【正文】 大切削負(fù)載時(shí)所需力矩MQ= Mf+M0+Mt式中 Mt折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩=FxLo/2ηi= Ncm則MQ=++=從上面計(jì)算可以看出，Mq ，Mk ，MQ三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大。以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。查表，查表，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)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(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。(3)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率 Fmax=1000Vmax/60δ=1000*150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2 800 Hz，運(yùn)行頻率為8 000 Hz。由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線看出當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)， =2 500 Hz時(shí)，M=100 Ncm。遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所需求的空載起動(dòng)力矩()，直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制(用軟件實(shí)現(xiàn))，將運(yùn)動(dòng)頻率降到1 000H2時(shí)，起動(dòng)力矩可增到588．4 Ncm，然后在電路上采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大1倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率特性完全可以滿足要求。根據(jù)計(jì)算綜合考慮選150BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù): 型號(hào): 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(dòng)頻率/(step/s): 2800空載運(yùn)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(jìn)給機(jī)構(gòu)改造時(shí)拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱及絲杠,將步進(jìn)電機(jī)減速齒輪箱安裝在原機(jī)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(jìn)給機(jī)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(jí)齒輪減速。設(shè)計(jì)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(jìn)給速度：橫向0．4 m/min；主電動(dòng)機(jī)功率：P主=7，5 kW；起動(dòng)加速時(shí)間：30 ms；機(jī)床定位精度：177。0．015 mm。滾珠絲杠導(dǎo)程取為6mm橫向進(jìn)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(jìn)給滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型(1) 選型橫向?yàn)檠辔矊?dǎo)軌，則軸向進(jìn)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(shí)驗(yàn)系數(shù)，燕尾導(dǎo)軌取K=；f′——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，?。?；G——溜板及刀架重力，G=600N。(2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)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(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的(1／2～1／3)，此處Vmax=0．4m／min；T——使用壽命，數(shù)控機(jī)床用滾動(dòng)絲杠壽命15000h；fw——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)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(chēng)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(dòng)載荷 Ca=22780N剛 度 1240N/um kc(4)傳動(dòng)效率計(jì)算絲杠副傳動(dòng)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(dòng)摩擦系數(shù)0．003—0．004。(5)絲杠的剛度驗(yàn)算工作時(shí)受軸向力和扭轉(zhuǎn)作用，因絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量ΔL=FmLo/ES式中： Lo 進(jìn)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(zhǎng)度上導(dǎo)程變形總誤差ΔL總=100ΔL/Lo=三級(jí)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(jì)算滾珠絲杠失穩(wěn)時(shí)臨界負(fù)載Pc=式中： u—絲杠軸端系數(shù)，兩端鉸支取u=1l—絲杠長(zhǎng)度，取1000mmE—絲杠彈性模量，對(duì)鋼材質(zhì)取E=*N/cm2I—絲杠截面慣性矩，對(duì)實(shí)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(jì)1傳動(dòng)比的選定對(duì)于步進(jìn)電機(jī),當(dāng)脈沖當(dāng)量δp確定,并且滾珠絲杠導(dǎo)程L0和電機(jī)步距角θb選定后,則該軸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i=θb?L0/(360δp)=*6/(360*)=2齒輪的設(shè)計(jì)采用二級(jí)齒輪傳動(dòng),i1=2。i2=取Z1=36；Z2=72；Z3=40；Z4=50大、小齒輪均采用45鋼并進(jìn)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(jí)。m=2mm,a=20176。,齒寬b=20mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動(dòng)效率η=3齒輪幾何尺寸計(jì)算:河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(jí)齒輪副強(qiáng)度校核：1) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=T*K1式中 T——電動(dòng)機(jī)的輸出功率 K1——J電動(dòng)機(jī)效率 則T1=9600Nmm2) 小齒輪的轉(zhuǎn)速 3) 小齒輪的圓周速度 4) 動(dòng)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——?jiǎng)t河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6) 齒要彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)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(qiáng)度足夠，滿足要求。二級(jí)齒輪副強(qiáng)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(dòng)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——?jiǎng)t河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5) 齒要彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)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(qiáng)度足夠，滿足要求。 (1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣性量計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：式中 JM—— 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg/cm2，J1,J2 — —齒輪z1，z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg/cm2Js —— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg/cm2參考同類(lèi)機(jī)床，初選磁滯式(反應(yīng)式)步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM=10 kg/cm2對(duì)材料為鋼的圓柱形零件,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算:式中 D—圓柱形零件直徑 L—零件軸向長(zhǎng)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(dòng)慣量= kg/cm2(2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇=Mamax+Mf+M0式中 Mq快速起動(dòng)時(shí)所需力矩 Mamax—快速空載時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速力矩 Mf折算到電動(dòng)機(jī)軸的摩擦力矩 M0絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ｎmax=Vmaxθb /(δy*360)=1200* Mamax=J*2*nmax/(60T)=*2*500*102/60/=折算到電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(fù)荷取1/3Fm=17541/3= Mq=Mamax+Mf+M0=++=b. 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩Mk= Mf+M0=+=c. 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩MQ= Mf+M0+Mt式中 Mt折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩=FxLo/2ηi=則MQ=++=從上面計(jì)算可以看出，Mq ，Mk ，MQ三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大。以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。查表，查表，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)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(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。(2) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率 Fmax=1000Vmax/60δ=1000*根據(jù)計(jì)算綜合考慮選130BF001型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù):型號(hào): 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(dòng)頻率/(step/s): 3000空載運(yùn)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(duì)絲杠施加預(yù)緊力，又能讓彈簧來(lái)補(bǔ)償絲杠的熱變形，保持預(yù)緊力近乎不變。這種支承的特點(diǎn)是：剛度最高，只要軸承無(wú)間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的四倍。安裝時(shí)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(huì)受壓，無(wú)壓桿穩(wěn)定問(wèn)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(zhuān)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(shí)已調(diào)好預(yù)