【正文】 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 32 頁 則 m in/3 7 5m in/4 5 0 0 rrn ??? mNmNT a ???? ???? ? 1 7 6 4m a x mNmNiG f PT if ??????? ????? ? 30 0??? mNmNiPFT i ??????? ???? ? 30 000 ??? 式中 0F —— 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 NNFF m ???? 則 mNmNTTTT faq ????????? 0 6 3 ) 7。因數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 的要求： 0m ax TTTT fa ??? 式中 maxaT —— 快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩（ mN? ）； fT —— 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩（ mN? ）； 0T —— 絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（ mN? ）。 對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算： LDJ ??? 式中 D —— 圓柱形零件的直徑； L —— 零件軸向長(zhǎng)度。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算。查廣州數(shù)控進(jìn)給伺服電機(jī)相關(guān)型號(hào)及信息，根據(jù)估算出來的最大靜轉(zhuǎn)矩 mNTj ?? ，可初選 80SJTM032C 型伺服電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 mN? ， 基本可滿足要求。 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù) mmm 2? ，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 mmb 20? ，則分度圓直徑分別為 mmmmmZd 3221811 ???? mmmmmZd 6023022 ???? 中心距 mmmmZZma 482 )3018(22 )( 21 ?????? （ 8）伺服電機(jī)的計(jì)算與選擇 1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ mT ）及最大靜轉(zhuǎn)矩（ maxjT ）的計(jì)算。可由式0360Pibp? ??? 計(jì)算。 464dI ?? ，其中 )( 0 WDdd ?? 0d —— 滾珠絲杠的公稱直徑， cmmmd 2200 ?? ； WD —— 滾珠絲杠的滾珠直徑， cmmmD W 2 3 8 8 ?? 。要使?jié)L 珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷 maxFFk ? 。則 mmP ?? 6 ????? 總 由《機(jī)床說明書》可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度 等級(jí)為 3 級(jí)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》電子版 l 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差pe 和行程變動(dòng)量 upV 見表 5— 5，縱向行程允許的行程變動(dòng)量為 12 m? ， 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 29 頁 CDM4006— 5 的 總P? 為 m? 12 m? ,故剛度足夠。 其中，“ +”用于拉伸時(shí)，“ — ”用于壓縮時(shí)。 則 )01463t a n ( 463t a n)t a n (t a n0 ???? ???? ? ??? ?? 2）剛度驗(yàn)算。 表 5— 4 CDM2020— 5型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 螺紋底徑/mm 額定載荷 /N 接 觸 剛度 /(N/um ) 0d 0P WD 1d 2d aC aC0 20 4 10639 28722 1178 螺母安裝連接尺寸 /mm D 1D 3D 4D B 5D 6D h L 1L C A M 40 — 66 53 11 10 6 100 39 4 3 M6 （ 6）滾珠絲杠的驗(yàn)算 1）傳動(dòng)效率計(jì)算。 根據(jù) aCC? （ aC 是絲杠的額定載荷，見表 5— 4）的原則，使選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷 ，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》電子版， 由上面初選絲杠 導(dǎo)程及計(jì)算所得的最大動(dòng)載荷，選取絲杠型號(hào)為CDM2020— 5，其表示外循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為 4mm，右旋螺紋，載荷鋼球?yàn)?5 圈，精度 3 級(jí)的定位滾珠絲杠副， CDM2020— 5 的額定動(dòng)載荷 10639N，故強(qiáng)度足夠。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 27 頁 （ 3）計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF （ N）。 2）滾珠循環(huán)方式選用外循環(huán)。 NNF Z 1 7 2 83 4 5 621 ??? 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，其經(jīng)驗(yàn)公司為 ZYZX FFFF , ?? 式中 XF —— 橫切端面的進(jìn)給力； YF —— 背向力。 表 5— 3 80SJTM024C型伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù) 額定功率（ kw） 驅(qū)動(dòng)單元輸入電（ V ） AC220 額定電壓（ A ） 3 零速轉(zhuǎn)矩（ mN? ） 額定轉(zhuǎn)矩（ mN? ） 最大轉(zhuǎn)矩（ mN? ） 額定轉(zhuǎn)速（ min/r ） 2020 最高轉(zhuǎn)速（ min/r ） 2500 極對(duì)數(shù) 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ） ? 重量（ kg ） 橫 向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）切削力的計(jì)算。所以，此項(xiàng)作為校核初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，由前面查得結(jié)果可知，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： m ax??jqTT? ，則 mNmNTT qj ????? 4 7 5 2 0 9 a x ? ⑤ 伺服電動(dòng)機(jī) 的最高工作頻率 maxf 。 mNmNTTT f ??????? 3 3 )1 3 0 (0快 ④ 最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 切T 。 由動(dòng)力學(xué)可知： ?Fa JT ?max 其中， tn30??? ， t 為加速度時(shí)間常數(shù)， smst ?? ，0maxPivn? 。 則 22441 cmkgcmkgJ ??????? ? 22442 3 9 cmkgcmkgJ ??????? ? 22443 cmkgcmkgJ ??????? ? 222 7 5 ]) ( 0 0 09 4 9 [)4032( cmkgJ F ???????? ② 快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 。 ])2([)( 20322211 ?PgGJJZZJJ F ???? 式中 FJ —— 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 1J —— 齒輪的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 2J —— 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 3J —— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； g —— 重力加速度。 3）各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 24 頁 ① 負(fù)載動(dòng)慣量計(jì)算。根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn) 矩可按下式估算： mNmNiPFT imm ??????? ???? ? 30 0??? 若不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ? mq TT ? 取安全系數(shù)為 ，則 mNmNTT mq ????? 0 查《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，根據(jù)加工要求選擇伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 m ax??jqTT? ，則 mNmNTT qj ????? 5 a x ? 2）初選伺服電機(jī)型號(hào)。其中 步/ mmp ?? ； b? 參考《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，初選 ??b? ； mmP 60 ? ，則 ????i 可選定齒輪齒數(shù)為 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 23 頁 403221 ??ZZi 齒輪材料采用 40Cr ，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取 7 級(jí)，前后軸承選用 8024型流動(dòng)軸承，齒輪傳動(dòng)時(shí)效率為 ?i? 。則 444 5 3 )3 9 6 (64 cmcmI ???? ? NNF k 2 9 8 7 9411 6 0 5 3 2 62 ??????? （ 7）確定齒輪傳動(dòng)比。根據(jù)公式 KL EIfF kk 22?? 式中 kf —— 絲杠支承方式系數(shù)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知， ?kf（雙推簡(jiǎn)支）； E —— 材 料 彈 性 模 量 ， 對(duì) 于 鋼 ， M PaE ??（ 26 / cmN? ）； L —— 絲杠兩支承端距離，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知， CDM4006— 5 絲杠兩支承端距離為 1600mm=160cm； K —— 滾珠絲杠的靜安全系數(shù)，取 4/1?K ； I —— 截面慣性矩。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 22 頁 表 5— 2 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量 upV 有效行程 mmlu/ 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 800 1000 11 9 15 13 21 17 29 25 40 33 3）穩(wěn)定性校核。 cmEA PFP m 6600 101 3 7 0 0 ?????? ?????? 滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化 P?? 很小，可以忽略不計(jì)，即 01 PP ??? ，所以導(dǎo)程變形總誤差 總P? 為 00 PPPP ??? 總總 式中 總P? —— 縱 向 最 大 行 程 ， 由 《 機(jī) 床 說 明 書 》 可 知 ，cmmmP 90900 ??總 。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程 0P 的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量 0P? 為 EAPFP m 00 ??? 式中 E —— 材 料 彈 性 模 量 ， 對(duì) 于 鋼 ， M PaE ??（ 26 / cmN? ） ； A —— 滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定 d ，即 cmd ? ，則 22 cmdA ?? ? 0P —— 滾珠絲杠導(dǎo)程， cmmmP ?? 。根據(jù)《機(jī)械原理》，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 0? 為 )tan(tan0 ?? ?? ?? 式中 ? —— 摩擦角， 01??? ； ? —— 螺旋升角，根據(jù)公稱直徑螺距?? an ?，可得 372 ?? ?? 。 CDM4006— 5 型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù)見表 5— 1。查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù) aCC? （ aC 是絲杠的額定載荷，見表 5— 1）的原則，使選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷。 則 NNNF m 7 0 0)1 0 0 03 4 5 6( 7 2 ?????? （ 4）計(jì)算最大動(dòng)載荷 C （ N） mHW FfftC 3? 其中 61060nTt? 01000Pvn s? 式中 t—— 壽命，以 610 為 1 單位； n —— 絲杠轉(zhuǎn)速； 0P —— 滾珠絲杠導(dǎo)程； 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 20 頁 sv —— 最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的 1/3～ 1/2，本機(jī)床取 1/2； Wf —— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn) ??Wf ，取 ?Wf ； Hf —— 硬度系數(shù)，為 60HRC 時(shí)， Hf =1，小于 60HRC 時(shí)， Hf 1，本機(jī)床取 1； T —— 使用壽命，按 15000h 計(jì)算。 （ 3）計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF （ N）。 方案：選用雙螺母墊片式預(yù)緊。 ③ 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式、螺紋式、齒差式。 方案：選用外循環(huán)。 原因： 雙圓弧型面的接觸角不變，雙圓弧交接處尚有小空隙可容納一些臟 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 19 頁 物，這對(duì)滾珠絲杠有利而不致堵塞。 要求：經(jīng)濟(jì)、易調(diào)試、穩(wěn)定。由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 KPPc ?? 式中 P—— 主軸電動(dòng)機(jī)功率， KWP ? ?—— 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為 ～ ，取 ?? ； K—— 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 ?K ； 則 KWKWP c ???? 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削轉(zhuǎn)速來計(jì)算，即 31060 ?? vFP Zc 式中 ZF —— 主切削力（ N）； v —— 切削速度（ m/min） 。對(duì)上列數(shù)據(jù)信息，根據(jù)其表 示方式與內(nèi)容要求，在控制系統(tǒng)中為它們各自分配存儲(chǔ)空間，設(shè)計(jì)傳輸通道。 輸入輸出模塊發(fā)出 :實(shí)測(cè)主軸轉(zhuǎn)速值。 數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出 :主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定值。 進(jìn)給控制給定 :位置進(jìn)給量、速度進(jìn)給量 進(jìn)給控制模塊發(fā)出 : 運(yùn)行狀態(tài) : 正常運(yùn)行，加工受阻，停止加工。 控制參數(shù) :PID 調(diào)節(jié)參數(shù)，行程極限，速度極限。以下為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上傳輸?shù)母鞣N信息。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸 數(shù)控系 統(tǒng)與功能模塊間的數(shù)據(jù)交換可方便地利用總線進(jìn)行，系統(tǒng)中總線