【文章內(nèi)容簡介】 () 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 2 6 4 22 3 1 . 5 1 0 7 . 8 1 044A d m?? ??? ? ? ? ? ? cL —— 臨界轉(zhuǎn)速計算長度： 1 1 2 5 0 0 3 5 01 8 0 4 0 3 5 1 . 5 0 . 422cLm?? ? ? ? ? ? 取 1 L m?? ， 2k —— 安全系數(shù)，一般取 2 ? ； ? —— 材料的密度： 10 /kg m? ?? ； 2f —— 絲杠支承方式系數(shù)，查表得 2 ? ， 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 共 41 頁 2 m a x20 . 0 3 1 59 9 1 0 4 . 7 3 0 4 3 6 5 0 / m in 1 5 0 0 / m in0 . 4crn r n r? ? ? ? ? ? 滿足要求。 （ 3） 絲杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計算公式： 兩端固定： 11 1 1 1 1 ( / )4e B c H S NmK K K K K ? ?? ? ? ? () 式中 Ke —— 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)； KH—— 螺母座的剛度 (N/μ m)； Kc—— 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 (N/μ m)； KS—— 絲杠本身的拉壓剛度 (N/μ m)； KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。 1) 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本。 2) 軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。 3) 螺母座的剛度可近似估算為 1000。 4) 絲杠本身的拉壓剛度： 對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： 61 0 /s A E lK N ma l a ??????????? () 式中 A—— 絲杠最小橫截面， 222 ()4A d mm??； E—— 材料的彈性模量， E=?1011(N/m2)； l—— 兩支承間距 (m)； a—— 螺母至軸向固定處的距離 (m)。 已知：軸承的接觸剛度 108 0 /BK N m?? ，絲杠螺母的接觸剛度 716 .7 /CK N m?? ，絲杠的最小拉壓剛度 m in 545 .2 /sK N m?? （見后面計算）。螺母座剛度 100 0 /HK N m?? 。 1 1 1 1 14 1 0 8 0 7 1 6 . 7 1 0 0 0 4 5 4 5 . 2eK ? ? ? ??? 324 /eK N m??? 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率 ： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 共 41 頁 /eB K rad sm? ? () 式中 m—— 絲杠末端的運動部件與工件的質(zhì)量和 (N/μ m)； Ke—— 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)。 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/min，能滿足要求。 （ 4） 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計算： mT dK L? () 式中 md —— 絲杠平均直徑： L—— 絲杠長度 43 1 . 7 57 . 8 4 1 5 9 3 4 /500TK N m r?? 扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 : ()3TTswzK JJJ? ? ?? () 式中 JW—— 運動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量 (kg178。 m2)； JZ—— 絲杠上傳動件的轉(zhuǎn)動慣量 (kg178。 m2)； JS—— 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 (kg178。 m2)。 由文獻 [7， 8]得： 平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為 2 4 22 0 0 0 0 . 0 1( ) 5 . 2 1 09 . 8 1 2J k g m? ? ?? ? ? 絲杠轉(zhuǎn)動慣量： 2 2 21 1 1()8 8 4s s s s sJ m d d d L??? ? ? ? 34421 10 324 10 k g m?? ? ? ? ? ??? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 共 41 頁 10zJ kg m??? 415934 44 27 .1 / 42 29 7 / m i n4( 5. 2 1. 6 ) 103T rad s r? ?? ? ?? ? ? 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/min，可以滿足要求。 （ 5） 傳動精度計算 滾珠絲杠的拉壓剛度 24s dEK L?? () 導(dǎo)軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中， L 值分別為 300mm 和 100mm。 最大與最小機械傳動剛度： 25m a x 0 . 0 3 1 5 2 . 1 1 0 1 6 3 5 . 7 /4 0 . 1s AEK N mL ? ?? ? ?? ? ?? 25m i n 0 . 0 3 0 5 2 . 1 1 0 1 0 2 . 5 /4 0 . 3s AEK N mL ? ?? ? ?? ? ?? 最大和最小機械傳動剛度： m a x m i n 11 2 4 0 . 6 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 5 4 5 . 2 1 / 7 1 6 . 7 1 / 1 0 8 0o s C BK N mK K K ?? ? ?? ? ? ? m a x m a x 11 3 4 1 /1 / 1 / 1 / 1 / 1 6 3 5 . 7 1 / 7 1 6 . 7 1 / 1 0 8 0o s C BK N mK K K ?? ? ?? ? ? ? 由于機械傳動裝置引起的定位誤差為 0 0 m in 0 m a x11()k FmKK???? () 111 4 5 6 . 6 ( ) 1 . 7 82 4 0 . 6 5 3 4 1k m? ? ? ? 對于 3 級滾珠絲杠，其任意 300mm 導(dǎo)程公差為 12m?? ，機床定位精度0. 02 4 / 30 0mm mm，所以， 24 1 / 5 m??? ? ?，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（ 1/3 1/5）機床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高 [10]。 (1) 滾珠絲杠副的幾何參數(shù) ： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 共 41 頁 滾 絲杠副型號 ： ； 公稱直徑 ： mmd 200 ? ； 導(dǎo)程 ： mmPh 5? ； 鋼球直徑 ： mmDw ? ； 絲杠外徑 ： mmd ? ； 螺紋底徑 ： mmd ? ；旋環(huán)列數(shù) ?圈數(shù) ： ? ； 額定動載荷 ? ? 8451:NCa ； 額定靜載荷 ： ? ? 18325:0 NC a ； 接觸剛度 ： ? ? 612:/ mNR ? 螺母安裝尺寸 ： 45?D 703?D 564 ?D 11?B ?D 106 ?D 6?h 78?L 281?L 4?C 3?A 6MM? 齒輪傳動比計算 ： 已確定橫向進給脈沖當量 : ?P? ， 滾珠絲杠導(dǎo)程 ： mmL 50 ? ， 初選步進電機步距角 ? 計算傳動 比 ： 0 ????? Li b p? ? 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因 ， 不能使齒輪直徑太大 ， 以免影響橫向溜板的有效行程 ， 所以 ， 可采用兩級 齒輪降速 ： 2520402454534321 ?????? ZZZZi 因進給運動齒輪受力不大 ， 模數(shù) m 取 2 。 步進電機的計算和選型 ： 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 ： 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmkgJ ?? 可由下式計算 ： ???????? ????????????????????2022211 2 ?LgGJJZZJJJ SM 其中 ： MJ 為步進電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmkg? ； 1J 為齒輪 1Z 的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmkg? ； 2J 為齒輪 2Z 的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmkg? ； 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 15 頁 共 41 頁 SJ 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 ? ?2cmkg? ； 參考同類型機床 ， 初選反應(yīng)式步進電機 BF150 其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為 ： ? ?210 cmkg? 。 24314131 cmkgLdJ ?????????? ?? 24324232 cmkgLdJ ?????????? ?? 24334333 cmkgLdJ ?????????? ?? ； NG 600? 代入上式 ： ???????? ????????????????????2022211 2 ?LgGJJZZJJJ SM ? ?22240cmkg ?????????? ???????????????????? 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題 ， 2 7 2 ???JJ M 基本滿足慣量匹配的要求 。 電機力矩的計算機 ： 機 床在不同的工況下 ， 其所需轉(zhuǎn)距不同 ， 下面分別按各階段計算 ： （ 1） 快速空載啟動力矩 qM ： 起在快速空載啟動階段 ， 加速力矩占的比例較大 ， 具體計算公式如下 ： 0MMMM fa ma zq ??? aaaaa tnJtnJJM???????????????? 60102102602m a x2m a xm a x??? m i n/500 a xm a x rVn bPa ????? ??? 啟動加速時間： msta 30? aaaaa tnJtnJJM???????????????? 60102102602m a x2m a xm a x??? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 16 頁 共 41 頁 cmN ??????? ? 2? 折算到電機軸上的摩擦力矩 fM ：? ? ? ? cmNZZLGFFiLFM zf ??????????? 202212039。00????? 附加摩擦力距 0M ： ? ? ? ? ? ?212039。20000 20 5 531123112 ??????????????????ZZLFiLFM m ? ?2220cmN ?????????? 上述三項合計 cmNMMMMq fa ???????? a x （ 2） 快速移動時所需力矩 KM ： cmNMMM fK ?????? （ 3） 最大切削負載時所需力矩 QM ： iLFMMMMMM XffQ ??? 2 039。00 ?????? cmN ????????20? 從上面計算可以看出 ， Mq 、 KM 和 QM 三種工況下 ， 以快速空載啟動力矩最大 ， 所以 ， 以此項作為初選步進電機的依據(jù) 。 查資料 ， 當步進電機為五項十拍時 ， ?? jq MM? ； 最大靜力矩 ：陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 17 頁 共 41 頁 cmNM j ??? 按此最大靜力矩 ， 001130BF 型反應(yīng)式步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為 ： mN? 大于所需最大靜力矩 ， 作為初選型號 。 進一步考核電機的啟動頻率特征和運行矩頻特征 步進電機空載啟動頻率和切削時的工作頻率 ： 根據(jù) 《 機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計 》（ 機械工業(yè)出版社 ） ， 001130BF 型反應(yīng)式步進電動機允許的最高空載啟動頻率為 ： HZ3000 允許的最高空載運行頻率為 ： HZ16000 所以 ， 必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動電路 。 縱向進給系統(tǒng) 縱向進給傳動系統(tǒng)的改造如圖 2 所示 。 縱向步進電機 1 通過一對減速齒輪 2 把動力傳遞給縱向滾珠絲杠 3 ,再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺 4 做往復(fù)移動。原車床的進給箱保留 ,滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu) ， 支撐軸 6 通過套筒聯(lián)軸器 5與滾珠絲杠相連 ，