【文章內(nèi)容簡介】 這也是反應(yīng)式電機系統(tǒng)性能比混合式電機系統(tǒng)差的一個重要原因。混合式步進電機一般步距角θ較小，再加上混合式步進電機共振區(qū)不明顯，振蕩較小，在控制步進電機升降頻規(guī)律一致的情況下，運行要比反應(yīng)式步進電機穩(wěn)定?；旌鲜讲竭M電機系統(tǒng)的缺點在于混合式步進電機的制造比較復(fù)雜，電機的成本相對較高；其次是雖然混合式步進電機共振區(qū)不明顯，振蕩較小，但依然影響性能?？紤]到該機床垂直進給方向需用自鎖機構(gòu)，所以選用具有自鎖功能的混合式步進電機。.步進電機轉(zhuǎn)軸上啟動力矩的計算 310銑削時：=, =，根據(jù)公式311,分別取=，G=300N,==36[+（300+）]/(2) =由手冊可知：/=，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩=/=.確定步進電機最高工作頻率 311根據(jù)公式312,假定==1000根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進電機。57BYGH6403采用兩相四拍的通電方式。相數(shù)，3；步距角，；電流，；靜力矩,110；轉(zhuǎn)動慣量，280；引線數(shù)，4。 滾珠絲杠的選擇1. 滾珠絲杠的特點滾珠絲杠螺母副（以下簡稱滾珠絲杠副）是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)話的一種新型傳動機構(gòu)，在數(shù)控銑床中得到了廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠，使絲杠和螺母之間的運動成為滾動，以減少摩擦。在數(shù)控機床的傳動中，經(jīng)常用于代替滑動絲杠，以提高傳動精度。絲杠螺母副的特點：.用較小的扭矩轉(zhuǎn)動絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。.可達(dá)到很大的降速比，使降速機構(gòu)大為簡化，傳動鏈的以縮短。.能達(dá)到較高的傳動精。用于進給機構(gòu)時,還可兼作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸。.傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動效率=~,而一般的常規(guī)（滑動）絲杠螺母副的=~。所以滾珠絲杠的傳動效率比常規(guī)絲杠的傳動效率提高了3~4倍。因此功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/3~1/4。.給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，這樣反向時就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比較有較高的軸向精度。.運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。滾珠絲杠基本上是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎和運動速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性。由于滾珠絲杠基本上是滾動摩擦，與常規(guī)絲杠螺母副比較不宜出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動精度高。.有可逆性，由于滾珠絲杠副摩擦系數(shù)小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以由直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。絲杠和螺母都可以作為主動件，也可以作為從動件。.制造工藝復(fù)雜，滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也高，故制造成本高。例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般都要求磨削成型表面的。.不能自鎖，特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立刻停止運動，故常需要添加制動裝置。2. 滾珠絲杠的選擇計算1).載荷C的計算 312其中—，—，—最大的工作負(fù)載L—使用壽命工作負(fù)載F是指數(shù)控機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，他的數(shù)據(jù)可用進給牽引力的實驗公式計算：對于類似燕尾型導(dǎo)軌的機床= 313—X方向的切削力—Y方向的切削力—Z方向的切削力G—移動部件的重量—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)k—考慮牽引力矩影響的實驗系數(shù)選用滾動導(dǎo)軌，在正常潤滑情況下，對于類似燕尾型導(dǎo)軌k= ，=在銑削過程中，= ，=0， = ，G=300N 根據(jù)公式313,=0+(+2+300)=而L=60nT/10式中n—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）T—使用壽命（小時）對于數(shù)控機床，n一般取1250 r/min，T一般取15000h，因為L=60125015000/10=1125根據(jù)公式312,C==查表初步選用的型號為N系列16043，3列Q=4612N較為合適，這是一種內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)隙單螺母的滾珠絲杠副，其主要參數(shù)如下：名義直徑：=20mm，基本導(dǎo)程t=5mm，鋼球直徑：= mm ，絲杠內(nèi)徑=，絲杠外徑= ，循環(huán)列數(shù)3，額定動負(fù)載=6367 N ，螺母外徑D=72 mm，螺母內(nèi)徑=32 mm，螺母長度L=40 mm。2）.校核①效率計算： 從《機械原理》中得知，滾珠絲杠螺母副的傳動效率式中：—螺紋的螺旋升角；=—摩擦角；滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)=~，其摩擦角約等于(=~)。②剛度的驗算：數(shù)控機床的滾珠絲杠是一種精密的傳動元件，它在工作負(fù)載P的作用下，將伸長或縮短，在扭矩M的作用下，將向一方或另一方扭轉(zhuǎn)，這樣，滾珠絲杠的螺距就要產(chǎn)生變化，從而影響其傳動精度和定位精度，因此，滾珠絲杠應(yīng)驗算其滿載時的變形量。從《材料力學(xué)》中得知，滾珠絲杠受工作負(fù)載（軸向力）P的作用而引起一個螺距t的變化量,可按下式計算： (cm) 314其中：P—工作負(fù)載；t—滾珠絲杠螺距；E—彈性模數(shù)，對鋼而言（E=）；F—滾珠絲杠的橫截面積（按內(nèi)徑而定）；根據(jù)公式314 =cm滾珠絲杠受扭矩M作用而引起一個螺距t的變化量，可以按下式計算： (cm) 315其中—在扭矩M的作用下，滾珠絲杠每一螺距長度兩截面上的相對扭轉(zhuǎn)角； 其中，M—扭矩（）, 316=G—扭轉(zhuǎn)彈性；對鋼而言，G=—滾珠絲杠載面積的極慣性矩（其中d—滾珠絲杠的內(nèi)徑，cm） =根據(jù)公式316,==根據(jù)公式315, ==cm(可忽略不計)如果Y方向的滾珠絲杠的長度為100cm,則整個工作長度上的螺距變形總誤差： △=100/=cm/m查表得對E級絲杠，允許誤差△=15，故該滾珠絲杠滿足要求。③．穩(wěn)定性驗算：機床的進給絲杠通常是一種受軸向力的壓桿，如果軸向力過大，可使絲杠失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生翹曲。機床上的進給絲杠一般均為長柱。長柱壓桿失穩(wěn)時的臨界負(fù)載，可用《材料力學(xué)》中的歐拉公式計算（N） 317E—絲杠材料的彈性模數(shù)，對鋼而言E=；J—截面慣性矩，對實心圓桿而言，=1445；l—絲杠的工作長度，l=20cm；u—絲杠的軸端系數(shù)，由支撐條件決定，本設(shè)計是兩端向心軸承，u=1根據(jù)公式317,=N 臨界負(fù)載與工作負(fù)載P之比成為穩(wěn)定性安全系數(shù)。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[]，則該壓桿安全不致失穩(wěn)。[]=4故此滾珠絲杠不致失穩(wěn)。由于鉆、銑工作時，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速比較低，滾珠絲杠傳動時的振動就會非常小，所以臨界轉(zhuǎn)速就不用校核了。 軸承的選擇機床傳動軸的滾動軸承的失效形式，主要是在循環(huán)接觸應(yīng)力下的作用，滾動體和滾道表面上出現(xiàn)疲勞破環(huán)。即通常所說的疲勞剝落。而絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠和工作臺的重量外，一般無外載荷，對絲杠軸承的要求主要是軸向精度和剛度較高，摩擦力矩要小。所以選用角接觸球軸承，該軸承是與滾珠絲杠配合的專用軸承，其主要特點如下：.接觸角大，鋼球數(shù)多，承載能力高，剛度高。.既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷，支撐結(jié)構(gòu)可以簡化。.軸承啟動摩擦力矩小，降低絲杠副的驅(qū)動功率，提高進給系統(tǒng)的靈敏度。現(xiàn)選用7000C型號，基本尺寸為:d=10mm，外徑D=26mm，寬度B=8mm，基本額定動負(fù)荷=，基本額定靜載荷=，極限轉(zhuǎn)速（油潤滑）為28000。對軸承的疲勞壽命進行校核：由《機械設(shè)計》可知，軸承的基本額定壽命為： 　　　　　　　　　　　　318式中：P—當(dāng)量動載荷； —基本額定壽命； —壽命指數(shù)，一般球軸承=3；n—軸承工作轉(zhuǎn)速，n=1250；C—基本額定動載荷，C=2250N；其中：—沖擊載荷系數(shù)，；—徑向載荷；X、Y—徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。X=,Y=1；P=(0+)=根據(jù)公式318,15000h所以該軸承的選用也是合格的。 導(dǎo)軌的選擇銑床上的直線運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁等支承件上的導(dǎo)軌進行運動的，導(dǎo)軌的作用概括地說是對運動部件起導(dǎo)向和支承作用。在導(dǎo)軌副（如工作臺和床身導(dǎo)軌）中，運動的另一方（如工作臺導(dǎo)軌）叫作動導(dǎo)軌，不動的另一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。按摩擦性質(zhì)分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。在滑動導(dǎo)軌中有靜壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和普通滑動導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的原理和靜壓滑動軸承相同，該導(dǎo)軌多用于進給運動導(dǎo)軌。動壓倒軌，當(dāng)導(dǎo)軌面間的相對滑動速度達(dá)到一定值后，液體的動壓效應(yīng)是導(dǎo)軌的油腔處出現(xiàn)壓力油楔，把兩導(dǎo)軌面分開，從而形成以液體摩擦，這種導(dǎo)軌只能用于高速的場合，故僅用作主運動導(dǎo)軌，例如立式銑床導(dǎo)軌。普通滑動導(dǎo)軌的摩擦狀態(tài)有的為混合摩擦。按受力狀態(tài)可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。在部件自重和外載作用下，導(dǎo)軌面在導(dǎo)軌全長上可以始終貼合的稱為開式導(dǎo)軌，如龍門銑床的工作臺和床身導(dǎo)軌。部件的自重不能使主導(dǎo)軌面始終貼合，就必須增加壓板，形成輔助導(dǎo)軌面，稱為閉式導(dǎo)軌。：導(dǎo)向精度導(dǎo)軌在空載下運動和在切削條件下運動時，都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。保證軸承運動的準(zhǔn)確性，是保證導(dǎo)軌工作質(zhì)量的前提。幾何精度直線運動導(dǎo)軌的幾何精度一般包括：導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度（簡稱A項精度）；導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度（簡稱B項精度）；兩導(dǎo)軌面間的平行度，也叫作扭曲（簡稱C項精度）。在A、B兩項精度中，都規(guī)定了導(dǎo)軌在每米長度上和導(dǎo)軌全長上，兩導(dǎo)軌面間在橫向每米長度上的扭曲值。接觸精度磨削和刮研的導(dǎo)軌表面，接觸精度按的規(guī)定，采用著色法進行檢查。用接觸面所占的百分比或面積內(nèi)接觸點數(shù)衡量。精度保持性影響精度保持性的主要因素是磨損。提高耐磨性以保持精度，是提高機床質(zhì)量的主要內(nèi)容之一，也是科學(xué)研究的一大課題。常見的磨損形式有磨料（硬粒）磨損、粘著磨損（或咬焊）和接觸疲勞。磨料磨損經(jīng)常發(fā)生在邊界摩擦和混合摩擦狀態(tài)。磨粒夾在導(dǎo)軌面間隨之相對運動，形成對導(dǎo)軌面的切削，使導(dǎo)軌面產(chǎn)生劃傷。磨料磨損很難避免，是導(dǎo)軌防護的重點。粘著磨損也稱為分子——機械磨損。當(dāng)兩個摩擦表面相互接觸時，在高壓強下材料產(chǎn)生塑性變形，相對運動時的摩擦，又使表面層的氧化膜破壞，在新暴露出來的金屬表面之間，就會產(chǎn)生分子間的相互吸引和滲透，使接觸點粘結(jié)而發(fā)生咬焊。咬焊是不允許發(fā)生的。接觸疲勞發(fā)生在滾動摩擦副中，也是無法避免的。低速運動平穩(wěn)性當(dāng)導(dǎo)軌作低速運動或微量位移時，應(yīng)保證導(dǎo)軌運動的平穩(wěn)性，即不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。低速運動平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料和潤滑，與動、靜摩擦系數(shù)的差值，與傳動導(dǎo)軌運動的傳動鏈的剛度有關(guān)。結(jié)構(gòu)簡單平穩(wěn)性好大多數(shù)機床的導(dǎo)軌都要淬硬，因此導(dǎo)軌的精加工，不能淬硬。設(shè)計時要注意使導(dǎo)軌的制造和維修方便，刮研量少。如果采用鑲裝導(dǎo)軌，則應(yīng)盡量做到更換容易。2．導(dǎo)軌的潤滑潤滑的目的、要求及方法潤滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。潤滑要求供給導(dǎo)軌清潔的潤滑油。油量可以調(diào)節(jié)。盡量采取自動和強制潤滑。潤滑元件要可靠。要有安全裝。例如靜壓導(dǎo)軌在未形成油膜之前不能開車和潤滑不正常有報警信號等。導(dǎo)軌的潤滑方式有很多?？梢匀斯ざㄆ谙?qū)к壝鏉灿?。此法簡單易行，但不能?jīng)常保證足夠的潤滑。也可在運動部件上裝油杯，使油沿油孔流或滴向?qū)к壝妫部稍谶\動導(dǎo)軌面上裝潤滑電磁泵?；蚴謩訚櫥捅?，定時拉動幾下供油。為使?jié)櫥驮趯?dǎo)軌面上較均勻的分布，保證潤滑效果，需在導(dǎo)軌面上開出油溝。潤滑油的選擇導(dǎo)軌常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂，滑動導(dǎo)軌用潤滑油，滾動導(dǎo)軌兩者都可用。導(dǎo)軌潤滑油的粘度可根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件和潤滑方式選擇。高速低載荷可用粘度較低的潤滑油，反之，則用粘度較高的潤滑油。低載荷，高、中速的中、小型機床進給導(dǎo)軌，可用導(dǎo)軌油；中載荷的中低速導(dǎo)軌，可采用導(dǎo)軌油；重型機床的低速導(dǎo)軌，可用或?qū)к売汀?聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用來聯(lián)接兩進給機構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)傳遞扭矩和運動的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類型繁多，有液力式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器的應(yīng)用最為廣泛。套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動）。且要求兩軸嚴(yán)格對中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時受到一定限制。繞行聯(lián)軸器采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動力傳遞沒有方向間隙?！　⊥咕壥铰?lián)軸器構(gòu)造簡單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對中性好的場合。他的主要缺點是對兩軸的對中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機件內(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化。由此，在進行數(shù)控銑床的設(shè)計時，具體選用何種聯(lián)軸器應(yīng)根據(jù)上述幾種類型各自的優(yōu)缺點予以全面考慮。 傳動裝置的選擇傳動裝置種類繁多，一般選用閉式標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動。齒輪傳動的適用范圍很廣，傳遞功率可高達(dá)數(shù)萬千瓦，圓周速度可達(dá)150m/s(最高可達(dá)300m/s)。和其他機械傳動比較，齒輪傳動的主要優(yōu)點是工作可靠，使用壽命長；瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。4 可拆式數(shù)控銑床教學(xué)儀器機械部分的設(shè)計及制造由于所設(shè)計的可拆式數(shù)控銑床教學(xué)儀器不同于一般實用加工型數(shù)控銑床，它主要用來教學(xué)實驗，加工材料主要是石蠟或塑料，機床設(shè)計手冊中沒有針對此種材料列出銑削力的計算公式，即使套用軟的材料來估算銑削力，也難免引起大的誤差，因此，不能完全按照前一章的設(shè)計計算方法來進行設(shè)計，必須綜合考慮，下面就來介紹可拆式數(shù)控銑床教學(xué)儀器的主要設(shè)計過程。 電機的