Dn值校驗(yàn) (3-28)式中： DPW滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑(mm)； nmax滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。所以 ，符合要求。3.4.4 基本軸向額定靜載荷Coa驗(yàn)算 (3-29)式中： Coa滾珠絲杠副的基本軸向額定靜載荷(N)；fs靜態(tài)安全系數(shù)。一般載荷：fs=12，有沖擊或振動(dòng)的載荷：fs=23；Famax最大軸向載荷(N)。經(jīng)校核，該滾珠絲杠副符合要求。3.5 軸承的選擇及校核3.5.1 初選軸承型號(hào)根據(jù)實(shí)際工作條件，查閱文獻(xiàn)10，選擇的軸承型號(hào)為36304GB292-83，主要性能參數(shù)如表3.2所示。表3.2 軸承的性能參數(shù)性能參數(shù)36304GB292-83額定動(dòng)載荷C(kN)14.32額定靜載荷C0(kN)9.81極限轉(zhuǎn)速（油潤(rùn)滑）（r/min）170003.5.2 計(jì)算內(nèi)部軸向力S (3-30)式中： e負(fù)荷影響系數(shù)； Fr軸承所受的徑向力(N)。因?yàn)榻z杠傳遞運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)導(dǎo)軌承載，所以軸承徑向只承受絲杠給予的重力，非常小忽略不計(jì)，故內(nèi)部軸向力S可計(jì)為0。3.5.3 計(jì)算軸承的最大軸向載荷Fa3.5.4 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P和當(dāng)量靜載荷P0表3.3為角接觸球軸承當(dāng)量動(dòng)、靜載荷關(guān)系表。表3.3 當(dāng)量動(dòng)、靜載荷關(guān)系表eY當(dāng) 量 動(dòng) 載 荷當(dāng) 當(dāng) 0.0250.341.610.040.361.530.070.391.40當(dāng) 量 靜 載 荷當(dāng) 當(dāng) 0.130.431.260.250.491.120.50.551.00其中： P當(dāng)量動(dòng)載荷(N)；P0當(dāng)量靜載荷(N)；Y軸向系數(shù)； e負(fù)荷影響系數(shù)； Fa軸承所受的軸向力(N)； Fr軸承所受的徑向力(N)；，所以選取e=0.43，Y=1.26；3.5.5 壽命L10h計(jì)算 (3-31)式中： L10h滾動(dòng)軸承的基本額定壽命(h)； C軸承的額定動(dòng)載荷(kN)； P當(dāng)量動(dòng)載荷(N)； 壽命指數(shù)：球軸承取3； n軸承轉(zhuǎn)速，取正常切削時(shí)轉(zhuǎn)速，n=200r/min。3.5.6 靜載荷校核 (3-32)式中： C0額定靜載荷(kN)； S0安全系數(shù)，取S0=2； P0當(dāng)量靜載荷(N)。3.5.7 動(dòng)載荷校核 (3-33)式中： C軸承的額定動(dòng)載荷(kN)；L10h滾動(dòng)軸承的基本額定壽命(h)； n軸承轉(zhuǎn)速，取正常切削時(shí)轉(zhuǎn)速，n=200r/min； P當(dāng)量動(dòng)載荷(N)； 壽命指數(shù)：球軸承取3。3.5.8 極限轉(zhuǎn)速校核 (3-34)式中： nmax軸承最高轉(zhuǎn)速，根據(jù)已知條件，nmax=2000r/min；f1載荷系數(shù)； f2載荷分布系數(shù)； n1im極限轉(zhuǎn)速，n1im= 17000r/min。根據(jù)文獻(xiàn)10，f1=0.96，f2=0.91，代入得：綜上所述，軸承36304GB292-83能滿足壽命、靜載荷、動(dòng)載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。4 總結(jié)數(shù)控銑床作為一種先進(jìn)的、高效的機(jī)械加工設(shè)備，適用形狀復(fù)雜、精度要求較高的零件的加工，以及更新頻繁、生產(chǎn)周期要求短的零件的加工。本文設(shè)計(jì)了X行程為762mm、Y行程為305mm的小型數(shù)控銑床的X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)，按照其X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，完成了如下工作： (1)對(duì)數(shù)控銑床的X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)作了總體結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計(jì)。X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)均采用伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給滾珠絲杠的傳動(dòng)方式。X方向進(jìn)給系統(tǒng)的工作方式為：滾珠螺母固定不動(dòng)，滾珠絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)作橫向移動(dòng)；Y方向進(jìn)給系統(tǒng)的工作方式為：滾珠絲杠不作移動(dòng)，滾珠螺母帶動(dòng)上半部分作縱向移動(dòng)。(2)分別對(duì)X方向和Y方向滾珠絲杠副作了導(dǎo)程、載荷和轉(zhuǎn)速計(jì)算，確定了滾珠絲杠的最小螺紋底徑、預(yù)緊力和絲杠長(zhǎng)度，完成了滾珠絲杠副的型號(hào)選擇，并對(duì)其剛度、臨界壓縮載荷等參數(shù)進(jìn)行了校驗(yàn)。 (3) 用AutoCAD繪制了X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)總體裝配圖，并結(jié)合SolidWorks，對(duì)X、Y方向滾珠絲杠、工作臺(tái)、連接基座、軸承蓋、圍翼等主要零部件進(jìn)行了繪制。參考文獻(xiàn)1 文懷興主編.數(shù)控銑床設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2 Tony Schmitz，Matthew Davies，Brian Dutterer，John Ziegert. The application of high-speed CNC machining to prototype productionJ. International Journal of Machine Tools & Manufacture ，2001，(41) ：1209-1228.3 Nick Heidfeld .Sealed Angular