【正文】 ③ 摩擦附加力矩 Mo： mNFPM h ??????? ???? )0 . 91(10 . 8π2 41 4 0 910)η1(π η i2 323200 ④ 快速空載起動(dòng)力矩 M： mNMMMM fa ??????。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下 , 所需轉(zhuǎn)矩不同 , 下面分別按各階段計(jì)算 : ① 加速力矩 Ma： mNTnJM ra ??? ??? ② 摩擦力矩 Mf： mNPFM hof ?????? ????? . 8π2 0 0 010π η i2 33 式中η為傳動(dòng)鏈總效率取 ； F0 為導(dǎo)軌靜摩擦力， F0 =2020179。 mm2。 （ 1） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J： 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jl :Jl =J1 +Js 2221 )π2 4()π2( mmkgmPJ h ?????? 式中 , J1 — 工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 , 式中 m是工作臺(tái)質(zhì)量， m = 60 kg。 。 m） 配用絲杠 mm 脈沖當(dāng)量 mm 出軸 110BC380C 5:3 16 4 短 表 37 JBF7A 步進(jìn)電機(jī) 外形尺寸及安裝尺寸 型號(hào) 電機(jī)型號(hào) D D1 D2 D3 L1 L2 L3 L4 H 出軸 JBF7A 110BC380C 110 20 40 285 218 90 28 185 短 而機(jī)床要求刀架快速移動(dòng)速度 : 12m/min, 最大進(jìn)給速度 : m/min, 起動(dòng)加速時(shí)間 : 30 ms。 表 36 JBF7A 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 減速比 步距角 （176。 3. 橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算 為了滿足最小步距及減速要求，綜合考慮通過(guò)轉(zhuǎn)矩與工作頻率，選用南京菁華數(shù)控工程有限公司生產(chǎn)的三相反應(yīng)式減速步進(jìn)電機(jī) JBF7A。 計(jì)算滾珠絲杠柔度λ： 計(jì)算臨界載 荷 Fc： 即縱向滾珠絲杠穩(wěn)定性足夠。 m)引起的導(dǎo)程變化量δ T： 鋼球和螺紋滾道產(chǎn)生的軸向變形δ a： MPass 4752355ζ5~3ζ]ζ[ ====M P a ) 1016(4)17π 1 0 4 94( )0 . 2 dT(4)πd4F(ζ23322231221=+=+=mmE FP h 100 9 0 0 41 0 4 94πd4EAFPδ 32321hF = ===mmFdT 100 0 2 ) a n (201 0 4 9211732π1 0 0 08 3 . 3π24 )ρλt a n (2π G J2Pπ G J2Pδ300420c2hc2hT=+=+==唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 25 式中， Kz — 載荷分布不均勻系數(shù)，與制造精度有關(guān)，通常取 Kz =～ ； Fao— 螺母預(yù)緊力， Fao≈ ； Σ Z— Z 圈內(nèi)的鋼球數(shù)， . 3 8 . 5 ∑W0z === 滾珠絲杠導(dǎo)程變形總量Σ δ ： 橫向滾珠絲杠剛度 KΣδ ： 即橫向滾珠絲杠剛度足夠，其剛度滿足要求。 所以，? [? ]，即滾珠絲杠的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 按照第三強(qiáng)度理論有，轉(zhuǎn)矩 T 根據(jù)縱向滾珠絲杠軸的步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算 (見(jiàn)后)得， T =16 N178。 KWKWPP mmE ===33 15000 3 .1 15 0 0 5 0 0hh LK = = =333 3 . 3 3 3 . 3 0 . 8 163nK n===KNFKKKKKC LHFnha 14 ≥ ==NGFfKFF cp 0 4 9)4 9 3 7 4( 2 )( =++= +′+=唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 24 表 35 CDM20205P4型滾珠絲杠的具體參數(shù) 公稱直徑 基本導(dǎo)程 鋼球直徑 絲杠外徑 螺紋底徑 額定載荷（ KN） 剛度（ N/181。 轉(zhuǎn)速系數(shù) Kn： 基本額定載荷 Ca: (3)選擇滾珠絲杠的型號(hào) 根據(jù)計(jì)算的基本額定載荷 Ca≥ ，查表《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 G18— 4，選擇滾珠絲杠的型號(hào) CDM2020— 5— P4，即外循環(huán)端蓋式雙螺母墊片預(yù)緊右旋滾珠絲杠副，其公稱直徑為 Φ 20mm，導(dǎo)程為 4mm，滾珠列數(shù)為 列，精度等級(jí)為 4 級(jí) (一般數(shù)控機(jī)床精度等級(jí)為 4級(jí) )，額定動(dòng)載荷為 10639N[9]。 2. 橫向滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 同縱向滾珠絲杠 副的設(shè)計(jì)相同，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)即為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。 則可計(jì)算出切削力 Fc、進(jìn)給力 Ff、背向力 Fp 的值 切削力 Fc： 進(jìn)給力 Ff： 背向力 Fp： 切削功率 Pm ： 主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 PE ： m in/ 1 0π 701 0 0 0πd1 0 0 0 rVn c = ==NKVfapCF FcncYXFcc FcFcFc ===0== Ffn F fcYXpFff KVfaCF FfFfNKVfaCF FpncYXpFpp FpFpFp ===KWVFP ccm 741010 33 =247。 查《機(jī)械工程手冊(cè)》第二版“機(jī)械制造工藝設(shè)備 (二 )表 得： CFc=3600； XFc=； YFc=； nFc=0； KFc=1； CFp=1390； XFp=； YFp=； nFp=0； KFp=1。加工零件的最大直徑 d=400mm，主軸最大轉(zhuǎn)速 n=1400r/min，刀具選擇 YT5 和 YTl5 硬質(zhì)合金焊接式車(chē)刀。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，并要保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 根據(jù)以上設(shè)計(jì)，繪出縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖見(jiàn)圖 JB07202003。 如果按一天工作 16 小時(shí)，一年工作 300 天 ，此軸承可以使用 11 年，故所選軸承合適。 得： X=1， Y=。 得： X=1， Y=。 表 34 滾珠絲杠副的支承結(jié)構(gòu) 序號(hào) 支承方式 支承結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 應(yīng)用 1 一端裝止推軸承（固定 自由式） 承載能力小，軸向剛度低 短絲杠，調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)的垂直坐標(biāo) 2 一端裝止推軸承一端裝深溝球 軸承（固定 支承式） 滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，為減小絲杠熱變形影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源 3 兩端裝止推軸承 止推軸承再施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。 (2) 縱向軸承的壽命計(jì)算 1) 軸承的軸向力計(jì)算 向心角接觸球軸承在承受徑向載荷 Fr 的作用下，將產(chǎn)生使軸承內(nèi)、外圈分離的附加派生軸向力 Fd，對(duì)于α =25176。當(dāng)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，可視為滑塊沿斜d m a xm a xm in /TωJT =mNTT Jd ?=== 402022m a xr a d / s π/ 6 0n 2 πω m a xm a x =247。 (1) 縱向滾珠絲杠軸承的受力分析 將螺母視為滑塊，其上有軸向載荷，假定集中作用于中徑圓周上。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，縱向絲杠的左端軸承初選兩個(gè)成對(duì)的角接觸軸承，輕系列，內(nèi)徑 35mm，公稱接觸角 250，代號(hào)為 7207AC，右端軸承初選為調(diào)心球軸承，輕系列，內(nèi)徑 20mm，代號(hào)為 1204。 設(shè)計(jì)所選縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定一端游動(dòng)，如圖 ，左端是兩個(gè)角接觸球軸承，右端是一個(gè)調(diào)心球軸承組成的支承結(jié)構(gòu)，可滿足支承要求。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持良好的配合，并保證孔對(duì)端面的垂直度，螺母座應(yīng)增加適當(dāng)?shù)睦甙澹哟舐菽缸蜋C(jī)床結(jié)合的面積，以提高 螺母座的局部剛度和接觸剛度 [12]。 4. 縱向進(jìn)給軸承選擇計(jì)算 滾珠絲杠副的正確安裝及支承，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度影響很大。 電機(jī)輸出的最大電磁轉(zhuǎn)矩 Tdmax，查《電機(jī)工程手冊(cè)》可知，在加速和減速過(guò)程中，按兩倍的額定 轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即 即縱向最小機(jī)械時(shí)間常數(shù)滿足要求在 lms1000ms 之間 (查車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù) )。 （ 4） 最小機(jī)械時(shí)間常數(shù) Tmin : ( 312 ) mmkgmrJ s?==== / 4614162 1 0 0 01 =+=+= sMlM JJ JJJmNTnJM ra ?= == mNPFM hof ?= == . 8π2 η i2 33mNFPM h ?= == )0 . 91(10 . 8π2 62 4 3 510)η1(π η i2 323200mNMMMM fa ?=++=++= m inm a xm a xm a x ωdtω TJdJT d ==唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 19 ( 313 ) 式中， J — 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 ③ 摩擦附加力矩 Mo： ④ 快速空載起動(dòng)力矩 M： 因此，選用 20 N178。 （ 3） 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下 , 所需轉(zhuǎn)矩不同 , 下面分別按各階段計(jì)算 : ① 加速力矩 Ma： ② 摩擦力矩 Mf： 式中η為傳動(dòng)鏈總效率取 ； Fo 為導(dǎo)軌靜摩擦力， Fo =3000179。 mm2。 J1 — 工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 , 6 0 6 0α === hPiMsMl JJJJJJ ++=+= 12221 )π26()π2( mmkgmPJ h ?===圖 JBF6步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 圖 JBF步進(jìn)電機(jī) 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 18 式中， m — 工作臺(tái)質(zhì)量， m≈ 80 kg。 故步進(jìn)電機(jī)上安裝齒輪減速比 1:1 完全符合要求。 m） 配用絲杠 mm 脈沖當(dāng)量 mm 出軸 130BC3100A 1:1 20 6 長(zhǎng) 表 34 JBF6 步進(jìn)電機(jī) 外形尺寸及安裝尺寸 型號(hào) 電機(jī)型號(hào) D D1 D2 D3 L1 L2 L3 L4 H 出軸 JBF6 130BC3100A 130 40 80 320 250 5 90 190 長(zhǎng) （ 1） 計(jì)算降速比 i: 式中， α — 步進(jìn)電機(jī)的步距角，176。 計(jì)算與校驗(yàn)如下： 負(fù)載 步進(jìn) 電機(jī) 功率放大器 脈沖 步進(jìn)控制器 方向控制 圖 步進(jìn)電機(jī)控制的組成 4~ 10200πλπ 23222=====FFcKNAEF c唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 17 表 33 JBF6 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 減速比 步距角 （176。定位精度：177。其結(jié)構(gòu)如圖 所示，其主 要參數(shù)見(jiàn)表 33所示， 外形尺寸及安裝尺寸 見(jiàn)表 34所示。功率放大器的作用是把控制器輸出的環(huán)行脈沖加以放大 , 以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)控制器是由緩沖寄存器、環(huán)行分配器、控制邏輯及正、反轉(zhuǎn)控制門(mén)等組成。典型的步進(jìn)電機(jī)控 制系統(tǒng)如圖 所示。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，縱向進(jìn)給選用滾珠絲杠 CDM4006— 5— P4，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。 (6) 滾珠絲杠穩(wěn)定性計(jì)算 對(duì)于經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床，滾珠絲杠為長(zhǎng)絲杠 (長(zhǎng)度為 1500mm)，選用一端固定一端游動(dòng)作為支承，其費(fèi)用比較低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 m； 式中 ,ρ 為當(dāng)量 摩擦角， tanρ =00025， ρ =176。 滾珠絲杠截面積： 則： 滾珠絲杠受扭矩 T(N178。 MPa 27 .5)3 5 . 10 . 2 20(4)3 5 . 1π 24354( )0 . 2 dT(4)πd4F(ζ232223121 2=+=+=圖 CDM滾珠絲杠結(jié)構(gòu)