【文章內(nèi)容簡介】 ，mm，為保證強(qiáng)度和精度，估取mm進(jìn)行計(jì)算。將各項(xiàng)數(shù)值代入式（19），得：mm。（3） 最大轉(zhuǎn)速限制滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足下式的要求： （17）式中，—絲杠底徑，mm；—絲杠最大轉(zhuǎn)速，r/min；—常取=50000~70000.已知絲杠最大轉(zhuǎn)速為=2500r/min，取=70000計(jì)算，得：mm。（4） 選擇絲杠直徑，由上述計(jì)算結(jié)果，可以得知選取的滾珠絲杠螺母副須滿足一下限制：mmmm查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》螺旋傳動篇，并為保證最大拉壓剛度，初選南京工藝裝備制造廠32063型滾珠絲杠螺母副，選取C0級精度。絲杠副采用內(nèi)循環(huán)方式，浮動式反向器，單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向力的1/3，即=400N。絲杠副的主要技術(shù)參數(shù)如表8所示。表8 Z軸滾珠絲杠螺母副的主要技術(shù)參數(shù)規(guī)格代號底徑（mm）公稱直徑（mm）導(dǎo)程（mm）額定動載荷（kN）額定靜載荷（kN）螺母剛度（）螺母長度（mm）32063321283999 滾珠絲杠支承軸承的選擇計(jì)算動態(tài)等效載荷：表9 徑向載荷系數(shù)（）和軸向載荷系數(shù) （）[4]組合列數(shù)2列3列4列組合形式代號DFDTDFDDTDDFTDFFDFTDTT承受軸向載荷的列數(shù)1列2列1列2列3列1列2列3列4列———————————————動態(tài)等效載荷： （18）式中，—徑向載荷，N；—軸向載荷，N；—徑向載荷系數(shù)，見表9；—軸向載荷系數(shù)，見表9。計(jì)算動載荷： （19）代入數(shù)值，得12638N。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，其軸端軸承安裝軸直徑為20mm，故應(yīng)選取軸承內(nèi)徑為20mm，查閱參考文獻(xiàn)[4]的表1116，選定滾動軸承型號為20TAC47A型，其額定動載荷為17930N，大于計(jì)算動載荷，臨界軸向載荷為20870N，大于軸向載荷。滿足設(shè)計(jì)要求。20TAC47A型軸承的主要參數(shù)如下：安裝方式為雙列面對面安裝（DF），預(yù)緊力為2160N，軸向接觸剛度為760，m。 Z軸進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇計(jì)算選擇的進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)，應(yīng)滿足如下要求：在所有進(jìn)給速度范圍內(nèi)（包括快速移動），空載進(jìn)給力矩應(yīng)小于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；最大切削力矩小于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；加、減速時間應(yīng)符合所希望的時間常數(shù)；快速進(jìn)給頻繁度應(yīng)在希望值之內(nèi)。為選取滿足上述要求的電動機(jī)，需要進(jìn)行負(fù)載扭矩計(jì)算，功率計(jì)算，加減速扭矩計(jì)算，并進(jìn)行慣量匹配驗(yàn)算。在此，依據(jù)功率要求和轉(zhuǎn)矩要求進(jìn)行電機(jī)選型，之后進(jìn)行慣量匹配計(jì)算。滾珠絲杠克服外部載荷P作等速運(yùn)動所需力矩為： （20） （21）式中，—等速運(yùn)動時的驅(qū)動力矩，Nm；—滾珠絲杠預(yù)緊力矩,Nm。—預(yù)緊力，N?！z杠導(dǎo)程，mm；—滾珠絲杠預(yù)緊力矩系數(shù)，~；—加在絲杠上的外部載荷，N；—作用于絲杠上的切削力，N；—滾珠絲杠的效率；—未加預(yù)緊的絲杠效率；—絲杠底徑，mm；—絲杠導(dǎo)程，mm；—單對支承軸承啟動力矩，Nm；—支承軸承對數(shù)。代入數(shù)據(jù)，得，= Nm。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足， Nm。加、減速移動時，慣性力小于軸向工作載荷，其驅(qū)動力矩也相應(yīng)小于，不再重復(fù)計(jì)算。工進(jìn)時所需功率： （22）式中，—工進(jìn)時所需功率，kW；—工進(jìn)時進(jìn)給速度，m/s；—進(jìn)給力，N。代入數(shù)值，得：=?？爝M(jìn)至最大速度時所需功率： （23）式中，—快進(jìn)最大需求功率，kW；—快進(jìn)速度，m/s，—慣性力，N。代入數(shù)值，得：=。故電動機(jī)的功率要滿足下式的關(guān)系： （24）式中，—進(jìn)給傳動系統(tǒng)機(jī)械效率，綜合考慮絲杠預(yù)緊、導(dǎo)軌、聯(lián)軸器效率的影響，；—電機(jī)超載時的容許系數(shù)。代入數(shù)值。綜上計(jì)算，選擇的電機(jī)應(yīng)滿足轉(zhuǎn)矩和功率兩方面要求，滿足轉(zhuǎn)矩： Nm。選擇深圳眾為興公司ACH系列ACH—13100C電機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓：220V；額定功率：1kW；額定轉(zhuǎn)矩4 Nm；最大轉(zhuǎn)矩12 Nm；額定轉(zhuǎn)速：2500r/min；轉(zhuǎn)子慣量：；電機(jī)軸直徑：22mm。電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠連接，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，選取膜片式聯(lián)軸器，膜片式聯(lián)軸器是一種用不銹鋼膜片作為撓性組件的撓性聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、承載能力大、傳動效率高、精度高、強(qiáng)度高、等優(yōu)點(diǎn)，可用于高、低溫，高、中速，大轉(zhuǎn)矩和有油和水的場合。在此，根據(jù)電機(jī)軸直徑、長度和絲杠鏈接尺寸來選定型號，所選型號為：。[5][6]本設(shè)計(jì)選用直線滾動導(dǎo)軌副，滾動體為滾珠，帶保持架。直線滾動導(dǎo)軌副較滑動導(dǎo)軌而言，具有很多明顯的優(yōu)勢。其摩擦系數(shù)非常小，這使機(jī)床的溫升更小，噪音更低，壽命更長，精度更高，顯著提高了整體性能，直線滾動導(dǎo)軌副靜、動摩擦因素很接近，因此不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，能夠使用油脂進(jìn)行潤滑。但滾動導(dǎo)軌副也有成本較高，阻尼比小等缺點(diǎn)。[3]直線滾動導(dǎo)軌副具有如下特點(diǎn)：長壽命，因?qū)к壞Σ料禂?shù)很低，磨損小，壽命很長；高速性；等速性；低噪音；低發(fā)塵性；長期免維護(hù)免保養(yǎng)。直線滾動導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，一般先對其進(jìn)行受力分析，然后根據(jù)導(dǎo)軌工作條件和壽命要求計(jì)算動載荷，在次基礎(chǔ)上進(jìn)行選型。為分析方便，進(jìn)行受力分析時將斜床鞍等效為水平床鞍，其受力情況不變。Z軸進(jìn)給系統(tǒng)采用兩根平行導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌條上分別布置兩個滑塊，由四個滑塊共同支承大滑板。確定兩根導(dǎo)軌距離為277mm，Z向上滑塊間距為140mm?；瑝K中心到切削點(diǎn)的垂直距離為150mm，絲杠中心軸到X方向兩滑塊中點(diǎn)的距離為0。對四個導(dǎo)軌滑塊進(jìn)行受力分析，如圖4所示。圖4 Z軸導(dǎo)軌滑塊受力分析 根據(jù)力的獨(dú)立作用原理，分別考慮、對每個滑塊的影響，再將每個力對同一滑塊所施加的力和力矩相加，求出各滑塊所承受的載荷。首先考慮進(jìn)給力的作用，對O點(diǎn)取矩，得： （25） （26） （27） （28）同理，對點(diǎn)取矩，可得： （29） （30）用同樣的方法，求出主切削力和徑向力對每個滑塊的作用力。部件重量也會對滑塊產(chǎn)生作用力，法向：=1273N，側(cè)向：=735N。把重力和主切削力、進(jìn)給力、徑向力對每個滑塊的作用力列入表11中。由表11可知，滑塊A受力最大，故只需計(jì)算滑塊A的動靜載荷。計(jì)算滑塊A的工作載荷： （31）代入數(shù)值，得出：=4482N。滾動支承的計(jì)算方法與滾動軸承的計(jì)算類似，以在一定載荷下運(yùn)行，96%的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)，這個載荷就是額定載荷。運(yùn)行的距離就稱為支承的額定壽命。對于滾動體為滾珠的滾動支承，額定壽命為50kM。[4]表11 、和對Z軸滑塊的作用力合力支反力/N、1273/4=552=2640=768427= 2401398側(cè)向力/N、735/400=105612=9688滾動支承的預(yù)期壽命，除了與額定動載荷和導(dǎo)軌的實(shí)際工作載荷有關(guān)之外，還與導(dǎo)軌的硬度、滑塊部分的工作溫度和每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)有關(guān)。計(jì)算過程如下： （32）式中，—滾動支承的預(yù)期壽命，kM，一般取50；—額定動載荷，N；—滑塊A的工作載荷，N；—硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)和載荷系數(shù)，見表12.根據(jù)表12，分別取=，=，=，=，將各參數(shù)值代入式（32），得：。在保證選用的導(dǎo)軌副滿足動載荷要求的前提下，還應(yīng)保證滿足靜載荷要求，滾動導(dǎo)軌靜載能力計(jì)算如下：C0≥fsP0 （33）式中，P0—滾動功能部件在垂直于運(yùn)動方向所受最大靜載荷； C0—基本額定靜載荷，kN；fs—靜態(tài)安全系數(shù)，考慮啟動和停止時慣性力對P0的影響，見表13。表12 直線滾動導(dǎo)軌硬度、溫度、接觸和載荷系數(shù)[4]硬度硬度HRC59645550硬度系數(shù)fH溫度溫度100150200溫度系數(shù)fT接觸滑塊數(shù)234接觸系數(shù)fc載荷載荷速度/m/min無沖擊振動≤15輕沖擊振動15~60有沖擊振動60載荷系數(shù)fw1~~2~表13 靜態(tài)安全系數(shù)fs運(yùn)動條件載荷條件fs的下限值不經(jīng)常運(yùn)動情況沖擊小、導(dǎo)軌撓曲變形小時~有沖擊、扭曲載荷作用時~普通運(yùn)動情況普通載荷、導(dǎo)軌撓曲變形小時~有沖擊、扭曲載荷作用時~由于存在扭曲載荷，取fs=，查表11，知P0=4278N，故代入數(shù)值，可得：C0≥10695N≈。根據(jù)以上動靜載荷要求，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》進(jìn)行選型，考慮選用南京工藝裝備制造廠GGB20AA型直線滾動導(dǎo)軌，其額定動載荷=，額定靜載荷C0=，滿足使用要求，選用3級精度，中預(yù)加載。（1）扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算[3]對于鋼的抗扭剛度，有如下量綱公式： KTSP=dsp4L (34)式中，L—軸承支承距離，mm；dsp—絲杠底徑，mm。 （35）式中量綱： KTS（），（mm），（mm），L（mm）。代入數(shù)值，得： KTS=2602。（2）拉壓剛度計(jì)算拉壓剛度按下式計(jì)算： （36）式中量綱： KS（），（mm），L（mm）。代入數(shù)值，得： KS257（3）總剛度的計(jì)算對“雙推—支承”絲杠支承方式進(jìn)行剛度等效。設(shè)螺母位于中點(diǎn)位置，于是有： （37） 系統(tǒng)的總剛度按下式計(jì)算： （38）式中，—系統(tǒng)總剛度，；—軸承剛度，；—拉壓剛度，；—絲桿螺母剛度，；—扭轉(zhuǎn)剛度，；—螺母座剛度。取螺母座的剛度=1000，其余剛度根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果得出，或在已選元件的技術(shù)參數(shù)中查得。代入各項(xiàng)剛度值，得：=217。（4）確定機(jī)械諧振頻率機(jī)械傳動部件的諧振頻率： （39）式中，—機(jī)械諧振頻率，rad/s；—工作臺質(zhì)量，kg。代入數(shù)值，得：=1203rad/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)滿足如下關(guān)系： （40）式中，—電氣驅(qū)動部件的諧振頻率，此處取450rad/s進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得=，符合式（41）的要求。[3]臨界轉(zhuǎn)速nc(r/min): （41）式中，—絲杠底徑，mm；—絲杠支承距離，mm；—與支承方式有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表7。代入數(shù)值，得，=16850r/min2500r/min，說明臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于實(shí)際轉(zhuǎn)速，滿足要求。[3][4]為使進(jìn)給伺服系統(tǒng)的進(jìn)給執(zhí)行部件具備快速響應(yīng)能力，需要使電機(jī)軸慣量與進(jìn)給負(fù)載慣量有合理的匹配關(guān)系，通常電機(jī)慣量和折算至電機(jī)軸的負(fù)載慣量要滿足以下關(guān)系：