【毕业论文】弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统毕业设计说明书

数控机床的产生与发展，更是制造高质量高效率高致性产品的有力保障。

随着人类社会的飞速发展与进步，各种新材料新技术新工艺新结构新配件不断涌现，各个领域不断提出新的要求，这切都使得机床的结构性能千变万化。

计算机技术的高速发展又使得机床数控系统正在以更短的周期更新。

面对如此的形势，机床制造者在不断努力跟踪时代的步伐，机床的使用者维修者也要努力跟上。

为使读者及时了解球面蜗杆专用数控机床及控制系统的技术与知识，加深球面蜗杆专用数控机床及控制系统使用与维修理念上的认识，编辑了此设计说明书，力图对读者有所帮助。

本设计说明书以大量图例来说明球面蜗杆专用数控机床及控制系统设计的思路。

设计中得到颜竟成教授的悉心指导，在此向他表示诚挚的感谢。

由于编者的水平和经验有限，加之设计时间较短资料收集较困难，说明书中难免有缺点和，在此恳请读者谅解，并衷心希望广大读者提出批评意见，使本设计说明书能有所改进。

编者年月东北大学毕业设计论文第章弧面蜗杆蜗轮的特点蜗杆蜗轮的形成类型及其结构蜗轮蜗杆的形成蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。

小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕周以上，这样的小齿轮外形像根螺杆，称为蜗杆。

大齿轮称为蜗轮。

为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。

蜗杆蜗轮传动的特征其，它是种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为，很少，般其二，它具有螺旋传动的些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相三级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。

因为滚珠丝杆两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需做稳定性校核。

减速齿轮设计根据给定的纵向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程，及初选的步进电动机步距角，可计算出传动比选取齿轮齿数为，。

步进电动机的选择负载转动惯量计算参考同类型机床，初选反应式步进电动机，其电动机转动惯量。

传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量按表中介绍方法计算。

齿轮的转动惯量为丝杠的转动惯量可从表查出等效惯量东北大学毕业设计论文考虑步进电动机与传动系统惯量匹配问题不完全满足惯量匹配的要求。

负载转矩计算及最大静转矩选择机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别进行计算快速空载起动时所需转矩可按下式进行计算考虑了电动机转子的转动惯量以后，传动系统折算到电动机轴上的总转动惯量折算到电动机轴上的磨擦力矩附加磨擦力矩则起快速移动时所需力矩快快东北大学毕业设计论文最大切削负载时所需力矩切切从上面计算看出起切快三种工况下，以快速空载起动的需力矩最大，以此项作为初选步进电动机的依据。

对于工作方式为五相十拍的步进电动机最大静转矩起从相关资料查出，型步进电动机最大静转矩为，大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但需考核步进电动机起动矩频特性和运行特性。

步进电动机的空载起动频率查相关资料知型步进电动机允许的最高空载起动频率为，运行频率为满足设计要求。

根据计算综合考虑，机床纵向进给机构选用型步进电机。

横向进给系统的设计计算横向进给系统的设计计算脉冲当量和传动比的确定传动比的选定传动系统等效转动惯量计算初选步进电机的型号为东北大学毕业设计论文则查表查出电机转子转动惯量为了机床的布局紧凑且方便可取。

则滚珠丝杆转动惯量折算工作台质量折算传动系统等效转动惯量计算工作载荷分析及计算滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在驱动工作台是滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫作进给牵引力。

它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩檫力。

据机床加工的特点，当转速较低时，工作载荷最大，工作载荷既包括车削时沿着丝杠轴的方向的力即轴向力，也包括工作台及工件的重量即垂直丝杠轴方向的力。

取机床的计算转速为，则而，机床主传动系统的传动效率则选端铣，对称，其中端铣，时，则得则可得则在燕尾导轨上滚珠丝杆的工作载荷为其中，，滚珠丝杆螺母副的选型和校核东北大学毕业设计论文滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。

计算作用在丝杠上的最大动负荷首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力，计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命值计算出丝杠副应能承受的最大动载荷式中运转状态系数，般运转取，有冲击的运转取滚珠丝杠工作载荷工作寿命，单位为，可按下式计算式中滚珠丝杠的转速使用寿命时间，数控机床取。

主轴燕尾导轨滚珠丝杆副驱动时滚珠丝杆的工作载荷式中切削时的轴向切削抗力轴套和轴架以及主轴键上的摩擦系数主轴上的扭矩主轴直径则其中为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的为丝杠基本导程，计算时，可初选数值，等刚度验算后再确定东北大学毕业设计论文则为额定使用寿命，可取则万转根据工作负载寿命，计算出滚珠丝杠副承受的最大动负载，取，则由查机床设计手册，选择丝杠的型号。

选择滚珠丝杠的直径为，型号为，其额定动载荷是，强度足够用。

效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率η为η式中螺纹的螺旋升角，该丝杠为摩擦角约等于。

则刚度验算丝杆的拉压变形量滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，它将引起导程发生变化，因滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量式中弹性模数，对钢，东北大学毕业设计论文滚珠丝杠截面积按丝杠螺纹底径确定用于拉伸时，用于压缩时。

则则丝杆的拉伸或压缩变形量滚珠与螺纹滚道间的接触变形量该变形量与滚珠列圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杆的长度无关。

当丝杆在工作时有预紧时，其计算公式为式中滚珠直径滚珠总数量圈数列数圈的滚珠数，外循环内循环滚珠丝杆的公称直径预紧力滚珠丝杆工作载荷东北大学毕业设计论文则圈数列数又滚珠丝杆的预紧力为轴向工作载荷的，值可减小半，因而。

支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形在垂直进给运动中采用角接触球轴承，其计算公式为式中轴承所受轴向载荷轴承的滚动休数目轴承滚动体直径工作载荷滚珠丝杆的滚动体数量，滚动体直径则因为有预紧力，故实际变形量根据以上的计算，则总变形量为四级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。

东北大学毕业设计论文压杆稳定的校核滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力工作负荷过大，将使丝杆失去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。

失稳时的临界载荷为式中为丝杆的弹性模量，对于钢，，为截面惯性矩，，为丝杆底径，为丝杆最大工作长度，为丝杆支承方式系数对于端固定端自由的情况临界载荷与丝杆工作载荷之比称为稳定性安全系数，如果大于许用稳定性安全系数，则该滚珠丝杆不会失稳。

般取。

压杆稳定导轨的选型经济型数控车床的导轨可采用镶钢导轨或铸铁淬火导轨。

采用铸铁，淬火硬度为以上。

与它们相配的动导轨则用贴塑或注塑导轨。

近年来数控机床中广泛采用直线滚动导轨，以降低摩擦系数。

以降低摩擦系数保持导轨精度提高导轨的使用寿命，使导轨生产进步标准化系列化。

驱动电机的选用负载转矩计算及最大静转矩选择又则折算到电动机轴上的总加速力矩为弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计作者姓名周立颖指导教师王伟教授单位名称沈阳理工大学应用技术学院专业名称数控技术东北大学年月东北大学毕业设计论文弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计摘要根据设计任务书的要求，本设计说明书针对球面蜗杆专用数控机床的加工及控制系统进行设计说明。

主要内容包括三种球面蜗杆传动原理和加工特点，球面蜗杆专用数控机床的机械结构及控制系统的总体设计方案，进给系统的机械结构设计和数控系统的电路设计。

关键字球面蜗杆数控系统设计东北大学毕业设计论文，东北大学毕业设计论文目录任务书中文摘要第章绪论第章球面蜗杆涡轮的特点蜗杆蜗轮的形成类型及其结构蜗杆传动的特点及其应用球面蜗杆的加工球面蜗轮的加工第章球面蜗杆蜗轮数控专用机床加工球面蜗杆蜗轮传统机床在滚齿机上加工球面蜗杆和蜗轮在改装车床上加工球面蜗杆球面蜗杆加工专用机床设计第章球面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计加工机床运动的基本要求球面蜗杆数控专用机床总体方案专用球面蜗杆数控车床的基本结构第章球面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计传动结构式和结构网的选择主传动的确定，和公比的确定确定变速组和传动副数目确定传动顺序方案东北大学毕业设计论文确定扩大顺序方案结构网图转速图的拟订传动方案的拟订齿轮传动部分的设计轴的设计计算轴Ⅱ的设计计算轴Ⅶ的设计计算主轴的设计计算第章球面蜗杆数控专用机床的进给系统设计进给系统传动方案拟订纵向进给系统的设计计算纵向进给系统的设计纵向进给系统的设计计算横向进给系统的设计计算齿轮传动间隙的消除第章球面蜗