立式数控铣床工作台(X轴)进给传动系统的设计

设计题目：立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计摘要制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统技术是振兴制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。我国数控技术及产业尽管在改革开放后取得了显著的成就，开发出了具有自主知识产权的数控平台，即以PC为基础的总线式、模块化、开放型的单处理器平台，开发出了具有自主知识产权的基本系统，也研制成功了并联运动机床，但是我过的数控技术及产业与发达国家相比仍然有比较大的差距，其原因是多方面的，但是最重要的是数控人才匮乏。关键词：数控技术AbstractManufacturingindustryisthefoundationofthenationaleconomyandnationaldefenseindustry,advancedmanufacturingtechnologyistherevitalizationoftraditionaltechnologyistherevitalizationoftechnicalsupportanddevelopmenttrendofthemanufacturingindustry,isthemainmeanstocreatesocialwealth,whomastertheadvancedmanufacturingtechnology,whowillbeabletooccupythemarket.Numericalcontroltechnologyisthebasictechnologyandcommontechnologyofadvancedmanufacturingtechnology,whichhasbecomeoneoftheimportantsignstomeasurethelevelofacountry'smanufacturingindustry.China'sCNCtechnologyandindustryevenafterthereformandopeninguphasmaderemarkableachievements,thedevelopmentoftheNCplatformwithindependentintellectualpropertyrights,whichisbasedonPCbusmodularopentypesingleprocessorplatform,developedthebasicsystemwithindependentintellectualpropertyrights,alsodevelopedaparallelmotionbutIhavethemachinetool,numericalcontroltechnologyandindustrycomparedwiththedevelopedcountriesisstillarelativelylargegap,itsreasonisiKeywords:numericalcontroltechnology目录第1章概述.............................................................11.2总体方案设计...................................................................................................................1第二章设计计算.............................................................................................................22.1主切削力及其切削分力计算.........................................................................................22.2导轨摩擦力的计算.......................................................................................................22.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力.............................................................................32.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算.............................................................................3第3章工作台部件的装配图设计................................................................7第4章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验.......................................74.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验.....................................................................74.2滚珠丝杠螺母副临界转速cn的校验....................................................................74.3.滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验...............................................................................8第5章计算机械传动系统的刚度.........................................................95.1机械传动系统的刚度计算.........................................................................................95.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算...........................................................................10第6章.驱动电动机的选型与计算....................................................106.1计算折算到电动机轴上的负载惯量.......................................................................106.2计算折算到电机轴上的负载力矩...........................................................................116.3计算坐标轴折算到电机轴上的各种所需的力矩.......................................................116.4.选择驱动电机的型号.................................................................................................13参考文献................................................................................................................................131第1章概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总重量m=1500kg（所受的重力W=14700N），其中，工作台的质量0m=510kg（所受的重力0W=5000N）；工作台的最大行程pL=600mm；工作台快速移动速度maxV=15000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数u=0.15,静摩擦系数µ0=0.2；工作台的定位精度为30um，重复定位精度为20um；机床的工作寿命为20000h。机床采用伺服主轴，额定功率EP=7.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=125mm，主轴转速n=272min/r，切削状况如表1-1所示。表1-1数控铣床的切削状况切削方式进给速度/（m/min）时间比例/（%）备注强力切削0.610主电机满功率条件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速进给1510空载条件下工作台快速进给1.2总体方案设计为了满足以上技术要求,采取以下技术方案。(1)工作台工作面尺寸(宽度×长度)确定为400mm×1200mm。(2)工作台的导轨采用矩形导轨,在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯(PT-FE)导轨板。在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。(3)对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施,并对滚珠丝杠进行预拉伸。2(4)采用伺服电动机驱动。(5)采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。(6)第二章设计计算2.1主切削力及其切削分力计算(1)计算主切削力zF。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v=60πDn=60272×10×125×3.14-3m/s=1.78m/s若主传动链的机械效率ηm=0.8,按式(2-6)可计算主切削力zF:zF=vPηEm×310=3101.787.5×0.8=3370.79N(2)计算各切削分力。根据表2−1可得工作台纵向切削力1F、横向切削力cF和垂向切削力VF分别为1F=0.4zF=0.4×3370.79N=1348.32NcF=0.95zF=0.95×3370.79N=3202.25NVF=0.55zF=0.55×3370.79N=1853.93N2.2导轨摩擦力的计算(1)按式(2-8a)计算在切削状态下的导轨摩擦力μF。此时,导轨动摩擦系数μ=0.15,查表2-3得镶条紧固力gf=2000N,则μF=μ(W+gf+cF+VF)=0.15×(14700+2000+3202.25+1853.93)N=3263.43N3(2)按式(2-9a)计算在不切削状态下的导轨动摩擦力μ0F和导轨静摩擦力0F。μ0F=μ(W+gf)=0.15×(14700+2000)N=2505N0F=µ0(W+gf)=0.2×(14700+2000)N=3340N2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力(1)按式(2-10a)计算最大轴向负载力amaxF。amaxF=1F+μF=(1348.32+3263.43)N=4611.75N(2)按式(2-11a)计算最小轴向负载力aminFaminF=μ0F=2505N2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算1)确定滚珠丝杠的导程根据已知条件,取电动机的最高转速maxn=1500r/min,则由式(2-16)得0L=maxmaxinv=1500115000mm=10mm=10mm2)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷(1)估算在各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷amaxF，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷aminF。一般切削(粗加工)和精细切削(精加工)时,滚珠丝杠螺母副的轴向载荷F2、F3分别可按下式计算:F2=aminF+20%amaxF，F3=aminF+5%amaxF并将计算结果填入表1-2表1-2数控铣床滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/（m/min）时间比例/（%）备注强力