轴和丝杠的设计

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1、4开放式数控系统机床的设计4.1主轴系统设计[8][9]4.1.1主轴电机的选取加工：工业纯铝硬度55~98HRH，，根据金属切削原理可查得切削条件，，而设计的转速为n=1200r/min,若选择高速钢立铣刀直径为6mm,齿，则所需的加工功率为由此可见所需的电机为小功率电机，由于没有太多的调速要求，电机直接与工作主轴连接，则常选择单相电容运转异步电机，其电机性能和典型应用如《小功率电动机选择与应用技术》中图4-1根据转速要求要求同步转速在1500r/min，同时应减少电机尺寸和重量，而功率要满足要求的同时尽

2、量大，查得电机参数如下表4-1和《小功率电动机选型手册》中的图3-20，表3-20，电机功率为40w，电机型号为YY5024，采用电压调速。表4-1YY系列电容运转单相异步电动机安装尺寸、技术数据型号功率(kW)转速(r/min)电流(A)电压(V)效率(%)功率因数(cosφ)堵转转矩堵转电流最大转矩重量噪声额定转矩额定电流额定转矩YY50120.0428000.43220470.90.51.51.7467YY50220.0628000.55220530.90.521.74.567YY50140.0251

3、4000.32220380.850.551.21.7462YY50240.0414000.47220450.850.551.51.74.5624.1.2主轴的设计（1）确定轴的最小直径按《机械设计》式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取于是得：（4-1）轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号为圆锥销套筒联轴器，根据电机伸出段直径，可选取连接轴径，其相关尺寸见《现代实用机床手册》联轴器部分。（2）确定轴的各段直径：见装配

4、图（3）轴的弯扭强度校核根据轴上载荷易知：轴在支撑处且近加工端所受的弯矩和扭矩最大。所以支撑力，（4-2），，，（4-3）已知,所以满足强度要求。4.2Z轴方向的伺服进给系统的设计计算4.2.1主轴系统的自重估算电机自重估算为=主轴箱自重估算主轴系统总重=+4.2.2切削力估算选择高速钢立铣刀直径为6mm,齿，初选电机功功率由，（4-4）-主轴传递全部功率时的最低切削速度（m/s）；-机床主传动系统的传动功率（因主轴与电机直连，取=1）。而，-刀具直径（mm）,-主轴转速（r/min）。（4-5）查《切削用

5、量手册估算手册》和NOVEX切削数据估算器，可得查《铣工工艺学》得最大切削条件下加工铝及铝合金，硬度55~98HRH，进给速度为。4.2.3滚珠丝杠的设计计算（1）滚珠丝杠导程的确定有，-脉冲当量，-丝杠导程，-传动比，-步距角取=1，=0.01mm/p,=，=2.4mm，按照优先组合，取公称导程为=2.5mm，则=，符合要求。（2）确定丝杠的等效转速初选步进电机45BF最高工作转速，而，取，则（4-6）（3）确定丝杠的等效载荷取导轨为滑动导轨中的圆柱截面直线导轨，一般情况下，其摩擦系数为，取，则丝杠所承受

6、的最大牵引力为，（为颠覆力矩影响系数，一般取，这里取1.10），其中一般取等效载荷为（4-7）（4）确定丝杠所受的最大动载荷查表，取丝杠的工作寿命为15000h,同时取精度系数，负荷性质系数，硬度系数（丝杠采用），温度系数，可靠性系数；平均转速2000r/min,（4-8）（5）确定最大静载荷由于存在转速的加工，选用时还应注意丝杠所能承受的最大静载荷，其，则（4-9）查南京工艺装备制造厂提供的丝杠选型资料，选择FF0802.5-4，各参数如下表4-2，图4-2，取丝杠的精度为2级表4-2FF型内循环浮动返向

7、器单螺母无预紧滚珠丝杠单位：mm  规格代号Code公称直径d0基本导程Ph丝杠大径d1钢球直径Dw丝杠底径d2循环圈数螺母安装连接尺寸额定载荷(kN)钢度Kc(N/μm)D1D2LD3BhD4D5FHM动载荷Ca静载荷C0aFF0802.5-382.5826.531632302363.53.46.520292.52.33.1（6）临界压缩负荷确定丝杠螺纹部分长度。等于Z轴方向的最大行程120mm加上螺母的长度30mm加上两端余程10mm。为170mm。查国家标准对丝杠周端形式和结构的规定，取支承跨距=18

8、5mm，丝杠全长。余程是没有精度要求的行程长度:表4-3余程公称导程Ph2.534568101216余程Le101216202432404550安装方式对滚珠丝杠副承载能力，刚性及最高转速有很大影响。常见安装方式有以下四种情况(见图4-3、4-4、4-5、4-6)，图中以左端轴承作轴向定位，各符号的意义见表4-4图4-2螺母副结构尺寸代号表4-4安装方式图中各符号的意义图4-3固定-自由图4-4支承-游动图4-5