XY數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：X-Y 數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械自動(dòng)化班級(jí)：機(jī)自Y126學(xué)號(hào)：3姓名：王舒恒指導(dǎo)老師：冰摘要當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以 下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息 處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感 技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新 一代的CNC（統(tǒng)這類(lèi)典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以

2、及輕量、微 型化方向發(fā)展。關(guān)鍵字： 機(jī)電一體化組成要素滾珠絲杠滾動(dòng)導(dǎo)軌步進(jìn)電機(jī)AbstractNow the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of mach

3、inery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing a

4、nd management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generations CNC system this kind of

5、model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops. key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.第一章 前言

6、1第二章設(shè)計(jì)主要步驟 2第一節(jié)確定設(shè)計(jì)總體方案 21、 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 22、 方案的比較及確定 2第二節(jié)機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型 31、 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算 32、 計(jì)算切削力 43、 滾珠絲桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及效驗(yàn) 54、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電機(jī)選用 105、 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 176、 其余附件的選擇18第三章致 21參考文獻(xiàn) 21第一章前言當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國(guó)數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國(guó)對(duì)外開(kāi)放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下, 發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性, 并從戰(zhàn)略和策略?xún)蓚€(gè)層面提出了發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)

7、看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度, 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備, 又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù), 而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 其技術(shù)圍覆蓋很多領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的時(shí)間性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的：一、通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其想關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。二、通過(guò)對(duì)機(jī)械系

8、統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式。三、通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算控制方法與控制驅(qū)動(dòng)方式。四、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并樹(shù)立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想。五、鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫(xiě)科技論文的能力。第二章設(shè)計(jì)主要步驟第一節(jié) 確定設(shè)計(jì)總方案、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇（一）、絲杠螺母副的選擇，選用滾珠絲杠循環(huán)方式（二）、導(dǎo)軌副的選用，選用直線滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。（三）、伺服電動(dòng)機(jī)的選用，選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。（一）、絲杠螺母副的選擇，選用滾珠絲杠外循環(huán)方式（二）、導(dǎo)軌副的選用，選用直線滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。（三）、伺服電動(dòng)機(jī)的選

9、用，選用交流伺服電動(dòng)機(jī)。（一）、絲杠螺母副的選擇，滑動(dòng)絲杠副。（二）、導(dǎo)軌副的選用，選用圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。（三）、伺服電動(dòng)機(jī)的選用，選用直流伺服電動(dòng)機(jī)。二、方案的比較及確定（一）、螺母副的選擇伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿(mǎn)足0.005mm的脈沖當(dāng)量和 0.02mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。 這樣能達(dá)到較高的精度要求，而且其摩擦力小，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高，低 俗無(wú)爬行，軸向剛度高，反向定位精度高，磨損小，壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)具有可逆 性，不能自鎖，同步性能好，有專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。同時(shí)選用循環(huán)的形式，這樣滾珠的回路短，滾

10、珠的數(shù)目少，流暢性好，摩擦力小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸緊湊，軸向精度高，但此種循環(huán)不能用于多頭螺紋傳動(dòng)，回珠 器槽復(fù)雜。由于定位精度不高，故選用墊片調(diào)隙式調(diào)隙方式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，裝卸方便。由于工作臺(tái)最快移動(dòng)速度v v 3000mm/ min ， 所以轉(zhuǎn)速不高，故可以采用x max y max般的安裝方法，即一端固定，一端游動(dòng)的軸承配置方式（二）、導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銃床，需要承受的載荷不大，但 脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。它具有摩擦系數(shù)小、不易 爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。（三）、伺服電動(dòng)機(jī)的選用

11、定位精度未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3000mm/min因此，本設(shè)計(jì)不必 采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一 些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性/價(jià)比。根據(jù)以上比較，方案一比較合適，所以選擇方案一。第二節(jié)機(jī)動(dòng)傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型一、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估計(jì)根據(jù)給定的有效行程，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量 W和W。XY工作臺(tái)如圖所示X-Y數(shù)控工作臺(tái)外形按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算，包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲桿副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為800N二、計(jì)算切削力根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，加工材

12、料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù):立銃刀最大直徑d=15mm立銃刀齒數(shù)z=3最大切削寬度ac=15mm 最大背吃刀量ac=8mm設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銃刀，工件材料為碳素鋼，由查是 簡(jiǎn)明切削手冊(cè)表3-1式選用硬質(zhì)合金銃刀由表3-17表3-27查的最大切削參數(shù)如下：每齒進(jìn)給量fZ 0.23mm銃刀轉(zhuǎn)速 n=1875r/ min查表3-28的立銃刀的切削時(shí)的切削力計(jì)算公式為:FcCFaXFfzyFaUFzaF Wf d0F n FkFc代如上式得：Fc 1166c采用立銃刀進(jìn)行圓柱銃削時(shí)，各銃削力之間的比值可由查得，各銃削力之間的比值圍如 下：Ff / Fc=(1.01.2)取 1

13、.1Ffn / Fc =(0.20.3)取 0.25Fe/Fc= (0.350.4)取 0.38考慮逆銃時(shí)的情況，因?yàn)槟驺|的情況的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險(xiǎn) 的工況。由此可估算三個(gè)方向的銃削力分別為：Ff 1.1Fc 1282.6N (與絲杠軸線平行)Fe 0.38Fc 443.8N (與工作臺(tái)面垂直)Ffn 0.25Fc 291.5N (與絲杠軸線垂直)考慮立銃，則工作臺(tái)受到垂直方向的銃削力Fz ,受到水平方向的銃削力分別為 弓和FnFX,徑向銃削力為Fy今將水平方向較大的銃削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銃削力Fx Ff 1282.6Fz Fe 443.08N三、滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)

14、計(jì)計(jì)算及效驗(yàn)（一）、最大工作載荷的計(jì)算已知移動(dòng)部件總重量G=800N按滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)查數(shù)控機(jī) 床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田：化工，2005.）中P170可知u=0.0025 0.005,現(xiàn)取u=0.005 , 求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Feq Fx u（Fy Fz G）=1282.6+0.005X （291.5+443.08+800）=1291N（二）、最大計(jì)算動(dòng)載荷的確定設(shè)工作臺(tái)在承受最大銃削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=400mm/min初選絲杠導(dǎo)程P=6mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速neq=v/P=100/3 r/min 。預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作5年，每年算300天，每天工作8小時(shí)，由此得

15、使用壽命為：T 5 300 8 12000h根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中P100,公式54得：60neqT106其中 T 使用壽命 12000 hN 循環(huán)次數(shù)neq 滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 80r/min求得：丁,60 100 3 120006 、T 6 24 （ 106 r）10查數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中P99,表5-1、5-2得，受中等沖擊載荷取值圍fd 1.21.5,現(xiàn)取fd 1.3,滾道硬度為60HRCW,硬度影響系數(shù)取值fh 1.0,由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中P99,式5-3CcTfdfhFeq代入

16、數(shù)據(jù)得:Cc 3 24 1.3 1 1291 4841（三）、規(guī)格型號(hào)的初選Dimension Table tbj motion Ball Screws:DFU(OIN 690S1 FORM B) n -(flfUM ITEI: 看 Lead Da；璋晟 B泯 Dia n：taH Numbe* cF Ctxuits KJM Stiffness (Kgt/ym) Cc 農(nóng)國(guó)M曾局 eaic的U州 sadCoa 第的定宜為 &asi State 癡咤 Load(KflT)K由利 (l.lmrv晶贏面解神格表ssd1Da0ABLWXHQ自CaCoaKDFLI01604-442aZ84010603S5

17、540MB1MW324064t DFuoieeM1653.175284810100345540M81x4138&305244t 口 FUOI 61g10XI7S234810tie3B5540MG1x31103240135MU02004 間3rt42 38136581080&7&44MB1X41066處751j DfUWWMcv53,175藉seIQtot476644M61x4 5513875弘口 FUO25O4T42 3814021080516.64BM61k4118037956Ct DFU02MW53 175如8210101516&4aMG1U1724*62DFUO25O6-C2561.M9

18、蚓能10IOS516.B4sMG1x4231B6Db7&4DFUOT50B-1e4?B2MB210120516E如MG1142963731367卜 OfU025W4104762406212MS516.648MG2954729507DFUO32O4-442 3415080uao65962MO1x4輜flk DFU032DX63.1755080121026598M6im19225M3740fU032W-463照950eo1210585962ue1耳426327979?8DFLMB2O&-4*JWe4 76250W12127962M61x4XM79622釀t DFU032104100.3550801

19、2162659酸we114480512208&2上 口 FU04005 聞s3.1756393IdW57S970MB1142110胸07DFU040C&440日3豪96393141087B970M61x4加73wn91DFINM008 4ry64J62$393141327B970MB1x4371311347%r Dfuoioio，06/S3931416578970MB1x45399155WW口 AJO50 gSO107511016VI11asU&1x4600410614H7t DFU050204207.14475IIOie2B093H05M8U47142建的儂t 口 FU0G3*106.359

20、412Sia182ioe1195MB114B71925350139DFUO63PO-463209 5259513S2029011513.5100MS1x41 144436653152根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號(hào)的生產(chǎn)廠家的資料，選擇市南海區(qū)中森精密機(jī)械 DFU02506-4型滾珠絲杠副，為循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱(chēng)直徑為 25mm導(dǎo)程為6mm循環(huán)滾珠為3圈X 2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，螺母安裝尺寸L=105mm額定動(dòng)載荷為11921N,大于最大計(jì)算動(dòng)載荷Cc=4841N,滿(mǎn)足要求。滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)（單位mm名 稱(chēng)符號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果絲杠滾 道

21、公稱(chēng)直往d025螺距P6鋼球直徑dw3.969偏心距ee 0.0449絲桿絲杠外徑d24.6絲杠底徑d222.7螺桿接觸直 徑dzdz dw db cos17.75絲杠螺 母螺母螺紋外 徑DD d0 2e 2R 23.212螺母徑（循環(huán)）Di20.14表（四）、傳動(dòng)效率的計(jì)算將公稱(chēng)直徑d0=25mm程P=6mm，弋入入=arctanP/（ d0）,得絲杠螺旋升角入 =10 62。將摩擦角巾=10,代入”=tan入/tan（入+巾），得傳動(dòng)效率4=98.4%o（五）、剛度的驗(yàn)算X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定一-一端游動(dòng)”的軸承配置形式?？芍@種安裝適用于較高精度、輕等載荷的

22、絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承，這樣能承受集中力偶絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用接觸量來(lái)校核。a、滾珠絲杠滾道間的接觸變形量6 ,查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（洪.：科學(xué)技術(shù)，1999） 中相關(guān)公式，根據(jù)公式Zd0/Dw,求得單圈滾珠數(shù)Z=20 ;該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為1 4,代入公式Z Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z =80。絲杠預(yù)緊 時(shí)，取軸向預(yù)緊力Fy Feq/3=431N。查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（洪.：科學(xué)技術(shù)，1999）中 相關(guān)公式，得，滾珠與螺紋滾道間接觸變形1 0.0013Pa/3 JdwFyZ3式中Pa= i 0.0013Pa/3 jdwFyZ3 =0.0013 14

23、95/3.3.175 498 1203 0.0014。因?yàn)榻z杠有預(yù) 緊力，且為軸向負(fù)載的1/3,所以實(shí)際變形量可以減少一半，取 1=0.000307mmb、絲杠在工作載荷Fmax作用下的抗拉壓變形2絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承的配置形式，軸 承的中心距a=450mm鋼的彈性模量E=2.1 10 5 MPa,由表一中可知，滾珠直徑 dw=3.969mm,絲杠底徑d2=22.7mm,則絲杠的截面積S=u d2/4 =415.48mm2,由機(jī)電一 體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（志強(qiáng).:機(jī)械工業(yè)出版）中，式3-352 Feqa/ES其中，最大工作載荷Feq=1291N中心距

24、a=450mm彈性模量E=2.1 105MPa截面積 S=u d2/4=415.48mm2代入以上數(shù)據(jù)，得2=0.0067mm貝U總= 1+ 2= 0.0007+0.0172=0.0179mm=7.007 m這位滾動(dòng)蛙放副有效行程內(nèi)的平均溫差e和行程變動(dòng)量mb有期亍程1mM精度襁|12345VupVup*PVupVupg6 二931212附L52323 I3i&-400?6qS1312IBLT2525 J500630g7111116H22213025110甘二1312蜻IS旗2$3531 -18QO1(XX)119 二151321IT四2640331000-125013101814241934

25、29463s _J12501000151121172922403354如口1600200018IS251935254838日5512CW25W3215 二W2241295千4477as 3250051502617 J的荷W346952S309，口 150400032214531G2400050007611074140國(guó) 15000-6W一170119本例中，絲杠的有效行程取 300mm由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（洪.：科學(xué)技術(shù)，1999）中 知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程 315mm寸，行程偏差允許達(dá)到23 m,可見(jiàn)絲杠剛度足 夠。（六）、穩(wěn)定性的驗(yàn)算根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）

26、中P100Fer 3.4 1010 華 L0d2 de 1.2Dw取支承系數(shù)f1=2;d。絲桿公稱(chēng)直徑L0絲桿最大受壓長(zhǎng)度代入公式，得Pa=210900N大于Cc=4841N故不會(huì)失穩(wěn)，滿(mǎn)足使用要求。（七）、臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算對(duì)于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn) 速入，由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中P100式5-10得:nc 9910嗎Lc2其中d2 d0 1.2Dw 20-1.2 X 3.175=23.7mmLc為臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度Lc d2 23.7f2為絲杠支承方式系數(shù)f2 =3.927 （一端固定，一端游動(dòng)）代入數(shù)據(jù)得：nc =7

27、551r/min臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。（八）、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定由以上驗(yàn)算可知，選用 DFU0250牌的絲杠，完全符合滿(mǎn)足所需要求，故確定選用 該型號(hào)。由表一可知絲杠所需的安裝連接尺寸。四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算機(jī)電動(dòng)機(jī)的選擇（一）、傳動(dòng)計(jì)算傳動(dòng)計(jì)算根據(jù)加工精度確定脈沖當(dāng)量、選擇步距角、傳動(dòng)比。因?yàn)樵撱|床的加工 精度為 0.02mm脈沖當(dāng)量為0.02mm/H考慮到最初決定不用減速箱取減速比i=1算的電機(jī)步距角：a =360i 6/Pb=1.2由于傳動(dòng)比為1,則不需要選用減速箱，采用電動(dòng)機(jī)軸與絲杠通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接的 方式。（二）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型a、步進(jìn)電

28、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到 電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。i、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中P123式5-28得：J 0.77D4L 10 12式中 D為絲杠公稱(chēng)直徑D=25mmL為絲杠長(zhǎng)度=有效行程+螺母長(zhǎng)度+設(shè)計(jì)余量+兩端支撐長(zhǎng)度（軸承寬度+鎖緊螺 母寬度+裕量）+動(dòng)力輸入連接長(zhǎng)度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長(zhǎng)度的一半 +裕量）0=300+80+20+140+40=530代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77 X254 X 530X 10 12 =1.59 X 10 4 kg. m2ii、

29、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中式5-31得:J2 （）2M 10 62冗其中M為工作臺(tái)的（包括工件）的質(zhì)量 M=G 800=81.6kg g 9.8S為絲杠螺距S=5mm代入數(shù)據(jù)，得： V 26 4J2 （）M 102.98 102 n出、初選天創(chuàng)電子技術(shù)的TEC3913型混合式步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3 3.48 10 4kg.m2所以Jd J1J2J3=1.59 X 10 4+2.98 X 10 4+3.48 X 10 4 =8.05 X 10 4 N m驗(yàn)算慣量匹配，電動(dòng)機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的圍

30、，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在1/4 1之間，J3 = 3.48 10 =0.73Jd 4.75 101 J由此可見(jiàn)：-J3 1,符合慣量匹配要求。 4 Jd（三）、步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 M的計(jì)算a、承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩，由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.）中P122式5-27 得：M1 Mat Mf M0 Mt其中MatJrn96T其中：Jr為折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣量 Jr =Jd =8.05 x 10T系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，由任務(wù)書(shū)知為T(mén)=0.4Snt

31、切削時(shí)的轉(zhuǎn)速為1875r/min48.05 101875得：Mat = 0.399.6 0.4Mf -F0S- 10 32兀i其中：F。為導(dǎo)軌摩擦力F0 (FZ G)u (468 800) 0.005 6.3NS為絲杠螺距S=5mmi為齒輪降速比，已計(jì)算出為1“為傳動(dòng)鏈總效率，4=0.7 0.8 ,取0.8代入數(shù)據(jù)得：M f 4.75 10 3 N mMoFa max2九S(1o) 10 3其中：Famax為最大軸向預(yù)緊力，F(xiàn)amax=Fz=431N0為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，0=0.98 0.9其余數(shù)據(jù)同上代入數(shù)據(jù)得：M0 0.017 N - mFtS3Mtt- 102兀i其中：Ft進(jìn)給方向

32、的最大切削Ft Fx 1282.6N ,其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得：Mt 1249 N - m由此都得到等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mi Mat M f Mo Mt 1.68 N - mb、快速空載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩M由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)(文懷興、夏田 ：化工，2005.)中P132式5-24得:M Mamax Mf M加速力矩:M amaxJ r nmax9.6T其中：nmaxVmaxPT30005600r/min ,其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得:M amax0.105 N m力矩摩擦:GSu 3Mf 1032兀i其中：u為導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 u=0.005 ,其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得:Mf0.0039NJ

33、- m附加摩擦力矩:M0去 (12)103其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得:M0 0.017 N m所以可知快速空載時(shí)電機(jī)所需力矩:M2 Mamax Mf M0=0.1259N m比較M1和M2,取其較大者，就是最大等效負(fù)載，即： M =Mi=1.68N.M（四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的初選考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸入轉(zhuǎn)矩也會(huì)下降，可能會(huì)造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)，因此按最大等效負(fù)載M考慮一定的安全系數(shù)入，取入=3,則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：Timax 2M 2 1.68 3.36 N - m j max由所選的電機(jī)型號(hào)參數(shù)可知，最大轉(zhuǎn)矩 Tjmax 5 N - m,可知滿(mǎn)足要求

34、。（五）、步進(jìn)電機(jī)性能校核a、最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度 Vmaxf =400mm/min脈沖當(dāng)量0.02mm/脈沖，求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率fmaxf 400/（60 0.02）334Hz。從TEC3913型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出賣(mài)商家信息可知在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf 6Nm遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.44N m,滿(mǎn)足要求。b、最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度%ax =3000mm/min求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行 頻 f ma=3000/（60 X0.01）=2500 Hz。由TEC3913型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出賣(mài)商

35、家信息可知在 此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=5N項(xiàng)大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq1=0.093N m, 滿(mǎn)足要求。c、最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核與快速空載移動(dòng)速度vmax=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為fmax 2500Hz。由TEC3913型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出賣(mài)商家信息可知在此頻率下的空載運(yùn)行頻率可達(dá) 15000Hz ,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。（六）、起動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 8.05 10 4kgcm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm 3.5kg cm2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq 1800Hz。由式可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)

36、頻率為：,fqfL q1799 Hz1 Jeq/Jm說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于 1799Hz 0實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有100Hz。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用 TEC3913型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（七）、確定選型的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)五、導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）、最大工作載荷的計(jì)算工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(dǎo) 軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊 承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為：F G Fmax -6其中，

37、移動(dòng)部件重量G=800N外加載荷外加載荷F Fe 443N得最大工作載荷800Fmax443 643N0.643kN6（二）、小時(shí)額定壽命計(jì)算預(yù)計(jì)工作臺(tái)的工作壽命為 5年，一年365天，取工作時(shí)間為300天，每天工作8 小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命Lh 5 300 8 12000h（三）、距離額定壽命計(jì)算 由公式由公式2LhnS 60從而得到L 3一10 式中：Lh為小時(shí)額定工作壽命。n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（46）取5S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工圍為 250m佛250mniR 300mm代入數(shù)據(jù)，得：L=2160km（四）、額定動(dòng)載荷計(jì)算由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)（文懷興、夏田 ：化工，2005.） P185L 50（ CfH fT fC ）3Ffwfw 11.5 fw載荷系數(shù)取1.2fc接觸系數(shù)，裝4個(gè)導(dǎo)軌，取0.66fT溫度系數(shù)，在工作溫度為1000cfH 1.0硬度系數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌面硬度為5864HRC代入數(shù)據(jù)得：Ca =9562 N（五）、產(chǎn)品型號(hào)初選根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用銀泰科技股份生產(chǎn)的SME（列的帶保持器滾珠型導(dǎo)軌，尺寸是 SME 15EA動(dòng)載荷為15KN相關(guān)尺寸如下 圖所示：衛(wèi)號(hào)r7胃.叫PvtdD ft d砧1