【正文】 由于 X方向坐標(biāo)增長最快，我們把 X 軸作為基本軸，每次循環(huán) X方向都增長一個(gè)步長，而 Y， Z的情況要通過計(jì)算來確定。 圖 10 幾種算法方式簡圖 The diagram of ways of calculation 本設(shè)計(jì)中，采用的是基于 Bresenham 算法的直線脈沖增量插補(bǔ)方法，在三維情況下生成空間直線。 因此，要實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)控制三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，使之能夠兼顧雕刻的速度和精度，就需要一種新的插補(bǔ)算法。例如，當(dāng) X 、 Y 、 Z 三方向 需同時(shí)走 l個(gè)步進(jìn)，由 A 點(diǎn)到 D 點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)走法是：一個(gè)坐標(biāo)插補(bǔ)時(shí)，如圖 10（ 1)所示，可行的路徑是 X 向先由 A 走到 B ，然后 Y 向由B 走到 C ，最后 Z 向由 C 走到 D ；兩個(gè)坐標(biāo)插補(bǔ)時(shí)，如圖 10 所示，可行的路徑是 Z 向先由 A 走到 E ，然后 XY 向由 E 走到 D ?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能一般用軟件來實(shí)現(xiàn)的，插補(bǔ)算法的效率和插補(bǔ)精度是一個(gè)十分重要的問題。 脈沖增量插補(bǔ)適用于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 表 8 工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 Table 8 Calculation of table feed motor design 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 1 作用在絲杠副上的各 FT Nm 種轉(zhuǎn)矩外加載荷產(chǎn)生 查表得： 摩擦力矩 pT PT ? 2 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載 J 2gcm 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 iJ 絲杠： L=， d= （ 1）各種回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng) l1J 2gcm 查表的： l1J ? 慣量 0 .8 ( )up KV ? ? ?對(duì) 于 開 環(huán) 系 統(tǒng) 而 言定 位 精 度upVV ??121 m a x1 / 3, 235 0 , 82 .4 5cKKLF???maxF 1807FCC F???72222 1 010f LccccdnfLLL?????maxmax1763900ccnnnn???maxoaf 1 ~ 2C 2150s a oasf F C???其 中 ：查 得 ：3hF FT 102P ????? FT ?2hph 3p 2pF F 82 .4 5p 4 0. 85FPT 102F 33???? ? ???????2， 四 級(jí) 精 度（ 1 ）查 表 得 ：2il1 i1 mnJJnni???? ????? J ??絲輪2jl2 mVJm2 n??? ?????2 300, 483mnn??W 25000gW =15000gW 20200g??臺(tái)夾件，序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 各種直線運(yùn)動(dòng)件 l2J 2gcm 查表 ： l2J ? 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查表 續(xù)表 8 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 （ 2） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mJ 2gcm 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) J= 57BYG250 ESAFRMC0152 查樣本 3 最大加速轉(zhuǎn)矩 amT Ncm ? 4 連續(xù)工作最大轉(zhuǎn)矩 MT Ncm MT ( )Fpi T T?? ?? 5 最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 rT Ncm 查樣本：額定轉(zhuǎn)矩 r am MT T T?? 80rT ?? 查樣本：最大轉(zhuǎn)矩 80 工作臺(tái)直線導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)計(jì)算 表 9 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算 Table 9 Design and calculation of rolling linear guide 序號(hào) 計(jì)算項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算公式和參數(shù)選定 計(jì)算結(jié)果 1 初選直線導(dǎo)軌副的型號(hào) HTSD15NAA 2 擬定滑塊數(shù) M 單根導(dǎo)軌兩滑塊 M=4 3 負(fù)載計(jì)算 R N 滿足要求 4 摩擦力 F N F P f?? ? 5 壽命計(jì)算 nI h 滿足要求 2l l1 l2V 120J J +J??lmlJ J?mmlJ 280J J J???m ax2a2603 0 0 , t 0 .0 0 2amanTJtn????取1 1 12121 W4 2 22hW Y W X F ZRLLFYRL?? ? ??602 103??? ?? nLLI sn 插補(bǔ)法 插補(bǔ)有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、拋物線插補(bǔ)和螺旋線插補(bǔ)多種方式。 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的組成 從前面所述，我們知道步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器和滾珠絲杠連接，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為部件的移動(dòng) . 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 參閱徐灝主編的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第四冊(cè)和李鶴軒主編的《機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)》以雕刻機(jī)進(jìn)行銑槽加工時(shí)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，過程如表 7 所示。如圖 9所示： 主軸型號(hào) 轉(zhuǎn)速 電機(jī) 外型尺寸 潤滑 軸承型號(hào) Speed Motor Dimensdions(mm) BearingSD type SDpingdle type (r/min) KW V A H2 D D1 軸端連接 L L1 L2 Lub DD58Z24/ 24000 220 400 58 44 ER11 197 23 18 油脂 前B7002C/P4 后6001C/P5 圖 9 主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào) Model of spindle 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 雕刻機(jī)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)部分： 主軸的上下移動(dòng)，主軸的左右移動(dòng)和工作臺(tái)的前后移動(dòng)。 主軸電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)前面兩節(jié)的計(jì)算結(jié)果，取一定的安全系數(shù)，忽略傳動(dòng)效率，主軸電動(dòng)機(jī)所需的扭矩、功率和轉(zhuǎn)速計(jì)算過程如表 6 所示。如平面磨床的砂輪主軸，高速內(nèi)圓磨床的磨頭。 為此要求主軸不見具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。例如主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜 剛度、阻尼比及固有頻率等參數(shù)。 3）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性 數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗燥度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，是加工無法順利進(jìn)行 . 因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且具有足夠的抑制各種干擾力引起的動(dòng)的能力 —— 抗振性。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序0 .8M 0 .6 8 6 ( / ) N mfvn? ???（ ）? ?kwdMvPm 030? mp 0 .0 1 2 n k WfMv? ?? ?????（ ）fv n n絲 ZF M mP集中，共建一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種國內(nèi)工序和各種加工材質(zhì)的要求，住運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)的要求外，還提出以下要求： 1）具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 。 表 5 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 Table 5 The calculation of cutting force, torque and power 切削方式 工作時(shí)間 參 數(shù) 計(jì) 算 結(jié) 果 百分比 t% 強(qiáng)力切削 10% 300 9000 75 一般切削 30% 480 15000 120 精細(xì)切削 50% 600 20200 150 快速進(jìn)給 10% 900 225 0 0 0 其中： n絲 — 絲杠轉(zhuǎn)速， f / ( / min)hn v P r?絲 ， 預(yù)選絲杠導(dǎo)程 4( )hP mm? ， fv — 進(jìn)給速度 (mm/min),n — 鉆削轉(zhuǎn)速 (r/min), zF — 鉆削力 (N), M— 鉆削扭矩 (Nm),mP — 鉆削功率 (kW)。進(jìn)給速度 ( / min)fnv f mm? ,鉆削速度 0 / 10 00 ( / m in)v d n m?? ， 0d — 鉆頭外徑（ mm）， f— 進(jìn)給量（ mm/r）， n— 鉆頭轉(zhuǎn)速（ r/min）。 鉆削力、扭矩和功率的計(jì)算 通過查閱參考文獻(xiàn)，按上節(jié)的簡化過程，可得到僅與進(jìn)給速度 fv 和鉆頭轉(zhuǎn)速 n有關(guān)的 計(jì)算公式，如下表 4所示。 將切削深度 pa 、進(jìn)給速度 fv 和銑刀轉(zhuǎn)速 n 的變量代入分別計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果，如下表 3 所示。 表 2 銑削力、扭矩和功率計(jì)算公式的簡化 Table 2 Milling force, torque and power of simplified calculation formula 計(jì) 算 公 式 和 參 數(shù) 選 定 計(jì) 算 結(jié) 果 銑削力： 0 .7 5 0 .6 24 2 .7 6 ( )z p fF a v n N??? 銑削扭矩： zM