滾珠絲杠螺母副的計算和選型

1、3一、進給傳動部件的計算和選型進給傳動部件的計算和選型主要包括:確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、計算減速器、選擇步進電機等。1、 脈沖當量的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，X方向的脈沖當量為x=0.005mm/脈沖，Z方向為z=0.01mm/脈沖。2、 切削力的計算切削力的分析和計算過程如下：設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650Mpa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角r=60，前角o=10，刃傾角s=-5；切削用量為：背吃刀量ap=3mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度vc=105m/min。查表得：CFc=2795，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0

2、.15。查表得：主偏角r的修正系數(shù)krFc=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗公式（32）,算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗公式Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得進給切削力Ff=935.69N，背向力Fp=1069.36N。3、 滾珠絲杠螺母副的計算和選型（1） 工作載荷Fm的計算已知移動部件總重G=1300N；車削力Fc=2673.4N，F(xiàn)p=1069.36N，F(xiàn)f=935.69N。根據(jù)Fz=Fc，F(xiàn)y=Fp，F(xiàn)x=Ff的對應(yīng)關(guān)系，可得：Fz=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N，F(xiàn)x=935.69N。選用矩形三角形組合滑動導軌，查表，取K=

3、1.15，=0.16，代入Fm=KFx+（Fz+G），得工作載荷Fm=1712N。（2） 最大動載荷FQ的計算設(shè)本車床Z向在最大切削力條件下最快的進給速度v=0.8m/min，初選絲杠基本導程Ph=6mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph=133r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106，得絲杠系數(shù)L0=119.7106r。查表，取載荷系數(shù)fW=1.15，再取硬度系數(shù)fH=1，代入式（323），求得最大動載荷FQ=0fWfHFm=9703N。（3） 初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷，查表，選擇FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm，基本導程為6mm，雙

4、螺母滾珠總?cè)?shù)為32圈=6圈，精度等級取四級，額定動載荷為13200N，滿足要求。（4） 傳動效率的計算將公稱直徑d0=40mm，基本導程Ph=6mm，代入=arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=244。將摩擦角=10，代入=tan/tan（+），得傳動效率=94.2。（5） 剛度的驗算1） 滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左右支承的中心距離約為a=1467mm；剛的彈性模量E=2.1105MPa；查表，得滾珠直徑Dw=3.9688mm，算得絲杠底徑d2=公稱直徑d0滾珠直徑Dw=36.0312mm，則絲

5、杠截面積S=d22/4=1019.64mm2。2） 根據(jù)公式Z=（d0/Dw）-3,求得單圈滾珠數(shù)目Z29；該型號絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為326，則滾珠總數(shù)量=296=174。滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力FYJFm/3571N。則由式（327），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.00117mm。因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取20.000585mm。3） 將以上算出的1和2代入總1+2，求得絲杠總變形量總0.012555mm12.555m。查表，4級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)的變動量允許16m，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量

6、總只有12.555mm，可見絲杠強度足夠。4） 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式（328）計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查表，取支承系數(shù)fk2；由絲杠底徑d236.0312mm，求得截面慣性徑Id24/6482734.15mm4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式（328），得臨界載荷Fk51012N，遠大于工作載荷Fm（1712N）,故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4、 同步帶減速箱的設(shè)計為了滿足脈沖當量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負載慣量盡可能的減小，傳動量中長使用減速傳動。設(shè)計同步減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率P

7、，主動輪轉(zhuǎn)速n1和傳動比i，傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。（1） 傳動比i的確定已知電動機的步距角0.72，脈沖當量z0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導程Ph6mm。根據(jù)式（312）算得傳動比i1.2。（2） 主動輪最高轉(zhuǎn)速n1由縱向床鞍的最快移動速度vzmax6000mm/min，可以算出主動輪最高轉(zhuǎn)速n1（vzmax/z）/360=1200r/min。（3） 確定帶的設(shè)計功率Pd預選的步進電動機在轉(zhuǎn)速為1200r/min時，對應(yīng)的步進脈沖頻率為fmax1200360/（60）10000Hz。（4） 選擇帶型和節(jié)距pb根據(jù)的帶的設(shè)計功率Pd=0.574kW和主動輪最高轉(zhuǎn)速n11200r/min，選

8、擇同步帶型號為L型節(jié)距pb9.525mm。（5） 確定小帶輪齒數(shù)z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1取z115，則小帶輪節(jié)圓直徑d1pb z1/45.85mm。當n1達到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時同步帶的速度為vd1 n1/（601000）2.86m/s，沒有超過L型帶的極限速度35m/s。（6） 確定大帶輪齒數(shù)z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2大帶輪齒數(shù)z2i pb18，節(jié)圓直徑d2id154.57mm。（7） 初選中心距a0、帶的節(jié)線長度L0p、帶的齒數(shù)zb初選中心距a01.1（d1+d2）110.06mm，圓整后取a0110mm。則帶的節(jié)線長度L0p2 a0+/2（d1+d2）+(d2-d1)2/4 a03

9、77.33mm。查表，選取接近的標準節(jié)線長度L0p381mm，相應(yīng)齒數(shù)zb=40。（8） 計算實際中心距a實際中心距aa0+（Lp-L0p）/2111.835mm。（9）校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)zmzmentz1/2pb z1/22a（z2z1）7，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。（ent表示取整）。（10）計算基準額定功率P0P0（Tamv2）v/1000其中，Ta帶寬為bs0時的許用工作拉力。m帶寬為bs0時的單位長度的質(zhì)量。v同步帶的帶速。算得P00.697kW。（11）確定實際所需同步帶寬度bsbsbs0（Pd/KzP0）1/1.14其中，bs0選定型號的基準寬度。Kz小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)。由

10、上式求得bs21.42mm，選定最接近的帶寬bs25.4mm。（12）帶的工作能力計算計算同步帶額定功率P的精確值：P（KzKwTabs/ bs0mv2）v10-3經(jīng)計算得P0.697kW，而Pd0.574kW，滿足PPd。所以，帶的工作能力合格。5、 步進電動機的計算和選型（1） 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量JeqJeqJm+Jz1+（Jz2+Jw+Js）/i257.55kg.cm2其中，Jm 33 kg.cm2Jz10.95 kg.cm2Jz21.99 kg.cm2Jw1.21 kg.cm2Js 30.78 kg.cm2（2） 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩TeqTeq1T

11、amax+TfTamax2Jeq nm/60ta1/其中，nm 步進電動機的最高轉(zhuǎn)速。ta 步進電動機由靜止到nm 轉(zhuǎn)速所需的時間。又nm vmax/360ta 0.4s，0.7，所以，Tamax 257.5510-41200/（600.40.7）N.m2.58 N.mTf（Fc+G）Ph/（2i）其中，導軌的摩擦系數(shù)，滑動導軌取0.16。Fc工作負載。傳動鏈總效率，取0.7。所以，Tf0.16（0+1300）0.006/（20.71.2）N.m0.24 N.m所以，Teq1Tamax+ Tf2.82 N.mTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/（2i）935.690.006/（20.71.

12、2）N.m1.06 N.mTf（Fc+G）Ph/（2i）0.16（2673.4+1300）0.006/（20.71.2）N.m0.72 N.m所以，Teq2= Tt+ Tf1.78 N.m經(jīng)過上述計算后，TeqmaxTeq1，Teq22.82 N.m（3） 步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax4 Teq42.82 N.m11.28 N.m，可見對于預選的步進電動機完全滿足工作要求。（4） 步進電動機的性能校核1） 最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工進速度vmaxf800mm/min，脈沖當量0.01mm/脈沖，可以求出fmaxf1333Hz，由此可知，在此頻率下，電動機

13、的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf17 N.m，滿足工作要求。2） 最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動速度vmax6000mm/min，可以求出fmax10000Hz，由此可知，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax3.8N.m，滿足工作要求。3） 最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度vmax=6000mm/min，對應(yīng)的電動機運行頻率fmax=10000Hz。查表可知，運行頻率沒有超過上限。4） 起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=57.55kg.cm2，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33 kg.cm2，查表可知，最高空載起動頻率fq=1800Hz?？梢郧蟪霾竭M電動機克服

14、慣性負載的起動頻率為：fL=fq/（1+Jeq/Jm）1/2=1087Hz由此可知，進給系統(tǒng)選用的步進電動機可以滿足設(shè)計要求。6、 同步帶傳遞功率的計算分兩種情況分別進行校核：（1） 快速空載起動電動機從靜止到nm=1200r/min，由式（6-5）可知，同步帶傳遞的負載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82N.m，傳遞的功率為P=nm Teq1/9.55=12002.82/9.55W354.3W。（2） 最大工作負載，最快工進速度由式（6-7）可知，帶需要傳遞的最大工作負載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78N.m，任務(wù)書給定最快工進速度vmaxf=800mm/min，對應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速nmaxf=（vmaxf/z）/360

15、=160r/min。傳遞的功率為P=nmaxf Teq2/9.55=1601.78/9.55W29.8W。由計算可知:兩種情況下，同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額定功率0.697kW。因此，選擇的同步帶功率合格。二、繪制進給傳動機構(gòu)的裝配圖完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進電動機的計算、選型后，就可以繪制進給傳動機構(gòu)的裝配圖了。但要注意以下問題：（1） 了解原車床的詳細機構(gòu)；（2） 根據(jù)載荷特點和支承方式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結(jié)構(gòu)，以及軸承的預緊和調(diào)節(jié)方式；（3） 考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法；（4） 考慮密封、防護、潤滑以及安全結(jié)構(gòu)問題等；（5） 在進行各零部件設(shè)計時，應(yīng)注

16、意裝配的工藝性，考慮裝配的順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便等；（6） 注意繪制裝配圖時的一些基本要求。三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件電路主要考慮以下功能：（1） 接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示;（2） 接收操作面板的開關(guān)與按鈕信號；（3） 接收車床限位開關(guān)信號；（4） 接收螺紋編碼器信號；（5） 接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架刀位信號。（6） 控制步進電動機的驅(qū)動器；（7） 控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；（8） 控制多速電動機，實現(xiàn)主軸有級變速；（9） 控制交流變頻器，實現(xiàn)主軸無級變速；（10） 控制切削液泵啟動/停止；（11） 控制電動卡盤的夾緊與松開；（12） 控

17、制電動刀架的自動選刀；（13） 與PC機的串行通信。四、步進電動機驅(qū)動電源的選用電動機為五相混合式，五線輸出，電動機供電電壓DC120310V，電流5A。五、控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計1、存儲器與I/O芯片地址分配2、控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序系統(tǒng)設(shè)有7檔功能可以相互切換，分別是編輯、空刀、自動、手動1、手動2、手動3、和回零，選中某一功能時，對應(yīng)的指示燈點亮，進入相應(yīng)的功能處理?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程圖如下所示：3、8255芯片初始化子程序B255:MOV DPTR,#3FFFHMOV A,#10001001BMOVX DPTR,AMOV DPTR,#3FFCHMOV A,#0FFHMOVX D

18、PTR,AMOV DPTR,#3FFDHMOV A,#0FFHMOVX DPTR,ARET4、8279芯片初始化子程序B279: MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#0CFHMOVX DPTR,AWAIT:MOVX A,DPTRJB ACC.7,WAITMOV A,#08HMOVX DPTR,AMOV A,#34HMOVX DPTR,ARET5、8279控制LED顯示子程序設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為6BH，系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下，需要顯示的字符段碼的編碼，事先存儲在CPU內(nèi)部RAM的6BH73H這九個字節(jié)中。已知8279的控制口地址為5FFFH,數(shù)據(jù)口地址為5FFEH,則顯示程序如下：DI

19、R:MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#90HMOVX DPTR,AMOV R0,#6BHMOV R7,#09HMOV DPTR,#5FFEHDIR0:MOV A,R0ADD A,#05HMOVC A,A+PCMOVX DPTR,AINC R0DJNZ R7,DIR0RETDTAB:DB 6FHDB 0DAHDB 0BEHDB 0E7HDB 0A3HDB 0CBHDB 0D1HDB 0D3HDB 0DCHDB 0CEHDB 0DFHDB 21HDB 7BHDB 91HDB 19HDB 4BHDB 0DHDB 05HDB 69HDB 01HDB 09HDB 20HDB 7AHDB 90H

20、DB 18HDB 4AHDB 0CHDB 04HDB 68HDB 00HDB 08H當需要顯示一組字符時，首先給顯示緩沖區(qū)的6BH73H這九個字節(jié)賦值，然后調(diào)用DIR子程序即可，程序如下:MOV 6BH,#02HMOV 6CH,#03HMOV 6DH,#0AHMOV 6EH,#0CHMOV 6FH,#0DHMOV 70H,#0EHMOV 71H,#19HMOV 72H,#10HMOV 73H,#11HCALL DIR6、8279管理鍵盤子程序當矩陣鍵盤有鍵按下時，8279即向CPU的INT1申請中斷，CPU隨即執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從8279的FIFO中讀取鍵值，程序如下：CLR EX1MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#01000000BMOVX DPTR,AMOV DPTR,