【正文】 (a).軸向拉壓總剛度 固定 — 簡支方式的軸向拉壓剛度 Ke由下式計算： m i n1 1 1 1 1 1 1 1 12 2 1 2 2 5 2 7 5 3 5 8 9 1 7 0 0e B C s HK K K K K? ? ? ? ? ? ? ?? 得到 Ke= N/μ m (b).絲杠拉壓振動的固有頻率 B? B? = min/6202/6497600 6 rsr admK e ????? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 55 由計算可知絲杠拉壓振動的固有頻率遠遠大于 1500r / min ,所以能滿足要求。再加上半閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償 ,定位精度能進一步提高。 6 μ m , 機床定位精度 。 則 滾珠絲杠螺母的接觸剛度為 : Kc = 2753N/μ m,滾珠絲杠用軸承的軸向接觸剛度 : KB = 1225N/μ m,算得最小機械傳動剛度： 0 m i n m i n 11K 3 4 7 . 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 5 8 9 1 / 2 7 5 3 1 / 1 2 2 5s C B NmK K K ?? ? ?? ? ? ? 算的 最大機械傳動剛度： 0 m a x m a x 11K 6 5 8 . 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 2 9 5 0 1 / 2 7 5 3 1 / 1 2 2 5s C B NmK K K ?? ? ?? ? ? ? 因此得到由于機械傳動裝置所引起的定位誤差為： 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 54 k0 0 m i n 0 m a x1 1 1 1F ( ) 2 0 ( ) 0 . 0 2 73 4 7 . 5 6 5 8 . 5 mKK??? ? ? ? ? 其中 F0為空載時導(dǎo)軌的摩擦力。 Tamax= cmk gfMt Jn r ??????? m a xm a x? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 53 2 2 5s m a x2 2 5s m ind E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 2 9 5 0 N / m4 L 4 0 .1d E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 5 8 9 N / m4 L 4 0 .5?? ??? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ?? 滿足轉(zhuǎn)速匹配要求。 2s ) ,驗算： ??rMJJ 滿足慣量匹配原則，即 R?? JJ M 加速能力驗算： 工 作 臺 能 達 到 的 最 大 加 速 度 2m a x / 02 smpJ hr?????? ??? 系統(tǒng)要求最大加速度 2sm a xm a xm a x /m530 kv60Tv2 s????? max??? 加速能力符合設(shè)計要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖計算各部分折算至 絲杠軸的轉(zhuǎn)動慣量 ,聯(lián)軸節(jié)及鎖緊螺母等傳動件轉(zhuǎn)動慣量 Jc , 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js , 工作臺等移動件的換算值 Jw ,加上電機 FB 15 的轉(zhuǎn)動慣量 JM , 全部轉(zhuǎn)動慣量相加得 Jr =(kgf178。轉(zhuǎn)子慣量大 ,在 1r/min 低速下仍能平滑運轉(zhuǎn)。制動器、測速機、編碼器配裝在電機內(nèi)部。 選擇 GY3 凸緣聯(lián)軸器型號為 1j 型 L=44 、 D=105 、48b32b55 11 ??? 、D 、 s=6 轉(zhuǎn)動慣量為 2./ mkgJ 質(zhì)量 由于采用絞制孔螺栓連接，是由螺 栓孔壁的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩的，這時應(yīng)驗算螺栓連接的剪切強度和擠壓強度。 h=8179。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 49 額定動載荷 C= 額定靜載荷 C0=。 滾動直線導(dǎo)軌的選擇 采用兩根滾動直線導(dǎo)軌副，每根導(dǎo)軌上有兩個滑塊，其總負荷為 P=7600+2573=10173N 單向行程長度為 ，每分鐘往返次數(shù) n=4，每日平均開機 6 個小時，使用 5 年以上，每年 300 個工作日。 （七）計算軸承動負荷 tnh FffC? 壽命系數(shù)為： fh= 5001000 0500 33 10 ??hL 式中 fh—— 壽命系數(shù)； L10h—— 可靠性為 90%的額定壽命，取為 10000h； fn—— 轉(zhuǎn)速系數(shù)： 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 48 5 0 03133313333 ???jn nf ； 計算轉(zhuǎn)速 nj 取最高轉(zhuǎn)速，取 nj=1500r/min； 2 . 7 1 3 5 3 0 3 4 1 6 5 3 5 2 8 00 . 2 8C N N? ? ? ? 故能滿足要求。 （六）臨界轉(zhuǎn)速驗算 Ncrm a x2 2222222 991030 nL dfKAEILf cc ??? ?? r/min 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 362 ?? ????? ?A m2 Lc—— 臨界轉(zhuǎn)速計算長度： 1 9 4 1 1 2 6 7 7 45 0 0 4 022cL ?? ? ? ?=813mm≈ ， 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 47 取 Lc=L1=974m； K2—— 安全系數(shù)，一般取 ； ρ —— 材料的密度： ρ = 33 / mkg? f2—— 絲杠支承方式系數(shù)，查表 f2=,則 ncr=9910 ? ? 2=6814r/minnmax=1500r/min 可見 ncr遠大于 nmax，滿足要求。臨界壓縮負荷 Fcr為 Fcr = 2021LEIf?K1 ≥ Fmax 式中 E—— 材料的彈性模量， E = 179。 支承跨距 L1 應(yīng)略大于 Lu，取為 :L1=974mm。 Lu 等于工作臺的 最大行程(500mm)加上螺母長度 (194mm)加兩端余程 (40mm)。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片式預(yù)緊。 2，絲杠螺母副的接觸剛度 KC 為 2753N，螺旋升角λ =3176。 60Thnm=60 ? 15000? 1000=900 ? 106r NnTffff fFC mhkahtwma 54)1060( 3316 ???? ?????第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 45 查表選用插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，型號CDM50105，絲杠公稱直徑為φ 50mm,基本導(dǎo)程 Ph=10mm，其額定動載荷 Ca = 59811N（ Ca ?aC ），額定靜載荷 Coa=187997N，圈數(shù)179。 7600≈ 20N 故其等效載荷可按下式計算（估算 t2=2t1。 4410+0. 0026 179。 （一）絲杠的導(dǎo)程確定 Ph=Vmax/nmax=15000/1500=10mm （二） 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最 大 進 給 時 ， 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 速 為 nmax= Vmax/ Ph =15000/10=1500r/min 最慢進給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmin= Vmin/ Ph=1/10=則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估算 t1=2t2）為 Nm = 212min1max tt tntn ?? = 1000r/min （三）確定絲桿的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。 cm，工作負載的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。滾動軸承采用脂潤滑 ,填充在螺母內(nèi)部及涂在絲杠螺紋滾道上 ,滾珠絲杠副防護用全封閉式鐵皮防護罩。所以 ,能滿足 要求。 (c).絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度 rNmLdK mT / 44 ??? (d).平移物體的轉(zhuǎn)動慣量 232w ???? ?）（ ? 絲杠轉(zhuǎn)動慣量 23s ??? ? 。 絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動固有頻率驗算 由以上計算可知 :軸承的接觸剛度 KT = 1080N/μ m ,絲杠螺母的接觸剛度 KC = 1692N/μ m ,絲杠的最小拉壓剛度Ksmin = ,螺母座剛度 KH =1000N/μ m。 由于采用了滾動直線導(dǎo)軌 ,因此由靜摩擦力引起的重復(fù)定位精度也很小 ,一般能滿足重復(fù)定位精度177。所以K? 1/5 12? = m ,可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于 (1/ 3～ 1/ 5) 機床定位精度的要求。 因為本設(shè)計選用的是 1 級滾珠絲杠 ,其任意 300mm的導(dǎo)程公 差 為 177。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 40 mN/ EdKmN/ EdK522s m i n522s m a x???????? ??????? ????? 傳動精度的設(shè)計 滾珠絲杠的拉壓剛度： Ks= LEd42? 當導(dǎo)軌運動到兩極位置時 , 有最大和最小拉壓剛度 ,其中 L 值分別為 750mm 和 100mm。 對數(shù)控機床 ,由于動態(tài)響應(yīng)特性要求較高 ,所以電機力矩主要是用來 產(chǎn)生加速度。 cm178。設(shè)系統(tǒng)增益 Ks 為 18 (1/ s) ,則速度環(huán)開環(huán) 增益第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 39 Kvos為 54(1/ s) 。它屬于永磁型多極電機 ,其特點是 :定子磁極是高性能鐵氧體 ,能承受高的峰值電流 ,加速性能好 。 剪切強度和擠壓強度的驗算 螺栓性能等級 級 M P aM P as 7202190081089001009bb??????????? 螺栓許用切應(yīng)力 ??][Sss?? ? 查《機械設(shè)計》表 得 [Ss ]= 0][ MP??? ? 螺栓的許用擠壓應(yīng)力 ? ? ? ?PsS?? ?p 查《機械設(shè)計》表 得 ? ? ?PS ? ? MP aS Ps ][ p ??? ?? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 38 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計與選用指南》知 剪切強度 ? ?MP adZD T C ??? ?? 20b8 5 3 8 6 00 ???????? dDDZT bC 、 ? ? 1538608 MPMP a ?????? ?? ?? 擠壓強度 ][20p pbcdZD T ??? ?? 5 3 8 6 5 7 0 ???????? ?、CT a450][ 153802p MPMP a p ?????? ?? ?? 鍵的校核 由于鍵之間采用靜連接需校核鍵的抗擠壓校核 T= ? ?pp dlhdlh ?? ???? 41][21 ][2p pdlh T ?? ????即 經(jīng)校核滿足抗抗擠壓強度要求 伺服電機的選擇 選用 FANUC BESK寬調(diào)速直流伺服電機驅(qū)動 ,型號為 FB 15 ,半閉環(huán)控制。 1t = 鍵的校核 由于為靜連接鍵采用 抗擠壓校核 ][41][21pp dlhdlhT ?? ????? 即 ][2p pdlh T ?? ???? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 37 其中 T=153860N/mm、 mm32hh ???、 19625l ????? bL 經(jīng)校驗滿足要求 聯(lián)軸器的選擇及校核 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計與選用指南 知 GY 型聯(lián)軸器采用絞制孔螺紋實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的鏈接傳遞轉(zhuǎn)矩和保證對中精度，連接螺栓個數(shù)較少，拆裝市軸不需要做軸向移動但螺紋孔需配絞。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 36 縱向直線位移工作臺結(jié)構(gòu) 頭螺釘 6 滾珠絲杠副 15.聯(lián)軸器 圖 31 X 向伺服進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 鍵的選擇及校核 公稱直徑 ? 2鍵長 l=2 b179。 hL h 900053006 ???? 每個滑塊上的計算載荷為 NPP C 2543101734141 ???? 選四方向等效載荷型，型號為 GGB35AA? 1300。 游動端的支承查《機械設(shè)計手冊》，選深溝球軸承，型號為 6206。 考慮到本設(shè)計的絲杠較長，故采用一端固定，另一端游動的支撐方式，固定端選用成對絲杠專用軸承組合，型號為30TAC62A，其額定動載荷 Ca=33320N，預(yù)緊力 Ft 為 3040N。 1011N/m2 ； I—— 絲杠最小截面慣性矩： I = 4264d　　? = ? ?40 wDd　　 ??? = ? ? 47124 m　　 ?? ?????? ；