数控车床纵向进给传动系统设计(含全套CAD图纸)

6L914?510?h?365799h （2—5） Lh?60n60?416.67滚珠丝杠螺母副的总工作寿命Lh?365799h?15000h，故满足要求。

六、动力计算

1、传动件转动惯量的计算 1.1、小齿轮的转动惯量J1

J1?0.77D14b?10?12?0.77?404?20?10?12?4?10?5kg?m2 （2—6）

式中 D1——齿轮Z1分度圆直径，mm，

D1?mZ1?2?20?40mm； （2—7）

b——齿轮宽度，mm。 1.2、大齿轮转动惯量J2

J2?0.77D24b?10?12?0.77?1004?20?10?12?1.54?10?3kg?m2 （2—8） 式中 D2——齿轮Z2分度圆直径，mm

D2?mz2?2?50?100mm （2—9）

1.3、计算工作台的转动惯量JW

S2122)?W?10?6?()?100?10?62?2?? （2—10) ?3.65?10?4kg?m2Jw?( 式中 W——工作台（包括工件）的质量， kg；

S——丝杠螺距，mm。 1.4、计算丝杠的转动惯量Js

JS?0.77?do4?L?10?12?0.77?504?1280?10?12?6.2?10kg?m?32 (3—1）

式中L——支撑距，mm。

1.5、负载折算到电动机轴上的转动惯量为：

1(J2?Js?Jw)2i （3—2）

1?3?3?42?4?10?5?(1.54?10?6.2?10?3.65?10)?0.0013kg?m2.52Jr?J1?2、电动机力矩的计算 2.1、计算加速力矩Ma

Ma?Jrn0.0013?500??2.71N?m （3—3） 9.6T9.6?0.025 2.2、计算摩擦力矩Mf

FOS215.6?12?3?3M??10? f ? 10 （3—4）

2??i2??0.8?2.5 ?0.21N?m式中 ?——传动链总效率，取?=0.8。 2.3、计算附加摩擦力矩M0

M0?F0maxS1568?12 (1??02)?10?3??(1?0.92)?10?3?0.285N?m （3—5）

2??i2??0.8?2.5 式中 ?——传动链总效率，取?=0.8； ?0——滚珠丝杠未预紧时的效率，取?0=0.9。 2.4、空载启动时电动机所需力矩：

M?Ma?Mf?M0?0.21?0.285?2.71?3.205N?m（3—6）

因此，选用7.84N?m的步进电机满足要求。

七、丝杠螺母机构的传动刚度计算

滚珠丝杠一段轴向支撑，丝杠的最小拉压刚度K?min和最大拉压刚度K?max分别

为：

K?min???d2E4lmax25??50?2.06?104?1280（3—7)

?3.158?105N/mm?316N/?mK?max???d2E4lmin25??50?2.06?104?400(3—8）

?1.011?106N/mm?1011N/?m式中 E——弹性模量。

按近似估算，将丝杠本身的拉压刚度K?乘以1/3，作为传动的综合拉压刚度K0，即：

K?max1011??337N/?m（3—9） 33K?min316??105.33N/?m（4—1） K0mi?n33 K0ma?x反向死区误差计算

??2F02?215.6??4.0?9m?K0105.331?m0（4—2）

所以能满足单脉冲进给的要求。 计算由于传动刚度的变化的定位误差?k，应使

?k?F0(

1K0?min1K)0max11?215.6?(?)?1.4?m105.33337（4—3）

11 满足由于传动刚度变化引起的定位误差小于(?)机床定位精度的要求。

35八、结构设计

1、滚珠丝杠的支承

滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求，其两端支承的配置情况有：一端轴向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短丝杠和垂直进给丝杠；一端固定一端浮动的方式，常用于较长的卧式安装丝杠；以及两端固定的安装方式，常用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠，这种配置方式可对丝杆进行预拉伸。因此在此课题中采用两端固定的方式，以实现高刚度、高精度以及对丝杠进行拉伸。

丝杠中常用的滚动轴承有以下两种：滚针—推力圆柱滚子组合轴承和接触角为60°角接触轴承，在这两种轴承中，60°角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要进行组合，但刚度较后者低，目前在一般中小型数控机床中被广泛应用。滚针—圆柱滚子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。

60°角接触轴承的组合配置形式有面对面的组合、背靠背组合、同向组合、一对同向与左边一个面对面组合。由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，又由于面对面组合方式，两接触线与轴线交点间的距离比背对背时小，实现自动调整较易。因此在进给传动中面对面组合用得较多。在此设计中采用了以面对面配对组合的60°角接触轴承，以容易实现自动调整。滚珠丝杠工作时要发热，其温度高于床身。为了补偿因丝杠热膨胀而引起的定位精度误差，可采用丝杠预拉伸的结构，使预拉伸量略大于热膨胀量。 2、滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧

滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置。

滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区会产生严重接触变形，接触刚度与接触表面预紧力成正比。如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙，接触刚度较小；当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的传动精度。因此，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高滚珠丝杠螺母副的接触刚度。

滚珠丝杠螺母副通常采用双螺母结构，如图1.3所示