设计参数

设计

最大加工直径:630mm;

最大加工长度1400mm;

溜板及刀架质量:纵向1320N 横向 880N

刀架快速移动速度 纵向20000mm 横向 10000mm

最大进给速度 纵向 5000mm 横向2500mm

定位精度 正负0.015mm

主电机功率 11KW

启动加速时间 35 ms

? 1.1.4横向进给传动链的设计计算

1.主切削力及切削分力计算 （1）计算主切削力Fz

Pm=11KW Dn=630mm 主轴计算转速 n=85r/min

刀具切削速度 v= πD/60=2.8m/s

取机床的机械效率?=0.8则得

?Pm×10v（2）计算各切削分力

走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力Fy由上式得出

Fx=0.25Fz=785.7N Fy=0.4Fz=1257.14N

主切削力Fz、走刀方向的切削分力Fz和垂直走刀方向的切削分力Fz如图 Fz=

0.833=2.8×11×10 =3142.86N

2．导轨摩擦力的计算

(1) 计算在切削状态下的导轨摩擦力F?。此时，导轨受到的垂直方向的切削分力Fv=Fz=3142.86N,横向切削分力Fc=Fx=785.7N，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）所受重力W= 880N

查表2-3得镶条紧固力fg=2500N,取导轨动摩擦系数?=0.15则 F?=?（W+fg+Fv+Fc）=0.15×(880+2500+3142.86+785.7)=1096.28N (2)计算在不切削状态下的导轨摩擦力F?1和F2 F?1=?（W+fg）=0.15×（880+2500）=507N F2=?2 (W+fg)=0.2×(880+2500)=676N 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Famax. Famax=Fy+F?=1257.14+1096.28=2353.42N （2）按式(2-10b)计算最小轴向负载力Famin

Famin=F?1=507N

4.确定进给传动链的传动比?和传动级数

机的步距角取步进电动?=1.5°，滚珠丝杠的基本导程L0=6mm，进给传动链的 脉冲当量?p=0.005mm/脉冲，则由式（2-69）得

?=?L0/360?p=1.5×6/360×0.005=5

按最小惯量条件，从图2-42和图2-43查得该减速器采用2级传动，传动比可以分别取?1=2，?2=2.5。根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为z1=20、z2=40、z3=20、z4=50,模数m=2,齿宽b=20mm。

5.滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算

1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷Cam

已知数控机床的预期工作时间Lh=15000h，滚珠丝杠的当量荷载Fm=Famax=2353.42,查表2-28得，荷载系数fw=1.3；查表2-29，初步选定滚珠丝杠的精度等级为3级精度，取精度系数fa=1；查表2-30得，可靠性系数fc=1。取滚珠丝杠的当量转速

nm=nmax(该转速为最大切削进给速度vmax时的转速)，

已知vmax=0.25m/min，滚珠丝杠的基本导程L0=6mm,则

nmax=1000vmax/ L0=1000×o.25/6=41.67r/min 由式（2-19）得

Cam=360NmLhFmfw/100fafc=10240.74N 2)按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m

(1)根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。 已知车床横向进给的定位精度为40?m,重复定位精度为15?m则由式（2-23）、（2-24）得?max1=(1/3～1/2)×15=5～7.5?m ?max2=(1/5～1/4)×40=8～10?m 取上述计算结果较小值，即?max=5?m。 （2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m。

滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为

L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度 ≈（1.2～1.4）行程+（25～30）Lo 取 L=1.4×行程+30Lo

=（1.4×200+30×6）=460mm 由式（2-25）得

d2m≥0.078FoL/?max=16.52mm 3)初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号

根据以上计算所得的Lo、Cam、d2m和结构的需要，初步选定南京工艺装备公司生产的FFZL型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副，型号为FFZL2506-3，其公称直径do、基本导程Lo、额定动载荷Cn和螺纹底径d2如下： do=25mm ,Lo=6mm

Cn=11300N＞Cam=10240.74N D2=20.9mm＞d2m=16.52mm 故满足要求。

1.1.5横向进给传动链部件的装配图设计

将以上计算结果用语该部件的装配图设计，如图所示

1.1.6滚珠丝杠螺母副的承载能力的校验

1. 滚珠丝杠螺母副临界压缩负载荷Fc的校验

已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径d2=20.9mm,由图知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度L1=313mm,丝杠水平安装时，取K1=1/3,查表2-44得K2=2，由式（2-35）得

d Fc=K1K2×L42211420.95×10=3×2××10=129839.01N 23135车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为Famax=2353.42N,远小于其临界压缩载荷Fc,故满足要求。 2. 滚珠丝杠螺母副临界转速nc的校验

由图得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度L2=337mm,其弹性模量E=2.1×

105Mpa,密度?=1/g×7.8×10?5N/mm，重力加速度g=9.8×103N/mm。

33滚珠丝杠的最小惯性矩为

π444 I= ×20.9 mm=9361.27 mm

64滚珠丝杠的最小截面积为

π2 A= d2=342.9 mm2

4取K1=0.8，由表2-44得?=3.927，则由式（2-36）得

Nc=K1

60?222πL2

EI=29134r/min ?A横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为41.67r/min，远小于临界转速，故满足条件。

3. 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验

查附录A表A-3滚珠丝杠的额定动载荷Ca=11300N,已知其轴向载荷Fa=Famax=2353.42N,滚珠丝杠的转速n= fw=1.2，则由式（2-37）、式(2-38)得

nmax=41.67r/min,运转条件系数

Ca L=10（

Fafw Lh=

3）×106=6.41×107r

L=25638h 60n本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总过做寿命25638h≥15000h,故满足要求

1.1.5 计算机械传动系统的刚度

1.计算机械传动系统的刚度

（1）计算滚珠丝杠的拉压钢都Kso。

本机床横向进给传动链的丝杠承支方式为一端固定、一端游动。丝杠的拉压钢都Ks可按式（2-42）计算。

已知滚珠丝杠的弹性模量E=2.1×105Mpa ，滚珠丝杠的底径d2=20.9mm。当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离a=Ly=313mm时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压钢都Ksmin，根据式（2-43a）得

πd2 Ksmin=E×10?3=1.65×10?2d2=230.27N/?m

4LyLy22 当a=L1=113mm时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度Ksmax，根据式（2-43b）

π得Ksmax=d2E×10?3=1.65×102d2=637.82N/?m

4LjLj

22

(2)滚珠丝杠螺母副支承轴承的钢都Kb。

已知滚动体直径dQ=5.953mm，滚动体个数Z=15，轴承的最大轴向工作载荷

FBmax=Famax=2353.42N则由表2-45、表2-46得 Kb=2×1.95×3dQZ2FBmax=571.8N/?m

（2） 由该扭转变形量?引起的轴向移动滞后量?将影响工作台的定位

精度，由式（2-50）得

?0.013 ?=L0=6×mm≈0.0002mm=0.2?m

3603601.1.9 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号

（1） 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级。

本进给传动系统采用开环控制系统，应满足下列要求：

V300p?ep≤0.8×（定位精度-?kmax-?）=0.8×（40-1.32-0.2）=30.78?m

?m ep?Vu≤p0.8×（定位精度-?kmax-?）=30.78

取滚珠丝杠螺母副的精度等级为3级，查表2-20得V300p=12?m,当螺纹

长

度

为

400mm

时

，

查

表

2-21

得

ep=13?m,Vap?12?m;V300p?ep=12+13=25?m＜30.78?m，ep?Vup=13+12=25?m＜30.78?m。故满足设计要求。

（2） 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号。

滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZ2506-3-P3/585×400，其具体参数如下。公称直径与导程：25mm，6mm；螺纹长度：400mm；丝杠长度：585；类型与精度；P类，3级精度。

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