（1）文怀兴、夏田.《数控机床系统模块设计》北京：北京化工出版社，2005.

  （2）杨建明.《数控加工工艺与编程》北京：北京理工大学出版社，2009.

  4．本设计任务书于2012年11月14日发出，应于2012年12月21日前完成，接着进行答辩。

  X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“一端固定—-一端游动”的轴承配置形式。可知这种安装适用于较高精度、中等载荷的丝杠，一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承,这样能承受集中力偶。

  a、滚珠丝杠滚道间的接触变形量δ，查【3】中相关公式，根据公式 ，求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数 列数为3 2，代入公式 Z 圈数 列数，得滚珠总数量 =120。丝杠预紧时，取轴向预紧力 /3=498N。查【3】中相关公式，得，滚珠与螺纹滚道间接触变形 式中Pa= = 。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量能够大大减少一半，取 =0.0007mm。

  已知移动部件总重量G=800N，按滚动导轨计算，由【3】中P389，取颠覆力影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数查【1】中P194可知u=0.0025—0.005,现取u=0.005，求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：

  《数字控制机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设计训练，主要目的：

  1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想关知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。

  2、通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式

  设零件的加工方式为立式加工，采用硬质合金铣刀，工件材料为碳素钢。由【5】中P13页的表中，可知d=15mm的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下：

  设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=400mm/min，初选丝杠导程P=5mm,则此时丝杠转速 =v/P=80r/min。

  预计滚珠丝杠的工作5年,每年算360天，每天工作8小时，由此得常规使用的寿命为：

  、对于步进电动机的开环控制管理系统，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52作为控制管理系统的CPU，能够很好的满足任务书给定的相关指标。

  、要设计一整的控制管理系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。

  采用立铣刀进行圆柱铣削时，各铣削力之间的比值可由【2】中查得，各铣削力之间的比值范围如下：

  考虑逆铣时的情况，因为逆铣的情况的受力最大的情况，为了安全考虑这种最危险的工况。由此可估算三个方向的铣削力分别为：

  步进电动机的旋转运动一定要通过丝杠螺母副转换成直线mm脉冲当量，因为定位精度±0.04mm，对于物理运动要有一定的精度损失，大约是1/3-1/2的定位精度，现取为1/2，即是±0.02mm和±0.04mm的定位精度，滑动丝杠副没办法做到，只有选用滚珠丝杆副才能达到一定的要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。

  代入公式，得P =27089N=F大于 =7533N，故不会失稳，满足使用要求。

  查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等冲击载荷取值范围 ，现取 ，滚道硬度为60HRC时，硬度影响系数取值 ，由【1】中P109，式5-3

  根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查网上生产该型号的生产厂商的资料，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的GDM系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈×2系列，精度等级取5级，螺母安装尺寸L=80mm，额定动载荷为9309N，大于最大计算动载荷 =7971N，满足要求。

  考虑立铣，则工作台受到垂直方向的铣削力 ，受到水平方向的铣削力分别为 和

  今将水平方向较大的铣削力分配给工作台的纵向，则纵向铣削力 ，径向铣削力为 。

  工作载荷是影响导轨副寿命的主要的因素，对于水平布置的十字工作台多采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为：

  本例中，丝杠的有效行程取330mm，由【3】中知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm时，行程偏差允许达到25 ，可见丝杠刚度足够。

  同时选用内循环的形式，因为这样摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸结构紧密相连，轴向刚度高。

  由于定位精度不高，故选择的调隙方式是垫片调隙式，这种调隙方式结构相对比较简单，刚性好，装卸方便。

  由于工作台最快的移动速度Vxmax= Vymax=1500mm/min，所需的转速不高，故能够使用一般的安装的步骤，即一端固定，一端游动的轴承配置形式。

  预期工作台的工作寿命为5年，一年365天，取上班时间为360天，每天工作8小时，因此得到小时额定工作寿命

  按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为800N。

  要设计数控铣床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。

  选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏低，为了确认和保证电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用开环控制，任务书初选的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有1500mm/min,故本设计不必采用高档次的伺服电机，因此能选用混合式步进电机，以减少相关成本，提高性价比。

  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,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程来控制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围覆盖很多领域。

  丝杠采用的是一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承的配置形式，轴承的中心距a=500mm,钢的弹性模量E=2.1 10 MPa,由表一中可知，滚珠直径 =3.175mm,丝杠底径 =16.2mm，则丝杠的截面积S= =206.12 ,由【7】中，式3-35

  在我国对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。

  根据额定动载荷，选择滚动导轨，查滚动导轨生产厂商，选用南京工艺装备制造有限公司的GGB16BA型，相关尺寸如下图4所示，

  选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，在大多数情况下要减速装置，且应有消间隙机构，如果要选用减速装置，则应选用无间隙齿轮传动减速箱。

  、设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制管理系统应该具有轮廓控制，两坐标直线插补与圆弧插补的பைடு நூலகம்本功能，所以控制管理系统设计成连续控制型。

  4、工作台空载进给最快移动速度：Vxmax=Vymax=1500mm/min，工作台进给最快移动速度: ，加减速0.3s。

  3、通过对机械系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算操控方法与控制驱动方式

  1、立铣刀最大直径的d=15mm，立铣刀齿数Z=3，最大铣削宽度 =15mm

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