【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大動(dòng)載荷C。（a） 工作負(fù)載?？筛鶕?jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，縱向?yàn)槿切螌?dǎo)軌，可由式（25）計(jì)算得到，則：=[╳+╳（+800）]N=（b） 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速?？捎上率接?jì)算==r/min=50r/min（c） 絲杠壽命由下式求得==萬(wàn)r=45萬(wàn)r（d） 絲杠工作的最大動(dòng)載荷C?？捎墒剑?6）求得，其中，則 滾珠絲杠的選型根據(jù)C∠Ca的原則。是選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷。查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，由于導(dǎo)程為6mm，所以選取滾珠絲杠的型號(hào)為CDM32065，工程直徑為32mm，其額定動(dòng)載荷是26250N,故強(qiáng)度夠足夠。 CDM32065表示外循環(huán)插管式、雙螺母墊片式預(yù)緊、導(dǎo)程管埋入式的滾珠絲杠，其為右旋螺紋，載荷鋼球?yàn)?圈，精度為3級(jí)的定位滾珠絲杠副。具體參數(shù)見表23.表23 CDM32065型滾珠絲杠具體參數(shù)工程直徑mm基本導(dǎo)程mm鋼球直徑mm絲杠外徑mm螺紋底徑mm額定動(dòng)載荷接觸剛度N/umd0P0Dwd1d2動(dòng)載荷Ca靜載荷C0a32626250766311839螺母安裝連接尺寸/mmDD1D3D4BD5D6hLL1CAM6090751371271365473M6 滾珠絲杠的驗(yàn)算效率計(jì)算。根據(jù)《機(jī)械原理》，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率可由下式求得。其中，；tanγ=螺距/（╳工程直徑），γ=,則：=剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受到軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用時(shí)，將引起基本導(dǎo)程P0的變化。但由于滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量⊿P0可由式下求得，其中E=╳Mpa（╳106N/cm2）；A按絲杠螺紋底徑確定d，若d=，A=╳cm2=；P0=6mm=，則：⊿P==cm=+╳106cm“+”用于拉伸，“”用于壓縮時(shí)。滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量⊿P/很小，可以忽略，即：⊿=⊿P0，所以導(dǎo)程變形總誤差⊿可由下式求得。查《機(jī)床說(shuō)明書》可知，=650mm=65cm，則： ⊿= = ╳╳106um=有說(shuō)明書可知，絲杠縱向有效行程為650mm，且絲杠精度等級(jí)為3級(jí)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，縱向行程允許的行程變動(dòng)量為16umCDM32065的⊿16um,故剛度足夠。表24 有效行程Lu內(nèi)的目標(biāo)行程公差等級(jí)ep和行程變動(dòng)量Vup （單位：um）有效行程Lu精度等級(jí)12345大于至epVupepVupepVupepVupepVup31566881212161623236308001081312181625233531穩(wěn)定性校核。滾珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷≥。有式計(jì)算。其中，E=╳Mpa（╳104N/cm2）；L查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，L=1200mm=120cm；查質(zhì)料得，=2（雙推簡(jiǎn)支）；I按絲杠的螺紋底徑確定，d=，I=，則：=[(2╳╳╳107╳)/(4╳1204)]N==故穩(wěn)定性沒有問(wèn)題。 確定齒輪傳動(dòng)比可由式計(jì)算。其中，=；參考《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，初選=.；P0為滾珠絲杠導(dǎo)程，P0=6mm，則：i===當(dāng)傳動(dòng)比i1時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)為減速傳動(dòng)；當(dāng)i1時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)為升速傳動(dòng)。因升速傳動(dòng)會(huì)降低電動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩，而減速傳動(dòng)會(huì)降低進(jìn)給的快速運(yùn)動(dòng)速度，而且要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的緊湊，故一般傳動(dòng)比設(shè)計(jì)范圍為：i2,~。為簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，均采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，其從動(dòng)齒輪孔與絲桿軸頸項(xiàng)配合，主動(dòng)齒輪孔與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相配合，步進(jìn)電機(jī)用固定板安裝在機(jī)床上。故可取齒輪齒數(shù)：=32，=40。齒輪的材料采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取7級(jí)，前后軸承選用8042型流動(dòng)軸承。齒輪傳動(dòng)時(shí)，效率ηi=。模數(shù)：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本 齒輪傳動(dòng)》，根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，取模數(shù)m=2mm。齒寬：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取齒寬(6~10)m，這里取10m，得齒寬b=20mm。壓力角：α=20.分度圓直徑由式求得，分別為：d1=╳m=32╳2mm=64mmd2=╳m=40╳2mm=80mm中心距由式可得：=mm= 76mm 橫向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)重量（根據(jù)圖樣粗略計(jì)算）：G=400N時(shí)間常數(shù)：T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：P0=4mm刀架最大行程：S=240mm脈沖當(dāng)量：=步距角：α=./步快速進(jìn)給速度：=1m/min最大進(jìn)給速度：= 切削力的計(jì)算因?yàn)闄M向進(jìn)給量為縱向的1/3~1/2，取1/2，則橫向主切削力約為縱向的1/2?？捎墒角蟮茫?╳=由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，橫切端面時(shí)，進(jìn)給力為Fx（N），背向力為Fy（N）,可由式求得：=╳==╳=、 齒輪間隙的調(diào)整環(huán)節(jié)為了提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性,避免齒輪再傳動(dòng)中產(chǎn)生沖擊和噪聲，對(duì)于縱向、橫向齒輪都需要設(shè)計(jì)中心距的調(diào)整機(jī)構(gòu)。由于主、從動(dòng)齒輪在制造過(guò)程中不可避免的存在著加工誤差，為使這一對(duì)相互嚙合的齒輪在安裝后的中心距達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中心距，采取如下措施。如圖25所示，主動(dòng)輪安裝在步進(jìn)電機(jī)1的軸上，而步進(jìn)電機(jī)1的端部用螺釘與偏心輪聯(lián)接，偏心套2裝在箱體上，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套（這時(shí)步進(jìn)電機(jī)連同主動(dòng)輪4一起傳動(dòng)），從而可以調(diào)整主、從動(dòng)輪之間的中心距。圖25 偏心軸套式結(jié)構(gòu)1——步進(jìn)電機(jī) 2——偏心套3——箱體 4——主動(dòng)齒輪 滾珠絲杠的支撐與軸承選用為了滿足高精度、高速度進(jìn)給系統(tǒng)的需要，除了應(yīng)用高精度、高速度的滾珠絲杠副外，還必須充分重視支撐的設(shè)計(jì)，注意選用軸向剛度高、摩擦力小、運(yùn)行精度高的軸承。絲杠一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子球軸承的稱為固定支承（G）。安裝一個(gè)深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子球軸承的稱為鉸支撐（J）；螺母相當(dāng)于固定支撐(G)。絲杠的支撐方式有兩端固定（GG），一端固定、一端鉸支(GJ),一端固定、一端自由（GZ），兩端鉸支（JJ），幾種。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝和精度。通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強(qiáng)度，新設(shè)計(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時(shí)，常常把螺母座或支撐座與機(jī)床本體做成整體來(lái)增大剛度。1)支承形式。采用一端固定、一端鉸支（GJ）的支承形式，其特點(diǎn)如下：需要保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝?yán)щy。壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高。絲杠有熱膨脹的余地。適用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠。 滾珠絲杠軸端的形式滾珠絲杠采用一端固定、一端鉸支的支承形式。下面詳述這兩種支承方式的軸端形式及尺寸。JE/~63mm、負(fù)荷鋼球圈數(shù)不大于5圈的滾珠絲杠固定式軸端形式及尺寸，形式和尺寸分別見表214和圖26.圖26 固定式軸端形式表214 公稱直徑16~63mm的滾珠絲杠固定式軸端形式及尺寸公稱直徑d0軸端部尺寸dMd1L1L2L鍵槽螺紋代號(hào)（6h或6g）寬度深度t長(zhǎng)度l公稱直徑（N9）公稱尺寸（H14）20M14╳1260/7118111/1224+2532M20╳1672/8726139/1545+32軸端部尺寸軸承型號(hào)e軸端內(nèi)六角軸端外六角e1S1W1W2e2s2mS╳H+1117╳227602015TN4+1327╳307603020TN 3)滾珠絲杠鉸接式軸端形式。滾珠絲杠鉸接式軸端形式和尺寸分別見表215和圖27所示。圖27 鉸接式軸端形式表215 滾珠絲杠鉸接式軸端尺寸工程直徑軸端部尺寸軸承型號(hào)d1d2L1mL201514+1580302322019+1780304 （2）滾珠軸承的選擇。絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠重力外，一般無(wú)外載荷，對(duì)絲杠軸承主要要求軸向精度和剛度較高，摩擦力矩盡量小。固定支承采用的有60o角接觸球軸承、雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承和推力軸承等，他們的特點(diǎn)及應(yīng)用見表216。表216 絲杠常用軸承的特點(diǎn)及應(yīng)用滾動(dòng)軸承類型軸向剛度軸向安裝預(yù)載調(diào)整摩擦力矩應(yīng)用60o角接觸球軸承大簡(jiǎn)單不需要小應(yīng)用廣泛，剛度要求變動(dòng)場(chǎng)合雙向推力角接觸球軸承中簡(jiǎn)單不需要小軸承剛度要求較高的場(chǎng)合圓錐滾子軸承小簡(jiǎn)單內(nèi)圈間有隔套時(shí)需要調(diào)整大軸承剛度要求不高的場(chǎng)合滾針軸承和推力滾子軸承組合特大簡(jiǎn)單不需要特大用于大牽引力、高剛度的大型機(jī)床深溝球軸承和推力軸承組合大復(fù)雜麻煩小應(yīng)用較少根據(jù)表216軸承特點(diǎn)的比較，而鉸支端要求軸向剛度大，可選用深溝球軸承，固定支承可選用60o角接觸球軸承，其特點(diǎn)：1） 接觸角大、鋼球數(shù)多、承載能力強(qiáng)、剛度高。2） 既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷，支承結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化。3） 軸承是按規(guī)定的預(yù)緊力供應(yīng)的，使用者不需要自己調(diào)整。4） 軸承啟動(dòng)摩擦力矩小，降低絲杠副驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。6 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的選擇按控制方式分類，控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)與其他兩種控制系統(tǒng)相比有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，雖然開環(huán)系統(tǒng)的精度已經(jīng)滿足不了數(shù)控機(jī)床日益提高的對(duì)控制功率、快速運(yùn)動(dòng)和加工精度的要求，但由于近年來(lái)發(fā)展了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)，出現(xiàn)了專用的細(xì)分功率驅(qū)動(dòng)模塊，步進(jìn)電機(jī)在低轉(zhuǎn)矩、高精度、速度中等的小型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在微電子生產(chǎn)設(shè)備中充分的發(fā)揮了他的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。開環(huán)控制系統(tǒng)主要是由驅(qū)動(dòng)控制環(huán)節(jié)（環(huán)形分配器和加減速電路）、執(zhí)行元件（步進(jìn)電機(jī)）和機(jī)床（滾珠絲杠、工作臺(tái)等）三大部分組成。開環(huán)系統(tǒng)的指令信號(hào)單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來(lái)，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。其驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，控制電路每變換一次指令信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步角距，通過(guò)齒輪、絲杠傳動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng)一定距離，該距離成為脈沖當(dāng)量。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于指令脈沖的頻率，轉(zhuǎn)角的大小由指令的脈沖數(shù)來(lái)決定。步進(jìn)電機(jī)有以下特點(diǎn)：1） 能方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)和啟?？刂?，啟停時(shí)間短。只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、及運(yùn)轉(zhuǎn)方向，在一定的頻率范圍內(nèi)，改變各相繞組的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，各種運(yùn)行方式都能實(shí)現(xiàn)任意的改變，且不會(huì)丟步。2） 輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無(wú)積累誤差。步進(jìn)電機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距，誤差自動(dòng)為零。3） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，響應(yīng)快。4） 輸出角與輸入脈沖嚴(yán)格成比例，且在時(shí)間上同步。步進(jìn)電機(jī)的步距角和旋轉(zhuǎn)速度不受各種干擾因素，如電壓、電流、波形、溫度等的影響。5） 維修方便，壽命長(zhǎng)。 縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇步進(jìn)電機(jī)是一種用脈沖信號(hào)控制的電動(dòng)機(jī)。在負(fù)載能力及動(dòng)態(tài)特性范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)將來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給脈沖輸出，步進(jìn)電機(jī)的角位移與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比。因此，步進(jìn)電機(jī)已成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中最主要的一種伺服動(dòng)力元件。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算：式中： ——