【文章內(nèi)容簡介】 nd 為 1500 minr ，額定轉 速向上至最高轉速 nmax 為恒功率，如圖所示區(qū)域Ⅰ；額定轉速 nd 至最低轉速 nmin 為恒轉矩，如圖所示區(qū)域Ⅱ。 圖 31 交流電動機的功率、轉矩特性 Ⅰ — 恒功率區(qū)；Ⅱ — 恒轉矩區(qū) 這種電機由于體積小，轉動慣性小，動態(tài)響應快，沒有電刷，能達到的最高轉速比同功率的直流電動機高，磨損和故障也少?，F(xiàn)在，在中、小功率領域，交流調(diào)速電動機占優(yōu)勢，應用更加廣泛。 主傳動 的調(diào)速過程 ⅠⅡn maxn dn minPm/KWP a二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 31 頁 為了實現(xiàn)數(shù) 控銑床的無級變速， 本機床的主軸電機 采用 雙速電機，通過雙速開關可實現(xiàn)主軸正轉高速，低速和反轉高速，低速四檔功能，而每一種功能狀態(tài)下，又可通過機械齒輪變速達到調(diào)整的目的。 當手柄處于 OUT 時離合器脫離，主電動機由寶塔式帶輪帶動同步帶輪進行減速再經(jīng)小齒輪和大齒輪 減速帶動主軸旋轉； 當 手柄處于 IN 時 離合器吸合， 小齒輪和大齒輪脫離，主電動機由寶塔式帶輪直接帶動主軸旋轉，從而達到調(diào)整的目的。 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 31 頁 第四章 伺服進給系統(tǒng)的設計 根據(jù)設計的目的 ，將原來的手動進給改換成由電機經(jīng)同步帶輪帶動絲杠進行控制，為提高傳動精度和工作平穩(wěn)性將普 通絲杠改換成滾珠絲杠 傳動 。 與普通絲杠相比滾珠絲杠具有以下優(yōu)點：摩擦力低及效率高，其傳動扭矩只有普通絲杠的 1/3，所以滾珠絲杠的機械效率遠高于普通絲杠，即使在低速情況下也不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。滾珠絲杠可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實現(xiàn)滾珠的預緊，因而軸向剛度高，反向時無空行程，定位精度高。與普通絲杠相比，滾珠絲杠的使用壽命是普通絲杠的 4～ 10倍。 根據(jù)銑床的機械結構特點和加工需要，選擇內(nèi)循環(huán)方式的滾珠絲杠，其內(nèi)循環(huán)滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動效率高，且徑向尺寸緊湊，軸向剛度高。 滾珠絲杠螺母 副 的 設計 和選用 滾珠絲杠螺母副的計算 本文所改造的銑床需將三個軸都用數(shù)字控制，對 X、 Y、 Z向的滾珠絲杠都要進行計算與分析，滾珠絲杠螺母副是將電機的旋轉運動轉化為工作臺的直線運動。首先計算 X向的滾珠絲杠，對其進行分析。 （ 1） 工作臺 X 向進給 部分的改造計算 1）切削力的估算 切削力由刀具的材料、銑削工件的材料、切削用量等許多因素決定。但還可以 從 已知 機床的電動機的功率和主軸上傳動的功率反推出工作臺進給時的銑削力。該機床進給傳動的功率較小，可在主傳動功率上乘以一個系數(shù) k。由機床設計手冊查得 銑床 k為 。 主傳動功率包括切削功率 cP ，空載功率 moP ，附加功率 mcP 三部分，即總功率 ： mcmoc PPPP ??? 空載功率是機床無切削負載時主傳動系統(tǒng) 空載所消耗的功率，對于一般輕載、高速的中、小型機床，可達總效率的 50%，現(xiàn)取 PPmo ? 。 附加功率 mcP 是指有了切削載荷后所增加的傳動 件的摩擦功率，它直接與載荷大小有關?？捎孟率接嬎?，即 cmc PP )1( ??? ，所以總功率為 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 31 頁 cc PPPP )1( ????? 則??? PPc 在進給傳動中的切削功率??? 2 PkPct 主軸上的傳動功率為 ，電動機功率為 ，則 ??? ?? ???ctP （ KW） 切削時主軸上的轉矩為 nPM ctn 974000? （ N cm） 主軸上的轉速有 8種，先用最低轉速 n=80 minr 代入，則主軸上最大轉矩為 2 6 2806 9 4 7 0 0 0 ???nM （ N cm） 銑刀的最大直徑為 32 ㎜，主切削力 2 8 5 2 6 2 ??cF （ N）。 銑削加工時銑削進給力 fF 與主切削力 cF 之間的比值由機床設計手冊查得?cf FF ～ ，取 ?cf FF 1，則 fF =2852N，垂直分力 fNF 與主切削力 cF 之間的比值為 ?cfNFF ～ ，取 ?cfNFF ，則 fNF = 2852=2139（ N） 2）滾珠絲杠承載能力的計算 ① 當量動載荷 mC 選用滾珠絲杠直徑 od 時，必須保證絲杠工作時，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運轉 610 轉后，在它的滾道上不產(chǎn)生疲勞點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值 mC 即為該滾珠絲杠副所能承受的最大當量動載荷 mC 。 燕尾形導軌： )2(39。 WFFfKFF cpfm ???? 式中 fF 、 pF 、 cF — 切削分力（ N）； W— 移動部件的重量（㎏）； 39。f — 導軌上的摩擦因數(shù) 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 31 頁 K— 考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)。 本文中機床 導軌為 燕尾 滑動導軌，表面粘接聚四乙烯軟帶 ， 查機械設計手冊可取 K= 39。f =， 工作臺質量 Kg100 ，工件與夾具的最大質量為 Kg250 。 將數(shù)據(jù)代入 式中： ?mF 2852＋ （ 2 2139＋ 2852＋ 350 ） = sv =（ 1/2～ 1/3） maxv =（ 1/2～ 1/3） =～ minm 取 sv = minm 絲杠平均轉速 ：osL vn 1000? = 6 ? =25 minr 式中 sv — 最大切削力下的進給速度 （ minm ） oL — 滾珠絲杠導程（㎜） 工作壽命，單位為 610 r：61060nTL?=610 150002560 ??= 則awmm f fFLC 3? = 1 4 1 ?? =（ KN） 式中 wf — 運轉系數(shù)，無沖擊取 ～ ，有沖擊取 ～ ； af — 精度系數(shù)，精度為 3級時 af =1，精度為 6級時 af =； mF －軸向平均載荷（ N） 查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本中與 mC 相近的額定動載荷 aC ，使得 mC ＜ aC ，然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本 ，選擇 aC = KN,絲杠直徑為 32㎜，導程為 6㎜，初步選擇絲杠型號為 FZ32063P3 903/1060。 ② 最大 靜載荷 當滾珠絲杠在靜態(tài)或低速情況下工作時，滾珠絲杠副的破壞形式主要 是滾珠與滾道型面在接觸點上產(chǎn)生塑性變形，當塑性變形超過一定限度就會使?jié)L珠絲杠無法正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑 wd 的萬分之一。此時的軸向負載 oaC 稱為額定靜載荷。選用時應使相應的滾珠絲杠的額定靜載荷滿足如下條件： soa fCF ?max 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 31 頁 式中 maxF — 滾珠絲杠的最大軸向 工作載荷； sf — 靜態(tài)安全系數(shù)。一般 f =1～ 2，當有沖擊時 f =2～ 3。 所選絲杠的 靜載荷 為 KN， sf =2，代入式中得： soafC =而 ?maxF 2 4 1 5323 m i n ????? FF m =4900N 遠遠小于 額定靜載荷 oaC ，滿足上述條件。 ③ 穩(wěn)定性驗算 細長絲杠在受壓縮載荷時，不會發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷 erF （ N） ??? wDdd =（ m） 式中 0d — 絲杠公稱直徑， m wD — 滾珠直徑， m ?????? 2 41020 42110 LdfF er 14500(N) 式中 2d — 絲杠底徑， m 0L — 絲杠最大受壓長度， m 1f — 絲杠的支承方式系數(shù)，見表 43 表 43 滾珠絲杠的支承方式系數(shù) 支承方式 一端固定一端自由 （ FO） 兩端浮動 （ SS） 一端固定一端游動 （ FS） 兩端固定 （ FF） 1f 而 maxF =（ N） ， 滿足 條件：2042110m a x LdfFF er ??? ④ 臨界轉速 對于 高速長絲杠有可能發(fā)生共振，需驗算臨界轉速，不會發(fā)生共振的最高轉速為臨界轉速 )min(rncr 。 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 31 頁 ????? 222 222 Ccr L dfn 4439（ minr ） 式中 2f — 絲杠支承方式系數(shù) cL — 臨界轉速計算長度，自由端或浮動端到螺母的最大距離（ m） 絲杠的最大轉速 ?maxn 3000 minr ，符合條件 crnn ?max 。 根據(jù)上述驗算 此型號滾珠絲杠符合要求，因此 X 向 滾珠絲杠選擇型號為FZ32065P3 903/1060。 （ 2）工作臺 Y 向進給部分的改造計算 對于 Y向的滾珠絲杠的計算與 X向基本相同。首先對切削力進行估算，然后根據(jù) 當量動載荷 mC 和 最大靜載荷 初選滾珠絲杠的型號，最后對所選型號的滾珠絲杠進行剛度驗算。若符合要求就選定此型 號滾珠絲杠，若不符合要求則按上述步驟進行重新選擇。 上面已經(jīng)對切削力進行了估算，這里就不需要重復計算。接下來就計算 當量動載荷 mC 和 最大靜載荷 初選滾珠絲杠的型號。 Y 向移動部件的重量不僅包括工作臺、夾具和工件的質量，還需加上床鞍的重量。 所以 W=（ 100+250+45） =3871（ N） 機械設計手冊 可取 ： K= 39。f = 軸向平均載荷 ： )2(39。 WFFfKFF cpfm ???? = 2852＋ （ 2 2139＋ 2852＋ 3871） =+ =（ N） 最大切削力下的進給速度 ： sv =（ 1/2～ 1/3） maxv =（ 1/2～ 1/3） =～ minm 取 sv = minm 絲杠平均轉速：osL vn 1000? = 6 ? =25 minr 工作壽命，單位為 610 r：61060nTL?=610 150002560 ??= 二 00 八年南通紡院畢業(yè)設計說明書 第 15 頁 共 31 頁 wf — 運轉系數(shù)，無沖擊取 ～ ，有沖擊取 ～ ； af — 精度系數(shù)，精度為 3級時 af =1，精度為 6級時 af =； 查機械設計手冊得： wf = af =1 則awmm f fFLC 3? = 1 ?? =（ KN） 查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本中與 mC 相近的額定動載荷 aC ，使得 mC ＜ aC ，然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本，選擇 aC = KN,絲杠直徑為 32㎜，導程為 6㎜，初步選擇絲杠型號為 FZ32065P3 450/530。 ② 最大靜載荷 所選絲杠的 靜載荷 為 KN，查機械設計手冊得： sf =2，代入式中得： soa