【正文】 （）（ ??PmJ ( 2mkg? ) 絲桿加在電機(jī)軸上的慣量 2J 絲桿名義直徑 0D =45mm，長度 l=600m，絲桿材料鋼的密度 ? = 33 m/kg10? 。 （ 2） 負(fù)載慣量計算 伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量 MJ 應(yīng)與負(fù)載慣量 rJ 相匹配。因滾珠絲桿預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩 13 POT = =? 3120? ( mN? ) 查單個軸承的摩擦力矩為 mN? ，故一對軸承的摩擦力矩POT = mN? 。 （ 1） 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。再加上某些次要因素，將不會超過要求的定位公差，能滿足定位精度 的設(shè)計要求。故軸向載荷僅為導(dǎo)軌的摩擦力 fF 。 絲桿軸承軸向載荷剛度可按下式求得，即 3 23 2 171 4 5 0 39。則絲桿拉壓剛度為 61126m a x216m a xt m i n d10 ??? ?? ???????? ?? L ELAEK =399（ N/ m? ） 式中 1d —— 絲桿底徑 E—— 絲桿材料鋼的彈性慣量， E= 。302? 偏心距 e e=(R 2/db )sin? 螺桿外徑 d d= 0d （ ~） bd 螺桿內(nèi)徑 1d d1 =d0 +2e2R 螺桿接觸直徑 xd xd = 1d bd cos? 螺母螺紋直徑 D D= 0d 2e+2R 螺母內(nèi)徑 1D 1D = 0d +（ ~） bd 11 （ 1）傳動系統(tǒng)綜合剛度計算 由滾珠絲桿本身的抗壓剛度 tminK 、支承軸承的軸向剛度 baK 、滾珠絲桿副中滾珠與滾道的接觸剛度 CK 、折算到滾珠絲桿副上伺服系統(tǒng)剛度RK、折算到滾珠絲桿副上聯(lián)軸節(jié)的剛度 1K 、滾珠絲桿副的抗扭剛度 kK 、螺母座、軸承座的剛度hK 形成的綜合剛度 K 為： hk1Rcbat m in11111111 KKKKKKKK ??????? 一般在校核計算中，折算到滾珠絲桿副上聯(lián)軸節(jié)的剛度、滾珠絲桿副的抗扭剛度、螺母座、軸承座的剛度、伺服剛度一般可忽略不計。 主要尺寸 計算公式 計算結(jié)果 公稱直徑 0d 45 基本導(dǎo)程 0L 6 接觸角 ? 39。34tan ???? = 滾珠絲杠的傳動效率高，這可使絲杠副的溫度變化較小，對減小熱變形，提高剛度、強(qiáng)度都起了很大作用。 傳動效率的計算 絲杠螺母副的傳動效率η為 η= )tan(tan ??vv 式中 摩擦角 —— Φ=10′ 摩擦角 —— v = 34? ’ 2f 10 η=)tan(tan ??vv =)0139。 預(yù)緊力 pF = aC /4=16758/4=4190N。 wDdd ?? =? = m i n/ 37 222c rL dfc???? 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其最大速度，故臨界轉(zhuǎn)速滿足。 臨界轉(zhuǎn)速校核 對于高速長絲杠有可能發(fā)生共振，需要算其臨界轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速 ( /min).r 9 22229910c cfdn L? wd d D?? 式中 Lc—— 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 ,取 ； —— 絲杠支撐方式系數(shù)。 erF =24211010 Ldf? (N) wDdd ?? （ m） 式中 0d — 絲桿公稱直徑， m； wD — 滾珠直徑， m； L — 絲桿最大受壓長度， m； 1f — 絲桿支承方式系數(shù)（當(dāng)一端固定，一端自由時， 1f =；當(dāng)一 端固定，一端游動時， 1f =；兩端固定時， 1f =）。固定端用 單排推力球軸承51307 和深溝球軸承 6307，推力軸承承受軸向力，深溝軸承承受徑向力，中間用套筒分開。而采用兩端固定的支承方式，壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的 4倍，絲杠可 以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減小絲杠自重下垂和補(bǔ)償熱膨脹且軸承組合的 8 剛度高。 滾珠絲桿支承選擇 滾珠絲杠的支承形式有四種：（ 1）一端固定，一端自由，這種安裝方式承載能力小，軸剛度低，只是用于短絲桿，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的立向坐標(biāo)中；（ 2）一端固定，一端簡支，此種可用于絲桿較長的情況；（ 3）兩端固定，這種安裝方式適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的機(jī)床。額定動負(fù)荷 16758N，額定靜負(fù)荷 orF =63994N。因此，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算，最大計算靜載荷 0Q為 max0Q FfS? 式中 maxF —— 滾珠絲桿的最大軸向負(fù)載； Sf —— 靜態(tài)安全系數(shù)，當(dāng)為一般運(yùn)轉(zhuǎn)時， Sf =12， Sf =23，本式中 Sf =； 則，上式為 max0Q FfS? =?1930=4825N 根據(jù)計算額定動負(fù)載荷和額定靜負(fù)荷初選滾珠絲杠副型號為 4506LW1 型一列 圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲桿副。 則 NFm ) 6 ( 6 ??????? 動載強(qiáng)度計算 當(dāng)轉(zhuǎn)速 10 / minnr? 時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點蝕，因此要進(jìn)行動載強(qiáng)度計算，其計算動載荷 Q 應(yīng)小于或等于滾珠絲桿螺母副的額定動負(fù)荷，即 Q=ap3 KK FmL 式中 pK —— 載荷性質(zhì)系數(shù)，本式中去 pK =； Ka —— 精度影響系數(shù)，本式中取 Ka =1； L—— 滾珠絲桿工作壽命，以 610 r 為 1 個單位； 本次設(shè)計中，電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器直接相連，減速比 i=1，工作臺的最高 7 進(jìn)給速度達(dá)到 5m/min，選用絲桿導(dǎo)程為 6mm 的絲桿，絲桿的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺的最 小進(jìn)給速度為 5mm/min，故絲桿的最低轉(zhuǎn)速為 ，可取為 0，則平均轉(zhuǎn)速 n=（ 1500+0） /2=750r/min。它包括三個力：滾珠絲桿的走刀抗力、工件的重力、作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。又因為 CN = ZF V/6120,V 為切削線速度，取 100mm/min，所以主切削力為 ZF =。滾珠絲杠與電機(jī)間用聯(lián)軸器直接連接，以消除間隙。 三、機(jī)械傳動方式 目前數(shù)控銑床的縱向和橫向多采用伺服電機(jī)， 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。這類機(jī)床 的優(yōu)點是精度最高的，速度快，但是調(diào)試和維修比較復(fù)雜，其關(guān)鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計時應(yīng)對其穩(wěn)定性給予足夠重視。 閉環(huán)控制系統(tǒng)有機(jī)床移動部件上的檢測反饋裝置，在加工時刻檢測機(jī)床移動部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置相符合，以 期達(dá)到很高的加工精度。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對工作臺的實際位置不進(jìn)行檢查測量，而是是通過與伺服電機(jī)有聯(lián)系的的測量元件，如測速發(fā)電機(jī)或光電編碼盤等間接檢測伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位置，有此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實現(xiàn)控制。這類機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修比較 簡單。 4 二、控制方式的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 總體設(shè)計方案的擬定 一、系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為 點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)按使用的驅(qū)動裝置分類可分為電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)；按 使用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)分類可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)；按反饋比較方式分類可分為脈沖數(shù)字比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)及全數(shù)字伺服系統(tǒng)；按有無位置檢測和反饋可以分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。它能根據(jù)指令信號精確的控制執(zhí)行部件的運(yùn)動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動所合成的運(yùn)動軌跡。目前已出 現(xiàn)既對實物掃描采集數(shù)據(jù)，又能對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理生成 數(shù)控加工程序的系統(tǒng)，這些為進(jìn)行設(shè)計制造一體化工作提供了手段。具備自適應(yīng)功能的數(shù)控銑床可以在加工過程中把感受到的切削狀況（如切削力、溫度等）的變化，通過適應(yīng)性控制系統(tǒng)及時控制機(jī)床改變切削用量，使銑床及刀具始終保持最佳狀態(tài)，從而可獲得較高的切削效率和加工質(zhì)量，延長刀具使用壽命。產(chǎn)品生產(chǎn)向社會協(xié)作、專業(yè)化方向發(fā)展，小而全的模式將被淘汰。 設(shè)計模塊化 模塊化的設(shè)計在機(jī)床制造中已應(yīng)用得爐火純青，橫向系列，縱向系列，全系列，跨系列的模塊化設(shè)計使得同樣兩臺機(jī)床，外形上看，好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。 環(huán)?；? 環(huán)保是機(jī)床產(chǎn)品必須達(dá)到的條件。 信息化 利用計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，機(jī)床制造商可以建立機(jī)床遠(yuǎn)程技術(shù)支持體系，實現(xiàn)工況信息的傳輸、存儲、查詢和顯示，以及遠(yuǎn)程智能診斷。此外，系統(tǒng)還可以隨時對 CNC 系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查，實現(xiàn)故障停機(jī)、故障報警、提示發(fā)生故障的部位、原因等。在保持工序集中和減少工件重新安裝定位的前提下，使更多的不同加工過程復(fù)合在一臺機(jī)床上，以減少占地面積，減少零件傳送和庫存，保證加工精度和節(jié)能降耗的要求。 復(fù)合化 在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量不斷減少的同時，加工的產(chǎn)品形狀日益復(fù)雜，多軸化控制的機(jī)床適合加工形狀復(fù)雜的工件。目前高檔數(shù)控機(jī)床定位精度（全行程）已達(dá) ～ ，重復(fù)定位精度 ～。比如進(jìn)一步提高高速電主軸最高轉(zhuǎn)速及功率、扭矩，采用傳感技術(shù)進(jìn)行振動監(jiān)測和診斷，進(jìn)一步輕量化進(jìn)給系統(tǒng)，采用直線電機(jī)和力矩電機(jī)的直接驅(qū)動方式， 由刀具 2 主軸部件實現(xiàn)機(jī)床的 3 個直線坐標(biāo)運(yùn)動等。 高速高效化 高速和超高速加工技術(shù)可以提高加工效率，也是加工難削材料、提高加工精度、控制振動的重要保障。同時，為滿 足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機(jī)床向更高水平發(fā)。 數(shù)控機(jī)床的特點及發(fā)展趨式 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來越強(qiáng)烈。世界貿(mào)易強(qiáng)國在