【正文】 ，減小驅(qū)動(dòng)力矩提高傳動(dòng)效率。為此必須分析熱源的各因素，采取控制措施控制熱源，還可以采用預(yù)拉伸、強(qiáng)制冷卻等減小熱 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 變形對(duì)絲杠伸長(zhǎng)的影響。 4. 防止熱變形，熱變形對(duì)精度影響螺旋傳動(dòng)的定位精度有著重要的影響。 2. 防逆轉(zhuǎn)，滾珠絲杠副傳動(dòng)逆效率高，應(yīng)考慮在電機(jī)停電后，因部件自重而產(chǎn)生的螺旋副的逆?zhèn)鲃?dòng) ，防止逆轉(zhuǎn)的方法可采用：停電自鎖電機(jī)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，離合器等方式。 wK —— 動(dòng)力機(jī)系數(shù)，查表取 ； K —— 工況系數(shù)，查表取 ； zK —— 啟動(dòng)系數(shù)，查表取 ； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) tK —— 溫度系數(shù)，查表取 ； nT —— 公稱轉(zhuǎn)矩， 。 wP —— 驅(qū)動(dòng)功率， kW。但由于 131072 不為 10000 的整數(shù)倍，也存在一定的系統(tǒng)誤差 50. 00 1 13 0. 00 05 04 08 9 0. 50 40 89131072 m m m?? ? ? ? 相對(duì)于 1 m? 可以忽略。 該電機(jī)不僅帶有制動(dòng)器，并且還自帶編碼器， 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 其絕對(duì)量式的分辨率達(dá)到 17 位， 172 131072? ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了要求的 10000/r 的分辨率，可以很好的達(dá)到精度要求。通過(guò)查閱相關(guān)資料，找到了一種很適合本設(shè)計(jì)的電機(jī)。 防逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)可以采用超越離合器或不能逆轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。為達(dá)到較高的精度，選擇滾珠絲杠作為傳動(dòng)絲杠，但同時(shí)引起了另一個(gè)問(wèn)題：滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用語(yǔ)垂直方位傳動(dòng)時(shí)，如果部件重量沒(méi)有平衡，必須防止當(dāng)傳動(dòng)停止或電動(dòng)機(jī)斷電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆轉(zhuǎn)動(dòng)。 10） 確定滾珠絲杠副的螺母型號(hào)及規(guī)格代號(hào) 選擇南京工藝裝備制造廠的法蘭直筒組合雙螺母墊片預(yù)緊，采用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器，規(guī)格型號(hào)為： FFZD2505— 3 滾珠絲杠的螺紋底徑： d2= 滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷： Ca=10200(N) 11） 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)： 滾 珠絲杠副的螺紋長(zhǎng)度 eus LLL 2?? eL 余程 得 eL =24mm uL 行程 +螺母長(zhǎng)度 =430+113=543mm sL =543+2 24=591mm 取滾珠絲杠總長(zhǎng)度為 800mm 圖 滾珠絲杠副零件圖 垂直進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選用與校核 垂直進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選用 在設(shè)計(jì)垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)是先預(yù)選擇傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程為 5mm。 2 m a x11 4 7 2 0 .1 3 3 4 6 7 7 7 3 .9 ( ) 2 0 0 0 ( )4 aN F N?? ? ? ? ? ? 所以絲杠強(qiáng)度符合要求。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 軸承特點(diǎn)：采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為 60 ，軸承軸向剛性大，與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，啟動(dòng)力矩較小。 8） 確定滾珠絲杠副支承用軸承規(guī)格型號(hào) 在精密磨床上通常選用 60 角接觸軸承，并把 2 個(gè)以上的軸承組合起來(lái)施加預(yù)緊力來(lái)使用。 m a x11 2 0 0 0 6 6 6 ( )33PF F N? ? ? ? ? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 6） 對(duì)預(yù)拉伸滾珠絲杠行程補(bǔ)償值 C和預(yù)拉伸力 Ft的計(jì)算 滾珠絲杠的熱變形將導(dǎo)致長(zhǎng)度、定位精度變化，根據(jù)公式（ ），熱變形為 。則： 3121 2 310 0 10 0 10 0 10 0nmn ttttn n n n n? ? ? ? ? ? ? ?????? ? （ ） 3 3 3 331231 1 2 2 3 31 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0nm n nttttF F n F n F n F n? ? ? ? ?????? （ ） 在本設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)動(dòng)的大部時(shí)間是快速進(jìn)給，則 400 80 / m in5mnr??，且在本設(shè)計(jì)中垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)主要是所帶的載荷為磨頭及其一起運(yùn)動(dòng)的部件總的重量 2020N 確定預(yù)期額定動(dòng)載荷 按滾珠絲杠副預(yù)期工作時(shí)間 Ln （小時(shí)）計(jì)算： 3 60 ( )100 mwam m n acFfC n L Nff? （ ） 式中： nL —— 預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)），查表得 15000nL ? h； af —— 精度系數(shù)，由表查得 ? ； cf —— 可靠性系數(shù)，查表得 cf =； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) wf —— 負(fù)荷系數(shù)，查表得 ? ； 代入式（ ） 3 2020 80 1500 100 1 ?? ? ? ??=(N) 3）按精度要求確定 允許的滾珠絲杠最小螺紋底徑 滾珠絲杠的安裝方式為兩端固定， 02 mFLd ??? （ ）式中： 0F —— 導(dǎo)軌靜摩擦力（ N），在本設(shè)計(jì)中為磨頭及相關(guān)部件的重量 0F=2020 N； L —— 滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間距離（ mm ）； L ? 行程 +安全行程 +余程 +螺母長(zhǎng)度一半 +支承長(zhǎng)度的一半 +磨頭支架高度 ? 行程 +（ 2~4） Ph+4Ph+(4~6)Ph+(1/20~1/10) 行程 ? (~)行程 +(10~14) Ph ? 1 .1 4 3 0 1 2 5 5 3 3? ? ? ?(mm) m? —— 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量（ μm ），取 m? =4； 2 2 0 0 0 5 3 30 . 0 3 9 2 0 . 1 3 34md ??? 4） 確定滾珠絲杠副規(guī)格代號(hào) 根據(jù)算出的 2md 、 hP 、 amC 及傳動(dòng)方式，選擇合適的滾珠絲杠，取公稱直徑 0d =25，00mdd? ， a amCC? ，選擇絲杠型號(hào)為 FFZD25053。 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算 1)確定滾珠絲杠導(dǎo)程 hP 由前面的設(shè)計(jì)可知，取 hP =5mm 2） 滾珠絲杠副載荷及 轉(zhuǎn)速計(jì)算 這里的載荷及轉(zhuǎn)速，是指滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 mF 與當(dāng)量轉(zhuǎn)速 mn 。 （ 6） 高可靠性 與其它傳 動(dòng)機(jī)械、液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲桿副故障率較低，維修保養(yǎng)也極其簡(jiǎn)單，只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵，在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下進(jìn)行。 （ 4）高耐用性 鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化（ HRc5863）處理，并經(jīng)精密磨削，具有較高抗疲勞性，滾動(dòng)摩擦耗極微，具有較高的使用壽命和精度保持性。 （ 2） 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲桿副為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟 動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)、低速時(shí)無(wú)爬行，可精密地控制微量進(jìn)給。垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上是由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)滾珠絲杠的螺母上下移動(dòng)，進(jìn)而使與螺母固定連接的磨頭做垂直運(yùn)動(dòng)，對(duì)其精度的控制還外加一個(gè)位移的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，使精度得到保證。 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在本磨床設(shè)計(jì)中，垂直進(jìn)給要求的精度最高，要求最小自動(dòng)進(jìn)給達(dá)到 1 m? 。滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高，主要承受軸向載荷，對(duì)軸向精度和剛度要求較高；采用雙螺母通過(guò)調(diào)整軸向位置來(lái)產(chǎn)生一定的預(yù)緊力；進(jìn)行預(yù)拉伸來(lái)提高拉壓剛度和補(bǔ)償絲杠的熱變形。保證實(shí)現(xiàn)所要求的進(jìn)給量 (進(jìn)給范圍 ,數(shù)列 )，以適應(yīng)不同的加工材料，使用不同的刀具，滿足不同的零件加工要求，能傳動(dòng)較大的扭矩； 5. 進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度要高； 6. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝配工藝性好，調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。 進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，一般由動(dòng)力源、變速機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)和執(zhí)行件等組成，而且應(yīng)滿足以下要求： 1. 具有足夠的靜剛度和動(dòng)剛度； 2. 具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)不爬行，靈敏度高； 3. 抗振性好，不會(huì)因?yàn)槟Σ磷哉穸饌鲃?dòng)件的抖動(dòng)或齒輪傳動(dòng)的沖擊噪聲； 4. 具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍，調(diào)速范圍是磨床要電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。其具體值的大小與磨削的材料和砂輪的材料有很大的關(guān)系。 m a x m a x m a x m i n0 . 8 6 0 . 4 4 1 . 0 628282t p w sF a v v ?? ? ? ? （ ） 由設(shè)計(jì)的參數(shù)要求可知：maxpa= mm，maxwv=25 mm/min；由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，砂輪尺寸 (外徑╳寬╳內(nèi)徑 )φ 200╳ 20╳φ 32，因此 v s不變，minsv=v s 60 1000s NDv ?? ? （ ） 其中： sv —— 砂輪線速度（ m/s） ； N —— 電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min） ； D —— 砂輪外圓直徑（ mm） 。此外，為了合理的選擇伺服電機(jī)，首先也得計(jì)算出磨削情況下可能的最大磨削力。 圖 磨削力的力學(xué)模型 要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須得先了解各個(gè)方向最大磨削力的大小。磨削力比不僅與砂輪的銳利程度有關(guān)，且隨被磨材料的特性不同而不同，還與磨削方式等有關(guān)。一般磨削中，軸向磨削力 aF 較小，通常忽略不計(jì)，只考慮砂輪切向的切向摩擦力和砂輪徑向的法向磨削力。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 3 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 磨削力的計(jì)算 磨削力起源于工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和結(jié)合劑 與工件表面之間的摩擦作用。采用這種形式的驅(qū)動(dòng)在垂直方向的實(shí)現(xiàn)上就出現(xiàn)了問(wèn)題，因?yàn)闈L珠絲杠不能進(jìn)行自鎖，這使得垂直方向的定位和精度要求難以得到保證。因?yàn)闈L珠絲杠不僅加工精度很高，能提高傳動(dòng)精度，并且滾珠絲杠的一些巧妙設(shè)計(jì)很好的消除了回程誤差，這對(duì)精度的提高也 是有很大的意義。用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠替代了液壓驅(qū)動(dòng)后不僅消除了爬行現(xiàn)象，并且去除了液壓系統(tǒng)，使得機(jī)構(gòu)更進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，使得磨床更加緊湊，這種運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)形式的優(yōu)點(diǎn)得到了更好的發(fā)揮。 由于該設(shè)計(jì)要求達(dá)到較高的精度等級(jí)，因此，各個(gè)方向的進(jìn)給的具體實(shí) 現(xiàn)都是通過(guò)滾珠絲杠傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，第四種的這種形式有較高的綜合效益，也逐漸在各類磨床中采用，并得到了消費(fèi)者的認(rèn)可。除此之外，這種運(yùn)動(dòng)形式使運(yùn)動(dòng)范圍限定在較小的空間內(nèi)完成，有效的減少了占地面積。第三種形式雖然提高了磨床的整體剛性和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，但這種形式的運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量太大，在這種情況下，不僅對(duì)能源是一定的浪費(fèi)，而且響應(yīng)的速度會(huì)大大降低，這樣得來(lái)一定的精度提高的成本太高，在大多數(shù)不是特別高的精度場(chǎng)合是不 采用的。同時(shí)這種形式也存在一些不足之處，比如說(shuō)這種形式的磨床的整體剛性不是太好，因此，這種形式用與本設(shè)