XK716數(shù)控銑床X向交流伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 題目： 控銑床 X 向交流伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要求：按照題目給定型號(hào)的數(shù)控銑床設(shè)計(jì)其某個(gè)方向的進(jìn)給系統(tǒng)，包括機(jī)械傳動(dòng) 系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)；機(jī)床分辨率均為 =大移動(dòng)速度 0m/床規(guī)格參數(shù) 加工負(fù)載自行查閱 注意： 要是增加減速機(jī) ; 型號(hào)機(jī)床 相同驅(qū)動(dòng)方式的題目為一組，共同部分 接口部分必須協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 具體任務(wù)： 制系統(tǒng)組成框圖 1 張（ 過必要的匹配計(jì)算，選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)元器件 制機(jī)械部分裝配圖 1 長（ 制電氣原理圖 1 張（ 份（不少于 8 千字） 2 目 錄 陜西理工學(xué)院 .未定義書簽。 機(jī)電方向課程設(shè)計(jì) .未定義書簽。 題目： 控銑床 X 向交流伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 1 第一部分 前 言 . 3 （ 1） 滾珠絲杠副 . 3 （ 2） 伺服電動(dòng)機(jī) . 4 第二部分 總體方案設(shè)計(jì) . 6 術(shù)參數(shù) . 6 給伺服系統(tǒng)基本要求 . 7 床的技術(shù)要求 . 7 動(dòng)方案設(shè)計(jì) . 8 統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 . 8 體方案系統(tǒng)框圖 . 9 第三部分 X 向滾珠絲桿的選型和計(jì)算 . 10 切削力及其切削分力計(jì)算 . 10 軌摩擦力的計(jì)算 . 11 算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力 . 11 珠絲桿的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 . 12 作臺(tái)部件的部分裝配圖 . 17 第四部分 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn) . 18 第五部分 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 . 20 第六部分 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 . 23 第七部分 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 . 26 第八部分 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 . 27 第九部分 確定滾珠絲桿螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) . 28 第十部分 聯(lián)軸器的選型與電氣原理圖的確定。 . 29 第十一部分 總 結(jié) . 30 3 第一部分 前 言 數(shù)控銑床是一種加工功能 很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元等都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。數(shù)控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復(fù)雜型面的零件，如凸輪、樣板、模具、螺旋槽等。同時(shí)也可以對(duì)零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸和鏜孔的加工。故對(duì)它進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)非常有意義。 控銑床的組成與 進(jìn)給系統(tǒng)概述 圖 1其機(jī)械結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成： (1)主傳動(dòng)系統(tǒng) (如圖中的 5； (2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) (如圖中的 121314； (3)基礎(chǔ)支承件 (如圖中的 1616 )； (4)輔助裝置 (如圖中的 8， 11。 圖 1控銑床示意圖 12345 678， 119101213伺服電機(jī)； 141516數(shù)控銑床的進(jìn)給系統(tǒng)包括動(dòng)力源、傳動(dòng)件及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件（工作臺(tái)、刀架）等，其功用是將伺服驅(qū)動(dòng)裝 置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳給執(zhí)行件，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給切削運(yùn)動(dòng)。其中的代表部件為滾珠絲杠副、伺服電動(dòng)機(jī)、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。 （ 1） 滾珠絲杠副 現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展需要高的傳動(dòng)精度、定位精度以及寬的進(jìn)給調(diào)速范圍，要求響應(yīng)速度快，傳動(dòng)無間隙，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好，壽命長，使用維護(hù)方便，滾珠絲杠副正好適應(yīng)了這種發(fā)展的需要。它在中等載荷、進(jìn)給速度要求不十分高、行程范圍不太大 (小于 4一般高速加工中心和其它經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床仍然經(jīng) 4 常被采用。滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，在數(shù)控銑床上得到了廣泛應(yīng)用。 滾珠絲杠副是將 螺母與絲杠分別加工成凹半圓弧螺紋，在螺紋之間放入滾珠形成的。滾珠沿螺旋滾道滾動(dòng)，帶動(dòng)螺母或絲杠軸向移動(dòng)，將原先傳動(dòng)中使用的為降低了摩擦阻力，消除了局部爬行現(xiàn)象，從而提高了傳動(dòng)精度與傳動(dòng)機(jī)械效率。滾珠絲杠副有很多優(yōu)點(diǎn)，主要為傳動(dòng)效率高，約為 92 ，可消除軸向移動(dòng)產(chǎn)生的間隙，定位精度高，剛度好，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度好。再次，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，絲杠與螺母都可作為主動(dòng)件，磨損小，使用壽命長。但滾珠絲杠副制作工藝復(fù)雜，精度要求高，且不能自鎖。 滾珠絲杠支承用軸承 通常要選用專用軸承，一般選用絲杠支承專用角接觸球軸承 3。該軸承具有如下特點(diǎn)： a 剛性大。由于采用采用特殊色設(shè)計(jì)的尼龍保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為 60 ，故軸向剛度大； b 無須預(yù)調(diào)整。 對(duì)每種組合形式，廠家已做好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時(shí)不需再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號(hào)排列后，裝緊即可； c 力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，啟動(dòng)力矩更小。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這就要求滾珠絲杠副不但有 高的精度，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運(yùn)動(dòng)的流暢性不同。由于存在加工誤差，使?jié)L珠絲杠副的動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo) 4。 當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的高速化不斷推動(dòng)精密高速滾珠絲杠副的發(fā)展。為了達(dá)到高速驅(qū)動(dòng)目的，設(shè)計(jì)時(shí)在提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 4000r/同時(shí)，使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副，導(dǎo)程可達(dá) 32日本馬扎克公司在 床快速移動(dòng)速度達(dá) 90m/速度達(dá) 。也可改進(jìn)結(jié)構(gòu)提高滾珠運(yùn)動(dòng)的流暢性，采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式以及進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量等方式來使得滾珠絲杠副達(dá)到高速、高精度進(jìn)給。 （ 2） 伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電機(jī)是在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種電機(jī)。 早期機(jī)床多采用小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)，自 20 世紀(jì) 60 年代末至 80 年代中期，在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)（永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)）占據(jù)著絕對(duì) 統(tǒng)治地位。 5 直流伺服電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但它也存在著固有的缺點(diǎn)，如直流伺服電機(jī)的電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)；由于換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花而使最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本高，因此，自 20 世紀(jì) 80 年代中期以來，以交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的交流伺服系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為潮流。 這些年來，隨著高速加工技術(shù)與高速機(jī)床的迅速發(fā)展，國外正采用直線電動(dòng)機(jī)來取代常規(guī)數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)中 “伺服電動(dòng)機(jī) +滾珠絲杠”的模式 6。 綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)控銑床在機(jī)械行業(yè)中 起著至關(guān)重要的作用，其進(jìn)給系統(tǒng)的好壞對(duì)精密、復(fù)雜工件的加工具有重要影響。其中最關(guān)鍵的部件便是滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，我國在這方面的研究與世界先進(jìn)國家有較大差距，因此本課題所做的研究和設(shè)計(jì)工作非常有意義。 6 第二部分 總體方案設(shè)計(jì) 術(shù)參數(shù) 項(xiàng) 目 單位 規(guī) 格 工作臺(tái) 工作臺(tái)尺寸（寬長） 90 1450 T 型槽槽寬數(shù)量間距 8 5 125 工作臺(tái)最大承重 350 行程 工作臺(tái) 行程 (X 軸 ) 270 滑鞍行程 (Y 軸 ) 10 主軸箱行程 (Z 軸 ) 60 主 軸 主軸錐孔 0 主軸轉(zhuǎn)速 r/0 6000 主軸電機(jī)功率 1/15 主軸最大扭矩 軸端面至工作臺(tái)距離 50 910 主軸中心至立柱距離 35 進(jìn) 給 切削進(jìn)給速度 mm/ 8000 快速移動(dòng)速度 mm/0000 X/Y/Z 軸電機(jī)額定功率 (選配 ) 軸電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 (選配 ) 2 沖刷 切屑沖刷泵流量 L/20 切屑沖刷泵揚(yáng)程 m 15 冷卻 刀具冷卻泵流量 L/6 刀具冷卻泵揚(yáng)程 m 15 精 度 定位精度 復(fù)定位精度 7 其 他 機(jī)床高度尺寸 950 機(jī)床地基面積 200 2650 機(jī)床總功率 5 機(jī)床總重量 000給伺服系統(tǒng)基本要求 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求： （ 1） 精度要求 伺服系統(tǒng)必須保證機(jī)床的定位精度和加工精度。對(duì)于低檔性的數(shù)控系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)控制精度一般為 于高性能數(shù)控系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)控制精度為 1m，甚至為 m。 （ 2）響應(yīng)速度 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)響應(yīng)要快。 （ 3）調(diào)速范圍 調(diào)速范圍000/20=300 。在各種數(shù)控機(jī)床中，由于加工用道具、被加工工件材質(zhì)及零件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。 （ 4）低速、大 轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn)，經(jīng)常在低速下進(jìn)行重切削，即在低速下進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 床的技術(shù)要求 工作臺(tái)質(zhì)量為 200算），工件和夾具的總質(zhì)量為 1150 工作臺(tái)縱向行程為 1270給速度為 18000mm/速移動(dòng)速度為20000mm/ 橫向行程為 610給速度為 18000mm/速移動(dòng)速度為 8 20000mm/ 向行程為 760進(jìn)給速度為 18000mm/快速移動(dòng)速度為20000mm/ 采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 ，導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)為 摩擦系數(shù)為 定位精度為 復(fù)定位精度為 床的工作壽命為20000h。 主軸轉(zhuǎn)速 206000 r/主軸電機(jī)功率 11/15 動(dòng)方案設(shè)計(jì) 為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案： （ 1） 工作臺(tái)工作面尺寸（寬度 長度）確定為 590450 （ 2） 對(duì)滾珠絲杠螺母副 采用 預(yù)緊 ，并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行拉伸預(yù)緊 。 （ 3） 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 （ 4） 采用 夾緊式法蘭膜片 聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠連接。 (5) 導(dǎo)軌采用四方向等載荷性滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。 統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 數(shù)控銑床的 X 方向進(jìn)給系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副等零件組成，具體如圖 示。 圖 2 方向進(jìn)給系統(tǒng) 1伺服電機(jī)； 234滾珠絲杠； 5滑塊； 67滾珠螺母； 89滑塊； 10導(dǎo)軌 9 其中， X 向?qū)к壱妶D 示。 滾珠螺母、滑塊與連接基座固定；導(dǎo)軌與工作臺(tái)用螺釘聯(lián)接。系統(tǒng)工作時(shí)，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠作橫向移動(dòng)，滾動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)工作臺(tái)作橫向移動(dòng)。滾珠螺母與滑塊均固定不動(dòng)。滾珠絲杠的固定方式為兩端固定，左右各有 2個(gè)角接觸球軸承。 體方案系統(tǒng)框圖 根 據(jù)課設(shè)要求必須采用單片機(jī)控制，采用交流伺服，由于采用交流伺服，必須有反饋檢測(cè)裝置，以便對(duì)機(jī)械傳動(dòng)誤差進(jìn)行反饋和校正 執(zhí) 行 元 件 檢 測(cè) 裝 置 接 口 電 路 驅(qū) 動(dòng) 電 器 機(jī) 械 傳 動(dòng) 元 件 驅(qū) 動(dòng) 元 件 單 片 機(jī) 10 第 三部分 X 向滾珠絲桿的選型和計(jì)算 切削力及其切削分力計(jì)算 1 計(jì)算主切削力 根據(jù)條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削時(shí)，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率。由此可知。 表 3控銑床的切削狀況 切削方式 進(jìn)給速度 /(m/時(shí)間比例 /(%) 備注 強(qiáng)力切削 0 主軸電動(dòng)機(jī)滿功率條件下切削 一般切削 0 粗加工 精加工 1 50 精加工 快速進(jìn)給 20 10 空載條件下工作臺(tái)快速移動(dòng) （ 1）計(jì)算轉(zhuǎn)速 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 1/3 段最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，已知主軸的轉(zhuǎn)速范圍為 206000 000/20=300 取 0 0 取 Z=26 m 2020( 98 rn j 取 160jn r/2) 銑刀直徑 D 由于銑刀的直徑越大對(duì)應(yīng)的最大切削力就越小，所以選取合適的銑刀直徑， D=1253)銑刀的切削速度 v （ 4） 計(jì)算主切削力 若主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率 m =以 11 NV p 3 2 計(jì)算給切削分力 查表可知工作臺(tái)縱向切削力 1F 橫向切削力 軌摩擦力的計(jì)算 1 計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力時(shí)，導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù) = 3條緊固力推薦表 導(dǎo)軌形式 主電功機(jī)功率 /1 15 18 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 500 800 1500 2000 2500 3000 3500 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 24 40 75 100 125 150 175 由上表可得鑲條緊固力50 工作臺(tái)的最大承重是 1350 9 2 31502 0 0 01 3 5 0 0( 2 計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力050200013500(50200013500(000 算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力 1 計(jì)算最大軸向負(fù)載力a a x 2 計(jì)算最小軸向負(fù)載力 30m 12 珠絲桿的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 1 確定滾珠絲桿的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件，取 X 向電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速000r/由導(dǎo)程公式 不加減速機(jī)構(gòu) 所以 i=1 02000200000 2 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均載荷和平均轉(zhuǎn)速 1） 估算在各種切削方式下滾珠絲 桿的軸向載荷 將強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定位最大載荷速移動(dòng)和鉆鏜定位是的軸向載荷定位最小軸向載荷加工）和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷2F 分別可按下公式計(jì)算 m a xm .0 ，m a xm 5.0 并將計(jì)算結(jié)果填入下表 3 3數(shù)控銑床滾珠絲桿的計(jì)算 2） 計(jì)算滾珠絲桿在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速軸向載荷 /N 進(jìn)給速度 /(m/時(shí)間比例 /(%) 備注 強(qiáng)力切削 v 10 v 30 m a xm .0 精加工 3v 50 m a xm 5.0 快速進(jìn)給 10 3 m 0 0 0101020m 0 010101m 3） 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速 m i n/2 8 0m i n/)2 0 0 0 01 0 01 0 0 22114） 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的的平 均載荷22321131 100100100 = 3 3333 0 8 3 = 確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷1）按預(yù)定工作時(shí)間估算。 m m h 6 0 n L 1 0 0 f f （ 3. 式中 預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)）； 精度系數(shù)； 可靠性系數(shù) ； 負(fù)荷系數(shù)。 查得載荷性質(zhì)系數(shù) 知初步選擇的滾珠絲杠的精度等級(jí)為 2級(jí)，查得精度系數(shù) 1,可靠性系數(shù) 9 0 0 5 32 0 0 0 02806010060 33 14 2）因?qū)L珠絲杠 螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按估算最大軸向載荷。取預(yù)加載荷系數(shù) a n a 5 2 8 3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 取以上兩種結(jié)果的最大值， 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 2（ 1）估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形m。 機(jī)床或機(jī)械裝置的伺服系統(tǒng)精度大多在空載下檢驗(yàn)?？蛰d時(shí)作用在滾珠絲杠副上的最大軸向工作載荷是靜摩擦力0F。移動(dòng)部件于0般占重復(fù)定位精度的 （ 1/2 1/3） 。所以規(guī)定滾珠絲杠副允許的最大軸向變形m （ 1/3 1/4） 重復(fù)定位精度。 已知重復(fù)定位精度為 m5 定位精度 30 m 則 )2131(1m a x 影響定位精度最主要因素是滾珠絲杠副的精度，其次是滾珠絲杠本身的拉壓彈性變形以及滾珠絲杠副摩擦力矩的變化等。一般估算m （ 1/4 1/5） 定位精度。 m )(30)4151(2m a x 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值m=m 2）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 2本機(jī)床工作臺(tái)（ X 軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式 02 0 3 9m 式中m 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量 （ m） ； 0F 導(dǎo)軌靜摩擦力 （ N） ； L 滾珠螺母至滾珠絲杠兩個(gè)固定支承的距離。 滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L行程 +安全行程 +2余程 +螺母長度 +支承長度 03025)L）（行程 取 L=程 +300L= 15 又 820 ，由公式 a 5初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)計(jì)算所得的 2 初步選擇 公稱直徑 0d 、基本導(dǎo)程定動(dòng)載荷 絲杠 底徑 2d 如下 : 0d =40mm,046500N 2d =2滿足式設(shè)計(jì)要求。 6 確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 p m a 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值與預(yù)緊拉力 （ 1） 計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值 t 已知溫度變化值 t=2 ，絲桿的膨脹系數(shù) /1011 6 滾珠絲杠螺母副的有效行程： 螺母長度余程安全行程工作臺(tái)行程 2余程 02 5 5 61 4 6401 0 01 2 7 0)148(1 2 7 0 由公式 得 8 5211106u （ 2）計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力 已知滾珠絲桿螺紋底徑 2d =珠絲桿的溫升變化值 t = C2 5 22 8 確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào) 1）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 16 a xm a x 2）計(jì)算軸承的預(yù)緊力 3)計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷a m 6 8 4)計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷 C 已知軸承的工作轉(zhuǎn)速 80 ，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷,軸承的基本額定壽命 0000 ,軸承的徑向載荷 軸向載荷a a o s 因?yàn)?8 8/ 8 9/ 載荷系數(shù) 組合列數(shù) 2 列 3 列 4 列 承載列數(shù) 1 列 2 列 1 列 2 列 3 列 1 列 2 列 3 列 4 列 組合形式 T F X Y F X 上表可知 徑向系數(shù) X= 軸向系數(shù) Y= 2 0 8 3 h 3 062 0 0 0028060100 3 5)確定軸承的規(guī)格型號(hào) 因?yàn)闈L珠絲桿螺母副擬采取拉伸措施，所以選用 60 角接觸球軸承組背對(duì)背安裝，以組成滾珠絲桿兩端固定的支承方式，由于滾珠絲桿的底徑 所以選擇軸承的內(nèi)徑d=30滿足滾珠絲桿結(jié)構(gòu)的需要。 17 在滾珠絲桿的兩個(gè)固定端均選擇國產(chǎn) 60 角接觸球軸承兩件一組背對(duì)背安裝，組成絲桿的兩端固定的支承方式，選 擇的軸承型號(hào) 760306 尺寸（內(nèi)徑 *外徑 *寬度）為 97230 ，選用油潤滑，。該軸承的預(yù)載荷能力 300/ ，大于計(jì)算所得的軸承的預(yù)緊力 并在油潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 3100r/于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速 2000r/滿足要求，該軸承的額定動(dòng)載荷為 34500N,而該軸承在 20000h 工作壽命下的基本額定載荷為 滿足要求。 作臺(tái)部件的 部分裝配圖 1 確定滾珠絲桿的螺紋長度 6 9 6401 0 01 5 5 622 2兩端固定支承距離 1L=2078杠全長 L=2277行程起點(diǎn)離定支承距離 18 第四部分 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn) 1 滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)。 本工作臺(tái)的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓。不存在壓桿不平衡問題。 2 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速根據(jù)前面計(jì)算可得 5 0 72371 2 7 002 行程。已知彈性模量E= ，材料密度 ，重力加速度 ，安全系數(shù) ， 表 4 與支承方式有關(guān)的系數(shù) 支承方式 2K f 一端固定 一端自由 端固定 一端游動(dòng) 2 段固定 珠絲桿的最小慣性矩為 4442 6 7 90 滾珠絲桿的最小截面積 2222 由下公式 m i n/c 本工作臺(tái)滾珠絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 2000r/遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 3 滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn)。 19 滾珠絲桿螺母副的壽命，只要是指疲勞壽命。它是指一批尺寸 規(guī)格 精度 相同的滾珠絲桿在相同條件下回轉(zhuǎn)時(shí)，其中百分之九十不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速。 根據(jù)以選擇的滾珠絲桿，查表得知滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷 6500，滾珠絲桿的 軸向載荷 a x ，滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速 m 000m ax 則有 L Wa a 9363 7 8 3 4 6 5 0 0(10)( h 22474200060 注 沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取 般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取 沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取 一般來講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命 0000，故滿足要求。 20 第五部分 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 1） 計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度固定，當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置（ 013,2/ ）時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小的拉壓剛度公式 s i n 當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度公式 dK s 1 3( 0 1 0022m 2） 計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承的剛度 已知軸承接觸角 60 ，滾動(dòng)體直徑 滾動(dòng)體的個(gè)數(shù) Z=17,軸承的最大軸向工作載荷 由下表可知 表 5個(gè)未預(yù)緊的軸承 一對(duì)預(yù)緊軸承的組合剛度0公式 軸承類型 未預(yù)緊)/( 有預(yù)緊 )/(0 角接觸球軸承（ 6000 型 3 52 s 3 5m a x2 s 錐滾珠軸承（ 7000 型 推力球軸承（ 8000 型） 3 295.1 m 21 推力圓柱滾珠軸承 9000 型 備注 1 表中公式的使用條件：球軸承的預(yù)緊力F ；滾 珠軸承的預(yù)緊力F 表 5珠絲桿螺母副支承剛度滾珠絲桿螺母副支承方式 支承剛度一端固定，一端自由 0K 一端固定，一端游動(dòng) 固定端預(yù)緊時(shí)：0K 兩端支承 預(yù)緊時(shí)：0K ；未預(yù)緊時(shí)：K 兩端固定 固定端預(yù)緊時(shí)：02 K 可知 /i i 523 5m a 3)計(jì)算滾珠與滾 道的接觸剛度 查表可得滾珠與滾道的接觸剛度 K=1585 ，額定動(dòng)載荷 6500,滾珠絲桿上所承受的最大軸向載荷 。 由公式可知 a x 4） 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 K 由公式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 0 0 2 3 5 8 3 0 11111 m a xm a x 2 公式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為 0 0 3 3 5 8 3 5 11111 m i nm i n 2 滾珠絲桿螺母副的扭矩剛度計(jì)算 由前面的計(jì)算可知，扭矩的作用點(diǎn) 4 7 02 已知剪切模量MP ，滾珠絲桿的底徑 2 。由公式可知 r a 8 4 6443242 23 第六部分 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 1 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 1） 計(jì)算滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲桿的密度 33 /1078.0 ，由公式可知 1414 = 24443 078.0 2） 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0J。 2443430 3） 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量已知機(jī)床執(zhí)行部件（工作臺(tái) 工件 夾具）的總質(zhì)量 m=1550動(dòng)機(jī)沒轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離 L=1公式可得 222 (1550)2( 4） 計(jì)算加載在電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 20 2 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1） 計(jì)算切削負(fù)載力矩 已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸向負(fù)載力 a x ，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)發(fā)的距離 L=10給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率 ，由公式可得 8 32 24 2） 計(jì)算摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力矩（即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力） ,由公式可得 62 03） 計(jì)算由滾珠絲桿的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩珠絲桿螺母副的基本導(dǎo)程 00 ，滾珠絲桿螺母副的效率 ，由公式可知。 2 (2 2200 3 計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需的力矩。 1） 計(jì)算線性加速力矩1 已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 2000r/動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,120 2m 坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量 d ，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益20z，加速時(shí)間 ，由公式可得 g aa 5)1() 0( 060 2 0 0 )(9 8 060 2 a 2）計(jì)算階躍加速力矩 已知加速時(shí)間 ，由公式 g 1) 0( 060 2 0 0 9 8 060 2 m a x3） 計(jì)算各坐標(biāo)軸所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 計(jì)算線性加速空載啟動(dòng)力矩5 計(jì)算階躍加速控制啟動(dòng)力矩 /公式可得 計(jì)算快進(jìn)力矩公式可得 計(jì)算共進(jìn)力矩公式可得 1） 根據(jù)以上信息和網(wǎng)上所查資料，選擇 日本 2 型交流伺服電動(dòng)機(jī) 主要技術(shù)參數(shù)如下 輸出功率 /定轉(zhuǎn)矩 /（ 最大轉(zhuǎn)矩 /（ 最高轉(zhuǎn)速 /（ r/ 2 000 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 /（ 2） 驅(qū)動(dòng)器型號(hào) 熱時(shí)間常數(shù) /量 /0 29 交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的 5按 5倍計(jì)算，則該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為 110 ，均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需的啟動(dòng)空載力矩 以及階躍加速時(shí)所需的空載啟動(dòng)力矩 因此，不管采用何種加速方式，本電動(dòng)機(jī)均滿足加速力矩要求。 該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為