【正文】 滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對縱向變形的影響更小，可忽。由于軸向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機床定位精度的一半。 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 ? 為 )( ???? ?tg tg＝ () 式中： ? 為絲杠螺旋升角， ? 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) f ＝ ～ , 其摩擦角約等于 01? 。 移動件及最大成型件重量的計算 根據(jù)摩擦力計算公式： G=mg () 移動部件質(zhì)量 1m =10kg 最大成型件重量 2m =10kg 12()G m m g?? =20=196N 工作臺慣性力的計算 取平均加速時間 t=12ms,由于系統(tǒng)最大移動速度 maxV = 160ms ，經(jīng)計算得，系統(tǒng)加速度 a= 1F =ma =20=28N 滾 珠絲杠螺母副的選型和校核 由于轉(zhuǎn)速較大，滾珠絲杠螺母副初步選型的主要依據(jù)其使用壽命選擇絲杠的基本尺寸并較核其承載能力是否超過額定動載荷。由 于其步距角很小，所以將采用有細(xì)分電路的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。 確定步進(jìn)電機步距角 根據(jù)公式 pbLi ??3600? () 其中 i為傳動比， b? 為電機步距角， 0L 為滾珠絲杠導(dǎo)程， p? 為脈沖當(dāng)量。本設(shè)計中， p? ＝ 31 10 mm?? 傳動比的確定 當(dāng) i ＝ 1 時，可使步進(jìn)電機直接與絲杠聯(lián)接，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。 D． 為減少導(dǎo)軌的摩擦阻力，選用滾動直線導(dǎo)軌。因此進(jìn)給伺服統(tǒng)采用步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 設(shè)計參數(shù) 系統(tǒng)分辨率 31 10mm?? 由靜止到最大快進(jìn)速度過度時間 Pt 11ms～ 13ms 工作臺行程 300mm 最大快進(jìn)速度 160 m/s 定位精度 方案的分析、比較、論證 Z 方向掃描進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計應(yīng)考慮因素 A．工作臺應(yīng)具有沿縱向往復(fù)運動、暫停等功能，因此數(shù)控控制 系統(tǒng)采用連續(xù)控 26 制系統(tǒng)。 設(shè)計任務(wù) 機械結(jié)構(gòu)裝配圖， A0 圖紙一張。另一方面防止普通鋼和鑄鐵對樹脂的致凝作用。 成形零件時，托板經(jīng)常作 下降、提升運動，為了減少運動時對液面的攪動，并且便于成型后的零件從托板上取下，需將托板加工成篩網(wǎng)狀，網(wǎng)孔大小孔距設(shè)計要合理，既能使零件的基礎(chǔ)與其能牢固粘結(jié)，又要使托板升降運動時最小限度地阻礙液體流動，本設(shè)計中取孔距 5mm，孔徑 3mm。采用步進(jìn)電機驅(qū)動，精密滾珠絲杠傳動及精密導(dǎo)軌導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。它是實現(xiàn)零件堆積的主要過程，必須保證其定位精度。 25 第 3章 Z方向設(shè)計計算 Z 方向工作臺設(shè)計 Z 軸升降系統(tǒng)完成零件支撐及在 Z 軸方向運動的功能，它帶動托板上下移動。 X 向： ? ?20 4 4 . 4 9 0 . 4 1 0 . 9 0 . 5 0 66 3 . 1 4 0 . 8 1M m m?? ? ? ? ? ?? ? ? Y 向： ? ?20 1 3 . 3 4 7 0 . 4 1 0 . 9 0 . 1 5 26 3 . 1 4 0 . 8 1M c m m?? ? ? ? ? ?? ? ? 所以，步進(jìn)電機所需空載啟動轉(zhuǎn)矩： X 向： m a x 0 1 4 5 .1 4 0 .0 4 0 .5 0 6 1 4 5 .6 8 6afM M M M m m? ? ? ? ? ? ? ? ? Y 向： m a x 0 14 3. 18 0. 01 0. 15 2 14 3. 34 2afM M M M m m? ? ? ? ? ? ? ? ? 步進(jìn)電機所需空載啟動所需轉(zhuǎn)矩 M，步進(jìn)電機啟動力矩 qM 關(guān)系如下： MM ? 所以， X 向： qM = 0 .3 6 4cm N m? ? ? ? Y 向： qM = 0 .3 5 8cm N m? ? ? ? 23 為滿足最小步距角要求，查表知步進(jìn)電機最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjM 與步進(jìn)電機啟動力矩的關(guān)系為： maxqjMM?? () 查《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 機床系統(tǒng)設(shè)計》表 72 P347 得 ? ＝ 。 m a xm a x 4 8 0 0 0 .0 9 1 2 0 0 / m in3 6 0 0 .0 0 1 3 6 0bpvnr?? ?? ? ?? X 向： 22 22m a xm a x 2 2 3 . 1 4 1 2 0 01 0 2 . 0 8 1 0 1 4 5 . 1 46 0 6 0 0 . 0 1 8a nM J m mt? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? Y 向： 22m a xm a x 2 2 3 . 1 4 1 2 0 01 0 2 . 0 5 1 0 1 4 3 . 1 86 0 6 0 0 . 0 1 8a nM J m mt? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? 空載摩擦力矩 02f GfLM i???? () 式中： G 為運動部件的總重量； f? 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i 為傳動降速比； ? 為傳動系數(shù)總效率，取 ? ＝ ； 0L 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。步進(jìn)電機所需空載啟動力矩可按下式計算： m a x 0afM M M M? ? ? () 式中： M 為空載啟動力矩（ N?cm）； maxaM 為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機軸上的加速力矩（ N?cm）； fM 為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩（ N?cm）； 0M 為由于絲杠預(yù)緊，折算到電機軸上的附加摩擦力矩（ N?cm）。 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 SJ 的折算 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量： 44 07. 8 10SmJ D L?? ? ? ? () 其中 mD 為絲杠公稱直徑（ cm） , 0L 為絲杠有效行程（ mm） 4 4 27. 8 10 1. 6 40 0 2. 04SJ k g c m?? ? ? ? ? ? 工作臺質(zhì)量 GJ 的折算 工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣 GJ 可按下式進(jìn)行計算： MLJG 20 )2( ?? () 21 式中， 0L 為絲杠導(dǎo)程（ cm）； M 為工作臺質(zhì)量（ kg）。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。 傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)是轉(zhuǎn)動慣量是一種慣性負(fù)載 ,在電機選用時必須加以考慮。 步進(jìn)電機相對普通電機來說，他可以實現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅(qū)動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進(jìn)電機的角度和速度控制，無需反饋信號。在 它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 步進(jìn)電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 20 步進(jìn)電機外表允許的最高溫度。這種步進(jìn)電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機。 混合式步進(jìn)電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。 永磁式步進(jìn)電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度； 反應(yīng)式步進(jìn)電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。步進(jìn)電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (稱為 “步距角 ”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。 X 向： / 4 4 4 .4 9 / 4 1 1 .1 2mFF? ? ? ? Y 向： 7mFF? ? ? 所以， X 向： 3 98 8 2 0 1 . 0 1 0 . 8 15 0 7 . 7 1 0 k m1 1 . 1 2 1 . 2L ????? ? ? ????? ＝ Y 向： 3 98 8 2 0 1 . 0 1 0 . 8 15 0 7 . 6 1 0 k m1 3 . 3 4 7 1 . 2L ????? ? ? ????? ＝ L 均大于滾動導(dǎo)軌的期望壽命，滿足設(shè)計要求，初選的滾動導(dǎo)軌副可采用。其參數(shù)如下： 16 65 0m m l m m? ??， 計算滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命 L 滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列公式計算： 滾動體為球時 350a T CWC f fL Ff??? ???? () 式中： L 為滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命（ km）； 19 aC 為額定載荷（ N），從《機電一體化設(shè)計手 冊》表 210 查得 aC ＝ 8820N； Tf 為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過 1000C 時， Tf ＝ 1； Cf 為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個滑塊時 Cf ＝ ； Wf 為載荷 /速度系數(shù)，無外部沖擊或振動的低速運轉(zhuǎn)場合 min15mv? 時， Wf ＝ 。 所以： 2 1 1 922 3 . 1 4 2 . 1 1 0 1 . 7 1 0 1 1 4 6 6 6 . 20 . 4 3KF?? ? ? ? ?? ? ? ? 臨界載荷 KF 遠(yuǎn)大于絲杠工作載荷 mF （ mxF =, myF =） ，因此滾珠絲杠不會失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷為 KF 18 21120K f EJFKL?? () 式中： J 為絲杠軸最小截面慣性矩 4()m ，對絲杠圓截面 4264dJ ?? ，（ d2為絲杠底徑， wd d D?? ）； L 為絲杠最大工作長度（ m）； E 為材料的拉、壓彈性模量，對鋼 E＝ 1011Pa； 1f 為絲杠支承方式系數(shù)。 因為， X 向： 12 m? ? ? ???＝ ＋ ＝ Y 向： 12 m? ? ? ?? ? ?＝ ＋ 取絲杠精度等級為 1 級，其有效工作行程內(nèi)的誤差為 6 m? ，加上絲杠副的總變形量 m? 、 m? ，可以滿足機床的定位精 度 。 所以， X向：CX 4 4 .4 9 0 .0 8 m580??＝ ＝ Y向：CY 1 3 .3 4 7 0 .0 2 m580??＝ ＝ 絲杠的總的變形量 21 ??? ＋＝ 應(yīng)小于允許的變形量。 所以， X向：1 44 4 .4 9 5 5 02 0 .6 1 0 1 5 3 .4 2 m?????＝ ＝ Y向：1 41 3 . 3 4 7 5 5 0 0 . 2 22 0 . 6 1 0 1 5 3 . 4 2 m? ???＝ B．絲杠與螺母間的接觸變形量 2? 該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠長度無關(guān)。 1d 為絲杠底徑。 A．絲杠的拉壓變形量 1? 滾珠絲杠應(yīng)計算滿載時拉壓變形量，其計算公式為 EALFm?＝1? () 式中： 1? 為在工作載荷作用下絲杠總長度上拉伸或壓縮變形量（ mm）； mF 為絲杠的工作載荷 (N)； L 為滾珠絲杠在支承間的受力長度 (mm)； E 為材料彈性模量，對鋼 E＝ 104MPa； A 為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積（ mm2）；“＋”號用于拉伸，“ — ”號用于壓 17 縮。滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對縱向變形的影響更小，可忽略不計。由于軸向剛度不足引起的軸向變形量一般不 應(yīng)大于機床定位精度的一半。 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 ? 為 )( ???? ?tg tg＝ () 式中： ? 為絲杠螺旋升角， ? 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) f ＝ ～ , 其摩擦角約等于 01? 。 導(dǎo)軌摩擦力的計算 根據(jù)摩擦力計算公式： f=mgμ () X 向：工作拖板質(zhì)量 xm =10kg