摘要
本次课程设计的类容是普通车床床尾丝杆，参照东风朝阳柴油机有限公司的生产条件，大批大量生产。
丝杆作为机床传递运动及定位的关键部位，是机床性能的重要保证，因此设计正确的丝杆加工工艺路线是一项十分重要的工作。本文将从设计角度讲述如何设计加工丝杆，并重点体现在参数的选择、刀具的选择、机床的选择、定位基准的确定，以及特定工序的专用夹具的设计和分析，包括设计过程中必须的参数计算。
此次课程通过对丝杠的工艺设计，我深刻的意识到机械加工的严密性、科学性。任何数据都不是随便得出来的，必须用严谨的作风，仔细参考文献并认真查表，做到每得出一个结论都能找到依据，一切必须做到查证有据，设计过程中决不能随便捏造数据。其实我发现越是不严谨，到后来就得全部重算，反而进度提不起来，害了自己。所以我觉得只有端正了态度，不畏艰难才能越做越快,才能按时完成任务。
关键词：丝杆；毛坯；工艺；定位；夹具设计；
目录
第1章零件图分析 (3)
1.1 零件的功用 (3)
1.2零件工艺分析 (3)
第2章确定毛坯 (4)
2.1 确定毛坯制造方法 (4)
2.2 确定总余量 (4)
第3章制定零件工艺规程 (5)
3.1 选择表面加工方法 (5)
3.2 选择定位基准 (5)
3.3 拟定零件加工工艺路线 (6)
3.4 方案比较 (9)
3.5机械加工工序设计 (11)
第4章夹具设计 (24)
4.1 确定定位方案，进行定位分析 (24)
4.2 夹紧力的计算 (24)
4.3 夹具制造与操作说明 (25)
第5章结束语 (26)
参考文献 (27)
第1章零件图分析
1.1零件的功用
在机床上，丝杆是用来完成进给运动的一个重要原件。机床丝杠要能准确地传递运动。
1.2零件工艺分析
丝杆要能准确地传递运动，其表面精度要求较高。
丝杠28
重要表面粗糙度为1.6μm，加工精度为IT7，采用粗车—半精车—精车的工艺路线，其余表面粗糙度为6.3μm，加工精度为IT10，采用粗车—半精车的工艺路线加工即可。
题目所给材料为Y40Mn，依据《最新实用机械加工手册》表2—15，Y40Mn 为高硫中碳易切削钢，HB大小为207，有较高的强度和硬度，适于加工要求刚性高的零件。
零件图上T28尺寸标注代表螺纹为梯形螺纹，螺纹表面表面粗糙度为1.6μm，加工精度为IT7，要采用精车工序。
对丝杆零件图进行工艺审核后，发现螺纹尺寸标注有问题，其他视图正确，尺寸、公差及技术要求齐全，加工要求合理，零件的结构工艺性较好。
第2章确定毛坯
2.1确定毛坯制造方法
本零件功能是传递运动，工作时承受载荷较小，要求大批量生产，故选择轧制圆棒料。
2.2确定总余量
根据工件基本尺寸的最大外径为28
φmm，由《机械加工工艺手册》表3.1-13查得需选φ34的棒料，《机械加工工艺手册》表3.1-14对应端面加工余量为
2.0mm，两面和为4.0mm。据《机械加工工艺手册》表
3.1-2知，当圆钢直径为
30—50时，其允许的偏差为±0.5mm。
综上得出毛坯基本尺寸：直径方向φ33±0.5mm，长度方向2921
+mm。
第3章制定零件工艺规程
3.1选择表面加工方法
1. 28
φ外圆表面粗糙度为1.6μm，加工精度为IT7，查《课程设计指导书》
p表三，因零件材料为棒料，为未淬火金属，故应采取：粗车—半精车—精车。
9
2. 18
φ外圆粗糙度为6.3μm，加工精度为IT10，查《课程设计指导书》
p
9表三，采用粗车—半精车。
3.左右两端面查《课程设计指导书》
p表三，粗糙度要求为6.3μm，则其
9
加工方法为：粗车—半精车。
4.21
φ外圆粗糙度为6.3μm，加工精度为IT10，查《课程设计指导书》
p表
9三，采用粗车—半精车。
5.右侧28
φ外圆表面粗糙度为3.2μm，加工精度为IT8，查《课程设计指导书》
p表三，采用粗车—半精车。
9
6.25
φ外圆表面粗糙度为0.8μm，加工精度为IT6，查《课程设计指导书》
p表三，采用粗车—半精车—精车。
9
7.22
φ外圆表面粗糙度为0.8μm，加工精度为IT6，查《课程设计指导书》
p表三，采用粗车—半精车—精车。
9
3.2选择定位基准
1.精基准的选择主要考虑到基准重合的原则和便于装夹，以工件端面中
心孔为定位精基准
2.粗基准的选择按照粗基准的选择原则，以外圆为定位粗基准
3.3拟定零件加工工艺路线
方案1：
1.下料
2.齐端面，打中心孔（三爪卡盘、车左右端面，打中心孔，保证全长287.081
+）
3.粗车毛坯外圆（采用双顶尖定位，CA6140粗车毛坯外圆至3.
φ）
30
4.粗车25
φ段外圆（双顶尖定位，CA6140粗车3.
φ至φ27.2）
30
5.粗车22
φ段外圆（双顶尖定位，CA6140粗车φ27.2至φ24.2）
6.粗车21
φ段外圆（双顶尖定位，CA6140粗车φ30.3至φ22.3）
7.粗车18
φ段外圆（双顶尖定位，CA6140粗车φ30.3至φ19.3）
8.车左侧145
?倒角（双顶尖定位,车倒角）
9.车545
?倒角(双顶尖定位,车倒角)
10.车右侧倒角145
?(双顶尖定位,车倒角)
11.车25
φ左侧退刀槽(双顶尖定位,00车刀车退刀槽)
12.车25
φ右侧退刀槽(双顶尖定位,00车刀车退刀槽)
13.半精车28
φ外圆（双顶尖定位,CA6140半精车φ30.3至φ29）14.半精车25
φ段外圆(双顶尖定位,CA6140半精车φ27.2至φ25.9)
15.半精车22
φ段外圆（双顶尖定位,CA6140半精车φ24.2至φ22.9）
16.铣键槽（万能铣床x62w，专用夹具，采用v型块定位，高速圆柱铣刀）
17.精车28
φ外圆（双顶尖定位,CA6140精车φ29至φ28）
18.精车25
φ段外圆（双顶尖定位,CA6140精车φ25.9至φ25）
19.精车22
φ段外圆（双顶尖定位,CA6140精车φ22.9至φ22）
20.车外螺纹（双顶尖定位，z3015车床，采用高速钢螺纹切头）
22.打8φ螺纹孔（虎钳加紧，立式钻床z525，麻花钻头）
23.攻8φ内螺纹（丝锥攻内螺纹）
24.去毛刺
25.检验
26.入库
方案2：毛坯—车端面，打中心孔—粗车外圆—车倒角，退刀槽—半精车外圆28
φ、25
φ—车外螺纹—打螺纹孔
φ、22
φ—铣键槽—精车外圆28
φ、22
φ、25
—去毛刺—检验—入库
3.4方案比较
方案1工序分散，便于大批量生产，可提高加工效率。而工序2则工序过于集中，不利于大批量生产。采用方案1最为合理。
工序加工余量表
3.5机械加工工序设计
工序2切削用量的确定
粗车左端面，加工材料Y40Mn ，b σ=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，三爪卡盘。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm ○1
p
a ：一次走刀完成，
p
a =2.52mm
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4， 在粗车钢料，刀杆尺寸16×25, p a <3mm ，
工件直径为20—40mm 时，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择
f
=0.41mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <3mm 、f<0.54
则v=138m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/5.78733
6
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=1000
c
Dn πm/min=1000/7103314.3??=73.6m/min 。
工序3切削用量的确定
半精车左端面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，三
爪卡盘。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm ○1
p
a ：一次走刀完成，
p
a =0.5mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，刀杆尺寸16×25, p a <1.4mm ，工件直
径为20—40mm 时，f =0.3—0.5mm/r ，按CA6140表1.31选择f =0.41mm/r 。 ○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工b σ=650Mpa 钢，p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=138m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，krv k =0.86，Tv k =1.0，kv k =1.04
min
/2.720.186.004.19.065.0138,
m v c =?????=
()min
/8.69633
2
.7210001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=1000
c
Dn πm/min=1000/7103314.3??=73.6m/min
工序4切削用量的确定
粗车右端面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，三爪卡
盘。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm ○1
p
a ：一次走刀完成，
p
a =1.4mm
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4， 在粗车钢料，刀杆尺寸16×25, p a <3mm ，
工件直径为20—40mm 时，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择
f
=0.41mm/r
○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=138m/min ， 查表1.28，知修正系数为
sv
k =0.9，
tv
k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/2.720.186.004.19.065.0138,
m v c =?????=
()min
/8.69633
2
.7210001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=
1000
c
Dn πm/min=1000/7103314.3??=73.6m/min 。
工序5切削用量的确定
半精车右端面，加工材料Y40Mn ，b σ=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，三爪卡盘。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm ○1
p
a ：一次走刀完成，
p
a =0.5mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，刀杆尺寸16×25, p a <1.4mm ，工件直
径为20—40mm 时，f =0.3—0.5mm/r ，按CA6140表1.31选择f =0.41mm/r 。 ○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=138m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/2.720.186.004.19.065.0138,
m v c =?????=
()min
/8.69633
2
.7210001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=1000
c
Dn πm/min=1000/7103314.3??=73.6m/min 。
工序6切削用量的确定
粗车毛坯外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
三爪卡盘。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为33-30.3=3.7mm ，一次走刀完成，
p
a =2.7/2=1.35mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.40mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工
b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，krv k =0.86，Tv k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/5.78733
6
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=
1000
c
Dn π=10007103314.3??=73.6m/min 。
○4粗车时间定额：i
fn
y l i fn L T i ?
++=
=
，
其中l —工件切削部分长度，超切量?+y ，查表1.26得?+y =2.1， n —每分钟转数，f —每分钟进给量，i —走刀次数i =2，故
min 04.22710
4.01.208.287=??+=
?++=
=i fn
y l i fn
L T i
工序7的切削用量
粗车25Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为30.3-27.2=3.1mm ，一次走刀完成，
p
a =3.1/2=1.55mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.40mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <3mm 、f<0.54
则v=156m/min ， 查表1.28，知修正系数为
sv
k =0.9，
tv
k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/7.8573
.306
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=900r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
900
3.301
4.3??=8
5.6m/min 。
工序8的切削用量
粗车22Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，b σ=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为27.2-24.2=3mm ，一次走刀完成，
p
a =3/2=1.5mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.38mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <3mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/4.9552
.276
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=900r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
900
2.2714.3??=76.9m/min 。
工序9的切削用量
粗车21Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为30.3-22.3=8mm ，两次走刀完成，
p
a =8/4=2mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.38mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b σ=650Mpa 钢，p
a <3mm 、f<0.54
则v=138m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/2.720.186.004.19.065.0138,
m v c =?????=
()min
/9.7583
.302
.7210001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
710
3.301
4.3??=67.6m/min 。
工序10的切削用量
粗车18Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为30.3-19.3=11mm ，两次走刀完成，
p
a =11/4=2.75mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.35mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <3mm 、f<0.54
则v=138m/min ， 查表1.28，知修正系数为
sv
k =0.9，
tv
k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/2.720.186.004.19.065.0138,
m v c =?????=
()min
/9.7583
.302
.7210001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=710r/min ， 实际v=
1000
c
Dn π=10007103.3014.3??=67.6m/min 。
工序11的切削用量
半精车28Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，b σ=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为30.3-29=1.3mm ，一次走刀完成，
p
a =1.3/2=0.65mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.35mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/7.8573
.306
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=900r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
900
3.301
4.3??=8
5.6m/min 。
工序12的切削用量
半精车25Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为27.2-25.9=1.3mm ，一次走刀完成，
p
a =1.3/2=0.65mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.35mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工
b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，krv k =0.86，Tv k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/4.9552
.276
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=900r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
900
2.2714.3??=76.8m/min 。
工序13的切削用量
半精车22Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为24.2-22.9=1.3mm ，一次走刀完成，
p
a =1.3/2=0.65mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.33mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/8.10732
.246
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=1120r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
1120
2.2414.3??=85.1m/min 。
工序14的切削用量
半精车21Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT15硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5mm 。 ○1
p
a ：由于总余量为22.3-21=1.3mm ，一次走刀完成，
p
a =1.3/2=0.65mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.33mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT15硬质合金车刀加工b σ=650Mpa 钢，p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.165.09.0156,
m v c =?????=，
()min
/11653
.226
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=1120r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
1120
3.221
4.3??=78.4m/min 。
工序15的切削用量
半精车18Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT5硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25。 ○1
p
a ：由于总余量为19.3-18=1.3mm ，一次走刀完成，
p
a =1.3/2=0.65mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.33mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ， 查表1.28，知修正系数为
sv
k =0.9，
tv
k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/13463
.196
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=1400r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
1400
3.191
4.3??=84.8m/min 。
工序16的切削用量
精车28Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，b σ=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，双顶尖。所选刀具YT5硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25。 ○1
p
a ：由于总余量为29-28=1.0mm ，一次走刀完成，
p
a =1.0/2=0.5mm 。
○2f ：由《切削用量简明手册》表1.4，f =0.3—0.5mm/r ，据表1.31按CA6140选择f =0.35mm/r 。
○3v ：表1.10 当用YT5硬质合金车刀加工b
σ
=650Mpa 钢，
p
a <1.4mm 、f<0.54
则v=156m/min ，
查表1.28，知修正系数为sv k =0.9，tv k =0.65，
krv
k =0.86，
Tv
k =1.0，kv k =1.04
min
/6.810.186.004.19.065.0156,
m v c =?????=
)min
/1.89629
6
.8110001000,
r D V n c
=??=
=ππ
按CA6140查表1.31，选n=900r/min ， 实际v=1000
c
Dn π=1000
900
2914.3??=81.9m/min 。
工序17的切削用量
精车25Φ外圆表面，加工材料Y40Mn ，
b
σ
=650Mpa ，轧制棒料，机床为CA6140，
双顶尖。所选刀具YT5硬质合金车刀。《切削用量简明手册》表1-30，机床中心高200mm ，刀杆尺寸B ×H=16×25。 ○1
p
a ：由于总余量为25.9-25=0.9mm ，一次走刀完成，
p
a =0.9/2=0.45mm 。
一、滚珠丝杠的特长 1、1驱动扭矩仅为滑动丝杠的1/3 滚珠丝杠是滚珠丝杠与螺母间的螺纹沟槽做滚动运动，因此可获得高效率，与过去的滑动丝杠相比，驱动扭矩仅为1/3以下（图1与2）。从而，不仅可将旋转运动变为直线运动，而且可以容易地将直线运动变成旋转运动。 图1：正效率（旋转→直线）图2：反效率（直线→旋转） 1、1、1导程角的计算法 ……………………………………（ 1 ） β：导程角（度） d p：滚珠中心直径（mm） ρh：进给丝杠的导程（mm）
1、12推力与扭矩的关系 当施加推力或扭矩时，所产生的扭矩或推力可用（2）~（4）式计算。（1）获得所需推力的驱动扭矩 T：驱动扭矩 Fa：导向面的摩擦阻力 Fa=μ×mg μ：导向面的摩擦系数 g：重力加速度（ 9.8m/s2） m：运送物的质量（ kg ） ρh：进给丝杠的导程（ mm ） η：进给丝杠的正效率（图1） （2）施加扭矩时产生的推力 Fa：产生的推力（ N ） T：驱动扭矩（N mm ） ρh：进给丝杠的导程（ mm ） η：进给丝杠的正效率（图1）
（3）施加推力时产生的扭矩 T：驱动扭矩（N mm ） Fa：产生的推力（ N ） ρh：进给丝杠的导程（ mm ） η：进给丝杠的正效率（图2） 1、1、3驱动扭矩的计算例 用有效直径是：32mm，导程：10mm（导程角：5O41’的丝杠，运送质量为500Kg的物体，其所需的扭矩如下 （1）滚动导向（μ=0.003） 滚珠丝杠及（μ=0.003，效率η=0.96） 导向面的摩擦阻力 Fa=0.003×500×9.8=14.7N 驱动扭矩 （2）滚动导向（μ=0.003） 滚珠丝杠及（μ=0.2，效率η=0.32）
滚珠丝杠的设计
滚珠丝杠的设计计算与选用 滚珠丝杠 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
滚珠丝杠副特性 ?传动效率高 ?滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 ?运动平稳 ?滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 ?高精度 ?滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精 度。 ?高耐用性 ?钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持 性。 ?同步性好 ?由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 ?高可靠性
1. 马达额定转速 3000 最高速度 250 mm/s 则 丝杆导程 *60 *1000 3000 2. 根据行程长度 100mm 则确定丝杆长度150mm 3. 轴向容许负荷的计算： C 0a : 基本额定静负荷 （kN ） F amax : 容许轴向最大负荷 （kN ） fs : 静的安全系数 C Oa fs 4. 选者滚珠丝杆轴径 ￠20mm 5. 其支撑方法为 固定-------自由 型 6. 滚珠丝杆的临界转速计算 N 1 : 临界转速 （min -1) L b 安装间距 E ：杨氏模量 （*105N/mm 2) I : 螺杆轴的最小断面二次矩 ( mm 4) I=πd 41 /64 (d 1螺杆轴沟槽直径） r : 密度 *106kg/mm 3) A: d: 丝杆轴沟槽直径 （mm) λ：安装方式系数 D : 滚珠中心径 N 1 =λ*(d/ L 2b ）*107=*（1502)* 107= rpm N 2 =7000/D=7000/= rpm 由于N 2< N 1 所以选较小的为临界转速，即 滚珠丝杆的临界转速为N 2 故选马达的转速为 3000rpm 7. 丝杆轴的刚性计算: Ks 螺杆轴轴向刚性 E ：杨氏模量 （*105N/mm 2) d: 螺杆轴沟槽直径 （mm) L: 安装间距 （mm) Ks=πd 2E/(4*1000*L) =* **105/(4*1000*150）=um 而BNF2005 的刚性为380N/um, 故满足其要求。 8.定位精度 =5mm F amax = C 0a = 10*= 30KN
当压头由L a 运行到L b 时，轴向刚性产生的误差 K s1=(π* **105 )/4000*50= N/um K s2 =(π* **105 )/4000*150=um δ1=1891/= δ2=1891/= 则定位误差为：δ2 -δ1= 9.丝杆扭矩计算： T 1 摩擦扭矩 (N/mm) F a 轴向负荷 （N ） ι 丝杆导程 （mm) η 丝杆的效率 （~） A 减速比 M 上模盖和滚珠螺母的质量和 （Kg) a 加速度 g 重力加速度 T max = T 3 = F a3*ι*A/(2*π*η)= N/m F a1=M （a-g)=*= N F a2 =M(g+a)=*(5+= N F a3 =10000+M(a+g)=10000++= N F a4 = F a5 = F a7 =Mg=*= N F a6 = F a2 = N
本科生专业课程设计 （届） 学生姓名： 学号： 专业名称： 班级： 指导教师： 年月日
目录 专业课程设计计算说明书 (3) 原始数据 (3) 一、系统总体方案设计 (3) 二、机械系统的设计计算 (4) 三、控制系统设计 (19)
专业课程设计计算说明书 原始数据 设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制, 控制方式采用步进电机开环控制。其他参数如下： 一、系统总体方案设计 由设计任务书知，本次设计可采用如下方案： （一）机械系统 1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。 2、导向机构采用滚动直线导轨。 3、执行机构采用步进电机。 （二）接口设计 1、人机接口
（1）采用键盘或BCD 码盘作为输入。 （2）采用LED 作为电源等指示标志。 （3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。 （4）采用数码管作为显示器。 2、机电接口 采用光电偶合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口，实现电气隔离。 （三）伺服系统设计 本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。 （四）控制系统设计 1、控制部分方案选择 控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。 上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈控制部分，再经过比较放大的则为“半闭环控制”。如若是在“机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。 采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出 转角与控制器提供的脉冲数有着正比关 系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精确度要求不是很高时， 采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。 二、机械系统的设计计算 （本次设计若未作特殊说明，其中的表与图均来自：由郑堤主编的《机电一体化设计基础》） （一）初选步进电动机 根据已知条件：X 、Y 方向的脉冲当量y x δδ、分别为： 开环控制流程图 开环控制原理图
滚珠丝杠的选型计算 摘要： 随着机床及自动化行业的高速发展，滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时，面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤，感觉无从下手，不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便，更既具备可操作性，我结合多年来丝杠的选型经验，对丝杠的选型做了一些归纳、简化，让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。 关键词：滚珠丝杠、计算选型、伺服电机、机床、自动化。 一、确认使用条件： 1、被移动负载的质量：M (KG) 2、丝杠的安装方向：水平、垂直、倾斜； 3、沉重导轨的形式：线轨、平面导轨、 4、丝杠的行程：L (mm) 5、负载移动的速度：v (m/s) 6、负载需要的加速度：a (m/s^2) 7、丝杠的精度：C3到C7级 8、丝杠使用的环境：特殊环境需求的考虑。 二、简化计算选型： 举例，使用条件如下： 1、被移动负载重量：M=50kg; 2、安装方向：垂直安装; 3、导轨形式：线性滑轨 4、速度：v=s 5、加速时间：t= 6、行程：1000mm； 7、精度： 三、计算过程： 1、计算加速度：a=v/t==2m/s^2 (v：速度；t：加速时间) 2、计算丝杠的最大轴向力：F=Mgμ+Ma +Mg (水平运动，去除Mg选型，M负载重
量；g重力加速度；μ：摩擦系数，平面导轨取值，线轨取值：；a加速度) F=50**+50*2+50*= 3、计算出丝杠的轴向负载以后，选型会出现两个分支，一种情况是客户不知道设备的设 计寿命年限，以及每一年中丝杠的使用平率，不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法，就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度的要求，我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠，尺寸参数表如下： 根据丝杠的轴向推力：F==；我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数，对于使用平率低，可靠度要求不高的情况，我们推荐4倍系数，对于可靠度要求较高，我们推荐8倍的系数。 根据举例：F*8=*8=；查询丝杠的表格，16-5T3的丝杠，其动负荷是1000kgf； 大于，所以16-5T3的丝杠可以满足要求；该型号表示，丝杠的公称直径为16mm；丝杠导程为5mm； 4、对于丝杠寿命有明确要求的选型，举例如下： 根据此前的举例，丝杠用20s做一次往返运动，停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时，每年工作300天，设计寿命10年。则计算丝杠的转数寿命为： L=1000/5*2*2*60*16*300*10 (1000是行程，5是导程，2是往返，2是每分钟2次，
xxxx大学 题目：《滚珠丝杠结构设计》 学院：职业技术教育学院 专业：机械工程 班级：机械Z125班 学号： 姓名： 指导教师： 2015年1月14日
摘要：螺旋传动是应用非常广泛的机械传动之一，最常见的一种是滑动螺旋传动。但是，由于滑动螺旋传动的接触螺旋面间存在着比较大的滑动摩擦阻力，故其传动效率低、磨损快、使用寿命短，已不能完全适应现代机械传动在高速度、高效率、高精度等方面的发展要求。 为了减小丝杠传动副的摩擦和提高传动效率，国内外已普遍采用以滚动摩擦代替滑动摩擦原理，简称“滚化”原理，创造了滚珠丝杠副这种先进的新型传动机构。 对于滚珠丝杠副，其结构上的明显特征是： 构件间的可动连接通常不是借助于运动副本身，而是在丝杠和螺母两构件之间利用中间元件（滚珠）来实现的。滚珠丝杠副是在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适量滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，构成滚珠在闭合回路中循环的螺旋传动机构。如图：1-1 图：1-1 根据课题要求，我们对滚珠丝杠进行了以下设计： 有效导程1000，丝杠直径50mm
滚珠丝杠结构设计说明书 一、滚珠丝杠的预拉伸结构设计 丝杠又称丝杆．它是机械传动上最常使用的传动元件．其主要功能是将旋转运动转换成直线运动．既可以使用较小的转矩得到很大的推力，又可以作为减速装置，得到很大的减速比；也有将直线运动变成旋转运动的。丝杠作为高精度的动力驱动装置，应用越来越广泛。采用丝杠两端固定的安装方式，需要作预拉伸处理。目的是减小丝杠工作中因热膨胀、自重引起的弹性变形从而加大导程，影响传动比和传动精度。对要求精密的传动丝杠，需要热膨胀补偿。而丝杠预拉伸就是常用的补偿方式。 在丝杠制造时，使丝杠螺纹部分的长度小于公称长度一个预拉伸量，预拉伸量略大于热膨胀量。装配时，通过一定拉伸结构，将丝杠拉长一个预拉伸量，使丝杠螺纹部分达到公称长度。工作时，热膨胀量抵消部分预拉伸量，丝杠拉应力下降，但长度不变。从而保证螺距精度不受热膨胀的影响。 二、丝杠两端采用双螺母防松设计 依其可靠性和拆装的方便，在机械装备中的螺栓联接多采用双螺母防松。众所周知，螺栓联接采用双螺母防松与单螺母防松的原理是一致的，即“自锁”所不同之处在于双螺母防松效果远高于单螺母防松。究其原因是２个对顶螺母拧紧后，在２个螺母与螺栓组成的螺纹副中螺牙侧面受到的轴线方向的压力方向相反，从而当外力使螺纹副中螺牙上的压力减少成为不可能。外力使一方压力减少，而另一方压力必然上升，从而保证了在螺纹副中螺牙上的总压力不变，也即防松总阻力矩不变。“自锁”会得以保证。 圆螺母用止动垫圈又称止退垫圈，俗名王八垫，是一种防止圆螺母松动的垫圈。，垫圈和圆螺母配套使用，使用时垫圈装在螺母开槽的那一侧，紧固后将内外止动耳折弯放到槽里。圆螺母紧固后，分别将内外耳朵扳成轴向，分别卡在轴上的键槽和圆螺母的开口处，这样，圆螺母就不会由于轴的转动而松脱。 三、丝杠螺母副的选择 根据一、二两点的设计及课题要求的滚珠丝杠有效导程1000，丝杠直径50mm，选择的丝杠螺母副的型号：HJG-S FYND 5010-3 。
滚珠丝杠的设计计算与选用 滚珠丝杠 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
滚珠丝杠副特性 ?传动效率高 滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的 2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可 由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 ?运动平稳 滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 ?高精度 滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 ?高耐用性 钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 ?同步性好 由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 ?高可靠性 与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 ?无背隙与高刚性 滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状（见图 2.1.2—2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当 的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减 ?少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。 现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：(1)最大进给速度应达到40m/min或更高；(2)加速度要高，达到1g以上；(3)动态性能要
计算举例 某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 已知: 工作台重量 W 1=5000N 工作及夹具最大重量W 2=3000N 工作台最大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦系数μ0=0.2 快速进给速度 V max =15m/min 定位精度20 μm /300mm 全行程25μm 重复定位精度10μm 要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 表1 解： 1) 确定滚珠丝杠副的导程 max max h i n V P =? ::/min :/min :h max max mm m r i P V n 滚珠丝杠副的导程 工作台最高移动速度 电机最高转速 传动比 因电机与丝杠直联，1i = 由表查得 max 15/min m V =
max 1500/min n r = 代入得， 10h mm P = 2)确定当量载荷 112() m s n F F F W W P μ==+++ 可求得： 12342920,1850,1320, 800,1290m F N F N F N F N F N ===== 3)确定当量转速 112212/min m n t n t n r t t ++???==++??? 230 4）预期额定动载荷 ①按预期工作时间估算。 按表3-24查得：轻微冲击取.w f =13 按表3-22查得：精度等级1-3取.a f =10 按表3-23查得：可靠性97%取.c f =044 已知h L h =20000 得：nm a c C N = =24815 ②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载max F 计算， 按表3-25查得：中预载取：.e f =45 max F F N ==12920，代入得 ' max am e C f F N ==13140
滚珠丝杠的设计计算 与选用
滚珠丝杠的设计计算与选用 滚珠丝杠 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
滚珠丝杠副特性 ?传动效率高 ?滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 ?运动平稳 ?滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 ?高精度 ?滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精 度。 ?高耐用性 ?钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持 性。 ?同步性好 ?由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 ?高可靠性
（四）滚珠丝杠选择 1、滚珠丝杠工作长度计算 余量行程工作台l l l l ++= 丝杠工作长度：mm l X 44020320100=++= 丝杠工作载荷：N F X 500= 丝杠的工况均为：刷鞋机每天开机6小时；每年300个工作日；工作8年以上。 丝杠材料：CrWMn 钢；滚道硬度为58~62HRC ；丝杠传动精度为mm 04.0±。 平均转速n=125r/min （min /1254 1000 5.01000 r p v n =?= ?= 工作台） 2、计算载荷C F 求解 N N F K K K F m A H F C 5505000.10.11.1=???== 查《机电一体化设计基础》表2-6；2-7；2-8的0.10.11 .1===A H F K K K ；；，查表2-4取C 级精度。 表2-6 载荷系数 表2-7 硬度系数 表2-8 精度系数
3、额定动载荷计算a C '计算 寿命：h L h 1440083006=??=' N N L n F C h m C a 31601067.1144002005501067.13434≈???? ? ????=?'=' 4、滚珠丝杠副选择 假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷a C 等于或稍大于a C '的原则，选汉江机床厂出品的，N C a 5393=， 其参数如下： 5、稳定性验算 1） 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S ，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]（见表2-10） 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷cr F （N ）按下式计算：
丝杠螺母机构的选择与计算 5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算： (5-1) 式中 h P —滚珠丝杠副的导程，（mm ）； Vmax —工作台最高移动速度，（min /m ）； max n —电机最高转速，（min /r ）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5min /m 查阅《机械设计手册》[13]得： 步进电机110BF003的最高转速n max =500min /r 。 将数值代入上式(5-1)可得：P h ≥5mm 。 故取P h =S=6mm 。 5.2.2 强度计算 动载强度计算 1）对于燕尾型导轨的牵引力计算 F m =KF X +f(F z +2F Y +G) (5-2) 取 K=1.4 f=0.2 考虑工作台在移动过程中只受G 影响 故 F 1m =fG (5-3) =0.2×30×9.8 =58.8(N ) 考虑工作台在加工时静止只受F X 影响 故 F 2m = KF X (5-4) =1.4×9.8×130 max max n V P h
=1783.6(N ) 故F m = F 1m ＋ F 2m =58.8N ＋1783.6N =1842.4N 2）.计算最大动载荷 C 当转速 min 10r n ≥时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲 劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷)(N c C 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即 r eq H d c F F f f T C ≤=3' (5-5) 式中 d f —动载荷系数； H f —硬度影响系数； eq F —当量动载荷，N ； r F —滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，N ； 'T —寿命，以r 610为一个单位。 (5-6) 式中 T —使用寿命，h ； N —循环次数； eq n —滚珠丝杠的当量转速，min r 。 取 T=15000h min 667.4166 1000 5.2max r s v n eq =?== (5-7) 代入数据可得： 取2.1=d f 取f H =1.0 当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则 N T n T eq 661010 60'-==
滚珠丝杠及电机选型 1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆直连，传动比为1。X 向最大运动速度25mm/s ，即1500mm/min 。则丝杠导程为 mm n i V P h 34.045001/1500/max max ≈?=?= 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： N f g M F 2.108548.91500006.000=?+??=+??=μ 式中： M ——工件及工作台质量，经计算M 约为1500kg 。 f ——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N 。 由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： 15010/2560/60min max =?=?=≈h P v n n rpm N F F F 2.1080min max =≈≈ 滚珠丝杠副的当量载荷： 3 2min max F F F m +=≈0F =108.2N 滚珠丝杠副当量转速： 1502 min max =+=n n n m rpm 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副预期工作时间计算： N f f f F L n C c a w m h m am 06.5551 110012.10815000150601006033=??????=? = 式中： m n ——当量转速，15010/2560/60=?=?=h m P v n rpm h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时
目录 一成绩评定表………………………………………………………………………二课程设计任务书………………………………………………………………三前言……………………………………………………………………………………四滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………五轴承选择……………………………………………………………………………六电机选择……………………………………………………………………………七设计总结……………………………………………………………………………八参考文献……………………………………………………………………………
成绩评定表 学生姓名李洋班级学号1001012116 专业机械设计制 造及其自动 化课程设计题目数控车床伺服进给系统 结构与控制设计（8） 评 语 组长签字： 成绩 日期201 年月日
课程设计任务书 学院机械学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名李洋班级学号1001012116 课程设计题目数控车床伺服进给系统结构与控制设计（8） 实践教学要求与任务: 1、设计内容 （1）运动设计：确定最佳传动比，计算选择滚珠丝杠螺母副、伺服电动机、导轨及丝杠的支承； （2）结构设计：完成进给系统装配图设计（0#图1张）； （3）验算：完成系统刚度计算，验算定位误差等； （4）设计单片机控制交流电机变频调速的原理图（多速开关）； （5）按照加速-匀速1-减速-匀速2-减速停的速度曲线，设计单片机控制程序； （6）撰写设计计算说明书。 2、主要技术参数： X轴：进给行程 400 mm；进给速度 1-6000mm/min，快移速度 10m/min,；最大进给力：5500 N；定位精度:0.012mm/300mm, 定位精度:0.006mm，横向滑板上刀架重量： 80 Kg。 工作计划与进度安排:（共2周） （1）集中讲授设计内容、步骤及要求，下发设计题目及任务书，理解题目要求，查阅资料，确定结构设计方案（第16周的周一～周二） （2）指导学生进行设计计算及确定设计方案、装配图结构设计（第16周的周三～周五） （3）结构部分说明书撰写及答辩验收（第16周的周六～第17周的周一上午）（4）控制方案确定及原理图设计、控制程序设计（第17周的周一下午～周四）（5）控制部分说明书撰写及答辩验收（第17周的周四～周五） 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日
丝杠的选型及计算 3.1丝杠的介绍 3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式： 丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变为直线运动或将直线运动变为旋转运动，有以传递能量为主的（如螺旋压力机），也有以传递运动为主的（如工作台的进给丝杠）。 丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能。但其摩擦阻力大，传动效率低（30%~40%）。滚动丝杠螺母机构虽然结构复杂制造成本高。但其最大优点是摩擦阻力小，传动效率高（92%~98%），因此选用滚动丝杠螺母机构。 根据工作台运动情况，应选择丝杠传动螺母移动的形式，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好，适用于工作行程较大的场合。 3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点: 滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件—滚珠。滚珠丝杠螺母机构由丝杠，螺母，滚珠，和反向器等四部分组成。当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。 滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，除上述优点外，还具有轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长等优点。但由于不能自锁，具有传动的可逆性，在用做升降传动机构时，需要采取制动等措施。 3.1.3滚珠丝杠的结构形式 按照用途和制造工艺的不同,滚珠丝杠副的结构形式很多。一般,根据钢球的循环形式,消除轴向间隙和调整预紧的方法以及螺纹滚道法向截面形状的不同,将其区分成不同的结构形式进行研究。 1)钢球循环方式 按钢球返回时是否脱离丝杠表面可分为内循环和外循环两大类，见表3-1[1]。若钢球在循环过程中，始终与丝杠表面保持接触，称内循环；否则，称外循环。通常，把在同一螺母上所具有的循环回路的数目，称为钢球的列数，常用的有2~4列。而把每一循环回路中钢球所经过的螺纹滚道圈数（导程数）称为工作圈。
选用滚珠丝杠副设计步骤实例 一、 设计计算条件 工作台重：W 1=8000N 工件重：W 2=5000N 最大行程：S max =760mm 丝杠两端支承间距：l s =1080mm 螺纹全长S=1000mm 安装方式固定—固定 定位精度：±0.012/300mm （空载） 重复定位精度：±0.006mm （空载） 寿命：L h =15000h 工作台摩擦系数：μ=0.04 驱动电机：N max =1500r/m 切削方式：车铣或铣削，一般工作状态，工作条件（见表1） 摩擦阻力：F r =（W 1 +W 2）·μ=520(N) 表1 二、 设计计算 1、选择导程L L ≥ ）（mm 101500 15000 max max ==N V 取L=10mm 2、计算当量载荷F m 、当量转速N m (见表2)
计算公式3 1 n n 2211n n 3n 22321131m t ...t t t ...t t ）（?++??+???++??+??=N N N N F N F N F F n 21n n 2211m t ...t t t ...t t +++?++??+?= N N N N 表2 代入公式得F m =2776（N ） N m =477（l/min ） 3、寿命： 计算公式6 3 m w 10f a ??? ?????=F C L m h 60N L L ?= 6 0s 10 L L L ?= 式中L ——回转时间 r （见表3） L h ——寿命时间 Km C a ——额定动载荷 N （见产品样本） f w ——载荷系数（见表4） 滚珠丝杠副预期工作寿命L h 表3 载荷系数f w 表4
一、选择条件： 1、工作台质量: m1=60kg 2、工件质量: m2=20kg 3、行程长度: ls=1000mm 4、最大速度: Vmax=1m/s 5、加速时间：t1=0.15s 6、减速时间：t2=0.15s 7、每分钟往返次数：=8min-1 8、无效行程：=0.15mm 9、定位精度：±0.3mm/1000mm 10、反复定位精度：±0.1mm 11、最小进给量：s=0.02mm/脉冲 12、希望寿命时间：h=30000h 13、驱动马达转速：r=3000r/min 14、马达惯性扭矩：Jm=1*10-3kg.m2 15、减速机速比：A=1 16、导轨摩擦系数：u=0.003（滚动） 17、无负荷阻力：f=15N 二、选择项目： 滚珠丝杠轴直径: 导程： 螺母型号： 精度： 轴向间隙（预压）： 丝杠支撑方式： 驱动马达： 1、导程精度与轴向间隙（预压）的选择 a、导程精度的选择： 为了得到定位精度±0.3mm/1000mm：±0.3/1000 = ±0.09/300 导程精度必须选择±0.09/300mm以上。根据滚珠丝杠精度等级选择如下:
C7（运行距离误差：±0.05mm/300mm）因精度等级C7既有轧制又有精密，在此首选价格低廉的轧制丝杠。 b、轴向间隙（预压）的选择： 为了满足0.15mm无效行程的要求，必须选择轴向间隙在0.15以下的滚珠丝杠。 2、丝杠轴的选择 a、假定丝杠轴长度：假定螺母全长100mm、丝杠轴末端长度100mm 所以根据行程长度1000mm决定全长如下： 1000+100+100=1200mm b、导程的选择： 驱动马达的额定转速3000r/min、最高速度1m/s时，滚珠丝杠导程如下： 1*1000*60/3000=20mm 因此，必须选择导程20mm或20mm以上的导程。 c、丝杠轴直径的选择： 符合15-66上的（导程精度与轴向间隙（预压）的选择）部分中所规定的要求的滚珠丝杠型号： 丝杠轴直径为32mm以下的轧制滚珠丝杠；15-66上的（丝杠轴的选择）部分所规定的要求：导程：20,30,40,60,80（参照15-33上的表17)如下： 丝杠轴直径导程 15mm 20mm 15mm 30mm 20mm 20mm 20mm 40mm 30mm 60mm 根据15-66上的（丝杠轴的选择），由于丝杠轴长度必须是1200mm，15mm的轴颈太过细长，因此 应选择直径20mm以上的丝杠轴。 由上所述，有三种符合要求的丝杠轴直径和导程的组合： 丝杠轴直径导程 20mm 20mm 20mm 40mm
滚珠丝杠 1.滚珠丝杠计算 1. 确定滚珠丝杠副的导程 根据电机最高转速为3000min -1。电机与滚珠丝杆直连， X 向最大运动速度V max 1000mm/s ，即60×1000=6000mm/min 。则丝杠导程为 mm n i V P h 2030001/6000/max max =?=?= 即mm P h 20=，可满足速度要求。 2.螺帽的选择 (1)所需基本动额定负载与容许转速(DmN 值) 各动作模式下轴向负载的计算
3.丝杠轴的选择 丝杠轴全长(L)与危险速度(Nc)、屈曲载荷(Pk)的研讨
1.8 电机选择 条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取松下NAS A4系列MDMA152P1V 型大惯量电机，其功率：1.5KW, 额定转矩：7.15 N.m, 电机惯量JM ：0.00123 Kg.m 2 X 向运动工件及工作台质量估计最大值约1500Kg 。 1.8.1 外部负荷的转动惯量： 丝杆部分的转动惯量： 22210151996565.0031.0633.312 121m kg r m J ?=??=?= 外部负荷的负荷转动惯量： 2221 090.01899920201.015000151996565.0)2(m kg P m J J h L ?=?? ? ???+=?+=ππ 则有：
45.1500123 .0 090.01899920==M L J J 加在电机上的转动惯量： 2 090.0202292000123.0 090.01899920m kg J J J M L ?=+=+= 1.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩： m N P F T h p ?=???=???= -- 940.19133960109 .02102.10810233πηπ 式中： h P ——滚珠丝杆副的导程 η——未预紧的滚珠丝杆副的效率（2级精度η=0.9） F ——外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为0 1.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩： m N P F T h p D ?=?-??=?-??=-- 360.01346588109 .09.0121007.361012322 322πηηπ 式中： p F ——滚珠丝杆副间的预紧力，N F F p 07.363/2.1083/max === 1.8.4 支承轴承产生的摩擦扭矩： 选择HRC 轴承，型号：7603050TN ，查轴承样本可得摩擦力矩：1b T =0.23N.m 。 1.8.5 加速度产生的负荷扭矩： 根据设计要求可知：X 向工作台运动速度为v=25mm/s ，对应电机转速2n =150rpm ，最大加速度为a=40mm/s 2,则工作台速度从0升至25mm/s 所需时间： 25.140 2522=?==a v t s 当电机转速从1n =0升至2n =150rpm 时，其负荷扭矩 m N t n n J T j . 560.2542076325 .160)0150(2 090.020*******)(212=?-??=?-?=ππ 1.8.6 电机总扭矩： m N m N T T T T T b j D p m .15.7. 850.68901312<=+++= 所选择电机额定扭矩为7.15N.m ，大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。
1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 根据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆直连，传动比为1。X 向最大运动速度25mm/s ，即1500mm/min 。则丝杠导程为 mm n i V P h 34.045001/1500/max max ≈?=?= 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： N f g M F 2.108548.91500006.000=?+??=+??=μ 式中： M ——工件及工作台质量，经计算M 约为1500kg 。 f ——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N 。 由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： 15010/2560/60min max =?=?=≈h P v n n rpm N F F F 2.1080min max =≈≈ 滚珠丝杠副的当量载荷： 3 2min max F F F m +=≈0F =108.2N 滚珠丝杠副的当量转速： 1502 min max =+=n n n m rpm 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算： N f f f F L n C c a w m h m am 06.5551 110012.10815000150601006033=??????=? = 式中： m n ——当量转速，15010/2560/60=?=?=h m P v n rpm h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时
计算举例 某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算 已知：工作台重量 W=5000N 工作及夹具最大重量 W=3000N 工作台最大行程LelOOOmm 工作台导轨的摩擦系数：动 摩擦系数卩=0.1 静摩擦系数卩0=0.2 快速进给速 度 V ma =15m/min 定位精度20卩"300mm 全行程25卩m 重复 定位精度10卩m 要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 解： 1) 确定滚珠丝杠副的导程 p h :滚珠丝杠副的导程 mm V :工作台最高移动速度 m/min max n :电机最高转速 r / min max i:传动比 因电机与丝杠直联，i 1 由表查得 P h max i n max
n max 1500r / min 代入得, p h 10mm 2） 确定当量载荷 1 3 3 F 3 | F 1“1 F 2^2 … m nt i n 2t 2 ... F 1 F s （W l W 2 P n ） F 1 2920N,F 2 1850N,F 3 1320N, 可求得：F 4 800N,F m 1290N 3） 确定当量转速 n 1t 1 n 2t 2 n m t 1 t 2 4）预期额定动载荷 ①按预期工作时间估算。 按表3-24查得：轻微冲击取f w 1.3 按表3-22查得：精度等级1-3取f a 1.0 按表3-23查得：可靠性97%^ f c 0.44 已知 L h 20000h 得：C nm fwFm '60nmLh 24815N 100 f a f c ②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载 F max 计算, 按表3-25查得：中预载取：f e 4.5 max 15m/m in 230r / min