数控机床进给传动系统设计方案分析样本.doc

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题 目

函授站（学习中心）北京学习中心
专业 06 级（春、秋）层次
学 生 姓 名
指 导 教 师

年 月 日

目 录
第一章 概述
1.1数控机床概念···································
1.2 数控机床组成份类及特点························
1.3 数控机床发展趋势及现实状况························
1.4 CK516立式数控车床总体方案设计················
1.5 本设计关键内容和方法·························
第二章 纵向进给传动系统总体方案确实定
2.1 进给传动系统组成及其原理····················
2.2进给传动控制伺服系统选择····················
2.3进给驱动电动机类型确实定······················
2.4确定脉冲当量··················
2.5进给系统传动要求及传动类型选择·······
2.6电机和丝杠联接方法选择·······················
2.7 进给系统部分其它要求························
第三章 伺服电动机具体计算选择
3.1电动机选型要求······························
3.2 电动机工作方法确实定·························
3.3 电动机型号确实定·····························
3.4运动部件惯量及扭矩计算·······················

第四章 滚珠丝杠螺母副计算和选型
4.1 滚珠丝杠螺母副种类·············
4.2 滚珠丝杠支承方法确实定············
4.3 计算进给牵引力Fm(N)·············
4.4 计算最大动负载 C···············
4.5 滚珠丝杠螺母副选型·············
4.6 传动效率计算·································
4.7 稳定性校核··················
第五章 联轴器具体确定
5.1联轴器种类和特征··············
5.2联轴器选择标准···············
5.3联轴器型号确实定···············
  第六章 进给系统其它部件确实定及机床噪声控制
6.1导轨确实定··································
6.2刀架选择

6.3机床噪声控制······························

结 论·······································

第一章 概述1.1数控机床概念
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术产物，是技术密集度及自动化程度很高经典机电一体化加工设备。它和一般机床相比，其优越性是显而易见，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度极高，可减轻工人体力劳动强度，大大提升了生产效率，尤其值得一提是数控机床可完成一般机床难以完成或根本不能加工复杂曲面零件加工，所以数控机床在机械制造业中地位愈来愈显得关键。
1.2 数控机床组成份类及特点
1.2.1 数控机床组成
数控机床通常由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。
1.控制介质：以指令形式记载多种加工信息；
2.数控装置：接收输入加工信息，经数控装置运算处理，向伺服系统发出对应脉冲；
3.伺服系统：把数控装置脉冲信号转换成机床运动部件机械位移；用于实现数控机床进给伺服控制和主轴伺服控制。
4.机械系统：包含，主轴部分、进给系统、刀库和自动换刀装置(ATC)、自动托盘交换装置(APC)等。
1.2.2 数控机床分类数控机床品种和规格繁多，分类方法不一。依据不完全统计，现在已经有近500种数控机床。
依据数控机床功效和组成，通常分为以下几类：
按坐标轴数分类：通常数控机床，数控加工中心机床，多坐标轴数控机床；
按特点分类：点位控制数控机床，直线控制数控机床，轮廓控制数控机床；
按有没有测量装置分类：开环数控系统，半闭环数控系统，闭环数控系统；
按功效水平分类：经济型，普及型，高级型。
1.2.3 数控机床特点
数控机床很好地处理了复杂、精密、小批、多变零件加工问题，是一个灵活、高效能自动化机床，尤其对于约占机械加工总量80%单件、小批量零件加工，更显示出其特有灵活性。概括起来，数控机床有以下几方面特点：
1.提升加工精度，尤其提升了同批零件加工一致性，使产品质量稳定；
2.提升生产效率，通常约提升效率3-5倍，使用数控加工中心机床则可提升生率5-10倍；
3.可加工形状复杂零件；
4.减轻了劳动强度，改善了劳动条件；
5.有利于生产管理和机械加工综合自动化发展。
1.3 数控机床发展趋势及现实状况
1.3.1 数控机床在中国发展趋势及现实状况
中国是世界上机床产量最多国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使中国市场也面临着严峻形势，首先中国市场对各类机床产品尤其是数控机床有大量需求，而其次却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场。90年国外数控机床在中国市场拥有率仅达15%左右，而95年已达77%。严重影响中国数控机床自主发展势头。
这种现象出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个关键原因是中国生产数控机床品种、性能和结构不够优异，新产品(包含基型、变型和专用机床)开发周期长，从而不能立即针对用户需求提供满意产品。具体地说，这个问题反应在下列五个方面：
1.中国机床厂现在开发基型产品周期约为15～18个月，其中设计时间约为5～8个月，占总周期40%左右。而国外部分优异机床厂同类基型产品开发周期为6～9个月，其中设计约1.5～2个月，只占25%。所以不管是产品开发总周期还是设计所占时间百分比均和国外优异水平有很大差距。
2.中国工厂因为缺乏设计科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法和机床性能测试装置等)，自行开发新产品大多基于直观经验和类比设计，使设计一次成功把握性降低，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场良机。
3.用户依据使用需要,在订货时往往提出部分特殊要求，甚至在产品立即投产时有用户临时提出部分要求，这就需要快速变型设计和修改对应图纸及技术文件。在国外，这项修改工作在计算机辅助下通常仅需数天至一周，而在中国机床厂用手工操作就最少需1～2个月,且因为这些图纸和文件包含多个部门，常会出现漏改和失误现象，影响了产品质量和交货期。
4.现在中国工厂设计和工艺人员中青年占多数，她们专业知识和实际经验不足，又担负着开发重担。
5.因为长久以来形成设计、工艺和制造部门分立，缺乏有效协同开发模式，不能从制订方案开始就融入各方面正确意见,轻易造成产品反复修改，延长了开发周期。
为处理这些问题，必需对产品开发整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提升产品结构性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享产品虚拟开发环境,使用对应产品虚拟开发软件，这么才能有效地处理产品开发落后局面，使企业取得良好经济效益。
1.3.2 数控机床在国外发展趋势及现实状况
无人化，规模化生产对加工设备提出了高速度，高精度，高效率要求，交流伺服系统含有高响应，免维护（无碳刷，换向器等磨损元部件），高可靠性等特点，恰好适应了这一需求。比如，日本法努克企业，三菱电机企业，安川电机企业，德国西门子企业，aeg企业，力士乐indramat企业，美国抗体企业，通用电气企业等均前后在1984年前后将交流伺服系统付诸实用。进入20世纪90年代，微电子制造工艺日臻完善，使得DSP运算速度呈几何数上升，达成了伺服环路高速实时控制要求，部分运动控制芯片制造商还将电机控制所必需外围电路(如A/D转换器、位置/速度检测倍频计数器、PWM发生器等)和DSP内核集成于一体，使得伺服控制回路采样时间达成100?s以内，由单一芯片实现自动加、减速控制，电子齿轮同时控制，位置、速度、电流三环数字化赔偿控制。部分新控制算法如速度前馈、加速度前馈、低通滤波、凹陷滤波等得以实现。现在部分工业发达国家伺服系统生产厂家基础上均能够提供全数字交流伺服系统或能够和自己CNC系统相配套，如日本FANUC企业、三菱电机企业、安川电机企业、松下企业、山洋电机企业、德国Siemens企业、力士乐Indramat企业、Lenze企业、美国A.B企业、Kollmorgen企业、Relliance企业、Baldor企业、Pacific Scientific企业等。 
在1987年，由德国机床协会和德国电力电子协会联合提出数字驱动接口国际标准，即SERCOS(SerialReal-time Communication System串行实时通信系统)接口作为高性能运动控制系统闭环数据串行实时通信接口， 这两个协会将电机、驱动系统、CNC系统关键制造商组成一个联合工作组。最初加入SERCOS工作组企业有AEC、ABB、AMK、Banmuller、Bosch、Indramat、Siemens、Pacific Scientific等几家企业。和此同时，开发了对应ASIC芯片、SERCON816，传输速度为2/4/8/16 Mbit/s，SERCOS和其它串行现场总线相比，有效数据传输率高，比如Ethement以100Mbit/s速度传输数据时，有效数据传输率为5～10Mbit/s；SERCOS以16Mbit/s速度传输数据时，有效数据传输率为11Mbit/s。CAN(controller Area Network)用于运动控制时，必需提供额外存放缓冲器及信号管理资源，其成本大约是SERCOS接口2倍，另一个特点是它光纤噪声抑制能力强、传输可靠性高。
即使SERCOS接口初终是为CNC和数字伺服接口而开发，迄今已被广泛应用于通用运动控制器和数字伺服之间接口。现在已能满足在2ms内，使一台控制器和多达32个伺服系统实现数据通信。SERCOS为数字伺服网络化铺就了一条宽广大道，能够预见，在不远未来，带有SERCOS接口伺服系统将会进入家庭、办公室、工厂车间乃至各个和伺服应用相关领域。
1.4 CK516立式数控车床总体方案设计
CK516立式数控车床含有高转速、大扭矩、高刚性等特点，关键用于加工轮毂、刹车毂等各类短轴类、盘类零件，车削螺纹、圆弧、圆锥、回转体内外曲面、端面沟槽、钻、扩、铰等，适适用于形状复杂中小批量零件，和精度、尺寸一致性要求高大批量零件加工。CK516立式数控车床机械传动部分设计，能够分为主轴组件设计、主传动设计、变速箱中传动轴和齿轮设计、X、Z向进给伺服系统设计等小题目，由6名同学共同完成。我们6位同学经过调查研究，分析讨论，反复论证，最终确定了机床总体方案。1.机床总体尺寸参数选定
依据设计要求并参考实际情况，初步选定机床关键参数以下：
床身上最大回转直径 mm 800
最大车削直径 mm 600
最大车削高度 mm 600
主轴转速范围（四段无级） r/min 45-1000
主轴孔前端锥度 mm 120
主电机功率 kw 15
X/Z轴伺服电机 N.m 222.机床关键部件及其运动方法选定
(1) 主运动实现
采取主轴箱和变速箱分离传动布局。主传动由变频电机经四级变速箱、三角带窄V带传至主轴。
(2) 进给运动实现
机床进给运动均采取半闭环伺服控制，所以在X、Z两个方向上，进给运动均采取滚珠丝杠螺母副，其动力由伺服电机经过联轴器传输。
(3) 数字控制实现
控制系统采取FANUC-0i系统。
(5) 机床其它零部件选择
考虑到生产效率和生产经济性，机床附件如油管、行程开关等，和标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。
1.5 本设计关键内容和方法
本设计为纵向进给运动设计，设计内容关键包含：确定系统负载，确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩机计算，确定伺服电机等。
设计时要求电机和丝杠采取柔性连接，电机选择伺服电机对电机大小选择进行验证，对滚珠丝杠直径及支承形式选择进行强度较核。设计和生产实际相结合，既要满足理论要求，又要满足生产现实实际。设计应遵照先易后难、先局部后全局规律，确定设计步骤时，应把整个CK516立式数控车床Z向进给传动系统分成若干个子系统进行，待各系统基础合理后再互联完成全系统工作。设计产品应高效经济。本课题所设计进给系统是针对经济型中等数控车床，该系统设计成功一旦应用到生产实践中，将给中小规模加工厂输入新血液。显著提升生产力水平，减轻劳动强度，提升经济效益。
第二章 纵向进给传动系统总体方案确实定
2.1 进给传动系统组成及其原理
数控机床进给伺服系统是数控机床关键组成部分。通常由控制电路、电器驱动部件和实施部件组成。进给传动部件通常认为是从电机到工作台之间传动链。进给传动部件动态特征好坏直接影响到一台机床工作性能和加工精度。进给传动部件振动会影响进给系统定位精度。另外，机械传动部件设计好坏对进给伺服系统伺服性能影响也很大。现代数控机床日益向着高速、高效率、高精度方向发展。对机床进给传动部件设计要求也越来越高。
数控机床进给系统，和一般机床不一样。数控机床进给指令，来自数控系统，经进给电动机和驱动机构，使实施部件如刀架、工作台、主轴箱等按程序要求运动。进给传动系统性能在一定程度上决定了数控系统性能，决定了数控机床档次，所以，在数控技术发展历程中，进给驱动系统研制和发展总是放在首要位置。数控系统所发出控制指令，是经过进给驱动系统来驱动机械实施部件，最终实现机床正确进给运动。数控机床进给传动系统是一个位置随动和定位系统，它作用是快速、正确地实施由数控系统发出运动命令，正确地控制机床进给传动链坐标运动。它性能决定了数控机床很多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。

2.2进给传动控制伺服系统选择
1.开环伺服系统
开环伺服系统是数控机床中最简单伺服系统，实施元件通常为步进电机。开环进给伺服系统精度较低，速度也受到步进电动机性能限制。但因为其结构简单，易于调整，在精度要求不太高场所中得到较广泛应用。
2.闭环控制系统
因为开环系统精度不能很好地满足数控机床要求，所以为了确保精度，最根本措施是采取闭环控制方法。闭环控制系统是采取直线型位置检测装置对数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制位置伺服系统。
3.半闭环控制系统
采取旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同时器等）和伺服电动机根据反馈控制原理组成位置伺服系统，称作半闭环控制系统。半闭环控制系统检测装置有两种安装方法：一个是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一个是把角位移检测装置安装在电动机轴端。
依据需求，而且考虑到经济效益，故选择半闭环控制系统。

2.3进给驱动电动机类型确实定
早期数控机床采取电液伺服驱动较多，而现代数控机床基础上全部采取全电气伺服驱动系统。它可分为步进电机，直流伺服电动机和交流伺服电动机伺服驱动系统三类。
步进电动机：步进电动机是一个将脉冲信号变换成对应角位移(或线位移)电磁装置，是一个特殊电动机。通常电动机全部是连续转动，而步进电动机则有定位和运转两种基础状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定角度。步进电动机角位移量和输入脉冲个数严格成正比，在时间上和输入脉冲同时，所以只要控制输入脉冲数量、频率及电动机绕组通电相序，便可取得所需转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为A相、B相和C相，而转子则是一个带齿铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。假如在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当A、B、C三个磁极线圈依次轮番通电，则A、B、C三对磁极就依次轮番产生磁场吸引转子转动。
直流伺服电动机含有：①稳定性好；②转向取决于控制电压极性，控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止； ③响应快速，机械特征和调整特征全部是线性，而且不存在“自转”现象；④控制功率低，损耗小；⑤转矩大；⑥机械特征和调整特征全部是线性，而且不存在“自转”现象等特点。
交流伺服电动机：输出或输入为交流电能旋转电机，称为交流电机，它实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。交流伺服电动机机械特征是非线性，电容移相控制时非线性更为严重，而且斜率随控制电压改变而改变，这会给系统稳定和校正带来困难。机械特征很软，低速段更软，负载转矩改变对转速影响很大，而且机械特征软会使阻尼系数减小，时间常数增大。从而降低了系统品质。若交流伺服电动机设计参数选择不妥，或制造工艺不良，在单相状态下会产生“自转”而失控，而且其电动机转子电阻相当大，所以损耗大，效率低，电动机利用程度差。除此之外交流伺服电动机结构简单，维护方便，运行可靠，适宜于不易检修场所使用。
伺服电机是依据负载条件来选择。加在电机轴上负载关键有两种:负载扭矩和负载惯量，其中负载扭矩包含切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机额定扭矩，负载扭矩和加速扭矩之和应等于所选择电机最大扭矩。加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量匹配，同时还应考虑连续过载时间在所选电机许可范围内，负载快速运动时所需电机转速应在电机最高转速之内。这么可使电机在机床伺服系统中工作性能得以充足发挥。
从上述三种电动机比较可知，直流伺服电动机是自动控制系统中含有很高优越性。所以在CK516立式数控车床进给系统中使用直流伺服电动机。
2.4确定脉冲当量
脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲方法输出。一个脉冲所产生坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配基础单位，它是衡量数控机床加工精度一个技术参数。立式数控车床常采取脉冲当量是0.01～0.005mm/step。依据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step。
2.5进给系统传动要求及传动类型选择
2.5.1进给系统传动要求
数控机床进给传动装置精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件加工精度。为此，数控机床进给传动系统必需满足:（1）传动精度高；（2）摩擦阻力小；（3）运动部件惯量小。
2.5.2传动类型选择
数控机床进给传动系统基础传动方法常见有两种：滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。
1.滚珠丝杠螺母副
在数控机床上，将回转运动和直线运动相互转换传动装置通常采取滚珠丝杠螺母副。其特点是：传动效率高，通常为η=0.92～0.98；传动灵敏，摩擦力小，不易产生爬行；使用寿命长；含有可逆性，不仅能够将旋转运动转变为直线运动，亦可将直线运动变成旋转运动；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程；所以，在数控机床上得到了广泛应用，是现在中、小型数控机床常见传动方法。
2.静压丝杠螺母副
其特点是：摩擦系数小，仅为0.0005，；平稳性高；反向间隙小；不过，静压丝杠螺母副应有一套供油系统，而且对有清洁度要求高，假如在运动中供油忽然中止，将造成不良后果。
由以上比较，依据要求，纵向进给传动系统采取滚珠丝杠螺母副传动方法。
2.6电机和丝杠联接方法选择
滚珠丝杠螺母副和电动机联接型式关键有三种：
1.联轴器直联接
这是一个最简单连接型式.这种结构型式优点是:含有最大扭转刚度；传动机构本身无间隙,传动精度高,而且结构简单,安装、调整方便，适适用于像中小型号数控车床。联轴器采取挠性联轴器，它能赔偿因同轴度及垂直度误差引发“干涉”现象.采取这种挠性联轴器把电动机和丝杠直接联接，，不仅能够简化结构，降低噪声，而且能够消除传动间隙，能降低中间步骤带来传动误差,提升传动刚度。
2.经过齿轮联接
这种调整方法优点是能够在齿轮齿厚和周节改变情况下,保持齿轮无间隙啮合；不过结构比较复杂,轴向尺寸大、传动刚度低、传动平稳性较差，通常见于精度要求低机床中。
3.经过同时齿形带联接
同时齿轮带传动含有带传动和链传动共同优点,和齿轮传动相比它结构更简单,制造成本更低,安装调整更方便。而且传动不打滑、不需要大张紧力； 不过在同时齿形传动设计时对材料要求很高。
在满足机床要求前提下，经过对比本课题采取经过联轴器联接电机和丝杠副，这是一个简单联接形式含有大扭转刚度，制造成本低，传动精度高，而且结构简单，安装调整方便。
2.7 进给系统部分其它要求
滚珠丝杠副和其它滚动摩擦传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，所以必需装有防护装置。假如滚珠丝杠副在机床上外露，则应采取封闭防护罩，如采取螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管和折叠式套管等。安装时将防护罩一端连接在滚珠螺母侧面，另一端固定在滚珠丝杠支承座上。假如滚珠丝杆副处于隐蔽位置，则可采取密封圈防护，密封圈装在螺母两端。接触式弹性密封圈采取耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成和丝杠螺纹滚道相配形状；接触式密封圈防尘效果好，但因为存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采取硬质塑料制成，其内孔和丝杠螺纹滚道形状相反，并稍有间隙，这么可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应立即更换。另外对滚珠丝杠安装处应进行削边。
第三章 伺服电动机具体计算选择
在第二章初步确定了进给驱动电动机类型为：直流伺服电动机。现在具体确定其型号规格。
3.1电动机选型要求
伺服电动机选择是依据负载条件来进行，加在电动机轴上负载有负载转距和负载惯量两种，负载转距包含切削转距和摩擦转距。选择伺服电动机应能满足下述条件：
1.依据负载转距选择电机，负载转距应小于或等于电动机额定转距。最大切削负载转距不得超出电动机额定转距折算到电动机轴上最大切削负载转距。
2.电动机转子惯量应和负载惯量相匹配，通常要求转子惯量大于负载惯量。但也不是转子惯量越大越好，因转子惯量越大，总惯量就越大，加速性能受影响。为了确保足够角加速度，以满足系统反应灵敏度，将不得不采取转距过大电动机和它控制系统。
3.快速移动时，转距不得超出电动机最大转距，当实施部件从静止状态加速到最大移动速度时，所需要转距最大。但选择电机时，是根据负载转距小于额定转距，电动机转子惯量和负载惯量合理匹配，实施部件快速转距小于电动机最大转距三个要素来考虑。依据负载转距计算，切削转距加上摩擦转距，应小于或等于电动机额定转距。
4.加速转距应等于最大转距减去负载转距。在空载时，加速转距应等于最大转距减去摩擦转距，其差值等于全部惯量（电动机+负载惯量）乘于加速度斜率。
3.2 电动机工作方法确实定
电动机工作时会发烧，它不仅取决于负载大小，也和负载连续时间长短亲密相关，这是选择额定功率时必需考虑。按电动机不一样发烧情况，能够分为三种工作方法（或称工作制），即连续工作方法、短时工作方法和断续周期性工作方法。
CK516立式数控车床其工作时间通常较长，温升能够达成稳定值，电机负载可能是恒定或大小基础恒定常值负载或改变负载，所以属于连续工作方法。
3.3 电动机型号确实定
伺服电机是依据负载条件来选择。加在电机轴上负载关键有两种:负载扭矩和负载惯量,其中负载扭矩包含切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机额定扭矩,负载扭矩和加速扭矩之和应等于所选择电机最大扭矩。
加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量匹配,同时还应考虑连续过载时间在所选电机许可范围内,负载快速运动时所需电机转速应在电机最高转速之内。这么可使电机在机床伺服系统中工作性能得以充足发挥。
依据其负载特征和快速性，CK516系列加工中心Z轴伺服电动机选择AC数字经济型电机αC22/1500驱动，该电机具体规格及参数以下所表示：
型号：A06B-0145-B177；转速：1500rpm；额定转矩：22Nm；功率：1.5KW。
3.4运动部件惯量及扭矩计算
3.4.1 机床关键参数
主切削力： P=1500Kg=15000N
纵向进给力： PX =1500×0.4=600Kg=6000N
纵向快速： V=1.2m/min
动件总重量： W=250Kg
丝杠螺距： S=8mm
加减速时间： t=0.03s
3.4.2 惯量计算
由已知以下数据：
05027丝杠 J1=0.006306Kg.m2
05026套 J2=0.000164Kg.m2
联轴器 J3=0.00026Kg.m2
轴承 =0.000715 Kg.m2
滑板 =0.00042 Kg.m2
得：

其中：i为降速比；i=1.
查电机αC22/1500惯量J电=0.012 Kg.m2
惯量比：J总/J电=0.00796/0.012=0.663
结论：惯量比对立式车床可用。
3.4.3快速进给所需扭矩计算
1.克服磨擦力所需扭矩

其中：— 导轨磨檫力，=mgf
m — 质量（Kg），m=250 Kg
f — 磨檫系数，f=0.018
g =
—传动链效率， =0.8
i为降速比；i=1

2.加速力矩

其中：— 要求电机快速进给转速（r/min），=VI/P
V — 快速进给速度，V=12m/min
i — 降速比,i=1
P — 丝杆螺距（m），P=0.008 m
=VI/P=12/0.008=1500r/min
J — 总惯量，J=0.00796 Kg.m2
t — 加速时间，t=0.03s

3.附加磨擦力所需扭矩

其中： — 纵向进给力，==6000N
P — 丝杆螺距（m），P=0.008 m
— 传动链效率， =0.8
i — 降速比,i=1

总快速
结论：查电机在1500r/min进扭矩为9N.m 可用
3.4.4重切时所需扭矩
1.最大切削负载时切削扭矩

其中： — Z向最大切削力（N），=6000N
P — 丝杆螺距（m），P=0.008 m
— 传动链效率， =0.8
i — 降速比,i=1

2.加速扭矩计算

其中：— 要求电机重切时进给转速，=70r/min
J — 总惯量，J=0.00796 Kg.m2
t — 加速时间，t=0.03s

重切时所需总扭矩
其中：
结论：查电机在低速时扭矩为22N.m 可用。
综上，经过运动部件惯量及扭矩计算，说明所选电机αC22/1500满足要求，选择正确可用。

第四章 滚珠丝杠螺母副计算和选型
在第二章初步选择了进给饲服系统传动类型为：滚珠丝杠螺母副。现在具体对其进行设计，计算和选型。
4.1 滚珠丝杠螺母副种类
丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠选择关键取决于加工件精度要求和拖动扭矩要求。通常情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采取滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高零件加工。所以滑动丝杠常见在加工精度要求不是很高一般车床中。
    滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；开启力矩和运动时力矩相靠近，能够降低电机开启力矩。所以可满足较高精度零件加工要求。在数控化改造车床中，应把原来滑动丝杠换为滚珠丝杠，以降低摩擦力，提升加工精度。滚珠循环方法可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。珠丝杠滚副预紧方法有：双螺母垫片式预紧，双螺母螺纹式预紧，双螺母齿差式预紧，单螺母变导程预紧和过盈滚珠预紧等多个。
4.2 滚珠丝杠支承方法确实定
数控机床进给系统要取得较高传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身刚度之外，滚珠丝杠正确安装及其支承结构刚度也是不可忽略原因。螺母座及支承座全部应含有足够刚度和精度。通常全部合适加大和机床结合部件接触面积，以提升螺母座局部刚度和接触强度，新设计机床在工艺条件许可时常常把螺母座或支承座和机床本体做成整体来增大刚度。为了提升支承轴向刚度，选择合适滚动轴承也是十分关键。中国现在关键采取两种组合方法。一个是把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单，但轴向刚度不足。另一个是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用，其轴向刚度有了提升，但增大了轴承摩擦阻力和发烧而且增加了轴承支架结构尺寸。在设计中，我采取推力轴承和向心轴承组合使用。
4.3 计算进给牵引力Fm(N)
作用在滚珠丝杠上进给牵引力关键包含切屑时走刀抗力和移动件重量和切屑分力作用在导轨上摩擦力。所以其数值大小和导轨形式相关。
纵向进给为三角形导轨Fm=kFZ+f(FY+G)=1.15×15000+0.04×(6000+2500)= 172840 N
式中: K—考虑颠覆力矩影响试验系数.三角形导轨取k=1.15
f—贴塑导轨摩擦系数:0.030.05
G—溜板及刀架重力,取250kg×10N/kg =2500N
4.4 计算最大动负载 C
选择滚珠丝杠副直径时，必需确保在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万（106）转后，在它滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载最大值即称为该滚珠丝杠能承受最大动负载 C，计算以下：C = fwFm
L =（60nT）/106
n =（1000Vs）/Lo
Lo—为滚珠丝杠导程,选丝杠名义直径为40ｍｍ,查滚珠丝杠转动惯量表,初选出Lo=6ｍｍ
Vs—最大切削力下进给速度,可取最高进给速度1/21/3,此处为0.15m/min;
T—使用寿命,按15000h;
fw—运转系数,按通常运转取1.21.5;
L—寿命以转106为1单位.n=(1000Vs)/Lo=(1000×0.555×0.15)/6=12.5r/min
L=(60×n×T)/106=(60×12.5×15000)/106=11.25
C= fwFm= ×1.2×1775=4772.7N运 转 系 数
运转状态 运转系数
无冲击运转 1.01.2
通常运转 1.21.5
有冲击运转 1.52.5
4.5 滚珠丝杠螺母副选型
查阅表A-1，可采取W1L4006外循环螺纹调整预紧双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N，精度等级按滚珠丝杠行程公差表，选为3级(大致相当于老标准E级)
4.6 传动效率计算 η=tanγ/tan(γ+φ)
式中：螺旋升角,W1L4006 γ=2°44′
φ—摩擦角取10′滚动摩擦系数0.0030.004η=tanγ/tan(γ+φ)=tan2°44′/tan(2°44′+10′)=0.94
4.7 稳定性校核
滚珠丝杠两端采取推力球轴承，不会产生失稳现象，不需作稳定性校核。
第五章 联轴器具体确定
在第二章可知电机和丝杠联接方法为：联轴器联接，现在确定联轴器型号。
联轴器是机械传动中常见部件，她们联接轴和轴，以传输运动和转矩，有时候也能够用做安全装置，因为机器工况各异，所以对联轴器提出了多种不一样要求，如传输转矩大小、转速高低、扭转刚度改变情况、体积大小、吸震能力等等，出现了很多新类型。
5.1联轴器种类和特征
联轴器所联接两轴，因为制造及安装误差、承载后变形和温度改变影响等，往往不能确保严格对中，而是存在这某种程度相对位移，这就要求设计联轴器时，要从结构上采取多种不一样方法，使之含有适应一定范围相对位移性能。
依据联轴器对多种相对位移有没有赔偿能力，可分为刚性联轴器和挠性联轴器两类。挠性联轴器又可分为是否含有弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器两个类别。 5.2联轴器选择标准
选择适宜联轴器要考虑以下几点：1.所需要传输转矩大小和性质和对缓冲减震功效要求。2.联轴器工作转速高低和引发离心力大小。3.两轴相对位移大小和方向。4.联轴器可靠性和工作环境。5.联轴器制造安装维护和成本。
5.3联轴器型号确实定
依据此次设计要求，参考以上标准，应选择TL6型弹性联轴器，它许用转矩为250 N.m，需用最大转速为3800r/min,轴径为32—42mm之间，故适用。
第六章   进给系统其它部件确实定及机床噪声控制
6.1导轨确实定
数控机床导轨必需含有较高导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给时不爬行等特征。现在数控机床使用导轨关键有3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。
现在滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。下面着重介绍下滚动导轨副。
滚动导轨有多个形式，现在数控机床常见滚动导轨为直线滚动导轨。 直线滚动导轨关键由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持器、端盖等组成。 当滑块和导轨体相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间圆弧直槽内滚动，并经过端盖内滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区，不停循环，从而把导轨体和滑块之间移动变成滚动体滚动。为预防灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。最近新出现一个在滑块两端装有自动润滑滚动导轨，使用时无须再配润滑装置。
因为滚动导轨很多优点, 综合考虑，CK516纵向进给系统采取直线滚动导轨。

6.2刀架选择
选择选择LD4-ICK0625型电动刀架。
因为设计要求刀架最大回转直径为120mm，而最小三角刀架设计高度大大超出60mm，故选择最小刀架型号，因刀架为外购件，其尺寸已成定值，故选择最小四方刀架。即 LD4-ICK0625。
该刀架能够夹持4把刀，采取鼠牙盘为分度定位，利用直流伺服电机实现自动转位。6.3机床噪声控制
控制机床噪声，保障操作人员身体健康是目前机械企业一个关键课题。所以在设计过程中必需考虑一定方法来降低机床噪声。
机床噪声可分为空运转噪声和切削噪声2种。切削噪声是在一定切削条件下产生，其中包含了刀具、夹具和工件系统情况。机床噪声源关键是传动系统声及和切削过程相关声辐射，另外还存在润滑冷却噪声、电控系统噪声及背景噪声等。
中国颁布《金属切