【導(dǎo)讀】和橫向Y軸兩個(gè)方向的移動(dòng)及一個(gè)繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。確定了工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，方案擬定為縱向、橫?？刹鹦秺A具式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。這一部分詳細(xì)描述了在工作臺(tái)設(shè)計(jì)過程中所用到的幾。原因和對(duì)它們的基本要求。結(jié)合給定的主要參數(shù)對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)和回。清楚地表示工作臺(tái)及其組成部分。的連接、裝配關(guān)系和其中主要零件結(jié)構(gòu)、大小及技術(shù)要求。滾珠絲杠副特點(diǎn)·········································錯(cuò)誤!滾珠循環(huán)方式·············································錯(cuò)誤!軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法·······················&

　　

【正文】 杠拉壓振動(dòng)的固有頻率 B? B? = m i n/5053/5287600 6 rsr admK e ????? 由計(jì)算可知絲杠拉壓振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1500r/ mi n ,所以能滿足要求。 (c).絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度 rNmLdK mT / 44 ??? 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 (d).平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 232w ???? ?）（ ? 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 23s ??? ? 。 絲 杠 上 傳 動(dòng) 件 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量2z ?? ,則絲杠扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率ω T： m i n/32665/341910)3/( szwTT ????????? ??顯然絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1500r/ min。所以 ,能 滿足要求。 本次設(shè)計(jì)中滾珠絲杠副的潤(rùn)滑使用鋰基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承采用脂潤(rùn)滑 ,填充在螺母內(nèi)部及涂在絲杠螺紋滾道上 ,滾珠絲杠副防護(hù)用全封閉式鐵皮防護(hù)罩。 橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)與直線工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中 ,電機(jī)和絲杠直接相連 ,傳動(dòng)比為 1 ,選擇電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速 1500r/ min ,最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=1570kgf178。 cm，工作負(fù)載的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滾動(dòng)導(dǎo)軌 , 從而設(shè)定摩擦系數(shù) , 可算出最大牽引力。 （一）絲杠的導(dǎo)程確定 Ph=Vm ax/nmax=15000/1500=10mm （二） 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最大進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmax= Vmax/ Ph =15000/10=1500r/min 最慢進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmin= Vmin/ Ph=1/10=則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估算 t1=2t2）為 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 Nm = 212min1max tt tntn ?? = 1000r/min （三）確定絲桿的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滾動(dòng)直線 導(dǎo)軌，而一般情況下，滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為 ，取摩擦系數(shù)為，則絲杠所受的最大牽引力為 Fma x= KFY+f(FX +FZ+G) 其中， K 為顛覆力矩影響系數(shù)， K 一般取為 ，現(xiàn)取 K 為 ，則得最大工作負(fù)載： Fma x=179。 4410+179。 (1715+2573+7600)≈ 而絲杠的最小工作負(fù)載荷為摩擦力為 Fmin = fG =179。 7600≈ 20N 故其等效載荷可按下式計(jì)算（估算 t2=2t1。n2=2n1） Fm=(2211223m in113m ax tntn tnFtnF ?? )1/ 3 = （四）確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 ?aC 查表，取絲杠的工作壽命 Th 為 15000h，同時(shí)取精度系數(shù) fa=1，負(fù)荷性質(zhì)系數(shù) fw=，溫度系數(shù) ft=，硬度系數(shù) fh=1，可靠性系數(shù) fk=，平均轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 60Thnm=60? 15000? 1000=900? 106r 查表選用插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，型號(hào) CDM50105，絲杠公稱直徑為φ 50mm,基本導(dǎo)程 Ph=10mm，其額定動(dòng)載荷 Ca = 59811NNnTffff fFC mhkahtwma 54)1060( 3316 ???? ?????第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 （ Ca ?aC ），額定靜載荷 Coa=187997N，圈數(shù)179。列數(shù) = 179。 2，絲杠螺母副的接觸剛度 KC 為 2753N，螺旋升角λ =3176。 39′，絲杠底徑 ，螺母長(zhǎng)度為 194mm，取絲杠的精度為 1 級(jí)。在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片式預(yù)緊。 （五）臨界壓縮負(fù)荷 Fcr 確定絲杠螺紋部分的長(zhǎng)度 Lu。 Lu 等于工作 臺(tái)的最大行程 (500mm)加上螺母長(zhǎng)度 (194mm)加兩端余程 (40mm)。 Lu 為 774mm。 支承跨距 L1 應(yīng)略大于 Lu，取為 :L1=974mm。絲杠全長(zhǎng)為 L=1126mm。臨界壓縮負(fù)荷 Fcr為 Fcr = 2021LEIf?K1 ≥ Fma x 式中 E—— 材料的彈性模量， E = 179。 1011N/m2 ； I—— 絲杠最小截面慣性矩： I = 4264d　　? = ? ?40 wDd　　 ??? = ? ? 47124 m　　 ?? ?????? ； L0—— 最大受壓長(zhǎng)度，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取 L0=914mm； K1—— 安全系數(shù)，一般取 K1=1/3； Fmax—— 最大軸向工作載荷， Fmax = ； f1—— 絲杠支承方式系數(shù) ,查表的 f1=2，則 62 7112 10914 ? ????? ? ? 31 =? 105NFmax= 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 可見 Fcr 遠(yuǎn)大于 Fm ax，滿足要求。 （六）臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算 Ncrm a x2 2222222 991030 nL dfKAEILf cc ??? ?? r/min 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 362 ?? ????? ?A m2 Lc—— 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度： 1 9 4 1 1 2 6 7 7 45 0 0 4 022cL ?? ? ? ?=813mm≈ ， 取 Lc=L1=974m； K2—— 安全系數(shù)，一般取 ； ρ —— 材料的密度： ρ = 33 / mkg? f2—— 絲杠支承方式系數(shù)，查表 f2=,則 ncr=9910? ? 2=6814r/minnmax=1500r/min 可見 ncr 遠(yuǎn)大于 nmax，滿足要求。 考慮到本設(shè)計(jì)的絲杠較長(zhǎng)，故采用一端固定，另一端游動(dòng)的支撐方式，固定端選用成對(duì)絲杠專用軸承組合，型號(hào)為 40TAC72A，其額定動(dòng)載荷 Ca=35280N，預(yù)緊力 Ft 為 3530N。 （七）計(jì)算軸承動(dòng)負(fù)荷 tnh FffC? 壽命系數(shù)為： 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 fh= 5001000 0500 33 10 ??hL 式中 fh—— 壽命系數(shù)； L10h—— 可靠性為 90%的額定壽命，取為 10000h； fn—— 轉(zhuǎn)速系數(shù)： 5 0 03133313333 ???jn nf ； 計(jì)算轉(zhuǎn)速 nj 取最高轉(zhuǎn)速，取 nj=1500r/min； 2 . 7 1 3 5 3 0 3 4 1 6 5 3 5 2 8 00 . 2 8C N N? ? ? ? 故能滿足要求。 游動(dòng)端的支承查《機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選深溝球軸承，型號(hào)為 6206。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇 采用兩根滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，每根導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊，其總負(fù)荷為 P=7600+2573=10173N 單向行程長(zhǎng)度為 ，每分鐘往返次數(shù) n=4，每日平均開機(jī) 6 個(gè)小時(shí)，使用 5 年以上，每年 300 個(gè)工作日。 hL h 900053006 ???? 每個(gè)滑塊上的計(jì)算載荷為 NPP C 2543101734141 ???? 選四方向等效載荷型，型號(hào)為 GGB35AA? 1011。 額定動(dòng)載荷 C= 額定靜載荷 C0=。 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 橫向直線位移工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 螺母 圖 32 Y 向伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 鍵的選擇及校核 公稱直徑 ? 2鍵長(zhǎng) l=2 b179。 h=8179。 1t = 鍵的校核 由于為靜連接鍵采用 抗擠壓校核 ][41][21pp dlhdlhT ?? ????? 即 ][2p pdlh T ?? ???? 其中 T=153860N/mm、 ??? 、 20828l ????? bL 經(jīng)校驗(yàn)滿足要求 聯(lián)軸器的選擇及校核 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南 知 GY 型聯(lián)軸器采用絞制孔螺紋實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的鏈接傳遞轉(zhuǎn)矩和保證對(duì)中精度，第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 連接螺栓個(gè)數(shù)較少，拆裝市軸不需要做軸向移動(dòng)但螺紋孔需配絞。 選擇 GY3 凸緣聯(lián)軸器型號(hào)為 1j 型 L=4 D=10 48b32b55 11 ??? 、D 、 s=6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2./ mkgJ 質(zhì)量 由于采用絞制孔螺栓連接，是 由螺栓孔壁的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩的，這時(shí)應(yīng)驗(yàn)算螺栓連接的剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度。 剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度的驗(yàn)算 螺栓性能等級(jí) 級(jí) M P aM P as 7202090081089001009bb??????????? 螺栓許用切應(yīng)力 ??][Sss?? ? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 得 [Ss ]= 0][ MP??? ? 螺栓的許用擠壓應(yīng)力 ? ? ? ?PsS?? ?p 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 得 ? ? ?PS ? ? MP aS Ps ][ p ??? ?? 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南》知 剪切強(qiáng)度 ? ?MP adZD T C ??? ?? 20b8 5 3 8 6 00 ???????? dDDZT bC 、 ? ? 1538608 MPMP a ?????? ?? ?? 擠壓強(qiáng)度 ][20p pbcdZD T ??? ?? 5 3 8 6 5 7 0 ???????? ?、CT a450][ 153802p MPMP a p ?????? ?? ?? 鍵的校核 由于鍵之間采用靜連接需校核鍵的抗擠壓校核 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 36 T= ? ?pp dlhdlh ?? ???? 41][21 ][2p pdlh T ?? ????即 經(jīng)校核滿足抗抗擠壓強(qiáng)度要求 伺服電機(jī)的選擇 選用 FANUC BESK寬調(diào)速直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) ,型號(hào)為 FB 15 ,半閉環(huán)控制。制動(dòng)器、測(cè)速機(jī)、編碼器配裝在電機(jī)內(nèi)部。它屬于永磁型多極電機(jī) ,其特點(diǎn)是 :定子磁極是高性能鐵氧體 ,能承受高的峰值電流 ,加速性能好 。轉(zhuǎn)子慣量大 ,在 1r/min 低速下仍能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)系統(tǒng)增益 Ks 為 18 (1/ s) ,則速度環(huán)開環(huán)增益 Kvos為 54(1/ s) 。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算各部分折 算至絲杠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,聯(lián)軸節(jié)及鎖緊螺母等傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jc , 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js , 工作臺(tái)等移動(dòng)件的換算值 Jw ,加上電機(jī) FB 15 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM , 全部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相加得 Jr =(kgf178。 cm178。 2s ) ,驗(yàn)算： ??rMJJ 滿足慣量匹配原則，即 R?? JJ M 加速能力驗(yàn)算： 工作臺(tái)能達(dá)到的最大加速 度 2m a x /2 02 smpJ hr ?????? ??? 系統(tǒng)要求最大加速度 2sm a xm a xm a x /m530 kv60Tv2 s????? max??? 加速能力符合設(shè)計(jì)要求。 對(duì)數(shù)控機(jī)床 ,由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要求較高 ,所以電機(jī)力矩主要是用來 產(chǎn)生加速度。 Tamax= cmk gfMt Jn r ??????? m a xm a x? 滿足轉(zhuǎn)速匹配要求。 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 2 2 5s m a x2 2 5s m ind E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 2 9 5 0 N / m4 L 4 0 .1d E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 5 8 9 N / m4 L 4 0 .5?? ??? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ?? 傳動(dòng) 精度的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠的拉壓剛度： Ks= LEd42? 當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí) , 有最大和最小拉壓剛度 ,其中 L 值分別為 500mm和 100mm。 則 滾珠絲杠螺母的接觸剛度為 : Kc = 2753N/μ m,滾珠絲杠用軸承的軸向接觸剛度 : KB = 1225N/μ m,算得最小機(jī)械傳動(dòng)剛度： 0 m i n m i n 11K 3 4 7 . 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 5 8 9 1 / 2 7 5 3 1 / 1 2 2 5s C B NmK K K ?? ? ?? ? ? ? 算的最大機(jī)械傳動(dòng)剛度： 0 m a x m a x 11K 6 5 8 . 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 2 9 5 0 1 / 2 7 5 3 1 / 1 2 2 5s C B NmK K K ?? ? ?? ? ? ? 因此得到由于機(jī)械傳動(dòng)裝置所引起的定位誤差為： k0 0 m i n 0 m a x1 1 1 1F ( ) 2 0 ( ) 0 . 0 2 73 4 7 . 5 6 5 8 . 5 mKK??? ? ? ? ? 其中 F0為空載時(shí)導(dǎo)軌的摩擦力。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選用的是 1 級(jí)滾珠絲杠 ,其任意 300mm的導(dǎo)程公差為177。 6μ m ,機(jī)床定位精度 。所以 K? 1/5 12? = m ,可以滿足由于傳動(dòng)剛度變化所引起的定位誤差小于 (1/ 3～ 1/ 5) 機(jī)床定位精度的要求。再加上半閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償 ,定位精度能進(jìn)一步提高。 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率驗(yàn)算 由以上計(jì)算可知 :軸承的接觸剛度 KT = 1225N/μ m ,絲杠螺母的接觸剛度 K C = 2753N/μ m ,絲杠的最小拉壓剛度 Ks min = 589N/μm ,螺母座剛度 KH =1700N/μ m。 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 38 (a).軸向拉壓總剛度 固定 — 簡(jiǎn)支方式的軸向拉壓剛度 Ke由下式計(jì)算： m i n1 1 1 1 1 1 1 1 12 2 1 2 2 5 2 7 5 3 5 8 9 1