【文章內(nèi)容簡介】 B=152=300（NCM）。由以上分析得： Mst=MR+MMC+MZ=0+0+（K++MB）K—滾珠絲桿預(yù)緊系數(shù)，；η1—滾珠絲桿的傳動效率，；代入數(shù)據(jù)得：Mst=（＋＋）=（NM）由①、②知： NM= (NM) Mst=1200 (r/min) 則電機(jī)的額定功率POM=Mst==（w）η2—電機(jī)傳動效率，根據(jù)①、②、③，選百格拉交流伺服電機(jī)DSM4——1，其主要參數(shù)如表31所示： 表31 百格拉DSM4——1型交流伺服電機(jī)參數(shù) 型號UDCVMdoNmIdoAeffMdnNmIdnAeffnNmin1PNkwKEVeffMmaxNmImaxAeffJRKgcm2mkgDSM3254000 —滾珠絲桿螺母副 在選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，主要根據(jù)行程來確定，另外還要根據(jù)精度要求來選擇。刀架在Z方向的行程為250mm左右，而且Z方向的精度要求比較高，所以我們在設(shè)計(jì)時，選用滾珠絲桿螺母傳。用于計(jì)算的下列數(shù)據(jù)是已知的：刀架mT=15 kg最大加工受力 FW=10 N快進(jìn)速度 V快= m/s工作進(jìn)給速度 VV = m/s最大加速度 amax =1 m/s2 工作臺導(dǎo)軌摩擦力 FR ≈0工作行程 SW= m軸承軸向剛度 KL=760 N/um絲桿螺母剛度 KM=882 N/um螺母支座剛度 KTM= N/um絲桿傳動效率 ηsp=絲桿長度 Lsp=348 mm螺母摩擦力矩 軸承平均間距 L=382 mm導(dǎo)程 hsp=10 mm確定最大轉(zhuǎn)速的常數(shù) A=60000軸承支承方式 雙推—雙推 機(jī)床在工作時，按照加速—工進(jìn)—減速—反向加速—工進(jìn)—減速—加速這樣一個過程循環(huán)。圖38給出了電機(jī)轉(zhuǎn)矩在一個周期內(nèi)隨時間變化的范圍。（1）確定動載荷Ca由圖34可見，工作循環(huán)周期T有加速時間ta和加工時間tw組成，計(jì)算如下： ta=Vv/amax=(s) tw=SW/Vv=(s) T=2tw+4ta= (s)在減速期間的平均轉(zhuǎn)速na為 na=Vv/hsp=(60)／(2)=480（r/min）工作進(jìn)給時轉(zhuǎn)速nw為 nw=Vv/hsp=(60)/=960 （r/min）當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm為 nm==(4804)+（960）/=1056（r/s）載荷系數(shù)fw查表可取 fw=當(dāng)量載荷Fm計(jì)算如下： Fm=FR+，其中Fa=mTamax=151=15 （N） 代入數(shù)據(jù)得： Fm=0+= （N）取滾珠絲桿壽命Lh為20000h,則可算出滾珠絲桿的動載荷 Ca=(60nmLh)1/3Fmfw102 =（60105620000）1/3102 = (N)（2）確定靜載荷 最大軸向力可近似為 Fmax=mTg+Fw=15－10=137 (N)取靜態(tài)安全系數(shù)fd=, 則靜載荷Coa Coa=fdFmax=137=165（N）（3）根據(jù)軸向壓力選取絲桿直徑在機(jī)床工作臺加速與切削加工過程中，在進(jìn)給軸向方向會產(chǎn)生力，必須保證此力與刀架本身的重力之和小于允許的壓彎臨界載荷Fa,否則可能導(dǎo)致進(jìn)給絲桿彎曲。壓彎臨界載荷可用下式計(jì)算， Fa=m104將上式變換得： dsp= 式中 dsp — 絲桿底徑（mm）； L —絲桿支承間距 (mm)。 m—與絲桿支承方法有關(guān)的臨界載荷參數(shù)；Fa=－Fw+mTg=－10+15=137 (N)。L=348 (mm)。查表得m=。代入數(shù)據(jù)得： dsp== (mm)故取 dsp≥（mm） （4）轉(zhuǎn)速限制① 最大轉(zhuǎn)速限制：絲桿最大轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算dspnmax≤A, 式中dsp為絲桿名義直徑 變化上式得 nmax≤由 nmax===1200 (r/min)A=60000，得 dsp≤=50 （mm）② 臨界轉(zhuǎn)速限制：臨界轉(zhuǎn)速ncnc=f107式中，f—與支承方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)。 L=348 。 nmax=1200＜nc變換上式，得 dsp≥== (mm)（5）選擇絲桿直徑:由上面計(jì)算結(jié)果得 Ca≥ (N) Coa≥212 (N) dsp≥ (mm) dsp≥ (mm) dsp≤50 (mm)根據(jù)以上數(shù)據(jù),我們從臺灣研華公司產(chǎn)品樣本中選擇絲桿直徑,參數(shù)如表32所示。表 32 研華滾珠絲桿主要參數(shù)型號外徑 (mm) 導(dǎo)程 (mm)動負(fù)荷 Ca (kgf) 靜負(fù)荷 Coa (kgf)25x5 FDW 25 5467 4370 絲桿螺母動態(tài)設(shè)計(jì) （1）確定絲桿螺母傳動的總剛度① 扭轉(zhuǎn)剛度: 進(jìn)給絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度是 KTSP = (Nm)式中, G—剪切模量 (鋼為81010 Pa)。 dsp—絲桿底徑 (mm)。 L—絲桿總自由長度。 將絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€剛度KTSKTS=KTSP=103 (Nm) =103=2968 (N/um)式中量綱: Ks(N/um),dsp(mm),L(m)。① 拉壓剛度: 拉壓剛度Ks Ks≈101==137 (N/um)② 總剛度：對于“雙推—雙推”式支承的絲桿螺母傳動裝置，其剛度等效如圖39所示。設(shè)螺母位于絲桿中間，于是 Ksp1=Ksp2=2Ks系統(tǒng)的總剛度為Kgen, 則 =++++ =++++ =192 (N/um) （2）確定機(jī)械諧振頻率 機(jī)械傳動部分的諧振頻率ω ω===3578 （N/um）（3）確定具有滿意動態(tài)性能的絲桿直徑 電氣驅(qū)動部件的諧振頻率取下列值，則其動態(tài)性能較好，即取 ωOA=350 (rad/s)采用常規(guī)的比例位置調(diào)節(jié)，為使機(jī)械傳動部件的動態(tài)性能不影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，應(yīng)當(dāng)使 ω＞（2～3）ωOA根據(jù)我們所選絲桿底徑dsp=17時， ==可見，所選絲桿底徑符合要求。 滾珠絲桿專用軸承的選用與校核滾珠絲桿軸承通常為專用軸承，我們選的是日本NSK公司生產(chǎn)的絲桿支承專用角接觸軸承，型號為17TAC47A, 組合形式為兩列正面（DF）。查表知：額定動、靜載荷 Ca= KN, C= KN額定工作壽命 Lh=106 h：（1）受力分析 軸向力 Fa=mTg=15=147 （N）徑向力 Fr≈0（2）壽命計(jì)算 Lh= (h) Pa=XFr+Yfa式中，Lh—額定壽命（h）。 Ca—額定動載荷（N）； Pa—動態(tài)等效載荷（N）； Fr—徑向載荷 （N）； Fa—軸向載荷 （N）； X—徑向載荷系數(shù)，； Y—軸向載荷系數(shù)，；設(shè)實(shí)際能達(dá)到的壽命為Lh1 Lh1===106＞1106 所以，選擇的軸承符合要求。 滑動導(dǎo)軌的選擇本項(xiàng)目考慮滿足機(jī)床傳動的精度要求，故初步?jīng)Q定選用精度很高的HIWIN線性滑動導(dǎo)軌，此種線性滑軌為一種滾動導(dǎo)引，藉由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，負(fù)載平臺能沿著滑軌輕易地以高精度作線性運(yùn)動。與傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)引相比較，滾動導(dǎo)引的摩擦系數(shù)可降低至原來的1/50，由于起動的摩擦力大大減少，相對的較少無效運(yùn)動發(fā)生，故能輕易達(dá)到μm級進(jìn)給及定位。再加上滑塊與滑軌間的束制單元設(shè)計(jì)，使得線性滑軌可同時承受上下左右等各方向的負(fù)荷，上述所列特點(diǎn)并非傳統(tǒng)滑動導(dǎo)引所能比擬，因此采用此導(dǎo)軌能大幅提高設(shè)計(jì)機(jī)器的精度和機(jī)械效能。根據(jù)Z方向的傳動要求及設(shè)計(jì)尺寸，初步選用LGW 20CA型號，查表得：基本動額定負(fù)荷C=1650kgf＝16170 N；基本靜額定負(fù)荷 =26166 N；容許靜力矩 （1）基本靜額定負(fù)荷計(jì)算導(dǎo)軌的受力N1和N2, N1=N2= 式中，MT—刀架質(zhì)量； L1—刀架中心到絲桿中心的距離； L2—為滑軌中心到絲桿中心的距離；代入數(shù)據(jù)得N1=N2= == （N）靜安全系數(shù)為：故靜強(qiáng)度安全（2）基本動額定負(fù)荷計(jì)算考慮線性滑軌使用的環(huán)境因素，其壽命會隨運(yùn)動的狀態(tài)、珠道表面硬度及系統(tǒng)溫度而有所變化，所以滑軌壽命為：其中：L為壽命，C為基本動額定負(fù)荷，為最大工作負(fù)荷，為硬度系數(shù)，為溫度系數(shù)，為負(fù)荷系數(shù) HIWIN的線性滑軌硬度都為HRC58以上，故查表得， 為預(yù)壓力，初選預(yù)壓形式為Z1，所以壽命時間的計(jì)算依使用速度及頻率將壽命距離換算成壽命時間： 其中：為壽命時間，為壽命，S為運(yùn)行速率，取S=6m/min故其壽命年限為16年。 聯(lián)軸器的選擇在數(shù)控機(jī)床Z方向進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，滾珠絲桿螺母傳動由電機(jī)帶動滾珠絲桿Z坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動。而連接電機(jī)輸出軸和滾珠絲桿軸端的器件便是聯(lián)軸器。為保證傳動精度，消除回轉(zhuǎn)誤差，應(yīng)采取措施消除扭轉(zhuǎn)方向上聯(lián)軸器的連接間隙。由結(jié)構(gòu)選擇本機(jī)床的聯(lián)軸器均為伺服撓性聯(lián)軸器。伺服撓性聯(lián)軸器，無背間隙，遲滯小，最適合于高精度定位使用，元件要素是由螺栓聯(lián)結(jié)，對于正反運(yùn)轉(zhuǎn)可以發(fā)揮其優(yōu)秀的耐久性。此聯(lián)軸器采用夾緊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝極為簡單，聯(lián)結(jié)確實(shí)。根據(jù)同步帶軸的尺寸選擇聯(lián)軸器的型號為SFC030SA 。 潤滑與密封的設(shè)計(jì)根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、工作溫度、周圍環(huán)境等項(xiàng)條件，以及考慮到軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)材料、操作狀況等因素，綜合選用。因?yàn)楸緯性O(shè)計(jì)的滾珠絲桿，其轉(zhuǎn)速較小，負(fù)荷也不大，所以決定選用潤滑脂潤滑。對于垂直安裝的滾珠絲桿專用軸承，要求選用粘附性好，稠度較大，具有良好的機(jī)械安定性的潤滑脂。為防止?jié)櫥瑒┑男钩?，防止灰塵、切屑微粒等其它雜物和水分的侵入，滾珠絲桿軸承必須進(jìn)行必要的密封，以保持良好的潤滑條件和工作環(huán)境，使軸承達(dá)到預(yù)期的工作壽命。由于設(shè)計(jì)的機(jī)床不要求經(jīng)常填充潤滑脂，所以要求密封要良好，故所有需要密封的部分均采用皮碗密封，而且在位于軸承座孔的箱體內(nèi)壁處設(shè)擋油盤，既可起到軸向固定的作用，又可以防止灰塵進(jìn)入和潤滑脂泄漏。 一般執(zhí)行電機(jī)的選擇原則(1) 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常從選擇執(zhí)行電機(jī)開始的，作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件．應(yīng)能方便地實(shí)現(xiàn)連續(xù)地、平滑地、可逆調(diào)速，對控制信號反應(yīng)快捷，才能保證整個系統(tǒng)帶動被控對象按所需要的規(guī)律及控制精度運(yùn)動。(2) 考慮電機(jī)的種類及控制方式?？捎米魉欧到y(tǒng)執(zhí)行元件的電機(jī)種類很多，從大的類別看：有直流伺服電動機(jī)(他激的或水磁的)、直流無刷電機(jī)、兩相異步電動機(jī)、三相異步電動機(jī)、滑差電動機(jī)、同步電動機(jī)、交流伺服電機(jī)、各種步進(jìn)電機(jī)……等等。由于它們調(diào)速方法不同、所需電源種類不同、驅(qū)動它們運(yùn)轉(zhuǎn)的功率放大裝置更是多種多樣，因而它們的機(jī)械特性、調(diào)速特性、過載能力、驅(qū)動功率的大小、以及構(gòu)成系統(tǒng)的總成本，都各不相同，需要認(rèn)真地具體分析比較來確定。(3)直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)和直接驅(qū)動電動機(jī)均采用位置閉環(huán)控制，一船用于要求高精度、高速度的數(shù)控系統(tǒng)。步進(jìn)電動機(jī)主要用于開環(huán)系統(tǒng)，一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的數(shù)控系統(tǒng)。永磁直流伺服電動機(jī)用于一般的直流伺服系統(tǒng)。無槽電樞直流伺服電動機(jī)用于需要速動作、功率較大的伺服系統(tǒng)。