【文章內(nèi)容簡介】 min，故可認為絲杠最低轉(zhuǎn)速為 0。平均轉(zhuǎn)速 nm=2250r/min。 絲杠的壽命取 15000h。通過查表， fa 取 1， fw 取。 () 絲杠的當量載荷： () 所選的滾珠絲杠，其額定動載荷 Ca 不得小于此值 Cm，即 Ca≥Cm。 根據(jù) FFZ 系列樣本，選擇 FFZ5010 型號的滾珠絲杠。直徑 50mm，導程 10mm，5 列。額定動載荷為 Ca=64 kN，大于計算結(jié)果。預緊力 Fp=? Ca，其中 ? 為預加載本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 8 頁 共 39 頁 荷類型系數(shù)，這里取去 ?=。則 Fp=26 kN。 由于 軸向最大載荷 Fmax*不超過預緊力的 3 倍， 所以 不 需要 對預緊力提出額外要求。 絲杠支承設計 滾珠絲杠常用的支承方 法 有 3 種。 表 21 絲杠的支承方式 本例 中 選取 “兩端固定 ”的 支承方 法 。 根據(jù)滾珠絲杠副的要求， FFZ5010 型號的滾珠 絲杠軸端直徑不得超過 42mm， 故選 用 40mm 的軸承。 兩端均 采用 60176。角接觸軸承的 40TAC72A 型推力角接觸軸承 (內(nèi)徑 40mm，外徑72mm，寬度 15 mm)。 關于軸承的安裝方式，若采用面對面的安裝方式，當中間軸由于熱膨脹而 變長的時 候 ，軸承 的 游隙 會變小 ，很 可能 造成滾 珠 軸承卡死的情況。故 在這里兩組軸承均采用均背對背的安裝方式 。 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 9 頁 共 39 頁 圖 23 成對軸承安裝方式示意圖 伺服電動機的選型 ： (1).工作載荷 的摩擦力矩： () (2).預加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩： () 故最大切削力矩： T = Tf +Tp = Nm。適當考慮軸承摩擦造成的摩擦力矩 Te。所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩大于 25 Nm 較為合適。 ： (1)工件和工作臺的慣量 轉(zhuǎn)換 ： 工作臺和工件總重量為 1500kg。由于是雙驅(qū)動進給，需 要 考慮轉(zhuǎn)換系數(shù)，最終轉(zhuǎn)動慣量折算到電機軸為： () (2)絲杠的慣量： 絲杠的直徑為 50mm=，長度為 () (3)連接軸慣量： 選用彈性圓柱銷聯(lián)軸器（ JB10860Q1 型）， 許用最大轉(zhuǎn)矩為 67Nm ，許用最高本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 10 頁 共 39 頁 轉(zhuǎn)速為 5400 r/min，均滿足要求。 轉(zhuǎn)動慣量為 kgm2 故總慣量為： () 根據(jù)交流伺服電機要求，負載慣量 ≤ 電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 10（倍）。所以，伺服電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量應在 kgm2以上。 根據(jù)上述的計算要求可以先試選伺服 電機 。 初步選擇 BPA6 交流電機系列的 A60020 型號電機。額定轉(zhuǎn)矩 N m，大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子慣量 JM = kgm2，滿足要求。電機主要其他參數(shù)為：最大輸出轉(zhuǎn)矩 Tmax= Nm。電勢系數(shù) Ke =1Vs/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù) Kt =?m/A。 ： 空載加速轉(zhuǎn)矩 是指： 執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到 最快進給速度 時 需要電機輸出的轉(zhuǎn)矩 ， 這個轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩 Tmax[5]。 空載加速時，主要 是 克服慣性，如果選擇 A60020 型 號電機，則總慣量為： () 一般情況下， 伺服電動機的加速時間用 tac表示。 () 設置 伺服電機 驅(qū)動器的加減速時間為 s 即可。 導軌的設計計算 滾動導軌的設計主要是根據(jù) 滾動 導軌的工作條件 來選取 滾動導軌的型號，并進行合理的配置?；驹O計過程為：首先計算滾動導軌的受力，然后根據(jù)導軌的工作條件計算動載荷，再根據(jù)滑塊的預期壽命推算出額定動載荷，再依此選擇滾動導軌 及 滑塊的型號。 ： 滾動導軌 主要是受到 切削力 、 工件和工作臺重力的影響，在 進行 受力分析時必須將兩者 同時 進行 考慮。 下面以圖所示加工中心的導軌為例，分析受力情況。 一般情況下加工中心均是 采用兩根導軌條，每條導軌上有兩個滑塊。由于背向力 和摩擦力等 對載荷的影響很小，在這里忽略不計 。 只考慮縱向進給力 F，重力 w，和豎直切削力 Fc 對滑塊的影響。 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 共 39 頁 在實際工作中，考慮到受力位置是不斷變動的，所以 采用平均載荷 對滾動導軌 進行分析，在這里 認為平均受力點為工件中心。 圖 24 工作受力示意圖 (1)首先考慮重力 w 和豎直切削力 Fc 的作用： () (2)再考慮 F（ F=Fq）的作用： () () (3)綜合載荷： () () (4)將最大縱向進給力、最大豎直切削力及最大工件及工作臺重量代入公式，假設工件中心到絲杠中 心的距離為 250mm，兩滑塊之間的距離為 500mm。 () 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 共 39 頁 () : 滾動導軌的計算和滾動軸承的計算相似，在一定的載荷下 移動 一定的距離， 90%的 滾動導軌 不發(fā)生點蝕，這個載荷稱為額定動載荷，行走的距離 則 是額定壽命。假設壽命要求為 15000 Km。 壽命計算公式為： () 由此推出 : () 由此選取型號為 LBB55RHL 型號的滾動直線導軌副，額定動載荷 kN。 工作臺設計 工作臺是零件加工的場所，是采用鑄造技術，自行設計制造。 （ 1）尺寸設計 在本例中，尺寸方面沒有嚴格的要求， 設定工作臺尺寸為 1600 630 220mm。 （ 2） T 形槽設計 圖 25 T 型槽尺寸示意圖 根據(jù)工作臺尺寸及厚度均勻原則。選擇 T 型槽尺寸為： A=28mm、 B=50mm、C=20mm、 H=48mm、 P=100mm。 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 39 頁 （ 3）與導軌滑塊的連接設計 工作臺需要與 4 個導軌滑塊連接，故在工作臺底端設置 4 個與滑塊連接的裝置。在工作臺底端增加四個用于連接的薄板，并在薄板上方增開 4 個長方體的凹槽，用于給扳手提供活動空間，方便擰緊螺母。具體結(jié)構如圖 26 所示。 圖 26 工作臺局部結(jié)構 （ 4）支撐結(jié)構設計 由于設置連接部分，所以工作臺下半部分厚度很大，如果做成實心結(jié)構則會導致工作臺笨重。故需要設置成筋板結(jié)構。由于沒有排放碎屑等要求，所以選用最簡單的筋板結(jié)構，鏤空成長方體陣列，并在長方體之間用圓柱導通。同時地面還要保留安裝絲杠螺母的位 置。具體結(jié)構如圖 27 所示。 圖 27 工作臺底部結(jié)構 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 共 39 頁 底座設計 底座是整個進給系統(tǒng)的總體支撐部分，用來放置導軌、工作臺、軸承座等部件。底座必須保證合理的結(jié)構布局，通過螺栓連接可以固定各個部件。 為了滿足高速、高精度的測試要求，底座必須具有良好的剛度，并且有很好動態(tài)特性。 底座通常為類長方體，考慮到節(jié)省材料并保證剛度，合理設計底座支撐架的形狀和 尺寸，可以在 節(jié)省材料的情況下得到符合要求 的靜剛度和 比較合適 的固有頻率?？紤]到要方便排放碎屑， 在底座上面凹槽部分上下打通，方便碎屑排放。 具體結(jié)構如圖所示。 圖 28 導軌安裝位置 圖 29 軸承座安裝位置 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 39 頁 圖 210 底部支撐架結(jié)構 系統(tǒng)剛度的驗算 進給 驅(qū)動 系統(tǒng)設計要求的定位精度為 。其中 0級絲杠 V300=。其余誤差為在載荷作用下，各個環(huán)節(jié)的位移。 （ 1）伺服剛度 KR () 伺服電動機的增益，等于 伺服電機 的角速度與輸入電壓之比。輸入電壓， 大部分被反電動勢所平衡， 少量 的 消耗于電樞回路的阻抗 [5]。 忽略次要影響因素， 可以 認為“ 輸入電壓 =反電動勢 ” 。 伺服電動機的反電動勢系數(shù) KM 指的是 ： 伺服電動機的 反電動勢與角速度之比。即 ： () A60020 型伺服電機的電勢系數(shù) Ke =1 V s/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù) Kt = N?m/A， RM =。伺服系統(tǒng)的 Ks=8 1/s（ Ks 為系統(tǒng)增益，由試取后經(jīng)過驗算得到） ，取 Kvo =2 8=16 V/V。 則： () 本科生畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 39 頁 折合到執(zhí)行部件的直線剛度為 () （ 2）滾珠絲杠的拉壓剛度 Ktmin 本例 中 絲杠 采用的是“ 兩端固定 “ 的 軸承 支承方法 ， 絲杠的 拉壓剛度 固定， 不 受螺母 在絲杠中的位置變化 的影響 。 工作臺 的 行程為 900mm。當螺母移到距定位點最近處時，還應保留一定的距離，設為 150mm。故距離 l=900+150=1050mm=。代入公式 () 式中 di—絲杠底徑，等于公稱直徑減球徑。本例中的公稱直徑為 50mm，球徑等于 ，故 di= = = () （ 3）絲杠軸承的軸向剛度 Kba 絲杠軸承為 40TAC72A 型，查文獻得兩列組合型的軸向剛度 Kba 為 1230 N/181。m。 （ 4）綜合剛度 一般來講， 進給系統(tǒng)的 剛度的 主要影響 環(huán)節(jié)是絲杠的拉壓剛度、伺服系統(tǒng)剛度和軸承的剛度，絲杠螺母之間的接觸剛