毕业设计（论文）经济型数控铣床x-y工作台设计
学生姓名：方鹏
学号：2010003617
所在系部：机械电子工程系
专业班级：2010机械设计
指导教师：
日期：2012年5月4日
毕业设计（论文）任务书
此表由指导教师填写由所在系部审核
毕业设计（论文）学生开题报告
毕业设计（论文）学生申请答辩表
学生签名：日期：
毕业设计
（论文）指导教师评审表
毕业设计（论文）评阅人评审表
毕业设计（论文）答辩表
6-1
毕业设计（论文）答辩记录表
（不足加附页）
7
毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名：方鹏专业班级：2010机械设计
毕业设计（论文）题目：经济型数控铣床X-Y工作台设计
注：成绩评定由指导教师、评阅人和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60 以下)”评定等级。其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于
1、保密□，在年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：年月日
导师签名：年月日
目录
摘要 (1)
引言 (2)
1.概述 (3)
2.设计计算 (3)
2.1.计算切削分力及其额定功率 (3)
2.2导轨摩擦力的计算 (3)
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)
2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4)
2.4.1确定滚珠丝杠的导程 (4)
2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 (4)
(4)
2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率C
am
2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d
(4)
2m
2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (5)
(5)
2.4.6由式(2-29)确定滚珠丝杠螺母副的预紧力F
p
2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力 (5)
2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号 (5)
3.工作台部件的装配图设计 (6)
4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (6)
4.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (6)
的校验 (6)
4.2滚珠丝杠螺母副临界转速n
c
4.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验 (6)
5.计算机械传动系统的刚度 (7)
5.1机械传动系统的刚度计算.........................................................7...5.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (7)
6.驱动电动机的选用与计算 (7)
6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (7)
6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (8)
6.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (8)
6.4.选择驱动电动机的型号 (9)
7.机械传动系统的动态分析 (9)
(9)
7.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率ω
nc
(9)
7.2计算扭转振动系统的最低固有频率ω
nt
8.机械传动系统的误差计算与分析 (10)
8.1.计算机械传动系统的反向死区Δ (10)
(10)
8.2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差δ
kmax
8.3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (10)
9.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (10)
9.1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (10)
9.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (10)
结论 (11)
致谢 (12)
参考文献 (13)
摘要
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国防现代化的重要战略物质；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径.装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此，专家们预言: 机械制造的竞争，根据国民经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。
Abstract
CNC technology is the technology of digital information to control the mechanical movement and the working process;is the basis of manufacturing automation, flexible, integrated production;is the essential material means of improving product quality, and labor productivity; is the important strategic material of modernization of national defense;is an important related to the status of the national strategy and reflect the level of comprehensive National strategic position，Countries in the world manufacturing is widely used in CNC technology to improve the level of manufacturing capacity and Improve the ability of adaptability and competitiveness on dynamically changing market.Vigorously develop advanced manufacturing technology to CNC technology as the core has become the world's developed countries to accelerate economic development, an important way to enhance the comprehensive national strength and national status. The technical level and degree of modernization of the equipment industry determines the level and degree of modernization of the national economy as a whole, CNC technology and equipment is the enabling technologies and the most basic equipment for the development of emerging high-tech industries and state-of-the-art industrial technology， Marx once said, "the difference between a variety of economic times, does not lie in production, but rather how to produce, by means of labor".Manufacturing technology and equipment is the most basic human activities of production, and numerical control technology is the core technology of today's advanced manufacturing technology and equipment.Therefore, the experts predicted: the competition of machinery manufacturing, according to the specific needs of national economic development and national key construction projects, the design and manufacture of "high, fine, sharp" significant numerical control equipment to break down foreign blockade, to master the key technologies of numerical control equipment to hit China CNC machine tool brands, increase market share is the key to enhance the core competitiveness of our basic manufacturing equipment.
前言
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。
中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。
1600 x 400立式数控铣床工作台设计
1.概述
技术要求
工作台.夹具及工件重力X纵向3500N、Y纵向5500N；工作台的行程X纵向880mm、Y纵向300mm;工作台快移速度14m/min，最大进给速度0.6 m/min，走刀方向最大切削分力是4000N，垂向方向最大切削分力是3000N，启动加度时间50ms，定位精度±0.01mm，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=125mm，主轴转速n=272r/min，工作台采用帖塑导轨，导轨的动摩擦系数μ=0.03~0.05，静摩擦系数μ
0=
0.15导轨速度可达30m/min，无爬行，机床的工作寿命为20000h。
2.设计计算
2.1.计算切削分力及其额定功率
(1)计算各切削力分力
取横向方向最大切削分力是4000N，
即横向切削力F
c
=4000N，
主切削力F
z = F
c
/0.95=4210N，
纵向切削力F
1= 0.4F
z
=1684N,
垂向切削力F
v =0.55F
z
=2315N,
（2）计算电动机的额定功率
若主传动的机械效率?
m
= 0.85 V=πDn/60=1.78m/s
P E =F
z
V/?
m
=8.82KW,
查表常用电机功率，取电动机的额定功率P
E
=11KW
2.2导轨摩擦力的计算
（1）按式（2-8a）计算在切削状态下的导轨摩擦力F
μ
，导轨的动摩擦系数μ=0.04，
查表2-3的镶条的紧固力f
g
=2500N
F ux =μ（W
x
+f
g
+F
v
+F
c
）=821N F
uy
=μ（W
y
+f
g
+F
v
+F
c
）=954N
（2）按式（2-9a）计算不在切削状态下的导轨摩擦力F
μ0和导轨静摩擦力F
F μu0x =μ（W+ f
g
）=400N F
μu0y
=μ（W+ f
g
）=533N
F 0x =μ
（W+ f
g
）=900N F
0y
=μ
（W+ f
g
）=1200N
2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力
（1）按式（2-10a）计算最大轴向负载力F
amax
F amaxx = F
1
+ F
μ
=2505N F
amaxy
= F
1
+ F
μ
=2638N
（2）按式（2-11a ）计算最小轴向负载力F a ｍｉｎ
F aminx = F μ0=900N F aminy = F μ0=1200N 2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 2.4.1确定滚珠丝杠的导程 根据已知条件，题目给的工作台的快移速度1.4m/min 实在过小，所以在接下来的计算中工作台的快移速度都用14m/min 来计算，取电动机的最高转速n max =1400r/min ，伺服电机通过联轴器与丝杆直接连接，即i=1,则由式（2-16）得 L 0=1000*V max /i n max =10mm
2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 （1）估算在各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷
将强力切削时的轴向载荷定位最大轴向载荷F amax ，快速移动的和钻镗定位时的轴向载荷定位最小轴向载荷F amin ，一般切削（粗加工）精铣切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷F 2，F 3分别可按下式计算：
F 2 = F a ｍｉｎ + 20% F amax F 3 = F a ｍｉｎ + 5% F amax
（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削力方式下的转速n i n 1=V 1/L 0=60r/min n 2= V 2/L 0=80r/min n 3= V 3/L 0=100r/min n 4= V 4/L 0=1400r/min
（3）按式（2-17）滚珠丝杠螺母副的平均转速n m n m = q 1n 1/100+q 2n 2/100+q 3n 3/100+q 4n 4/100=220r/min （4）按式（2-18）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷F m F mx =F 1x q 1n 1/（n m 100）+ F 2x q 2n 2/（n m 100）+ F 3x q 3n 3/（n m 100）+ F 4x q 4n 4/（n m 100）=1027N F my =F 1y q 1n 1/（n m 100）+ F 2y q 2n 2/（n m 100）+ F 3y q 3n 3/（n m 100）+ F 4y q 4n 4/（n m 100）=1327N 2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率C am
（1）按预定工作时间估算，查表2-28得载荷性质系数f w =1.3，已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级，查表2-29得精度系数f a =1，查表2-30得可靠性系数f c =0.44，则由式（2-19）得
C amx = F mx f w 【60 n m L h 】1/3/（100f c f a ）=19449N