【正文】 m=2mm,a=20 176。 (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Δ L=FmLo/ES 式中： Lo 絲杠導(dǎo)程 進(jìn)給牽引力 Fm=1754N 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè) 37 E彈性模量 * 610 N/cm2 s滾珠絲杠截面積（按底徑直 d1= s=） 則Δ L=FmLo/ES=*106cm 絲杠 1m長(zhǎng)度上導(dǎo)程變形總誤差Δ L總 =100Δ L/Lo=三級(jí) 精度滾珠絲杠允許誤差為 15um/m 故剛度足夠。 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。 0． 5/6=／ min， L=60nT/106 = L=60**15000/106=30 Cm= fwFmL3 = C= 3 30 *1. 2 *17 54 654 0 N? 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。 =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。 O． 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 Fm Fm= KFx+f′ (Fz+2Fy+G) =1． 4179。 橫 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 橫向進(jìn)給切削力的確定 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。 m): 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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁(yè) 35 外形尺寸 /mm: φ 150179。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。 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。(Fz+G) Fc垂直方向切削力 η 主傳動(dòng)效率 = Mf=FoLo/2? η i= f180。 ,z1=42,z2=70,齒寬b=17mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動(dòng)效率η = 3齒輪幾何尺寸 計(jì)算 : d1=z1m=84mm, d2=z2m=140mm, da1=(z1+2)m=88mm, da2=(z2+2)m=144mm, df1=()m=79mm, df2=()m=135mm, a=(z1+z2)m/2=112mm 3齒輪校核 : 5) 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 取 則 T1=9600Nmm 6) 小齒輪的轉(zhuǎn)速 m a x1 6 2 5 / m in360yvnr??? ? ? 7) 小齒輪的圓周速度 11 / 600 00 /V d n m s??? 8) 動(dòng)載荷系數(shù) AVK K K K K??? ? ? ? 式中 KA—— 使用系數(shù)取 1 Kv—— 動(dòng)載荷系數(shù)取 KB—— 齒向載荷系數(shù)取 Ka—— 齒向載荷分配系數(shù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 32 由1211[ 1 . 8 8 3 . 2 ( ) ] c o s 1 . 7 5 8ZZ??? ? ?? ? ? ? ? 查表并插值得 Kα = 則 K=1***= 9) 許用彎曲應(yīng)力 F F lim[ ]= /N X FY Y S?? 式中： Flim? —— 彎曲疲勞極限； Flim1? 1=460N/mm2 Flim2? 2=390N/mm2 NY —— 彎曲壽命系數(shù) 1NY? 2 1NY ? YX—— 尺寸系數(shù)取 1 SF—— 安全系數(shù)取 則 2F 1 F l im 1[ ] = / 35 3. 85 /N X FY Y S N m m?? ? 2F 2 F l im 2[ ] = / 30 0 /N X FY Y S N m m?? ? 10) 齒要彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 由式 F 1 F a Sa 1 F= 2 K T Y Y Y /bd m [ ]???? 式中 FaY —— 齒形系數(shù) Fa1Y = Fa2Y = SaY —— 應(yīng)力修正系數(shù) Sa1Y = Sa2Y = Y? —— 重合度系數(shù) Y 5 5 / 77???? ? ? 則F 1 1 F a S a 1 F2 * 1 . 5 6 * 9 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 4 * 1 . 6 5 3 * 0 . 6 7 7 = 2 3 . 9 4 2 [ ]2 0 * 8 4 * 2??? ? F 2 1 F a S a 2 F2 * 1 . 5 6 * 9 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 2 5 * 1 . 7 5 * 0 . 6 7 7 = 2 1 . 7 3 4 [ ]2 0 * 8 4 * 2? ? 故齒根彎曲強(qiáng)度足夠，滿足要求。 (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Δ L=FmLo/ES 式中： Lo 絲杠導(dǎo)程 進(jìn)給牽引力 Fm=2530N E彈性模量 * 610 N/cm2 s滾珠絲杠截面積（按外 徑 d1= s=） 則Δ L=FmLo/ES=*106cm 絲杠 1m長(zhǎng)度上導(dǎo)程變形總誤差Δ L總 =100Δ L/Lo=三級(jí)精度滾珠絲杠允許誤差為 15um/m 故剛度足夠。 絲杠外徑 d1=39mm 循環(huán)列 圈 數(shù) 2**2 額定動(dòng)載荷 Ca=31714N 額定靜壓載荷 Coa=101702N 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． 956 式中 y—— 螺旋升角 (CDM40085滾珠絲杠 )， y=3176。 查表可采用 CDM40085外循環(huán) 雙螺母墊片 預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副。 =1000179。 (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 Cm= fwFmL3 , L=60nT/106 n=1000Vs/L。 6) 同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或 裝 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 29 置時(shí)，可獲得較好的同步性。 2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無(wú)爬行、由于主要存在的是滾動(dòng)摩擦，不僅動(dòng)、靜摩擦因數(shù)小，且其差值也很小，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，動(dòng)作靈敏，即使在低速情況下也不會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于滾珠的存在，絲杠與螺母之間是滾動(dòng)摩擦，僅在滾珠之間存在滑動(dòng)摩擦。 O． 40=2144N 縱向進(jìn)給 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 滾珠絲杠工作原理及特點(diǎn)： 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，是數(shù)控機(jī)床 伺服系統(tǒng)中使用最廣泛的傳動(dòng)裝置。 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量δ p，縱向： 0． 01mm／步；橫向： 0． 005 mm／ 步 。在使用時(shí)，一定要考慮動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降的特點(diǎn)。 連續(xù)運(yùn)行頻率 步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)后，其運(yùn)行速度能根據(jù)指令脈沖頻率連續(xù)上升 而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。 360b mKZ? ＝m— 電機(jī)相數(shù)； Z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； K— 系數(shù)，相鄰兩次通電相數(shù)相同， K＝ 1； 相鄰兩次通電相數(shù)不同， K＝ 2。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角θ的關(guān)系叫矩角特性，近似為正弦曲線。 光電隔離電路 ： 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器后控制電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組，由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高 (約 80v)，電流較大 (約6A)，若將輸出信號(hào)與功率放大器直接相聯(lián)，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾。通過(guò)調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和 R5可改變高壓供電的時(shí)間寬度 tb。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是功率放大，它將光電隔離電路進(jìn)來(lái)的弱信號(hào)經(jīng)功率放大，變成較強(qiáng)的電信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，如圖所示。在功率晶體管 V導(dǎo)通的瞬間，電容相當(dāng)于短路，迫使流過(guò)繞組的電流上升進(jìn)一步加快，這樣可使電 流的前沿明顯變陡，從而提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。 單電壓功率放大電路 最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，但它的缺點(diǎn)是工作效率低，在高頻工作狀態(tài)時(shí)其效率很差。 電 路的時(shí)間常數(shù)為 T=L/（ RL+RC） 時(shí)間常數(shù)表示開(kāi)關(guān)回路在導(dǎo)通時(shí)允許步進(jìn)電機(jī)繞組電流上升的速率。 驅(qū)動(dòng)放大器的 作用：將環(huán)形分配器發(fā)出的 TTL 電平信號(hào)放大至幾安培到十幾安培的電流，送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各繞組。查表法的基本思路是：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)的接線情況及通電方式求出所需要的環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表，將其存入存儲(chǔ)器中，運(yùn)行時(shí)按節(jié)拍序號(hào)查表獲得相應(yīng)控制數(shù)據(jù)，在規(guī)定時(shí)刻通過(guò)輸出口將數(shù)據(jù)輸出到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 22 2 軟件脈沖分配的控制 軟件脈沖分配器是指實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)脈沖分配控制的計(jì)算機(jī)程序。其功能 可由硬件或軟件產(chǎn)生，硬件環(huán)形分配器是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)的 脈沖分配控制 —— 硬件（環(huán)形分配器） 硬件環(huán)形分配器的種類很多，有專用基金的集成電路，可以用 JK觸發(fā)器或 D觸發(fā)器構(gòu)成，還可以用通用的可編程邏輯器件組成。環(huán)形分配器是用于控制步進(jìn)電機(jī)的通電方式的，其作用是將數(shù)控裝置送來(lái)的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式加到功率放大器上，控制各相繞組的通電、斷電。因此，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升或降速、啟動(dòng)和停止都完全取決于控制器的有無(wú)或頻率。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動(dòng)的，是我國(guó)使用最廣泛的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)形式。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于控制繞組與電源接通和斷開(kāi)的脈沖變化頻率。考慮到是在普通車(chē)床上進(jìn)行改造，精度要求不是很高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，我們采用了微機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。此外，步進(jìn)電機(jī)控制的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不存在位置檢測(cè)與反饋控制的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。 4) 低速、大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn)，經(jīng)常在低速下進(jìn)行重切削，即在低速下進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須有大的轉(zhuǎn)矩輸出 。對(duì)于低檔型數(shù)控系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)控制精度 一般為 ；而對(duì)于高性能數(shù)控系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)控制精度為 1um 甚至為 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 19 第四章伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及 執(zhí)行部件組成。其中梯形齒多用在轉(zhuǎn)速不高或小功率動(dòng)力傳動(dòng)中，而圓弧齒多用在數(shù)控加工中心等要求較高的數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)中。 加工螺紋時(shí)，為保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，須配置主軸脈沖發(fā)生器作