【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 先試選伺服電機(jī)。初步選擇BPA6交流電機(jī)系列的A60020型號(hào)電機(jī)。 N m，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子慣量JM = kgm2，滿足要求。電機(jī)主要其他參數(shù)為：最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax= Nm。電勢(shì)系數(shù)Ke =1Vs/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt =?m/A。：空載加速轉(zhuǎn)矩是指：執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到最快進(jìn)給速度時(shí)需要電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax[5]?？蛰d加速時(shí)，主要是克服慣性，如果選擇A60020型號(hào)電機(jī)，則總慣量為：J=JL+JM=+= kgm2 ()一般情況下，伺服電動(dòng)機(jī)的加速時(shí)間用tac表示。tac=2π4500 Tmax= s () s即可。 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌的工作條件來(lái)選取滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號(hào)，并進(jìn)行合理的配置?；驹O(shè)計(jì)過(guò)程為：首先計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌的受力，然后根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件計(jì)算動(dòng)載荷，再根據(jù)滑塊的預(yù)期壽命推算出額定動(dòng)載荷，再依此選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌及滑塊的型號(hào)。：滾動(dòng)導(dǎo)軌主要是受到切削力、工件和工作臺(tái)重力的影響，在進(jìn)行受力分析時(shí)必須將兩者同時(shí)進(jìn)行考慮。下面以圖所示加工中心的導(dǎo)軌為例，分析受力情況。一般情況下加工中心均是采用兩根導(dǎo)軌條，每條導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊。由于背向力和摩擦力等對(duì)載荷的影響很小，在這里忽略不計(jì)。只考慮縱向進(jìn)給力F，重力w，和豎直切削力Fc對(duì)滑塊的影響。在實(shí)際工作中，考慮到受力位置是不斷變動(dòng)的，所以采用平均載荷對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行分析，在這里認(rèn)為平均受力點(diǎn)為工件中心。圖24 工作受力示意圖(1)首先考慮重力w和豎直切削力Fc的作用：R11=R21=R31=R41=W4+Fc4 ()(2)再考慮F（F=Fq）的作用：R12=R22=12Fyz ()R32=R42=12Fyz ()(3)綜合載荷：R1=R2=R11+R12=12Fyz+W4+Fc4 ()R3=R4=R31+R32=12Fyz+W4+Fc4 ()(4)將最大縱向進(jìn)給力、最大豎直切削力及最大工件及工作臺(tái)重量代入公式，假設(shè)工件中心到絲杠中心的距離為250mm，兩滑塊之間的距離為500mm。R1=R2=129000++150004=5175 N ()R3=R4=129000++150004=9675 N ():滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算和滾動(dòng)軸承的計(jì)算相似，在一定的載荷下移動(dòng)一定的距離，90%的滾動(dòng)導(dǎo)軌不發(fā)生點(diǎn)蝕，這個(gè)載荷稱為額定動(dòng)載荷，行走的距離則是額定壽命。假設(shè)壽命要求為15000 Km。壽命計(jì)算公式為：Lh=50(fhfcftcfwPc)3 ()由此推出 :c=3 Lh50fwPcfhfcft= Kn ()由此選取型號(hào)為L(zhǎng)BB55RHL型號(hào)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，額定動(dòng)載荷 kN。 工作臺(tái)設(shè)計(jì)工作臺(tái)是零件加工的場(chǎng)所，是采用鑄造技術(shù)，自行設(shè)計(jì)制造。（1）尺寸設(shè)計(jì)在本例中，尺寸方面沒(méi)有嚴(yán)格的要求，設(shè)定工作臺(tái)尺寸為1600630220mm。（2）T形槽設(shè)計(jì)圖25 T型槽尺寸示意圖根據(jù)工作臺(tái)尺寸及厚度均勻原則。選擇T型槽尺寸為：A=28mm、B=50mm、C=20mm、H=48mm、P=100mm。（3）與導(dǎo)軌滑塊的連接設(shè)計(jì)工作臺(tái)需要與4個(gè)導(dǎo)軌滑塊連接，故在工作臺(tái)底端設(shè)置4個(gè)與滑塊連接的裝置。在工作臺(tái)底端增加四個(gè)用于連接的薄板，并在薄板上方增開(kāi)4個(gè)長(zhǎng)方體的凹槽，用于給扳手提供活動(dòng)空間，方便擰緊螺母。具體結(jié)構(gòu)如圖26所示。圖26 工作臺(tái)局部結(jié)構(gòu)（4）支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于設(shè)置連接部分，所以工作臺(tái)下半部分厚度很大，如果做成實(shí)心結(jié)構(gòu)則會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)笨重。故需要設(shè)置成筋板結(jié)構(gòu)。由于沒(méi)有排放碎屑等要求，所以選用最簡(jiǎn)單的筋板結(jié)構(gòu)，鏤空成長(zhǎng)方體陣列，并在長(zhǎng)方體之間用圓柱導(dǎo)通。同時(shí)地面還要保留安裝絲杠螺母的位置。具體結(jié)構(gòu)如圖27所示。圖27 工作臺(tái)底部結(jié)構(gòu) 底座設(shè)計(jì)底座是整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的總體支撐部分，用來(lái)放置導(dǎo)軌、工作臺(tái)、軸承座等部件。底座必須保證合理的結(jié)構(gòu)布局，通過(guò)螺栓連接可以固定各個(gè)部件。為了滿足高速、高精度的測(cè)試要求，底座必須具有良好的剛度，并且有很好動(dòng)態(tài)特性。底座通常為類長(zhǎng)方體，考慮到節(jié)省材料并保證剛度，合理設(shè)計(jì)底座支撐架的形狀和尺寸，可以在節(jié)省材料的情況下得到符合要求的靜剛度和比較合適的固有頻率。考慮到要方便排放碎屑，在底座上面凹槽部分上下打通，方便碎屑排放。具體結(jié)構(gòu)如圖所示。圖28 導(dǎo)軌安裝位置圖29 軸承座安裝位置圖210 底部支撐架結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)剛度的驗(yàn)算。其中0級(jí)絲杠V300=。其余誤差為在載荷作用下，各個(gè)環(huán)節(jié)的位移。（1）伺服剛度KRKR=KSKt(1+Kvo)KMRM ()伺服電動(dòng)機(jī)的增益，等于伺服電機(jī)的角速度與輸入電壓之比。輸入電壓，大部分被反電動(dòng)勢(shì)所平衡，少量的消耗于電樞回路的阻抗[5]。忽略次要影響因素，可以認(rèn)為“輸入電壓=反電動(dòng)勢(shì)”。伺服電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)KM指的是：伺服電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)與角速度之比。即：KM=1Ke ()A60020型伺服電機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ke =1 V s/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt = N?m/A，RM =。伺服系統(tǒng)的Ks=8 1/s（Ks為系統(tǒng)增益，由試取后經(jīng)過(guò)驗(yàn)算得到），取Kvo =28=16 V/V。則：KR=82012(1+16)1= N?m/rad ()折合到執(zhí)行部件的直線剛度為KR*=KR(2πPh)2=()2= 106 N/m= N/181。m ()（2）滾珠絲杠的拉壓剛度 Ktmin本例中絲杠采用的是“兩端固定“的軸承支承方法，絲杠的拉壓剛度固定，不受螺母在絲杠中的位置變化的影響。工作臺(tái)的行程為900mm。當(dāng)螺母移到距定位點(diǎn)最近處時(shí)，還應(yīng)保留一定的距離，設(shè)為150mm。故距離l=900+150=1050mm=。代入公式Ktmin=4AEl106=4πdi24El106 () 式中 di—絲杠底徑，等于公稱直徑減球徑。本例中的公稱直徑為50mm，故di= = =Ktmin=4π2106= N/181。m ()（3）絲杠軸承的軸向剛度 Kba絲杠軸承為40TAC72A型，查文獻(xiàn)得兩列組合型的軸向剛度Kba為1230 N/181。m。（4）綜合剛度一般來(lái)講，進(jìn)給系統(tǒng)的剛度的主要影響環(huán)節(jié)是絲杠的拉壓剛度、伺服系統(tǒng)剛度和軸承的剛度，絲杠螺母之間的接觸剛度和聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度是很高的，其變形可以忽略不計(jì)。綜合剛度記為K1K=1KR*+1Ktmin+1Kba = 181。m/N ()故 K=1/= N/181。m(7) 彈性變形測(cè)量定位精度時(shí)，機(jī)床不切削。故載荷僅為摩擦力。本例中摩擦力Ff =441 N，故彈性變形δ=FfK== 181。m () (8) 定位誤差任意300mm長(zhǎng)上的定位誤差，等于滾珠絲杠的誤差V300 加上彈性變形δ，即3+= 181。m。再加上在計(jì)算過(guò)程中一些被忽略的次要因素。 本章小結(jié)根據(jù)工作條件、壽命、精度等要求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型工作，并對(duì)其他部件進(jìn)行形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后綜合校核整體精度。主要部件設(shè)計(jì)完畢之后，再根據(jù)軸承、聯(lián)軸器、電機(jī)等部件型號(hào)和大小，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的軸承座，軸承端蓋等輔助部件。最終雙驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)的總體裝配圖如下所示：圖211