【文章內容簡介】 性好。 k—— 總的修正系數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具 幾何形狀等。 vPZ PZ PZ hP ZPZk k k k k??料 —— 分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨損限度對 P的修正系數(shù)。 PZX 、 PZY —— 指數(shù)。一般情況下 PZX PZY 。這說明吃刀深度對切削力的影響要比走刀量對切削力的影響大。 下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。這些系數(shù)在下列 條件下制定：刀片材料為硬質合金，工件材料為碳素結構鋼， 275 /b? ? 公 斤 力 毫 米， 50 /v? 米 分 ， 45?? ， 10??? ，0?? ，后刀面磨損限度 mm?? ，切削時不用冷卻液，車削外圓。 它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關手冊中查得。 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 6 表 1 系 數(shù) 及 指 數(shù) 工件材料 PZC PZX PZY 結構鋼 167 1． 0 0． 75 修 正 系 數(shù) 工 件 材 料 b?? 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 PZk料= 0． 84 0． 90 0． 95 1． 0 1． 04 1． 09 切 削 速 度 v= 50 100 200 300 400 500 vPZk = 1． 0 0． 90 0． 82 0． 77 0． 74 0． 71 主 偏 角 φ= 30176。 45176。 60176。 70176。 90176。 PZk? = 1． 08 1． 0 0． 94 0． 94 0． 89 前 角 γ= +20176。 +10176。 0176。 10176。 20176。 PZk? = 0． 90 1． 0 1． 1 1． 2 1． 3 后刀面磨損限度 h= 0． 9 hPZk = 切削功率是切削時在切削區(qū)內消耗的功率。當切削速度為已知時，切削功率可用下式計算： 1 0 2 6 0 6 1 2 0ZZP v P vN kw???切 削 () 在校驗機床選用的電動機功率時應使 N N k??切 削 過電 機 () 式中 N電 機 —— 機床電動機名義功率（千瓦）； ? —— 機床效率（一般齒輪機床 ? =? ）； k過 —— 電動機超載時容許的系數(shù)（一般 k過 =） [5][7]。 如表 1，取其中各參數(shù)的最大值進行估算： 取 PZC =167， PZX =， ? ， 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 7 PZk料=， PZk?=， PZk?=， hPZk =， vPZk = 取 切深 t=5mm，進給量 s=則由公式 ()： 0 .751 6 7 5 0 .3 1 .0 9 0 .9 1 .0 8 1 .3 1 .0 54 8 9 .547974800ZPNN? ? ? ? ? ? ? ????公 斤 力 : : 1 : 0 .2 5 : 0 .4: : 4 8 0 0 : 1 2 0 0 : 1 9 2 0XYXYFFFF ???ZZ而 F F () 切削功率：取切削速度為 105m/min，由公式 ()()得 : 4 8 9 .5 1 0 5 8 .46120Nk????切 削 NNkk??????切 削電 機過 取 11Nk??切 削 3 橫向進給系統(tǒng) 已知技術參數(shù) 橫向最大行程（ X 軸） 180 mm； 工作進給速度為 1 8000mm/min； 橫向快速進給速度： 8 m/min； 刀架估計質量： 150kg； 滑板的估計尺寸（長 ?寬 ?高）： 400mm?200mm? 80mm； 材料選為 HT200。 滾珠絲杠的計算及選擇 滾珠絲杠導程的確定 在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為 1i? ，設電機的最高工作轉速為臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 8 m ax 150 0 / m innr? ，則絲杠導程為： maxmaxhvP n? () 38 10 hP ???，取 6hP? 確定絲杠的等效轉速 / minhvnrP? () 由公式 (),最大進給速度時絲杠的轉速： 3m a xm a x 8 1 0 1 3 3 3 . 3 3 / m in6hvnrP ?? ? ? 最小進給速度時絲杠的轉速： m inm in 1 0 .1 6 7 / m in6hvnrP? ? ? 絲杠等效轉速：（取 122tt? ） m a x 1 m in 212 / m inmn t n tnrtt?? ? () 1t ， 2t —— 轉速 maxn ， minn 作用下的時間 (s)。 m a x 1 m i n 212 8 8 8 .9 4 / m inmn t n tnrtt???? 估計工作臺質量及工作臺承重 刀架質量： 1 1 5 0 9 .8 1 4 7 0GN? ? ? 滑板： 392 4 0 0 2 0 0 8 0 7 .8 5 1 0 9 .8 1 1 0 5 2 0?? ? ? ? ? ? ? ? 總質量： 12 147 0 520 200 0G G G N? ? ? ? ? 確定絲杠的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為 ， K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取 ? ，現(xiàn)取為 ，則絲杠所受的力為（如圖 2所示）： 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 9 20 13 Nm a x22()221. 1 12 00 0. 03 ( 20 00 48 00 ) 19 20 20 00X Z YF KF f G F F G? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? () min 0FN? 其等效負載可按下式估算（取 21tt? ， 212nn? ）： t1 t2—— 軸向載荷 maxF ， minF 作用下的時間 (s)。 n1 ， n2 —— 軸 向 載 荷 maxF ， minF 作 用 下 的 轉 速 (r/min) 。133 3m a x 1 1 m i n 2 21 1 2 21396m F n t F n tFNn t n t?????????? () 圖 2 確定絲杠所受的最大動載荷 1 / 360610F f T nm w h mCNa f f f ft h a k???? ???? () fw—— 負荷性質系數(shù)；（查表：當一般運轉時， fw 為 ，取 fw=。） ft—— 溫度系數(shù)；（查表： 取 ft=2） fh—— 硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度≥ HRC58 時， fh=1。） fa—— 精度系數(shù)；（查表：當精度等級為 3時， fa=。） fk—— 可靠性系數(shù)； (查表：可靠性為 90%時， fk =。 ) Fm—— 等效負荷 (N)； nm—— 等效轉速 (r/min)； Tn—— 工作壽命 (h)。（查表得：數(shù)控機床： Th=15000。） 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 10 由公式 () 660 60 15 00 0 88 8. 94 80 0 10hmTn ? ? ? ? ? n?cr 13660 1684710 hma m w TnC F f N? ???????? 選擇滾珠絲杠型號 由文獻 [7,8]可知， 查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型，型號： CDM32063。絲杠公稱直徑為φ 32mm，基本導程 6hP mm? ，其額定動載荷 16917aCN? ，額定靜 載荷 45968oaCN? ，圈 數(shù) ? 列數(shù) = ? 2，絲 杠螺 母副的 接觸 剛度為11 30 /cK N m?? ，絲杠底 徑 27. 9mm，螺母長度為 112mm，取絲杠的精度為 3 級。在本設計中采用雙螺母墊片預緊。兩邊軸承分別為φ 20mm 和φ 25mm。 本設計中絲杠采用兩端固定的支承方式。選用成對絲杠專用軸承組合。 滾珠絲杠支承用專用軸承： 軸承特點： (1) 剛性大。由于采用特殊設計的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為 60176。軸向剛性大。 (2) 不需要預調整。對每種組合形式，生產廠家已作好了能得到最佳預緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調整，只要按廠家作出的裝置序列符號（＞）排列后，裝緊即可。 (3) 起動力矩小。與圓錐滾子 軸承、圓柱滾子軸承相比，起動力矩小。 為了易于吸收滾 珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式 （ DF,DFD,D） 校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 Ke由絲杠本身的拉壓剛度 KS，絲杠副內滾道的接觸剛度 Kc，軸承的接觸剛度 KB，螺母座的剛度 KH，按不同支承組合方式的計算而定。扭轉剛度按絲杠的參數(shù)計算。 臨界壓縮負荷 絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲 杠進行預拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設計中采用兩端固定的支承方式 [9]。 臨界壓縮負荷按下式計算： 211 m a x20cr f E IF K F NL??? () 式中 E—— 材料的彈性模量 E 鋼 = 1011(N/m2)； L0—— 最大受壓長度 (m)； 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 11 K1—— 安全系數(shù)，取 K1=1/3； Fmax—— 最大軸向工作負荷 (N)； f1絲杠支承方式系數(shù)； (支承方式為雙推， f1=4， f2=) I—— 絲杠最小截面慣性矩 (m4)： 4420( 1 .2 )6 4 6 4 wI d d d??? ? ? ? () 式中 d0—— 絲杠公稱直徑 (mm)； dw—— 滾珠直徑 (mm)。 4 1 2 8 43 .1 4 ( 3 2 1 .2 3 .9 6 9 ) 1 0 2 .7 1 064Im ??? ? ? ? ? ? ? 絲杠螺紋部分長度 180 112 40 332uL mm? ? ? ?，取 350uL mm 支承跨距 1 400L mm? ， 絲杠全長 500L mm? 由公式 () 2 1 1 8m a x264 3 . 1 4 2 . 1 1 0 2 . 7 1 0 1 4 2 2 5 5 4 . 3 2 0 1 34 2 0 1 0 3 N F N??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??cr F 可見 crF 遠大于 maxF ，臨界壓縮負荷滿足要求。 臨界轉速 222 2 22 m a x30 9910cr ccf f dEIn k nL A L??? ? ? () 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 2 6 4 22 3 1 . 5 1 0 7 . 8 1 044A d m?? ??? ? ? ? ? ? cL —— 臨界轉速計算長度 ： 1 1 2 5 0 0 3 5 01 8 0 4 0 3 5 1 . 5 0 . 422cLm?? ? ? ? ? ? 取 1 L m?? ， 2k —— 安全系數(shù)，一般取 2 ? ； ? —— 材料的密度： 10 /kg m? ?? ； 2f —— 絲杠支承方式系數(shù)，查表得 2 ? ， 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設計 12 2 m a x20 . 0 3 1 59 9 1 0 4 . 7 3 0 4 3 6 5 0 / m in 1 5 0 0 / m in0 . 4crn r n r? ? ? ? ? ? 滿足要求。 絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計算公式： 兩端固定： 11 1 1 1 1 ( / )4e B c H S NmK K K K K ? ?? ? ? ? () 式中 Ke —— 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)； KH—— 螺母座的剛度 (N/μ m)； Kc—— 絲杠副內滾道的接觸剛度 (N/μ m)； KS—— 絲杠本 身的拉壓剛度 (N/μ m)； KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。 1