1、 1福福州州職職業業技技術術學學院院畢業論文畢業論文論文題目 數控加工中心進給系統設計 系 別 機械工程系 年級專業 10 級數控（1）班 學 號 201002053111 姓 名 指導教師 職 稱 年 月 日 2目目 錄錄一、數控加工中心發展前景 .2二 總體設計 .4（一）總體設計方案的確定 .4（二）床身設計 .4（三）導軌設計 .5三.進給系統設計 .6(一) y 軸（縱向）傳動部分的設計 .71、切削力的計算.72、滾珠絲桿的選擇計算.83、傳動齒輪選擇.124、滾動軸承的選擇.135、伺服系統選擇計算.13（二）x 軸（橫向）傳動部分的設計.181、切削力的計算.182、滾珠絲桿的

2、選擇計算.183、傳動齒輪選擇.204、滾動軸承的選擇.215、伺服系統選擇計算.22致 謝 .27參考文獻 .28 福州職業技術學院畢業設計3數控加工中心進給系統設計數控加工中心進給系統設計 內容摘要內容摘要 機械設計是現代制造業中常遇到的問題，隨著機械工業的不斷發展，對機械加工設備的要求也越來越高，特別是對高精密度加工機械的要求更加凸顯。數控加工中心是現代加工設備中主要設備之一。數控加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數控機床。工件經一次裝夾后，數控系統能控制機床按不同的工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他的輔助功能，依

3、次完成工件幾個面上多工序的加工。而其高精度、高效率的是由其進給系統來保證的，所以加工中心進給系統的好壞直接影響著機械制造業的發展。 關鍵詞關鍵詞 加工 中心 進給 系統 福州職業技術學院畢業設計4一、數控加工中心一、數控加工中心發展前景發展前景數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業（it、汽車、輕工、醫療等）的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代化發展的大趨勢。隨著科學技術的不斷發展，對機械產品的質量和生產率提出了越來越的要求，產品的更新換代也不斷加快，數控機床

4、在機械加工行業中應用越來越廣泛。數控機床的發展，除要滿足多功能、高性能的要求外，還要具有自動加工的基本功能，操作，維修方便。在數控加工中心發展的本個多世紀的歷程中，世界先進制造技術的興起和不斷成熟，電子的迅速發展，以及各種性能良好的傳感器的出現和運用，使加工中心功能日益完善，自動化、智能化程度越來越高，加工中心正朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統化及高可靠性方向發展。數控加工中心和數控機床一樣，是目前世界上產量最高、應用最廣泛的數控機床。加工箱體類零件的加工中心是在鏜床、銑床的基礎上發展起來的，稱為自動換刀數控鏜銑床，習慣上稱加工中心。數控加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件

5、進行多工序加工的數控機床。工件經一次裝夾后，數控系統能控制機床按不同的工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他的輔助功能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可以減少工件的裝夾、測量和機床調整時間，減少了工件的周轉、搬運和存放時間，使機床的切削率達到 80以上，比普通機床高 34 倍。尤其在加工形狀比較復雜、精度要求較高、品種更換頻繁的零件時，更具有良好的經濟效果。從 20 世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善

6、勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零福州職業技術學院畢業設計5件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求 100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。進入 21 世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續

7、發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。機械設計是現代制造業中常遇到的問題，隨著機械工業的不斷發展，對機械加工設備的要求也越來越高，特別是對高精密度加工機械的要求更加凸顯。數控加工中心是現代加工設備中主要設備之一，加工中心(computerized numerical control machine )簡稱 cnc，是由機械設備與數控系統組成的使用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，是對工件一次裝夾后進行多工序加工的數控機床

8、。加工中心是高度機電一體化的產品，工件裝夾后，數控系統能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉速、進給量等，可連續完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時間、測量和機床調整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經濟效果。福州職業技術學院畢業設計6二二 總體設計總體設計（一）總體設計方案的確定（一）總體設計方案的確定初步確定設計的任務后（初步擬定三種傳動方案 即 1 電機直接與絲杠相連；2 電機通過同步帶的傳動帶動絲杠轉動；3 電機通過齒輪傳動帶動絲杠轉動）數控機床按控制方式分為開環、閉環、半閉環，由于采用直流式

9、交流伺服電機的閉環控制方案，結構復雜，技術難度大，調試和維修困難，造價也高。閉環控制可以達到很好的機床精度，能補償機械傳動系統中各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響，一般應用于要求高的數控設備中，由于所改造的數控鉆床加工精度不十分高，采用閉環系統的必要性不大。若采用直流或交流伺服電機的半閉環控制，精度較閉環控制的查，但是穩定性好，成本較低，調試維修較容易；但是對于經濟型數控機床來說必要性不大。故在本次設計中，采用開環控制步進電機驅動即保證改造后的性能不低于原鉆床，又保證較高的性價比。在本次設計中采用它帶動 x,y 向工作臺移動。傳動方案 1 的結構簡單，三是消除由步進電動機引起的振動等現

10、象能力較差，故在本次設計中不采用方案 2，同步帶傳動保持恒定傳動比，傳動精度高工作平穩，結構緊湊，無噪聲，有良好減振性能，但制造工藝比較復雜，傳遞功率較小，壽命較低，故在本次設計中不易采用，所以本次設計中采用齒輪傳動，其主要特點是效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比穩定，傳動過程中采用消隙齒輪，消除正反轉齒輪間隙提高傳動精度，性價比高。在本次畢業設計的工作過程中，技術方面應用滾珠絲杠（工作方式為滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠副螺母移動）可以提高加工精度。在可拆卸方面考慮了許多因素由于設計經驗不足，在快卸方便性上考慮有時略有紕漏；在經濟性方面采用反應式步進電動機其性價比高；在滿足精度的前提下減少了

11、生產成本。材料的使用上采用了較為廣泛應用的 45 號鋼加工成本低且避免使用有毒害的材料污染環境，還可以回收應用；在環境方面應用消隙齒輪可以有效的降低噪音減少對人體的危害。福州職業技術學院畢業設計7（二）床身設計（二）床身設計機床的床身是整個機床的基礎支承件，是機床的主體，一般用來放置導軌、等重要部件。床身的結構對機床的布局有很大的影響。按照床身導軌面與水平面的相對位置，立式加工中心通常采用固定立柱式，主軸箱吊在立柱一側，其平衡重錘放置在立柱中，工作臺為十字滑臺，可以實現 x、y 兩個坐標軸的移動，主軸箱沿立柱導軌運動實現 z 坐標移動。本設計中采用加工中心床身取 t 字型結構，立柱固定在其上面

12、，工作臺用十字滑臺，在床身導軌上做 x、y 兩向移動，主軸箱沿立柱導軌做 z 向移動。（三）導軌設計（三）導軌設計導軌一般可分為滑動導軌和滾動導軌兩種。 滑動導軌具有結構簡單、制造方便、接觸剛度大等優點。但傳統滑動導軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數差別大，低速時易產生爬行現象。目前數控機床已幾乎不采用傳統滑動導軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。滾動導軌的優點是摩擦系數小，動、靜摩擦系數很接近，不會產生爬行現象，可以使用油脂潤滑。這次設計中采用的是滾動直線導軌。 福州職業技術學院畢業設計 8三三. .進給系統設計進給系統設計

13、數控機床的進給系統必須保證由數控裝置發出的控制指令轉換成速度符合要求的相應角位移或直線位移，帶動運動部件運動。根據工件加工的需要，在機床上各運動坐標的數字控制可以是相互獨立的，也可以是聯動的。總之，數控機床對進給系統的要求集中在精度、穩定、和快速響應三個方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅動電動機，同時也需要高質量的機械結構與之匹配。為提高進給系統機械結構性能主要采取措施有：1.提高系統機械結構的傳動剛度 2.采用低而穩定的摩擦傳動副 數控機床進給系統多采用剛度高摩擦因數小而穩定的滾動摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌等。3.慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅動電機的工作性能

14、和滿足傳動系統對控制指令的快速響應的要求。4.提高傳動件精度 高質量的機械傳動配合與高性能的伺服電動機使現代數控機床進給系統性能有了大幅度提高。立式加工中心的進給伺服系統特別是進給系統的傳動精度及效率是性能的重要組成部分。為了保證加工中心進給伺服系統工作的精度、剛度和穩定性，對進給系統結構的要求是高精度、高剛度、低摩擦和低慣量，設計過程中要盡可能的增大驅動力矩，提高傳動效率，消除反向間隙，增強自動平衡等。擬定的主要參數如下:工作臺尺寸（長 x 寬）:500900mm工作臺行程（x 向）:600mm工作臺行程（y 向）:500mm主軸頭垂直行程（z 向）:500mm主軸端面距工作臺面距離:680

15、180mm主電機功率:5 . 5kw主軸轉速范圍（無級調速）:300063min/r主軸最大輸出扭距:150nm主軸最大軸向抗力:10000n快速移動速度（x、y、z 方向）:x、y: z: 12min/m6min/m福州職業技術學院畢業設計 9進給速度范圍:25001min/mm工作臺承重:400kg刀柄:bt40坐標定位精度:x:，y/z:025. 0022. 0重復定位精度:x:，y/z:015. 0012. 0坐標控制:三軸控制數控系統:siemens 802d( (一一) ) y y 軸（縱向）傳動部分的設計軸（縱向）傳動部分的設計設計過程中，采用步進電動機和滾珠絲桿副。步進電動機與

16、絲桿之間的傳動采用齒輪一級傳動式，在設計步進電動機與絲桿的連接時，盡量減少傳動間隙。軸承采用能達到精度要求的。1 1、切削力的計算、切削力的計算采用的進給機械簡圖如圖所示：切削功率：cp由機床設計手冊可知切削功率： = （3cppk1）式中 主軸電動機功率，=；pp5 . 5kw主傳動系數總功率，一般為，取=；85. 075. 08 . 0進給系統功率系數，取=kk96. 0則電動機消隙齒輪滾珠絲桿螺母副工作臺福州職業技術學院畢業設計 10=cp96. 08 . 05 . 5kw22. 4kw切削功率應按在各種加工情況下經常遇到的最大銑削力（或轉矩）和最大切削轉速（或轉速）來計算。若按最大切削

17、速度來計算，取切削速度=，根據公100min/m式：= （3cp60zf1032）式中 主切削力（） ；zfn 切削速度（） ；min/m則主切削力為：=zfcp603101001022. 4603n2532n根據機床設計手冊可得：縱向切削分力：= xf)9 . 06 . 0(zf 橫向切削分力：=yf)65. 05 . 0(zf取 =xf6 . 0zfn25326 . 0n2 .1519=yf5 . 0zfn25325 . 0n12662 2、滾珠絲桿的選擇計算、滾珠絲桿的選擇計算滾珠絲桿螺母副，是在絲桿和螺母間，以滾珠為滾動體的螺旋傳動機構。是回轉運動和直線運動相互轉換的一種新型傳動裝置，

18、其結構的主要特點是普通絲桿螺母間的滑動摩擦轉變為滾動摩擦，因而摩擦系數小，且它的傳動負載比梯形的滑動絲桿要大得多，精度又高，平穩性好。 在設計過程中，滾珠絲桿的選擇要根據機床的實際情況及工作負載情況，計算出絲桿工作時的最大載荷及絲桿的工作壽命等參數進行選擇，最大動載荷必須小于絲桿的額定動載荷。滾珠絲桿螺母副是標準化生產，其規格型號都按國家標準。其選擇的福州職業技術學院畢業設計 11詳細計算如下：(1) 工作負載計算計算進給牽引力。可根據機床設計手冊中進給牽引力的實驗公式計算mf)(n則 =+ （3mfkxff(zfg)3）式中 切削分力xf)(n 顛覆力矩影響的實驗系數，=；kk15. 1 滑

19、動導軌摩擦因數，=，取=；ff18. 015. 0f16. 0 工作臺承重，=ggn4000則=mfnn)40002532(16. 02 .151915. 1n2 .2792（2）滾珠絲桿壽命計算根據進給速度和滾珠絲桿螺距計算出絲桿的轉速，再根據絲桿轉速計算出絲桿的壽命。 滾珠絲桿轉速：n = （3nofp4）式中 進給速度，取fmin/60mm 滾珠絲桿的螺距，取opmm6則福州職業技術學院畢業設計 12=nofpmin/660rmin/10r壽命計算公式： = （3t61060nt5）其中數控機床可取15000h，則t =萬 =t61060nt610150001060rr萬9（3）對大動載

20、荷計算及絲桿型號選擇根據切削力和運動部件的質量引起的進給阻力，計算出絲桿的軸向載荷，再計算出絲桿副應能承受的最大動載荷c 最大動載荷計算公式： = （3cmhwffft36）式中 壽命，以為 單位；t6101 運轉系數，按一般運轉=，取=；wfwf5 . 12 . 1wf2 . 1 硬度系數，為時，= ，小于時， ，這里取hfhrc60hf1hrc60hf1= ；hf1 進給牽引力mf則=cmhwffft32 .279212 . 19382.6976根據的原則，使選取的滾珠絲桿的額定動載荷大于計算的最大工作動載荷，acc 查現代實用機床設計手冊可知，可選擇滾珠絲桿的型號為 cdm32065p4

21、，其公稱直徑為，其額定動載荷為，強度滿足要求。mm32nn82.697626250cdm32065p4滾珠絲桿的參數數值如下表：福州職業技術學院畢業設計 13公稱直徑/mm基本導程/mm鋼球直徑/mm絲桿外徑/mm螺紋底徑/mm額定動載荷/n額定靜載荷/n接觸剛度/)/(mn滾珠絲桿型號0d0pwd1d2d循環圈數acac0rcdm32065p4326969. 35 .311 .2725 . 1262507663176631（4）效率計算根據機械原理 ，絲杠螺母副的傳動效率的計算公式為： = （3)tan(tan7）式中：為絲桿螺旋升角，根據計算得，= 00)14. 3arctan(dp253

22、o 為摩擦角，取=10則=) 10253tan(253tanoo953. 0（5）剛度驗算滾珠絲桿工作時受軸向力和轉矩的作用，將引起導程的變化，因滾珠絲桿受轉0p矩時引起的導程變化很小，可以忽略不記，所以工作負載引起的導程變化量為： = （30peapfm08）式中 滾珠絲桿導程，取=；0pmm6cm6 . 0福州職業技術學院畢業設計 14 材料彈性模量，對于鋼，取（） ；empa4106 .2026/106 .20cmn 滾珠絲杠截面積，按絲桿螺紋底徑確定，即=，則a2dcm71. 2=a22)2(d14. 3)271. 2(22765. 5cm所以=0p765. 5106 .206 . 0

23、2 .27926cm51041. 1滾珠絲桿受轉矩引起的導程變化量很小，可以忽略不計，即=,所以導p1pp程變形總誤差為：總p = （3總p00ppp總9） 式中 y 軸（縱向）最大行程，由擬定參數總p中可知，=總pmm50050cm則=總p00ppp總51041. 16 . 050mm/75.11由現代實用機床設計手冊可知，4 級精度絲桿允許的螺距誤差為，故此絲桿精度足夠。mmmm/75.11/333 3、傳動齒輪選擇、傳動齒輪選擇齒輪傳動比的計算。傳動比計算公式為：= （3i0360pbpo10）式中 步進電動機的步距角b福州職業技術學院畢業設計 15絲桿螺距 0p脈沖當量p根據系統的脈沖

24、當量，一般情況下普通數控機床取=步，選步進電動機p/01. 0mm的步距角=，=，則bo75. 00pmm6=i0360pbpo675. 001. 03608 . 0可選定齒輪齒數為：=i21zz4032由于進給運動齒輪受力不大，且根據優先選用第一系列的原則，可取模數=m，齒輪傳動效率=，由經驗公式可知，齒寬=，則分度圓直徑分別mm2i98. 0bmm20為：=1d1zm232mm64=2d2zm240mm80中心距為：=a2)(21zzm2)4032(2mm724 4、滾動軸承的選擇、滾動軸承的選擇傳動系統的平穩性事檢測數控機床性能的一項重要指標。設計過程中要保證加工的可靠性。軸承的剛度太高

25、，則會造成物不盡其用，增加設計成本，太低會影響到絲桿的傳動精度和壽命。滾珠絲桿螺母副傳遞驅動力矩，驅動其來回移動，因此絲桿必須采用三點式支撐福州職業技術學院畢業設計 16方式。各方向傳動系統的絲桿采用一端軸向固定，另一端浮動的結構形式，使絲桿軸向留有移動的空間，這種安裝方式可以減少機床的振動和傳動的誤差，避免軸承卡死的情況發生，適用于較長的臥式安裝絲桿。根據額定載荷承載能力在固定端采用一對角接觸球軸承76020225tvp 面對面組配，成對使用能限制兩個方向的軸向位移。浮動端支撐采用6205/p5型深溝球軸承，只承受絲桿的重力。根據查得的具體的軸承參數可知，76020225tvp 軸承的額定載

26、荷=,cn26000而牽引進給力=。，因此76020225tvp 軸承的承載能力滿足要求。mfn2 .2792cmf6205/p5軸承的額定載荷=，所以6205/p5軸承的承載能力也滿足cn10800cmf要求。76020225tvp 軸承的具體參數如下表：尺寸/mm額定載荷/n極限轉速/（min/r）安裝尺寸/mm軸承型號ddbc0c預緊載荷/n脂質量/kg1d2dgr7602030tvp2562172850058500330022000.144385216205/p5型深溝球軸承的具體參數如下表：尺寸/mm額定載荷/n極限轉速/（）min/r安裝尺寸/mm軸承型號ddbc0c預緊載荷/n脂

27、油質量/kg1d2dgr6205/p5255215108006950330012000150000.13304715 5、伺服系統選擇計算、伺服系統選擇計算伺服電動機的種類有很多，在經濟型的數控化設計中常選用步進電動機。步進電動機是將電脈沖控制信號轉化成機械角位移的執行元件，通過控制輸入點脈沖的數量、福州職業技術學院畢業設計 17頻率以及電動機繞組通電相序等實現單位時間內通過點脈沖越多，電動機的轉速越高。選擇私服電動機應考慮三個要求：1）最大切削負載轉矩不得超過電動機的額定轉矩；2）電動機的轉子慣量應與負載慣量相匹配；3）快速移動時，轉矩步得超過伺服電動機的最大轉矩。（1）負載轉動慣量計算負載

28、轉動慣量計算可以通過折算到步進電動機軸上的轉動慣量計算，計算公式為： =+ （3fj1j232ijj gigb22)180(11）式中 折算到電動機上的轉動慣量；fj)(2cmkg 齒輪的轉動慣量；1j1z)(2cmkg 齒輪的轉動慣量；2j2z)(2cmkg 滾珠絲桿的轉動慣量；3j)(2cmkg 計算參數工作臺=，=，=，將其折算為電動機軸上的轉動慣量為：gn400001. 0bo75. 0=gigb22)180(22210108 . 04000)75. 014. 301. 0180(265. 3cmkg 在本設計中，齒輪可看做材料為鋼的圓柱形零件。對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉動慣量計算

29、公式為： = （3j44108 . 7bd福州職業技術學院畢業設計 1812） 式中 齒寬或者零件軸向長度；b 齒輪直徑或者圓形零件的直徑d由前面的計算可知，齒輪的直徑=，=，齒輪寬度為=1dmm642dmm801b2b，則cm2 齒輪轉動慣量： =1z1j444 . 62108 . 7262. 2cmkg 齒輪轉動慣量： =2z2j4482108 . 7239. 6cmkg 計算絲桿轉動慣量時，絲桿直徑要采用其螺紋底徑進行計算，由前面知道的絲桿直徑可查得其螺紋底徑=，長度=，則絲桿加在電動機軸上的轉3dmm1 .273bmm1300動慣量 =3j4471. 2130108 . 7247. 5

30、cmkg 則負載總轉動慣量為: =+fj1j232ijj gigb22)180( =65. 38 . 047. 539. 662. 22 =28 .24cmkg (2) 最大切削負載轉矩計算根據能量守恒原理，電動機等效負載轉矩可按下式計算： = mtipfim002取，代入前面計算所得的數據，則0966. 0 =mt8 . 098. 0966. 014. 321062 .27923mn 52. 3福州職業技術學院畢業設計 19 如果不考慮起動時運動部件慣性的影響，則起動轉矩的計算公式為： =qt5 . 03 . 0mt 取安全系數為，則5 . 0 =qt5 . 052. 304. 7mn 查實

31、用微電機手冊 ，當步進電動機為五相十拍時，選步進電動機的起動轉矩和最大靜轉矩的關系為： =maxjqtt951. 0 =maxjtqt951. 004. 7mn 41. 7因數控機床對動態性能要求較高，確定電動機以最大靜轉矩運動時，應滿足快速空載起動所需轉矩的要求：t = （3t0maxtttfa14）式中 快速空載起動時所需的轉矩；maxat 克服摩擦所需的轉矩；ft 絲桿預緊所引起的折算到電動機軸上的附加轉矩0t當工作臺快速移動時，電動機的轉速計算公式為： = （3n0maxpi15）式中 快速移動速度，由立式加工中心擬定參數可知為maxmin/1200mm代入之前所得的 、的數據，則i0

32、p福州職業技術學院畢業設計 20 =n68 . 01200min/160r由動力學可知： =maxatfj 其中，=， 為加速時間常數， =，則tn30tt025. 0s= =maxatfj025. 03016014. 3108 .244mn 66. 1的計算公式為：ft = （3ftigfpi00216）代入數據，則=ft8 . 098. 0966. 014. 3210616. 040003mn 81. 0的計算公式為：0t= （30tipfi000217）式中 預加載荷，一般為最大軸向載荷的 ，即0f3/1 =0fmf312 .27923173.930 則 =0tipfi00028 . 0

33、98. 0966. 014. 3210673.7303mn 92. 0所以=t0maxtttfa92. 081. 066. 1mn 39. 3（3）步進電動機的最高工作頻率計算步進電動機的最高工作頻率計算公式為：福州職業技術學院畢業設計 21 = maxfmax1000代入數據，則=maxf601000max01. 060121000hz20000即，步進電動機的最高工作頻率為hz20000在步進電動機的選擇過程中，其輸出轉矩、起動頻率和空載運行頻率等參數都要比理論計算值大。由實用微電機手冊查得，130bf001反應式步進電動機的空載運行頻率為，足夠提供此處所需的運行頻率，所以可選用130bf

34、001反應式hz30000步進電動機。130bf001反應式步進電動機的具體參數如下表：型 號相數保持轉矩/mn 步距角()靜態相電流/a空載運行頻率/hz空載起動頻率/hz轉動慣量/2cmkg 使用電壓范圍/v質量/kg130bf00159.310.75103000030004012-8010（二）（二）x x 軸（橫向）傳動部分的設計軸（橫向）傳動部分的設計立式加工中心的橫向進給系統設計的方法與縱向的設計方法類似，也采用步進電動機和滾珠絲桿副。軸承要能夠達到精度要求。1、切削力的計算、切削力的計算由前面的計算已知： =zfcp603102532n =xf6 . 0zfn25326 . 0n

35、2 .1519福州職業技術學院畢業設計 22=yf5 . 0zfn25325 . 0n12662 2、滾珠絲桿的選擇計算、滾珠絲桿的選擇計算滾珠絲桿傳動是數控機床伺服系統驅動的主要部件之一。它的優點是摩擦因數小，傳動精度高，傳動效率高達85%98%，是普通滑動絲桿傳動的24倍。它的動靜摩擦因數很小，有利于防止爬行和提高進給系統的靈敏度；采用消除反向間隙并預緊措施，有助于提高定位精度和剛度。采用滾珠絲桿傳動，一方面提高了傳動精度；另一方面發揮了滾珠絲桿的優勢，提高了其傳動的效率及減小損耗。在設計過程中，滾珠絲桿的選擇要根據機床的實際情況及工作負載情況，計算出絲桿工作時的最大載荷及絲桿的工作壽命等

36、參數進行選擇，最大動載荷必須小于絲桿的額定動載荷。滾珠絲桿螺母副是標準化生產，其規格型號都按國家標準。橫向滾珠絲桿的設計選型方案可參照縱向機械傳動部分的設計算的選型方案及選擇原因選擇橫向滾珠絲桿。（1）工作負載計算工作負載的計算可根據機床設計手冊進給牽引力的實驗公式計算，公式為：=+mfkyff(zfxf2g)代入前面的=；=；=，則gn4000k15. 1f16. 0=mf)40002 .151922532(16. 0126615. 1n16.2987（2）滾珠絲桿壽命計算根據進給速度和滾珠絲桿副距計算出絲桿的轉速，再根據絲桿轉速計算出絲桿壽命。可參照縱向滾珠絲桿計算出的絲桿壽命，即=萬 =

37、t61060nt610150001060rr萬9（3）最大動載荷計算和型號選擇根據切削力和運動部件的質量引起的進給阻力，計算出絲桿的軸向載荷，再根據要求的壽命值計算出滾珠絲桿副應能承受的最大動載荷，其計算公式和縱向最大動載福州職業技術學院畢業設計 23荷計算公式一樣，即=cmhwffft3其中，取=；= ；代入其他數據，則wf2 . 1hf1=cmhwffft316.298712 . 193n95.7455根據的原則，使選取的滾珠絲桿的額定動載荷大于計算的最大工作動載荷，acc 查現代實用機床設計手冊可知，這里可選擇型號為 cdm40065p4的滾珠絲桿，其公稱直徑為，額定動載荷為，強度可滿足

38、要求。mm40nn95.745528771cdm40065p4滾珠絲桿的具體參數如下表：公稱直徑/mm基本導程/mm鋼球直徑/mm絲桿外徑/mm螺紋底徑/mm額定動載荷/n額定靜載荷/n接觸剛度/)/(mn滾珠絲桿型號0d0pwd1d2d循環圈數acac0rcdm32065p4406969. 35 .391 .3525 . 228771959702191（4）效率計算根據機械原理 ，絲杠螺母副的傳動效率可有式（37）計算，其中取=，10= =，則00)14. 3arctan(dp)4014. 36arctan(442o=) 10442tan(442tanoo942. 0福州職業技術學院畢業設計

39、 24（5）剛度驗算滾珠絲桿工作時受軸向力和轉矩的作用，將引起導程的變化，因滾珠絲桿受轉0p矩時引起的導程變化很小，可以忽略不記，工作負載引起的導程變化量可用式（38）計算，其中鋼的彈性模量取=（） ；絲桿螺紋底徑empa4106 .2026/106 .20cmn確定為=，則滾珠絲杠截面積2dcm51. 3=a22)2(d14. 3)251. 3(2267. 9cm所以=0p67. 9106 .206 . 016.29876cm6109滾珠絲桿受轉矩引起的導程變化量很小，可以忽略不計，即=,導程變p1pp形總誤差可用式（39）計算，最大行程由擬定參數中可知，總p=，則總pmm50050cm=總

40、p00ppp總61096 . 050mm/5 . 7由現代實用機床設計手冊可知，4 級精度絲桿允許的螺距誤差為，故此絲桿精度足夠。mmmm/5 . 7/333 3、傳動齒輪選擇、傳動齒輪選擇 橫向電動機與滾珠絲桿的連接也是通過一對齒輪單級傳動構成。這樣配置的目的是減少傳動鏈，進而減少傳動誤差。在縱向的齒輪計算中，選擇的脈沖當量為=p，這里也可以使用一樣的脈沖當量，步距角則可以選擇比縱向的步距角小步/01. 0mm一點，這里可以取=，=則傳動比為：bo6 . 00pmm6 =i0360pbpo66 . 001. 03601齒輪的安裝方式一般有兩種：一種是齒輪完全暴露的外邊，稱為開式齒輪傳動；福州

41、職業技術學院畢業設計 25一種是在經過精確加工而且封閉的箱體內的，稱為閉式齒輪傳動。閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的平穩性，減小沖擊振動，以齒數多些為好，根據機械設計中齒數的選擇，小齒輪齒數可取為=,取=，則1z40201z24=2z1iz24124由于進給運動齒輪受力不大，且根據優先選用第一系列的原則，可取模數=m，齒輪傳動效率=，由經驗公式可知，齒寬=，則分度圓直徑分別mm2i98. 0bmm20為：=1d1zm224mm48=2d2zm224mm48中心距為：=a2)(21zzm2)2424(2mm484 4、滾動軸承的選擇、滾動軸承的選擇軸承的選擇，對最終的設計結果會產生影響，

42、所以軸承選擇要合適。和縱向的選擇計算一樣，絲桿必須采用三點式支撐方式。各方向傳動系統的絲桿采用一端軸向固定，另一端浮動的結構形式，使絲桿軸向留有移動的空間，這樣可以減少機床的振動和傳動引起的誤差，防止軸承卡死的情況。由于橫向的最大動載荷相對縱向的較大，所以橫向的軸承在固定端可采用一對角接觸球軸承7602035tvp 面對面組配，成對使用能限制兩個方向的軸向位移。其額定載荷=，遠遠大于絲桿的最大動載荷=，其承載力能滿足要求。cn36500mfn29873167602035tvp 軸承的具體參數如下表：軸承型號尺寸/mm額定載荷/n預緊載荷/n極限轉速/（min/r）質量/kg安裝尺寸/mm福州職

43、業技術學院畢業設計 26ddbc0c脂1d2dgr7602035tvp3580213650086500480017000.32451671.5浮動端支撐可和縱向的選擇一樣，采用6207/p5型深溝球軸承，只承受絲桿的重力。6205/p5軸承的額定載荷=，其承載能力也滿足要求。cn10800cmf6205/p5軸承的具體參數如表33所示。5 5、伺服系統選擇計算、伺服系統選擇計算橫向傳動部分與縱向傳動部分的傳動方式是一樣的，因此也選用步進電動機。（1）負載轉動慣量計算和縱向負載轉動慣量計算一樣，橫向負載轉動慣量計算也可以通過折算到步進電動機軸上的轉動慣量計算。 首先計算折算到電動機軸上的轉動慣量

44、，用和之前一樣的公式，=，=，=，則gn400001. 0bo6 . 0=gigb22)180(222101014000)6 . 014. 301. 0180(282. 3cmkg 橫向齒輪也可看做材料為鋼的圓柱形零件。對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉動慣量計算可用式（312）計算齒輪、的轉動慣量、，齒輪的直徑=1z2z1j2jd，齒輪寬度=，則mm48bcm2 =1j448 . 42108 . 7283. 0cmkg =2j1j283. 0cmkg 查 cdm40065p4滾珠絲桿的具體參數可知，螺紋底徑可知=，長dmm1 .35度=，則絲桿加在電動機軸上的轉動慣量為：bmm200 =3j44

45、51. 3201084. 7237. 2cmkg 福州職業技術學院畢業設計 27所以，負載總動慣量由式（31）計算可得： =+fj1j232ijj gigb22)180( =82. 3173. 283. 083. 02 =221. 8cmkg （2）最大切削負載轉矩計算根據能量守恒原理，電動機等效負載轉矩可按式（313）計算，取，代0942. 0入前面計算所得的數據得： =mtipfim002198. 0942. 014. 3210616.29873mn 09. 3如果不考慮起動時運動部件慣性的影響，取安全系數為，則3 . 0=qt3 . 009. 3mn 3 .10查實用微電機手冊 ，當步進

46、電動機為三相六拍時，選步進電動機的起動轉矩和最大靜轉矩的關系為： =maxjqtt866. 0則=maxjtqt866. 03 .10mn 89.11因數控機床對動態性能要求較高，確定電動機以最大靜轉矩運動時，應滿足快速空載起動所需轉矩如式（314）的要求。t當工作臺快速移動時，電動機的轉速計算可用式（315）計算。式中 快速移動速度，由擬定參數可知為maxmin/1200mm代入之前所得的 、的數據，則i0p福州職業技術學院畢業設計 28 =n611200min/200r由動力學可知： =maxatfj其中，=， 為加速時間常數， =，則tn30tt025. 0s=maxatfj025. 0

47、3020014. 31021. 84mn 69. 0可有式（316）計算，代入數據，得ft=ftigfpi002198. 0942. 014. 3210616. 040003mn 66. 0預加載荷，一般為最大軸向載荷的 ，即0f3/1 =0fmf31316.2987n72.995可根據式（317）計算，代入數據，得0t=0tipfi0002198. 0942. 014. 3210672.9553mn 99. 0綜合以上各式，得=t0maxtttfa99. 066. 069. 0mn 34. 2（3）步進電動機的最高工作頻率計算步進電動機的最高工作頻率用式（318）計算，代入數據，得 =max

48、f601000max01. 060121000hz20000即，步進電動機的最高工作頻率為hz20000在步進電動機的選擇過程中，其輸出轉矩、起動頻率和空載運行頻率等參數都要比理論計算值大。為了避免步進電動機選型太過復雜和麻煩，在符合要求和條件的情況，橫向可以選用與縱向同樣的步進電動機，由實用微電機手冊查得，縱福州職業技術學院畢業設計 29向使用的110byg350b 三相混合式步進電動機的空在運行頻率為，足夠hz30000提供此處所需的運行頻率，所以可選用110byg350b 三相混合式步進電動機作為橫向的伺服電動機。110byg350b 三相混合式步進電動機的具體參數如下表所示：型 號相數

49、保持轉矩/mn 步距角()靜態相電流/a空載運行頻率/hz空載起動頻率/hz相電感/mh轉動慣量/2cmkg 使用電壓范圍/v質量/kg110byg350b3120.752.83000016003012.680-32510 福州職業技術學院畢業設計30結論結論 畢業設計是對我們大學期間所學知識的一次總結與運用，是對以前每門課程設計的提煉和綜合，是對所學知識的一次徹底檢驗，也是對我們學生設計和創新思維的啟發和開拓。在開始選擇課題的時候，我因為對數控機床比較感興趣，所以就選擇了關于數控機床方面的課題。我所在的組設計的是一臺加工中心機床，我主要對其中的 x軸方向即橫向進給系統和 y 軸方向即縱向進給系統進行設計。設計之初，我首先上網搜索了有關加工中心方面的知識，對數控機床特別是加工中心的發展現狀和發展趨勢有了進一步的了解，以及加工中