XK714數控銑床進給系統設計論文作者姓名：__所在院系：__機電工程學院____所學專業：機械制造與自動化指導老師：_論文完成時間：_5月20日__PAGE48目錄內容摘要…………………3關鍵詞…………………3Abstract……….……….…3Keywords………………...41．立式數控銑床總體設計………………51．1確定立式數控銑床的總體目標………………51．2確定機床的總體布局…………52．Y向進給系統機械部分設計…………72.1銑削工件時銑削力的計算…….72.2滾動導軌選擇計算……………92.3滾珠絲杠螺母副的選擇與計算……………...153.X向進給系統機械部分設計………263.1銑削工件時銑削力的計算……263.2滾動導軌選擇計算…………..274．XY向選擇伺服電機…………………364.1計算并確定伺服電機………364.2確定交流伺服電機的型號…………………...385．進給系統的裝配……………………405.1床身…………...405.2滑板…………...405.3工作臺………...415.4進給系統總裝…………...……425.5XK714數控銑床總裝…………436.檢測器裝置地選擇及計算………446.1光柵檢測裝置的結構………...456.2光柵傳感器工作原理………...45參考文獻………………..47摘要:本文主要設計立式數控銑床的進給系統部分，機械結構采用交流伺服電機與滾珠絲杠直接相連的方式，其控制方式采用交流伺服驅動系統半閉環控制。在對進給系統機械結構進行設計的過程中，主要對滾珠絲杠螺母副和直線滾動導軌副進行了計算、校核，確保了機械傳動部件的精度和剛度；通過計算，選擇了電氣驅動部分，包括交流伺服電機和與之匹配的伺服單元.滾動直線導軌選取GGB系列導軌；滾珠絲杠螺母副選取漢江機床廠提供的外循環雙螺母凸出式雙螺母對旋預緊FYC2D型滾珠絲杠。關鍵詞:半閉環控制，直線滾動導軌；滾珠絲杠螺母副；交流伺服電機；Abstract：Feedservosystemisalinkbetweendigital-controlleddeviceandmachinetool.Itisanimportantpartofdigital-controlledsystems.Whenfeedservosystemisdesigned,itmustsatisfythedesigningrequirements,thenitcaninsurethepositioningprecisionanddynamicalandstatecharactersoffeedservosystem.Thus,itcaninsuremachiningprecisionofamachiningtool.ModernNumericalControlMachineTooltrendstowardtohighspeed,highefficiencyandhighprecision.Thedesigningrequirementformachinetoolfeedservosystemhasbeenmoreandmorehigher.Socharacteristicsoffeedmechanismanddynamicalandstaticstatecharactersofservosystemshouldbestudieddeeply,whichisveryimportanttoimprovetheperformanceofNumericalControlMachineTool.Inthispaper,themaintaskistodesignthefeedsystemofverticalCNCmillingmachine.ThemechanicalstructureisusedACservomotorandballscrewpairconnecteddirectly,itscontrolmodeissemi-closedloopcontrollingofACservodrivedsystem.Intheprocessofdesigningthemechanicalstructureoffeedsystem,theprincipaldeputyiscalculationandcheckingfortheballscrewpairlinearstraightrollingGuidetoensuretheprecisionandstiffnessofthemechanicaldrivecomponents.WehavechosentheelectricdriveddeviceincludingACservomotorandmatchingservounitbycalculating.toselectlinearslidingGuideofHJG-Dseries,toselectballscrewandnutpairwithinthecirclepadspreloadnut-typeFYC2DwhichprovidefromHanzhongCityHangjiangmachineLimitedcorporationKeywords：FeedSystem;Semi-closedloopcontrol;LinearRollingGuide;Ballscrewandnutpair;ACservomotor1.立式數控銑床總體設計1.1確定立式數控銑床的總體目標本課題設計的立式數控銑床可以銑削平面和溝槽，也可加工空間曲面；若將銑刀換成鉆頭或絞刀，則可加工光孔或螺紋孔。銑床主要技術參數如下：工作臺工作面尺寸（長寬）工作臺X向最大行程工作臺Y向最大行程工作臺T型槽數3工作臺T型槽寬18mm工作臺T型槽間距90mm快速移動速度（X、Y軸）20m/min最小分辨率0.001mm定位精度±0.015mm重復定位精度±0.006mm1.2確定機床的總體布局1.2.1機床的運動分配本課題擬解決問題的思路是參照X52K型傳統立式銑床和TH5632C型立式加工中心機床的總體布局、機械傳動部分、進行優化組合，設計出精度高、靈活性強的立式數控銑床。由于工作臺尺寸較大，可加工較重或尺寸較高的工件，故機床運動分配如下：主運動：刀具的旋轉運動；進給運動：工作臺X、Y方向的進給運動和銑刀頭帶著刀具Z方向的垂直進給運動；1.2.2機床結構布局本機床采用床身框式立柱的“L”型結構形式，主軸箱裝在框式立柱中間，設計成對稱形結構。框式立柱布局要比單立柱少承受一個扭轉力矩和一個彎曲力矩，因而受力后變形較小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受熱與熱變形是對稱的，因此，熱變形對加工精度的影響小。Y向滑座相對于機床床身作進給運動，X向座相對于Y向作進給運動，工作臺固定在X向座上，工作臺不做垂直方向運動；主軸箱沿框式立柱在沿垂直軌上下移動。由于機床尺寸較大，為了方便操作者的操作與觀察，將人機界面置為吊掛按鈕站。1.2.3機械系統的傳動、支承、導向方式1.機床進給系統傳動方案機床X、Y方向進給系統分別采用交流伺服電機驅動，通過電機與滾珠絲杠直接相連，將旋轉運動轉化為直線進給運動其傳動的機械裝置如圖2.1所示。這種傳動方案采用負載能力強的交流伺服電機，直接通過絲杠帶動工作臺進給，傳動鏈短，剛度大，傳動精度高，是現代數控機床進給傳動的主要組成形式。圖1.1進給傳動的機械裝置2.機床進給系統的支承、導向方式Y方向進給系統由床身支承，采用一端固定、一端支撐的方式支承，固定端選用一對背對背安裝的角接觸球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。X方向進給系統由Y方向進給系統支承，采用一端固定、一端支撐的方式支承，固定端選用一對背對背安裝的角接觸球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。本機床屬于中型機床，導向方式采用矩形導軌，矩形導軌承載能力高，制造方便。本設計選用線性滾動導軌。2.Y向進給系統機械部分設計在現代數控機床中，為得到高速下的平穩運行，并具有較高的定位精度且防止爬行，要求進給系統中的機械傳動裝置和元件具有較高的靈敏度，低摩擦阻力和動、靜摩擦系數之差以及高壽命等特點，而滾動導軌和滾珠絲杠螺母副能較好的滿足這些要求。因此本工作臺的設計采用了滾動導軌加滾珠絲杠螺母副的組合。2.1銑削工件時銑削力的計算2.1.1首先初步估算工作臺的重量首先要初步估算工作臺的重量及銑削工件的最大切削力才能進行設計。X軸方向移動的工作臺尺寸：長寬為900400,重量約為3302.2N，最大行程630mm；Y軸方向移動的工作臺尺寸：重量約為550.368N，最大行程400mm；設夾具及工件的質量約為200Kg，重量約為1960N；則XY工作臺總質量約為593.12kg,總重量約為5812.573N（包括夾具及工件）2.1.2銑刀主要結構參數選擇一般盡可能選用小直徑規格的銑刀，因為銑刀直徑大切削力矩增大。2.1.3銑削用量選擇銑削用量選擇原則：首先應盡可能取較大的切削深度及切削寬度然后盡可能取較大的每齒進給量，最后才盡可能取較大的銑削速度。粗銑時余量大，加工要求低，主要考慮銑刀的耐用度及銑削力的影響；而精銑時余量小，加工要求高，主要考慮加工質量的提高。1.銑削深度的選擇（1）當工件表面要求的光潔度為時，通常銑削無硬皮的鋼；銑削鑄鋼或鑄鐵時。（2）當工件表面要求的光潔度為時,分粗銑、半精銑、兩步銑削。粗銑后留余量。（3）當工件表面要求的光潔度為時,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削。半精銑，精銑左右。2.每齒進給量的選擇當銑削深度選定后，盡可能取較大的每齒進給量。粗銑時限制每齒進給量的是銑削力及銑刀容屑空間的大小，當工藝系統剛性俞好及銑刀齒數愈少時，可取得愈大；半精銑及精銑時限制每齒進給量的是工件表面光潔度。光潔度要求愈高，應俞小。2.1.4銑削力的計算銑床通常用于銑削平面和溝槽，銑刀又分為圓柱銑刀、立銑刀、盤形銑刀、面銑刀、半圓弧銑刀、T形槽銑刀，因銑削的材料不同切削力也不同，通過查相關資料，綜合分析其中用面銑刀銑削碳鋼時的銑削力最大，故按用立銑刀銑削碳鋼時計算銑削力。銑削力與銑刀材料、銑刀類型、工件材料的硬度、銑削寬度、銑削深度、每齒進給量、銑刀直徑、銑刀齒數有關。可按《金屬切削原理及應用》中的公式進行計算：銑削溝槽時采用粗齒高速鋼立銑刀，按工件材料為的碳鋼來設計。查《金屬切削手冊》，選擇銑削用量為銑刀直徑，銑刀齒數，銑削寬度，每齒進給量，銑削深度，銑刀的切削速度。采用端面銑刀在主軸上的計算轉速下進行強力切削，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動機的全部功率。由得： 故主切削力分解到X.Y方向上的分力是：由以上計算可知Y方向的主切削力最大。2.2滾動導軌選擇計算2.2.1導軌概述1.導軌的功用本設計的導向機構是導軌，導軌主要是用來支承和引導運動部件沿著一定的軌跡運動。本設計要求其機械系統的各運動機構必需得到安全的支撐，并能準確地完成其特定方向的運動，這個任務就有導向機構來完成。綜合考慮定位精度及運動平穩性等技術要求，采用直線滾動導軌副。2.2.2滾動直線導軌副的計算1.作用于滾動直線導軌副的載荷計算由于滾動直線導軌副的特殊結構，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四個方向額定載荷相等，且額定載荷大，剛性好，三個方向抗顛覆力矩能力大的特點，滾動導軌受力分析見圖3.1。下層工作臺的承載重約為5812.573N33441122W圖2.1滾動導軌受力分圖析圖(2.1)(2.2)(2.3)(2.4)將已知數據代入上式得：載荷成分變化，其計算載荷：(2.5)式中：——對應行程內的載荷；——分段行程；——全行程等于；2.滾動直線導軌副的額定壽命（1）額定壽命的計算公式為：(2.6)式中：L——額定壽命；C——額定動載荷；——計算載荷；——溫度系數取1.0；——接觸系數取0.81；——精度系數取1.0；——載荷系數取1.5；——硬度系數取1.0；（2）壽命時間的計算：當行程的長度一定，以小時為單位的額定壽命：(2.7)式中：——行程長度；L——額定壽命；——每分鐘往復次數；(2.8)一般情況下，滾動直線導軌副預期壽命取20000小時，則：(2.9)由得：(2.10)取則：查《數控技術課程設計》導軌產品樣本，其GGB系GGB20AA-2-P3-2-400-3型滾動導軌C=13.6.KN，滿足要求。2.2.3滾動直線導軌副的選用1.滾動直線導軌副的精度及選用由于滾動直線導軌副具有“誤差均化效應”，在同一平面內使用兩套或兩套以上時，可選用較低的安裝精度達到較高的運動精度。根據HJ-D系列線性滾動直線導軌的精度，分為運動平行度及綜合精度。測量方法如2.2圖所示：圖2.2平行度的測量方法運行平行度（μm)

運行平行度是指螺栓將導軌緊固到基準平面上，導軌處于緊固狀態，使滑塊沿行程全長運動時，導軌與滑塊基準平面之間的平行度誤差。

表2.1長度與平行度的關系圖綜合精度(μm)

高度H的同組變動量是指在同一平面上組裝的各個滑塊所形成的H值的最大尺寸與最小尺寸差。寬度W的同組變動量是指在一根導軌上組裝的各個滑塊所形成的W值的最大尺寸與最小尺寸差。精度等級長度（）23456H公差值±12±25±50±100±200H同組變動量57204060W公差值±15±30±60±150±240W同組變動量7102570100注：（1）同一平面上并列使用2根以上導軌時，寬度W同組變動量只適用于基準一側，在基準側導軌的號碼未尾處印“J”標記。表2.2導軌的綜合精度表（2）H、W都是將導軌副固定在平臺上，在導軌中間位置測量滑塊中心。

所以選擇的平行度和綜合精度等級均為2級。2.滾動直線導軌預加載荷沖擊、振動大小和精度是預加負荷選擇的主要依據，可參照表2.3選用：預加負荷分類工作條件推薦使用場合微預加負荷H01、無沖擊負荷2、多根導軌并用1、焊接機、包裝機或要求不高的各類機械2、材料供給裝置輕預加負荷H11、導軌負荷方向固定、沖擊、振動小2、作輔助導軌3、載荷輕、精度要求高的非基準導軌1、承載輕且有精度的設備2、普通機床的縱橫向導軌3、較精密機械中的非基準導軌中預加負荷H21、旋伸負荷或顛覆負荷2、導軌上只有一個滑塊時3、載荷雖小、精度要求高的非基準導軌1、機械手或機器人2、數控機床、電火花機床、線切割機床、精密工作臺等基準導軌重預加負荷H31、剛性要求高、沖擊、振動大2、承受強切削力的機床1、進行機械切削加工的各類機床或加工中心2、車銑鏜床和各類數控機床表2.3預加負荷選擇依據提高預緊力是一個增加線性滑軌的好方法。所以選擇重預加載荷H3。2.3滾珠絲杠螺母副的選擇與計算2.3.1滾珠絲杠副的介紹滾珠絲杠副是一種新型的螺旋傳動元件，它的產生和發展至今經歷了數十年的歷史，然而它具有長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙的特點，并具有優越的高速特性和耐磨損性及運動可逆性等特點，這些特點都是普通絲杠副不可能具有的機械傳動性能。同時它可以由專業廠家組織的生產和供應，已實現了標準化、通用化和商品化，用戶可根據各自的需要方便地進行選用和訂購，因此滾珠絲杠副以其顯著特點而得以廣泛應用，成為各類數控機床的主要傳動機構。1.滾珠絲桿副的工作原理、組成及特點滾珠絲杠副是一種旋轉傳動機構，在具有螺旋槽的絲杠和螺母之間裝有中間傳動元件——滾珠。它由絲杠、螺母、滾珠和返向器等四部分組成，當絲杠和螺母轉動時，滾珠沿螺紋滾道滑動，絲杠和螺母之間相對運動時產生滾動摩擦。為防止滾珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端沒有回程引導裝置，如返向器和擋珠器。它們與螺紋滾道形成循環回路，使滾珠在螺母滾道內既自轉又沿滾道循環轉動。滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比較，它用滾動摩擦代替了滑動摩擦，具有以下特點：摩擦損失小、傳動效率高。由于滾珠絲杠副的摩擦損失小，其傳動效率可達90%——96%，約為滑動旋轉機構的2——3倍；磨損小、壽命長。通常，滾珠絲杠副的主要零件都經過淬硬，表面粗糙度較低，且滾動摩擦的磨損很小，因而具有良好的耐磨性，精度保持性能很好，工作壽命長；軸向剛度高：滾珠絲杠副可完全地消除傳動間隙，不影響運動的靈活性，從而可以獲得較高的軸向剛度，而且可以通過預緊來提高軸向剛度；摩擦阻力小、運動平穩：由于是滾動摩擦，動、靜摩擦系數相差極小，其摩擦阻力幾乎與速度無關，啟動力矩與運動力矩近于相等。因而靈敏度高，運動較平穩，啟動時無顫動，低速傳動時無爬行現象；不能自鎖：由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力，用于垂直升降傳動時必須增設自鎖裝置或制動裝置；具有傳動的可逆性由于滾珠絲杠副摩擦損失小，可以從旋轉運動轉換為直線運動，也可以從直線運動轉換為旋轉運動.，即絲杠和螺母都可作為主動件，也可以作為從動件。但是，與滑動絲杠副相比，滾珠絲杠副尚存在結構較復雜，工藝難度大，制造成本高等特點。2.3.2滾珠絲杠副的計算為了滿足數控機床高進給速度、高定位精度、高平穩性和快速響應的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進行必要的校核計算。單層工作臺重量工作臺承重Y向滑座重量Y向最大行程Y向快速進給速度定位精度重復定位精度滾珠絲杠精度由于本系統要求達到的精度要求，根據此要求查閱滾珠絲杠樣本，對于一級精度（）精度絲杠，任意300mm內導程允許為0.006mm，2級（）精度絲杠的導程允許誤差為0.008mm。初步設計絲杠的任意300mm行程內的行程動量為定位精度的1/31/2，即0.006—0.008mm,因此，取滾珠絲杠精度為二級。滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數和工作圈數，應按當量載荷選擇。絲杠的最大進給力為，工作臺加工件加夾具的質量m=593.12kg，貼塑導軌的摩擦因數為0.04，故絲杠的最小載荷（摩擦力）絲杠的最大載荷軸向工作載荷（平均載荷）：其中，，分別為絲杠最大，最小軸向載荷；當載荷按照單調式規律變化，各種轉速使用機會相同時絲杠的最高轉速為1500r/min，工作臺最小進給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉速為0.1r/min,可取0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/min。故絲杠工作壽命：式中L——工作壽命，以r為1個單位n——絲杠轉速，r/min；T絲杠使用壽命，對數控機床可取T=15000h計算當量載荷為式中——載荷性質系數，無沖擊取1—1.2，一般取1.2—1.5，有較大沖擊取1.5—2.5，此處=1.5；——精度影響系數，對于1，2，3級精度的滾珠絲杠采取=1，(3)確定滾珠絲杠最小螺紋底徑1）估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量(2.11)——重復定位精度，0.006mm——定位精度，0.015mm。滾珠絲杠副安裝方式為一端固定，一端支承時(2.12)式中：E——楊氏彈性模量；——估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量；——導軌摩擦力。(2.13)L——滾珠螺母至絲杠固定端支承的最大距離；行程+行程（1.051.1）行程+（10-14）1.1x630+14x10=833mm≈850mm5.確定滾珠絲杠副預緊力(2.14)6.確定滾珠絲杠副支承所用軸承規格型號滾珠絲杠支承用軸承通常選角接觸軸承和深溝球軸承。該類軸承具有以下特點：（1）剛性大由于采用了特殊設計的尼龍保持架（2）軸承所受的最大軸向載荷(2.15)（3）本設計采用一端固定、另一端支撐的支承方式，固定端選用一對背對背安裝的接觸角推力球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。7.確定滾珠絲杠副其它尺寸（1）滾珠絲杠副的螺紋長度：2.16式中：——有效行程+螺母長度；——余程，查品樣本，取18mm；（2）絲杠全程L：L=+兩端支承長度+連接長度+起始距離(2.17)綜合考慮以上各項尺寸要求，取L約為900mm滾珠絲杠取=0.9，此處取=1查滾珠絲杠產品樣本中與相近的額定動載荷，使得<，然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。查漢川機床廠滾珠絲杠產品樣本，選擇FYC2D1130絲杠螺母副。名義直徑40mm，導程為10mm，額定動載荷=46.5kN，，額定動載荷=46.5kN，<，符合軸向剛度=792N/um。預緊力。只要軸向載荷達不到或過預緊力的三倍，就不必對預緊力提出額外要求。本設計中絲杠最大載荷為4.922kN，遠小于3。表2.4FYC2D型滾珠絲杠副基本參數公稱直徑鋼珠直徑公稱導程剛度絲杠外徑額定動載荷絲杠內經額定靜載荷40mm3mm10mm1170N/um39.1mm46.5KN34.3mm110.5KN圖2.3FYC2D型滾珠絲杠副外觀尺寸圖2.3.3滾珠絲杠副的校驗1.傳動系統的剛度計算（1）傳動系統的剛度K計算(2.18)式中：——滾珠絲桿副的拉壓剛度；——滾珠絲杠副的軸向剛度；——滾珠絲杠副滾珠與滾道之間的接觸剛度；——折合到滾珠絲杠副上的伺服剛度，可忽略不計；——滾珠絲杠副中螺母體剛度，按計算；——折合到滾珠絲杠副上的連軸節剛度，可忽略不計；——螺母座、軸承座剛度，可忽略不計；——滾珠絲杠副的彎扭剛度，可忽略不計。（2）計算滾珠絲杠副的拉壓剛度是滾珠螺母至絲杠軸向固定處距離a的函數。當絲杠承受形式為一端固定，一端滑動時，有：(2.19)式中：——拉壓剛度（）；E——楊氏彈性模量；——絲杠底徑(mm)。當=560mm時（滾珠絲杠至固定端支承的最大距離）時剛度最小當=160mm時（靠固定端的行程起點處）時剛度最大：（3）確定滾珠絲杠副支承軸承的剛度對角接觸球軸承(2.20)式中：——滾動體直徑，mm;——軸承接觸角（），；——軸向載荷N,z——滾動體數目，對于7206C型角接觸球軸承，z=（4）計算對預緊的滾軸絲杠副：(2.21)式中：——查產品樣本上的剛度；=1170N/um；——額定動載荷，查產品樣本=30.3KN。2.傳動系統剛度驗算及滾珠絲杠副的精度選擇(2.22)(2.23)在空載下，稱摩擦死區誤差，是機床空載時導軌上的靜摩擦力稱為傳動系統剛度變化引起的定位誤差。數控機床反向差值主要取決于死區誤差，而定位誤差主要取決于滾珠絲杠副的精度，其次是。（1）傳動系統剛度驗算：(2.24)(2.25)，滿足要求。(2.26)(2.27)（2）滾珠絲杠副的精度選擇：漢江機床公司制造的滾珠絲杠副精度分為七個等級，即1、2、3、4、5、7、10級，1級精度最高，依次逐漸降低對半閉環伺服系統：(2.28)根據上述計算結果，查滾珠絲杠副樣本，選取滾珠絲杠副精度為2級，為8um。3.滾珠絲杠副臨界壓縮載荷的校驗（驗算壓桿穩定性）(2.29)式中：——滾珠絲杠螺紋底徑（mm）——滾珠絲杠的最大受壓長度（mm）——滾珠絲杠副承受最大軸向壓縮載荷（）——支承系數，取4.滾珠絲杠副的極限轉速的效驗為防止絲杠轉速接近其固定振動頻率時發生共振，需對絲杠極限轉速進行校驗(2.30)式中：——極限轉速（r/min）;——臨界轉速計算長度（mm）；E——楊氏彈性模量；——材料密度；I——絲杠的最小慣性矩；A——絲杠的最小橫截面積；——安全系數，取0.8；——支承系數，取15.1；——支承系數，取3.927。5.基本軸向額額定靜載荷驗算(2.31)式中：——靜態安全系數，一般載荷=1~2，有沖擊或振動的載荷=2~3。,經校驗，該滾珠絲杠副符合要求。3.X向進給系統機械部分設計在現代數控機床中，為得到高速下的平穩運行，并具有較高的定位精度且防止爬行，要求進給系統中的機械傳動裝置和元件具有較高的靈敏度，低摩擦阻力和動、靜摩擦系數之差以及高壽命等特點，而滾動導軌和滾珠絲杠螺母副能較好的滿足這些要求。因此本工作臺的設計采用了滾動導軌加滾珠絲杠螺母副的組合。3.1銑削工件時銑削力的計算3.1.1首先初步估算工作臺的重量首先要初步估算工作臺的重量及銑削工件的最大切削力才能進行設計。X軸方向移動的工作臺尺寸：長寬為900400,重量約為3302.2N，最大行程630mm；設夾具及工件的質量約為200Kg，重量約為1960則X工作臺總質量約為580.12kg,總重量約為5812.5733.1.2銑削力的計算銑床通常用于銑削平面和溝槽，銑刀又分為圓柱銑刀、立銑刀、盤形銑刀、面銑刀、半圓弧銑刀、T形槽銑刀，因銑削的材料不同切削力也不同，通過查相關資料，綜合分析其中用面銑刀銑削碳鋼時的銑削力最大，故按用立銑刀銑削碳鋼時計算銑削力。銑削力與銑刀材料、銑刀類型、工件材料的硬度、銑削寬度、銑削深度、每齒進給量、銑刀直徑、銑刀齒數有關。可按《金屬切削原理及應用》中的公式進行計算：銑削溝槽時采用粗齒高速鋼立銑刀，按工件材料為的碳鋼來設計。查《金屬切削手冊》，選擇銑削用量為銑刀直徑，銑刀齒數，銑削寬度，每齒進給量，銑削深度，銑刀的切削速度。采用端面銑刀在主軸上的計算轉速下進行強力切削，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動機的全部功率。由得： 故主切削力分解到X.方向上的分力是：由以上計算可知X方向的主切削力。3.2滾動導軌選擇計算3.2.1滾動直線導軌副的計算1.作用于滾動直線導軌副的載荷計算由于滾動直線導軌副的特殊結構，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四個方向額定載荷相等，且額定載荷大，剛性好，三個方向抗顛覆力矩能力大的特點，滾動導軌受力分析見圖4.1。下層工作臺的承載重約為5812.573N343411 W圖3.1滾動導軌受力分析圖(3.1)(3.2)(3.3)(3.4)將已知數據代入上式得：載荷成分變化，其計算載荷：(3.5)式中：——對應行程內的載荷；——分段行程；——全行程等于；

2.滾動直線導軌副的額定壽命（1）額定壽命的計算公式為：(3.6)式中：L——額定壽命；C——額定動載荷；——計算載荷；——溫度系數取1.0；——接觸系數取0.81——精度系數取1.0；——載荷系數取1.5；——硬度系數取1.0；（2）壽命時間的計算：當行程的長度一定，以小時為單位的額定壽命：(3.7)式中：——行程長度；L——額定壽命；——每分鐘往復次數；(3.8)一般情況下，滾動直線導軌副預期壽命取20000小時，則：(3.9)由得：3.10取則：查《數控技術課程設計》導軌產品樣本，其GGB系GGB20AA-3-P3-2-300-3型滾動導軌C=滾珠絲杠副的計算為了滿足數控機床高進給速度、高定位精度、高平穩性和快速響應的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進行必要的校核計算。單層工作臺重量工作臺承重=X向滑座重量X向最大行程X向快速進給速度定位精度重復定位精度滾珠絲杠精度由于本系統要求達到的精度要求，根據此要求查閱滾珠絲杠樣本，對于一級精度（）精度絲杠，任意300mm內導程允許為0.006mm，2級（）精度絲杠的導程允許誤差為0.008mm。初步設計絲杠的任意300mm行程內的行程動量為定位精度的1/31/2，即0.006—0.008mm,因此，取滾珠絲杠精度為二級。滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠的名義直徑，滾珠的列數和工作圈數，應按當量載荷選擇。絲杠的最大進給力為，工作臺加工件加夾具的質量m=593.12kg，貼塑導軌的摩擦因數為0.04，故絲杠的最小載荷（摩擦力）絲杠的最大載荷軸向工作載荷（平均載荷）：其中，，分別為絲杠最大，最小軸向載荷；當載荷按照單調式規律變化，各種轉速使用機會相同時絲杠的最高轉速為1500r/min，工。作臺最小進給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉速為0.1r/min,可取0，則平均轉速n=(1500+0)/2=750r/min。故絲杠工作壽命：式中L——工作壽命，以r為1個單位n——絲杠轉速，r/min；T絲杠使用壽命，對數控機床可取T=15000h計算當量載荷為式中——載荷性質系數，無沖擊取1—1.2，一般取1.2—1.5，有較大沖擊取1.5—2.5，此處=1.5；——精度影響系數，對于1，2，3級精度的滾珠絲杠采取=1，(3)確定滾珠絲杠最小螺紋底徑1）估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量(3.11)——重復定位精度，0.006mm——定位精度，0.015mm。滾珠絲杠副安裝方式為一端固定，一端支承時(3.12)式中：E——楊氏彈性模量；——估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量；——導軌摩擦力。(3.13)L——滾珠螺母至絲杠固定端支承的最大距離；行程+行程(3.14)（1.051.1）行程+（10-14）1.1x630+14x10=833mm≈850mm5.確定滾珠絲杠副預緊力(3.15)6.確定滾珠絲杠副支承所用軸承規格型號滾珠絲杠支承用軸承通常選角接觸軸承和深溝球軸承。該類軸承具有以下特點：（1）剛性大由于采用了特殊設計的尼龍保持架（2）軸承所受的最大軸向載荷(3.16)（3）本設計采用一端固定、另一端支撐的支承方式，固定端選用一對背對背安裝的接觸角推力球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。7.確定滾珠絲杠副其它尺寸（1）滾珠絲杠副的螺紋長度：(3.17)式中：——有效行程+螺母長度；——余程，查品樣本，取18mm；（2）絲杠全程L：L=+兩端支承長度+連接長度+起始距離(3.18)綜合考慮以上各項尺寸要求，取L約為1120mm滾珠絲杠取=0.9，此處取=1查滾珠絲杠產品樣本中與相近的額定動載荷，使得<，然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。查漢川機床廠滾珠絲杠產品樣本，選擇FYC2D4010-2.5-P2/1130絲杠螺母副。名義直徑40mm，導程為10mm，額定動載荷=46.5kN，，額定動載荷=46.5kN，<，符合軸向剛度=792N/um。預緊力。只要軸向載荷達不到或過預緊力的三倍，就不必對預緊力提出額外要求。本設計中絲杠最大載荷為4.922kN，遠小于3。表3.1FYC2D型滾珠絲杠副基本參數公稱直徑鋼珠直徑公稱導程剛度絲杠外徑額定動載荷絲杠內經額定靜載荷40mm3mm10mm1070N/um39.2mm45.5KN34.3mm108.5KN圖3.2FYC2D型滾珠絲杠副外觀尺寸圖3.2.3（1）確定滾珠絲杠副支承軸承的剛度對角接觸球軸承(3.19)式中：——滾動體直徑，mm;——軸承接觸角（），；——軸向載荷N,z——滾動體數目，對于7206C型角接觸球軸承，z=其于絲杠副的校驗同于Y方向的,具體步驟可參考上文。4.XY向選擇伺服電機4.1計算并確定伺服電機伺服電機的選擇，應考慮三個要求：最大切削負載轉矩，不得超過電機的額定轉矩；電機的轉子慣量應與負載慣量相匹配（匹配條件可根據伺服電機樣本提供的匹配條件，也以按照一般的匹配規律）；快速移動時，轉矩不得超過伺服電機的最大轉矩。（1）最大切削負載轉矩的計算 所選伺服電機的額定轉矩應大于最大切削負載轉矩。最大切削負載轉矩可根據下式計算。即其中，從前面的計算已知最大進給力，絲杠導程預緊力（額定的動載荷由以上查表可得46.5KN），則;根據哈爾濱軸承總廠《角接觸推力球軸承組配技術條件》得760306單個軸承摩擦力矩為0.32，故一對軸承的摩擦力矩（），伺服電機與絲杠直接連接，其傳動比i=1。 (4.1)=(4.2)（2）負載慣量計算伺服電機的轉子慣量應與負載慣量相匹配。負載慣量可按以下次序計算工件，夾具及工作臺折算到電機軸上的慣量，工件，夾具及工作臺的最大質量為593.12，可按下式計算絲杠加在電機軸上的慣量，絲杠的公稱直徑，長度，絲杠的材料密度。根據下式計算=連軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊得到=0.001（）負載總慣量因此，查FANUC伺服電機產品樣本，初選電機為規格型號為FANUC-20型伺服電機，額定轉矩為22.5，最大轉矩為147，轉動慣量為3.加速轉矩和最大轉矩當電機轉速從升到時：(4.3)當電機從靜止升到時：(4.4)式中：——電機轉速（r/min）——電機最高轉速(r/min)——加速時間（s）取0.1s（4.5）4.電機的最大啟動轉矩（電機的最大轉矩）符合要求5.電機連續工作的最大轉矩機械在最大工作載荷下連續均勻運轉時的電機轉矩：(4.6)（電機的額定轉矩）符合要求4.2確定交流伺服電機的型號通過以上的計算步驟，最終確定電機的型號為SGMSH30型，其輸出功率為，其外觀圖如圖3.3所示，其外形尺寸圖如圖3.4所示，其外形尺寸如表3.3所示。相應地，伺服驅動器選擇與電機相匹配的SGMSH30型號的。因為XY方向的絲杠和導軌型號相近，所以兩個方向的電機選擇相同型號的,計算按最大的切削力進行，即Y方向的相關數據。圖4.4SGMSH型伺服電機外形尺寸圖5進給系統的裝配5.1床身床身由高強度低應力鑄鐵鑄成，滑板、工作臺、立柱等均裝在床身之上。床身上部固裝Y軸直線滾動導軌、Y軸滾珠絲杠和Y軸伺服電機。