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摘要 （ 1 ） 1、数控铣床的组成与进给系统概述 （1-2） 2、数控铣床X方向进给伺服系统总体结构设计2.1 技术参数 2.2 系统结构和工作原理 3、X方向滚珠丝杠副的设计
3.1 X方向滚珠丝杠副的计算 3.2 伺服电机的选择计算 3.3 确定滚珠丝杠副的型号 3.4 滚珠丝杠副的校验 3.5 轴承的选择及校核 4、总结 参考文献
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（ 2 ） （2-3） （3-6） （6-8） 8-10） 10-11） 11-13） （ 13 ） （ 13 ）
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数控铣床X向进给伺服系统设计
摘要：数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的。数控铣床主要用于加工平面和曲面轮廓的零件，还可以加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等，同时也可以对零件进行钻、扩、铰和镗孔的加工。本文主要介绍数控铣床的组成、设计过程及其发展趋势。
1、数控铣床的组成与进给系统概述
图（1）为数控铣床示意图。其机械结构由以下几部分组成：(1)主传动系统；(2)进给传动系统；(3)基础支承件；(4)辅助装置
图（1） 数控铣床示意图
1-底座；2-强电柜；3-变压器箱；4-垂直升降进给伺服电机；5-主轴变速手柄和按钮板； 6-床身；7-数控柜；8，11-保护开关；9-档铁；10-操纵台；12-横向溜板；13-纵向进给 伺服电机；14-横向进给伺服电机；15-升降台；16-纵向工作台
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数控铣床的进给系统包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台、刀架）等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。其中的代表部件为滚珠丝杠副、伺服电动机、滚动直线导轨。 （1）滚珠丝杠副
滚珠丝杠副是将螺母与丝杠分别加工成凹半圆弧螺纹，在螺纹之间放入滚珠形成的。滚珠沿螺旋滚道滚动，带动螺母或丝杠轴向移动，将原先传动中使用的T形丝杠的螺纹摩擦变为滚动摩擦，因为降低了摩擦阻力，消除了局部爬行现象，从而提高了传动精度与传动机械效率。滚珠丝杠副有很多优点，主要为传动效率高，约为92％-96％。可消除轴向移动产生的间隙，定位精度高，刚度好，运动平稳，无爬行现象，传动精度好。再次，旋转运动变为直线运动，丝杠与螺母都可作为主动件，磨损小，使用寿命长。但滚珠丝杠副制作工艺复杂，精度要求高，且不能自锁。
滚珠丝杠支承用轴承通常要选用专用轴承，一般选用丝杠支承专用角接触球轴承。该轴承具有如下特点：
a．刚性大。由于采用采用特殊色设计的尼龙保持架，增加了钢球数，且接触角为60 °，故轴向刚度大；
b．无须预调整。对每种组合形式，厂家已做好了能得到最佳预紧力的间隙，故用户在装配时不需再调整，只要按厂家作出的装置序列符号排列后，装紧即可；
c．力矩小。与圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承相比，启动力矩更小。 （2）伺服电动机
伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
2、数控铣床X方向进给伺服系统总体结构设计
2.1 技术参数
X行程 1200mm X向快速进给速度 5m/min 工作台长度 650mm 工作台宽度 320mm 工作台重量 650N 工作台最大承重 300kg 定位精度 ±0.025mm 重复定位精度 ±0.015mm
2.2 系统结构和工作原理
数控铣床的X方向进给系统主要由伺服电机、联轴器、轴承、滚珠丝杠副、滚动导轨副等零件组成，具体如图（2）所示。
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图（2） X方向进给系统
1-X向伺服电机；2-联轴器；3-角接触球轴承；4-X向滚珠丝杠； 5-X向滑块；
6-连接基座；7-X向滚珠螺母；8-工作台；9-Y向滑块；10-Y向导轨
其中，X向导轨由滚珠螺母、滑块与连接基座固定；导轨与工作台用螺钉联接。系统工作时，伺服电机通过联轴器带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠作横向移动，滚动导轨带动工作台作横向移动。滚珠螺母与滑块均固定不动。滚珠丝杠的固定方式为两端固定，左右各有2个角接触球轴承。
3、X方向滚珠丝杠副的设计
3.1 X方向滚珠丝杠副的计算
为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。
计算参数：
工作台重量 W1=650N 工作台最大承重 W2=300kg=2940N 工作台X向最大行程 1200mm X向快速进给速度 Vxmax=5m/min 定位精度 ±0.025mm 重复定位精度 ±0.015mm 表（3）给出了工作台的切削状况，以此为前提进行传动部件的设计。
表（3） 切削状况
切削状况 切削方式 强力切削 一般切削 精切削 快速进给
纵向切削力(N) 1200 600 300 0 垂向切削力(N) 700 300 80 0 进给速度(m/min) 0.5 0.8 1 5.1 工作时间百分比％ 5 30 55 10 3.1.1 确定滚珠丝杠的导程Ph
根据机床传动要求、负载大小和传动效率等因素综合考虑确定导程Ph。先按机床传
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动要求确定，其公式为:
Ph?Vmaxinmax 式中：Vmax——X向快速进给速度，m/min；
i——传动比，因电机与滚珠丝杠副直接联接，i取1；
nmax——驱动电机最高转速，r/min。
5Ph??1000?2mm
2000选Ph为5mm。
3.1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算
(1)工作载荷F
工作载荷F是指数控机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向作用力，其数值可用下列进给作用力的实验公式计算：
对于滚动导轨机床： F?Fxi?Ff 式中： Fxi——X方向上的切削分力，N；
Ff——导轨摩擦阻力，N。
Ff??(W1?W2?Fzi)
式中： Fzi——Z方向上的切削分力，N；
μ——摩擦系数，对滚动导轨取0.003~0.004。 在各种切削方式下，丝杠轴向载荷：
F1=1200+0.004(650+2940+700)=1217.16N F2=600+0.004(650+2940+300)= 615.56N F3=300+0.004(650+2940+80)=314.68N F4= 0.004(650+2940)=14.36N
(2)最小载荷Fmin
最小载荷Fmin为数控机床空载时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。此时，Fx=Fy=Fz=0。
Fmin=F4=14.36N
(3)最大工作载荷Fmax
最大载荷为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。
Fmax=F1=1217.16N
(4)当量载荷Fm与当量转速nm
当机床工作载荷随时间变化且此期间转速不同时：
F1n13 Fm?3tt1tt333?F2n22?F3n33?F4n44100100100100
nmnm?n1tt1tt?n22?n33?n44 100100100100式中：t1、t2、t3、t4分别为滚珠丝杠在转速n1、n2、n3、n4下，所受轴向载荷分别是F1、
F2、F3、F4时的工作时间
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