数控铣床Z轴进给系统设计（全套完整有CAD）

效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率见公式.式.式中螺纹的螺旋升角，该丝杠为摩擦角约等于。

则.故满足滚珠丝杠螺母副传动效率大于.的要求。

滚珠丝杠的精度选择滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度，在滚珠丝杠的精度参数中，其导程误差对机床定位精度最明显。

般的初步设计时，设定丝杠的任意行程变动量应小于目标设定定位精度值的.所以，查表可知，滚珠丝杠的精度等级为级。

滚珠丝杠的制动由于滚珠丝杠的传动效率高，无自锁功能特别是本次设计中的向传动，为了防止自重下降，必须装有制动装置。

目前常用的制动方式有机械式和电气式两种。

电气方式是采用电磁制动器，而且这种制动器就做在电动机内部。

加工中心工作时，在制动器线圈电磁力的作用下，使两齿轮脱开，弹簧受压缩，当停机或停电时，电磁铁失电，在弹簧恢复力的作用下，两齿轮啮合，故与电机轴的联接的丝杠得到制动。

机械制动是采用摩擦离合器。

加工中心工作时，电磁铁通电，使摩擦离合器脱开，运动由伺服电机经联轴器传给丝杠，带动工作台移动。

当加工完毕，伺服电机和电磁铁同时断电，借压力弹簧作用合上摩擦离合器，使丝杠不能转动，工作台便停止。

本次设计采用电气方式。

.滚珠丝杠螺母副支承的选择滚珠丝杠两端的支承的配置情况有种情况如图所示的轴向固定方式。

其中，图为端轴向固定端自由的支承配置方式，这种支承形式结构简单，丝杠的轴向刚度比两端固定低，丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低，设计师时尽量使丝杠受拉伸。

对于行程小转速较低的短丝杠和竖直丝杠可采用悬臂支成机构。

图为端轴向固定端游动的支承配置方式，对于高精度中等转速的较长的卧式安装丝杠，为了防止热变形造成丝杠变长的影响，常采用端轴向固定的支承固定方式。

图为两端固定方式，对于高精度高旋转的滚珠丝杠应该采用两端固定的安装方式，为了给丝杠施加预紧拉力，可采用两端固定方式，并在丝杠端安装碟形弹簧和调整螺母，既能对丝杠施加预紧力，又能让弹簧补偿丝杠热变形，保持预紧力近乎不变。

图端固定端自由图端固定端游动图两端固定由于本设计的行程较短，转速较低，故采用端固定，段自由的支承形式。

.滚珠丝杠螺母副的间隙消除与预紧为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，常用的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等。

预紧后的刚度可提高到为无预紧时的倍。

执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。

闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严格，设计和调试都比开环系统难。

但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。

但是闭环系统设计和调整都有较大技术难度，设计调整不当，易出现不稳定现象。

改造时可根据产品技术要求，决定是否有必要采用这种系统。

交直流伺服电动机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。

只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它结构与调试都较闭环系统简单。

在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电动机做成个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。

数控系统方案的确定根据本设计所给的题目要求分析可知，本设计所采用的数控系统为开环系统控制。

传动机构的选择本课题设计选用的是滚珠丝杠螺母副。

因为滚珠丝杠螺母副是种低摩擦高精度高效率的机构，在数控机床上得到广泛应用。

它的传动特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母之间装有滚珠作为中间传动元件。

当丝杠和螺母相对运动时，滚珠沿丝杠螺旋槽滚道滚动，因此丝杠和螺母之间基本上为滚动摩擦。

并且滚珠丝杠螺母副的动静摩擦系数相差极小，配以滚动导轨，起动力矩很小，运动灵敏，低速时不会出现爬行。

滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转动的传动装置。

它具有以下优点摩擦损失小传动效率高传动效率可达，是普通丝杠传动的倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠螺母机构的。

运动平稳，摩擦力小灵敏度高低速时无爬行由于主要存在的是滚动摩擦，不仅动静摩擦因数都很小，且其差值小，因而启动转矩小，动作灵敏。

轴向刚度高反向定位精度高由于可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，反向时无空行程，定位精度高。

滚珠丝杠螺母副主要零件均经过热处理，其滚道表面的硬度值可达，因而耐磨性好，寿命长，精度稳定性好。

磨损小寿命长维护简单使用寿命是普通滑动丝杠的倍。

传动具有可逆性不能自锁由于摩擦因数小不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性，可以把旋转运动转化为直线运动，还可以把直线运动转化为旋转运动。

由于不能自锁，在作垂直运动时应附加防止逆转的装置，防止工作台因自重而下降。

联轴器选择联轴器是联结两轴使之同回转并传递转矩的种部件，联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器两种。

刚性联轴器适用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的地方挠性联轴器适用于两轴有偏移可分为同轴线平行轴线相交轴线或在工作中有相对位移可分为轴向位移径向位移角位移综合位移的地方。

用伺服电动机的无级调速直接驱动主轴旋转，这种方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效的提高了主轴组件的刚性。

但主轴输入的转矩小，电动机的发热对主轴影响较大。

电主轴传动电主轴的转子和主轴合二为，优点是主轴部件结构更紧凑，惯性小，可提高启动停止的响应特性，缺点是主轴输出转矩小，更重要的缺点是热变形问题。

.主轴的设计主轴材料的选择考虑到主轴的刚度和强度，选择主轴的材料为，并经过调质处理主轴结构的确定.主轴直径的选择根据机床主电机功率，属于中等以上转速，中等以下载荷的机床来确定，所以可取。

.主轴内孔直径主轴的内孔直径可由公式.式.其中，空心主轴的刚度和截面惯性矩，实心主轴的刚度和截面惯性矩当则主轴的刚度急剧下降，故取.。

对于铣床，推荐拉杆直径因此设定主轴的尺寸为。

轴的校核计算轴的计算简图在平面内图轴的计算简图同理可得在平面内的受力图，在此不在画出。

.主轴转矩由公式.式支点上的力由公式.式根据弯矩平衡公式.式.求得.根据力得平衡则弯矩图为图图弯矩图.垂直平面受力有公式式.根据平面内得弯矩平衡由公式.式.得再根据力得平衡则可得点得弯矩图图弯矩图在点和点为最危险截面，要满足要求，点满足即可，则截面得弯矩由公式•式•扭矩图为图图扭矩图经分析可知所在得位置为最危险截面，只要满足条件即可，则刚度满足。

.计算弯矩由公式.式•.计算抗弯截面系数由公式.式故满足第三强度理论.刚度验算在水平面内，单独作用时其挠度由公式.式其中在单独作用下，其挠度见公式.式在两力得共同作用下其挠度见公式.式.在垂直面内有在单独作用时其挠度见公式.式其中在单独作用下其挠度见公式.式在两力得共同作用下见公式.式.故在共同作用下，处为危险截面，其最大绕度见公式.式.而般的刚度故符合刚度要求。

.齿轮传动的设计计算由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便生产效率高生产成本低等优点，而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线直齿圆柱齿轮传动主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接与工作的平稳性接触误差及噪声有关。

为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用的精度。

具体设计步骤如下模数的估算按接触疲劳和弯曲疲劳计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。

它不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺装备费用。

加工精度高数控车床是以数字形式给出的指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量即每输出个脉冲后数控机床移动的部件相应的移动量般达到.，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控车床能达到比较高的加工精度和质量稳定性。

这可是由数控车床结构设计采用了必要的措施，以及机电结合的特点决定的。

首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机各种消除间隙的结构等，使机械传动的误差尽可能小其次是采用了软件精度补偿技术，使机械误差进步减小第三是用程序控制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。

这些措施不仅保证了较高的加工精度，同时还保证了较高的质量稳定性。

生产效率高零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。

数控车床能有效的减少这两部分时间，因而加工生产率比般车床高的多。

数控车床主轴转速和进给量的范围比普通车床的范围大，每道工序都能选用最有力的切削用量，良好的结构刚性允许数控车床进行大切削用量的强力切削，有效的节省了机动时间。

数控车床移动部件的快速移动和定位采用了加速与减速的措施，因而选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进快退和定位的时间要比般车床少的多。

数控车床的加工精度比较稳定，般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验，因而可以减少机停检验的时间。

在使用带有刀库和自动换刀装置的数控车削中心的数控车床时，在台机床上实现了多道工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产效率的提高就更为明显。

自动化程度高数控车床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板装卸零件关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均大为减少，劳动条件也得到相应的改善。

良好的经济效益使用数控车床加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是比较昂贵的。

但在单件小批量生产条件下，可以节省工艺装备费用辅助生产工时生产管理费用以及降低废品率等，因此能够获得良好的经济效益。

有利于生产管理的现代化用数控车床加工零件，能够准确的计算工件加工的工时，并有效的简化了检验和工夹具半成品的管理工作。

这些特点都有利于使生产管理现代化。

.数控铣床轴进给系统的大致整体设计对于数控铣床轴进给系统，将采用立式加工的结构。

轴进给系统包括轴主轴箱带刀具随主轴箱竖直运动来完成，轴的进给传动初步设定为丝杠来满足系统的传动精度。

轴传动系统的设计.轴传动系统的参数设定工作台宽度长度主轴锥孔∶主轴箱轴行程主轴转速范围主电动机的功率.主轴电动机转速主轴的传动功率数控机床对主传动的要求为了达到高效，高精度等特点，数控机床铣床除了在控制系统反馈系统上又比较高的要求外，对传统的机械部分如主传动系统也提出如下几点要求具有更高的调速范围，并实现无极调速。

将所编写的加工程序输入数控装置。

数控装置对输入的程序代码进行译码运算处理，并像各坐标轴的伺服驱动装置和辅