【正文】 式（）式中F—— 切削力，F(xiàn)=0W——工件重量加工作臺(tái)重量 W=2301NU——滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)（），取U=則根據(jù)式（）： = 2301=92N激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。故本處的 Go=（）， =。對(duì)照樣本參數(shù),這里的Go非常小，選定導(dǎo)程為4的滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為: 式（）式中ψ—滾珠絲杠的螺紋升角ρ＇—當(dāng)量摩擦角 根據(jù)當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角關(guān)系（），前面已經(jīng)定v=1m/s，材料選擇灰鑄鐵HRC≥45。 所以：ρ＇=4176。00′，tgρ＇= ；因?yàn)棣?arctg（Ph/πd） 式（）式中:Ph—導(dǎo)程，4mmd——絲杠公稱直徑，25mm則根據(jù)式（）：ψ＝176。則根據(jù)式（）得：η＝。 當(dāng)量摩擦系數(shù)f＇和當(dāng)量摩擦角ρ＇齒圈材料錫 青 銅無(wú)錫青銅灰鑄鐵齒面硬度HRC≥45其它HRC≥45HRC≥45其它相對(duì)速度 υs m/sf＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇4581015246176。17′5176。09′4176。34′3176。43′3176。09′2176。35′2176。17′2176。00′1176。43′1176。36′1176。22′1176。16′1176。02′0176。55′0176。48′0176。45′6176。51′5176。43′5176。09′4176。17′3176。43′3176。09′2176。52′2176。35′2176。17′2176。00′1176。47′1176。40′1176。29′1176。22′1176。09′10176。12′7176。58′7176。24′5176。43′5176。09′4176。00′3176。43′3176。09′2176。52′2176。35′2176。17′2176。00′1176。43′10176。2′7176。58′7176。24′5176。43′5176。09′4176。00′3176。43′3176。09′10176。459176。057176。58′6176。51′5176。49′5176。09′4176。34′4176。00′4 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種， 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：①定位精度高直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。②降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。③可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率20～30%。④可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小．滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開(kāi)式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。型號(hào)：選用GGB型四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。具體型號(hào)：X向選用GGB20BA2P，2 5004 Y向選用GGB20AB2P，2 11004 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌5 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 步進(jìn)電機(jī)的選用 脈沖當(dāng)量和步距角已知脈沖當(dāng)量為1μm/STEP，而步距角越小，則加工精度越高。（二倍細(xì)分）。 電機(jī)起動(dòng)力矩： 式（）式中: M為滾珠絲杠所受總扭矩Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有: 式（）=92tg（+）=mM2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有： 式（）式中: K—預(yù)緊時(shí)的摩擦系數(shù)，— Ph—導(dǎo)程，4cmFao——預(yù)緊力，有：Fao=Fao1+Fao2取Fao1=Ca= 1600=640NFao2為軸承的預(yù)緊力，軸承型號(hào)為6004輕系列，預(yù)緊力為Fao2＝130N。故根據(jù)式（）： M2= Nm齒輪傳動(dòng)比公式為：i=φ Ph /(360δp)，故步進(jìn)電機(jī)輸出軸上起動(dòng)矩近似地可估算為： 式（）=360Mδp /φηPh 式中: δp =lμm/STEP=；M= M1+ M 2= φ=q=Ph＝η＝則根據(jù)式（）：Tq=360()= Nm 因Tq/TJM=(因?yàn)殡姍C(jī)為五相運(yùn)行)。則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/= Nm參考有關(guān)數(shù)控激光切割機(jī)床的資料,可以知道步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率不超過(guò)1000Hz。根據(jù)以上討論并參照樣本,確定選取M56853S型步進(jìn)電機(jī)， Nm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為235g/cm2要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量lμm/STEP的設(shè)計(jì)要求，必須通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，其傳動(dòng)比為： 式（）式中：Ph —為滾珠絲杠導(dǎo)程φ—為步距角δp—為脈沖當(dāng)量根據(jù)前面選定的幾個(gè)參數(shù)，由式（）得：=4/360=4:1=Z2/Z1根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,選用Z1為30，Z2為120 ①齒輪類(lèi)型：選擇直齒加工方便。②模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)輕,參考同類(lèi)型的機(jī)床后,選擇m＝1齒輪傳動(dòng)側(cè)隙的消除。③中心距的計(jì)算：A=m（Z1+ Z2） 式（）=1(30+120)/2=75mm齒頂高為1mm，齒根高為125mm，齒寬為20mm。④齒輪材料及熱處理：小齒輪Z1采用40Cr，齒面高頻淬火。 大齒輪Z2采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。 由資料知，激光切割機(jī)的負(fù)載可以認(rèn)為是慣性負(fù)載。機(jī)械機(jī)構(gòu)的慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有直接的影響。不但對(duì)加速能力、加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng)有關(guān)，在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也有很大的影響，因此要計(jì)算慣性負(fù)載。限于篇幅，在此僅對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載進(jìn)行計(jì)算。慣性負(fù)載可由以下公式進(jìn)行計(jì)算： 式（）式中：JD為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載。J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量eJ1為齒輪Zl的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2為齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3為齒輪Z3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量Vm為工作臺(tái)的最大移動(dòng)速率ωD為折算成單軸系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)軸角速度各項(xiàng)計(jì)算如下：已知：J0＝0忽略不計(jì)， mn=齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： 式（）其中：ρ為回轉(zhuǎn)半徑G為轉(zhuǎn)件的重量滾珠絲杠的慣性矩計(jì)算公式： 式（）最后計(jì)算可得：J1=103Kg. m2J2=103Kg. m2J3=104Kg. m2J4=105Kg. m2Vm=12 m/sωD=2πrad/s故慣性負(fù)載根據(jù)式（）得：JD=J0+J1+(Zl/Z2)（J2＋J3）+ J4 (Vm/ωD)2mn= Kg. cm2此值為近似值故此值小于所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。6 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的分析激光切割機(jī)XY工作臺(tái)其實(shí)為一進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度可根據(jù)不出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進(jìn)給靈敏度的條件來(lái)確定。 根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度傳動(dòng)系統(tǒng)中的當(dāng)量剛度K或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度C主要由最后傳動(dòng)件的剛度K0或C0決定的，在估算時(shí)，取K=K0，C=C0對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng),其變形主要