数控机床纵向进给伺服系统设计Word文档格式.doc
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680mm
（2）最大加工直径：
在床面上400mm
在床鞍上210mm
（3）最大加工长度：
1000mm
（4）纵向进给速度：
0.001～4m/min
（5）纵向快速速度：
15m/min
（6）工作台重：
300Kg
（7）工件及夹具的最大重量：
500Kg
（8）摩擦系数为：
0.04
（9）代码制：
ISO
1.2总体方案设计
1.2.1带有齿轮传动的进给运动
图1—1
图1—2
数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3机床进给伺服系统机械部分设计计算
1.选择脉冲当量
根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
2.计算切削力
1）纵车外圆
主切削力=0.67=0.67=5360N
按切削力各分力比例：
：
：
=1:
0.25:
0.4
=53600.25=1340N
=53600.4=2144N
2）横切端面
主切削力可取纵切力的1/2：
==2680N
此时走刀抗力为，吃刀抗力为。
仍按上述比例粗略计算：
：
=26800.25=670N
=26800.4=1072N
3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型
1）纵向进给丝杠
（1）计算进给率引力。
导轨为矩形贴塑，有
=K＋（＋＋G）=1.11340＋0.04（5360＋2144+5000）=1974.16N
其中：
、、——切削分力（N）；
K——矩形导轨K=1.1；
——贴塑导轨=0.03～0.05；
G——移动部件的重量，G=5000N。
工作台重量：
=mg=30010=3000N
工作及夹具的重量：
=mg=50010=5000N
根据以上估算得总的重量为：
G=＋=3000+5000=8000N
丝杠载荷.
导轨摩擦力：
最大进给力：
最大轴向载荷：
电机最大转速
丝杠最大转速（快移）
（2）丝杠导程。
工作台最大速度
（3）计算最大动负载C。
C=
L=
n=
式中：
——最大切削力条件下的进给速度（m/min），可取最大进给速度的1/2～1/3，此处=；
——滚珠丝杠的导程，初选=6mm；
T——使用寿命，对于数控机床取T=15000h；
——运转系数，按一般运转取=1.2～1.5；
L——寿命，以转为1单位。
本设计中：
n=
L=
C=
（4）滚珠丝杠螺母副的选型。
查阅《机电一体化设计手册》，滚珠循环方式采用外循环：
L，预紧方式采用插管式埋入式双螺母预紧：
CMD,滚珠丝杠副规格:
2506，滚珠丝杠副的精度公称直径：
，基本导程：
6mm,
表3—1螺母安装连接尺寸（mm）
螺母安装连接尺寸
D公差
D3
D4
B
D5
D6
h
50
76
63
5.8
10
6
表3—2滚珠丝杠副钢球直径（mm）
基本导程
钢球直径
3～4
表3—3余程值（mm）
余程
24
滚珠丝杠副的型号：
CMD
表3—4CMD型外插管埋入式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副
滚珠丝杠副规格
公称直径
丝杠外径
螺纹底径
循环圈数
d
圈数×
列数
CMD2506-2.5
CMD2506-3
CMD2506-5
25
3.969
24.5
20.9
2.5×
1
1.5×
2
2
螺母安装连接尺寸（mm）
L
C
A
M
88
100
124
32
38
50
7
3
额定动负荷
额定静负荷
接触刚度
/N
12634
14778
22930
28686
34423
57372
755
898
1461
由于额定动负荷=22930N>
最大动负载C,既滚珠丝杠副规格为：
表3—5负荷滚珠圈数代号
负荷滚珠总圈数
代号
1.5圈
1.5
2圈
2.5圈
2.5
3圈
3.5圈
3.5
4圈
4
4.5圈
4.5
5圈
5
表3—6滚珠丝杠副的精度
机床和机械类型
坐标
精度等级
2.3
7
开环数控系统
数控车床
x
z
O
O
既选用4级精度。
表3—7精度等级代号
1级精度
2级精度
3级精度
4级精度
5级精度
7级精度
10级精度
既：
CMD—2.5—4
预紧力：
滚珠丝杠副的预紧力不应小于最大轴向载荷的1/3
即应满足条件：
>
即：
符合要求。
（5）传动效率计算：
——丝杠螺旋升角；
——摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数，其摩擦角约等于。
本设计中：
（6）丝杠螺纹部分长度。
支承跨距距离l应大于，即l=1500mm
（7）临界转速校核
丝杠底径：
支承方式系数：
由《机电一体化设计手册》表2.8-66查得（两端固定）
临界转速计算长度：
即：
（8）压杆稳定校核：
两端固定支承，丝杠不受压缩，因而不必校核稳定性。
（9）预拉伸计算。
设温升为,由下式得：
温升引起的轴向位移
——线膨胀系数，
——丝杠温度，一般取3～5
——螺纹有效长度（m）。
温升引起的伸长量：
丝杠全长伸长量：
预拉力：
由拉伸公式
2）轴承选择。
由《机电一体化设计手册》表2.8-50采用E型和F型轴端，轴承型号为：
36203
主要尺寸和参数由《机电一体化设计手册》表2.8-50查得
表3—8固定E型和F型：
单位（mm）表3—8
滚珠丝杠公称直径
轴端尺寸
d（）
2B
17
12
60
36
F型中心孔
平键
垫块锁紧圆螺母
滚动轴承
GB145-79
GB1095-79
JB23-59
型号
规格
预紧力的确定：
轴承的最大轴向载荷为：
由于
即：
主要尺寸和参数由《机电一体化设计手册》表2.8-39查得d=25mm,D=62mm,B=17mm；
滚动体：
，Z=18；
预加负荷：
轴承型号为：
7602025TVP。
3）定位精度校核
丝杠在拉压截荷下的最大弹性位移：
=0.00526F
最大进给力F=5000N,
导轨摩擦力,
最大轴向载荷，
丝杠与螺母间的接触变形：
由《机电一体化设计手册》表2.8-35查得CMD256滚珠丝杠副的接触刚度
所以得：
轴承的接触变形：
角接触球轴承的轴向刚度估算《机电一体化设计手册》公式2.8-25得
=
=412N
丝杠系统的总位移：
最大进给力：
导轨摩擦力：
<
0.006mm=6um
最大轴向载荷：
0.006mm，满足要求。
已确定纵向进给脉冲当量为，滚珠丝杠导程，初选电动机步距角，可计算出传动比
可选定齿轮齿数为
即，模数，齿宽。
表4-1传动齿数几何参数
齿数
40
20
分度圆
64
80
48
齿顶圆
68
84
52
44
54
齿根圆
59
75
43
35
45
齿宽
中心距
72
总结
此次课程设计为其三周，时间的充分，这次我的课程设计题目是：
数控机床纵向进给伺服系统设计。
刚开始感觉很难，因为资料的收集与课题相差甚远，头脑里一个最基本的概念都没有，后来祁老师给我们导入基本过程，再经过我们一个星期的研究，终于有一点眉目，搞清楚了什么是脉冲当量，什么是滚珠丝杠等等。
经过几个星期资料搜集，包括车床的说明书等等，设计并进入了正式的轨道。
因为我们以前的基础知识掌握得不牢固，在这次设计中确实是遇到了很多的问题，但在这过程中，我们又学会了很多东西。
由于知识狭义，因此压力又大了很多，但是只要有一个明确的目标，乐在其中，特别是把以前学过的知识又温习了一遍，而且把很多门课程都串联在一起，形成一个大的框架，这样确实是有一种豁然开朗、焕然一新的感觉。
通过这次课程设计，为我们即将面临的毕业设计做铺垫。
我们从一开始的只要完成任务的心态到后来的主动去学习，去努力的学习态度，这是一个不小的进步，并且把以前学过的知识融会贯通，看到了自己的许多不足之处。
老师在我们设计中也给我们提出了很高的要求，它要求我们每一个零部件都要按照标准去查手册。
从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
参考文献
[1]胡家杰.机械类课程设计、毕业设计选题精选.机械制造专业，北京：
化学工业出版社.2010.2.
[2]舒志兵.机电一体化系统设计与应用.机械制造专业，北京：
电子工业出版社.2007.2.
[3]杜建铭.机电一体化导论，北京：
电子工业出版社.2011.6.
[4]于金.机电一体化系统设计及实践.北京：
化学工业出版社.2008.1.
[5]薛惠芳，郑海明.机电一体化系统设计.北京：
中国质检出版社.2012.9.
[6]杨志勤，张子义，郭洪红.机电一体化应用实例集锦.北京：
国防工业出版社.2008.5.
[7]方建军，田建君，郑青春.光机电一体化系统设计.北京：
化学工业出版社.2003.9.
[8]汪木兰.数控原理与系统.北京：
机械工业出版社.2004.7.
[9]王宁侠.机械设计.西安：
西安电子科技大学出版社.2008.10.
[10]裘文言，翟元赏.机械制图.北京：
高等教育出版社.2009.7.
[11]机电一体化系统化手册.百度.
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