【導讀】擔縱向X和橫向Y軸兩個方向的移動及一個繞Z軸的轉動。確定了工作臺結構，方案擬定為。T型槽中固定一個可拆卸夾具式數控回轉工作臺。這一部分詳細描述了在工作臺設計過程中所。選用這幾個部件的原因和對它們的基本要求。結合給定的主要參數對伺服進給。清楚地表示工作臺及其。滾珠絲杠副特點····················錯誤!滾珠循環(huán)方式·······················錯誤!軸向間隙的調整和預緊方法····錯誤!滾珠絲杠螺母的計算和選用····錯誤!

　　

【正文】 500r/min 最慢進給時，絲杠的轉速為 nmin= Vmin/ Ph=1/10=則得到絲杠的等效轉速（估算 t1=2t2）為 Nm = 212min1max tt tntn ?? = 1000r/min （三）確定絲桿的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數值可用進給牽引力的試驗公式計算。選定導軌為滾動 直線 導軌 ，而 一 般情 況下 ，滾 動 導軌 的摩 擦系 數為第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 44 ，取摩擦系數為 ，則絲杠所受的最大牽引力為 Fmax=KFY+f(FX+FZ+G) 其中， K 為顛覆力矩影響系數， K 一般取為 ，現取 K 為 ，則得最大工作負載： Fma x= 179。 4410+0. 0026 179。 (1715+2573+7600) ≈ 而絲杠的最小工作負載荷為摩擦力為 Fmin= fG =179。 7600≈ 20N 故其等效載荷可按下式計算（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載荷 ?aC 查表，取絲杠的工作壽命 Th 為 15000h，同時取精度系數fa=1，負荷性質系數 fw=，溫度系數 ft=，硬度系數 fh=1，可靠性系數 fk=，平均轉速為 1000r/min。 60Thnm=60 ? 15000? 1000=900 ? 106r NnTffff fFC mhkahtwma 54)1060( 3316 ???? ?????第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 45 查表選用插管埋入式雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副，型號CDM50105，絲杠公稱直徑為φ 50mm,基本導程 Ph=10mm，其額定動載荷 Ca = 59811N（ Ca ?aC ），額定靜載荷 Coa=187997N，圈數179。列數 = 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 ，螺母長度為 194mm，取絲杠的精度為 1 級。在本設計中采用雙螺母墊片式預緊。 （五）臨界壓縮負荷 Fcr 確定絲杠螺紋部分的長度 Lu。 Lu 等于工作臺的 最大行程(500mm)加上螺母長度 (194mm)加兩端余程 (40mm)。 Lu 為 774mm。 支承跨距 L1 應略大于 Lu，取為 :L1=974mm。絲杠全長為L=1126mm。臨界壓縮負荷 Fcr為 Fcr = 2021LEIf?K1 ≥ Fmax 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　　 ?? ?????? ； 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 46 L0—— 最大受壓長度，按照結構設計取 L0=914mm； K1—— 安全系數，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 ,查表的 f1=2，則 62 7112 10914 ? ????? ? ? 31 =? 105NFmax= 可見 Fcr遠大 于 Fmax，滿足要求。 （六）臨界轉速驗算 Ncrm a x2 2222222 991030 nL dfKAEILf cc ??? ?? r/min 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 362 ?? ????? ?A m2 Lc—— 臨界轉速計算長度： 1 9 4 1 1 2 6 7 7 45 0 0 4 022cL ?? ? ? ?=813mm≈ ， 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 47 取 Lc=L1=974m； K2—— 安全系數，一般取 ； ρ —— 材料的密度： ρ = 33 / mkg? f2—— 絲杠支承方式系數，查表 f2=,則 ncr=9910 ? ? 2=6814r/minnmax=1500r/min 可見 ncr遠大于 nmax，滿足要求。 考慮到本設計的絲杠較長，故采用一端固定，另一端游動的支撐方式，固定端選用成對絲杠專用軸承組合，型號為40TAC72A，其額定動載荷 Ca=35280N，預緊力 Ft 為 3530N。 （七）計算軸承動負荷 tnh FffC? 壽命系數為： fh= 5001000 0500 33 10 ??hL 式中 fh—— 壽命系數； L10h—— 可靠性為 90%的額定壽命，取為 10000h； fn—— 轉速系數： 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 48 5 0 03133313333 ???jn nf ； 計算轉速 nj 取最高轉速，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。 游動端的支承查《機械設計 手冊》，選深溝球軸承，型號為 6206。 滾動直線導軌的選擇 采用兩根滾動直線導軌副，每根導軌上有兩個滑塊，其總負荷為 P=7600+2573=10173N 單向行程長度為 ，每分鐘往返次數 n=4，每日平均開機 6 個小時，使用 5 年以上，每年 300 個工作日。 hL h 900053006 ???? 每個滑塊上的計算載荷為 NPP C 2543101734141 ???? 選四方向等效載荷型，型號為 GGB35AA? 1011。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 49 額定動載荷 C= 額定靜載荷 C0=。 橫向直線位移工作臺結構 25.連接套筒 圖 32 Y 向伺服進給結構系統 鍵的選擇及校核 公稱直徑 ? 2鍵長 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 ?? ????? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 50 即 ][2p pdlh T ?? ???? 其中 T=153860N/mm、 2hh ???、 20828l ????? bL 經校驗滿足要求 聯軸器的選擇及校核 查《聯軸器、離合器設計與選用指南 知 GY 型聯軸器采用絞制孔螺紋實現兩半聯軸器的鏈接傳遞轉矩和保證對中精度，連接螺栓個數較少，拆裝市軸不需要做軸向移動但螺紋孔需配絞。 選擇 GY3 凸緣聯軸器型號為 1j 型 L=44 、 D=105 、48b32b55 11 ??? 、D 、 s=6 轉動慣量為 2./ mkgJ 質量 由于采用絞制孔螺栓連接，是由螺 栓孔壁的擠壓傳遞轉矩的，這時應驗算螺栓連接的剪切強度和擠壓強度。 剪切強度和擠壓強度的驗算 螺栓性能等級 級 M P aM P as 7202190081089001009bb??????????? 螺栓許用切應力 ??][Sss?? ? 查《機械設計》表 得 [Ss ]= 0][ MP??? ? 螺栓的許用擠壓應力 ? ? ? ?PsS?? ?p 查《機械設計》表 得 ? ? ?PS 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 51 ? ? MP aS Ps ][ p ??? ?? 查《聯軸器、離合器設計與選用指南》知 剪切強度 ? ?MP adZD T C ??? ?? 20b8 5 3 8 6 00 ???????? dDDZT bC 、 ? ? 1538608 MPMP a ?????? ?? ?? 擠壓強度 ][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 T= ? ?pp dlhdlh ?? ???? 41][21 ][2p pdlh T ?? ????即 經校核滿足抗抗擠壓強度要求 伺服電機的選擇 選用 FANUC BESK寬調速直流伺服電機驅動 ,型號為 FB 15 ,半閉環(huán)控制。制動器、測速機、編碼器配裝在電機內部。第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 52 它屬于永磁型多極電機 ,其特點是 :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 。轉子慣量大 ,在 1r/min 低速下仍能平滑運轉。設系統增益 Ks 為 18 (1/ s) ,則速度環(huán)開環(huán)增益Kvos為 54(1/ s) 。根據結構圖計算各部分折算至 絲杠軸的轉動慣量 ,聯軸節(jié)及鎖緊螺母等傳動件轉動慣量 Jc , 滾珠絲杠轉動慣量 Js , 工作臺等移動件的換算值 Jw ,加上電機 FB 15 的轉動慣量 JM , 全部轉動慣量相加得 Jr =(kgf178。 cm178。 2s ) ,驗算： ??rMJJ 滿足慣量匹配原則，即 R?? JJ M 加速能力驗算： 工 作 臺 能 達 到 的 最 大 加 速 度 2m a x / 02 smpJ hr?????? ??? 系統要求最大加速度 2sm a xm a xm a x /m530 kv60Tv2 s????? max??? 加速能力符合設計要求。 對數控機床 ,由于動態(tài)響應特性要求較高 ,所以電機力矩主要是用來 產生加速度。 Tamax= cmk gfMt Jn r ??????? m a xm a x? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 53 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?? ??? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ?? 滿足轉速匹配要求。 傳動精度 的設計 滾珠絲杠的拉壓剛度： Ks= LEd42? 當導軌運動到兩極位置時 , 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,算得最小機械傳動剛度： 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 最大機械傳動剛度： 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 ?? ? ?? ? ? ? 因此得到由于機械傳動裝置所引起的定位誤差為： 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 54 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為空載時導軌的摩擦力。 因為本設計選用的是 1 級滾珠絲杠 ,其任意 300mm的導程公 差 為 177。 6 μ m , 機床定位精度 。所以K? 1/5 12? = m ,可以 滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于 (1/ 3～ 1/ 5) 機床定位精度的要求。再加上半閉環(huán)反饋系統的補償 ,定位精度能進一步提高。 絲杠拉壓振動和扭轉振動固有頻率驗算 由以上計算可知 :軸承的接觸剛度 KT = 1225N/μ m ,絲杠螺母的接觸剛度 KC = 2753N/μ m ,絲杠的最小拉壓剛度Ksmin = 589N/μ m ,螺母座剛度 KH =1700N/μ m。 (a).軸向拉壓總剛度 固定 — 簡支方式的軸向拉壓剛度 Ke由下式計算： m i n1 1 1 1 1 1 1 1 12 2 1 2 2 5 2 7 5 3 5 8 9 1 7 0 0e B C s HK K K K K? ? ? ? ? ? ? ?? 得到 Ke= N/μ m (b).絲杠拉壓振動的固有頻率 B? B? = min/6202/6497600 6 rsr admK e ????? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統的設計 55 由計算可知絲杠拉壓振動的固有頻率遠遠大于 1500r / min ,所以能滿足要求。 (c).絲桿的扭轉剛度 4 44 6 . 1 57 . 8 4 7 . 8 4 3 1 5 8 3 . 8 /1126mT dK N