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1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 设 计 说 明 书CK6163数控车床横向进给的设计Design for Cross Feed Direction in CNC Lathe CK6163 系（院）名称： 机械工程学院 专业班级： 07级机制2班 学生姓名： 王发旺 学生学号： 200701020025 指导教师姓名： 翟 雁 指导教师职称： 讲 师 2011年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，
2、不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目 录中文摘
3、要、关键词1英文摘要、关键词2引言3第1章 数控系统的简述41.1 数控系统的发展简史及国外发展现状41.2 我国数控系统的发展现状及趋势41.2.1 数控技术状况41.2.2 数控系统的发展趋势51.3 伺服系统的特点5第2章 总体方案设计92.1 方案设计及总体布局92.2 总方案的确定9第3章 横向进给系统113.1 已知技术参数113.2 滚珠丝杠的计算及选择113.2.1 滚珠丝杠导程的确定113.2.2 确定丝杠的等效转速113.2.3 估计工作台质量及工作台承重123.2.4 确定丝杠的等效负载123.2.5 确定丝杠所受的最大动载荷133.2.6 选择滚珠丝杠型号133.3 丝
4、杠的校核143.4 滚动轴承的校核183.5 伺服电机的选择203.6 滚珠丝杠螺母机构21第4章 导轨的选择24结论27致谢28参考文献29CK6163数控车床横向进给的设计摘要：随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领域日益扩大。为了满足社会经济发展和科技发展的需要，数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。因此提高数控车床各项性能也是我国制造业向前发展的一个重要因素。本文进行了对数控车床CK6163总体结构的确定、滚珠丝杠的选择与校核、及其对电机的选择与校核。在原有的基础上对横向进给系统进行了优化设计，如采用滚珠丝杠螺母传动副
5、、滚动导轨，采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等，在传动上采用消隙齿轮的传动方式，不仅简化了同步带传动装置的结构，而且传动速度更快、更精准。通过本次对CK6163型数控车床横向进给系统的优化设计，确保了数控系统的传动精度和工作平稳性，满足了在设计机械传装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求，同时，为解决丝杠因磨损而造成的精度下降提供帮助，进而提高加工工件的精度要求。也提高工作效率，降低生产强度，降低对工人师傅技能要求。关键词：CK6163车床 横向进给 数控系统Design for Cross Feed Direction in CK6163 CNC LatheA
6、bstract: As the development of microelectronics and computer technology, numerical control systems performance becomes ever-improving, numerical control systems application domain becomes widening. In order to meet the social economic development and scientific and technical development needs, numer
7、ical control system are heading for high precision, high speed, high reliability, multi-function, intelligent and openness direction. So improving each performance of numerical control lathe is an important factor of moving forward in Chinese manufacturing industry. This paper gives a determination
8、of overall structure of numerical control lathe CK6163, ball screw choice and checking, and the choice and checking for motor. Cross feed direction traverse system is optimized designed on the original foundation, such as using the ball screw nut transmission vice, rolling guide rail, using pre plus
9、 load guides and ball screw vice and so On the transmission way, the directly connection of motor and screw not only simplifies the structure of transmission device, but also improves transmission speed and accuracy. The optimized design of cross feed direction traverse system on numerical controlle
10、d lathe CK6163 can ensure the transmission accuracy and working stability. In the design of mechanical device, the optimized design can meet the demand of low friction, low inertia, high stiffness, no clearance, high resonance, and a suitable damp rate requirement. At the same time, the optimized de
11、sign gives a hand to solve the decline of screw machining accuracy, improve the efficiency, reduce production strength, lower the worker skills requirements.Key words: CK6163 Lathe; Horizontal Feed; CNC引 言本次设计的内容是机床总体方案设计、横向伺服进给机构的理论计算、结构设计及绘制装配图、典型零件绘制，并撰写毕业设计论文。CK6163数控车床是安阳机床厂根据国际市场上数控车床的最新发展趋势研制
12、开发的具有半闭环控制功能的普及型数控车床。该机床用途广泛，操作灵活，适宜加工各种形状复杂的轴、套、盘类零件。横向进给系统在连续的使用过程中，由于磨损等原因，使丝杠与丝母间隙过大，产生轴向窜动，影响进给精度。通过本次设计，希望能够改善CK6163数控车床x向进给的进给精度，为解决丝杠因磨损而造成的精度下降提供帮助，进而提高加工工件的精度要求。对CK6163数控车床横向进给进行优化设计，使之性能得到提高，从而提高工作效率，降低生产强度，降低对工人师傅技能要求。在设计中，先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理，作用及结构特点。选择合适的算法，根据计算结果查阅手册，得出相关的结构或零件。在图纸的绘制
13、中，充分利用软件的先进性，完成两张A0图纸。最后，完成CK6163型数控车床横向进给方向系统的设计，撰写说明书。第1章 数控系统的简述1.1 数控系统的发展简史及国外发展现状1949年美国帕森公司首先提出了机床数字控制的概念。1952年第一代数控系统电子管数控系统的诞生。20世纪50年代末，完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统集成电路数控系统。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统小型计算机数控系统，然后，随着微型计算机以
14、其无法比拟的性能价格比渗透各个行业，1974年，第五代数控系统微型计算机数控系统也出现了。应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。综上所述，由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统也随着不断更新，发展非常迅速，几乎5年左右时间就更新换代一次。数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程，1990年日本机床产值数控化率达75，美国达701，德国达57。目前世界数控机床年产量超过15万台，品种超过1500多种。1.2 我国数控系统的发展现状及趋势1
15、.2.1 数控技术状况目前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭型向开放型过渡的时期。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术(包括核心技术)，已达到国际先进水平。自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能
16、既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。特别重要的是，我国数控系统的可靠性已有很大提高，MPBF值可以在15000h以上。同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过60%。这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础。我国进行改革开放后，由于政策的开放，使得金属切削行业得以和世界上先进的机床制造国家进行技术交流，并通过引进技术，到80年代初，国产数控机床进入实用化阶段，1991年数控机床的产值数控化率为143，到1997年数控机床产值数控化率为24.5。目前，我国数控机床(包括经济型机床)品种约有500个。 但是，与国外数控车床相比，
17、在性能、质量 设计、制造等各方面存在较大差异，并存在许多不足：机械件的材质、加工精度、加工工艺存在较大差距，装配工艺也存在一定差距；主轴及卡盘刚性差，主轴定位准停不好；安全性较差，软硬件保护功能不够；刀片磨损快，生产成本高，效率低；硬件设计方面不规范，不符合国标，比如使用电压等级、电线颜色使用、图纸资料的绘制装订、提交等等，有的机床厂家甚至仍然停留在十年二十年前的设计思想；程序设计方面缺乏标准，不规范，逻辑性不强，故障率高，在使用过程中需不断对程序进行修改；外围元件布置及走线不规范，标牌线号不清，图纸与实物不符，维修困难；使用的元器件本身质量差，使用寿命短，故障率高，有的机床厂家为了降成本却忘
18、记了质量、忘记了可靠性，选用一些国产的轴承、接触器、继电器、接近开关等元件，在生产过程中小故障连绵不断；柔性化不强，多品种生产困难。而国外数控车床无论是设计水平，还是制造水平，都要高出国内数控车床。机械件材质、加工精度、加工工艺、装配工艺比较好；软硬件设计有专门的标准，设计规范合理，配套件齐全，标牌标示清楚齐全；使用的元器件质量好，故障率低；新技术的应用及时领先；概括来说，精度及可靠性高、性能稳定故障率低。1.2.2 数控系统的发展趋势随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领域日益扩大。为了满足社会经济发展和科技发展的需要，数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、
19、多功能、智能化及开放性等方向发展。1.3 伺服系统的特点数字控制，是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。数控机床是典型的数控化设备，它一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床四部分组成。1、信息载体信息载体又称控制介质，用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的信息载体有穿孔带等，通过相应的输入装置将信息输入到数控系统中。数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘将加工信息直接输入，或通过窜行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。高级的数控系统可能还包
20、含一套自动编程机或者CAD/CAM系统。2、计算机数控系统计算机数控系统是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。它由硬件和软件组成。硬件除计算机外，其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。软件由管理软件和控制软件组成。数控装置控制机床的动作可概括为：机床主运动、机床的进给运动、刀具的选择和刀具的补偿、其它辅助运动等。3、伺服系统它是数控系统的执行部分，包括驱动机构和机床移动部件,它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。伺服电动机可以是步进电机、电液马达、直流伺服电机或交流伺服电机。4、机床它是用于完成各种切削加工的机
21、械部分，是在普通机床的基础上发展起来的，但也做了很多改进和提高，它的主要特点是：由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短；为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小；更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等；不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率。数控机床集中了传统的自动机床、精密机床和万能机床三者的优点，将高效率、高精度和高柔性集中于一体。而数控机床技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大，为此数控机床对进给伺服系统的位置控制
22、、速度控制、伺服电机、机械传动等方面都有很高的要求。伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。进给伺服系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件，并涉及到强电与弱电控制，是一个比较复杂的控制系统。要使它成为一个既能使各部件互相
23、配合协调工作，又能满足相当高的技术性能指标的控制系统，的确是一个相当复杂的任务。提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数控机床具有重大意义，研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。数控机床伺服系统的一般结构如下图所示：图1.1 伺服系统结构图由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。伺服系统对伺服电机的要求：（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行
24、现象。（2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。（3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。（4）电机应能随频繁启动、制动和反转。随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，
25、柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。第2章 总体方二案设计2.1 方案设计及总体布局数控机床的伺服系统是连接数控系统和机床主体的重要部分，在设计中，在伺服方式上选择最广泛应用的半闭环方式。采用螺旋传动，计算滚珠丝杠副尺寸规格，接着进行丝杠的校核并进行精度等验算，根据计算的扭矩选择伺服电机。2.2 总方案的确定1、系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用半闭环控制系
26、统。2、机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用伺服电机通过斜齿消隙齿轮机构与丝杠相连。利用数控系统驱动，使传动更加精确、快速。3、运动方式的确定数控系统运动方式可分为点位控制系统、点位值线系统和连续控制系统。由于CK6163数控车床要加工复杂轮廓零件，所以本次设计采用连续控制系统。4、系统的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。经过比较，由于CK6163车床加工精度要求不高，所以决定采用半闭环控制系统。5、机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点
27、：（1）尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。（2）尽量消除传动间隙。例如采用丝杠与电机直接相连代，或采用消隙齿轮，本设计中，考虑到电机尺寸及其导油孔的位置，采用消隙齿轮的传动方式。（3）提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。6、消隙齿轮的的确定在本次设计中，传动方式采用斜齿圆柱齿轮消隙机构。如图2.1所示，其主要工作原理为：宽齿轮同时与相同齿数的窄齿轮圆柱齿轮相啮合。两个窄齿轮和键槽均拼装起来同时加工，加工时两窄齿圆柱齿轮间装入一定厚度的垫片。装配时，通过改变
28、垫片的厚度，使两齿轮的螺旋面错位，两齿轮的左右两齿面分别与宽齿轮齿面接触，以消除齿侧间隙。图2.1 斜齿轮轴向垫片消除间隙结构第3章 横向进给系统3.1 已知技术参数横向最大行程（X轴） 390mm；工作进给速度为18000mm/min；横向快速进给速度：7m/min；刀架估计质量：150kg；滑板的估计尺寸（长宽高）：400mm200mm80mm；材料选为HT200。3.2 滚珠丝杠的计算及选择3.2.1 滚珠丝杠导程的确定在本设计中，传动比为，设电机的最高工作转速为，则丝杠导程为： (3-1)，取 3.2.2 确定丝杠的等效转速 (3-2)由公式(3.2),最大进给速度时丝杠的转速： 最小
29、进给速度时丝杠的转速： 丝杠等效转速：（取 ） (3-3)，转速，作用下的时间(s)。3.2.3 估计工作台质量及工作台承重刀架质量：滑板：总质量：3.2.4 确定丝杠的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力，它的数值可用进给牵引力的试验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，现取为1.1，则丝杠所受的力为（如图3.1所示）： (3-4)图3.1 受力分析其等效负载可按下式估算（取，）：t1，t2轴向载荷，作用下的时间(s)。n1，n2轴向载荷，作用下的转速(r/min)。 (3-5)3.2.5 确定丝杠所受的最大动
30、载荷 (3-6)负荷性质系数；（查表：当一般运转时，为1.21.5，取=1.5。）温度系数；硬度系数；（查表：滚道实际硬度HRC58时，=1。）精度系数；（查表：当精度等级为3时，=1.0。）可靠性系数；(查表：可靠性为90%时，=1.00。)等效负荷(N)；等效转速(r/min)；工作寿命(h)。（数控机床：=15000。）由公式(3-6)：3.2.6 选择滚珠丝杠型号查表选定丝杠为外循环插管式垫片预紧导珠管埋入型，型号：GQ25。丝杠公称直径为25mm，基本导程，取丝杠的精度为3级。在本设计中采用单螺母变位螺距预紧。两边轴承都采用内径都为20mm。本设计中丝杠采用两端固定的支承方式。右支撑
31、选用成对丝杠专用轴承组合。左支撑选用深沟球轴承，其型号为6004。滚珠丝杠支承用专用轴承，轴承特点：1、刚性大。由于采用特殊设计的尼龙成形保持架，增加了钢球数，且接触角为60轴向刚性大，如图3.2所示。图3.2 滚珠丝杠专用60角接触球轴承2、不需要预调整。对每种组合形式，生产厂家已作好了能得到最佳预紧力的间隙，故用户在装配时不需要再调整，只要按厂家作出的装置序列符号（）排列后，装紧即可。3、起动力矩小。与圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承相比，起动力矩小。为了易于吸收滚珠螺母与轴承之间的不同轴度，推荐采用正面组合形式。（DF,DFD,DFF等）3.3 丝杠的校核滚珠丝杠副的拉压系统刚度影响系统的定位
32、精度和轴向拉压振动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杠副的拉压系统刚度由丝杠本身的拉压刚度KS，丝杠副内滚道的接触刚度，轴承的接触刚度KB，螺母座的刚度KH，按不同支承组合方式的计算而定。扭转刚度按丝杠的参数计算。1、临界压缩负荷丝杠的支承方式对丝杠的刚度影响很大，采用两端固定的支承方式并对丝杠进行预拉伸，可以最大限度地发挥丝杠的潜能。所以设计中采用两端固定的支承方式。临界压缩负荷按下式计算： (3-7)式中：材料的弹性模量E钢=2.11011(N/m2)；最大受压长度(m)；安全系数，取=1/3；最大轴向工作负荷(N)；丝杠支承方式系数；(支承方式为双推双推时，=4，
33、=4.730)丝杠最小截面惯性矩(m4)： (3-8)式中：丝杠公称直径(mm)；滚珠直径(mm)。丝杠螺纹部分长度，取支承跨距，丝杠全长由公式(3-7)可见远大于，临界压缩负荷满足要求。2、临界转速 (3-9)式中：丝杠最小横截面，临界转速计算长度，取，安全系数，一般取；材料的密度：；丝杠支承方式系数，查表得;满足要求。3、丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率丝杠系统的轴向拉压系统刚度的计算公式：两端固定： (3-10)式中：滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)；螺母座的刚度(N/m)；丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；丝杠本身的拉压刚度(N/m)；轴承的接触刚度(N/m)。（1）丝杠副内滚道的接
34、触刚度可查滚珠丝杠副型号样本。（2）轴承的接触刚度可查轴承型号样本。（3）螺母座的刚度可近似估算为1000。（4）丝杠本身的拉压刚度。对丝杠支承组合方式为两端固定的方式： (3-11)式中：丝杠最小横截面，；材料的弹性模量，E=2.11011(N/m2)；两支承间距(m)；螺母至轴向固定处的距离(m)。已知：轴承的接触刚度，丝杠螺母的接触刚度，丝杠的最小拉压刚度（见后面计算）。螺母座刚度。丝杠系统轴向拉压振动的固有频率： (3-12)式中：丝杠末端的运动部件与工件的质量和(N/m)；丝杠系统的轴向拉压系统刚度(N/m)。显然，丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。4、丝
35、杠扭转刚度丝杠的扭转刚度按下式计算 (3-13)式中：丝杠平均直径：丝杠长度扭转振动的固有频率： (3-14)式中：运动部件质量换算到丝杠轴上的转动惯量()；丝杠传上动件的转动惯量()；丝杠的转动惯量()。平移物体的转动惯量为丝杠转动惯量：显然，丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，可以满足要求。5、传动精度计算滚珠丝杠的拉压刚 (3-15)导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L值分别为300mm和100mm。最大与最小机械传动刚度：最大和最小机械传动刚度：由于机械传动装置引起的定位误差为： (3-16)对于3级滚珠丝杠，其任意300mm导程公差为 ，机床定位精度，所
36、以，可以满足由于传动刚度变化所引起的定位误差小于（1/31/5）机床定位精度的要求。再加上半闭环反馈系统的补偿，定位精度能进一步提高。3.4 滚动轴承的校核上节初选深沟球轴承为6004，所以只需校核此轴承的额定动载荷C。初步计算当量动载荷P由上节可知，工作台的总重量为2000N，滚珠丝杠重量估算为100N。由滚珠丝杠工作的条件可知：(为深沟球轴承受力，为角接触轴承受力)本次设计中，由于轴向载荷主要由接触角为60角接触球轴承承受，所以对于深沟球轴承主要承受的径向载荷，轴向载荷可忽略不计。故深沟球轴承的当量动载荷为。轴承基本额定动载荷的计算式为 (3-17)式中：轴承的动载荷当量动载荷工作时的温度
37、系数；取=1转速；取=1500r/min轴承使用寿命表3.1 推荐的轴承预期计算寿命机器类型预期计算寿命短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械等30008000间断使用的机械，中断使用后果严重，如发动机辅助设计、流水作业线自动传送装置、长降机、车间吊车、不常使用的机床等800012000每日8小时工作的机械（利用率较高），如一般的齿轮传动、某些固定电电动机等1200020000每日8小时工作的机械（利用率不高），如金属切削机床、连续使用的起重机、木材加工机械、印刷机械等2000030000由于数控车床h，所以取=20000由式3-17可知，对于深沟球轴承其载荷-寿命曲线如下
38、图：图3.3 轴承的载荷-寿命曲线由图可知，轴承6004的基本额定动载荷约为，所以深沟球轴承满足要求。3.5 伺服电机的选择1、理论动态预紧转矩查表知3级滚珠丝杠，而 (3-18)2、最大动态摩擦力矩对于3级滚珠丝杠， (3-19)3、驱动最大负载所耗转矩 (3-20)4、支承轴承所需启动扭矩查轴承表：对于内径的轴承，其，则。5、驱动滚珠丝杠副所需扭矩 6、电机的额定扭矩根据以上计算的扭矩，选择电机型号为SIEMENS的1FT5066，其额定转矩为，额定转速为。3.6 滚珠丝杠螺母机构1、滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点滚珠丝杠螺母副（简称滚珠丝杠副）是一种在丝杠与螺母间装有滚珠作为中间元件的丝
39、杠副，其结构原理如图3.4所示。在丝杠1和螺母3上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道（在图中4所指的位置），将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠4。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。图3.4 滚珠丝杠副结构原理与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有以下优点：（1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率h=0.920.96，是普通丝杠螺母副的34倍，因此功率消耗只相当于普通丝杠传动的1/41/3。同时由于发热小，因此可实现高速运动。（2）运动平稳无
40、爬行。由于摩擦阻力小，动、静摩擦系数之差极小，因此运动平稳，不易出现爬行现象。（3）传动精度高，反向时无空程。滚珠丝杠副经预紧后，可消除轴向间隙，因而无反向死区，同时也提高了传动刚度。（4）磨损小，精度保持性好，使用寿命长。（5）具有运动的可逆性。由于摩擦系数小，不能自锁，因而可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杠和螺母均可作主动件或从动件。2、滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙，其数值是指丝杠和螺母无相对转动时，二者之间的最大轴向窜动量，除了结构本身的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生的弹性变形所造成的轴向窜动量。由于存在轴向间隙，当丝杠反向
41、转动时，将产生空回误差，从而影响传动精度和轴向刚度。通常采用预加载荷（预紧）的方法来减小弹性变形所带来的轴向间隙，以保证反向传动精度和轴向刚度。但过大的预加载荷会增大摩擦阻力，降低传动效率，缩短使用寿命。因此，一般需要经过多次调整，以保证既消除间隙又能灵活运转。调整时，除螺母预紧外还应特别注意使丝杠安装部分的间隙尽可能小，并且具有足够刚度，同时应注意预紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法主要有两种，双螺母消隙和单螺母消隙。其中常用的双螺母丝杠消除间隙的方法包括垫片调隙式、螺纹调隙式和齿差调隙式。单螺母消隙的方法包括单螺母变位螺距
42、预紧消隙和单螺母螺钉预紧消隙。本次设计中采用单螺母变位螺距预紧消隙的方法。如图3.5所示，将螺母的内螺纹滚道在中部的一圈上，产生一个轴向的导程突变量，从而使左右端滚珠在轴向错位实现预紧。这种调隙方法结构简单紧凑，运动平稳，特别适用于小型丝杠螺母副，但负荷量须预先设定且不能随意改变。图3.5 单螺母变位螺距预紧第4章 导轨的选择对于数控机床来说，作为主要支承件的床身至关重要，其结构性能的好坏直接影响着机床的各项性能指标。它支承着数控车床的床头箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受着切削力、重力、摩擦力等静态力和动态力的作用。其结构的合理性和性能的好坏直接影响着数控车床的制造成本；影响着车床各部件之间的
43、相对位置精度和车床在工作中各运动部件的相对运动轨迹的准确性，从而影响着工件的加工质量；还影响着车床所用刀具的耐用度，同时也影响着机床的工作效率和寿命等。因此，床身特别是数控车床的床身具有足够的静态刚度和较高的刚度/质量比；良好的动态性能；较小的热变形和内应力；并易于加工制造，装配等，才能满足数控车床对床身的要求。床身与导轨为一体，床身材料的选择应根据导轨的要求选择。铸铁具有良好的减震性和耐磨性，易于铸造和加工。床身材料采用机械性能优良的HT250，其硬度、强度较高，耐磨性较好，具有很好的减震性。车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动
44、导轨摩擦阻力大且磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。在动导轨上镶装塑料具有摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、低速时不易爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低等优点，在各类机床上都有应用，特别是用在精密、数控和重型机床的动导轨上。塑料导轨可与淬硬的铸造铁支承导轨和镶钢支承导轨组成对偶摩擦副。机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度、工作能力和使用寿命。导轨的功用是导向和承载。车床的床身导轨属于进给导轨，进给运动导轨的动导轨与支承的静导轨之间的相对运动速度较低。直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并可互相组合。由于矩形导轨制造简单，能自动刚度高，承载能力大，具有两个相垂直的导轨面。且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。再将矩形整体倾斜45后，侧面磨损补偿，克服了矩形导轨侧面磨损不能自动补偿的缺
