【正文】 由公式（）計算得：Fm=634611=21805mm/minc) 由文獻(xiàn)[12]查得切削能力的計算公式如下：Q=WdNne/1000……………………………………（）式中：Q——切削能力（cm3/min） W——銑削寬度（mm），取W= D——銑削深度（mm），取W= Ft——銑刀齒數(shù)，取Ft= 由公式（）計算得：Q=634611/1000=d) 由文獻(xiàn)[12]查得主軸電機(jī)的輸出功率計算公式如下：Pm=Q/ηMrm ………………（）式中：Pm——主軸電機(jī)的輸出功率（kw） Mrm——每千瓦功率的切削能力（cm3/minkw），一般Mrm=20 η——傳動功率，取η=由公式（）計算得：Pm=（20）=3) 鉆削時的功率計算：⑴ 鉆削速度由公式（）計算得：Ve=244567=279880mm/min⑵ 進(jìn)給速度由公式（）計。2) 機(jī)床切削功率的計算a) 銑削速度由文獻(xiàn)[7]查得如下計算公式：Ve=πDmne ………………………………………（）式中：Ve——銑削速度（mm/min）； Dm——銑刀半徑（mm），取Ve=； ne——主軸轉(zhuǎn)速（r/min），取ne=34611r/min。1) 數(shù)控機(jī)床對主軸電機(jī)的要求⑴ 所選電主軸應(yīng)能滿足機(jī)床的切削要求；⑵ 根據(jù)要求的主軸加減速時間計算出的電機(jī)功率不功率不應(yīng)超過電機(jī)的最大輸出功率；⑶ 在要求主軸頻繁起、制動的場合，必須計算出平均功率，其值不能超過電機(jī)的連續(xù)額定輸出功率。這樣不僅大大簡化了主軸部件的設(shè)計，使其機(jī)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小，而且可以提高機(jī)床啟動、停止的響應(yīng)度，有利于控制震動和噪聲。從這一轉(zhuǎn)速起至主軸最高轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率，而且扭矩隨著轉(zhuǎn)矩的增加而減少，此為恒功率區(qū)工作范圍；低于主軸計算轉(zhuǎn)速的各級轉(zhuǎn)速所能傳遞的扭矩與計算轉(zhuǎn)速下的扭矩相等，它是該機(jī)床的最大傳動扭矩，而功率隨轉(zhuǎn)矩的減小而減小，此為恒扭矩工作范圍（圖31所示）：圖31 主軸的轉(zhuǎn)速——功率曲線由于本數(shù)控機(jī)床采用專用鉆銑電主軸進(jìn)行無級變速，由無級變速知識得： ……………………………（）其中，nmax 、nmin分別為電主軸最大、最小轉(zhuǎn)速，由前計算知：鉆24947—79618r/min，銑15046—79618r/min，將以上數(shù)據(jù)代入式（）中，得電主軸的計算轉(zhuǎn)矩為：鉆削： 銑削： 主軸傳動系統(tǒng)的選擇本數(shù)控機(jī)床工作時，由于刀具直徑很小，為此刀具的轉(zhuǎn)速很高，以防止刀具損壞，因此對主傳動系統(tǒng)的選擇要求很高。167。此外，還將對本機(jī)床所采用的數(shù)控裝置（包括CNC軟件和硬件）進(jìn)行選擇和分析說明。的向心推力軸承并且軸向固定，這就提高了軸向剛度。⑵ 關(guān)鍵零部件的選擇何設(shè)計在數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)中，為了確保機(jī)床整機(jī)的精度和工作穩(wěn)定性，在機(jī)械傳動裝置的設(shè)計上，要求式非常嚴(yán)格的。m本章小結(jié)：在本章中，主要對PCB數(shù)控四軸鉆銑床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。mZ1326APA1E700W5000rpmNmY1326APA3E1200W3000rpmN⑸ 伺服電機(jī)的選擇S2綜上所述，所選伺服電動機(jī)如下表：表211 伺服電機(jī)的選擇電機(jī)型號額定功率額定轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子慣量連續(xù)轉(zhuǎn)矩X1326APA3E1200W3000rpmN104Kgm2）所以其轉(zhuǎn)動慣量大約是又由式（220）有： JL= J1 +J2 +J3=104（Kg321012=104（Kg若JM過小，則不能滿足伺服電機(jī)快速響應(yīng)的要求；若JM過大，則不能充分發(fā)揮其能力，造成浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)通常在電動機(jī)慣量JM與負(fù)載慣量JL之間，采用下列匹配關(guān)系： 1/4≤JL/JM≤1………………………………………（220） 按動能原理，將負(fù)載慣量JL折算到電機(jī)軸上為：其中，Jk——各旋轉(zhuǎn)件的運(yùn)動慣量（kgm2）；Wk——各旋轉(zhuǎn)件的角速度（rad/s）；mi——各直線運(yùn)動件的質(zhì)量（kg）；Vi——各直線運(yùn)動件的速度（m/s）；W——伺服電機(jī)的角速度（rad/s）。m最后選擇得伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩硬大于M1值。mY向：M1y=273010103/2+39810103/2+250103= Nmm。mm）； Fao——絲桿預(yù)拉力，F(xiàn)aoy=2730N； Lsp——絲桿導(dǎo)程（mm）；Lspx=Lspy=10mm，Lspz=5mm； K——滾珠絲桿預(yù)緊力矩系數(shù)，取K=； P——加在絲桿軸向的外部載荷，Px=265N；Py=398N；Pz=66N； η1——滾珠絲桿的效率，取η1=； M8——支承軸承的摩擦力矩，即啟動力矩，從滾珠絲桿軸承系列表中查得：Mby=250N由文獻(xiàn)[10]下冊得如下計算公式： M1=KFaoLsp/2π+PLsp/2πη1+M8 …………………………()式中：M1——等速運(yùn)動的驅(qū)動力矩（NaVm為滿足這些要求，應(yīng)對電動機(jī)進(jìn)行最高轉(zhuǎn)速計算、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算、慣量匹配計算和加減速扭矩計算。另外，斷續(xù)工作區(qū)的范圍更為擴(kuò)大，尤其是在離高速區(qū)域，這有利于提高電機(jī)的加、減速能力。電機(jī)雖發(fā)熱較多，但工作時間較短，故仍然能保證溫度不超過允許的程度。連續(xù)工作區(qū)上限是這種電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，用于執(zhí)行部件的快移。兩區(qū)的交界線為連續(xù)工作時輸出轉(zhuǎn)矩的上限。c) 交流伺服電機(jī)的性能分析交流伺服電機(jī)的特性曲線圖215所示。交流伺服電機(jī)本身沒有以上直流電機(jī)的缺點，而且轉(zhuǎn)動慣量小，使得動態(tài)響應(yīng)更好；在同樣的體積下，交流電機(jī)比直流電機(jī)的輸出功率可提高10%—30%；交流電機(jī)的容量更大，轉(zhuǎn)速和承受電壓更高、壽命更長、故障也更少。直流伺服電機(jī)開發(fā)較早，應(yīng)用廣泛，具有優(yōu)良的調(diào)速性能。因此，要求電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，盡可能小的電機(jī)時間常數(shù)和起動電壓；⑷ 典籍應(yīng)能夠承受頻繁的起動，制動和反轉(zhuǎn)。為了滿足以上四點要求，進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)對執(zhí)行元件——伺服電機(jī)也相應(yīng)地提出了要具有高精度、快反應(yīng)、寬調(diào)速和大轉(zhuǎn)矩等特點。為此，數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給驅(qū)動（主要即是伺服電機(jī)）提出了很高的要求。根據(jù)上述分析和計算結(jié)果，由文獻(xiàn)[12]、：X方向：GGB25AA2P121000CY方向：GGB25AA2P121240CZ方向：GGB20AA1P12160C5) 伺服電機(jī)的選擇 a) 伺服電機(jī)的選擇原則數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動機(jī)床、精密機(jī)床和萬能機(jī)床三者的優(yōu)點，將高效率、高精度和高柔性集中于一身。查文獻(xiàn)[11]選擇Y向直線滾動導(dǎo)軌得型號為LGW30，采用中預(yù)載P1=，導(dǎo)軌長度1060mm，基本額定動載荷為3380kgf，基本額定靜載荷為5460kgf﹥2902=580kgf。如果靜載荷較大，則應(yīng)保證新選用的額定靜載荷C0不小于工作靜載荷的2倍。對于用滾珠的直線滾動導(dǎo)軌副，額定壽命為50Km。 ⑵ 計算由于Y向?qū)к壍墓ぷ鳁l件最典型所受作用力液最大，故下面就對Y向的導(dǎo)軌進(jìn)行設(shè)計校核。其工作原理如下圖：圖213 直線滾動導(dǎo)軌副的工作原理c) 循環(huán)式直線滾動導(dǎo)軌副的選取與計算 ⑴ 分析滾動導(dǎo)軌的設(shè)計，主要式根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件，選擇直線滾動導(dǎo)軌副的型號、數(shù)量，并進(jìn)行合理的配置。⑷ 導(dǎo)軌類型的選擇根據(jù)本機(jī)床的性能要求看，導(dǎo)軌要滿足壽命長、剛度好、承載高、摩擦阻力小、導(dǎo)向精度高、接觸精度高、精度保持性好、低速穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)相對簡單，而且調(diào)整、裝配及維修都要很方便。 靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點是：⑴ 摩擦系數(shù)很小，可使驅(qū)動功率大大降低，低速時無爬行現(xiàn)象；⑵ 導(dǎo)軌工作表面不直接接觸，基本上沒有磨損，能長期保持原始精度，壽命長；⑶ 承載能力大，剛度好；⑷ 摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升??；⑸ 油液具有吸振作用，抗振性好。因此，當(dāng)要求運(yùn)動件產(chǎn)生精確微量的移動時，通常采用滾動導(dǎo)軌；③ 磨損較小、壽命長，潤滑簡便；④ 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本相對較高；⑤ 對贓物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。 ⑵ 滾動摩擦導(dǎo)軌滾摩擦導(dǎo)軌時在運(yùn)動件和承導(dǎo)件之間放置滾動體（滾珠、滾柱、滾動軸承等），使導(dǎo)軌運(yùn)動時處于滾動狀態(tài)。 ⑴ 滑動導(dǎo)軌滑動摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動件與承導(dǎo)件直接接觸。導(dǎo)軌副按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，可有不同的分類：⑴ 按運(yùn)動導(dǎo)軌的軌跡可分為：直線導(dǎo)軌副和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌副；⑵ 按導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)可分：滑動導(dǎo)軌副、滾動導(dǎo)軌副和流體導(dǎo)軌副（包括靜壓導(dǎo)軌副和氣壓導(dǎo)軌副）；⑶ 按結(jié)構(gòu)可分為：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。m2）彈性體硬度XML1b251530085YML1b25 1530085ZML1a1615300754) 導(dǎo)軌副的選擇 a) 導(dǎo)軌副的類型導(dǎo)軌主要是用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動部件沿一定的軌道運(yùn)動。m） [Tn]——許用轉(zhuǎn)矩 Pw——驅(qū)動功率，由前面的計算結(jié)果知Pwx=Pwy=1KW，Pwz= N——工作轉(zhuǎn)速，取nx=ny=nz=2000r/min K——工況系數(shù)，由文獻(xiàn)[6]中的表17—2查取K=根據(jù)公式（）可計算得：根據(jù)以上計算結(jié)果，查文獻(xiàn)[6]表1713，選擇結(jié)果如下表：表21 聯(lián)軸器的選取進(jìn)給方向型號許用轉(zhuǎn)矩（N圖212 梅花型彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)它適用于載荷變化不大，對緩沖減振要求不高，而需要有一定的補(bǔ)償兩軸相對位移的中小功率傳動中的兩軸的連接。經(jīng)過比較各類型的聯(lián)軸器，再結(jié)合設(shè)計的實際情況，我初選采用梅花型彈性聯(lián)軸器。 b) 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器主要有剛性聯(lián)軸器、擾性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器這三類。在機(jī)械傳動裝置的設(shè)計上，都要求是無間隙的低摩擦、高剛度、低慣量、高諧頻以及適宜的阻尼比。3) 聯(lián)軸器的選擇 參見文獻(xiàn)[6]《簡明機(jī)械設(shè)計手冊》第十一章。故C=﹤因而所選得軸承能夠達(dá)到壽命要求。Y方向的軸承的最大動載荷：Gy=1=由于Gy=﹤，故所選的軸承是完全安全的。⑵ Y軸方向當(dāng)量動載荷的計算Y方向的支承方式與X方向的相同，其中：G=40N；Fymax=640N；FrⅠ=FrⅡ=20N；SⅠ=SⅡ=20tg60ο=由于Fymax+ S1S2=Fymax＞0故 Fa1= SⅠ=；Fa2= SⅠ+Fymax=+640=因為FaⅠ/ FrⅠ=＜=e由文獻(xiàn)[2]：X=， Y=所以PⅠ=20+398=。由文獻(xiàn)[7]得軸承基本額定動負(fù)載的計算公式為：C=Pfnfmfd/fnfT＜Ca …………………………()式中：C——基本額定動負(fù)載計算值。b) 軸承的校核 ⑴ 分析軸承的失效形式主要有三種：疲勞點蝕、塑性變形和磨損，除此之外，軸承還可能發(fā)生膠合，元件銹蝕，斷裂等失效形式，對于這些失效形式，主要是通過強(qiáng)度計算來保證軸承可靠的工作，其計算準(zhǔn)則為：對中速軸承（n ＞10r/min，但n＜1000r/min），其失效形式主要是疲勞點蝕，故進(jìn)行疲勞強(qiáng)度壽命計算；對低速軸承（n≤10r/min），其主要失效形式是表面塑性變形，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算；對高速軸承（n≥1000r/min），其主要失效形式為由發(fā)熱引起的磨損、燒傷，應(yīng)對其進(jìn)行基本額定動負(fù)載的計算及極限轉(zhuǎn)速的校核。um，起動力矩為15N圖29 X、Y向滾珠支撐方式圖210 Z向滾珠支撐方式為了減小機(jī)床的復(fù)雜程度，X、Y、Z三個方向的軸承均采用46204角接觸軸承。的向心角接觸軸承。由于Z方向絲桿距離較短，只用兩個接觸角為60176。的雙聯(lián)推力向心軸承并一端固定，一端自由。對于本次設(shè)計中的滾珠絲桿的支承方式，X、Y向由于絲桿相對較長，而采用接觸角為60176。中小機(jī)床的絲桿軸承主要采用接觸角為60176。因而，選擇滾珠絲桿的支承方式就至關(guān)重要了。同理，可知X方向的預(yù)拉伸力也是合格的。預(yù)拉伸力的計算：Ft=πEΔLA2/L…………………………………()其中，E——彈性模量，取E=105N/mm2。 ⑵ 預(yù)拉伸的確定X、Y向的滾珠絲桿采取“固定—簡支”支承方式，可對絲桿進(jìn)行預(yù)緊拉伸安裝，而Z方向采取雙推—自由支承方式，不可進(jìn)行預(yù)拉伸安裝。圖28 雙螺母墊片預(yù)緊的工作原理由文獻(xiàn)[14]知：預(yù)緊力一般約取最大軸向載荷的1/3，所以此處預(yù)緊力Ft≈398/3=133N。結(jié)合到本次設(shè)計的實際，選用結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、剛度高的雙螺母墊片預(yù)緊。j) 滾珠絲桿螺母的預(yù)緊⑴ 預(yù)緊的意義：消除軸向間隙，消除回程誤差，提高剛度。 P——絲桿的螺距（mm）； a——機(jī)床的分辨率，由設(shè)計要求知：a=； i——減數(shù)比，i=1； DMR——由數(shù)控機(jī)床決定的檢測系統(tǒng)信頻數(shù)，一般DMR=4；從上式易知：a∝1/P即機(jī)床的最小分辨率與絲桿的螺距成反比，當(dāng)P=10mm，則a=，故此時可滿足設(shè)計要求。i) 定位精度的核算由文獻(xiàn)得： I=P/DMRai………………………………()其中，I——編碼器輸出得脈沖信號數(shù)（P/r），由伺服電機(jī)資料可查得，脈沖編碼器有2000 P/r，2500 P/r和5000 P/r等幾種。代入計算得：δc=103mm由于施加了預(yù)緊力，故：δ3=δc/2=103mm ⑶ 結(jié)論：δ=103mm在絲桿得初步設(shè)計時，可假定絲桿得累積誤差約占機(jī)床定位誤差得1/31/2。⑵ 計算 ① 當(dāng)絲桿采用雙螺母墊片預(yù)緊時，由文獻(xiàn)[14]，δ1=103KzF/Z(DwFp)1/3 ………………()式中