【正文】 ②結構緊湊，工作可靠，調整方便，丹準確性差，且易于松動，適用于剛度要求不高或隨時調節(jié)預緊的傳動。②特點：結構見到，裝卸方便，剛度高；調 整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預緊，適用于高剛度重載傳動。通常，滾珠絲桿在出廠時，就已經由制造廠調好預加載荷，并且預加載荷往往與絲桿副的額定動載荷有一定的比例關系。預緊后的剛度可提高到為無預緊時的 2倍。 圖 41一端固定一端自由 圖 42 一端固定一端游動 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 22 圖 43兩端固定 由于本設計的行程較短，轉速較低，故采用一 端固定，一段自由的支承形式。圖 42為一端軸向固定一端游動的支承配置方式，對于高精度、中等轉速的較長的臥式安裝絲杠，為了防止熱變形造成絲杠變長的影響，常采用一端軸向固定的支承固定方式。其中，圖 41為一端軸向固定一端自由的支承配置方式，這種支承形式結構簡單，絲杠的軸向剛度比兩端固定低，絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速都較低，設計師時盡量使絲杠受拉伸。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 21 本次設計采用電氣方式。加工中心工作時 ，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開，運動由伺服電機經聯(lián)軸器傳給絲杠，帶動工作臺移動。加工中心工作時，在制動器線圈電磁力的作用下，使兩齒輪脫開，彈簧受壓縮，當停機或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復力的作用下，兩齒輪嚙合，故與電機軸的聯(lián)接的絲杠得到制動。目前常用的制動方式有機械式和電氣式兩種。一般的初步設計時，設定絲杠的任意 300mm 行程變動量 V 300應小于目標設定定位精度值的 1/3～ 1/2. 所以 V300=～ ，查表可知，滾珠絲杠的精度等級為 2級。415 ?? ＋??tg tg?＝ 故滿足滾珠絲杠螺母副傳動效率大于 的要求。 則 ? ?0139。 效率計算 根據(jù)《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 見公式（ ） ? ＝ ? ????＋tgtg 式（ ） 式中 ? —— 螺紋的螺旋升角，該絲杠為 5176。 當轉速 n＞ 10r/min 時，滾珠絲杠螺母副的主要破壞形式是工作表面的疲勞點蝕，因此要進行動載強度計算，其計算動載荷 C 應小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動負荷，見公式（ ） rmm FFfLC ?? 3 式（ ） 式中 mf —— 動載荷系數(shù)， 一般 ? ～ ； mF —— 當量動負荷， N； rF —— 滾珠絲杠螺母副的額定動載荷， N； L—— 壽命，以 106 轉為 1單位 ,見式（ ） L=61060neqT 式（ ） 式中 T—— 使用壽命， h，一般機床可取 T=10000h，數(shù)控機床可取T=15000h； eqn —— 滾珠絲杠的當量轉速見式（ ）， r/min； 2 m inm ax nnneq ?? 式（ ） 由題目給的參數(shù)可知，絲杠的最高轉速為 1000r/min，絲杠的最小進給速度為 1mm/min，故最小轉速可取 。 動載荷 C 計算 在選擇滾珠絲杠螺母過程中，一般首先根據(jù)動載強度計算或靜載強度計算來確定其尺寸規(guī)格，然后對其剛度和穩(wěn)定性進行校核計算。 根據(jù)查閱機械手冊可知步進電動機的最高轉速 maxn ＝ 1000r／ min，由本題的參數(shù)可知maxV =1000mm/min。 zF = zdaaaC pfefz 式（ ） 式中 zF —— 主切削力， N； fzC —— 加工不同工件材料時的銑削力系數(shù)； ea —— 銑削寬度， mm； fa —— 進給量， mm； 0d —— 銑刀直徑， mm； z—— 銑刀齒數(shù)； 對于圓柱銑刀加工時，各切削分力有進給抗力 HF ,垂直銑削分力 VF 和軸向銑削分力CF 。據(jù)機床加工的特點，當銑削槽時，工作載荷最大，由于銑削時，工作載荷既包括銑削時沿著絲杠軸的方向的力（即軸向力），也包括工作臺及工件的重量（即垂直絲杠軸方向的力）。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 18 4 主要零部件的計算與選用 軸工作載荷分析 滾珠絲杠上的工作載荷是指滾 珠絲杠副在驅動工作臺是滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫作進給牽引力。剛性聯(lián)軸器可以分為凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器又有無彈性元徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 17 件的、金屬彈性元件和非金屬元件之分。 聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器是聯(lián)結兩軸使之一同回轉并傳遞轉矩的一種部件，聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩種。 (6)傳 動具有可逆性、不能自鎖 由于摩擦因數(shù)小、不能自鎖，因而使該機構的傳動具有可逆性，可以把旋轉運動轉化為直線運動，還可以把直線運動轉化為旋轉運動。 (4)滾珠絲杠螺母副主要零件均經過熱處理，其滾道表面的硬度值可達 6062HRC，因而耐磨性好，壽命長，精度穩(wěn)定性好。 (2)運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行 由于主要存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦因數(shù)都很小，且其差值小，因而啟動轉矩小，動作靈敏。滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉動的傳動裝置。當絲杠和螺母相對運動時，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動摩擦。因為滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機構，在數(shù)控機床上得到廣泛應用。 (2)數(shù)控系統(tǒng)方案的確定 根據(jù)本設計所給的題目要求分析可知，本設計所采用的數(shù)控系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)控制。只能補償系統(tǒng)環(huán)路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它結構與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。改造時可根據(jù)產品技術要求，決定是否有必要采用這種系統(tǒng)。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。 2)異步電動機或直流電動機拖動 ，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執(zhí)行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。這種系統(tǒng)的最高速度受步進電動機的頻率響應限制，容易失步，低速時易發(fā)生共振和噪聲，影響表面加工質量。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電動機的角位移精度，齒輪、絲杠等傳動部件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經驅動路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過齒輪副．與滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 15 3 Z 軸進給系統(tǒng)總體方案的設計 設計參數(shù) （ 1）假定主軸箱和工作臺總質量為 140Kg， （ 2）脈沖當量為 ， （ 3） Z軸的行程為 160mm， （ 4）導軌的摩擦為 ， （ 5）定位精度為 ， （ 6）絲杠的進給速度為 1000mm/min， （ 7）最小進給速度為 1mm/min， 工作原理 系統(tǒng)將控制指令經變換與放大后，經過伺服進給系統(tǒng)將指令轉化為機械執(zhí)行元件的準確位移、速度、加速度，用來控制被控對象的位移（或轉角）、速度、加速度，使其能自動、連續(xù)、穩(wěn)定、快速、精確的復現(xiàn)輸入指令的變換規(guī)律。本次設計中，取主動齒輪寬度 B=8m=8=20mm 齒輪其他參數(shù)的計算 根據(jù)《機械原理》中關于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計算公式及相關參數(shù)的規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計算所得的參數(shù)計算出來，本次設計中，這些參數(shù)在此不在一一計算。所以，本次設計中在齒輪模數(shù)為 1m =， 齒輪分度圓直徑的計算 根據(jù)漸開線標準直齒圓柱齒輪分度圓直徑計算公式可得各個傳動副中齒輪的分度圓直徑見公式（ ）： 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 14 ???d mm 式（ ） 齒輪寬度 B 的確定 齒寬影響齒的強度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動和噪聲。 由中心距 A 及齒數(shù) 21,ZZ 求出模數(shù)見公式（ ）： 212 ZZ Amj ?? mm 式（ ） 根 據(jù)估算所得 wm 和 jm 中較大的值，選取相近的標準模數(shù)。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。為了控制噪聲，機 床上主傳動齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設計都選用766的精度。 mm （ ）： DzbdDdDdW32))((4 ???? ? 式（ ） 4 5 9 8 38032108140204 0 6 9 4 4 0 0mm??????? ? ?? WMcaca? ? ?1??? 故滿足第三強度理論 ： 在水平面內， tBF 單獨作用 時其撓度由公式（ ）： EI blpbfc 48 )43(1 22 ?? 式（ ） = I??? ????5 )2 1 546 2 33( 6 1 4 = 其中 I= 32 )( 44 dD ?? =2747500Nm 在 tcf 單獨作用下，其撓度見公式（ ）： 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 12 EI blpbfc 48 )43( 222 ?? 式（ ） = I??? ???5 )42946233(2942092 = 在兩力得共同作用下其撓度見公式（ ）： mmfff ccc 0 0 7 7 ??? 式（ ） 在垂直面內有 (在 rBF 單獨作用時 )其撓度見公式（ ）： EI blpbfc 48 )43(1 22 ?? 式（ ） = I??? ????5 )2 1 546 2 33( 5 1 = 其中 I= 32 )( 44 dD ?? =2747500Nm 在 rCF 單獨作用下其撓度見公式（ ）： EI blpbfc 48 )43( 222 ?? 式（ ） = I??? ????5 )2 9 446 2 33(2 9 6 1 = 在兩力得共同作用下見公式（ ）： mmfff ccc ??? 式（ ） 故在 rCtCrBtB FFFF 、 共同作用下， x l21? 處為危險截面，其最大繞度見公式（ ）： mmfff ccc 0 0 78 0 3 ????? 式（ ） 而一般的剛度 ? ? ly )0 0 0 ~0 0 0 (? =~ 故 ? ?yfc? 符合剛度要求。㎜ 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 11 扭矩圖為圖 24： TX 圖 24扭矩圖 經分析可知 B所在得位置為最危險截面，只要 B滿足條件即可，則剛度滿足。 （ ）： T主 = 250 6 ?? =156900 mmN? 式（ ） （ ）： NdFtB 6 1 430 105 6 5 ????? 主 式（ ） NdF tC 2 0 9 235 105 6 5 ????? 主 （ ）： 0)4 0 86 2 3()3 2 96 2 3(6 2 3 ??????? tBtcHE FFR 式（ ） 求得： RHE= 根據(jù)力得平衡： NRHA ? 則彎矩圖為圖 22： 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 )