【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 型號(hào) 轉(zhuǎn)速 （ r/min） 電機(jī) 外型尺寸 重量 Kg 額定功率 KW 電壓 V 電流 A 頻率 Hz D D1 軸端連接 L L1 L2 SDK6260Z/1.5 60000 220 1000 62 48 ER11φ7 144 11 12 圖 31 電主軸 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)滿足 以下 公式： ?360?? ?hiP (31) 由任務(wù)書(shū)上的設(shè)計(jì)參數(shù)可知，脈沖當(dāng)量 ? =， 步進(jìn)電機(jī)與絲杠通過(guò)聯(lián)軸器直接相連，則 有傳動(dòng)比 i=1，查閱雕刻機(jī) 的相關(guān)資料可知：一般雕刻機(jī)的導(dǎo)程可以選擇為Ph=5mm，把已知相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 31 中可得步進(jìn)電機(jī)的步距角 α=176。 根據(jù)表 31 中所給的參數(shù)可知，這三個(gè)方向上的步進(jìn)電機(jī)的最大額定扭矩是 5 Nm，因此這里要選用的步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于 5 Nm。根據(jù)步距角及保持轉(zhuǎn)矩的值可以 初步 確定步進(jìn) 電機(jī) 的 型號(hào)為 90BYG550C— 0301。具體參數(shù)如表 33，外形如圖 32。 表 33 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 規(guī)格型號(hào) 相數(shù) 步距角 (。 ) 相電流 （ A） 保持轉(zhuǎn)矩 （ ） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()2 重量 (kg) 外形尺寸 (mm) 90BYG550C— 0301 5 92137 9 圖 32 步進(jìn)電機(jī) X 軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇 首先 需要分析一下 雕刻機(jī)的 X 軸方向的絲杠 的 受力 情況 ，得到 X 軸絲杠的當(dāng)量軸向載荷，再 分別 計(jì)算 得到 絲杠的預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑，然后根據(jù)預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑確定各絲杠的型號(hào)及尺寸，最后根據(jù)所選的滾珠絲杠螺母副選擇合適的支承方式以及支承所用的滾動(dòng)軸承。 （ 1）確定 絲杠的 當(dāng)量載荷 當(dāng) 雕刻機(jī)空載時(shí)， X 軸絲杠所受到的軸向載荷來(lái)自于導(dǎo)軌的摩擦力。當(dāng)?shù)窨虣C(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)， X 軸絲杠所受到的軸向載荷來(lái)自于導(dǎo)軌的摩擦力和刀具沿 X 軸方向的切削抗力。 1） 計(jì)算 X 軸導(dǎo)軌的摩擦力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知： X 軸方向的導(dǎo)軌的受力情況如圖 33，其所受摩擦力的計(jì)算公式如下： 對(duì) X 軸導(dǎo)軌有： 雕刻機(jī)空載時(shí) 有以下公式： ?4?fF ???????? ?????? ???????? 22222 242 acWWblW （ 32） 雕刻機(jī)以 刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí) 有以下公式 ： ?????????????????? ???????????? ??? 212220224b24aFccWWFllWfF vv? （ 33） 設(shè) a=115mm， b=200mm， c=c1=0， l0=185mm， l=140mm， W2=100N，取動(dòng)摩擦因數(shù) μ=。 10 圖 33 X軸導(dǎo)軌的受力簡(jiǎn)圖 2） 計(jì)算 X 軸絲杠所受的切削抗力 查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》知：銑削的主切削力 計(jì)算公式如下： FZ＝ ?vP mE? 103 （ 34） 另外有 FL =～ FZ， FV =～ ，取 FL =， FV = FZ 。其中 v 為主軸傳遞全部功率時(shí)的切削速度 其計(jì)算公式如下： V＝ 60Dn? （ 35） 設(shè)刀具直徑 D 為 6mm， 由任務(wù) 書(shū)參數(shù)知 n=4500r/min， 將 D 和 n 的值代入 式 35 中得v=。又有 主軸電機(jī)功率 PE=1kw， ηm取 ， 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 34 中經(jīng) 計(jì)算得 ：FZ= 566N， FL =， FV =。 X 軸絲杠所受的切削抗力與所對(duì)應(yīng)的切削分力大小相同，方向相反，所以 X 軸所受的切削抗力 NFF LL 226 .4??? ， NFF v ??? 。 3） 計(jì)算絲杠的軸向載荷 對(duì) X 軸絲杠有： 雕刻機(jī)空載時(shí) 有以下公式 ： ?4f1 ??FF???????? ?????? ???????? 22222 242 acWWblW （ 36） 雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí) 有以下公式 ： ?42 ??????? LfL FFFF?????????????????? ???????????? ? 212220224b2aFccWWFllW vv （ 37）將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到式 3 37 中 經(jīng)計(jì)算得 ： 1F =， 2F =。 4） 計(jì)算 X 軸滾珠絲杠螺母副的當(dāng)量載何 當(dāng) 絲杠所受載 荷的大小與其轉(zhuǎn)速的變化接近正比時(shí)，其轉(zhuǎn)速為各值的可能性相同，這時(shí)可以利用以下公式進(jìn)行計(jì)算： 32 m inm a xm FFF ?? （ 38） 11 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式 38 中計(jì)算得： 32 12m FFF ??=。 （ 2） 確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)期額定動(dòng)載荷 mCa 按 照其 預(yù)期 需要達(dá)到的 運(yùn)行距離 Ls 來(lái)求 mCa ，其 計(jì)算 公式如下： ? ?Nff fFPLCcawmhSam ?? 3 （ 39） 如果該 絲杠 加載了預(yù)加負(fù)荷，這時(shí)其 mCa 的 計(jì)算公式如下 ： maxFfC eam ? （ 310） 其中： ??af 精度等級(jí)，按 7 級(jí)精度 來(lái)取值 ， 其應(yīng) 取 ； ??cf 可靠系數(shù)，按 95%，取 ； ??wf 負(fù)荷系數(shù)，輕微沖擊，取 ； 把 mF 的值代入到公式 3 310 中， 比較兩式的計(jì)算結(jié)果，取較大值作為預(yù)期額定動(dòng)載荷，所以 mCa = 。 （ 3） 確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 1） 估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量 m? 查閱相關(guān)資料可知：在一般情況下 ? ??? 5/1~4/1m? 定位精度，且有定位精度 ? 脈沖當(dāng)量。已知脈沖當(dāng)量為 ，所以此處定位精度可取 ，則有 m? ≤～ ， 這里 取 δm=。 2） 計(jì)算滾珠絲杠的最小螺紋底徑 絲杠 采用兩端固定的安裝方式，因此 其 計(jì)算公式如下： mOmom LFELFd ??? ?? （ 311） 式中： 0F 導(dǎo)軌的靜摩力 m? 最大 允許的軸向變形量 L 兩個(gè)固定支承之間的距離（ mm） L ≈（ ～ ）行程 +（ 10～ 14） Ph 對(duì) X 軸絲杠有： L≈452mm， F0=， δm=2μm，將這些數(shù)據(jù)代入到 求 最小螺紋底徑 的 計(jì)算公式 311 中 ，經(jīng)計(jì)算得： md2 =。 12 （ 4） 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)及尺寸 所選絲杠應(yīng)滿足： md22d ? ， ama CC ? ，但 2d 不宜過(guò)大。 對(duì) X 軸絲杠有： mdd 22 ? =， ama CC ? = 根據(jù)以上條件，初選 X 軸的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為 G2505— 3，參數(shù)如表 34 所示，外形簡(jiǎn)圖如圖 34 所示： 表 34 滾珠絲杠螺母副的參數(shù) 規(guī)格代號(hào) 公稱直徑0d 公稱導(dǎo)程hP 絲杠外徑 1d 鋼球直徑 wD 絲杠底徑 2d 循環(huán)圈數(shù) 基本額定負(fù)荷 剛度/KN m? 動(dòng)載荷()aC KN 靜載荷()oaC KN G25053 25 5 3 234 螺母安裝尺寸 D1 D D4 L B h D5 D6 40 66 53 46 11 6 10 圖 34 滾珠絲杠及螺母簡(jiǎn)圖 絲杠螺紋長(zhǎng)度 滿足以下公式： Ls=Lu+2Le （ 312） 該式中 Lu是 絲杠的行程， Le 是 余程，查閱相關(guān)資料得：當(dāng) Ph=5mm時(shí)其余程 Le=20mm。 所以 對(duì) X 軸絲杠 有： Ls=400+220=440mm。 （ 5） 選擇 X 軸滾珠絲杠螺母副支撐所 用的軸承規(guī)格代號(hào) 1） 計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 X 軸滾珠絲杠采用兩端固定的支承方式，因此要計(jì)算預(yù)拉伸力， 其計(jì)算公式如下： （ 313） 其中溫差 △ t=℃ ，代入式 313 中 得 ： Ft=2191N。 軸承所承受的最大軸向載荷 的計(jì)算公式如下： 13 tB FFF ?? m a xm a x （ 314） 將 Fmax 及 Ft 值代入到式 314 中得： maxBF =2462N。 2） 確定軸承類型 選擇 兩 對(duì) 25176。角的角接觸球軸承分別 放在 絲杠的兩 側(cè) ， 每側(cè)以背對(duì)背的方式布置兩個(gè)該滾動(dòng)軸承，這種滾動(dòng)軸承不僅可以 對(duì)絲杠進(jìn)行軸向 和 徑向的雙向固定，而且 還 可以對(duì)絲杠兩端進(jìn)行軸向的雙向固定。 3） 確定軸承直徑 軸承直徑應(yīng)滿足： d≤d2， 預(yù)加負(fù)載荷 ≥FBP， FBP =1/3 FBmax。所以 選擇 d=20mm 的 角接觸球軸承，其滿足直徑 d=20mm≤ 970N＞ 821N。 4） 確定軸承型號(hào) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)教程》選取角接觸球軸承型號(hào)為 7204AC，它的參數(shù)如表 35 所示，其外形如圖 35 所示： 表 35 角接觸球軸承的參數(shù) 圖 圖 35 角接觸球軸承 Y 軸滾珠絲杠螺母副及其支承軸承的選擇 首先 需要分析一下 雕刻機(jī)的 Y 軸方向的絲杠 的 受力 情況 ，得到 Y 軸絲杠的當(dāng)量軸向載軸 承 型號(hào) 基本尺寸 /mm 基 本 額 定 動(dòng) 負(fù) 荷Cr/KN 基 本 額 定 靜 負(fù) 荷Cor/KN d D B 7204AC 20 47 14 14 荷，再 分別 計(jì)算 得到 絲杠的預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑，然后根據(jù)預(yù)期額定動(dòng)載荷和允許的最小螺紋底徑確定各絲杠的型號(hào)及尺寸，最后根據(jù)所選的滾珠絲杠螺母副選擇合適的支承方式以及支承所用的滾動(dòng)軸承。 （ 1）確定 絲杠的 當(dāng)量載荷 當(dāng)?shù)窨虣C(jī)空載時(shí)， Y 軸絲杠所受到的軸向載荷來(lái)自于導(dǎo)軌的摩擦力。當(dāng)?shù)窨虣C(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí)， Y 軸絲杠所受到的軸向載荷來(lái)自于導(dǎo)軌的摩擦力和刀具沿 Y 軸方向的切削力。 1） 計(jì)算 Y 軸導(dǎo)軌的摩擦力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知： Y 軸方向的導(dǎo)軌的受力情況如圖 36，其所受摩擦力的計(jì)算公式如下： 對(duì) Y 軸導(dǎo)軌有： 雕刻 機(jī)空載時(shí) 有以下公式： 1WFf ?? （ 315） 雕刻機(jī)以刀具的最大轉(zhuǎn)速加載時(shí) 有以下公式 ： ）（ vf FWF ??? 1? （ 316） 設(shè) W1=600N，取動(dòng)摩擦因素 μ=。 圖 36 Y軸導(dǎo)軌的受力簡(jiǎn)圖 2） 計(jì)算 Y 軸絲杠所受的切削力 查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》知：銑削的主切削力 計(jì)算公式如下： FZ＝ ?vP mE? 103 （ 317） 另外有 FL =～ FZ， FV =～ ，取 FL =， FV = FZ 。其中 v 為主軸傳遞全部功率時(shí)的切削速度 其計(jì)算公式如下： V＝ 60Dn? （ 318） 設(shè)刀具直徑 D 為 6mm， 由任務(wù)書(shū)參數(shù)知 n=4500