【正文】 共 40 頁 20中選擇，規(guī)格較大，導(dǎo)程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。在速度滿足的情況下，一般選擇 較小導(dǎo)程（利 于提高控制精度） ，本設(shè)計(jì)中初選 縱向 絲杠導(dǎo)程為 8mm ，橫向絲杠導(dǎo)程為 5mm 。 3． 2． 3 最大工作載荷的計(jì)算 最大工作載荷 mF 是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大 軸向力，也叫進(jìn)給牽引力 ,其實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式如表 31所示。 表 31 mF 實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù) 導(dǎo)軌類型 實(shí)驗(yàn)公式 K ? 矩形導(dǎo)軌 )( GFFKFF yzxm ???? ? 燕尾導(dǎo)軌 )2( GFFKFF yzxm ???? ? 綜合或三角導(dǎo)軌 )( GFKFF zxm ??? ? 表中 K 為考慮顛覆力矩影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)； ? 為滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ； G為移動(dòng)部件總重量 。 查表 31選 擇綜合導(dǎo)軌， K 取 ,? 取 ,G 為 1500N ； 算得 )( GFKFF zxm ??? ? = +（ +1500） = )(N 3． 2． 4 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 載荷隨時(shí)間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn) 生慣性力），此類載荷為動(dòng)載荷。 比如 起重機(jī)以等速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為 靜載， 起重機(jī)以加速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為動(dòng)載。 對(duì)于滾珠絲杠螺母副的最大動(dòng)載荷 QF 計(jì)算公式如下： mhwQ FffLF 3? 式中： L — 滾珠絲杠副的壽命 系數(shù) ，單位為 610 r， 610/60nTL? （ T為使用壽命，普通機(jī)床 T 取 500010000h，數(shù)控機(jī)床 T 取 15000h； n 為絲杠每分鐘 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 9 頁 共 40 頁 轉(zhuǎn)速）； wf — 載荷系數(shù)，一般取 ～ ，本設(shè)計(jì)取 ； hf — 硬度系數(shù)（ HRC? 58 時(shí)取 ；等于 55 時(shí)取 ；等于 時(shí)??；等于 50時(shí)取 ；等于 45 時(shí)取 ） ； mF — 滾珠絲杠副的最大工作載荷 ，單位為 N。 本設(shè)計(jì) 中車床 Z向承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給 速度 m in/ ax mV j ? ,初選絲杠基本導(dǎo)程 mmPh 8? ，則絲杠轉(zhuǎn)速 m in/100/1000 m a x rPVn hj ?? 。取 滾珠絲杠使用壽命 hT 15000? ，帶入 610/60nTL? 得 L =90（單位 610r） ； 加工過程 平穩(wěn)或輕度沖擊， 取 載荷系數(shù) ?wf ， 硬度系數(shù) 1?hf ， 代入 mhwQ FffLF 3? ，求得 ： QF =。 3． 2． 5 滾珠絲杠螺母副的選型 初選滾珠絲桿副時(shí)應(yīng)使其額定動(dòng)載荷 Qa FC ? , 當(dāng)滾珠 絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下 min)/10( rn? 長時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使額定靜載荷 moa FC )32( ?? 。 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷 QF =,選擇江蘇啟東潤澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的 FL50083 型 內(nèi)循環(huán)式 滾珠絲杠副， 采用雙螺母 螺紋式 預(yù)緊， 精度等級(jí)為 4 級(jí)， 其參數(shù)如表 32所示 。 表 32 FL50083型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 絲杠 底徑/mm 額定載荷 /KN 接觸剛度 / 1?? mN? 0d hP wD 1d 2d oaC aC 1897 50 8 66 31 3． 2． 6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支承主要用來約束絲杠的軸向竄動(dòng)，為了提高軸向剛度，絲杠 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 10 頁 共 40 頁 支承常用推力軸承為主的軸承組合 。 考慮到縱向絲杠 長度較大， 本設(shè)計(jì)縱 向 絲杠采 用雙推 — 雙推 支承方式， 該方式臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高，有熱膨脹的余地。 3． 2． 7 傳動(dòng)效率的計(jì)算 滾珠絲杠的傳動(dòng)效率 ? 一般在 ～ 之間 ，其計(jì)算公式如下： ? =)tan(tan ???? 式中： ? — 螺距升角，根據(jù)0 Ptan d?? ,可得 ? =176。 ； ? — 摩擦角，一般取 ? =10′ 。 算得 ： ? =% 3． 2． 8 剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠副 工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度 和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。軸 向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形 1? 、絲杠與螺母間滾道的接觸變形 2? 、 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3? 。 因轉(zhuǎn)矩 和絲杠 螺母滾道接觸 對(duì)絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小， 所以 2? 、 3? 可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量 為： 1? = ESlF um? （ “ +” 號(hào)代表拉伸， “ ” 代表壓縮） 式中：mF— 絲杠的 最大工作載荷 ，單位為 N ； ul — 滾珠絲杠兩端支承間的距離 ，單位為 mm ； E — 絲杠材料的彈性模量，鋼 MPaE ?? ； S — 絲杠的橫截面面積，單位 2mm 按絲杠螺紋的底徑2d確定 。 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，mF為 ， ul 取 1990mm ，2d為 ，算得： C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 11 頁 共 40 頁 1 1990 9 10 m m m???? ? ? ? ? ?? ? ? ? 查表 33 可知， m?? 361 ,所以剛度足夠。 表 33 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量upV 有效行程 mmlu/ 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2021 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 3． 2． 9 壓桿 穩(wěn)定性校核 由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過大，則會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象， 不 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 Fk 應(yīng)該滿足： KF = ?22KaEIfk? mF 式中： kf — 絲杠支承系數(shù)， 雙推 雙推 方式時(shí)，取 4，其他方式如表 34所示 ； K — 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)， 一般取 ～ 4，垂直安裝時(shí)取最小值 ，本設(shè)計(jì)取 4； a — 滾珠絲杠兩端支承間的距離， 單位為 mm ， 本設(shè)計(jì)中該值為 1990mm ； I — 按絲杠底徑 2d 確定的截面慣性矩（ 6442dI ?? ，單位為 4mm ） ,本設(shè) C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 12 頁 共 40 頁 中將 mmd ? 代入算出 I = 4mm 。 由以上數(shù)據(jù)可以算出： 25 424 10 20551 5 104 1990k NF? ? ? ? ???? 臨界載荷 KF 遠(yuǎn)大于工作載荷 mF （ ） ，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 表 34 絲杠支承系數(shù) kf 支承方式 雙推 雙推 雙推 簡支 單推 單推 雙推 自由 kf 取值 4 2 1 3． 3 同步帶 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 同步帶 也叫同步齒形帶， 它 綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要用在驅(qū)動(dòng)帶輪與被動(dòng)帶輪之間要求有固定傳動(dòng)比的情況 。 同步帶是通過帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強(qiáng)制嚙合而工作，即當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能通過帶齒與帶輪的依次嚙合將動(dòng)力傳給從動(dòng)輪，因此主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的線速度相同。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長軸承的使用壽命。同步帶結(jié)構(gòu)簡單、緊湊 ， 工作時(shí)不會(huì)打滑， 線速度可達(dá) sm/40 ，可用于高速場(chǎng)合，傳動(dòng)比可達(dá)到 10，效率可達(dá) 98%， 維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低， 因此應(yīng)用日益廣泛。 3． 3． 1 傳動(dòng)比的確定 初選電機(jī)型號(hào)為 110BYG2602，四相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為 20NM? ， 步距角為 ? 由2121 ???? nni 和phP ??2360 ?? 可得：phPi ?? ??3601 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 13 頁 共 40 頁 式中：1?— 電機(jī)編碼器分辨率，單位 為 度 /脈沖； 2? — 絲杠分辨率，單位 為 度 /脈沖 ； hP — 絲杠導(dǎo)程， 其值為 8mm ； p? — 脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)中 Z軸 為 /脈沖 。 初選電機(jī) 型號(hào)為 130BYG2502，查表 45知： 步距角為 176。 所以傳動(dòng)比 0. 75 8 5336 0 0. 01i? ???? 由 縱向 床鞍的 最快移動(dòng)速度 m a x 3 6 0 0 m /m in=v ，可以算出主動(dòng)輪的 最高轉(zhuǎn)速： m a x1 ( / ) / 3 6 0 (3 6 0 0 / 0 . 0 1 ) 0 . 7 5 / 3 6 0 7 5 0 / m inn zvr?? ? ? ??? 3． 3． 2 傳遞功率的估算 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知， 對(duì) 該傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳遞功率的研究只要考慮三種工作 狀態(tài) ，他們 分別是： 最大負(fù)載 且 最大工進(jìn)速度、快速空載啟動(dòng)、 最快 空載移動(dòng)。 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可 知， 最后一種狀態(tài)的傳遞功率一定小于快速空載啟動(dòng)（最后時(shí)刻）的瞬時(shí)傳遞功 率，所以 只需要比較前二者。 預(yù)選步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)速為 750 min/r 時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率為? ?m a x 75 0 36 0 60 0. 75 60 00f H z? ? ? ? ?。 從表 64 查得，當(dāng)脈沖頻率為 6000Hz 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為 10Nm? 對(duì)應(yīng)的輸出功率為 95 50 75 0 10 95 50 0. 79Po ut nT k w? ? ? ? ? ? 據(jù)表 318 取工作情況系數(shù) KA=，則由公式（ 314），求得帶的設(shè)計(jì)功率 9 48AdP K P k W? ? ? ?。 3． 3． 3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的 設(shè)計(jì) 功率 Pd，查表 36 選擇同步帶，型號(hào)為 H型 ，節(jié)距 mm? 。 表 36 同步帶型號(hào) C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 14 頁 共 40 頁 型號(hào) 節(jié)距/mm 基準(zhǔn)帶寬傳遞功率范圍/kW 基準(zhǔn)帶寬 /mm 說明 XL(特輕型 ) ～ GB/T 116161989 GB/T 113621989 L（輕型） ～ H（重型） ～ 55 3． 3． 4 確定 帶輪 齒數(shù)和節(jié)圓直徑 Ｈ 型 小帶輪轉(zhuǎn)速在 750r min?時(shí)的最少許用齒數(shù)為 14，為了提高傳動(dòng)精 度， 取 小齒輪數(shù) 1=15z，則小帶輪節(jié)圓直徑 11 6 0 .6 4 ( )pzd m m???，根據(jù)傳動(dòng)比 53i?? 算 出大齒輪數(shù) 2 25z ? ，則大帶輪節(jié)圓直徑 21 101 .06( )d id mm?? 。 當(dāng)主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 m a xm a x 60 7 5 0 ( / m in )hiVnrP????時(shí)，同步帶 的 線 速 度為 ： 1 m a x 3 . 1 4 6 0 . 6 4 7 5 0 / 2 . 3 8 ( / )6 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0dnv m s m s? ??? ? ?? 遠(yuǎn)小 于 Ｈ 型帶的極限速度 40 /ms，所以滿足要求。 3． 3． 5 中心距、節(jié)線長度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距 121 .2 ( ) 1 7 7 .8 9 ( )a d d m m? ? ?，圓整后取 178a mm? 。則帶的節(jié) 線長度 22112 ()2 ( ) 6 1 2 . 3 ( )24 ddL a d d m ma? ?? ? ? ? ?。 根據(jù) ，《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 表 313，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度 mm? ，相 應(yīng)的齒數(shù) z=４８ 。 實(shí)際中心距 6 0 9 . 6 6 1 2 . 31 7 8 1 7 6 . 6 5 ( )22pr LLa a m m? ?? ? ? ? ?。 3． 3． 6 校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 15 頁 共 40 頁 嚙合齒數(shù) )](22[ 122 11 zzapzze ntz rm ??? ? ，式中 )(xent 為取整函數(shù)。一般情況下，應(yīng)該保證 6?mz 。當(dāng) mz 不滿足要求時(shí)，可以增大 ra 或 1d 不變時(shí)減小節(jié)距 p 。 通過計(jì)算，得出21 2 . 7 1 5[ 1 5 / 2 ( 2 5 1