【正文】 大切削負載時所需力矩MQ= Mf+M0+Mt式中 Mt折算到電動機軸上的切削負載力矩=FxLo/2ηi= Ncm則MQ=++=從上面計算可以看出，Mq ，Mk ，MQ三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大。以此項作為初選步進電機的依據(jù)。查表，查表，當步進電機為五相十拍時λ= Mq ／ Mjmax = 0．951。最大靜力矩 Mjmax= Mq/λ=按此最大靜轉(zhuǎn)矩，查表，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為1372 Ncm。大于所需最大靜力矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。(3)計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率步進電動機的最高工作頻率 Fmax=1000Vmax/60δ=1000*150BF002型步進電機允許的最高空載起動頻率為2 800 Hz，運行頻率為8 000 Hz。由150BF002步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線看出當步進電機起動時， =2 500 Hz時，M=100 Ncm。遠不能滿足此機床所需求的空載起動力矩()，直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制(用軟件實現(xiàn))，將運動頻率降到1 000H2時，起動力矩可增到588．4 Ncm，然后在電路上采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進電機輸出力矩擴大1倍左右。當快速運動和切削進給時，150BF002型步進電機運行頻率特性完全可以滿足要求。根據(jù)計算綜合考慮選150BF002型步進電動機磁阻式步進電動機技術(shù)數(shù)據(jù): 型號: 150BF002相數(shù): 5步距角(176。): 電壓/V: 80/12相電流/A: 13最大靜轉(zhuǎn)矩/(Nm): 空載起動頻率/(step/s): 2800空載運行頻率/(step/s): 80電感/mH: 電阻/Ω: 分配方式: 五相十拍外形尺寸/mm: φ150155質(zhì)量/kg: 14 縱向進給機構(gòu)改造時拆除原機床的進給箱及絲杠,將步進電機減速齒輪箱安裝在原機床的尾端,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置, 兩端仍采用原固定方式,這樣可以減小改裝工作量，并由于滾珠絲杠的磨擦系數(shù)小于原絲杠,從而使縱向進給機構(gòu)整體剛度增大。為了便于安裝滾珠絲杠副，絲杠軸不是整體的，而是分移式的，用套筒剛性聯(lián)接。采用一級齒輪減速。設(shè)計參數(shù)：溜板及刀架重力：橫向600 N；刀架快速速度：橫向1．2 m/min；最大進給速度：橫向0．4 m/min；主電動機功率：P主=7，5 kW；起動加速時間：30 ms；機床定位精度：177。0．015 mm。滾珠絲杠導(dǎo)程取為6mm橫向進給力為縱向的1/2～1/3，取為1/2，則Fz=1/2F縱=2680N按切削力各分力比Fz：Fx ：Fy =1：0．25：0．4Fx=26800．25=670NFy=2680O．40=1072N 橫向進給滾珠絲杠螺母副的計算和選型(1) 選型橫向為燕尾導(dǎo)軌，則軸向進給切削力FmFm= KFx+f′(Fz+2Fy+G) =1．4670+0．2(2680+2*670+600)=1754N式中 K——考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，燕尾導(dǎo)軌取K=；f′——滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，?。?；G——溜板及刀架重力，G=600N。(2)計算最大動負載Cm=,L=60nT/106 n=1000Vs/L。式中 L——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選L。=6mm；Vs——最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的(1／2～1／3)，此處Vmax=0．4m／min；T——使用壽命，數(shù)控機床用滾動絲杠壽命15000h；fw——運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取1．2～L——壽命，以106r為1單位。n=1000Vs/L。=10000．40．5/6=／min，L=60nT/106 = L=60**15000/106=30Cm== C=根據(jù)Cm值，Cm Ca的原則查表可采用CDM32065外循環(huán)雙螺母墊片預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副。字母含意：C：外循環(huán)插管 D：墊片預(yù)緊 M：插管埋入式。其幾何參數(shù)如下： 公稱直徑 do=32mm 導(dǎo) 程 Lo=6mm 鋼球直徑 Dw= 螺 旋 角 r=3176。25180。絲杠外徑 d1=循環(huán)列圈數(shù) 2**2額定動載荷 Ca=22780N剛 度 1240N/um kc(4)傳動效率計算絲杠副傳動效率η=tgr／tg(r+θ)=O．953式中 y—— 螺旋升角(CDM32065滾珠絲杠)，y=3176。25180。；θ— — 摩擦角，θ=10180。滾動摩擦系數(shù)0．003—0．004。(5)絲杠的剛度驗算工作時受軸向力和扭轉(zhuǎn)作用，因絲杠受扭時引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計，故工作負載引起的導(dǎo)程變化量ΔL=FmLo/ES式中： Lo 進給牽引力Fm=1754N *N/cm2 s滾珠絲杠截面積（按底徑直d1==）則ΔL=FmLo/ES=*106cm絲杠1m長度上導(dǎo)程變形總誤差ΔL總=100ΔL/Lo=三級精度滾珠絲杠允許誤差為15um/m故剛度足夠。(6)絲杠的穩(wěn)定性計算滾珠絲杠失穩(wěn)時臨界負載Pc=式中： u—絲杠軸端系數(shù)，兩端鉸支取u=1l—絲杠長度，取1000mmE—絲杠彈性模量，對鋼材質(zhì)取E=*N/cm2I—絲杠截面慣性矩，對實心圓柱體I=cm4Pcr= ==65KN許用安全系數(shù)[nst]=4穩(wěn)定性安全系數(shù)n= Pcr/Fm=65000/1754=≥4故滾珠絲杠滿足穩(wěn)定性要求不失穩(wěn)。齒輪的設(shè)計1傳動比的選定對于步進電機,當脈沖當量δp確定,并且滾珠絲杠導(dǎo)程L0和電機步距角θb選定后,則該軸伺服傳動系統(tǒng)的傳動比i=θb?L0/(360δp)=*6/(360*)=2齒輪的設(shè)計采用二級齒輪傳動,i1=2。i2=取Z1=36；Z2=72；Z3=40；Z4=50大、小齒輪均采用45鋼并進行調(diào)質(zhì)處理,選小齒輪硬度HBS260～290,大齒輪硬度HBS220～250,精度選6級。m=2mm,a=20176。,齒寬b=20mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動效率η=3齒輪幾何尺寸計算:河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書d1=z1m=72mm, d2=z2m=144mm,da1=(z1+2)m=76mm, da2=(z2+2)m=148mm,df1=()m=67mm, df2=()m=139mm,a1=(z1+z2)m/2=108mmd3=z3m=80mm, d4=z4m=100mm,da3=(z3+2)m=84mm, da4=(z4+2)m=104mm,df3=()m=75mm, df4=()m=95mm,a3=(z3+z4)m/2=90mm4齒輪校核:一級齒輪副強度校核：1) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=T*K1式中 T——電動機的輸出功率 K1——J電動機效率 則T1=9600Nmm2) 小齒輪的轉(zhuǎn)速 3) 小齒輪的圓周速度 4) 動載荷系數(shù) 式中 KA——使用系數(shù)取1 Kv—— KB—— Ka——齒向載荷分配系數(shù)由查表并插值得Kα=則K=1***=5) 許用彎曲應(yīng)力式中：——彎曲疲勞極限；1=460N/mm2 2=390N/mm2 ——彎曲壽命系數(shù) YX——尺寸系數(shù)取1 SF——則河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書6) 齒要彎曲疲勞強度校核計算由式式中 ——齒形系數(shù) = = ——應(yīng)力修正系數(shù) = = ——重合度系數(shù) 則 故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。二級齒輪副強度校核：1) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 T2=9550P2/n2式中 P2= P1*η= T2=9550P2/n2=18816N/mm22) 小齒輪的圓周速度 3) 動載荷系數(shù) 式中 KA——使用系數(shù)取1 Kv—— KB—— Ka——齒向載荷分配系數(shù)由查表并插值得Kα=則K=1***=4) 許用彎曲應(yīng)力式中：——彎曲疲勞極限；1=460N/mm2 2=390N/mm2 ——彎曲壽命系數(shù) YX——尺寸系數(shù)取1 SF——則河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書5) 齒要彎曲疲勞強度校核計算由式式中 ——齒形系數(shù) = = ——應(yīng)力修正系數(shù) = = ——重合度系數(shù) 則 故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。 (1)等效轉(zhuǎn)動慣性量計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量：式中 JM—— 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量kg/cm2，J1,J2 — —齒輪z1，z2的轉(zhuǎn)動慣量kg/cm2Js —— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量kg/cm2參考同類機床，初選磁滯式(反應(yīng)式)步進電機150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量JM=10 kg/cm2對材料為鋼的圓柱形零件,其轉(zhuǎn)動慣量計算:式中 D—圓柱形零件直徑 L—零件軸向長度J1=104d4：J1= kg/cm2，J2=104d4：J2= kg/cm2，J3=104d4：J1= kg/cm2，J4=104d4：J2=，Js查表查出: kg/cm2，則Js=*2= kg/cm2G=600 N，得= kg/cm2則總的轉(zhuǎn)動慣量= kg/cm2(2)負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇=Mamax+Mf+M0式中 Mq快速起動時所需力矩 Mamax—快速空載時折算到電動機軸上的最大加速力矩 Mf折算到電動機軸的摩擦力矩 M0絲杠預(yù)緊時折算到電動機軸上的附加摩擦力矩當工作臺快速移動時,電動機轉(zhuǎn)速 ｎmax=Vmaxθb /(δy*360)=1200* Mamax=J*2*nmax/(60T)=*2*500*102/60/=折算到電動機軸上的摩擦力矩Mf=FoLo/2ηi式中 Fo導(dǎo)軌的摩擦力Fo=f180。(Fz+G) Fc垂直方向切削力 η主傳動效率=Mf=FoLo/2ηi= f180。(Fc+G) Lo/2ηi =*(2680+600)*(2**)= Ncm附加摩擦力矩Mo=FpoLo(1ηs2)/2ηi=式中 Fpo滾珠絲杠預(yù)加負荷取1/3Fm=17541/3= Mq=Mamax+Mf+M0=++=b. 快速移動時所需力矩Mk= Mf+M0=+=c. 最大切削負載時所需力矩MQ= Mf+M0+Mt式中 Mt折算到電動機軸上的切削負載力矩=FxLo/2ηi=則MQ=++=從上面計算可以看出，Mq ，Mk ，MQ三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大。以此項作為初選步進電機的依據(jù)。查表，查表，當步進電機為五相十拍時λ= Mq ／ Mjmax = 0．951最大靜力矩 Mjmax _= Mq*=按此最大靜轉(zhuǎn)矩，查表， 130BF001型最大靜轉(zhuǎn)矩為931 Ncm。大于所需最大靜力矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。(2) 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 步進電動機的最高工作頻率 Fmax=1000Vmax/60δ=1000*根據(jù)計算綜合考慮選130BF001型步進電動機磁阻式步進電動機技術(shù)數(shù)據(jù):型號: 130BF001相數(shù): 5步距角(176。): 電壓/V: 80/12相電流/A: 10最大靜轉(zhuǎn)矩/(Nm): 空載起動頻率/(step/s): 3000空載運行頻率/(step/s): 16000電感/mH: 電阻/Ω: 分配方式: 五相十拍外形尺寸/mm: φ130170質(zhì)量/kg: 滾珠絲杠的安裝采用兩端固定，可在絲杠一端安裝碟形彈簧和調(diào)整螺母，既能對絲杠施加預(yù)緊力，又能讓彈簧來補償絲杠的熱變形，保持預(yù)緊力近乎不變。這種支承的特點是：剛度最高，只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的四倍。安裝時需要螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難：絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一般固定要高。滾珠絲杠的支承軸承應(yīng)采用滾珠絲杠專用軸承，這是一種特殊的向心推力球軸承，其接觸角增大到60度，增加了滾珠數(shù)目并相應(yīng)減小了滾珠直徑，使軸向剛度增大到普通向心推力球軸承的兩倍。該軸承一般是成套出售，出廠時已調(diào)好預(yù)