【文章內(nèi)容簡介】 Nk g fFF Zy ????? (3) 滾珠絲杠設(shè)計計算 1)強度計算：對于燕尾型導(dǎo)軌： 由《數(shù)控技術(shù)》可知，導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： )( WFfKFP ZX ???? 式中 K= f? =～ 取 則 Nk g fP 1 0 0 0 0) 0 5( ??????? N 2)強度計算： 壽命值61060L inT? 150001560 6 ???? 最大動負(fù)載 查表得：運轉(zhuǎn)系數(shù) ?wf 硬度系數(shù) 1?Hf 則 Q k g fN 8 8 7 0 ?????? N 根據(jù)最大動負(fù)荷 Q的值，可選則滾珠絲杠的型號。所以，滾珠絲杠的型號為： 10 齒輪傳動比的計算 效率計算： 根據(jù)《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 ? 為： )( ?? ?? ?? tg tg 式中 摩擦角 01??? 螺旋升角 933 ?? ?? 則 )01933( 933 ???? ?? ??tg tg? 剛度驗算 ： 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P引起的導(dǎo)程的變化量 △ EFPLL 01 ?? 式中 40?L mm=： 26 / cmNE ?? 滾珠絲杠 截面積 )()2( 22 ??? ?dF 則 △ 6261)2( 0 0 ??????? ????Lcm 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程的變化量△ L2 很少，可以忽略。 即：△ L=△ L1。所以導(dǎo)程變形總誤差△為： 11 △ =010L △ L= 0 6 ??? ?um/m 查表知 E級精度絲杠允許的螺距誤差（ 1m 長）為 15um/m 故剛度足夠。 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算 (1)有關(guān)齒輪計算 傳動比 ??? ??? PLi ?? 故取 Z1=18 Z2=30 m=2 mm B=20 mm 020?? mmmzd 3618211 ???? mmmzd 6030222 ???? mmhdd aa 402 *11 ??? mmhdd aa 642 *22 ??? mmdda 482 60362 21 ????? (2)轉(zhuǎn)動慣量計算： 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 2221 .) ()180( cmkgWJ P ??????? ?? ? 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 244144 k g c mLDJ Z ??????? ?? 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 12 244 .2 6 cmkgJ Z ????? ? 244 . cmkgJ Z ????? ? 電動機轉(zhuǎn)動慣量很少，可以忽略 因此，總的轉(zhuǎn)動慣量 12 12 )(1 JJJJiJ ZZZ ???? )()53( 2 ???? = 所需轉(zhuǎn)動力矩計算 快速空載啟動時所需力矩 0m a x MMMM fa ??? 最大切削負(fù)載時所需力矩 tfat MMMMM ???? 0 快速進給時所需力矩 mNTJM na .21 44m a xm a x ??? ???? ? 當(dāng) maxnn? 時 aaman MM ? m i n/4 3/510000m a x rL ivn m an ???? m i n/00rL fDvLfnn iit ?????????? ?主 cmk gfmNM a . 4 ???? ?? ? iWLfiLFM f ???? 22 000 ??? 13 當(dāng) ?? ??f 時 cmk gfM f . ???? ???? )1(6 2021 ??? ?? iLFM y mNk gf c m .)( 2 ?????? ??? k gf c miLFM yt 0 ???? ???? ?? 所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩 0m a x MMMM fa ??? cmNcmk g f . ????? 切削時所需力矩： tfat MMMMM ???? 0 7 7 ???? == 快速進給時所需轉(zhuǎn)矩： cmNcmk g fMMM f . ?????? 由以上分析計算可知： 所需最大力矩 mazM 發(fā)生在快速啟動時 mazM == 步進電機的選擇 首先必 須保證步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩大于所負(fù)載需的轉(zhuǎn)矩。所以應(yīng)先計算 機械系統(tǒng)的負(fù) 14 載轉(zhuǎn)矩，并使用電機的輸出轉(zhuǎn)矩有一定余量，以保證 可靠運行。通用 M/ maxjM =～ ，maxjM 為步進電機最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩， M 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 其次應(yīng)使步進電機的步距角與機械系統(tǒng)匹配，以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。 最后應(yīng)使被選電機與機械系統(tǒng)的負(fù)載慣量及機床要求的啟動頻率相匹配，并有一定余量，還應(yīng)使其最高工作頻率能滿足機床移動部件快速移動的要求。 (1)橫 向進給步進電機 ① 初選步進電機 a 計算步進電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mT mT =???? b mpF236 p? －脈沖當(dāng)量（ mm/step）取 p? =mF －進給牽引力（ N）取 mF =1890。 65N b? －步距角，初選雙拍制為 ? －電機－絲桿的傳動效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，分別為 0 9 、 和 。 mT = ????bmpF236 ???????? ??? b 算步進電機啟動轉(zhuǎn)矩 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以 mT 一定的安全系數(shù)來估算步進電機啟動轉(zhuǎn)矩 qT qT = mT /～ 一般縱向進給伺服系統(tǒng)的安全系數(shù)取 ～ 15 qT = mT /=c 計算最大靜扭矩 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表 322，如取五相十拍，則 ? =maxjqTT = maxjT = qT /=d 計算步進電機運行的頻率和最高起動頻率 kf efpsv?601000? = 66 6600 00 ?? ? HZ kf = 21000601000 m a x ?? ??pv? HZ 式中： sv －最大切削進給速度 m/min ， sv =maxv －最大快移速度 m/min， maxv =p? －脈沖當(dāng)量 ， p? =e 初步選電機型號 (1)根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩 maxjT =。 mm 在表 323 中查出 130BF003 最大靜扭矩為 784N 可以滿足要求，但從表中看出 130BF003 步進電機最高空載起動頻率為 1500HZ，不能滿足 kf =3333HZ的要求，此項指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。 (2)核步進電機轉(zhuǎn)矩 前面所初步電機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進行校核計算。 ① 效轉(zhuǎn)動慣量計算 計算簡圖如前（ a）所示，根據(jù)《綜合作業(yè)指 導(dǎo)書》表 324，傳動系統(tǒng)計算到電機軸 16 上的總的轉(zhuǎn)動慣量 ?J 可由下式計算： ?J = mJ ＋ 1J ＋ 2)( 21ZZ [( 2J ＋ SJ )＋ gG ( 2)2( 0?L )] mJ — 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（ ） 1J 。 2J — 矢輪 Z1Z2 的轉(zhuǎn)動慣量（ ） SJ — 滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣車（ ） 參考同類型機床，初步反應(yīng)式步進電機 130BF， 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動量 mJ =（ ） 對于鋼材： J = 4D 310??L = 83MD M — 圓柱體質(zhì)量 kg。 D — 圓柱體直徑。 L — 圓柱體長度或厚度。 L 鋼材的密度為 310? （ ） 1J = 4D 310??L = 4?? 310?? （ ） =（ ） 2J = 4D 310??L = 284?? 310?? （ ） =（ ） sJ = 4D 310??L 17 L =1500mm=150cm D =45mm= 9 5 5 43 ????? ?sJ （ ） G — 溜板及刀架重力取 1500N. 代入公式可得： ?J = mJ ＋ 1J ＋ 2)( 21ZZ [( 2J ＋ SJ )＋ gG ( 2)2( 0?L )] =++ 2)4032( [(+)+ )( 2)( ?? =（ ） 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣車匹配問題： MJ / ?J =滿足慣量匹配的要求。 ② 電機轉(zhuǎn)矩的計算 機床在不同的公況下，其所需轉(zhuǎn)矩是不同的，下面分別按個階段計算： a.maxaM快速進給進所需轉(zhuǎn)矩： M =maxaM＋ fM ＋ 0M M — 快速空載起動轉(zhuǎn)矩 maxaM— 空載起動時計算到電機軸上的加速轉(zhuǎn)矩（ ） fM — 計算到電機軸上的磨擦轉(zhuǎn)矩。 0M — 由于絲桿預(yù)緊里計算到電機軸上的附加轉(zhuǎn)矩（ ） 采用絲杠螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩（ ）可用下式計算 maxaM= ?J ? = ?J 2max 10602 ??atn? 18 將前面數(shù)據(jù)代入式中個符號意義同前 maxn = 10 00360m a x ?????pbav? ? r/min 起動加速時間 at =25ms ?J — 傳動系統(tǒng)計算到電機軸上的總等數(shù)轉(zhuǎn)動慣量 ? — 電機最大角加速度 maxn — 電機最大轉(zhuǎn)速 maxv — 運動部件最大快進速度 (mm/min) b? — 步進電機的步距角 at — 運動部件從停止起加速到最大快進速度所需時間（ S） b? — 脈沖當(dāng)量（ mm/step） ?J =（ ） maxn =1000 r/min maxaM