【導(dǎo)讀】足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)要求，適宜加工大批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)。范圍，還可以彌補(bǔ)定購新的數(shù)控機(jī)床交貨周期長(zhǎng)的不足。對(duì)中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。本設(shè)計(jì)采用的GSK980TA1進(jìn)行的。械制造行業(yè)中使用非常廣泛。本設(shè)計(jì)說明書包括：緒論、總體設(shè)計(jì)方案的。等部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 （ mN? ）； 0T —— 絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（ mN? ）。 由動(dòng)力學(xué)可知： ?Fa JT ?max 其中， tn30??? ， t 為加速度時(shí)間常數(shù)， smst ?? ，0maxPivn? 。 則 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 25 頁 m in/4 0 0m in/6 0 0 0 rrn ??? mNmNT a ???? ???? ? 8 7 2 4m a x mNmNiG f PT if ??????? ????? ? 30 0??? mNmNiPFT i ??????? ???? ? 30 000 ??? 式中 0F —— 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 NNFF m ???? 則 mNmNTTTT faq ????????? 2 0 9 )1 3 0 7 2 (0m a x ③ 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 快T 。 mNmNTTT f ??????? 3 3 )1 3 0 (0快 ④ 最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 切T 。 iPFTTTTTT Xff 0000 2 ???????? 削切 mNmN ?????? ????? ? 4 7 ) 6 1061 7 2 81 3 0 ( 3 從上式可以看出 ，快速 空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 、快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 快T和最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 切T 三種工況下，快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 最大。所以，此項(xiàng)作為校核初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，由前面查得結(jié)果可知，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： m ax??jqTT? ，則 mNmNTT qj ????? 4 7 5 2 0 9 a x ? ⑤ 伺服電動(dòng)機(jī) 的最高工作頻率 maxf 。 Hzvf p 5 00 31 00 0601 00 0 m a xm a x ?? ??? ? 由以上選型及計(jì)算，最終選用 80SJTM024C型伺服電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 26 頁 見表 5— 3。 表 5— 3 80SJTM024C型伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù) 額定功率（ kw） 驅(qū)動(dòng)單元輸入電（ V ） AC220 額定電壓（ A ） 3 零速轉(zhuǎn)矩（ mN? ） 額定轉(zhuǎn)矩（ mN? ） 最大轉(zhuǎn)矩（ mN? ） 額定轉(zhuǎn)速（ min/r ） 2020 最高轉(zhuǎn)速（ min/r ） 2500 極對(duì)數(shù) 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ） ? 重量（ kg ） 橫 向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）切削力的計(jì)算。因?yàn)闄M向進(jìn)給量為縱向的 1/3～ 1/2，取 1/2，則橫向主切削力約為縱向的 1/2。 NNF Z 1 7 2 83 4 5 621 ??? 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，其經(jīng)驗(yàn)公司為 ZYZX FFFF , ?? 式中 XF —— 橫切端面的進(jìn)給力； YF —— 背向力。 NNFF ZX 8 6 41 7 2 ???? NNFF ZY 0 3 61 7 2 ???? （ 2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠的選型方案可參照縱向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算中的選型方案及選擇原因選擇橫向滾珠絲杠，即 1）螺紋滾道型面選用雙圓弧型面。 2）滾珠循環(huán)方式選用外循環(huán)。 3）軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力 選用雙螺母墊片式預(yù)緊。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 27 頁 （ 3）計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF （ N）?？筛鶕?jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算， 橫 向?yàn)?燕尾 形導(dǎo)軌，則 )2( GFFfFF XZYm ???? 則 NNNF m 1 0 0)6 0 08 6 421 7 2 8( 0 3 [ ???????? （ 4）計(jì)算最大動(dòng)載荷 C （ N） ，由 mHW FfftC 3? 得： rrnTt 萬萬 66 ????? m i n/ i n/4 0 rrP vn s ????? NNFfftC mHW ?????? （ 5）選擇滾珠絲杠螺母副。 根據(jù) aCC? （ aC 是絲杠的額定載荷，見表 5— 4）的原則，使選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷 ，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》電子版， 由上面初選絲杠 導(dǎo)程及計(jì)算所得的最大動(dòng)載荷，選取絲杠型號(hào)為CDM2020— 5，其表示外循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為 4mm，右旋螺紋，載荷鋼球?yàn)?5 圈，精度 3 級(jí)的定位滾珠絲杠副， CDM2020— 5 的額定動(dòng)載荷 10639N，故強(qiáng)度足夠。 CDM2020— 5 型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù)見表 5— 4。 表 5— 4 CDM2020— 5型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 螺紋底徑/mm 額定載荷 /N 接 觸 剛度 /(N/um ) 0d 0P WD 1d 2d aC aC0 20 4 10639 28722 1178 螺母安裝連接尺寸 /mm D 1D 3D 4D B 5D 6D h L 1L C A M 40 — 66 53 11 10 6 100 39 4 3 M6 （ 6）滾珠絲杠的驗(yàn)算 1）傳動(dòng)效率計(jì)算。根據(jù)《機(jī)械原理》，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 0? 為 )tan(tan0 ?? ?? ?? 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 28 頁 式中 ? —— 摩擦角， 01??? ； ? —— 螺旋升角，根據(jù)公稱直徑螺距?? an ?，可得 463 ?? ?? 。 則 )01463t a n ( 463t a n)t a n (t a n0 ???? ???? ? ??? ?? 2）剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程 0P 的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量 0P? 為 EAPFP m 00 ??? 式中 E —— 材料彈性模量， 對(duì)于鋼， 26 / cmNE ?? ； A —— 滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定 d ，即 cmd ? ，則 22 cmdA ?? ? 0P —— 滾珠絲杠導(dǎo)程， cmmmP ?? 。 其中，“ +”用于拉伸時(shí)，“ — ”用于壓縮時(shí)。 cmEA PFP m 6600 7 0 0 ?????? ?????? 滾 珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化 P?? 很小，可以忽略不計(jì)，即 01 PP ??? ，所以導(dǎo)程變形總誤差 總P? 為 ：00 PPPP ??? 總總 式中 總P? —— 縱 向 最 大 行 程 ， 由 《 機(jī) 床 說 明 書 》 可 知 ，cmmmP 24240 ??總 。則 mmP ?? 6 ????? 總 由《機(jī)床說明書》可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度 等級(jí)為 3 級(jí)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》電子版 l 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差pe 和行程變動(dòng)量 upV 見表 5— 5，縱向行程允許的行程變動(dòng)量為 12 m? ， 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 29 頁 CDM4006— 5 的 總P? 為 m? 12 m? ,故剛度足夠。 表 5— 5 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量 upV （單位： m? ） 有效行程 mmlu/ 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 800 1000 11 9 15 13 21 17 29 25 40 33 3）穩(wěn)定性校核。要使?jié)L 珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷 maxFFk ? 。根據(jù)公式 KL EIfF kk 22?? 式中 kf —— 絲杠支承方式系數(shù)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，?kf （雙推簡(jiǎn)支）； E —— 材料彈性模量，對(duì)于鋼， M PaE ?? ； L —— 絲杠兩支承端距離，查《機(jī)械零件 設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，CDM2020— 5 絲杠兩支承端距離為 600mm=60cm； K —— 滾珠絲杠的靜安全系數(shù)，取 4/1?K ； I —— 截面慣性矩。 464dI ?? ，其中 )( 0 WDdd ?? 0d —— 滾珠絲杠的公稱直徑， cmmmd 2200 ?? ； WD —— 滾珠絲杠的滾珠直徑， cmmmD W 2 3 8 8 ?? 。則 444 )2 3 8 (64 cmcmI ???? ? NNF k 1 1 5 6 64160 2 62 ??????? （ 7）確定齒輪傳動(dòng)比?？捎墒?360Pibp? ??? 計(jì)算。其中 步/ mmp ?? ； b?參考《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，初選 ??b? ； mmP 40 ? ，則 0 0 6 0 ????i 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 30 頁 可選定齒輪齒數(shù)為 301821 ??ZZi 齒輪材料采用 40Cr ，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取 7 級(jí)，前后軸承選用 8024型流動(dòng)軸承，齒輪傳動(dòng)時(shí)效率為 ?i? 。 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù) mmm 2? ，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 mmb 20? ，則分度圓直徑分別為 mmmmmZd 3221811 ???? mmmmmZd 6023022 ???? 中心距 mmmmZZma 482 )3018(22 )( 21 ?????? （ 8）伺服電機(jī)的計(jì)算與選擇 1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ mT ）及最大靜轉(zhuǎn)矩（ maxjT ）的計(jì)算。根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式估算： mNmNiPFT imm ??????? ???? ? 30 0??? 若不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ? mq TT ? 取安全系數(shù)為 ，則 mNmNTT mq ????? 查《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，根據(jù)加工要求選擇伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 m ax??jqTT? ，則 mNmNTT qj ????? 5 a x ? 2）初選伺服電機(jī)型號(hào)。查廣州數(shù)控進(jìn)給伺服電機(jī)相關(guān)型號(hào)及信息，根據(jù)估算出來的最大靜轉(zhuǎn)矩 mNTj ?? ，可初選 80SJTM032C 型伺服電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 mN? ， 基本可滿足要求。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 31 頁 3）各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算 ① 負(fù)載動(dòng)慣量計(jì)算。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算。 ])2([)( 20322211 ?PgGJJZZJJ F ???? 式中 FJ —— 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 1J —— 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 2J —— 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ） ； 3J —— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； g —— 重力加速度。 對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算： LDJ ??? 式中 D —— 圓柱形零件的直徑； L —— 零件軸向長(zhǎng)度。 則 22441 2 6 cmkgcmkgJ ??????? ? 22442 0 2 cmkgcmkgJ ??????? ? 22443 7 4 cmkgcmkgJ ??????? ? 222 ]) ()[()3018( cmkgJ F ???????? ② 快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 。因數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 的要求： 0m ax TTTT fa ??? 式中 maxaT —— 快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩（ mN? ）； fT —— 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩（ mN? ）； 0T —— 絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（ mN? ）。 由動(dòng)力學(xué)可知： ?Fa JT ?max 其中， tn30??? ， t 為加速度時(shí)間常數(shù)， smst ?? ，0maxPivn? 。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 32 頁 則 m in/3 7 5m in/4 5 0 0 rrn ??? mNmNT a ???? ???? ? 1 7 6 4m a x mNmNiG f PT if ??????? ????? ? 30 0??? mNmNiPFT i ??????? ???? ? 30 000 ??? 式中 0F —— 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 NNFF m ???? 則 mNmNTTTT faq ????????? 0 6 3 )