目录前言……………………………………………………………………………………滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………轴承选择……………………………………………………………………………电机选择……………………………………………………………………………设计总结……………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。
机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。
产品的更新换代也不断加快。
因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。
数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。
随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。
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（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，有什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用的数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。
由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。
1 滚珠丝杠螺母副的设计1.1 确定滚珠丝杠副的导程Ph =Vmaxinmax=100001×1200=8.3mm取Ph=10mmPh：滚珠丝杠副的导程mmVmax：工作台最高移动速度nmax：电机最高转速i：传动比因电机与丝杠直联，i=1Vmax =10m/min ，nmax= 1200r/min代入得， Ph=8.3mm查表，取Ph=10mm1.2 确定当量转速与当量载荷1.2.1 各种切削方式下，丝杠转速nmax =VmaxPh=350010=350r/minnmin =VminPh=110=0.1r/min1.2.2 各种切削方式下，丝杠轴向载荷Fmax=4500+0.01×833=4583.3NFmin=0.01×833=83.3N1.2.3 当量转速nm =nmax+nmin2=350+0.12=175.05mm/min1.2.4 当量载荷Fm =2Fmax+Fmin3=2×1583.3+83.33=3083.3N1.3 预期额定动载荷1.3.1 按预期工作时间估算Cam=360nmLhFmfw100fafcCam：预期额定动载荷N按表查得：轻微冲击取 fw =1.3 fa=1 可靠性90%取fc=1已知：Lh=15000小时代入得 Cam=28362.6N1.3.2 拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载Fmax计算：Cam =FeFmax按表查得：中预载取 fe=4.5代入得Cam=20624.85N取以上两种结果的最大值 Cam=28362.6N 1.4 确定允许的最小螺纹底径1.4.1 估算丝杠允许的最大轴向变形量①δm ≤（13～14）重复定位精度②δm ≤（14～15）定位精度δm : 最大轴向变形量µm已知：重复定位精度6µm, 定位精度12µm①δm =2 δm=3 ②δm=3取两种结果的小值δm=2µm1.4.2 估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式d2m =10210FLпδm E=0.0392FLδmd2m：最小螺纹底径mmL≈ (1.1～1.2)行程+（10～14）Ph=1.1×350+10×10=485mm静摩擦力F=μmg=0.01×85×9.8=8.3N代入得d2m =0.03928.3×4852=1.7mm1.5 确定滚珠丝杠副的规格代号1.5.1 选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式1.5.2 由计算出的Ph ,Cam,d2m在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD4010-3Ph =10mm , Ca=30000>Cam=28362N, d2=39.5mm>d2m=1.7mm1.6 确定滚珠丝杠副预紧力Fp =13Fmax=13×4583.3=1527.8N1.7 行程补偿值与与拉伸力1.7.1 行程补偿值C=11.8△tLu×10-6式中：Lu=350+148+2×30=558mm △t取2.5°C代入得C=17μm1.7.2 预拉伸力Ft =1.95△td22=1.95×2.5×34.32=5735.4N1.8 确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格1.8.1 轴承所承受的最大轴向载荷FBmax =Ft+Fmax=5735+4583.3≈10320N1.8.2 轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力球轴承1.8.3 轴承内径d 略小于d2=34.3mmFBP =13FBmax=3279N取 d=30mm1.8.4 轴承预紧力预加负荷3300N≥FBP=1527.8N 1.8.5 按样本选轴承型号规格选760206TNI轴承d=30mm1.9 滚珠丝杠副工作图设计1.9.1丝杠螺纹长度Ls：由表查得余程Le=40Ls =Lu+2Le=560+2×40=640mm1.9.2 两固定支承距离L1L1=640+135=775mm丝杠全长LL=775+85+85=945mm1.9.3 行程起点离固定支承距离LL0=L2+B=15+15=30mm2 电机选择2.1 参数计算2.1.1 功率P=Fv=4500×1260=900W2.1.2 负载转动惯量JL（kg·m2）及传动系统转动惯量J（kg·m2）的计算JL =ΣJi（ninm）2+Σmj(vj2пnm)2式中JL ，ni为各旋转件的转动惯量（kg·m2）和转速（r/min）mj ,vj为各直线运动件的质量（kg）和速度（m/min）Jm ,nm为电机的转动惯量（kg·m2）和转速（r/min）JL=20kg·cm22.1.3 力矩计算空载启动时，折算到电机轴上的加速力矩TamaxTamax =JLnmax9.6t=2×10-3×15009.6×2=0.125N·M折算到电动机上的摩擦力矩TtTt =FPh2пηi×10-3=8.3×102×3.14×0.8×1×10-3=0.0165N·m由于丝杠预紧力引起和折算到电动机轴上的附加摩擦力矩TT0=Famax×Ph(1-η2)2пηi×10-3=8700×10×(1-0.92)2×3.14×0.8×1×10-3=3.29N·m总力矩 Tm = Tamax+ Tt+ T=3.43N·m2.2 型号选择根据转动惯量和力矩选择电机型号为120MB150B-001000 2.3 联轴器选择根据电动机轴径，力矩等因素选择联轴器LK11-126K-22223 传动系统刚度3.1 丝杠抗压刚度 3.1.1 丝杠最小抗压刚度 K smin =6.6d 22L 1×102K smin ：最小抗压刚度N/μm d 2：丝杠底径 L 1：固定支承距离代入得 K smin =6.6×34.32775 ×102=1001.9N/μm3.1.2 丝杠最大抗压刚度K smax =6.6×d 22L 14L 0(L 1-L 0) ×102=6731.3N/μm3.2 支承轴承组合刚度 3.2.1 一对预紧轴承的组合刚度 K BO =2×2.34×3d Q Z 2F amax sin 5β K BO ：一对预紧轴承的组合刚度 N/μm d Q ：滚珠直径mm Z ：滚珠数Famax：最大轴向工作载荷N β：轴承接触角dQ=7.938,Z=19,β=60代入得KB0=1076 N/μm3.2.2 支承轴承组合刚度由两端固定支承Kb =2KBO=2×1076=3152 N/μm3.2.3 滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度KC =Kc′3FP0.1CaKC：滚珠和滚道的接触刚度N/μmKc′：查样本上的刚度 N/μmFP：滚珠丝杠副预紧力 NCa：额定动载荷 N由样本查得：Kc ′=973 N/μm；Ca=30000N；FP=1528N代入得KC=777N/μm3.3 刚度验算及精度选择3.3.1 验算传动系统刚度1 Kmin =1Ksmin+1Kb+1Kc=1101.9+12152+1777=2.7×10-3N/μmKmin=3701 Kmax =1Ksmax+1Kb+1Kc==1.9×10-3N/μmKmax=526F0=μw1=0.01×85×9.8=8.3NKmin ≥1.6F0反向差值已知反向差值或重复定位精度为10Kmin ≥1.6×8.310=1.3283.3.2 传动系统刚度变化引起的定位误差δk=F0（1K min -1Kmax）=6.6×10-3μm3.3.3 确定精度V300p：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言V300P ≤0.8×定位精度-δk所以，丝杠精度选取3级3.3.4 确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号FFZD公称直径 40mm 导程 10mm 螺纹长度 640mm 丝杠全长 945mm P类3级精度即 FFZD3210-3-P3/945×6403.4 验算临界压缩载荷丝杠所受最大轴向载荷小于丝杠预拉伸力Ft不用验算3.5 验算滚珠丝杠副的临界转速nc（r/min）nc =fd2Lc22×107f:与支承形式有关的系数d2：丝杠底径mmLc2：临界转速计算长度mm 由表得 f=21.9d2=34.3mmLc2=L1-L=775-30=745mm代入得 nc =21.9×34.37452×107=13534>nmax=1200r/min3.6 验算DnDpw =d2+Dw=34.3+7.144=34.444mmDn =Dpw·nmax=34.444×1200=41332.8<70000Dpw:滚珠丝杠副的节圆直径mmnmax:滚珠丝杠副最高转速r/min3.7 基本轴向额定静载荷Coa验算fs Famax≤Coafs一般为1.5Coa=50.2kN=66300NFamax=870N/μm1.5×8700=13050<66300 3.8 强度计算[σ] 14пd22≥Famaxd2≥24Famaxп[σ][σ]许用应力（N/mm2）取[σ]=726N/mm2d2≥24×87003.14×726=3.91mm 验算合格4控制系统的设计4.1控制系统PLC与变频器，编码器，交流电机连线图的设计4.1.1硬件的选择3G3MZ系列变频器乃针对各种变频调速应用而开发：人性化的设计和先进的制造管理技术以及欧姆龙一贯的造型简约、功能丰富的风格，结合最新的用户的技术需求，使其具备了高贵的血统和最贴近市场的元素。