數(shù)控銑床設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))

引言1.1課題的來(lái)源數(shù)控機(jī)床的教學(xué)由于比擬抽象，需要借助實(shí)驗(yàn)來(lái)加深對(duì)課堂知識(shí)的理解。但由于一般數(shù)控機(jī)床體積大，價(jià)格高，軟硬件不是很開放，不適合學(xué)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。為此設(shè)計(jì)一種功能齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟硬件結(jié)構(gòu)開放、本錢低，且有代表性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)型銑床系統(tǒng)。要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用，易于推廣普及，且能完成教學(xué)目的的機(jī)床。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，得到全面的鍛煉，為將來(lái)機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用打下良好的根底。數(shù)控技術(shù)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的核心技術(shù)，是機(jī)械制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，其水平的上下和應(yīng)用程度關(guān)系到國(guó)家的戰(zhàn)略地位和綜合國(guó)力。數(shù)控技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的課程，其教學(xué)必須理論聯(lián)系實(shí)際。長(zhǎng)期以來(lái)，數(shù)控技術(shù)教學(xué)遇到幾大難題：〔1〕課堂教學(xué)難教師在課堂上對(duì)著書本講，學(xué)生看不見摸不著，如聽天書?！?〕實(shí)驗(yàn)教學(xué)難由于市場(chǎng)沒(méi)有適用教學(xué)的機(jī)床，教學(xué)中使用的都是生產(chǎn)型機(jī)床，這些機(jī)床體積大、造價(jià)高、使用和維護(hù)本錢高，很多學(xué)校用不起，并且有的話，大多是老師演示、學(xué)生觀看，很少有學(xué)生自己直接操作。教學(xué)設(shè)備問(wèn)題是制約數(shù)控技術(shù)教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸問(wèn)題，為解決數(shù)控技術(shù)教學(xué)設(shè)備問(wèn)題，特進(jìn)行了微型三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，完成了微型數(shù)控銑床的總體方案設(shè)計(jì)，確立了機(jī)床的整機(jī)結(jié)構(gòu)、總體布局以及關(guān)鍵部件(主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等)的選型與設(shè)計(jì)，機(jī)床的本體尺寸為320mmx220mmx400mm，機(jī)床的工作空間尺寸為180mmx180mm。該機(jī)床體積小、重量輕、功能強(qiáng)、本錢低，非常適合課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，節(jié)省設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和使用費(fèi)用的同時(shí)，將大幅度提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，對(duì)于改變我國(guó)數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)模式，降低培養(yǎng)本錢、縮短培養(yǎng)周期，具有重大意義。1.3近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)：教學(xué)型數(shù)控銑床作為高校機(jī)械類教學(xué)數(shù)控機(jī)床操作的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)，已經(jīng)在一些方面到達(dá)了一定水平。現(xiàn)在，教學(xué)實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床能夠?qū)崿F(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)控制，具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、MDI運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、模擬運(yùn)行、程序的動(dòng)態(tài)顯示、加工軌跡的動(dòng)態(tài)顯示等根本功能，采用ISO規(guī)定的數(shù)控加工代碼編程，同一臺(tái)計(jì)算機(jī)既是編程系統(tǒng)又是數(shù)控系統(tǒng)，可以完成從復(fù)雜型面的造型、自動(dòng)編程、加工模擬仿真到數(shù)控實(shí)驗(yàn)、數(shù)控機(jī)床使用操作培訓(xùn)的全過(guò)程。教學(xué)實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床是科研院所、高校、尤其是高職學(xué)院理想的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備。該微型數(shù)控銑床的研制和推廣，對(duì)于改變我國(guó)數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)模式，降低培養(yǎng)本錢、縮短培養(yǎng)周期，具有重大的意義。但是，近幾年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的迅速開展，原來(lái)的數(shù)控銑床在硬件和軟件方面都暴露出諸多缺點(diǎn)，該機(jī)床的重新設(shè)計(jì)、改造也迫在眉睫。因此，為了更好的到達(dá)教學(xué)的目的，需要在原有機(jī)床的根底上進(jìn)行改造和升級(jí)。國(guó)外：美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世界上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用等方面技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。國(guó)外對(duì)于數(shù)控機(jī)床的研究要比擬早，而且在各個(gè)方面都到達(dá)了先進(jìn)的水平。從數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今的60年，數(shù)控機(jī)床隨科技、特別是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而不斷開展。目前，國(guó)外對(duì)數(shù)控機(jī)床的研究正朝著高速化、高精度化、功能復(fù)合化、控制智能化、微型化等方面開展，產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)始終走在前列。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床正向著高速高效、高精度、高可靠性、復(fù)合化、多軸化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色化的方向開展。數(shù)控銑床加工的特點(diǎn):數(shù)控切削加工除了包含普通銑床加工優(yōu)點(diǎn)以外，還具有如下的特點(diǎn)：零件加工的范圍廣，能加工各種形狀復(fù)雜的零件并且靈活性好。能夠加工普通機(jī)床難以加工的零件、加工速度快。(3)在零件一次裝夾后能加工零件的多道工序。(4)加工的零件精度高質(zhì)量穩(wěn)定性好。(5)自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)者的生產(chǎn)強(qiáng)度得以減少。(6)生產(chǎn)效率高。1.5設(shè)計(jì)方案的可行性分析：所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，所有電機(jī)均由電腦數(shù)控裝置進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有以下幾個(gè)方面：X、Y,Z工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，多種方案比擬了解優(yōu)缺點(diǎn)，擇優(yōu)選取本課題原理可靠，具體方案為用套筒式聯(lián)軸器連接步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠，對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行一端〔兩端〕支撐，采用圓形導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的運(yùn)動(dòng)，，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，所需要的儀器設(shè)備、材料都較常用，本錢較低。有足以保證該工程完成的科研能力和充分的研發(fā)時(shí)間，和相關(guān)軟硬件的配合支持。1.6預(yù)期目標(biāo)：1.運(yùn)動(dòng)功能的設(shè)計(jì)。確定X、Y、Z三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)形式〔直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)〕、功能〔主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和其他運(yùn)動(dòng)〕和步進(jìn)電機(jī)、主軸電機(jī)和滾珠絲杠、軸承、導(dǎo)軌的選取。2.根本參數(shù)的設(shè)計(jì)。包括整體尺寸參數(shù)、零件尺寸參數(shù)〔床身、底座、立柱、工作臺(tái)、主軸、夾具〕，運(yùn)動(dòng)參數(shù)，動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)。3.傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。包括傳動(dòng)方式、傳動(dòng)原理圖和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4.總體結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計(jì)。包括總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)布局方案圖的設(shè)計(jì)。教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案2.數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體以及輔助設(shè)備組成?！?〕主軸箱包括主軸箱體和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，用于裝夾刀具并帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速范圍和輸出扭矩對(duì)加工有直接的影響。〔2〕進(jìn)給伺服系統(tǒng)由進(jìn)給電機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?！?〕控制系統(tǒng)數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工?！?〕輔助裝置如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置?！?〕機(jī)床根底件通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個(gè)機(jī)床的根底和框架。數(shù)控銑床的常用布局形式有臥式銑床和立式銑床。為了減少微型銑床占用空間，減少機(jī)床整體尺寸，并考慮應(yīng)用的廣泛性以及所做工程的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)銑床采用的布局形式為立式銑床形式，工作臺(tái)X、Y軸相互疊加的十字結(jié)構(gòu)，主軸在Z軸方向上移動(dòng)，床身導(dǎo)軌水平放置，這樣布局不僅有利于減少占地面積?？傮w機(jī)床外型尺寸長(zhǎng)為320mm，寬為220mm，高為400mm，工作臺(tái)寬180mm，長(zhǎng)180mm。本機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，采用套筒聯(lián)軸器連接步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠，對(duì)滾珠絲杠采用一端支撐，采用圓形導(dǎo)軌，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，后通過(guò)絲杠螺母將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為X和Y軸的水平直線運(yùn)動(dòng)和Z軸的上下移動(dòng)。教學(xué)型數(shù)控銑床大致三維圖教學(xué)型數(shù)控銑床大致二維圖由于所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床不同于一般實(shí)用加工型數(shù)控銑床，它主要用來(lái)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，加工材料主要是石蠟或塑料，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中沒(méi)有針對(duì)此種材料列出銑削力的計(jì)算公式，即使套用軟的材料來(lái)估算銑削力，也難免引起大的誤差。因此，不能完全按照以前的設(shè)計(jì)計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須綜合考慮各個(gè)方面的因素和在教學(xué)中的實(shí)際情況，力爭(zhēng)做到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。接下來(lái)一章就來(lái)介紹實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床機(jī)械局部的主要設(shè)計(jì)過(guò)程。第三章機(jī)械局部設(shè)計(jì)3.1電機(jī)的選取3.1.1主電機(jī)的選取長(zhǎng)期以來(lái)人們已經(jīng)對(duì)銑削加工時(shí)的銑削力有了廣泛深入的研究。但人們對(duì)銑削力的研究只是針對(duì)特定特定加工條件下的特定工件，沒(méi)有一套應(yīng)用于各種場(chǎng)合的銑削力計(jì)算公式?，F(xiàn)實(shí)生活中人們?cè)O(shè)計(jì)的數(shù)控的通用機(jī)床希望應(yīng)用性強(qiáng)，能滿足各種加工要求，能應(yīng)用于大多數(shù)場(chǎng)合。因此，在對(duì)切削力的計(jì)算上，不能不考慮實(shí)際情況而用一些依靠純理論推倒的公式和理論。但是，此次設(shè)計(jì)我們可以用切削力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，因?yàn)榍邢髁Φ慕?jīng)驗(yàn)計(jì)算公式是人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中積累的，可以滿足現(xiàn)實(shí)生活中大多數(shù)機(jī)床的切削力計(jì)算，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。因此，對(duì)于本次設(shè)計(jì)切削力的計(jì)算可采用經(jīng)驗(yàn)公式，切削力可分解為三個(gè)分力：Z向的主銑削力以及X、Y向的銑削分力、。現(xiàn)假設(shè)刀具材料為高速鋼，工作材料為鋁()。Z軸銑削工作時(shí)銑削力的計(jì)算：最大銑削直徑，最小直徑。由《實(shí)用機(jī)床手冊(cè)》得：銑削功率銑削力銑削力修正系數(shù)高速鋼銑刀,前角系數(shù)主偏角==1.0因此—工件材料的抗拉強(qiáng)度；—銑削深度；—?dú)褒X進(jìn)給量；—銑削寬度；—銑削直徑；Z—銑刀齒數(shù)，現(xiàn)取mm/Z=4mmZ=2=10mm=5mmn=400r/min，=642×4××5×10×2×N×10×m/min×3,1,1,2主電機(jī)的選擇選主軸電機(jī)時(shí)按銑削計(jì)算。因?yàn)殂娤鲿r(shí)最大的銑削力為：=642×4××5×5×2×N×5×m/min×主軸功率P==0.25/0.88=0.244所以選電動(dòng)機(jī)為=300，型號(hào)：57BL-3030H1-LS-B3.1.2步進(jìn)電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)、工作原理及選型計(jì)算步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。在此伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。而步進(jìn)電機(jī)受驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)電極的通電順序和脈沖頻率，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為具有一定速度、大小和方向的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移量，后通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。但由于此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)不存在反響檢測(cè)環(huán)節(jié)，因此精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。但它的結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、比擬容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合具有一定的使用價(jià)值。步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，常見的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。由于分類方式的不同，步進(jìn)電機(jī)可以分為多種類型，如表所示。表步進(jìn)電機(jī)的分類分

類

方

式

具

體

類

型按力矩產(chǎn)生的原理〔1〕反響式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，而是由定子被勵(lì)磁所激產(chǎn)生反響力實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)?！?〕激磁式步進(jìn)電機(jī)：在電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子上都有勵(lì)磁繞組，由磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。按輸出力矩大小〔1〕伺服式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力矩在幾百分之一到幾十分之一之間，只能帶動(dòng)較小負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)，在帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)時(shí)需要液壓扭矩放大器?！?〕功率式步進(jìn)電機(jī)：輸出的力矩一般在50N·m以上，可以帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)。按定子數(shù)〔1〕單定子式〔2〕雙定子式〔3〕三定子式〔4〕多定子式按各相繞組分布〔1〕徑向分布式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)的每一項(xiàng)按照?qǐng)A周順序排列〔2〕軸向分布式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)的每一項(xiàng)按照軸向順序排列目前，我國(guó)使用的步進(jìn)電機(jī)大多為反響式步進(jìn)電機(jī)。反響式步進(jìn)電機(jī)可分為軸向和徑向分相兩種形式，見表所述。圖4-2為一個(gè)典型的徑向分相、單定子式、反響式的步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。此步進(jìn)電機(jī)和普通的電機(jī)一樣，由定子和轉(zhuǎn)子兩局部組成，定子由定子鐵心和定子繞組組成。其中由電工鋼片堆疊擠壓形成定子鐵心，詳細(xì)形狀見圖示。由繞值在定子鐵心上的分布均勻的線圈組成定子繞組，控制繞組由直徑的方向上的相對(duì)的兩齒上的線圈串聯(lián)構(gòu)成的，圖1的步進(jìn)電機(jī)可為三相控制繞組，也稱為三相步進(jìn)電機(jī)。其中給任一項(xiàng)繞組通電，就能形成一組定子磁極，磁極方向?yàn)閳D示的NS極。定子磁極上開了5個(gè)齒槽等寬，齒間夾角為9°的小齒，在轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，只有分布均勻的40個(gè)齒槽等寬、齒間夾角為9°的小齒，結(jié)構(gòu)上和磁極上的小齒類似。不同的是定子磁極上的小齒錯(cuò)開了三分之一齒距的空間位置，見圖2。當(dāng)A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊的時(shí)是，B相磁極上的小齒剛好超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒1/3齒距角，C相磁極上的小齒超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒三分之二齒距角。圖1單定子徑向分相反響式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖圖2步進(jìn)電機(jī)的齒距圖3是一個(gè)五定子、軸向分相、反響式伺服步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖示，在軸向步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子分成五段，其中每段都由一相獨(dú)立的定子繞組、定子鐵心和轉(zhuǎn)子，具體見圖3。其中每段定子鐵心用硅鋼片疊壓形成其形狀像內(nèi)齒輪。轉(zhuǎn)子也是有硅鋼片疊壓形成的其形狀像外齒輪。每段釘子上的齒均勻分布在圓周方向，各齒間搓開五分之一的齒距，但在轉(zhuǎn)子上的齒彼此間不錯(cuò)位。當(dāng)對(duì)為位于定子鐵心環(huán)形槽內(nèi)的定子繞組通電時(shí)就會(huì)形成環(huán)行繞組，構(gòu)成如下圖的磁力線。除上面介紹的兩種形式的反響式步進(jìn)電機(jī)之外，常見的步進(jìn)電機(jī)還有永磁式步進(jìn)電機(jī)和永磁反響式步進(jìn)電機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)雖不相同，但工作原理相同。步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上就是電磁鐵的工作原理。圖5為一種最簡(jiǎn)單的反響式步進(jìn)電機(jī)，下面我們就以此為例來(lái)說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。圖5中，當(dāng)直流電通入A相繞組時(shí)，由電磁學(xué)的原理，在AA的方向上便會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力的作用下，便會(huì)吸引轉(zhuǎn)子，便會(huì)使轉(zhuǎn)子上的齒和定子AA極上的齒相對(duì)齊。但假設(shè)B相通電，A相斷電，于是便會(huì)形成新的磁場(chǎng)，新的磁場(chǎng)力便會(huì)使轉(zhuǎn)子上的齒定子BB極上的齒相對(duì)齊，于是轉(zhuǎn)子便會(huì)以順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)過(guò)60度的角。所謂的步距角α為步進(jìn)電機(jī)的繞組每改變一次通斷電的狀態(tài)其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。因此在圖5中步進(jìn)電機(jī)的步距角α為60度。如果控制線路無(wú)限的按A→B→C→A的順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便會(huì)一直按順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)通電順序?yàn)锳→C→B→A，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將會(huì)按逆時(shí)針得方向不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3五定子徑向分相反響式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

圖4一段定子、轉(zhuǎn)子及磁回路以上所述通電方式為三相三拍的。除此之外還有三相六拍的通電方式，它的通電順序是：順時(shí)針為A→AB→B→BC→C→CA→A無(wú)限循環(huán)；逆時(shí)針為A→AC→C→CB→B→BA→A無(wú)限循環(huán)。當(dāng)電機(jī)以三相六拍的通電方式工作時(shí)，當(dāng)由單一的A相通電變?yōu)锳、B相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極將同時(shí)受到A相和B相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用，在兩力的相互作用下轉(zhuǎn)子磁極便會(huì)位于A相和B相磁極之間，此時(shí)步距角α為30度。當(dāng)A相和B相同時(shí)通電變?yōu)锽相單獨(dú)通電時(shí)，電機(jī)如果以三相六拍的方式工作，當(dāng)A相單獨(dú)通電變?yōu)锳、B兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極便會(huì)同時(shí)受到A相和V相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)的同時(shí)作用，在兩力的相互作用下轉(zhuǎn)子的磁極便會(huì)停留在A、B兩相之間，此時(shí)步距角α為30度。當(dāng)A相和B相同時(shí)通電變?yōu)锽相單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極將再以順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn)30度與B相磁極對(duì)齊。這樣依此類推重復(fù)。因此當(dāng)采用三相六拍得通電方式工作時(shí)，可使步距角α減小一半。圖5步進(jìn)電機(jī)工作原理圖圖5(b)所示的步進(jìn)電機(jī)，定子仍然為A，B，C三相，每相為兩極，但是轉(zhuǎn)子由原來(lái)的兩級(jí)變?yōu)樗募?jí)。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，1、3兩極和A相的兩極相對(duì)齊，以此類推，當(dāng)B相通電、A相斷電時(shí)，2、4兩極和B相的兩極對(duì)齊。因此，在三相三拍的通電方式中，步距角α為30度，在三相六拍通電方式中，步距角α為15度。綜上所述，我們可以得到如下的結(jié)論：(1)當(dāng)步進(jìn)電機(jī)定子繞組改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子便會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角α；(2)步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序改變，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)改變；(3)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組通電狀態(tài)改變的越快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，即通電狀態(tài)的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越快；(4)步進(jìn)電機(jī)步距角α與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)，可用下式表示：式中m相m拍時(shí)，k=1；m相2m拍時(shí)，k=2；依此類推。對(duì)于圖1所示的徑向分相、單定子式、反響式的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)在三相三拍通電方式下工作時(shí)，其步距角為假設(shè)在三相六拍通電方式下工作，那么步距角為(1)步距角。所謂的步進(jìn)電機(jī)的步距角為電機(jī)定子每改變一次通電狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。它決定著步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。在數(shù)控機(jī)床上常見的反響式步進(jìn)電機(jī)的步距角為30度。步距角越小，機(jī)床的控制精度會(huì)越高。(2)矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mq。電機(jī)的一個(gè)重要特性為矩角特性，矩角特性反映電機(jī)失調(diào)角和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間的變化關(guān)系。(3)啟動(dòng)頻率fq。啟動(dòng)頻率為步進(jìn)電機(jī)又靜止到瞬間啟動(dòng)時(shí)，在保證不丟步的情況下步進(jìn)電機(jī)所能承受的最高頻率。如果啟動(dòng)的時(shí)候啟動(dòng)頻率不小于瞬跳頻率，電機(jī)就無(wú)法保證正常的工作。在電機(jī)空載狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)定子通斷狀態(tài)的頻率要小于該瞬跳頻率。(4)無(wú)間斷運(yùn)行時(shí)的最高頻率fmax。最高頻率fmax是指步進(jìn)電機(jī)在持續(xù)工作時(shí)在不發(fā)生丟步時(shí)所能接受的最高頻率，電機(jī)的速度的調(diào)整由最高頻率fmax決定。電機(jī)速度調(diào)整的特性是指在電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)到啟動(dòng)狀態(tài)和電機(jī)由啟動(dòng)狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的過(guò)程中定子繞組的通斷電狀態(tài)的頻率和實(shí)踐之間的關(guān)系。如果步進(jìn)電機(jī)的瞬跳頻率小于啟動(dòng)頻率時(shí)，頻率的變化速度逐漸上升；當(dāng)大于啟動(dòng)頻率的工作頻率時(shí)，頻率的變化速度逐漸下降。但逐漸上升和逐漸下降的加速時(shí)間和減速時(shí)間不太小，否那么便會(huì)出現(xiàn)失步和超步現(xiàn)象。這里我們用加速時(shí)間的常數(shù)Ta和減速的時(shí)間常數(shù)Td來(lái)描述步進(jìn)電機(jī)的升速和降速特性，如圖6所示。

圖6加減速特性曲線機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。交流伺服的控制系統(tǒng)在許多性能方面都好于步進(jìn)電機(jī)。然而在局部要求不高的場(chǎng)合比方機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。因此在機(jī)床控制系統(tǒng)使用設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)控制系統(tǒng)的要求、控制系統(tǒng)的本錢等各方面的因素進(jìn)行綜合的考慮從而選出性價(jià)比擬高的控制電機(jī)。(1)電機(jī)與絲杠是通過(guò)套筒聯(lián)軸器直接相連，傳動(dòng)比i=1，那么步距角(2)移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量等效到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量機(jī)床絲杠對(duì)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下代入數(shù)據(jù)得，，所以因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為(3)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算電機(jī)空載快速啟動(dòng)時(shí)所需力矩計(jì)算公式如下：機(jī)床最大的切削負(fù)載所需力矩的計(jì)算公式如下：機(jī)床快速進(jìn)給工作時(shí)所需的力矩計(jì)算公式如下：式中Mamax-步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)等效到電機(jī)軸上加速度力矩Mf-步進(jìn)電機(jī)等效到電機(jī)軸上的摩擦力的矩M0-由電機(jī)絲杠的預(yù)緊引起的折算到電機(jī)軸的附加的摩擦力矩Mat-機(jī)床工作時(shí)等效到步進(jìn)電機(jī)軸上的加速度的力矩Mt-機(jī)床正常工作時(shí)等效到電機(jī)軸上得到的切削力矩電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax=500r/min等效摩擦力的矩計(jì)算公式如下所示當(dāng)=0.85，f=0.15時(shí)，因此機(jī)床空載情況下快速啟動(dòng)需要的力矩計(jì)算如下：代入數(shù)據(jù)得機(jī)床最大的切削負(fù)載所需力矩代入數(shù)據(jù)如下：機(jī)床快速進(jìn)給工作時(shí)所需的力矩代入數(shù)據(jù)計(jì)算如下顯然由上述計(jì)算得知：電機(jī)所需最大的力矩取在切削工作進(jìn)行時(shí)即為滿足工作要求，電機(jī)選用的工作方式為兩相四拍，查表得-電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)所需力矩-電動(dòng)機(jī)的靜載荷力矩步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的最大頻率為另外，為了防止在機(jī)床加工的過(guò)程中在某些地方需要停止時(shí)而產(chǎn)生的少量滑動(dòng)從而影響零件的使用壽命和加工精度，電機(jī)需要具備在停機(jī)時(shí)自鎖功能，所以所選電機(jī)為混合式步進(jìn)電機(jī)。另外，步進(jìn)電機(jī)的步距角在理論上說(shuō)是固定的，但實(shí)際上生產(chǎn)上還是有誤差的。另外，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也將會(huì)引起步進(jìn)電機(jī)的定位誤差。應(yīng)將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距誤差、負(fù)載引起的定位誤差和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差都考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機(jī)床允許的定位誤差。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為42BYG250B-SASSML，由表查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩m。可見，滿足要求。主軸的相關(guān)的組件構(gòu)成了機(jī)床的重要組成局部。主軸的重要組件一般由軸承、主軸、固定件〔如螺母〕和傳動(dòng)件〔齒輪、帶輪〕等組成。機(jī)床在工作的時(shí)候，由主軸帶動(dòng)著工件〔車床〕或者刀具直接參加工件外表的成型運(yùn)動(dòng)。所以，主軸組件的好壞對(duì)機(jī)床生產(chǎn)率和加工性能有著重要的影響。生產(chǎn)中對(duì)機(jī)床主軸的要求，有著與一般傳動(dòng)軸要求的相似之處：都要保證在要求的轉(zhuǎn)速的情況下下傳遞要求的轉(zhuǎn)矩，保證軸承和軸上的傳動(dòng)件在正常工作條件工作。但是在工作中主軸直接帶動(dòng)著刀具或工件進(jìn)行切削的，主軸組件很大程度上決定著機(jī)床的加工精度。主軸受到刀具切削時(shí)所受到的切削力，在機(jī)床〔含數(shù)控機(jī)床〕上轉(zhuǎn)速變化范圍又很大。因此，我們對(duì)主軸組件又有許多特殊要求。為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該略微大一些。前軸承到主軸前端的距離我們稱為懸伸。懸伸量應(yīng)盡量小一些。為了利于裝配，主軸應(yīng)該制成階梯形。材料的熱處理。軸的載荷相對(duì)來(lái)說(shuō)不大，引起的應(yīng)力通常要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于桿強(qiáng)度極限。因此，強(qiáng)度一般不是我們選材的依據(jù)。當(dāng)主軸的尺寸和幾何形狀已經(jīng)確定，材料的彈性模量決定著主軸的剛度。但各種各樣鋼材的彈性模量幾乎一樣。因此，剛度也不是我們選材的依據(jù)。主軸的材料，主要應(yīng)該根據(jù)材料的熱處理后的變形、耐磨性選擇。普通銑床的主軸，可用45號(hào)獲60號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，調(diào)質(zhì)到220-252HBS左右。對(duì)于教學(xué)型數(shù)控銑床，不要求有太高的精度和加工難加工材料的剛度，因此主軸做成實(shí)階梯心軸，材料45#，外表調(diào)質(zhì)處理。軸結(jié)構(gòu)圖3.2.2主軸校核主軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理,=650MPa，=360MPa3.3.1軸受力：轉(zhuǎn)矩T=銑削力所以需用應(yīng)力值用插入法查表得：應(yīng)力校正系數(shù)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩mm當(dāng)量彎矩=軸徑此銑削力滿足工件加工要求。3.3主軸軸承的選擇對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床的主軸，主軸構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，主軸所受的力相對(duì)較小，精度和剛度也不是太高。因此，對(duì)于主軸軸承的要求也相比照擬寬松，又由于數(shù)控銑床主要載荷為軸向力，所受的徑向力可以忽略。又因?yàn)樯顪锨蜉S承主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量雙向軸向載荷，工作的時(shí)候內(nèi)外圈軸線允許偏斜8′～16′。摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)，應(yīng)用最廣泛。又此種軸承一般不能調(diào)整，常用于精度要求和剛度要求不太高的地方。根據(jù)以上分析，主軸軸承可選用深溝球軸承就可以滿足設(shè)計(jì)的要求。由于實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床的主軸比擬細(xì)，所選的軸承的型號(hào)也相對(duì)較小，所選深溝球軸承型號(hào)為16002，其根本尺寸參數(shù)如下d=15mm,D=32mm,B=8mm,根本額定載荷Cr=5.9kN，根本額定載荷C0r=2.85kN，極限轉(zhuǎn)速脂潤(rùn)滑:20000r/min，極限轉(zhuǎn)速油潤(rùn)滑:30000r/min。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及承載方向如下列圖所示：

實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床所受載荷較小，采用上述型號(hào)的軸承完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。滾珠絲杠螺母副〔以下簡(jiǎn)稱滾珠絲杠副〕是一種能讓直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)化的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它在數(shù)控銑床中已經(jīng)得到了非常高的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在有螺旋槽的絲杠螺母間裝著滾珠，使螺母和絲杠之間的運(yùn)動(dòng)變?yōu)闈L動(dòng)，因而能減小摩擦力。在數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)中，經(jīng)常用于代替滑動(dòng)絲杠，以提高傳動(dòng)過(guò)程的精度。絲杠螺母副的特點(diǎn)：1〕在用很小的扭轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲杠〔或絲杠螺母〕，可使絲杠螺母〔或滾珠絲杠〕獲得很大的軸向力。2〕可以得到很大的降速比，使的降速機(jī)構(gòu)大大的簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈能夠縮短。3〕能夠得到很大的傳動(dòng)精度。在作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)的時(shí)候,還可以作為測(cè)量元件來(lái)使用，能夠在刻度盤上得到直線位移尺寸，精確值能夠到達(dá)mm。4〕傳遞的效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率為4,而一般常規(guī)絲杠螺母副傳動(dòng)效率為。因此滾珠絲杠的傳動(dòng)效率比常規(guī)絲杠傳動(dòng)效率提升了3~4倍。因此功率損耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/3~1/4。5〕給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除螺母螺紋和絲杠之間的間隙，這樣反向時(shí)就可以沒(méi)有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比擬有較高的軸向精度。6〕沒(méi)有爬行現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)的精度很高。滾珠絲杠上受到的大多是滾動(dòng)摩擦力，摩擦阻力較小，這樣受到的摩擦阻力幾乎和運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度完全沒(méi)有關(guān)系，這樣我們就能夠保證物運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠受到的根本上為滾動(dòng)摩擦，這樣和一般絲杠螺母副相比不容易有爬行現(xiàn)象，故其傳動(dòng)的精度高。7〕有可逆性強(qiáng)，因?yàn)闈L珠絲杠的摩擦系數(shù)較小，可以從直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠和絲杠螺母都可以作為主動(dòng)件和從動(dòng)件。8〕制造的工藝復(fù)雜性很高，絲杠螺母和滾珠絲杠等的元件要求加工精度高，光潔度也要很高，因此它的制作制本錢會(huì)很高。比方滾珠絲杠和絲杠螺母上的螺旋槽之間滾道，其外表一般都要磨削成型。9〕不能夠自鎖，尤其垂直方向的絲杠，由于存在自重慣性力的，當(dāng)下降時(shí)候傳動(dòng)被切斷以后，不能夠立刻停止其運(yùn)動(dòng)，故需要常常添加制動(dòng)的裝置。為了保證滾珠絲杠螺母副的軸向剛度和反向旋轉(zhuǎn)精度，我們必須消除其間隙，通常我們采用雙螺母預(yù)緊的方法消除軸向間隙。其原理是通過(guò)使兩螺母產(chǎn)生軸向位移的方法來(lái)消除他們之間間隙并且施加預(yù)緊力。常用的方法有墊片調(diào)整間隙法、齒差調(diào)整間隙法和螺紋調(diào)整間隙法。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠的時(shí)候，首先我們要確定它的螺距、名義直徑及滾珠直徑等。在確定絲杠的上述參數(shù)的時(shí)候，我們經(jīng)常采用的方法是，在防止其疲勞點(diǎn)蝕的情況下，也就是說(shuō)滾性絲杠在工作過(guò)程中受到軸向負(fù)載的時(shí)候，在滾道型面和滾珠間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力下，經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就會(huì)要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，從而使?jié)L珠副喪失其工作的性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。1.初定參數(shù)：系統(tǒng)為開環(huán)，電機(jī)與絲杠直接由聯(lián)軸器連接，傳動(dòng)比i=1，工作臺(tái)快進(jìn)速度要求到達(dá)Vmax=2m/min。取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax=500r/min,那么絲杠最高轉(zhuǎn)速為500r/min，絲杠根本導(dǎo)程。絲杠的根本導(dǎo)程計(jì)算如下:對(duì)于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電機(jī)，直線脈沖當(dāng)量小意味著加工精度相對(duì)較高，但是直線脈沖當(dāng)量選的越小數(shù)控系統(tǒng)就越復(fù)雜。一般機(jī)床的加工精度在0.002-0.1mm之間，直線脈沖當(dāng)量取0.01mm/step。3.滾珠絲杠設(shè)計(jì)的計(jì)算動(dòng)載荷C的計(jì)算公式如下所示：其中—絲杠的載荷穩(wěn)定性的系數(shù)，取為1.0，—絲杠精度的系數(shù)，取為1.2，—絲杠正常工作時(shí)的最大等效負(fù)載L—額定使用的壽命，工作負(fù)載F指的是數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行時(shí)，作用在絲杠上帶開工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸向壓力，它可通過(guò)進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：=—軸向切削力—背向切削力—切削力G—移動(dòng)的部件的重力—導(dǎo)軌之間接觸的動(dòng)摩擦系數(shù)k—顛復(fù)力矩對(duì)運(yùn)動(dòng)影響實(shí)驗(yàn)系數(shù)選用燕尾型導(dǎo)軌查表得k=1.4，在銑削過(guò)程中，N，，，G=300N將以上數(shù)據(jù)帶入到公式中得而額定使用的壽命計(jì)算公式如下所示式中n—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速〔r/min〕T—使用壽命〔小時(shí)〕對(duì)于數(shù)控機(jī)床，通常取n=1250r/min，T=20000h，代入以上數(shù)據(jù)得因此將以上數(shù)據(jù)代入公式得查表初步選用的型號(hào)為N系列1404-3，3列即額定動(dòng)載荷Q=4212N較為適宜，這種絲杠內(nèi)循環(huán)單螺母的滾珠絲杠副。4預(yù)緊力計(jì)算在絲杠副上施加上軸向壓力之后，軸向剛度與傳動(dòng)精度可以的到一定程度的改善，然而絲杠副預(yù)緊力不應(yīng)該太大，太大影響到絲杠副使用壽命。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要在滿足絲杠副正常工作所需的壽命和精度的要求下合理選擇預(yù)緊力的數(shù)值。由經(jīng)驗(yàn)可知，在絲杠螺母正常情況下預(yù)緊滾珠絲杠副，為了保證螺母和絲杠配合緊密，不會(huì)出現(xiàn)間隙，應(yīng)該令預(yù)緊力近似的等于最大軸向力的1/3左右。載荷過(guò)小，難以保證無(wú)間隙的傳動(dòng)；載荷過(guò)大，降低傳動(dòng)副的效率和傳動(dòng)副的承載能力。預(yù)緊力：〔3〕校核①效率計(jì)算：從《機(jī)械原理》中得知，滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率式中：—螺紋升角；—螺紋與螺母間摩擦角；絲杠副滾動(dòng)摩擦的系數(shù)=0.004~0.005，所以摩擦角，進(jìn)而求得代入上述數(shù)據(jù)得滾珠絲杠效率為②滾珠絲杠螺母副剛度驗(yàn)算滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床中屬于精密傳動(dòng)的元件，它在外加載荷的作用下，會(huì)發(fā)生長(zhǎng)度的變化比方長(zhǎng)度伸長(zhǎng)或長(zhǎng)度縮短，在外加扭矩T作用下，絲杠副會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，因此滾珠絲杠副的螺距會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響它的傳動(dòng)與定位精度，所以滾珠絲杠應(yīng)校核最大載荷時(shí)變形量。從《材料力學(xué)》課本中查得，設(shè)滾珠絲杠副在軸向載荷P作用下引起的一個(gè)螺距t變化量為,它的計(jì)算公式如下所示：其中：P—軸向工作載荷；t—滾珠絲杠的螺距；E—彈性模量，對(duì)碳鋼而言〔E=196×〕；A—滾珠絲杠橫截面的面積〔由內(nèi)徑確定〕；mm滾珠絲杠副在扭矩T作用下產(chǎn)生的一個(gè)螺距變化量，計(jì)算公式如下所示：(m)其中為在扭矩T作用下，滾珠絲杠副上每一螺距兩截面上的相對(duì)的扭轉(zhuǎn)角度得大??；其中，T—扭矩〔Nmm〕,G—材料的切變的模量，對(duì)鋼而言，G=80GPa—滾珠絲杠的橫截面對(duì)軸極慣性矩〔其中d—滾珠絲杠副的內(nèi)徑)=×mm(顯然變形量忽略不計(jì))如果滾珠絲杠副的長(zhǎng)度為1040mm,那么在整體工作的長(zhǎng)度上螺距的變形總的誤差為：△==cm/m查表得絲杠副允許誤差△=15，因此滾珠絲杠副滿足剛度要求。③滾珠絲桿受壓穩(wěn)定性驗(yàn)算該絲杠是一種受軸向載荷的壓桿，一旦軸向載荷過(guò)大，絲杠就會(huì)失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生壓彎。機(jī)床上常用的進(jìn)給絲杠為長(zhǎng)柱形。設(shè)長(zhǎng)柱桿受壓失穩(wěn)時(shí)臨界載荷為，由《材料力學(xué)》課本中歐拉公式如下所示：〔N〕E—絲杠副材料的彈性模量，對(duì)鋼而言E×；I—絲杠橫截面的慣性矩，；l—絲杠工作的長(zhǎng)度，l=150mm；u—絲杠副軸端的系數(shù)，此設(shè)計(jì)運(yùn)用兩端的向心軸承，u=1臨界壓力F與工作壓力P之比成為穩(wěn)定平安因數(shù)，如果穩(wěn)定平安因數(shù)大于許用穩(wěn)定平安系數(shù)，那么該壓桿滿足穩(wěn)定性要求。7.7>>[]=4,顯然滾珠絲杠滿足穩(wěn)定性要求。對(duì)于水平方向進(jìn)給，由于移動(dòng)的部件重量及其所受力都比豎直方向小，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)部件的數(shù)量，使機(jī)床更加方便拆換，這些方向可選用與豎直方向相同型號(hào)絲杠、電機(jī)和軸承及其他零件。滾珠絲杠螺母副與步進(jìn)電機(jī)的連接有以下幾種形式：1〕與電動(dòng)機(jī)直接連接2〕通過(guò)齒輪連接3〕通過(guò)同步齒形帶連接無(wú)論通過(guò)何種連接形式，都應(yīng)消除連接間隙，減小連接件間的同軸度誤差，以提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度。實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床由于體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度的要求相對(duì)較低。在本次設(shè)計(jì)中滾珠絲杠螺母副與步進(jìn)電機(jī)的連接采用滾珠絲杠與電動(dòng)機(jī)直接連接的形式。這種形式相對(duì)簡(jiǎn)單，即直接通過(guò)套筒聯(lián)軸器將滾珠絲杠和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接起來(lái)。電機(jī)輸出軸和滾珠絲杠端部的直徑都相對(duì)較小，考慮到實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床的傳動(dòng)載荷不是太大。因此，采用將電機(jī)輸出軸和滾珠絲杠通過(guò)打銷錐連接在一起。聯(lián)軸器是連接不同部件的兩根軸使其共同轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械部件。聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器在工作和裝配時(shí)要求嚴(yán)格對(duì)中；撓性聯(lián)軸器能補(bǔ)償兩軸間的軸向位移。對(duì)于本機(jī)床主軸與電機(jī)的連接，由于電機(jī)伸出軸帶有鍵，因此聯(lián)軸器采用簡(jiǎn)化的帶鍵槽的套筒聯(lián)軸器，鍵的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)電機(jī)伸出軸的鍵來(lái)確定。需注意的是電機(jī)伸出軸與聯(lián)軸器應(yīng)是間隙配合或是預(yù)留間隙，以保證電機(jī)不受到主軸軸向力的作用。而主軸與聯(lián)軸器為過(guò)盈配合，便于電機(jī)安裝。因主軸需傳遞轉(zhuǎn)矩，而電機(jī)伸出軸由鍵連接，所以采用普通平鍵來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。主軸與電機(jī)由聯(lián)軸器直接相連。3.6導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)和選擇導(dǎo)軌是相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)的接觸面上構(gòu)成的一對(duì)滑動(dòng)副，主要是由機(jī)床的支撐部件〔床身，立柱，橫梁〕和運(yùn)動(dòng)部件〔主軸箱，刀架〕匹配而成。導(dǎo)軌是機(jī)床的重要部件之一，它在很大程度上決定機(jī)床的剛度，精度與精度的保持性。導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求當(dāng)沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)導(dǎo)軌起導(dǎo)向和支承的作用，也就是說(shuō)保證運(yùn)動(dòng)件在受到外力的時(shí)候仍能沿給定直線運(yùn)動(dòng)并且支撐執(zhí)行件。導(dǎo)軌應(yīng)具備一下特性：1)具有一定的導(dǎo)向精度。所謂的導(dǎo)向精度指執(zhí)行件能否沿著導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)和與相關(guān)基面間的準(zhǔn)確的相互位置關(guān)系。2)運(yùn)動(dòng)的輕便平穩(wěn)性。在工作的時(shí)侯保證輕便省力和速度的均勻，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保證無(wú)爬行的現(xiàn)象。具備一定的耐磨性。所謂的導(dǎo)軌耐摩性指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用時(shí)，仍然能保證具有適當(dāng)?shù)木?。在使用?dǎo)軌過(guò)程中不可防止的磨損，但要保證使磨損量較小，并且在磨損后要能自動(dòng)的修補(bǔ)和調(diào)試。4)要有一定的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受到的外力施加于導(dǎo)軌上，因此導(dǎo)軌必須保證要有足夠剛度。所以常用加大導(dǎo)軌面得寬度的方法降低導(dǎo)軌面的比壓；用添加輔助導(dǎo)軌的方法增加外載的承受能力。5)對(duì)溫度變化的適應(yīng)強(qiáng)。確保導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。6)結(jié)構(gòu)的工藝性要好。在滿足其它要求的情況下，保證導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于加工、裝配和調(diào)試確保經(jīng)濟(jì)合理。不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須作具體分析，對(duì)其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是相互影響的。導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容在對(duì)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾方面內(nèi)容：1)不同的工作條件選擇不同的導(dǎo)軌類型。2)根據(jù)實(shí)際情況在保證導(dǎo)向精度的前提下選擇不同導(dǎo)軌的形狀。3)確保在不同的溫度和載荷下有良好的耐磨性和足夠的剛度的前提下選擇適合的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和尺寸，以使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和輕便。4)選擇導(dǎo)軌的調(diào)整和補(bǔ)償裝置，確保經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用仍能保證需要的導(dǎo)向精度。5)選擇合理的潤(rùn)滑和防護(hù)裝置，確保導(dǎo)軌有良好的工作環(huán)境以便減少的導(dǎo)軌磨損。6)制訂一些導(dǎo)軌的技術(shù)條件，如選擇熱處理方法、適當(dāng)?shù)牟牧?、精加工方法和測(cè)量的方法等。3.6.3導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的根本形式如下表所示。表導(dǎo)軌根本形式三角形導(dǎo)軌：此導(dǎo)軌的導(dǎo)向性好并且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，精度保持性也較好，但他的當(dāng)量摩擦系數(shù)較高，因而承載能力較低。矩形導(dǎo)軌：此導(dǎo)軌的當(dāng)量摩擦系數(shù)較低，剛度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性較好，便于加工。但此導(dǎo)軌的無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償需設(shè)置間隙調(diào)整裝置。燕尾形導(dǎo)軌：此導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊但磨損后也無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償需設(shè)置間隙補(bǔ)償裝置，適合于結(jié)構(gòu)緊湊受力小的地方。4)圓形導(dǎo)軌：此導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便，磨損后不能間隙補(bǔ)償。適合于承受軸向力的場(chǎng)合。銑床上的直線運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)都是沿著它的床身、立柱、橫梁等支承件上的導(dǎo)軌進(jìn)行