【文章內(nèi)容簡介】 5)查取齒形系數(shù) 由參考資料[6]表105查得6)查取應(yīng)力校壓系數(shù)由參考資料[6]表105查得 7)計(jì)算齒輪的并加以比較 (2)設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比設(shè)計(jì)結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)；由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定承載能力僅于齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)：取。這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 幾何尺寸計(jì)算(1) 計(jì)算分度圓直徑 則(2) 計(jì)算中心距 (3) 計(jì)算齒輪寬 取 (1) 按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷Cam已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷，查參考書[5]表228得，載荷系數(shù)；查參考書[5]表229，初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為3級(jí)精度，取精度系數(shù)；查表230得，可靠性系數(shù)。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速為最大切削進(jìn)給速度時(shí)的轉(zhuǎn)速），已知，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，則由參考書[1]式（219）得(2) 根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為50μm，重復(fù)定位精度為20μm，則由參考文獻(xiàn)[5]式（223）、式（224）得 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。(3) 估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m。滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用一端固定、一端游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度≈（~）行程+（25~30）L0取 由參考書[5]中式（225）得 (4) 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得的,，d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號(hào)為FFZD32045（見參考書[5]附錄A表A3），其公稱直徑d0、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和螺紋底徑如下： 故滿足要求。(5) 將以上結(jié)果用于該部件的裝配圖設(shè)計(jì)（見附圖1），其計(jì)算簡圖如圖31所示。 圖31 普通車床數(shù)控化改造計(jì)算簡圖 臨界壓縮載荷的校驗(yàn)已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑d2=，由圖45可知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度L1=313mm，絲杠水平安裝時(shí)，取K1=1/3，查表244得K2=2，則由式參考書[5]中式（235)得 本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。 臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)由圖31得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度，其彈性模量，密度，重力加速度。滾珠絲杠的最小慣性矩為 滾珠絲杠的最小截面積為 取，由表244得，則由參考書[5]中式（236）得 本橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 額定壽命的檢驗(yàn)查附錄A表A3得滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷Ca=15000N，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則由式（237）、式（238）得 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 支承用軸承的選擇與校核 軸承的選擇 (1) 已知，則 故 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表225得，徑向系數(shù),軸向系數(shù)。(2) 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷。 根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]中公式（138a）得， 軸承轉(zhuǎn)速，預(yù)期計(jì)算壽命。根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]式（136），軸承應(yīng)有的基本額定載荷值。 (3) 因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采用一端固定、一端游動(dòng)的方式，所以選用60度角接觸軸承組背對(duì)背安裝，以承受兩個(gè)方向的軸向力。由于滾珠絲杠的螺紋底徑，所以選用軸承的內(nèi)徑，以滿足結(jié)構(gòu)的需要。查參考資料[6]附錄表A2選擇的760206TNI軸承。 軸承的校核(1) 軸承的基本額定靜載荷，而該軸承在12000h工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷，故滿足要求。(2) 在油脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為，高于機(jī)床滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速，滿足要求。(3) 驗(yàn)算軸承的壽命。 故滿足要求。 760206TNI角接觸球軸承，尺寸為。 軸承的潤滑：選擇脂潤滑。潤滑脂形成的潤滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當(dāng)長的一段時(shí)間。 軸承的密封：氈圈油封。在軸承蓋上開出梯形槽，將毛氈制成環(huán)形或帶形，放置在梯形槽中與軸承密合接觸，或者在軸承蓋上開缺口放置氈圈油封，然后用另為一個(gè)零件壓在氈圈油封上，以調(diào)整毛氈與軸的密合程度，從而提高密封效果。 計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度 本機(jī)床橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的絲杠支承方式為一端固定、一端游動(dòng)。絲杠的拉壓剛度Ks可由參考書[5]式（242）計(jì)算。 已知滾珠絲杠的彈性模量，滾珠絲杠的底徑。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度，根據(jù)式（243a）得 當(dāng)時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度，根據(jù)式（243b）得 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb已知滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=150，軸承的最大軸向工作載荷，則由表24表246得 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度Kc查附錄A表A3得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，則由式（246b）得 計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K由式（247a）得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。由式（247b）得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為 故。 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度由圖45得扭矩作用點(diǎn)之間的距離，已知滾珠絲杠的剪切模量，滾珠絲杠的底徑，則由式（248）得 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 計(jì)算負(fù)載慣量(1) 計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jr已知滾珠絲杠的密度ρ=103kg/cm3,則由式（263）得 (2) 計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL已知機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的總質(zhì)量m=197kg；絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向距離移動(dòng)的距離L=，則由式（265）得 (3) 計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (4) 由式（266）計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 計(jì)算負(fù)載力矩(1) 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一周，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率,則由式（254）得 (2) 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦負(fù)載力矩Tμ已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力（即空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力），則由式（255）得 (3) 計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩。 已知滾珠絲杠螺母副的效率0，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力Fp為 則由式（256）得 (4) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算。①空載時(shí)（快進(jìn)力矩），由式（257a）得 ②切削時(shí)（工進(jìn)力矩），由式（257b）得 計(jì)算加速力矩根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，初選130BC3100型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量；對(duì)開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速世界。當(dāng)機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 由式（259）得 (1) 按式（261）計(jì)算空載啟動(dòng)力矩 (2) 按式（257a）計(jì)算快進(jìn)力矩TKJ (3) 按式（257b）計(jì)算工進(jìn)力矩TGJ (1) 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算選擇國產(chǎn)130BC3100型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)，3；步距角，176。/176。；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；分配方式，三相六拍；質(zhì)量，10kg。(2) 確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts由參考資料[5]中表248給出的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可得 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為 取和中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，即。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時(shí)間里正常啟動(dòng)，故滿足要求。(3) 驗(yàn)算慣量匹配為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量JL與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足式（267），即 因?yàn)?，故滿足慣量匹配要求。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析(1) 計(jì)算在絲杠工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為，滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已，則 (2) 計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 由以上計(jì)算可知，絲杠工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率，都比較高。一般按的要求來設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜摩擦力，由式（252）得 即，故滿足要求。由式（253）得 即，故滿足要求。(1) 計(jì)算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量θ已知負(fù)載力矩，由圖45得扭矩作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，則由式（249）得 (2) 由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度，由式（250）得 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列要求： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為3級(jí)，查參考書[5]中表220得；當(dāng)螺紋長度為700mm時(shí)，查表221得，；，滿足設(shè)計(jì)要求。滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)為FFZD32045P3/920700，其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：32mm，4mm；螺紋長度：700mm；絲杠長度：920mm；類型與精度：P類，3級(jí)精度。66第4章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容 硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ),也是軟件編制的前提,數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖。機(jī)床硬件電路由五部分組成：(1) 主控制器，即中央處理單元CPU。(2) 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。(3) 存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(4) 接口，即輸入/輸出接口電路。(5) 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。 RAMROM CPU光電隔離功 率放大器I/O接口步進(jìn)電機(jī) 外 設(shè)鍵盤，顯示器及其他