【文章內容簡介】 、溜板箱、傳動絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進電機減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進給機構整體剛性優(yōu)于從前，所以采用一級齒輪減速裝置。已知條件，如表2：表2 已知條件最大工件直徑/mm最大工件長度/mm溜板及刀架重量/mm刀架快移速度m/min最大進給速度m/min定位精度mm主電動機功率/kw起動加速時間/ms滾珠絲杠導程/mm床身上床鞍上750/1000縱向橫向縱向橫向縱向橫向縱向橫向400210800600177。3065選擇脈沖當量 根據(jù)機床精度要求選擇脈沖當量，縱向：，橫向為縱向的一半。一、切削力的計算 車床的主電動機最大切削功率P=PηK式中 P——主電動機功率，CA6140車床P=η——主傳動系統(tǒng)效率，～，取η=K——進給系統(tǒng)功率總效率 取K=∴P==又∵切削力P= 式中 F——主切削力（N） V——最大切削速度（m/min）。按用硬質合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min在外圓車削中：F=（～）F=2808= F=（～）F=2808=1404N二、滾珠絲杠副的設計及選型滾珠絲杠副的工作原理及特點 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結構原理如圖4所示。為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?將滾珠3引回，構成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。圖4 滾珠絲杠副1壓塊 2擋珠器 3滾珠 4螺紋滾道 5回路管道 6螺母 7絲杠（1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點：①傳動效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η=～，是普通滑動絲杠的34倍（η=～）。②摩擦力小 因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。③可預緊 經預緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉成直線運動，也可將直線運動轉換為旋轉運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。⑤使用壽命長 滾珠絲杠副采用優(yōu)質合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達6060HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副（2）、 滾珠絲杠副的缺點是：①制造工藝復雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復雜。②不能實現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內循環(huán)。滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結構并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時，應注意調整絲杠間隙，可用百分表測出具體的間隙所在。珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負載必小于滾珠絲杠的額定動負載Cm(N)即必須滿足CCm。滾珠絲杠的承載能力的計算選擇縱向進給為綜合導軌，計算絲杠的最大軸向進給切削里Fm又因為Fm=KFf+f’(Fc+w)式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N）K——顛覆里矩影響取K=F’——導軌上的摩擦因數(shù)取f’=W——移動部件的重量（N）代入式中：Fm=kFf+f’(fc+w)=+(2808+800)=（1）、壽命L 最大切削里F的進給速度Vs可取最高進給速度的1/2——1/5（取為1/2），,絲杠導程Lo=6mm，則絲杠轉速為：n=絲杠使用壽命時間一般為15000h，則絲杠的計算壽命L為L=（2）、載荷Cm 當量動載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do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10轉后，在它的滾珠上下產生疲勞點濁現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當量動載荷Cm式中：——運轉系數(shù)——精度系數(shù) ∴==根據(jù)CCm的原則，查 《機械設計手冊》化學出版社出版，第三章第3卷，（P1221）選取滾軸絲桿的型號為：，坐標直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調隙式。，導程為6mm，摩擦級選用5級，螺紋升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/40）==.（3）、傳動功率 滾軸絲桿副的傳動功率為：=tgr/tg（r+）==式中：r——絲杠的螺紋升角——摩擦角。滾動絲桿副的滾動摩擦因數(shù)f=，摩擦角約等于10′所以=10′（4）、穩(wěn)定性驗算臨界壓縮載荷，對于受壓的細長的滾軸絲桿，應驗算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時是否會產生縱向彎曲。式中 E——絲桿材料彈性量，對綱E=10N/mL——絲杠兩支承端距離（m），L=。f——絲杠的支承方式系數(shù)，f=f——許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，f=3I——絲杠截面慣性矩（m） I= = =d——絲杠螺紋底徑（m），d===.∴==（5）、剛度驗算滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動平穩(wěn)性，因此驗算滿載時候的軸向變形量。① 絲杠的拉伸或壓縮變形量。在總變形量中占的比重教大式中滾珠絲杠支撐間的受力長度(mm)滾珠絲杠的導程(mm)在工作載荷作用引起的導程變化量(mm)又∵式中軸向平衡載荷材料彈性模量 鋼=滾珠絲杠橫截面積 A====mm“+”號用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進行了預緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實際變形為。② 滾珠與螺紋接觸變形量，此項變形占總變形量的比重也教大，當對絲杠加有預緊力且預緊力為軸向最大載荷的1/3時，之值可減少一半，又∵式中 ——軸向工作載荷（N）——預緊力——滾珠直徑——滾珠數(shù)量其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內的滾珠數(shù)外循環(huán)Z=d——滾珠絲杠公稱直徑= 據(jù)上所訴，實際變形量為: =③ 支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d =35mm，滾球直徑 滾動體數(shù)量=18 軸承的軸向接觸變形為：mm因施加預緊力，故實際變形量mm注意單位為k∴總變形量=++=++0041+=又有前面已知條件可得：＜。符合要求。減速齒輪的設計i根據(jù)機床設計的要求，滾珠絲杠導程L=6mm，傳動比為因為I5,故可為一級齒輪傳動。I==因進給運動齒輪受力不大。根據(jù)《機械設計基礎》選取第一系列中的模樹m=2壓力角=20∴d=Mz=232=64mm 分度圓直徑 =+2=m(+2)=2(32+21)=68 mm=+2=m(+2)=2(40+21)=84㎜齒頂高系數(shù)，我國標準規(guī)定：m≥1㎜時，正常齒制=1齒根圓徑 = =m(22)=2()=59= =m(22)=2()=75.頂隙系數(shù) 我國標準規(guī)定：≥1 mm時，正常齒制= 齒寬b=為了減小加工量，也為了裝配和調整方便，大齒齒寬應小于齒輪齒寬，取，則 取=1 所以 所以減速齒輪參數(shù)為：大小齒輪的材料均為40合金鋼，考慮到對傳動要求和制造方便采用直齒傳動從動齒輪齒輪錯齒輪法消除和間隙，熱處理采用調壓處理，小齒輪硬度，大齒輪：硬度三、步進電動機的選擇計算負載慣量的意義慣量匹配條件 慣量匹配是指進給系統(tǒng)負載慣量與伺服電動機轉子慣量相匹配。 條件是：1〈〈4式中：——伺服電動機轉子的轉動慣量（）可有伺服電動機技術手冊查出。 J——負載慣量（），即進給系統(tǒng)（傳動軸、齒輪、工作臺等）折算到伺服電動機上全部負載轉動慣量。負載慣量的計算參考同類型機床，初步選用反應式步進電動機150BF002，其電動機轉動慣量=10。傳動系統(tǒng)折算到步進電動機軸上的等效轉動慣量為：（1）、齒數(shù)Z、Z折算到步進電動機軸上的轉動慣量為：（2）、絲杠折算到步進電動機軸上的轉動慣量 從表查得1m的絲杠的= ∴J==（3）、等效轉動慣量為：J=J+ =+ (=負載轉矩計算及最大靜轉矩的選擇 機床在不同的共況下，其所需轉矩不同，（1）快速空載起動時所需轉矩是：將已知數(shù)據(jù)代入，=500r/min考慮了電動機轉子的轉動慣量以后，傳動系統(tǒng)折算的電動機軸上的總轉動慣量 J=J+J=10+=M= 折算到電動機軸上的摩擦力矩= 附加摩擦力矩=則M=M+M+M=++=（2）快速移動時所需力矩MM=M+M=+=（3）最大切削負載時所需力矩M=M+M+=+ +=從上面計算看出M、M、M三種情況下，以快速空載起動時所需轉矩最大，以此項作為初選步進電動機的依據(jù)。查資料得，步進電機為五項十帕時， 步進電動機最大靜轉矩=按次最大靜力矩，可作為出選型號。但還得考慮電機起動頻率特性和運行矩頻特性。步進電機的空載起動頻率：150BF002型反應式步進電動機允許的最高空載啟動頻率為2800，允許的最高空載運行頻率為8000。由圖5步進電動機起動矩頻特性可看出，當步進電動機起動時，f起=2500HZ時，M=100N㎝，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩（㎝），直接使用會產生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實現(xiàn)），將起動頻率降到1000HZ時，起動扭矩可增高到588N㎝，然后在電路上再采用高低壓驅動電路，可將步進電動機輸出轉矩擴大一倍左右。圖5 150BF002步進電機起動矩頻特性a) 起動矩頻特性b)運行矩頻特性當快速運動和切削進給時，由150BF002步進電機起動矩頻特性圖18（b）知該電動機能滿足要求，根據(jù)上述計算綜合分析，縱向進給系統(tǒng)采用150BFOO2步進電動機能滿足要求。第二節(jié) 橫向進給系統(tǒng)的設計橫向進給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設計、步進電機的確定等。改造步驟：保留原手動機構，用于微機進給和機床刀具對空操作；保留原有的支承機構；步進電機、齒輪箱體安裝在機床后側，為了便于安裝滾珠絲杠。副絲杠軸采用分移式，然后用套筒剛聯(lián)接。采用雙片齒輪錯齒法消