CK6150計(jì)算資料

1、1. CK6160數(shù)控車床設(shè)計(jì)要求主要技術(shù)參數(shù)：1、 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：600mm2、最大車削直徑：600mm3、最大車削長(zhǎng)度：1000mm (最大行程：1050mm ；4、橫向最大行程：350mm5、主電機(jī)功率：11kw;6、主軸最高轉(zhuǎn)速：2500rpm；7、 X向/Z向參數(shù)：快速進(jìn)給速度16m/8m/min，最小移動(dòng)單位 0.001mm,最小輸入單 位 0.001mm。8、其余：床身為矩形導(dǎo)軌，與其接觸的工作臺(tái)面貼塑2滾珠絲杠副的計(jì)算及選型為了滿足數(shù)控機(jī)床高進(jìn)給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應(yīng)的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進(jìn)行必要的校核計(jì)算。計(jì)算參數(shù)：W=2000N1050mmV

2、xmax=8m/min± 0.01mm± 0.005mm縱向工作臺(tái)總重量工作臺(tái)z向最大行程縱向快速進(jìn)給速度定位精度重復(fù)定位精度下表1給出了工作臺(tái)的切削狀況，以此為前提進(jìn)行傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)。表1軸向受力狀況切削方式軸向力(N)進(jìn)給速度(r/min)工作時(shí)間百分比強(qiáng)力切削69005020一般切削390010050精切削1400500302.1確定滾珠絲杠的導(dǎo)程t根據(jù)機(jī)床傳動(dòng)要求、負(fù)載大小和傳動(dòng)效率等因素綜合考慮確定導(dǎo)程t。先按機(jī)床傳動(dòng)要求確定，其公式為式中：UmaxZ向快速進(jìn)給速度，mm/min;傳動(dòng)比，因電機(jī)與滾珠絲杠副直接聯(lián)接,nxma驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/mi n 。由式

3、t=16000/2000=8mm，取導(dǎo)程 t=8mm 2.2滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算2.2.1工作載荷F工作載荷F是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向作用力，其數(shù)值可用下 列進(jìn)給作用力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算：對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)床：F=Fzi +Ff式中：Fzi Z方向上的切削分力，N;Ff 導(dǎo)軌摩擦阻力，2Ff=y W卩一一摩擦系數(shù)，對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.040.05WZ向工作臺(tái)總重量在各種切削方式下，絲杠軸向載荷：Fi =6900+0.05 X 2000=7000NF2=3900+0.05 X 2000=4000NFs=1400+0.05 X 2000=1500N2.2.2最小載荷Fmin最小載荷

4、Fmin為數(shù)控機(jī)床空載時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。此時(shí)，F(xiàn)x=Fy=Fz=0。Fmin=F4=卩 W =0.05 X 2000=100N2.2.3最大工作載荷Fmax最大載荷為機(jī)床承受最大切削力時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。Fmax=F1=7000N2.2.4當(dāng)量載荷Fm與當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm當(dāng)機(jī)床工作載荷隨時(shí)間變化且此期間轉(zhuǎn)速不同時(shí):33F133n1t1F2 n2 t2F3n3t3n1t1n? t2 n3 t3式中：t1、t2、t3分別為滾珠絲杠在轉(zhuǎn)速 n1、n2、n3下，所受軸向載荷分別是 F1、F2、F3時(shí)的工作時(shí)間，見表 3.1。nm =n1 t1 n2 t2 n3 t3 =50 20% 100

5、 50% 500 30% = 210r/min2 2 2F _ 3 700050 20% 4000100 50% 1500500 30%“ . 210=3293N2.3確定預(yù)期額定動(dòng)載荷 Cam2.3.1按預(yù)期壽命時(shí)間計(jì)算Cam =3 60Fm fw100fafc式中：Fm滾珠絲杠副當(dāng)量載荷，N ；nm當(dāng)量轉(zhuǎn)速，r/min ;Lh預(yù)期工作時(shí)間，取 20000小時(shí)； fa精度系數(shù)，取0.9;fc可靠性系數(shù)，取1;fw 負(fù)荷系數(shù)，取1.2。! 3239 x 1 2所以，Cam =3.60 210 20000 22095 N100 x 0.92.3.2按預(yù)期工作距離計(jì)算C'amfw Fm 3

6、/Ph / fa 仁=12 3239 X 3 0.001/8/0.9 1=2159N式中：Ls預(yù)期工作距離(Km);其余參數(shù)與上述 3.2.3.1中相同。根據(jù)上述3.2.3.1、3.2.3.2式的計(jì)算結(jié)果，選取大數(shù)值為滾珠絲杠副的預(yù)期額定動(dòng)載荷, 即取預(yù)期額定動(dòng)載荷 Cam=22095N。2.4確定滾珠絲杠最小螺紋底徑d2m2.4.1估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量Sn、m 乞 1 31 4 a = 0.00143mm、m 乞 1 4 1 5 、c = 0.0022mm式中： a復(fù)定位精度，0.005mm ; c £位精度，0.01mm。取 Sm 為 0.0014=1.43 杪 m。

7、2.4.2估算滾珠絲杠副的底徑d2m由于，滾珠絲杠副的安裝方式為一端固定，另一端游動(dòng):d2ma . FoL/、m =0.078 1 00 1 337.5/1.43 二 23.9mm式中：a 支承方式系數(shù)，安裝方式為一端固定，另一端游動(dòng)時(shí)為0.078比一一估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量；Fo導(dǎo)軌靜摩擦力，其中 F。=0.005 2000= 100N ;L兩個(gè)固定支承點(diǎn)中心之間的距離，1337.5mm ;設(shè)計(jì)時(shí)，取d2m=44mm :70003= 2333N2.5確定滾珠絲杠副預(yù)緊力FpF -1fpmax3滾珠絲杠選擇:根據(jù)以上計(jì)算：預(yù)期額定動(dòng)載荷Gm=22095N; d2n=44mm導(dǎo)程t=8

8、mm選擇漢江機(jī)床有限公司絲桿導(dǎo)軌廠生產(chǎn)的 FYND-5008-4型浮動(dòng)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。滾珠絲杠的為公稱直徑為 50mm 導(dǎo)程8mm動(dòng)載荷G=30107N;靜載荷G°=94637N;接觸剛度2095（N/卩m）;滾珠絲杠采用中預(yù) 緊方式裝配。且在上述計(jì)算中，預(yù)期額定動(dòng)載荷Gn=22095N<G=94637N,滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求，所以可行（還需進(jìn)行下一步校核）。2.6滾珠絲杠校核對(duì)上述所選取的FYND-5008-4型滾珠絲杠進(jìn)行以下幾個(gè)參數(shù)的校核驗(yàn)算: 2.6.1滾珠壓桿穩(wěn)定性計(jì)算凡=52109：/L： Famax式中：K1 安全系數(shù)，水平安裝取1/3 ;D2絲桿底徑=D0-0.64

9、95l=50-0.6495X 8=44.804mm；Lc1絲桿最長(zhǎng)受壓長(zhǎng)度，1213mm;Famax一一滾珠絲桿副受最大軸向力，7000NF K1K2105D24/l21 =1/3 15.1 105 44.8044/12132 = 182580Famax = 7000由上式右知Fc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Famax，所以可行。2.6.2滾珠壓桿極限轉(zhuǎn)速計(jì)算九=107fd2/L；式中：f 支承系數(shù)，取15.1 ;D2絲桿底徑=60.64951=50-0.6495X 8=44.804mm；Lc2絲桿臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度 =1174.5mm;nc T07fd2/LC2 =107 15.1 44.804/1174.52

10、= 4904r/min >nma=2000r/min2.6.3校驗(yàn)dn值d。nmax 二 50 2000 = 10000 乞 70000式中：d0絲桿公稱直徑 mm nnax絲桿最高轉(zhuǎn)速，2000r/min264驗(yàn)算額定靜載荷C0af s Fmax<C0a式中：fs靜態(tài)安全系數(shù)，一般取 12,有沖擊及振動(dòng)時(shí)取23,這里取2;Fmax滾珠絲桿副受最大軸向力Ca =2X 7000N=14000N玄30107N。3滾珠絲杠支撐專用軸承的選型支撐滾珠絲杠的專用軸承的選用計(jì)算過程如下:對(duì)于任何所選用軸承型號(hào)，其基本額定動(dòng)載荷Ca值必須滿足下式要求:60nLh匕 / 60nLhCa 丄 Ca=

11、P J hrN106 i式中，i組軸承中的軸承個(gè)數(shù);當(dāng)量動(dòng)載荷；壽命指數(shù)，球軸承 片3,滾子軸承片3.333;Lh 預(yù)期使用壽命；n計(jì)算轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分?？芍x擇的角接觸球軸承的工作情況為：絲杠螺母軸用一對(duì)角接觸球軸承背對(duì)背方式支承，另一端用深溝球軸承支承。當(dāng)轉(zhuǎn)速n = 50r / min，軸向載荷F a = 7000N,有沖擊,軸頸為直徑40mm軸承預(yù)期使用壽命 L h= 20000h，可靠度90%，脂潤(rùn)滑。根據(jù)這些情況可 進(jìn)行角接觸軸承型號(hào)的選擇計(jì)算。首先，預(yù)選角接觸球軸承方案進(jìn)行計(jì)算，由手冊(cè)查得軸承數(shù)據(jù)如下:軸承的參數(shù)表軸承型號(hào)額定動(dòng)載荷CaN額定靜載荷CoaN軸向剛度RaN/m預(yù)

12、載荷F aoND/mm760208TN137500640001180430040由于滾珠絲杠球軸承主要承受軸向載荷，因此其軸向當(dāng)量動(dòng)載荷=預(yù)緊力+軸向載荷:即 P=Fao+Fa當(dāng)量動(dòng)載荷 P=7000+4300=11300N計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca =P J雪巴，=11300 x嚴(yán)誓20000 = 27232 NVl0i2.1V106漢2可知Cr >Cr ,所以所選擇的軸承 760208TN1符合要求。4滾珠絲杠的精度計(jì)算滾珠絲杠的抗壓剛度:二d2E4L式中：E楊氏彈性模量，取2.1 x 10N/ mmL兩個(gè)固定支承之間的距離，mm ;L荊程+安全行程+兩個(gè)余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到

13、兩極位置時(shí)， 有最大和最小拉壓剛度， 其中L值分別為67.5mm和1400mm,則：nd 2E 兀匯502 x 2.1 x 105,Kmax6108652.4N/ Jm4L4x67.5Kmin2.1 10 =294524.3N/m4L4 1400滾珠絲杠螺母的接觸剛度為:N/(imo算得最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：Kc=2095/ ym,滾珠絲杠用軸承的軸向接觸剛度Kt=11800mim11/Kmin 1/Kc 1/Kt752.9N/F1/294524.3 1/2095 1/1180最大機(jī)械傳動(dòng)剛度:0max11/Kmax - 1/Kc1/Kt11/6108652.4 1/2095 1/1180= 75

14、4.7N /m因此得到因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)裝置所引起的定位誤差：(1 1 '' 1 1 d=F0 =100 | = 0.00032»m(KominK°max 丿<752.9 754.7 丿其中F0為摩擦力。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選用的是 1級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm的導(dǎo)程公差為土 6 y m,機(jī)床定位精度0.012mm/300mm所以可以滿足由于傳動(dòng)剛度所引起的定位誤差小于(1/31/5)機(jī)床定位精度的要求。(當(dāng)然，定位精度還可以通過數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)嘗的方式進(jìn)行校 正。)經(jīng)以上驗(yàn)算，漢江機(jī)床有限公司絲桿導(dǎo)軌廠生產(chǎn)的FYND-5008-4型浮動(dòng)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠，符合設(shè)計(jì)要求。5伺

15、服電機(jī)的選型伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載， 而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。 直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 2-3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）。所選用的伺服電機(jī)要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載扭矩主要計(jì)算如下：5.1正常狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩 TmT n=Ta+Td+Tb 式中：Ta順向切削扭矩；Td預(yù)壓扭矩；Tb軸承扭矩5.1.1順向切削扭矩Ta(3239 100)

16、82兀沃0.9-4723.7N mmi式中：Fb軸向負(fù)荷，(Fm+ 卩 W =3239+0.05X 2000N);l絲桿導(dǎo)程；n 1機(jī)械效率（0.9-0.95）;5.1.2預(yù)壓扭矩Td0.23293 82.82 := 294.6N mm式中：Kp預(yù)壓系數(shù)0.1-0.3 ; P軸向負(fù)荷；I絲桿導(dǎo)程;5.1.3軸承扭矩Tb查得Tb=98Nmm所以，正常狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩：Tm=4723.7+294.6+98=5116.3Nmm=5.1163Nm5.2加速狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩T'T ' =(J 1+J2+J3) X a式中：Ji電機(jī)慣性矩；J2滾珠絲桿慣性矩；J3負(fù)荷慣性矩；、 2a加

17、速度，100rad/sec5.2.1電機(jī)慣性矩計(jì)算（Ji）1 1J1二一兀P R4 L =汽兀汽 7.8疋10“ 漢 254疋 2500 = 1.3kgf .m msec22g2 9800式中：p632密度，7.8 X 10- kgf/mm ； g重力加速度 9800mm/sec ； R電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑，0 50mm ; L電機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度 2500mm522滾珠絲桿慣性矩計(jì)算（J2）J2298002二 0.57 kgf .mm .sec式中：Ws絲桿重量kg; Dn絲桿公稱直徑 mm;5.2.3負(fù)荷慣性矩計(jì)算（J3）丄 2/000 /9.82 -98002 2= 0.03kgf .mm .sec式中

18、：W工作臺(tái)總重量 kg； l絲桿導(dǎo)程mm ;所以，加速狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩:T' =(J1+J2+J3) x a =(1.3+0.57+0.03) x 100=190kgf mm=1.862Nm 5.3總電機(jī)扭矩TmaxT ma>= Ta+ T' =5.1163+1.862=6.9783Nm 取電機(jī)安全系數(shù)為 2,則安全電機(jī)扭矩 2TmaX=13.9566Nm根據(jù)以上的計(jì)算：電安全機(jī)扭矩2Tmax=13.9566Nm。選擇伺服電機(jī)：GK6080-6AC31, GK6交流永磁同步伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速2000rpm,靜轉(zhuǎn)矩16Nm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.67 x 10-3kgm2。由于2Tm

19、ax=13.9566Nm<16Nm所以選用該電機(jī)可行。6聯(lián)軸器的選用根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩16NM以及兩接口尺寸選擇，易聯(lián)的聯(lián)軸器型號(hào)為 e-Link EL1-45 32/32 :靜轉(zhuǎn)矩45Nm縱向進(jìn)給結(jié)構(gòu)示意圖第三章、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算：伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部 件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工 作圖等?，F(xiàn)分述如下：§ 1系統(tǒng)脈沖當(dāng)量及切削力的確定脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、銃床常采用的脈沖當(dāng)量是 0.010.005mm/脈沖,根據(jù)機(jī)床精度要求確

20、定脈沖當(dāng)量：縱向：0.01mm/step ； 橫向：0.005mm/step§ 2 切削力的計(jì)算1、縱車外圓：主切削力Fz（ N）由經(jīng)驗(yàn)公式（1）估算：FZ 二 60000/切 /V線（V線=90L 100m/min）式（i）而 N切二”額（二0.7L0.85）式（2） 取 =0.8，則 N切二 N額二0.85.54.4CW,取 V線工 90mm/min，則進(jìn)給抗力 FZ =60000 4.4/90 = 2933NX向和Y向根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（3） （4）確定Fx =0.5=Z 式（3）FY =0伍式（4）則得：FX =0足=146NR =0.6z =176N2、橫切端面：此時(shí)走刀抗力F(

21、N),吃刀抗力FX(N)依然按上述經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算：FZfX：FY =1:0.506則得：fJ=734NfJ=880N§ 3、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型(一) 縱向進(jìn)給絲杠：1 .計(jì)算進(jìn)給牽引力 Fm(N)作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切屑時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切 屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。本次設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給為 綜合型導(dǎo)軌，則按以下公式確定：FmKFX f|(Fz G)式(5)式中：K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取K=1.15f -滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.150.18，取f'=0.16G溜板及刀架重力，由已知 G=

22、1000N代入得：Fm=1.1514670.16(29331000)231N2 .計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)(10)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C,計(jì)算如下：式(7)式中：L° 為滾珠絲杠導(dǎo)程，初選絲杠導(dǎo)程 Lo=6mm；Vs最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/21/3,此處為0.3m/min;T-使用壽命，按15000h;fw-運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw =1.21.5;此處取fw=1.2 ;L-壽命以轉(zhuǎn) 10為 1單位.則:60L =.一1000 0

23、.3615000=45Q=345 1.2 2316=9885N3 .滾珠絲杠螺母副的選型：查閱數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)中附表 1，可采用 W1L2506外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母 滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為 1310N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(jí)（大致相當(dāng)于老表準(zhǔn) E級(jí)）3V300P =12 10_mm4 .傳動(dòng)效率計(jì)算n =tan 丫 /tan（ 丫 +）式中：丫一螺旋升角，W1L2506的螺旋升角丫 =4° 22'摩擦角取10'滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0.0030.004則：n =tan 丫 /tan（ 丫 +© ） =tan4° 22

24、 ' /tan（4 ° 22' +10' ）=0.965 .剛度校核Z2 J2GZ1 J1先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（2）所示:Jm圖（2）縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖則：L支承亍程.累母總長(zhǎng)L軸承寬度八間隙二100095 3 15 20116mm式（9）支承間距L=1160mm，最大軸向力為2316N，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最 大軸向負(fù)載的1/3。（1 ）、絲杠的拉伸或壓縮變形量61Fm = 2316 N ,Do = 25mm ,L0 = 6mmd1 二 do 2e - 2R = 40 2 （R - do /2）sin ： -2

25、R 二 36.954mm 式（10）42對(duì)剛：E = 20.6 10 N / mm/d1、236.95 2A = （"2"）恵=（2 ）" 1071.8 mm 式（11）絲杠導(dǎo)程L°的變化量:2316620.6 10 456.2910 -1071.812)總長(zhǎng)度 L=1160mm，絲杠上的變形量-1，由于兩端均采用推力球軸承，則值:1丄丄4 Lo46.29 忖611603.04103 mm(2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形:.2 :由 d p = 3.969 mm, Fm = 231.6 Kgf40漢兀(13)承載滾珠數(shù)量6=4969257915式由于對(duì)滾珠

26、絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊力Fp為軸向載荷的1/3,則變形:0.0012 3 1.62=0.0013 m"dq.Fq.Zf=2.4210 ° mm(3)滾珠絲杠總的彈性變形量：根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：則可得:0.9式(14)0.93.04102.4210'0.9= 6.0710'mm(4 )定位誤差：、八 +V300 p = (6.07 +1210 = 0.01807 mm £ 0.02 mm所以，滿足要求。(二) 橫向進(jìn)給絲杠：1 .計(jì)算進(jìn)給軸向力Fm橫向?qū)к墳殡p燕尾形，有如下計(jì)算式:F=KFY + fg +2F)+G)式(15)K=1.4;式中：K考慮

27、顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取G溜板及刀架重力，由已知 G=500N則代入已知得：F* = 1.4 8800.2( 14672 734500) = 1919 N2 .計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q 計(jì)算如下：式（(7)QLfwFnL(OnT10(8)式中：L° 為滾珠絲杠導(dǎo)程，初選絲杠導(dǎo)程Lo=6mm;Vs最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/21/3，此處為0.3m/min;T使用壽命,按15000h;fw 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw =1.21.5;此處取fw=1.2 ;L壽命以轉(zhuǎn)16為1單位.則：n00VSlT0000.3 0.5/5=30,60 30 15000,Q = 3

28、27 1.2 1919 = 6908N3 .滾珠絲杠螺母副的選型：查閱數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)中附表 1，可采用 W1L2005外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母 滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為 8800N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(jí)（大致相當(dāng)于老表準(zhǔn) E級(jí)）V30CP =12 10mm4 .傳動(dòng)效率計(jì)算n =tan 丫 /tan（ 丫 +）式中：丫一螺旋升角,W1L2005的螺旋升角丫 =4° 30'摩擦角取10'滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0.0030.004則：n =tan 丫 /tan（ 丫 +© ） =tan4° 30 ' /tan（4

29、° 30' +10' ）=0.9645 .剛度校核先畫出此橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（3）所示：GJm圖（3）、橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖則支承=L亍程'螺母總長(zhǎng).由承寬度-'間隙二400 84 2.5 12 1530nm式（9）支承間距L=530mm，最大軸向力為 1919N。（1 ）、絲杠的拉伸或壓縮變形量 61根據(jù)：Fm 二 1919 N，D。二 20mm，A 二（16.788 2）2.二二 221.4，42對(duì)剛：E = 20.610 N / mm ，總長(zhǎng)度L=1160mm，絲杠上的變形量-1 :真也IF1919_3-1LL4530

30、= 22.3 10 mmLoEA20.610221.4（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：2 :7T 20由 d 3.15 mm, Fm =191.9Kgf Z2.5 1 = 49.47，p3.175由于對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊力FP為軸向載荷的1/3,則變形：、2 = 0.0013目dFm=0.0013q.Fq.Z|191.93 3.17519；949.4720.9則可得:0.9 22.310 °3.15100.9二 28.2810 ° mm=3.15 10 mm（3）滾珠絲杠總的彈性變形量 -:根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：式（14）（4 ）定位誤差山+V300P = (28.2

31、8 +12)漢 10 " = 0.04028 mm >0.02 mm顯然，變形量已大于定位精度(0.02mm )要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌(f I = 0.04)，減小摩擦力，從而減小軸向力，根據(jù)式(16 )重新計(jì)算如下：Fni -1 .4 Fy1 f 'F(z ' F2X 'G )= 1.48 800.0 41369 N此時(shí)的變形量為：=1.5910mm2 二 2.25 10mm°2%9 = 20.2 x 10mm則定位誤差為：，、V3oop 二 20.2 10

32、 ° 12 10=0.032 mm仍不能滿足精度要求 0.02mm。如果將顧主絲杠再進(jìn)行預(yù)拉伸，則絲杠剛度可提高四倍，則定位誤差為：巧+ 62一V3oo 廠6.92 10 12 10p 0.9=0.01892 mm ： 0.02 mm滿足要求。(三) 縱向和橫向滾珠給絲杠副幾何參數(shù):其幾何參數(shù)見表1名稱符號(hào)W1L2506W1L2005公稱直徑d°2520螺導(dǎo)程1。65紋接觸 角P4。22'4。30'滾鋼球直徑db3.9693.175道滾道法面半徑RR = 0.52db2.0641.651偏心 距ee = (R-db/2)sin P0.0560.045螺紋升角

33、rr = arctgL 0 M d04。22'4乜0'螺螺桿外徑dd =d° -(0.2L 0.25)db24.219.4桿螺桿內(nèi)徑d1dj =d0 +2e-2R20.98416.788螺桿接觸直徑dzdZ =dr _dbcosB17.02713.835螺 母螺母螺紋直徑DD =d0 -2e + 2R32.82623.212螺母內(nèi)徑D1D1 =d° +(0.2L 0.52)db25.820.635§ 4進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算1. 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算（縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算）（1）,已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量、；p=：0.01mm,滾珠絲杠導(dǎo)程L0=：6mm

34、,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.9°，可計(jì)算出傳動(dòng)比ii=360p /&.=) 3 6 0 0. 01 /(0. 9-2-/ -3式(17)可選定齒輪齒數(shù)為：)諾/22=2/3=24/36或 20/ 30由齒輪傳動(dòng)比i=73，可以選定齒輪齒數(shù)為：乙=24和Z2=36或乙=28和Z2 =42，初選 乙=28和乙=42的齒輪。有關(guān)參數(shù)如表 2。齒數(shù)284224402030分度圓:d=mz568448804060齒頂圓da=d+2m608852844464齒根圓df=d-2 沃 1.25m517943753555齒寬(6-10)m202020202020中心矩A=(d1+d2)/27064

35、502 .齒輪齒數(shù)及技術(shù)參數(shù)，因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大計(jì)算出傳動(dòng)比i后，降速級(jí)數(shù)決定采用一對(duì)齒輪降速 般取m =12,數(shù)控車床，銃床取m =2此設(shè)計(jì)中取m =2。 為了消除齒輪側(cè)隙，此作業(yè)中采用雙片齒輪。§ 5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用（一）縱向機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)選型：1 .計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TmF dWFm亠賒喬喬）式（18）23160.01(0.9 /180)3.14= 1.475 N.m式中：一脈沖當(dāng)量 （mm/step）;Fm 進(jìn)給牽引力（N）；步距角,初選雙拍制為0.9° ;2. 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)根據(jù)Tm =1.475N.m在網(wǎng)上查混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表初選步進(jìn)電機(jī)

36、型號(hào)為256BYG250E-SASSBL-06Q1 其中，Jm =0.75Kg.cm，保持轉(zhuǎn)矩為 2.5N.m.3. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算根據(jù)簡(jiǎn)圖，即圖（1），傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算：J 匸=JmJiZ1Z2式中J1 ， J 2 齒輪Z1 , Z 2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm2)J S滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm2)J 嚴(yán)0. 7 8*0 d； L0=0k 7 8 女1 0 浚定 6"g am5 33434.2J 2 = 0.7810 d2L= 0.78108.42 = 7.77 kg.cmJ S =0.78 00 X2.54 心16 =3.53 k

37、g cm2J m =0.75 kg .cm式中D圓柱體直徑（cm）;L圓柱體長(zhǎng)度 （cm）;代入上式：Z1J2 J1-g 2二0.751.53(28 / 42) 2(7.773.53)1000/ 9.80.6 / 2 二 2=7.224 .電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，在，下面分別按各階段計(jì)算1）快速空載起動(dòng)慣性矩M Q在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下:MQuMgmax，Mf ' M0式19)2 Lnm a xM am a x= JJ式(20)-60ta0003又：nmax=Vmax/p/360 = 2/0.010.9 /360 10= 500r /min

38、 式(21)ta = 35ms = 0.035s-2 n max: 5000/-代入得：Mamax 二 J輕=7.7210'=115.4 N 上m-60ta60 x 0.035折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩M f :式（22）f|(FZ W)輕(2933 1000)二 50N.cm式中：n傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動(dòng)比；M f附加摩擦力矩M。：M-S(V02)式（22)式中:所以：Mq"3 號(hào)寫 一 2)= 1/ 3 1919 咲心2) =9.70N.cm 2 二 Z2/乙2 二 0.8 1.5n 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動(dòng)

39、比；Fpo滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取1/3Fm,Fm為進(jìn)給牽引力（N）;n。一滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取0.9,此處取n。=0.9= Mamax M f M0 =115.4 50 9.7 =175.1N.cm2）快速移動(dòng)所需力矩M kM K =M f M0式（23)2二 Z2 / Z12二 0.8 1.5=50+9.7=59.7N.cm24)3）最大切削載時(shí)所需力矩M切式（1467x0.6=50 亠9.7175.5 N .cm2兀 x0.8x1.5從上面計(jì)算可以看出Mq、M K、M切三種工況下，以最大切削載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時(shí)，二

40、M切/Mjmax =0.707故最大靜力矩 Mjmax=175.5/0.707=2.48 N?m,而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為 2.5N.m最大靜力矩 Mjmax,大于所以滿足要求！但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率1000Vmax60、p1000 260 0.01二 3333HZ1000vt60、p1000 0.660 0.01= 1000HZ步距角：O.驅(qū)動(dòng)方式：雙極恒硫接線方式:標(biāo)準(zhǔn)方式O.DI 脈沖 賴率見 JL 丄 J, 4 AhJLJ.Ji. JL* 丄 JL ;丄 Ji J.圖（4）、56BYG250EHSASSB 0601混合式

41、步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，56BYG250E-SASSBL-060型混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻完全可以滿足要求。5、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒 數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫機(jī)械裝配圖。見附圖（一）例如，雙片齒輪采用 周向彈簧調(diào)整消隙法： 如圖（5）所示，采用了 可調(diào)拉力彈簧調(diào)整間隙。在兩個(gè)薄片齒輪1和2上分別裝上 耳座3和8，彈簧4的一端鉤在 耳座3上,另一端鉤在耳座8的 螺釘7上。用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7 的伸出長(zhǎng)度即可調(diào)整彈簧的 彈力，調(diào)整好后再用螺母 6鎖 緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2 的左、右齒面分別與

42、寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)間隙。（圖5）雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法1、2-薄片齒輪3、8-耳座4-彈簧5-調(diào)節(jié)螺母6-鎖緊螺母7-螺釘（二八橫向機(jī)構(gòu)初選步進(jìn)電機(jī)：1 .計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TmTm71 = Fm : Tmm 式（18） / 1 80）式中：19190.005二 Tm0.611 N .m(0.9 /180) X3.14:脈沖當(dāng)量 (mm/step);Fm 進(jìn)給牽引力(N)；入一步距角，初選雙拍制為0.9° ;2. 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)根據(jù)Tm=0.611N.m在網(wǎng)上查混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為256BYG250D-SASSBL-024,1 其中，Jm =0.46Kg.cm，保持轉(zhuǎn)矩為 1.72N.m.3. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算根據(jù)簡(jiǎn)圖，即圖（2），計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J可由下式計(jì)算：紅Z2丿J2 J3(|)I.Z 42 (J4 Js)25), 2(kg.cm )式（式中、J2、J3、J4 齒輪Z1、Z2、Z3、Z4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2J S 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm ）J! = 0.7 8 F