【文章內(nèi)容簡介】 （內(nèi)循環(huán)浮動返向器），5008FFZD 的基本尺寸為： 公稱直徑： od =50mm， 螺距： oL =8mm 剛球直徑： qd =5mm， 螺紋升角， ? = 39。339? 絲杠外徑， d = od (～ ) qd = 01000SVn L?山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 14 螺紋底徑， 1d =30mm 其動載荷 aC =25000 mC =13194N 故選擇符合要求，絲杠可用。 傳動效率的計算 根據(jù)《機 械設(shè)計原理》滾珠絲杠的傳動效率 η的計算公式為： ? ??? ?? ?? tantan 式中： ? 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知， ? = 39。339? ? 摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角 θ≈10′ 則可得： )01392ta n( 393ta n 39。39。??? ??? =97% 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負荷 xF 引起 的導(dǎo)程的變化量： EFLFL X 01 ??? 其中：彈性模量對于鋼為： 26 /1021 cmNE ?? 滾珠絲杠橫截面積： F（ 2cm ） 而： 22249232 cmdF ??????????????? ?? 則： 01 LFL X??? /EF 661 9 0 3 0 . 8 1 0 . 2 1 02 1 1 0 7 . 1 ??? ? ? ? ??? cm 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 15 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 2L? 很 小，可以忽略，故 1LL ??? ； 故導(dǎo)程的變形誤差為： ????? LLL mum/? 查表得 E 級精度絲杠所允許的螺紋 誤差（ 1m長）為 15 m? /m ，故剛度足夠 。 穩(wěn)定性的驗算 (1)臨界壓縮載荷的驗算 由于縱向（ X 軸）的滾珠絲杠兩端采用的是滾珠絲杠螺紋副固定，絲杠一般不會受壓，又由 于機床的原普通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能滿足要求。 (2)臨界轉(zhuǎn)速的驗算 由計算得已知絲杠平均工作轉(zhuǎn)速為： 156 .3 m in 100 m inn r r?? 因此，必須進行臨界轉(zhuǎn)速的驗算，即： crccr flAEIfnn 22m a x30???? 其中式中符號表示： mazn 絲杠的最大轉(zhuǎn)速：m a x01000 1 0 0 0 * 2 .5 3 1 2 .5 m in8m a z VnrL? ? ? 2f 絲杠支承方式系數(shù)取 ?f （因為 沒有受壓） r =9910 2222cfdL mmddd q ?????? 絲杠的長度。 l = 工作最大行程 + 螺母長度 + 兩端余量（取 40mm） 螺母長度由《機床零部件設(shè)計》上可查得，絲杠設(shè)計部分 l = 680 + （ 131 + 40） 2 = 680 + 342 = 1022mm 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 16 支撐跨距 1l 應(yīng)略大于 l 取 1l = 1100 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 cL = 680 + 131 + 40 + 1100 10222? = 811 + 40 + 39 = 890mm 24 .7 3 0 .0 3 49910 0 .8 9 2r ??? =9533 /minr 可見滿足： m a x 3 1 2 .5 / m inr n r?? 所以滿足穩(wěn)定性的要求。 齒輪傳動設(shè)計的有關(guān)計算： 由于初選的步進電動機（ 110BF004）的系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 p? =。 步距角為： ? ?? 絲杠導(dǎo)程為： 8oL mm? 如果不采取齒輪傳動，那么每個脈沖對應(yīng)的絲杠螺母傳動的距離為： mmLL 0 0 脈沖當(dāng)量????? 所以需要有減速機構(gòu)，也就是要設(shè)計齒輪減速。 采用減速齒輪具有如下特點： ① 便于配置出所要求的脈沖當(dāng)量 ； ② 減小工作臺以及絲杠折算到電動機軸上的慣量 ； ③ 放大電動機輸出扭矩，即增大工作臺的推力 。 但采用減速齒輪會帶來額外的傳動誤差，使機床的快速移動速度降低，并且其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動慣量，這些應(yīng)引起注意。 步進電機型號的計算選擇 步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電信號轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移的機電元件。每輸入一個脈沖，步進電動機轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一定角度，它與普通的勻速旋轉(zhuǎn)的電動機不同，它是步進式的，所以稱步進電機。它的優(yōu)點有：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)相對應(yīng) ， 改變通電順序可以改變步進電機的旋轉(zhuǎn)方向；步矩誤差不會長期積累；在負載范圍內(nèi)步矩角和山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 17 轉(zhuǎn)速不受電源電壓波動的影響，而僅與脈沖頻率有關(guān)；維持控制繞組的電流不變，電機便停在某一位置上不動，即步進電機有自整角能力，不需要機械制動，步矩角可在很大的范圍內(nèi)變化；步進電機的主要特性：步矩角、啟動頻率、連續(xù)運行頻率和加減速特性。步進電機的缺點是效率低，拖動負載的能力不大，脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)整范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過 18000 Hz。 數(shù)控系統(tǒng)對伺服電機的基本要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機需滿足調(diào)速要求。負載特性硬， 在調(diào)速范圍內(nèi)電機應(yīng)有足夠的驅(qū)動力矩，動態(tài)響應(yīng)快，為了使步進電機正常工作運行（不失步、不超程），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，電機最大靜轉(zhuǎn)矩（步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)），必須大于電機的實際最大啟動力矩。電機的運行頻率必須大于電機實際最高工作頻率。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機床移動部件相對于每一個進給脈沖信號的位移量，其大小視機床的加工精度而定。根據(jù) XA5032 銑床工作狀況選系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 。步矩角?? 。 根據(jù)同類型的機床及以往的經(jīng)驗，結(jié)合重量輕、功耗小、外觀尺寸和與步距角相配合的原則，初選步進電動機類型，然后驗算是否滿足使用要求，否則選取其它型號，最后直到滿足要求為止。 初選步進電機型號為： 110BF004 反應(yīng)式步進電動機。 縱向步進電機選擇計 算 (1)根據(jù)《機電一體化基礎(chǔ)》所提供 的計算公式： ? ? ???????? ??????????????????? 2221 21 ?PgGJJiJJ XSd 式中： dJ 折算到電機軸的慣量 )( 2cmKg? ； 21,JJ 小 大齒輪 的慣量 )( 2cmKg? ； SJ 絲杠慣量 )( 2cmKg? ； XG 橫向工作臺及夾具重量 )(N ， NGX 2156? ； P 絲杠螺距 )(cm ， cmP ? ； 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 18 (2)負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 計算快速空載起動時所需力矩 起M 依據(jù)公式： 0m a x MMMM fa ???起 式中： 起M 快速空載起動力矩 )( cmN? ； maxaM 空載起動時折算到電機軸上最大加速力矩 )( cmN? ； fM 折算到電機軸上的摩擦力矩 )( cmN? ； 0M 由于絲杠預(yù)緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩 )( cmN? ； 又： ??? ?JM a max 式中： ?J 慣量和 )( cmN? ， 3 1 4dMJ J J N c m? ? ? ? ? ? ?； ? 電機最大角加速度 )( 2srad ； 又： ??260maxatn? 其中： maxn 電機最大轉(zhuǎn)速 )min(r ； at 運動部件從停止起動加速到最大快進速度所需時間 )(s 取 25ms 又： ?360maxmax P bVn ? ?? 則： m a x 2 5 0 0 0 . 7 5 5 2 1 / m in0 . 0 1 3 6 0nr???? 則： 52160 ? ? ?? s? 故： ??? ?JM a max ?? 140N cm?? 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 19 又因為： iLFM f ?? ??2 00 式中： 0F 導(dǎo)軌的摩擦力 )(N ； ? 傳動鏈總效率 ，一般可取 ~?? ，現(xiàn)取 ?? ； 又： )(0 XfN GFfF ?? 式中： fNF 垂直方向的切削力 )(N ， ( 0. 2 0. 3 ) 37 5fN cF F N??； f 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， ?f (貼塑導(dǎo)軌 )； YG 橫向工作臺及夾具重量 )(N ， 2200XGN? ； 則： 0 0 .0 4 (3 7 5 2 2 0 0 )F ? ? ?=103N 故： 1 0 3 0 .82 3 .1 4 0 .8 1 .6 7fM ?? ? ? ?? 又： ? ?20210 12 ??? ??? iLFM P 式中： 0PF 滾珠絲杠預(yù)加載荷，取 0 1 3873PmF F N??； 0? 滾珠絲杠預(yù)緊時的傳動效率， 0 95%? ? ； 故： ? ?20 3 8 7 0 .8 1 0 .9 52 3 .1 4 0 .8 1 .6 7M ???? ? ? ? 37 (1 0. 9) 3. 7 N cm? ? ? 0m a x MMMM fa ???起 =140++= cmN? (4)快速進給時所需力矩 快M 依據(jù)公式： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 20 0MMM f ??快 而： 13 .5M N c m? ? ? ?快 故有： 1 3 .5 1 5 3 .5M N c m M N c m? ? ? ? ?快 起 (5)最大切削負載時所需力矩 切M 根據(jù)公式： tf MMMM ??? 0切 式中： tM 折算到電機軸上的切削負載力矩 )( cmN? ； 又有公式： iLFM ft ?? ??2 0 式中： fF 進給方向最大切削力 )(N ， (1 1 .2 ) 1 .2 1 5 0 0 1 8 0 0fCF F N? ? ? ?； 則： 1 8 0 0 0 . 82 3 . 1 4 0 . 8 1 . 6 7tM ?? ? ? ?172N cm?? 故： tf MMMM ??? 0切 172? ? ? cm?? (6)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 依據(jù)文獻《實用機床設(shè)計手冊》上，有： ① 對于在最大切削力下 工作時所需要電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： ~ ax 切MM j ? ~? 37 1 ~ 61 8N cm?? ② 對于空載起動時所需要的電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： 起MM j ? 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 21 ? cm?? 由 ① 和 ② 可知，以計算得： max1jM 恒大于 2maxjM 所以就以 1maxjM 作為選取步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進電機為 110BF004 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：m ax 1689 jN cm M?? 所以初選的步進電機型號符合要求。 步進電機動載荷矩頻特性和運行矩頻特性 由《數(shù)控技術(shù)》得：動矩頻特性： PVf ?601000 maxmax ? 1000 ?? ?=4167Hz 運行矩頻特性： PSeVf ?601000? 其中 ： eV 最大切削力下的進給速度 )min(m ，可取最高進給速度 max minVm? 的 31~21 ，現(xiàn)取中間值，即 m a x7 1 .4 6 m in12SV V m?? 。 所以 ： ef? 1000 ?? ? =2431Hz 由步進電機 110BF004 的矩 頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進電機在起動時力矩是滿足要求的。 所以最終就確定步進電機的型號為： 110BF004 反應(yīng)式步進電動機。 橫向 (Y軸 )的設(shè)計 Y 軸的絲杠選擇與 X 軸一樣