数控铣床向进给专业系统设计.doc

XK718数控铣床Y向交流伺服进给系统设计 摘要：本文重要设计X718数控铣床Y向交流伺服进给系统设计某些，机械构造采用交流伺服电机与滚珠丝杠直接相连方式，其控制方式采用交流伺服驱动系统半闭环控制。在对进给系统机械构造进行设计过程中，重要对滚珠丝杠螺母副和直线滚动导轨副进行了计算、校核，保证了机械传动部件精度和刚度；通过计算，选取了电气驱动某些，涉及交流伺服电机和与之匹配伺服单元. 滚动直线导轨；滚珠丝杠螺母副选用汉江机床厂提供外循环双螺母凸出式双螺母对旋预紧滚珠丝杠。核心词:半闭环控制，直线滚动导轨；滚珠丝杠螺母副；交流伺服电机；目 录X718数控铣床Y向交流伺服进给系统设计1目 录2引 言31.数控铣床概述41.1 数控机床产生和发展41.1.1数控机床产生41.1.2数控系统发展51.3 数控机床发展趋势91.4 数控铣床重要功能及特点91.5数控铣床分类和应用：101.5.1 数控铣床分类：101.5.2 数控铣床应用102.数控铣床总体设计112.1拟定立式数控铣床总体目的112.2 拟定机床总体布局112.2.1机床运动分派112.2.2机床构造布局112.2.3机械系统传动、支承、导向方式123.X718进给系统设计123.1铣削工件时铣削力计算133.1.1铣削抗力分析133.1.2进给工作台工作载荷计算143.1.3一方面初步估算工作台重量153.1.4铣削用量选取153.1.5铣削力计算163.2导轨设计与选型173.2.1导轨概述173.2.2滚动直线导轨副计算193.3滚珠丝杠螺母副选型与计算213.3.1滚珠丝杠螺母副概述213.4电机设计选用273.5进给传动系统动态特性分析293.6驱动电动机与滚珠丝杠连接314.X718CNC 数控系统设计34 4.1控制系统总体方案拟定与控制系统选定.345.位置检测元件选取.36 5.1位置检测元件概述36 5.2位置检测元件选取36 5.3位置检测元件参数简介37参照文献39 引 言制造业是一种国家或地区经济发展重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场竞争归根究竟是各国制造生产能力及机械制造装备竞争。随着社会生产和科学技术发展，机械产品性能和质量提高。产品更新换代也不断加快。因而对机床不但规定迅速适应产品零件换代有教高精度和生产率，并且应有教高精度和生产率，生产需要促使数控机床产生。随着电子技术，特别是计算机技术发展，数控机床迅速发展起来。数控机床进一步设计必要性可以解决形状复杂小批零件加工问题，稳定加工质量和提高生产率。但是由于受其他条件限制，例如价格、精度等问题。因此设计改造数控机床进给系统是刻不容缓。数控机床进给传动系统设计，其中涉及进给系统轴向负载计算，导轨设计与选型，滚珠丝杠螺母副选型计算，进给传动系统动态特性分析误差计算，驱动电动机选型计算，驱动电动机与滚珠丝杠连接等等。通过这次课程设计，可以达到如下目：1，培养综合运用专业基本知识和专业技能来解决工程实际问题能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作基本训练,提高工程绘图、计算、数据解决、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面能力；4，培养对的设计思想和工程经济观点，理论联系实际工作作风，严肃认真科学态度以及积极向上团队合伙精神。 1.数控铣床概述数控铣床是一种加工功能很强数控机床，当前迅速发展起来加工中心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床基本上产生，两者都离不开铣削方式。由于数控铣床工艺最复杂，需要解决问题诸多，因而，当前人们在研究和开发数控系统及自动编程语言软件时，也始终把铣削加工作为重点。1.1 数控机床产生和发展随着社会生产和科学技术迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且规定频繁改型，特别是在宇航、造船、军事等领域所需机械零件，精度规定高，形状复杂，批量小。加工此类产品需要经常改装或调节设备，普通机床或专用化限度高自动化机床普通 不能适应这些规定。为理解决上述问题，一种新型机床数控机床应运而生。这种新型机床具备适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等长处。她综合应用电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械构造等多方面技术成果。1.1.1数控机床产生世界上第一台成功研制数控机床是一台三坐标数控铣床，于1952年由美国帕森斯公司和麻省理工学院合伙完毕。早在1948年，美国在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板技工机床任务时，就提出了研制数控机床初始设想。1949年，在美国空军部门支持下，帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室合伙，开始从事数控机床研制工作。通过三年时间研究，于1952 年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理直线插补三坐标持续控制铣床。其控制装置由各种电子管构成，占用一种普通实验室那么大。这台数控铣床诞生，标志着机械制造数字控制时代开始。1.1.2数控系统发展数控机床发展是随着数控技术发展而发展。数控系统发展经历了电子管分立式晶体管小规模集成电路大规模集成电路小型计算机超大规模集成电路微机式数控系统等几种发展阶段。20世纪90年代以来，数控系统朝着以通用微机为基本、体系构造开放和智能化方向发展。以上三代数控系统是由计算机硬件和软件构成，运用存储器里软件控制系统工作，因而称为CNC系统或软件控制系统。这种系统容易扩大功能，柔性好，可靠性高。1.2 国内数控技术发展概况1.2.1数控技术再国民经济中重要地位数控技术是用数字信息对机械运动和过程进行控制技术，是20世纪后半叶最重要，发展最快工业技术之一，它以制造过程为对象，以信息技术为手段，以数字坐标方式对运动部件进行位置控制为重要特性，为单件小批量生产自动化开辟了可行技术途径，也为当代柔性制造技术奠定了重要技术基本。数控机床是以数控技术为代表新技术对老式制造业和新兴制造业渗入形成机电一体化产品，其技术覆盖诸多领域。其中，精密机械制造技术，信息解决、加工、传播技术，自动控制技术，伺服驱动技术，传感器及检测技术和计算机技术是数控技术涵盖重要领域。数控机床还是运用高新技术对老式产业进行改进和提高重要载体。以信息化带动工业化，实现社会生产力跨越式发展，将在一定限度上取决于数控机床技术进步。它代表着装备工业技术水平和当代化限度。而装备工业技术水平和当代化限度决定着整个国民经济水平和当代化限度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空航天等国防工业产业）使能技术和重要装备。数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心技术。当前世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场适应能力和竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资，不但采用重大办法来发展自己数控技术及其产业，并且在“高、精、尖”数控核心技术和装备方面对国内实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位重要途径。1.2.2 国内数控机床发展历程与成就国内从1958年开始研究数控机床，始终到20世纪60年代中期还处在研制、开发时期。当时，某些高校和科研单位研制出实验性样机，是从电子管数控系统起步。1965年开始研制晶体管数控系统。从20世纪70年代起，数控技术在车、铣、锉、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，加工中心在上海、北京研制成功。但是，由于元器件质量差和产品制造工艺水平低等因素，数控系统可靠性、稳定性未得到解决，未能广泛推广。在这一时期，数控线切割机由于构造简朴、使用以便、价格低廉，在模具加工中得到推广。 直线控制、点位控制数控车床、数控铣床和加工中心开始在生产中应用。20世纪80年代，国内从日本FANUC公司引进了3,5,6,7等系列数控系统和直流伺服电动机、直流主轴伺服电动机等制造技术，还引进了美国GE公司MCI系统和交流伺服系统、德国SIEMENS公司VS系列晶闸管调速装置，并进行了商品化生产。这些系统功能齐全、可靠性高，得到了推广应用，推动了国内数控机床稳定发展，使国内数控机床在性能和质量上产生了一种质奔腾。在这期间，国内在引进、消化国外技术基本上进行了大量开发工作。国内数控机床品种有了较大发展，品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂大型数控机床、重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外当代制造技术发展，北京机床研究所还研制出了JCS-FMS-1型和JCS-FMS-2型柔性制造单元和柔性制造系统。改革开放近30年来，国内数控机床产业获得了举世瞩目成就。特别是“十五”期间，数控机床发展进人了快车道。国家关于部门记录数字表白，“十五”是国内机床工具行业发展最快五年。，国内机床工具行业产品销售收人1 032亿元，大概是507亿元2倍，平均年增长约19；，全国金属切削机床产量为39万台，大概是17万台23倍，平均年增长约23写。机床工具行业主导产品数控机床发展速度远高于机床工具全行业平均发展速度。国产数控金属切削机床年产量从“九五”筹划末期几千台，增长到17 521台,年24 803台，36 813台，51 861台，其中产量大概是产量3. 7倍，平均年增长约39。金属加工机床产值数控化率从26. 2提高到327，形成了一批数控机床生产主导公司，数控机床年产量超千台公司有14家，其产量共计占全行业数控机床总产量50以上，其中数控机床产量最高一家公司年产量达6 000多台。持续几年来数控机床产量迅速上升，也带动了出口，全行业数控金属加工机床出口14 404台。数控机床年产量已经突破原国家经贸委发布到全国数控机床产量达到25 000-30 000台奋斗目的。数控机床品种也从“九五”期间128种发展到当前1 500各种。国产数控机床产品大某些达到了国际20世纪90年代初期或中期水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。不但如此，“十五”期间，国内在高品位数控机床核心技术研究方面获得重大突破。当前，国内在普及型数控机床技术上已经成熟，还基本掌握了多（五）坐标联动核心技术。这不但打破了国外技术封锁，并且使该技术进人实用性阶段。北京机电研究院为东方汽轮机厂开发五轴联动加工中心，已在东方汽轮机厂实际应用，不但完全满足了汽轮机叶片加工质量规定，并且其加工效率可与进口机床媲美，但其价格仅为进口机床三分之一。复合加工技术研究也获得很大成绩，国内研制成功五轴联动车铣复合加工中心、五轴五面加工中心、双主轴车削中心等均已实现商品化。国内高速加工技术研究与应用获得重要进展。其中在直线电动机应用技术研究方面，基本掌握了负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等某些核心技术，弥补了国内在直线电动机应用技术领域空白，进一步缩短了与国外差距。此外，国内还完毕了10 000-18 000 r/min高速主轴单元产品开发和加工制造工艺研究，并在国产加工中心上应用。超精密加工（亚微米）技术和装备研究也获得突破，北京机床研究所研制超精密加工和纳米加工技术与装备已达到世界领先水平，打破了国外对国内技术封锁。当前，数控机床在国内国民经济各行各业发挥着越来越重要作用，数控机床已经成为公司技术改造一方面设备之一。国内已经成为数控机床生产大国、消费大国和进口大国。国民经济各个行业需要大量数控机床开发人才和应用人才。1.2.3.国内数控机床发展存在问题与对策当前，国外数控技术发展不久，呈现出高速度、高精度、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化和环保化发展态势。与国外数控技术发展相比，国内数控技术发展依然存在着较大差距，重要体当前如下四个方面。(1)在技术水平上，国外对加工中心研究已经转向高速、精密、多轴、复合、智能和环保等技术研究。国内加工中心总体技术水平与国外同类产品先进水平相比大概落后10-，在“高、精、尖”技术方面则更大。 (2)在产品构造上，高品位市场（即高速、精密、多轴、复合加工中心市场）基本上被美国、日本和欧洲发达工业国家所垄断，国内开发五轴联动数控机床、复合加工中心、高速加工中心等产品，虽然已经投人使用，但多数产品与商品化尚有一段距离，并且在技术水平和性能参数上与欧、美、日等地产品尚有较大差距。低端市场（即普及型数控机床市场）受到周边日本、韩国和国内台湾地区产品冲击较大，形成激烈竞争。近年来，国产数控机床产量小、进口产品量大局面始终存在。 (3)产品开发能力上，国内生产公司缺少对产品竞争前数控技术深人研究与开发，特别是对加工中心应用领域拓展力度不强，集中体当前：产品开发能力较弱，对产品原则规范研究、制定滞后，技术创新能力不强。导致开发出产品技术先进性不明显，市场针对性不强，缺少市场竞争力。 (4)产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小。从总体上看，加工中心还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及配套能力较低；产品质量不高，重要体当前可靠性不高，商品化限度局限性，核心功能部件没有自己配套主渠道；数控系统推广应用还不够等等。这些问题已经引起了国家关于部门高度注重，并正在采用办法加以改进。6月，国务院发布了关于加快振兴装备制造业若干意见）（如下简称意见），装备制造业得到了国家前所未有注重，意见将在三个方面重点下四点: 第一，加快开发高档数控机床品种，缩短与世界先进水平差距，提高国内机床工具行业整体水平，对市场急需高档数控机床品种，要集中力量，重点突破，加大科技投人，加强基本研究和开发研究，提高原始创新和集成创新能力，掌握一批高档数控核心产品开发核心技术，推出一批高档数控机床品种，满足重点顾客急需，精心哺育高档数控机床市场。 第二，积极增进功能部件产业化，哺育一批功能部件龙头公司，加大政策支持力度，重点发展高档数控系统、高速主轴单元、精密滚动功能部件、动力刀架、精密转台、高速导轨防护装置等高水平功能部件，加快产业化进程，哺育国产品牌，实现功能部件与数控机床同步发展。 第三，进一步发展普及型数控机床，国内普及型数控机床技术已经成熟，产业化迫在眉捷，急需进一步提高可靠性和质量，及时供应市场，提高产业集中度，实现稳定、可靠、迅速地满足市场，以提高制造能力和生产集中度为重点，支持骨干公司迅速发展。 第四，努力提高国产数控机床市场占有率，是“十一五”期间行业发展重中之重，要从质量、可靠性、服务等方面入手，创品牌、扩市场、挡进口、争出口，争取在五年内使国产数控机床国内市场占有率有较大提高。 意见切中了国内数控机床发展中核心问题，为发展国产数控机床提供了良好政策环境。毫无疑问，随着意见贯彻实行，近年来困扰国内机床工具行业发展数控机床产业化和自主开发能力偏低问题，将得到一定限度解决，国产数控机床在国内市场占有率长期不高局面将被扭转。高等学校作为国家各类人才培养基地，为装备制造业培养急需数控机床开发与应用人才，是义不容辞责任。1.3 数控机床发展趋势随着科学技术发展，制造技术进步，以及社会对产品质量和品种多样化规定越来越强烈。中、小批量生产比例明显增长，规定当代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本自动化加工设备。同步，为了满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基本设备，也规定数控机床向更高水平发展。当前，数控机床技术呈现如下发展趋势：（1） 高精度化；（2） 运动高速化；（3）柔性化；（4）高自动化；（5）高可靠性；（6）智能化；（7）复合化；（8）网络化；（9）开放式体系构造。1.4 数控铣床重要功能及特点数控铣床可分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各种铣床合用数控系统不同，其功能也不尽相似。除各有其特点之外，常具备下列重要功能： 点位控制功能； 持续轮廓控制功能； 刀具半径自动补偿功能； 刀具长度补偿功能； 镜像加工功能； 固定循环功能； 特殊功能 。 具备自适应功能数控铣床可以在加工过程中把感受到切削状况变化，通过适应性控制系统及时控制机床变化切削用量，使铣床及刀具始终保持最佳状态，从而可获得较高切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命。数控铣床重要特点：（1） 高柔性及工序复合化；（2） 加工精度高；（3）生产效率高；（4）减轻操作者劳动强度。1.5数控铣床分类和应用：1.5.1 数控铣床分类： 按运动方式分：（1）点位控制数控铣床 (2）直线控制数控铣床（3）轮廓控制数控铣床；按控制方式分：(1）开环控制数控铣床(2）闭环控制数控铣床(3）半闭环控制数控铣床；按主轴布局形式分：（1）立式数控铣床：（2）卧式数控铣床（3）立卧两用式数控铣床等等1.5.2 数控铣床应用数控铣床重要用于加工平面和曲面轮廓零件，还可以加工复杂型面零件、样板、模具、螺旋槽等。同步也可以进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工，但因数控铣床不具自动换刀功能，因此不能完毕复杂孔加工。数控铣床重要应用于汽车制造业、模具制造业、机床制造业、航空航天业、造船业、军事工业及其她行业2.数控铣床总体设计2.1拟定立式数控铣床总体目的本课题设计立式数控铣床可以铣削平面和沟槽，也可加工空间曲面；若将铣刀换成钻头或绞刀，则可加工光孔或螺纹孔。铣床重要技术参数如下：工作台工作面尺寸（长宽） 工作台X向最大行程 工作台Y向最大行程 工作台T型槽数 3工作台T型槽宽 18mm 工作台T型槽间距 90mm 迅速移动速度（X、Y轴） 6m/min 最小辨别率 0.005mm定位精度 0.015mm重复定位精度 0.006mm2.2 拟定机床总体布局2.2.1机床运动分派本课题拟解决问题思路是参照XK7132型立式铣床和TH5632C型立式加工中心机床总体布局、机械传动某些、进行优化组合，设计出精度高、灵活性强立式数控铣床。由于工作台尺寸较大，可加工较重或尺寸较高工件，故机床运动分派如下：主运动：刀具旋转运动；进给运动：工作台X、Y方向进给运动和铣刀头带着刀具Z方向垂直进给运动；2.2.2机床构造布局本机床采用床身框式立柱“L” 型构造形式，主轴箱装在框式立柱中间，设计成对称形构造。框式立柱布局要比单立柱少承受一种扭转力矩和一种弯曲力矩，因而受力后变形较小，有助于提高加工精度；框式立柱布局受热与热变形是对称，因而，热变形对加工精度影响小。 Y向滑座相对于机床床身作进给运动，X向座相对于Y向作进给运动，工作台固定在X向座上，工作台不做垂直方向运动；主轴箱沿框式立柱在沿垂直导轨上下移动。由于机床尺寸较大，为了以便操作者操作与观测，将人机界面设立为吊挂按钮站。 2.2.3机械系统传动、支承、导向方式1.机床进给系统传动方案机床X、Y方向进给系统分别采用交流伺服电机驱动，通过电机与滚珠丝杠直接相连，将旋转运动转化为直线进给运动其传动机械装置如图2.1所示。这种传动方案采用负载能力强交流伺服电机，直接通过丝杠带动工作台进给，传动链短，刚度大，传动精度高，是当代数控机床进给传动重要构成形式。图2.1 进给传动机械装置2.机床进给系统支承、导向方式。X方向进给系统由Y方向进给系统支承，采用一端固定、一端支撑方式支承，固定端选用一对背对背安装角接触球轴承，支撑端选用一对深沟球轴承。本机床属于中型机床，导向方式采用矩形导轨，矩形导轨承载能力高，制造以便。本设计选用线性滚动导轨。3.X716进给系统设计 在当代数控机床中，为得到高速下平稳运营，并具备较高定位精度且防止爬行，规定进给系统中机械传动装置和元件具备较高敏捷度，低摩擦阻力和动、静摩擦系数之差以及高寿命等特点，而滚动导轨和滚珠丝杠螺母副能较好满足这些规定。因而本工作台设计采用了滚动导轨加滚珠丝杠螺母副组合。3.1铣削工件时铣削力计算3.1.1铣削抗力分析铣削运动特性：主运动为铣刀绕自身轴线高速旋转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（铣键槽时，可使键槽铣刀沿轴线进给）。铣刀类型诸多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。圆柱铣刀和端铣刀切削某些都可以看做车刀刀头演变，铣刀每一种刀齿相称于一把车刀。它切削基本规律与车削相似，所不同是铣刀回转，刀齿数多。普通假定铣削时铣刀受到铣削抗力是作用在刀齿某点上，如图1所示。设刀齿上受到铣削抗力合力为F,将F沿铣刀轴线、径向和切向进行分解，则分别为轴向铣削力F、径向铣削力F，和切向铣削力F二。切向铣削力F二是沿铣刀主运动方向分力，它消耗铣床主电动机功率（即铣削功率）最多。因而，切向铣削力F二可按铣削功率 (kW)或主电动机功率（kw）算出。 式中:v机床主轴计算转速（主轴传递所有功率时最低切削速度,m/s)；m机床主传动系统传动效率，普通取，m0.8。 图3.1 铣削抗力及工作台上载荷 3.1.2进给工作台工作载荷计算 作用在进给工作台上合力F与铣刀刀齿受到铣削抗力F合力大小相似、方向相反，如图所示。合力F就是设计和校核工作台进给系统时要考虑工作载荷可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台纵向进给方向载荷F1，工作台横向进给方向载荷Fc，工作台垂直进给方向载荷Fv。 进给工作台工作载荷F1、Fc和Fv与切向铣削力Fz之间有一定经验比值（见表1）。因而，计算出Fz后，即可计算出进给工作台工作载荷F1、Fc和Fv。 表3.1工作台工作载荷与切向铁削力经验比值 在表2-1中，表达铣削宽度（mm），它是铣削用量要素之一，是垂直于铣刀轴线测量切削层尺寸从图2-3可知，圆柱铣削时，为待加工表面与已加工表面之间垂直距离；端铣时，恰为工件宽度，不是待加工表面与已加工表面之间离。 图3.2顺铣与逆铣图3.2表达圆柱铣顺铣和逆铣不同方式。顺铣时，纵向进给方向载荷F1与进给方向一致，垂直进给方向载荷Fv向下,逆铣时方向相反。 图3.2表达对称端铣和不对称端铣。对称端铣分有顺铣和逆铣之分。在表1中，d。表达圆柱铣刀直径或端铣刀直径（mm）,表达每齿进给量（mm/齿），即铣刀每转一种齿间角时工件与铣刀相对移动量。每齿进给量、每转进给量f 和工作台进给速度 三者之间关系为 mm/min式中：Z-铣刀齿数；n-铣刀转速（r/min）3.1.3一方面初步估算工作台重量 一方面要初步估算工作台重量及铣削工件最大切削力才干进行设计。X轴方向移动工作台尺寸：长宽高为900600 80 ,重量约为3302.2N，最大行程630mm ；Y轴方向移动工作台尺寸：长宽高为300 300 80 ,重量约为550.368N，最大行程400mm ；设夹具及工件质量约为200Kg，重量约为1960N ；则XY工作台总质量约为480.83kg,总重量约为5812.573N（涉及夹具及工件）。3.1.4铣削用量选取铣削用量选取原则：一方面应尽量取较大切削深度及切削宽度然后尽量取较大每齿进给量，最后才尽量取较大铣削速度。粗铣时余量大，加工规定低，重要考虑铣刀耐用度及铣削力影响；而精铣时余量小，加工规定高，重要考虑加工质量提高。1.铣削深度选取（1）当工件表面规定光洁度为时，普通铣削无硬皮钢料时，；铣削铸钢或铸铁时。（2）当工件表面规定光洁度为时,可分粗铣、半精铣、两步铣削。粗铣后留余量。（3）当工件表面规定光洁度为时,可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削。半精铣，精铣左右。2.每齿进给量选取当铣削深度选定后，尽量取较大每齿进给量。粗铣时限制每齿进给量是铣削力及铣刀容屑空间大小，当工艺系统刚性俞好及铣刀齿数愈少时，可获得愈大；半精铣及精铣时限制每齿进给量是工件表面光洁度。光洁度规定愈高，应俞小。3.1.5铣削力计算铣床通惯用于铣削平面和沟槽。铣刀又分为圆柱铣刀、立铣刀、盘形铣刀、端铣刀、半圆弧铣刀、T形槽铣刀。其中用立铣刀铣削沟槽时铣削力最大，故按用立铣刀铣削沟槽时计算铣削力。铣削力与铣刀材料、铣刀类型、工件材料硬度、铣削宽度、铣削深度、每齿进给量、铣刀直径、铣刀齿数关于。可按金属切削原理及应用中公式进行计算： 铣削沟槽时采用粗齿高速钢立铣刀，按工件材料为碳钢来设计。查金属切削手册，选取铣削用量为铣刀直径，铣刀齿数，铣削宽度，每齿进给量，铣削深度，铣刀切削速度。采用端面铣刀在主轴上计算转速下进行强力切削，主轴具备最大扭矩，并能传递主电动机所有功率。 由得： 故主切削力分解到Y方向上分力是：3.2导轨设计与选型 3.2.1导轨概述导轨重要用来支撑和引导运动部件沿一定轨道运动。在导轨副中，运动一方称为动导轨，不动一方称为支承导轨。动导轨相对于支承导轨运动，普通作直线运动和回转运动。 1.对导轨规定1)导向精度高导向精度重要是指引轨沿支承导轨运动直线度和圆度。影响导向精度重要因素有导轨几何精度、导轨接触精度、导轨构造形式、动导轨及支承导轨刚度和热变形，尚有装配质量。导轨几何精度综合反映在静止或低速下导轨导向精度。直线运动导轨检查内容重要是：导轨在垂直平面内直线度，导轨在水平平面内直线度，在水平面内两条导轨平行度。例如：导轨全长为20 m龙门刨床，其直线度误差为0.02/1 000，在导轨全长范畴内为0. 08 mm。圆周运动导轨几何精度检查内容与主轴回转精度检查办法相类似，用导轨回转时端面跳动和径向跳动表达。例如：最大切削直为4m立车，其允差规定为0. 05 mm.2)耐磨性好及寿命长导轨耐磨性决定了导轨精度保持性。动导轨沿支承导轨长期运营会引起导轨不均匀磨损，破坏导轨导向精度，从而影响机床加工精度。例如：卧式车床铸铁导轨，若构造欠佳、润滑不良或维修不及时，贝。接近床头箱一段前导轨，每年磨损量达0.2-0.3mm，这样就减少了刀架移动直线度及对主轴平行度，加工精度也就下降了。与此同步，也增长了溜板箱中开合螺母与丝杠同轴度误差，加剧了螺母与丝杠磨损。3)足够刚度导轨要有足够刚度，保证在载荷作用下不产生过大变形，从而保证各部件间相对位置和导向精度。4)低速运动平稳性在低速运动时，作为运动部件动导轨易产生爬行。进给运动爬行将提高被加工表面表面粗糙度值，故规定导轨低速运动平稳，不产生爬行，这对于高精度机床特别重要。5)工艺性好设计导轨时，要注意到制造、调节和维护以便，力求构造简朴、工艺性和经济性好。2.对导轨技术规定1)导轨精度规定 滑动导轨，不论是V一平型还是平一平型,导轨面平面度普通取0. 01-0.015 mm，长度方向直线度普通取0.005-0.01 mm；侧导向面直线度取0.01-0.015 mm，侧导向面之间平行度取0.01-0.015mm，侧导向面对导轨底面垂直度取0.005-0.01mm.镶钢导轨平面度必要控制在0005-001 mm如下，其平行度和垂直度控制在0.01mm如下。2)导轨热解决数控机床开动率普遍都很高，这就规定导轨具备较高耐磨性，以提高其精度保持性。为此，导轨大多需淬火解决。导轨淬火方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用较多是前两种方式。铸铁导轨淬火硬度，普通为50-55 HRC，个别规定57 HRC；淬火层深度规定经磨削后应保存1.0-1. 5 mm. 镶钢导轨，普通采用中频淬火或渗氮淬火方式，淬火硬度为58-62 HRC，渗氮层厚度为0. 5 mm.2导轨类型和特点导轨分类办法有各种：按运动轨迹可以分为直线导轨和圆导轨，按工作性质可分为主运动导轨、进给导轨和调节导轨，按受力状况可以分为开式导轨和闭式导轨，按摩擦性质可以分为滑动导轨和滚动导轨。下面一方面简介直线滑动导轨关于内容: 1.直线滑动导执截面形状直线滑动导轨有若干个平面，从制造、装配和检查来说，平面数量应尽量少。惯用直线滑动导轨截面形状有矩形、三角形、燕尾形和圆形,各个平面所起作用也各不相似。在矩形导轨和三角形导轨中,M面重要起支承作用，N面是保证直线移动精度导向面,J面是防止运动附件抬起压板面；在燕尾形导轨中,M面起导向和压板作用，J面起支承作用。依照支承导轨凹凸状态，又可以将导轨提成凸形导轨和凹形导轨。其中，凸三角形导轨称为山形导轨，凹三角形导轨称为v形导轨。凸形导轨不易存储润滑油，但易清除导轨面切屑等杂物。凹形导轨易存储润滑油，但易落人切屑和杂物，必要设防护装置。3.2.2滚动直线导轨副计算1. 作用于滚动直线导轨副载荷计算 由于滚动直线导轨副特殊构造，使其具备垂直向上、向下、左右和水平四个方向额定载荷相等，且额定载荷大，刚性好，三个方向抗颠覆力矩能力大特点，滚动导轨受力分析见图3.3。下层工作台承载重约为5812.573N 341 W 图3.3 滚动导轨受力分析图 3.6 3.7 3.8 3.9 将已知数据代入上式得： 载荷成分段变化，其计算载荷： 3.10 式中：相应行程内载荷 ； 分段行程 ； 全行程等于；2. 滚动直线导轨副额定寿命（1）额定寿命计算公式为： 3.1式中： L额定寿命 ； C额定动载荷 ； 计算载荷 ； 温度系数 取1.0 ； 接触系数 取0.81 ； 精度系数 取1.0 ； 载荷系数 取1.5 ；硬度系数 取1.0 ； （2）寿命时间计算： 当行程长度一定，以小时为单位额定寿命： 3.12 式中： 行程长度 ； L额定寿命 ； 每分钟往复次数 ； 3.13 普通状况下，滚动直线导轨副预期寿命取0小时，则： 3.14 由 得 3.15 取 则：查汉江机床公司生产HJ-D系列线性滚动导轨产品样本，其HJ-D系列中DA20A型滚动导轨C=1260kgf=12.348KN，满足规定 。3.3滚珠丝杠螺母副选型与计算3.3.1滚珠丝杠螺母副概述数控机床给传动系统中，将旋转运动转化为直线运动办法诸多，采用滚珠丝杠螺母副是惯用办法之一。1.滚珠丝杠螺母副及工作原理及特点1) 滚珠丝杠螺母副工作原理滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能互相转换新型传动装置其构造如图3.4所示。在丝杠3和螺母1上均有半圆弧半圆弧形螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道4,将几圈螺旋滚道两端连接起来构成封闭螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠2.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(或滚珠丝杠）轴向移动。2)滚珠丝杠螺母副特点:(1)传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠图4滚珠丝杠螺母副构造原理 螺母副传动效率为0. 92-096，比普通丝杠（梯形丝杠）高3-4倍。因而，功率消耗只相称于普通丝杠1/4-1/3。 (2)若予以恰当预紧，可以消除丝杠和螺母之间螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠定位精度高，刚度好。 (3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高。(4)具备可逆性，既可以从旋转运动转换成直线运动，也可以从直线运动转换成旋转运动。也就是说，丝杠和螺母都可以作为积极件。 (5)磨损小，使用寿命长。(6)制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件加工精度规定高，表面粗糙度也规定高，故制导致本高。(7)不能自锁。特别是垂直安装丝杠，由于其自重和惯性力作用，下降时当传动吻断后，不能及时停止运动，故需要增长制动装置。3.3.2滚珠丝杠螺母副选型与计算 1.滚珠丝杠精度选取 1)滚珠丝杠精度级别 国标GB/T 175873-1998将滚珠丝杠分为定位滚珠丝杠副(P型）和传动滚珠丝杠副（T型）两大类。滚珠丝杠精度级别分为7个级别，即1、2,3,4,5,7,10级，1级精度