（优秀毕业全套设计）数控铣床Z轴进给系统设计（整套下载）

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。

在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。

齿轮弯曲疲劳的估算公式.式.齿面点蚀的估算公式.式.其中为大齿轮的计算转速，为齿轮中心距。

由中心距及齿数求出模数见公式.式.根据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。

所以，第对齿轮副传动的齿轮模数应为综上所述，为了降低成本，机床中各齿轮模数值应尽可能取相同，但因为Ⅴ轴的转速比较小，扭矩比较大，为了增加其强度和在主轴上能起到飞轮的作用，需增加Ⅴ轴齿轮的几何尺寸。

所以，本次设计中在齿轮模数为.，齿轮分度圆直径的计算根据渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆直径计算公式可得各个传动副中齿轮的分度圆直径见公式.式.齿轮宽度的确定齿宽影响齿的强度，但如果太宽，由于齿轮制造误差和轴的变形，可能接触不均匀，反儿容易引起振动和噪声。

般取。

本次设计中，取主动齿轮宽度.齿轮其他参数的计算根据机械原理中关于渐开线圆柱齿轮参数的计算公式及相关参数的规定，齿轮的其它参数都可以由以上计算所得的参数计算出来，本次设计中，这些参数在此不在计算。

齿轮的校核接触疲劳强度计算齿轮强度用的载荷系数，包括使用系数，动载荷系数，齿间载荷分配系数及齿向载荷分布系数见公式.式查表得.，.，.则齿轮的接触疲劳强度见公式.式.将数据代入得齿轮接触疲劳强度满足，因此接触的应力小于许用的接触应力。

轴进给系统总体方案的设计.设计参数假定主轴箱和工作台总质量为，脉冲当量为.，轴的行程为，导轨的摩擦为.，定位精度为.，丝杠的进给速度为，最小进给速度为，.工作原理系统将控制指令经变换与放大后，经过伺服进给系统将指令转化为机械执行元件的准确位移速度加速度，用来控制被控对象的位移或转角速度加速度，使其能自动连续稳定快速精确的复现输入指令的变换规律。

.总体方案设计数控系统的选择数控系统的类型步进电动机拖动的开环系统该系统的伺服驱动装置主要有步进电动机功率步进电动机电液脉冲马达等。

由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副．与滚珠丝杠副驱动执行部件。

只要控制指令脉冲的数量频率及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量速度和运动方向。

这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电动机的角位移精度，齿轮丝杠等传动部件的节距精度，所以系统的位移精度较低。

因此，对传动部件和制造精度要求高，运动副之间摩擦力要小，要实行无间隙传动。

这种系统的最高速度受步进电动机的频率响应限制，容易失步，低速时易发生共振和噪声，影响表面加工质量。

该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低。

异步电动机或直流电动机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统该系统与开环系统的区别是由光栅感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，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。

挠性联轴器又有无弹性元件的金属弹性元件和非金属元件之分。

在本设计中，电机主轴与滚珠丝杠轴是同轴的，所以选择刚性联轴器。

刚性联轴器可以分为凸缘联轴器套筒联轴器夹壳联轴器。

凸缘联轴器具有对中精度高，传递转矩大的特点，采用铰制孔和受剪螺栓对中的凸缘联轴器具有拆装方便的优点，这符合本设计简化操作的原则，所以选择了采用铰制孔和受剪螺栓对中的凸缘联轴器来联结电机轴和滚珠丝杠轴。

主要零部件的计算与选用.轴工作载荷分析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，当铣削槽时，工作载荷最大，由于铣削时，工作载荷既包括铣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。

.轴工作载荷计算在以工作寿命为基础进行计算时，应按实际加工过程平均铣削条件为准，因此取.，.齿对圆柱铣刀，.，则主切削力的计算见公式.。

式.式中主切削力，加工不同工件材料时的铣削力系数铣削宽度，进给量，铣刀直径，铣刀齿数对于圆柱铣刀加工时，各切削分力有进给抗力，垂直铣削分力和轴向铣削分力。

根据查表可知，各个铣削分力的经验比值如下.，，，取值.，.，.则则在燕尾槽导轨上滚珠丝杠的工作载荷见公式.式.其中，.，则.滚珠丝杠螺母副的计算与选用丝杠导程的确定丝杠导程的选择般根据设计目标快速进给的最高速度为，伺服电机的最高转速及电机与丝杠的传动比来确定，基本丝杠导程应满足公式.式.式中工作台的最高转速，伺服电动机的最高转速，传动比因为本设计采用丝杠与电动机直接相连，所以。

根据查阅机械手册可知步进电动机的最高转速，由本题的参数可知。

因此，。

动载荷计算在选择滚珠丝杠螺母过程中，般首先根据动载强度计算或静载强度计算来确定其尺寸规格，然后对其刚度和稳定性进行校核计算。

额定动载荷是指当批规格相同的滚珠丝杠螺母副，在负荷力的测试运转下，能通过转运动，而有步产生疲劳损伤时所能承受的最大轴向载荷。

当转速时，滚珠丝杠螺母副的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动负荷，见公式.式.式中动载荷系数，般.当量动负荷，滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，寿命，以转为单位，见式.式.式中使用寿命般机床可取，数控机床可取滚珠丝杠的当量转速见式.，式.由题目给的参数可知，丝杠的最高转速为，丝杠的最小进给速度为，故最小转速可取.。

则平均转速，故丝杠的工作寿命见式.式.本题取.，因此，计算动载荷.根据附录可以选择的滚珠丝杠螺母副的型号与参数，使得，初选择滚珠丝杠的直径为，基本导程，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