毕业设计(论文) 任务书
毕业设计(论文) 开题报告
注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成；
2．设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；
3．指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。
郑 重 声 明
本人郑重声明：所呈交的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，本论文不包括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。
本人签名：
日期：
目 录
摘 要 . ............................................................. 1
Abstract . ........................................................... 2
1绪论 .............................................................. 3
2数控机床的设计概念 ................................................ 4
2.1数控机床的基本工作原理简介 ...................................... 4
2.2数控机床的一般设计步骤 .......................................... 5
3进给系统设计概念 .................................................. 6
3.1数控机床进给系统的结构与组成 .................................... 6
3.2进给伺服系统的控制方式 .......................................... 6
4横向进给系统设计 .................................................. 7
4.1 传动系统设计 . ................................................... 7
4.1.2 滚珠丝杠基本导程计算 . ......................................... 7
4.2 滚珠丝杠副的选择计算 . ........................................... 8
4.2.1 滚珠丝杠副的精度选择 .......................................................................................................8
4.2.2 滚珠丝杠副最大载荷 ...........................................................................................................8
4.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 ....................................................................................9
4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核 ..................................... 12
4.4滚珠丝杠压杆稳定性校核 ......................................... 13
4.5计算机械传动的刚度 ............................................. 14
4.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算 ......................................................................................................14
4.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算 ..............................................................................15
4.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算 ....................... 15
4.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算 ......................................................................................15
4.6滚珠丝杠驱动电机选择计算 ....................................... 16
4.6.1最大切削负载转矩计算 ......................................................................................................16
4.6.2电机轴负载惯量计算 ..........................................................................................................17
5纵向进给系统设计 ................................................. 18
5.1 滚珠丝杠基本导程计算 . .......................................... 18
5.2 滚珠丝杠副的选择计算 . .......................................... 18
5.2.1 滚珠丝杠副的精度选择 .....................................................................................................18
5.2.2 滚珠丝杠副最大载荷 .........................................................................................................19
5.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 ..................................................................................19
5.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核 ..................................... 21
5.4滚珠丝杠压杆稳定性校核 ......................................... 21
5.5计算机械传动的刚度 ............................................. 22
5.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算 ......................................................................................................22
5.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算 ..............................................................................22
5.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算 ..................................................................23
5.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算 ......................................................................................23
5.6滚珠丝杠驱动电机选择计算 ....................................... 23
5.6.1最大切削负载转矩计算 ......................................................................................................23
5.6.2电机轴负载惯量计算 ..........................................................................................................24
5.6.3选择驱动电动机的型号 ......................................... 24
6进给系统结构设计 ................................................. 25
6.1滚珠丝杠螺母副的设计 ........................................... 25
6.2床身及导轨 ..................................................... 26
6.3轴承端盖的设计 ................................................. 28
7总结与体会 ....................................................... 29
8参考文献 ......................................................... 30
9附录 ............................................................. 31
10致谢词 .......................................................... 33
摘 要
本设计主要是研究车铣复合数控机床进给系统部分, 数控技术已广泛应用在制造技术领域, 此外, 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。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. 以便提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。本论文特别处理计算选择了各个部件, 此外本文还主要对进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析进行了计算分析。
关键词 车铣复合 数控技术 进给系统 滚珠丝杠 驱动电机
Abstract
This project is to study the feed transmission system of multifunctional milling
machine. Numerical control technology is used widly in Manufacturing technology. In
additionManufacturing technology and equiping the most basic means of production
that are that the mankind produced the activity, and numerical control technology is
nowadays advanced manufacturing technology and equips the most central
technology. Nowadays the manufacturing industry all around the world adopts
numerical control technology extensively, in order to improve manufacturing capacity
and level. improve the adaptive capacity and competitive power to the changeable
market of the trends During the paper particularly dealt with the choice and
calculation of every parts Caculate the inflexibility of feed transmission system.
Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor
and balls crew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system .
Key words: multifunctional milling machine. numerical control technology feed
transmission system . ballscrew drive electromotor.
1绪论
数控技术是一门为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数
字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛
的应用领域和广阔的应用前景。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变
革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在
现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动
控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动
化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精、
高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场
上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机
床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各
国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO 后，正式参与
世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰
巨的任务。 数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断
发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经
验最多的国家。在近20余年探索中，中国数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表
现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使
设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、
数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供
应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部
件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行
开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。
此次研究课题主要是车铣复合数控机床, 本文主要讨论研究车削进给系统设计, 设计主
要内容包括机床总体参数及总体布局设计、车削进给系统设计和车削进给系统主要零部件的
设计, 横向进给系统 的方案设计, 对进给系统各个部件进行选型计算, 绘制进给系统主要
部件装配图, 典型零件绘制零件图, 外文翻译, 并撰写毕业设计论文.
本次设计旨在将大学四年所学的知识进行综合运用并巩固, 对我们的机械设计的综合能
力提出了考验, 通过本次设计加强动手设计能力, 提高分析解决问题的能力, 熟练掌握机械设
计的一般方法与流程, 为以后的学习工作打下基础.
2数控机床的设计概念
2.1数控机床的基本工作原理简介
现代计算机数控机床由控制介质、输入输出设备、计算机数控装置、伺服系统及机床本体组成。
数控机床工作原理图
1、 控制介质控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。目前常用的有穿孔带、磁带或磁盘等。
2、 输入、输出装置是CNC 系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC 系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。
3、 数控装置
CNC 装置是数控机床实现自动加工的核心，主要由计算机系统、位置控制板、PLC 接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC 等) ，所有这些工作是由CNC 装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。
4、 伺服系统
它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率
放大后，带动机床移动部件作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。
5、 检测反馈系统
测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测机床的实际位置、速度等信息，并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正，构成系统的闭环控制。
6、 机床本体
机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。由于数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，它与传统的普通机床相比，应具有更好的刚性和抗振性，相对运动摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。
2.2数控机床的一般设计步骤
数控机床的设计内容及步骤大致可概括为以下几点
(1)主要技术指标设计:包括用途性能生产率主要参数驱动方式成本及生产周期等
(2)总体方案设计 总体方案设计包括以下几方面设计
①运动功能设计 包括确定数控机床所需的运动的个数、形式(直线运动、回转运动) 、功能(主运动、进给运动、其他运动) 及排列顺序, 最后画出数控机床的运动功能图
②基本参数设计 包括尺寸参数、运到参数和动力参数设计.
③传动系统设计 包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计
④总体结构布局设计 包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方案图设计.
⑤控制系统设计 包括控制方式及控制控制原理、控制系统图设计.
(4)总体方案综合评价与选择 在总体方案设计阶段, 对其各种方案进行综合评价, 从中选择较好的方案.
(5)总体方案的设计修改或优化 对所选择的方案进行进一步的修改或优化, 确定最终方案.
(6)详细设计
①技术设计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化.
②施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档
3进给系统设计概念
3.1数控机床进给系统的结构与组成
进给伺服系统由伺服驱动装置、位置检测元件及位置调节器等组成, 如下图3.1所示. 伺服驱动装置包括伺服电机及控制单元. 位置检测元件起着测量和反馈两个作用, 它发出的信号已传送给位置调节器从而构成闭环控制. 机械传动装置的作用是传递和转换进给伺服电动机的运动, 并带动工作台移动包括减速器、滚珠丝杠副机构等
图3.1 数控机床进给系统伺服
3.2进给伺服系统的控制方式
根据进给伺服系统实现自动调节方式的不同, 可以分为开环控制与闭环控制. 闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。
半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。
全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。
全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。
数控机床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。
4横向进给系统设计
4.1 传动系统设计
4.1.1 进给系统主要规格技术参数
纵向：工作台重量：W=200kg
行程：S=1000mm
脉冲当量：δp =0.006mm/P
最大进给速度：V max =15m/min
横向：工作台重量：W=200N
行程：S=650mm
脉冲当量：δp =0.004mm/P
最大进给速度：V max =10m/min
定位精度 ：0.016mm
重复定位精度 ：0.007
4.1.2 滚珠丝杠基本导程计算
伺服电机一般最高转速错误！未找到引用源。为1500r/min或2000r/min。如果伺服电机通过联轴器与丝杠直接连接，即i=1.假设工作台快速进给的最高速度要求达到
V=15m/min，取电机的最高转速错误！未找到引用源。, 则丝杠的最高转速错误！未找到引用源。=1500r/min.
丝杠基本导程为：
4.2 滚珠丝杠副的选择计算
4.2.1 滚珠丝杠副的精度选择
本系统要达到0.006／300mm, 根据要求查阅滚珠丝杠样本，对于1级（错误！未找到引用源。）精度丝杠，任意300mm 内导程允许误差为0.006mm ，2级（错误！未找到引用源。）精度丝杠的导程允许误差为0.008mm 。初步设丝杠的任意300mm 行程内变动量错误！未找到引用源。为定位精度的错误！未找到引用源。，即0.0040.006，因此，可取滚珠丝杠的精度为错误！未找到引用源。级，即1级精度丝杠。
4.2.2 滚珠丝杠副最大载荷
滚珠丝杠的最大载荷为切削时的最大进给力加上摩擦力；而最小载荷为摩擦力。假设最大纵向进给力错误！未找到引用源。=5000N，工作台质量m=200kg，采用贴塑导轨，则：因贴塑导轨的摩擦因数μ取0.04，由于采用60错误！未找到引用源。倾斜床身θ=60错误！未找到引用源。
丝杠的最小载荷错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。
丝杠的最大载荷错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。
当载荷按照单调或周期性单调连续变化时，则可用下式求得轴向工作载荷（平均载荷）错误！未找到引用源。和平均转速错误！未找到引用源。
:
滚珠丝杠最高转速定为错误！未找到引用源。1500r/min,假定工作台最小进给速度为1mm/min，则滚珠丝杠的最低转速为：
可取错误！未找到引用源。为0，则滚珠丝杆的平均转速为：
4.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算
（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的计算动载荷
式中 错误！未找到引用源。——额定寿命（h ）。数控机床和精密机床错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——精度系数。1、2级丝杠错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——平均载荷，之前计算错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠平均转速, 之前计算错误！未找到引用源。。
（2）滚珠丝杠螺纹小径错误！未找到引用源。的计算
式中 错误！未找到引用源。——丝杠公称直径，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——螺纹滚道曲率半径；
错误！未找到引用源。——偏心距
式中 钢球直径错误！未找到引用源。，P 为螺距P=10mm，则错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。, 错误！未找到引用源。, 接触角错误！未找到引用源。
（2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。
已知横向进给系统的定位精度为16错误！未找到引用源。, 重复定位精度为7错误！未找到引用源。，则
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
取上述计算结果的较小值，即错误！未找到引用源。
（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
d 2m
式中 E——杨氏弹性模量错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——导轨静摩擦力，之前算过错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——两个固定支撑之间的距离错误！未找到引用源。。 滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用两端固定支撑方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为:
错误！未找到引用源。
取错误！未找到引用源。 则，
（4）滚珠丝杠螺纹部分长度错误！未找到引用源。确定
式中 错误！未找到引用源。——机床工作台有效行程（mm ）；
错误！未找到引用源。——余程（mm ），由导程为10mm 确定余程为40mm ； 错误！未找到引用源。——螺母长度，取为200mm 。
（5）滚珠丝杠全长L 确定
按照要求，两端支撑长度按照60mm 计算，连接长度按照90mm 计算，起始距离按照40mm 计算，则计算滚珠丝杠全长为
（6）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号
根据以上计算所得的错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的内循环螺母，型号为FFZD5010-3，其公称直径错误！未找到引用源。、基本导程错误！未找到引用源。、额定动载荷错误！未找到引用源。和螺纹底径错误！未找到引用源。如下：
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
（7）确定滚珠丝杠副的支撑方式、预紧形式及支撑轴承
因为本设计的滚珠丝杠的长度很长，而且精度要求也比较高，所以采用刚性最好的支撑方式——一端固定的支撑方式。由于本设计的滚珠丝杠的螺母选用外循环导管、双螺形式，采用单螺母垫片预压方式。滚珠丝杠的支撑采用背对背角接触轴承，因为它的刚性大、力矩小。参照文献[13]采用推力角接触轴承，接触角为60度, 其型号为7209C 。
4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核
滚珠丝杠螺母副的预期疲劳寿命错误！未找到引用源。：
式中 错误！未找到引用源。——丝杠的额定动载荷（N ）, 已知错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——精度系数。1、2级丝杠错误！未找到引用源。；3、4级丝杠错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——载荷稳定性系数，工作平稳和轻微冲击时错误！未找
到引用源。, 中等冲击时错误！未找到引用源。, 较大冲击和振动错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——丝杠轴向平均载荷，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——丝杠平均转速，错误！未找到引用源。
本设计中，滚珠丝杠螺母副预期疲劳寿命错误！未找到引用源。，故满足要求。
4.4滚珠丝杠压杆稳定性校核
长径比大的滚珠丝杠，应进行压杆稳定性计算，并使临界载荷错误！未找到引用源。。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的螺纹小径（mm ），之前计算过错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的最大工作长度（mm ），错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——丝杠长度系数。取决于螺杆端部的支撑形式，采用两端固定支撑错误！未找到引用源。取为0.5 ；
错误！未找到引用源。——杨氏弹性模量，错误！未找到引用源。。
错误！未找到引用源。 则，
故滚珠丝杠压杆稳定性满足要求。
4.5计算机械传动的刚度
4.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算
抗压刚度错误！未找到引用源。为：
式中 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠螺纹小径，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的弹性模量，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的螺母中心之固定端支撑中心之间的距离。 当滚珠丝杠的螺母中心至固定支撑中心之间的距离错误！未找到引用源。时，丝杠具有最小抗压刚度错误！未找到引用源。：
当滚珠丝杠的螺母中心至固定支撑中心之间的距离错误！未找到引用源。时，丝杠具有最大抗压刚度错误！未找到引用源。：
4.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算
已知滚动体直径错误！未找到引用源。，滚动体个数错误！未找到引用源。, 轴承接触角错误！未找到引用源。。轴承最大轴向工作载荷错误！未找到引用源。。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度错误！未找到引用源。为：
4.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算
查表得样本滚珠与滚道的接触刚度错误！未找到引用源。，滚珠丝杠的额定动载荷错误！未找到引用源。。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷错误！未找到引用源。
4.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算
进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为：
故错误！未找到引用源。。
进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为：
故错误！未找到引用源。。
4.6滚珠丝杠驱动电机选择计算
伺服电机的选择，应考虑三个要求：最大切削负载转矩不得超过电机的额定转矩；电机的转子惯量错误！未找到引用源。应与负载惯量错误！未找到引用源。相匹配（匹配条件克根据伺服电机样本提供的匹配条件，也可按照一般的匹配规律）；快速移动时，转矩不得超过伺服电机的最大转矩。
4.6.1最大切削负载转矩计算
式中 错误！未找到引用源。——丝杠最大工作载荷，其值为5071.3N ； 错误！未找到引用源。——丝杠导程，其值为10mm ；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的机械效率，取错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠轴承的摩擦力矩，取错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——伺服电机与丝杠的传动比，伺服电机与丝杠直联，则传动比i=1；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦力矩，其值为：
其中 错误！未找到引用源。——预紧力，已假设为：14000N
4.6.2电机轴负载惯量计算
伺服电机的转子惯量错误！未找到引用源。应与负载惯量错误！未找到引用源。相匹配。负载惯量可以按一下次序计算：
（1）计算工作台折算到电机轴的转动惯量错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。——工作台移动速度，m/s； 错误！未找到引用源。——伺服电机角速度，rad/s；
错误！未找到引用源。——直线移动件（工作台）的质量，已假定错误！未找到引用源。；
（2）计算滚珠丝杠加在电机轴上的转动惯量错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠材料（钢）的密度，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠长度，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠名义直径，错误！未找到引用源。。
（3）计算联轴器加载锁紧螺母等的转动惯量错误！未找到引用源。
查阅手册可知，错误！未找到引用源。
（4）计算加载电机轴上总负载转动惯量错误！未找到引用源。
按照中小型数控机床转动惯量惯量匹配条件：1错误！未找到引用源。，所选伺服电机的转子惯量错误！未找到引用源。应在错误！未找到引用源。 ， 4.6.3选择驱动电动机的型号
根据以上计算和查表综合选择FB15直流伺服电机其输出功率为1.4KW 额定转矩为17.6KW, 最大转矩为154KW,
5纵向进给系统设计
由于两个方向计算过程方式一样, 因此将计算过程简单介绍, 说明计算结果.
5.1 滚珠丝杠基本导程计算
伺服电机通过联轴器与丝杠直接连接，即i=1.假设工作台快速进给的最高速度要求达到V=10m/min，取电机的最高转速错误！未找到引用源。, 则丝杠的最高转速错误！未找到引用源。=1000r/min. 丝杠基本导程为：
5.2 滚珠丝杠副的选择计算
5.2.1 滚珠丝杠副的精度选择
1级精度丝杠。
5.2.2 滚珠丝杠副最大载荷
丝杠的最小载荷错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。 丝杠的最大载荷错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。
滚珠丝杆的平均转速为：
5.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算
（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的计算动载荷
（2）滚珠丝杠螺纹小径错误！未找到引用源。的计算
（2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。
已知进给系统的定位精度为16错误！未找到引用源。, 重复定位精度为7错误！未找到引用源。，则
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
取上述计算结果的较小值，即错误！未找到引用源。 （3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
d 2m
错误！未找到引用源。
取错误！未找到引用源。 则，
（4）滚珠丝杠螺纹部分长度错误！未找到引用源。确定
（5）滚珠丝杠全长L 确定
按照要求，两端支撑长度按照60mm 计算，连接长度按照90mm 计算，起始距离按照45mm 计算，则计算滚珠丝杠全长为
错误！未找到引用源。90+45=错误！未找到引用源。
（6）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号
根据以上计算所得的错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的内循环螺母，型号为FFZD3210-2.5，其公称直径错误！未找到引用源。、基本导程错误！未找到引用源。、额定动载荷错误！未找到引用源。和螺纹底径错误！未找到引用源。如下： 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
（7）确定滚珠丝杠副的支撑方式、预紧形式及支撑轴承
采用一端固定的支撑方式。采用单螺母垫片预压方式。滚珠丝杠的支撑采用背对背角接触轴承，采用推力角接触轴承，接触角为60度, 其型号为7206C 。
5.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核
滚珠丝杠螺母副的预期疲劳寿命错误！未找到引用源。：
本设计中，滚珠丝杠螺母副预期疲劳寿命错误！未找到引用源。，故满足要求。
5.4滚珠丝杠压杆稳定性校核
长径比大的滚珠丝杠，应进行压杆稳定性计算，并使临界载荷错误！未找到引用源。。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 则，
故滚珠丝杠压杆稳定性满足要求。
5.5计算机械传动的刚度
5.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算
抗压刚度错误！未找到引用源。为：
5.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算
5.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算
5.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算
进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为：
故错误！未找到引用源。。
进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为：
故错误！未找到引用源。。
5.6滚珠丝杠驱动电机选择计算
5.6.1最大切削负载转矩计算
5.6.2电机轴负载惯量计算
（1）计算工作台折算到电机轴的转动惯量错误！未找到引用源。
（2）计算滚珠丝杠加在电机轴上的转动惯量错误！未找到引用源。
（3）计算联轴器加载锁紧螺母等的转动惯量错误！未找到引用源。
查阅手册可知，错误！未找到引用源。
（5）计算加载电机轴上总负载转动惯量错误！未找到引用源。
按照中小型数控机床转动惯量惯量匹配条件：1错误！未找到引用源。，所选伺服电机的转子惯量错误！未找到引用源。应在错误！未找到引用源。 ，
5.6.3选择驱动电动机的型号
根据以上计算和查表综合选择法纳克10交流伺服电机其输出功率为1.8KW 额定转矩为11.8KW, 最大转矩为78KW, 转动惯量0.010错误！未找到引用源。
6进给系统结构设计
6.1滚珠丝杠螺母副的设计
滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当他们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠的回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母轴向移动。
滚珠丝杠螺母副具有以下特点：
（1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率为0.92-0.96，比普通丝杠高3-5倍。因此，功率消耗只相当于普通丝杠的1/5-/3.
（2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。
（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
（5）具有可逆性，既可以从螺旋运动转换成直线运动，也可以从直线运动转换成旋转运动。也就是说，丝杠和螺母可以作为主动件。
（5）磨损小，使用寿命长。
（6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。
（7）不能自锁。特别是垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的不同，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故还需要增加制动装置。
本次设计采用的是外循环的丝杠螺母副，精度为1级，两端采用了小圆螺母为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个 L 0的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位而实现预紧。这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设定而且不能改变。
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。
在此课题中采用了以面对面配对组合的60°角接触轴承，组合方式为DDB 。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。
图5.1为滚珠丝杠螺母及其支承结构图。
图5.1 滚珠丝杠结构
6.2床身及导轨
对于数控机床来说，作为主要支承件的床身至关重要，其结构性能的好坏直接影响着机床的各项性能指标。它支承着数控车床的床头箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受着切削力、重力、摩擦力等静态力和动态力的作用。其结构的合理性和性能的好坏直接影响着数控车床的制造成本；影响着车床各部件之间的相对位置精度和车床在工作中各运动部件的相对运动轨迹的准确性，从而影响着工件的加工质量；还影响着车床所用刀具的耐用度，同时也影响着机床的工作效率和寿命等。因此，床身特别是数控车床的床身具有足够的静态刚度和较高的刚度/质量比；良好的动态性能；较小的热变形和内应力；并易于加工制造，装配等，才能满足数控车床对床身的要求。
数控机床工作时，受切削力的作用，床身发生弯曲，其中，影响最大的是床身水平面内的弯曲。因此，在床身不太长的情况下，主要应提高床身在水平面内的弯曲刚度。所以，在设计床身时，采用与水平面倾斜55°的斜面床身。这种结构的特点是：(1)在加工工件时，切屑和切削液可以从斜面的前方(即床身的一侧) 落下，就无需在床身上开排屑孔，这样，床身斜面就可以做成一个完整的斜面。(2)切屑从工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器将切屑排出。这样，机床在工作中，排屑性能和散热性能要好，可以减少床身在工作
中吸收由于切削产生的热量，从而减少床身的热变形，使机床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上无需开排屑孔，就可以增加与底座连接的床身底面的整体性，从而可增加床身底面的刚性。基于以上特点使得床身抵抗来自切削力在水平和垂直面内的分力所产生的弯曲变形能力，以及它们的合力产生的扭转变形能力显著增强。从而大幅度提高了床身的抗弯和抗扭刚度。床身在弯曲、扭转载荷作用下，床身的变形与床身的截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料、截面相同，但形状不同的床身，截面的惯性矩相差很大。截面积相同时，采用空形截面，加大外轮廓尺寸，在工艺允许的情况下，尽可能减小壁厚，可以大大提高截面的抗弯和抗扭刚度；矩形截面的抗弯刚度高于圆形截面，但圆形截面的抗扭刚度较高；封闭截面的刚度显著高于不封闭截面的刚度。为此，在设计床身截面时，综合考虑以上因素，在满足使用、工艺情况下，采用空心截面，加大轮廓，减小壁厚，采用全封闭的类似矩形的床身截面形式，同时，为了提高床身的抗扭刚度和床身的刚度／重量比，在大截面内设计一个较小的类似圆形截面。
床身与导轨为一体，床身材料的选择应根据导轨的要求选择。铸铁具有良好的减震性和耐磨性，易于铸造和加工。床身材料采用机械性能优良的HT250，其硬度、强度较高，耐磨性较好，具有很好的减震性。
车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大且磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。
机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度、工作能力和使用寿命。导轨的功用是导向和承载。车床的床身导轨属于进给导轨，进给运动导轨的动导轨与支承的静导轨之间的相对运动速度较低。
直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并可互相组合。由于矩形导轨制造简单，刚度高，承载能力大，具有两个相垂直的导轨面。且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。再将矩形整体倾斜55°后，侧面磨损能自动补偿，克服了矩形导轨侧面磨损不能自动补偿的缺陷，使其导向性更好。本次设计采用的是三角形和矩形的组合导轨。
导轨强度较核计算
导轨压强计算导轨压强是影响导轨耐磨性的主要因素之一, 中型机床的平均压强一般为0.4到0.5MPa 最大压强为0.8到1.0MPa
每个导轨所逐的载荷可以简化为一个集中力P
Pp=错误！未找到引用源。(MP)
其中P 导轨所受的集中力
Pp 由集中力P 引起的压强(MP)
a 导轨的宽度(mm)
L 动导轨的长度
M 工作台重量取300kg
床身倾斜角度错误！未找到引用源。为45错误！未找到引用源。
三角形导轨转化成矩形导轨换算成当量的宽度进行计算’D=错误！未找到引用源。 其中p=错误！未找到引用源。
其中假设动导轨L 为300mm, 选用导轨三角形矩形导轨宽度为40mm 由计算公式可计算得Pp=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。 = 错误！未找到引用源。=0.088MP错误！未找到引用源。
床身及导轨结构见下图：
6.3轴承端盖的设计
滚珠丝杠两端有轴承端盖，它的作用是轴承外圈的轴向定位，和防尘和密封，除它本身可以防尘和密封外，它常和密封件配合以达到密封的作用。左侧端盖因为滚珠丝杠要通过所以设计了一个孔用毡垫来封油。右边可以设计成封闭式的端盖可以减小加工难度。轴承端盖见下图。
7总结与体会
毕业设计是大学最后一次检验, 也是对我们大学期间所学知识的一次总结与运用，是对以前每门课程设计的综合，是对所学知识的彻底检验。它给我们一次很好的锻炼的机会, 我们能将大学四处所学的知识综合起来运用到毕业设计实例中来, 它不仅加深了我们对课本知识的理解, 更让我们对本专业设计的基本思路方法原理有了一个更深入的了解, 我所在的组的任务是设计是一台数控车铣复合机床，我主要对其中车削的进给系统进行设计。本课题正好是我们本专业的核心课题, 在进行开始设计之前，我到图书馆查阅了相关书籍, 也借了相关资料, 并在网上找了些相关的资料, 对我们本次毕业设计的课题有了些认识, 通过导师的耐心讲解和辅导我们渐渐的对我们的任务有了更深入的认识. 也从中学到了很多东西.
毕业设计是一次理论和实践完美结合的过程。是我们大学毕业前最后一个教学环节, 在近三个月的毕业设计当中，我又重新翻开了机械设计工艺学等课本, 到公厂车间去参观过数控机床和车铣复合数控机床, 在网上查阅最近的数控机床的相关论文, 对数控机床的基本结构原理, 各个部件的选择有一个全新的认识, 也更加让我明白, 数控机床的研究与开发设计是一个复杂而又庞大的工程, 需要一个团体好好协作, 我也从使我对机械设计的流程有了一个理深入的理解, 本次毕业设计仍然有许多不够完美的地方, 我们不可能很充分的去考虑经济性, 和把握市场相当反馈信息, 根据市场需求来设计出满意的车铣复合数控机床, 不过在黄老师的
指导下, 我们也了解以后如何去进行这些工作, 我相信在以后的工作中我们会做的更加完善.
三个多月的毕业设计结束, 但我相信本次毕业设计一定会对我们以后的学习工作产生深远的影响, 为我们以后的工作打下坚实的基础.
8参考文献
1范云涨 陈兆年主编 金属切削机床设计简明手册 机械工业出版社
2李金伴 马伟民主编 实用数控机床技术手册 化学工业出版社
3陈婵娟主编 数控车床设计 化学工业出版社
5戴曙主编 金属切削机床设计手册 机械工业出版社
5范超毅. 数控技术课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2007.
6濮良贵. 机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.
7刘朝儒. 机械制图.[M]北京：高等教育出版社，2001.
8 邓志平. 机械制造技术基础.[M]成都：西南交通大学出版社，2005.
9胡秋. 数控机床进给系统的设计[J].机床与液压，2005（6）：55-56.
10朱晓春 数控技术 机械工业出版社
11付凤岚 胡业发 张新宝公差与检测技术科学出版社
12彭文生主编 机械设计高等教育出版社
9附录
装配图零件图见图纸 三维模型图
10致谢词
经过3个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师黄继雄老师, 黄老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是黄老师仍然细心地纠正设计图纸中的错误。除了敬佩黄老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。
32
毕业设计(论文) 任务书
毕业设计(论文) 开题报告
注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成；
2．设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；
3．指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。
郑 重 声 明
本人郑重声明：所呈交的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，本论文不包括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。
本人签名：
日期：
目 录
摘 要 . ............................................................. 1
Abstract . ........................................................... 2
1绪论 .............................................................. 3
2数控机床的设计概念 ................................................ 4
2.1数控机床的基本工作原理简介 ...................................... 4
2.2数控机床的一般设计步骤 .......................................... 5
3进给系统设计概念 .................................................. 6
3.1数控机床进给系统的结构与组成 .................................... 6
3.2进给伺服系统的控制方式 .......................................... 6
4横向进给系统设计 .................................................. 7
4.1 传动系统设计 . ................................................... 7
4.1.2 滚珠丝杠基本导程计算 . ......................................... 7
4.2 滚珠丝杠副的选择计算 . ........................................... 8
4.2.1 滚珠丝杠副的精度选择 .......................................................................................................8
4.2.2 滚珠丝杠副最大载荷 ...........................................................................................................8
4.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 ....................................................................................9
4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核 ..................................... 12
4.4滚珠丝杠压杆稳定性校核 ......................................... 13
4.5计算机械传动的刚度 ............................................. 14
4.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算 ......................................................................................................14
4.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算 ..............................................................................15
4.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算 ....................... 15
4.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算 ......................................................................................15
4.6滚珠丝杠驱动电机选择计算 ....................................... 16
4.6.1最大切削负载转矩计算 ......................................................................................................16
4.6.2电机轴负载惯量计算 ..........................................................................................................17
5纵向进给系统设计 ................................................. 18
5.1 滚珠丝杠基本导程计算 . .......................................... 18
5.2 滚珠丝杠副的选择计算 . .......................................... 18
5.2.1 滚珠丝杠副的精度选择 .....................................................................................................18
5.2.2 滚珠丝杠副最大载荷 .........................................................................................................19
5.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 ..................................................................................19
5.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核 ..................................... 21
5.4滚珠丝杠压杆稳定性校核 ......................................... 21
5.5计算机械传动的刚度 ............................................. 22
5.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算 ......................................................................................................22
5.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算 ..............................................................................22
5.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算 ..................................................................23
5.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算 ......................................................................................23
5.6滚珠丝杠驱动电机选择计算 ....................................... 23
5.6.1最大切削负载转矩计算 ......................................................................................................23
5.6.2电机轴负载惯量计算 ..........................................................................................................24
5.6.3选择驱动电动机的型号 ......................................... 24
6进给系统结构设计 ................................................. 25
6.1滚珠丝杠螺母副的设计 ........................................... 25
6.2床身及导轨 ..................................................... 26
6.3轴承端盖的设计 ................................................. 28
7总结与体会 ....................................................... 29
8参考文献 ......................................................... 30
9附录 ............................................................. 31
10致谢词 .......................................................... 33
摘 要
本设计主要是研究车铣复合数控机床进给系统部分, 数控技术已广泛应用在制造技术领域, 此外, 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。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. 以便提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。本论文特别处理计算选择了各个部件, 此外本文还主要对进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析进行了计算分析。
关键词 车铣复合 数控技术 进给系统 滚珠丝杠 驱动电机
Abstract
This project is to study the feed transmission system of multifunctional milling
machine. Numerical control technology is used widly in Manufacturing technology. In
additionManufacturing technology and equiping the most basic means of production
that are that the mankind produced the activity, and numerical control technology is
nowadays advanced manufacturing technology and equips the most central
technology. Nowadays the manufacturing industry all around the world adopts
numerical control technology extensively, in order to improve manufacturing capacity
and level. improve the adaptive capacity and competitive power to the changeable
market of the trends During the paper particularly dealt with the choice and
calculation of every parts Caculate the inflexibility of feed transmission system.
Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor
and balls crew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system .
Key words: multifunctional milling machine. numerical control technology feed
transmission system . ballscrew drive electromotor.
1绪论
数控技术是一门为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数
字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛
的应用领域和广阔的应用前景。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变
革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在
现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动
控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动
化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精、
高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场
上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机
床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各
国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO 后，正式参与
世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰
巨的任务。 数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断
发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经
验最多的国家。在近20余年探索中，中国数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表
现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使
设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、
数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供
应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部
件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行
开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。
此次研究课题主要是车铣复合数控机床, 本文主要讨论研究车削进给系统设计, 设计主
要内容包括机床总体参数及总体布局设计、车削进给系统设计和车削进给系统主要零部件的
设计, 横向进给系统 的方案设计, 对进给系统各个部件进行选型计算, 绘制进给系统主要
部件装配图, 典型零件绘制零件图, 外文翻译, 并撰写毕业设计论文.
本次设计旨在将大学四年所学的知识进行综合运用并巩固, 对我们的机械设计的综合能
力提出了考验, 通过本次设计加强动手设计能力, 提高分析解决问题的能力, 熟练掌握机械设
计的一般方法与流程, 为以后的学习工作打下基础.
2数控机床的设计概念
2.1数控机床的基本工作原理简介
现代计算机数控机床由控制介质、输入输出设备、计算机数控装置、伺服系统及机床本体组成。
数控机床工作原理图
1、 控制介质控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。目前常用的有穿孔带、磁带或磁盘等。
2、 输入、输出装置是CNC 系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC 系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。
3、 数控装置
CNC 装置是数控机床实现自动加工的核心，主要由计算机系统、位置控制板、PLC 接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC 等) ，所有这些工作是由CNC 装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。
4、 伺服系统
它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率
放大后，带动机床移动部件作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。
5、 检测反馈系统
测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测机床的实际位置、速度等信息，并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正，构成系统的闭环控制。
6、 机床本体
机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。由于数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，它与传统的普通机床相比，应具有更好的刚性和抗振性，相对运动摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。
2.2数控机床的一般设计步骤
数控机床的设计内容及步骤大致可概括为以下几点
(1)主要技术指标设计:包括用途性能生产率主要参数驱动方式成本及生产周期等
(2)总体方案设计 总体方案设计包括以下几方面设计
①运动功能设计 包括确定数控机床所需的运动的个数、形式(直线运动、回转运动) 、功能(主运动、进给运动、其他运动) 及排列顺序, 最后画出数控机床的运动功能图
②基本参数设计 包括尺寸参数、运到参数和动力参数设计.
③传动系统设计 包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计
④总体结构布局设计 包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方案图设计.
⑤控制系统设计 包括控制方式及控制控制原理、控制系统图设计.
(4)总体方案综合评价与选择 在总体方案设计阶段, 对其各种方案进行综合评价, 从中选择较好的方案.
(5)总体方案的设计修改或优化 对所选择的方案进行进一步的修改或优化, 确定最终方案.
(6)详细设计
①技术设计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化.
②施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档
3进给系统设计概念
3.1数控机床进给系统的结构与组成
进给伺服系统由伺服驱动装置、位置检测元件及位置调节器等组成, 如下图3.1所示. 伺服驱动装置包括伺服电机及控制单元. 位置检测元件起着测量和反馈两个作用, 它发出的信号已传送给位置调节器从而构成闭环控制. 机械传动装置的作用是传递和转换进给伺服电动机的运动, 并带动工作台移动包括减速器、滚珠丝杠副机构等
图3.1 数控机床进给系统伺服
3.2进给伺服系统的控制方式
根据进给伺服系统实现自动调节方式的不同, 可以分为开环控制与闭环控制. 闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。
半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。
全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。
全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。
数控机床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。
4横向进给系统设计
4.1 传动系统设计
4.1.1 进给系统主要规格技术参数
纵向：工作台重量：W=200kg
行程：S=1000mm
脉冲当量：δp =0.006mm/P
最大进给速度：V max =15m/min
横向：工作台重量：W=200N
行程：S=650mm
脉冲当量：δp =0.004mm/P
最大进给速度：V max =10m/min
定位精度 ：0.016mm
重复定位精度 ：0.007
4.1.2 滚珠丝杠基本导程计算
伺服电机一般最高转速错误！未找到引用源。为1500r/min或2000r/min。如果伺服电机通过联轴器与丝杠直接连接，即i=1.假设工作台快速进给的最高速度要求达到
V=15m/min，取电机的最高转速错误！未找到引用源。, 则丝杠的最高转速错误！未找到引用源。=1500r/min.
丝杠基本导程为：
4.2 滚珠丝杠副的选择计算
4.2.1 滚珠丝杠副的精度选择
本系统要达到0.006／300mm, 根据要求查阅滚珠丝杠样本，对于1级（错误！未找到引用源。）精度丝杠，任意300mm 内导程允许误差为0.006mm ，2级（错误！未找到引用源。）精度丝杠的导程允许误差为0.008mm 。初步设丝杠的任意300mm 行程内变动量错误！未找到引用源。为定位精度的错误！未找到引用源。，即0.0040.006，因此，可取滚珠丝杠的精度为错误！未找到引用源。级，即1级精度丝杠。
4.2.2 滚珠丝杠副最大载荷
滚珠丝杠的最大载荷为切削时的最大进给力加上摩擦力；而最小载荷为摩擦力。假设最大纵向进给力错误！未找到引用源。=5000N，工作台质量m=200kg，采用贴塑导轨，则：因贴塑导轨的摩擦因数μ取0.04，由于采用60错误！未找到引用源。倾斜床身θ=60错误！未找到引用源。
丝杠的最小载荷错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。
丝杠的最大载荷错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。
当载荷按照单调或周期性单调连续变化时，则可用下式求得轴向工作载荷（平均载荷）错误！未找到引用源。和平均转速错误！未找到引用源。
:
滚珠丝杠最高转速定为错误！未找到引用源。1500r/min,假定工作台最小进给速度为1mm/min，则滚珠丝杠的最低转速为：
可取错误！未找到引用源。为0，则滚珠丝杆的平均转速为：
4.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算
（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的计算动载荷
式中 错误！未找到引用源。——额定寿命（h ）。数控机床和精密机床错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——精度系数。1、2级丝杠错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——平均载荷，之前计算错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠平均转速, 之前计算错误！未找到引用源。。
（2）滚珠丝杠螺纹小径错误！未找到引用源。的计算
式中 错误！未找到引用源。——丝杠公称直径，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——螺纹滚道曲率半径；
错误！未找到引用源。——偏心距
式中 钢球直径错误！未找到引用源。，P 为螺距P=10mm，则错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。, 错误！未找到引用源。, 接触角错误！未找到引用源。
（2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。
已知横向进给系统的定位精度为16错误！未找到引用源。, 重复定位精度为7错误！未找到引用源。，则
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
取上述计算结果的较小值，即错误！未找到引用源。
（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
d 2m
式中 E——杨氏弹性模量错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——导轨静摩擦力，之前算过错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——两个固定支撑之间的距离错误！未找到引用源。。 滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用两端固定支撑方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为:
错误！未找到引用源。
取错误！未找到引用源。 则，
（4）滚珠丝杠螺纹部分长度错误！未找到引用源。确定
式中 错误！未找到引用源。——机床工作台有效行程（mm ）；
错误！未找到引用源。——余程（mm ），由导程为10mm 确定余程为40mm ； 错误！未找到引用源。——螺母长度，取为200mm 。
（5）滚珠丝杠全长L 确定
按照要求，两端支撑长度按照60mm 计算，连接长度按照90mm 计算，起始距离按照40mm 计算，则计算滚珠丝杠全长为
（6）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号
根据以上计算所得的错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的内循环螺母，型号为FFZD5010-3，其公称直径错误！未找到引用源。、基本导程错误！未找到引用源。、额定动载荷错误！未找到引用源。和螺纹底径错误！未找到引用源。如下：
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
（7）确定滚珠丝杠副的支撑方式、预紧形式及支撑轴承
因为本设计的滚珠丝杠的长度很长，而且精度要求也比较高，所以采用刚性最好的支撑方式——一端固定的支撑方式。由于本设计的滚珠丝杠的螺母选用外循环导管、双螺形式，采用单螺母垫片预压方式。滚珠丝杠的支撑采用背对背角接触轴承，因为它的刚性大、力矩小。参照文献[13]采用推力角接触轴承，接触角为60度, 其型号为7209C 。
4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核
滚珠丝杠螺母副的预期疲劳寿命错误！未找到引用源。：
式中 错误！未找到引用源。——丝杠的额定动载荷（N ）, 已知错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——精度系数。1、2级丝杠错误！未找到引用源。；3、4级丝杠错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——载荷稳定性系数，工作平稳和轻微冲击时错误！未找
到引用源。, 中等冲击时错误！未找到引用源。, 较大冲击和振动错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——丝杠轴向平均载荷，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——丝杠平均转速，错误！未找到引用源。
本设计中，滚珠丝杠螺母副预期疲劳寿命错误！未找到引用源。，故满足要求。
4.4滚珠丝杠压杆稳定性校核
长径比大的滚珠丝杠，应进行压杆稳定性计算，并使临界载荷错误！未找到引用源。。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的螺纹小径（mm ），之前计算过错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的最大工作长度（mm ），错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——丝杠长度系数。取决于螺杆端部的支撑形式，采用两端固定支撑错误！未找到引用源。取为0.5 ；
错误！未找到引用源。——杨氏弹性模量，错误！未找到引用源。。
错误！未找到引用源。 则，
故滚珠丝杠压杆稳定性满足要求。
4.5计算机械传动的刚度
4.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算
抗压刚度错误！未找到引用源。为：
式中 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠螺纹小径，错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的弹性模量，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的螺母中心之固定端支撑中心之间的距离。 当滚珠丝杠的螺母中心至固定支撑中心之间的距离错误！未找到引用源。时，丝杠具有最小抗压刚度错误！未找到引用源。：
当滚珠丝杠的螺母中心至固定支撑中心之间的距离错误！未找到引用源。时，丝杠具有最大抗压刚度错误！未找到引用源。：
4.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算
已知滚动体直径错误！未找到引用源。，滚动体个数错误！未找到引用源。, 轴承接触角错误！未找到引用源。。轴承最大轴向工作载荷错误！未找到引用源。。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度错误！未找到引用源。为：
4.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算
查表得样本滚珠与滚道的接触刚度错误！未找到引用源。，滚珠丝杠的额定动载荷错误！未找到引用源。。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷错误！未找到引用源。
4.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算
进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为：
故错误！未找到引用源。。
进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为：
故错误！未找到引用源。。
4.6滚珠丝杠驱动电机选择计算
伺服电机的选择，应考虑三个要求：最大切削负载转矩不得超过电机的额定转矩；电机的转子惯量错误！未找到引用源。应与负载惯量错误！未找到引用源。相匹配（匹配条件克根据伺服电机样本提供的匹配条件，也可按照一般的匹配规律）；快速移动时，转矩不得超过伺服电机的最大转矩。
4.6.1最大切削负载转矩计算
式中 错误！未找到引用源。——丝杠最大工作载荷，其值为5071.3N ； 错误！未找到引用源。——丝杠导程，其值为10mm ；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠的机械效率，取错误！未找到引用源。； 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠轴承的摩擦力矩，取错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——伺服电机与丝杠的传动比，伺服电机与丝杠直联，则传动比i=1；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦力矩，其值为：
其中 错误！未找到引用源。——预紧力，已假设为：14000N
4.6.2电机轴负载惯量计算
伺服电机的转子惯量错误！未找到引用源。应与负载惯量错误！未找到引用源。相匹配。负载惯量可以按一下次序计算：
（1）计算工作台折算到电机轴的转动惯量错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。——工作台移动速度，m/s； 错误！未找到引用源。——伺服电机角速度，rad/s；
错误！未找到引用源。——直线移动件（工作台）的质量，已假定错误！未找到引用源。；
（2）计算滚珠丝杠加在电机轴上的转动惯量错误！未找到引用源。
式中 错误！未找到引用源。——滚珠丝杠材料（钢）的密度，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠长度，错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。——滚珠丝杠名义直径，错误！未找到引用源。。
（3）计算联轴器加载锁紧螺母等的转动惯量错误！未找到引用源。
查阅手册可知，错误！未找到引用源。
（4）计算加载电机轴上总负载转动惯量错误！未找到引用源。
按照中小型数控机床转动惯量惯量匹配条件：1错误！未找到引用源。，所选伺服电机的转子惯量错误！未找到引用源。应在错误！未找到引用源。 ， 4.6.3选择驱动电动机的型号
根据以上计算和查表综合选择FB15直流伺服电机其输出功率为1.4KW 额定转矩为17.6KW, 最大转矩为154KW,
5纵向进给系统设计
由于两个方向计算过程方式一样, 因此将计算过程简单介绍, 说明计算结果.
5.1 滚珠丝杠基本导程计算
伺服电机通过联轴器与丝杠直接连接，即i=1.假设工作台快速进给的最高速度要求达到V=10m/min，取电机的最高转速错误！未找到引用源。, 则丝杠的最高转速错误！未找到引用源。=1000r/min. 丝杠基本导程为：
5.2 滚珠丝杠副的选择计算
5.2.1 滚珠丝杠副的精度选择
1级精度丝杠。
5.2.2 滚珠丝杠副最大载荷
丝杠的最小载荷错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。 丝杠的最大载荷错误！未找到引用源。：错误！未找到引用源。
滚珠丝杆的平均转速为：
5.2.3滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算
（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的计算动载荷
（2）滚珠丝杠螺纹小径错误！未找到引用源。的计算
（2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。
已知进给系统的定位精度为16错误！未找到引用源。, 重复定位精度为7错误！未找到引用源。，则
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
取上述计算结果的较小值，即错误！未找到引用源。 （3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径
d 2m
错误！未找到引用源。
取错误！未找到引用源。 则，
（4）滚珠丝杠螺纹部分长度错误！未找到引用源。确定
（5）滚珠丝杠全长L 确定
按照要求，两端支撑长度按照60mm 计算，连接长度按照90mm 计算，起始距离按照45mm 计算，则计算滚珠丝杠全长为
错误！未找到引用源。90+45=错误！未找到引用源。
（6）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号
根据以上计算所得的错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的内循环螺母，型号为FFZD3210-2.5，其公称直径错误！未找到引用源。、基本导程错误！未找到引用源。、额定动载荷错误！未找到引用源。和螺纹底径错误！未找到引用源。如下： 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
（7）确定滚珠丝杠副的支撑方式、预紧形式及支撑轴承
采用一端固定的支撑方式。采用单螺母垫片预压方式。滚珠丝杠的支撑采用背对背角接触轴承，采用推力角接触轴承，接触角为60度, 其型号为7206C 。
5.3滚珠丝杠螺母副额定寿命校核
滚珠丝杠螺母副的预期疲劳寿命错误！未找到引用源。：
本设计中，滚珠丝杠螺母副预期疲劳寿命错误！未找到引用源。，故满足要求。
5.4滚珠丝杠压杆稳定性校核
长径比大的滚珠丝杠，应进行压杆稳定性计算，并使临界载荷错误！未找到引用源。。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
当错误！未找到引用源。时 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 则，
故滚珠丝杠压杆稳定性满足要求。
5.5计算机械传动的刚度
5.5.1滚珠丝杠抗压刚度计算
抗压刚度错误！未找到引用源。为：
5.5.2滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度计算
5.5.3滚珠丝杠螺母副滚珠和滚道的接触刚度计算
5.5.4进给传动系统综合拉压刚度计算
进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为：
故错误！未找到引用源。。
进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为：
故错误！未找到引用源。。
5.6滚珠丝杠驱动电机选择计算
5.6.1最大切削负载转矩计算
5.6.2电机轴负载惯量计算
（1）计算工作台折算到电机轴的转动惯量错误！未找到引用源。
（2）计算滚珠丝杠加在电机轴上的转动惯量错误！未找到引用源。
（3）计算联轴器加载锁紧螺母等的转动惯量错误！未找到引用源。
查阅手册可知，错误！未找到引用源。
（5）计算加载电机轴上总负载转动惯量错误！未找到引用源。
按照中小型数控机床转动惯量惯量匹配条件：1错误！未找到引用源。，所选伺服电机的转子惯量错误！未找到引用源。应在错误！未找到引用源。 ，
5.6.3选择驱动电动机的型号
根据以上计算和查表综合选择法纳克10交流伺服电机其输出功率为1.8KW 额定转矩为11.8KW, 最大转矩为78KW, 转动惯量0.010错误！未找到引用源。
6进给系统结构设计
6.1滚珠丝杠螺母副的设计
滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当他们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠的回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母轴向移动。
滚珠丝杠螺母副具有以下特点：
（1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率为0.92-0.96，比普通丝杠高3-5倍。因此，功率消耗只相当于普通丝杠的1/5-/3.
（2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。
（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
（5）具有可逆性，既可以从螺旋运动转换成直线运动，也可以从直线运动转换成旋转运动。也就是说，丝杠和螺母可以作为主动件。
（5）磨损小，使用寿命长。
（6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。
（7）不能自锁。特别是垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的不同，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故还需要增加制动装置。
本次设计采用的是外循环的丝杠螺母副，精度为1级，两端采用了小圆螺母为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个 L 0的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位而实现预紧。这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设定而且不能改变。
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。
在此课题中采用了以面对面配对组合的60°角接触轴承，组合方式为DDB 。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。
图5.1为滚珠丝杠螺母及其支承结构图。
图5.1 滚珠丝杠结构
6.2床身及导轨
对于数控机床来说，作为主要支承件的床身至关重要，其结构性能的好坏直接影响着机床的各项性能指标。它支承着数控车床的床头箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受着切削力、重力、摩擦力等静态力和动态力的作用。其结构的合理性和性能的好坏直接影响着数控车床的制造成本；影响着车床各部件之间的相对位置精度和车床在工作中各运动部件的相对运动轨迹的准确性，从而影响着工件的加工质量；还影响着车床所用刀具的耐用度，同时也影响着机床的工作效率和寿命等。因此，床身特别是数控车床的床身具有足够的静态刚度和较高的刚度/质量比；良好的动态性能；较小的热变形和内应力；并易于加工制造，装配等，才能满足数控车床对床身的要求。
数控机床工作时，受切削力的作用，床身发生弯曲，其中，影响最大的是床身水平面内的弯曲。因此，在床身不太长的情况下，主要应提高床身在水平面内的弯曲刚度。所以，在设计床身时，采用与水平面倾斜55°的斜面床身。这种结构的特点是：(1)在加工工件时，切屑和切削液可以从斜面的前方(即床身的一侧) 落下，就无需在床身上开排屑孔，这样，床身斜面就可以做成一个完整的斜面。(2)切屑从工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器将切屑排出。这样，机床在工作中，排屑性能和散热性能要好，可以减少床身在工作
中吸收由于切削产生的热量，从而减少床身的热变形，使机床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上无需开排屑孔，就可以增加与底座连接的床身底面的整体性，从而可增加床身底面的刚性。基于以上特点使得床身抵抗来自切削力在水平和垂直面内的分力所产生的弯曲变形能力，以及它们的合力产生的扭转变形能力显著增强。从而大幅度提高了床身的抗弯和抗扭刚度。床身在弯曲、扭转载荷作用下，床身的变形与床身的截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料、截面相同，但形状不同的床身，截面的惯性矩相差很大。截面积相同时，采用空形截面，加大外轮廓尺寸，在工艺允许的情况下，尽可能减小壁厚，可以大大提高截面的抗弯和抗扭刚度；矩形截面的抗弯刚度高于圆形截面，但圆形截面的抗扭刚度较高；封闭截面的刚度显著高于不封闭截面的刚度。为此，在设计床身截面时，综合考虑以上因素，在满足使用、工艺情况下，采用空心截面，加大轮廓，减小壁厚，采用全封闭的类似矩形的床身截面形式，同时，为了提高床身的抗扭刚度和床身的刚度／重量比，在大截面内设计一个较小的类似圆形截面。
床身与导轨为一体，床身材料的选择应根据导轨的要求选择。铸铁具有良好的减震性和耐磨性，易于铸造和加工。床身材料采用机械性能优良的HT250，其硬度、强度较高，耐磨性较好，具有很好的减震性。
车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大且磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。
机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度、工作能力和使用寿命。导轨的功用是导向和承载。车床的床身导轨属于进给导轨，进给运动导轨的动导轨与支承的静导轨之间的相对运动速度较低。
直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并可互相组合。由于矩形导轨制造简单，刚度高，承载能力大，具有两个相垂直的导轨面。且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。再将矩形整体倾斜55°后，侧面磨损能自动补偿，克服了矩形导轨侧面磨损不能自动补偿的缺陷，使其导向性更好。本次设计采用的是三角形和矩形的组合导轨。
导轨强度较核计算
导轨压强计算导轨压强是影响导轨耐磨性的主要因素之一, 中型机床的平均压强一般为0.4到0.5MPa 最大压强为0.8到1.0MPa
每个导轨所逐的载荷可以简化为一个集中力P
Pp=错误！未找到引用源。(MP)
其中P 导轨所受的集中力
Pp 由集中力P 引起的压强(MP)
a 导轨的宽度(mm)
L 动导轨的长度
M 工作台重量取300kg
床身倾斜角度错误！未找到引用源。为45错误！未找到引用源。
三角形导轨转化成矩形导轨换算成当量的宽度进行计算’D=错误！未找到引用源。 其中p=错误！未找到引用源。
其中假设动导轨L 为300mm, 选用导轨三角形矩形导轨宽度为40mm 由计算公式可计算得Pp=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。 = 错误！未找到引用源。=0.088MP错误！未找到引用源。
床身及导轨结构见下图：
6.3轴承端盖的设计
滚珠丝杠两端有轴承端盖，它的作用是轴承外圈的轴向定位，和防尘和密封，除它本身可以防尘和密封外，它常和密封件配合以达到密封的作用。左侧端盖因为滚珠丝杠要通过所以设计了一个孔用毡垫来封油。右边可以设计成封闭式的端盖可以减小加工难度。轴承端盖见下图。
7总结与体会
毕业设计是大学最后一次检验, 也是对我们大学期间所学知识的一次总结与运用，是对以前每门课程设计的综合，是对所学知识的彻底检验。它给我们一次很好的锻炼的机会, 我们能将大学四处所学的知识综合起来运用到毕业设计实例中来, 它不仅加深了我们对课本知识的理解, 更让我们对本专业设计的基本思路方法原理有了一个更深入的了解, 我所在的组的任务是设计是一台数控车铣复合机床，我主要对其中车削的进给系统进行设计。本课题正好是我们本专业的核心课题, 在进行开始设计之前，我到图书馆查阅了相关书籍, 也借了相关资料, 并在网上找了些相关的资料, 对我们本次毕业设计的课题有了些认识, 通过导师的耐心讲解和辅导我们渐渐的对我们的任务有了更深入的认识. 也从中学到了很多东西.
毕业设计是一次理论和实践完美结合的过程。是我们大学毕业前最后一个教学环节, 在近三个月的毕业设计当中，我又重新翻开了机械设计工艺学等课本, 到公厂车间去参观过数控机床和车铣复合数控机床, 在网上查阅最近的数控机床的相关论文, 对数控机床的基本结构原理, 各个部件的选择有一个全新的认识, 也更加让我明白, 数控机床的研究与开发设计是一个复杂而又庞大的工程, 需要一个团体好好协作, 我也从使我对机械设计的流程有了一个理深入的理解, 本次毕业设计仍然有许多不够完美的地方, 我们不可能很充分的去考虑经济性, 和把握市场相当反馈信息, 根据市场需求来设计出满意的车铣复合数控机床, 不过在黄老师的
指导下, 我们也了解以后如何去进行这些工作, 我相信在以后的工作中我们会做的更加完善.
三个多月的毕业设计结束, 但我相信本次毕业设计一定会对我们以后的学习工作产生深远的影响, 为我们以后的工作打下坚实的基础.
8参考文献
1范云涨 陈兆年主编 金属切削机床设计简明手册 机械工业出版社
2李金伴 马伟民主编 实用数控机床技术手册 化学工业出版社
3陈婵娟主编 数控车床设计 化学工业出版社
5戴曙主编 金属切削机床设计手册 机械工业出版社
5范超毅. 数控技术课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2007.
6濮良贵. 机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.
7刘朝儒. 机械制图.[M]北京：高等教育出版社，2001.
8 邓志平. 机械制造技术基础.[M]成都：西南交通大学出版社，2005.
9胡秋. 数控机床进给系统的设计[J].机床与液压，2005（6）：55-56.
10朱晓春 数控技术 机械工业出版社
11付凤岚 胡业发 张新宝公差与检测技术科学出版社
12彭文生主编 机械设计高等教育出版社
9附录
装配图零件图见图纸 三维模型图
10致谢词
经过3个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师黄继雄老师, 黄老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是黄老师仍然细心地纠正设计图纸中的错误。除了敬佩黄老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。
32