其中 Nc— 为传动件的额定功率
Nd—主电机的额定功率， Nd=7.5 kw
η—主传动系统总功率，一般为0.6~0.7，取η=0.65 k—进给系统功率系数，取k=0.95
则：Nc=7.5×0.65×0.95＝4.63kw
Fz?VsFz?Vs又因为：Nc=×9.8 ≈
612060?103式中Vs ——切削速度，取Vs=100m/min
4.63?6120主切削力Fz= =283.356（kgf）=2833.56N
100由《机电一体化系统设计课程设计指导书》可知主切削力
Fz=CFzapxFz×fyFz×KFz 对于一般切削情况：
xfz=1，yFz=0.75 ，KFz=1，CFz=188kg/㎜2=1880Mpa F2的计算结果如下：
ap(㎜) f(㎜) Fz(N)
3 0.2 1614.98
3 0.3 2188.94
3 0.4 2716.06
4 0.2 2153.3
4 0.3 2918.59
4 0.4 3621.41
为便于计算,所以取Fz=2833.56N,以切削深度ap=4㎜，走刀量f=0.3㎜，为以下计算以此为依据。
由《机床设计手册》得，在一般外圆车削时，Fx≈（0.1～0.6）FZ
Fy≈(0.15～0.7)Fz
取Fx=0.5 Fz Fy=0.6Fz ∴Fx=0.5×2833.56=1416.78(N) Fy=0.6×2833.56=1700.14(N) （2）滚珠丝杠的设计计算
由《经济型数控机床总设计》，综合车床导轨丝杠的轴向力得
P=KFx+f′（Fz+W） 其中K=1.15 , f′=0.15～0.18 取f′=0.16 P=1.15×1416.78+0.16×(2833.56+800)=2210.67(N) 1强度计算 ○寿命值Li=
ni=
60niTi 1061000vf D?L0由《机床设计手册》得Ti=15000h, L0=12mm， D=80㎜
1000?100?0.3≈10(r/min)
80?12?3.1460?10?15000Li==9 610ni=
最大动负 Q=3LiPfwfH 其中 运载系数fw=1.2
硬度系数Fh=1
Q=39×1.2×2210.67×1=5518.05(N)
根据最大动力负载荷Q的值，查表选择滚珠丝杠的型号为FFZ5012—4，查表得数控车床的纵向精度为E级，即型号为FFZ5012—4—E—1800×640，其额定载荷是44400N
2效率计算 ○
根据《机械原理》得，丝杠螺母副传动效率为 η=由《机械原理》得?一般为8′～12′取?=10′ 即：摩擦角?=10′，螺旋升角（中径处）r=3O25′
tgr
tg(r??)tg3025?则η= =0.953 0tg(325??10?)3 刚度验算 ○
滚珠丝杠受工作负载P引起的导程变化量 △L1=±
PLo EF
其中 LO=12㎜=1.2㎝
E=20.6×106N/㎝2
滚珠丝杠横截面积
d482
)π=（）×3.14=18.09(㎝2)（d为滚珠丝杠外径） 222210.67?1.2 则△L1=?=7.12×10-6≈7.12um 620.6?10?18.09F=(
查《机床设计手册》，E级精度丝杠允许的螺距误差（1800㎜螺丝长度）为15um/m ，因此，丝杠的刚度符合要求。即刚度足够。 ④稳定性验算
由于原机床杠径为Φ30㎜，现选用的滚珠丝杠为Φ50㎜，支承方式不变。所以，稳定性不成问题，无需验算。 （3）齿轮及转矩的相关计算 1）有关齿轮的计算 传动比i=
?L 360?zO其中?表示步驱角，?z表示脉冲当量 i=
0.75?12=1.25
360?0.02取齿数Z1=32, Z2=40
模数m=2mm 啮合角为200 齿轮齿宽b=20㎜ d1=mz1=2×32=64mm d2=mz2=2×40=80mm da1 =2×(32+2)=68mm da2=2×(40+2)=84mm a=
d1?d264?80==72 222）转动惯量的选择
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 J1=(
180??z??)2W=(
180?0.022
)×80= 1.859kg.㎝2=18.69N.cm2
3.14?0.75丝杠的转动惯量
Js=7.8×10-4D4L=7.8×-4×54×180=87.75kg.㎝2=877.5N.cm2 齿轮的转动惯量
JZ1=7.8×10-4×(6.4)4×2=2.617kg.㎝2=26.17N.cm2 JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39kg.㎝2=63.9N.cm2 由于电机的转动惯量很小，一般可忽略不记 所以总的转动惯量为 J总= =
1×(Js+ JZ2)+ JZ1+ J1 2i1?1.25?2×(87.75+6.39)+2.617+1.869=64.7356kg.㎝2=647.356N.㎝2
3）所需转动力矩的计算
快速空载启动时所需力矩 M=Mamax+Mf+MO
最大切削负载时所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt 快速进给时所需力矩 M=Mf+MO 式中Mamax —— 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩。 Mf —— 折算到电机轴上的摩擦力矩。
MO —— 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。 Mat —— 切削时折算到电机轴上的加速度力矩。
Mt —— 折算到电机轴上的切削负载力矩。 Ma=
Jn×10-4（N.m）其中T=0.025 9.6?T当n=nmax时，Mamax=Ma
Vmaxi730?1.25==76.0(r/min) lo1264.7356?76Mamax=×10-4=2.05N.m=20.5kgf.cm
9.6?0.0251000Vfi1000?0.3?1.25D?nt===12.44r/min 3.14?80?12lo12.44?64.7356Mat=×10-4=0.3355N.cm=3.355kgf.cm
9.6?0.025nmax=Mf=
WLoFoLof?= 2??i2??i当?=0.8，f′=0.16时， Mf=MO=
0.16?80?1.2=2.446kgf.cm=24.46N.cm
2?3.14?0.8?1.25PoLo(1-?6??i2o
)
1当?=0.9时，预加荷PO=Fx
311FxLo(1???2)?141.678?1.2?(1?0.92)MO=3=3=1.715kgf.cm=17.15N.cm
2???2?3.14?0.8?1.25
机电一体化课程设计C6140卧式车床数控化改造设计
