【正文】 載荷系數 fw 精度等級 2 3 4 5 fw 表 21 各項系數 直線運動導軌的作用是用來支撐和引導運動部件，按給定的方向做往復直線運動。 接觸角的鋼珠系列設計，提供角的鋼珠列設計，提供徑向、反徑向及橫方向四方向的相同額定負荷能力，無論 X、 Y、Z 等軸的各種安裝方式都可以使用，并且可在維持低摩擦阻力情況下均勻的施以預壓，增強四個受力方向的剛性，特別適合 高 精度與 中等 負荷的運動方式。我所選擇的 直線導軌 是 GGA系列線性 導 軌 。 (3) 效率計算： 絲杠螺母的傳動效率 ? 為： ? ??? ?? ?? tg tg 公式中摩擦角 01??? 螺旋開角 523 ???? 則 ? ? 01523 523 ????? ??? tg tg? (4) 穩(wěn)定性計算： 失穩(wěn)是臨界負載 ? ?22 ulEp jk ?? 式中：絲杠材料彈性模量 ? ?261021 cmNE ?? 絲杠工作長度： mml 500? 截面慣性矩，圓柱： 4164dJ ?? mmRdd e ???? 絲杠軸段系數： 2?? 則： ? ? 2462 ??????kp ? 所以 m ax ?Fpk遠大于 ? ? 4?k? 菏澤學院本科畢業(yè)設計（論文 ） 12 故不會失穩(wěn)。額定動載荷 NCa 19600? ，絲杠直 mmd 320 ? ，剛球直徑 mmd ? ，導程 mmL 50 ? ，浮動式反向器內循環(huán)，每個滾珠有三列，雙螺母墊片預緊，預加載荷為 N62504Ca ?,，遠大于預加載荷的 31 ，精度等級為 E級精度。 則導軌工作時間的軸向力 Pm為： Pm= G)( cf ??? = 8 0 0 0 )+( 1 0 0 00 . 0 0 5+1 0 0 0 1 . 1 ?? =1145N (k 和 f? 是直線滾動導軌的摩擦系數，分別取 和 )。為了使傳動靈敏又能滿足精度要求，選用滾珠螺旋機構，也就是采用了滾珠絲杠螺母機構傳動。 滾珠絲杠螺母的選擇原則 XYZ 工作臺中 X、 Y、 Z 方向的移動，可以采用螺旋機構或者齒輪齒條傳動機構，這兩種均可以把旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動 [10]。為保證反向傳動精度和機構的軸向剛度，必須消除絲杠螺母的軸向間隙，并應適當預緊。滾珠絲杠螺母副中，滾珠的循環(huán)方式分外循環(huán)和內循環(huán)二種方式 。 滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點是摩擦系數小、傳動效率高、所需傳動轉矩小、靈敏度高，低速運動平穩(wěn)性好、磨損小、精度保持性好，使用壽命高，可通過預緊和間隙消除措施保證其反向轉動精度。 1)轉動慣量計算： 菏澤學院本科畢業(yè)設計（論文 ） 8 工作臺 質量折算到電機軸上的轉動慣量 : ? ? GJ p ?? 21 180 ??? ? ? 8 0 1 2 8 0 2 ???? cmkg?? 273 cmN?? 絲杠的轉動慣量： lDJ 442 ??? 44 ???? ? cmN ?? 聯軸節(jié)轉動慣量： 查手冊得 23 60 cmNJ ?? 2J 、 3J 與電機同軸，故可直接相加，則總轉動慣量為： 2321 . CMNJJJJ ??????? 2)轉動力矩計算： 快速空載時所需力矩： 0m a x MMMM f ??? 最大切割負載時所需力矩： tfat MMMMM ???? 0 快速進給時所需力矩： 0MMM f ?? 式中 maxaM —— 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩 fM —— 折算到電機軸上的摩擦力矩 0M —— 由于絲杠預緊所引起折算到電機軸上的附加摩擦力矩 atM —— 切割時折算到電機軸上的加速度力矩 tM —— 折算到電機軸上的切削力矩負載 JM 4na ??? 當 maxnn? 時， aMM ?max cmNmNM ?????? ?? ? 4m a x 當 ?? ， ??f 時 ??2 0GlfMf ?? cmNcmk gfM f ?????? ??? 當 ?? 時，預加載荷xFP 310 ?，則 數控拋光機的設 計 9 ? ? ? ?cmNcmk g flFMcmNcmk g flFMxtx. . 1022000???? ??????? ?????????? 所以，快速空載啟動所需力矩： cmNMMMM fa .3 3 6 7 4 90m a x ??????? 快速進給時所需力矩： cmNMMM f . ????? 拋光時所需力矩： cmNMMMM tf . ??????? 由以上計算分析可知：所需最大力矩 cmNM .3 61m a x ? (2)步進電動機的確定： cmNMM q . m a x ??? 為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知： ?jmqMM 所以，步進電機最大靜轉距 jmM 為 cmNMM qjm . ??? 步進電機最高工作頻率： HZVfp 100060 m a xm a x ???? ? 綜合考慮，查表選用 110BF004 型直流步進電機能滿足使用要求 (3）電機性能參數： 步距角 ?? ?? 最大靜轉距 最高空載啟動頻率 500step/ s 運行頻率 7000setp/s 相數 3相 電壓 30V 相電流 4A 外徑 110mm 長度 125mm 軸徑 16mm 重 60N 菏澤學院本科畢業(yè)設計（論文 ） 10 滾珠絲杠的設計 計算 滾珠絲杠螺母的特點 滾珠絲杠螺母副能保證機床進給動作靈敏、傳動效率和傳動精度高的要求。 步進電動機的選擇計算過程 (1)選擇電機 脈沖當量小可提高加工精度，但使系統復雜。 (4)電機的內部阻尼較?。寒斚鄶递^小時單步運行振蕩時間較長。在機械加工所能允許的最小步距情況下，轉子的齒數可以做得很多。所以一般反應式步進電動機的氣隙都做得很小，約在 3050 范圍內。從制造工藝上考慮，氣隙大一些為好，但從電機性能上看，在勵磁電流相同時，氣隙越小，磁通密度越高，電磁轉矩越大。反應式步進電動機可以做成不同的相數，例如 8 相等均可以，其基本的工作原理同三相時相同，也可以在不同的通電方式下運行。 反應式步進電動機結構較簡單。反應式步進電動機在我國研制較早，生產量較大，典型的是 BF 系列，并已制定了國家標準。反應式步進電動機種類很多，可以有不同的相數，不同的磁路結構，不同的繞組連接等。 步進電動機的廣泛 應用，使系統簡化，并可靠的獲得較高的位置精度。 (6)步進電動機的步距角有誤差，轉子轉過一定步數以后也會出現積累誤差，但轉子轉過一轉以后，其積累誤差為“零”，不會長期積累。 (4)步進電動機具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動機就可以保持在該固定位置。 數控拋光機的設 計 7 (2)步進電動機的轉速與輸入脈沖數成正比。步進電動機的步距角越小，意味著所能達到的位置控制精度越高 [6]。如果先將電脈沖夾道 U 相勵磁繞組，定子 U 相磁極就產生磁通，并對轉子產生磁吸力，使轉子離 U 相磁極最近的兩個齒與定子的 U 相磁極對齊， V磁極上的齒相對于轉子齒在逆時針方向錯過了 300,W 磁極上的齒將錯過 600。轉子角位移的大小及速度分別與輸入的控制電脈沖數及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制電脈沖的數量、頻率以及電機繞組通電相 序即可獲得所需的轉角、轉速及轉向，所以用微機很容易實現步進電機的開環(huán)數字控制 [4]。 步進電動機的選擇 步進電動機的工作原理及特點 步進電機是將電脈沖信號轉換成機械角位移的執(zhí)行元件。導軌長度 Lx： 1000mm， Ly： 560mm,Lz:360mm。 (2)其他尺寸參數的確定 其他尺寸為拋光機的第二主參數，它是與工、夾、量具標準化和機床結構的相關參數，它根據主參數來確定。 (1)主要尺寸參數（主參數）的確定 拋光機的主參數主要決定于加工工件的尺寸。主參數是機床參數中最主要的。部件的形體采用小圓角過渡的棱柱體造型。數控拋光機造型 總的原則是經濟實用，自動化程度高，美觀大方。 在數控拋光機設計中采用的降低噪音的措施：縮短傳動鏈，減少傳動件的個數，選用的電機合理，盡量減少電動機因驅動載荷的變化代來的噪音。（ 2）電動機風扇、轉子旋轉攪動空氣形成的空氣噪音。在拋光機結構設計 時，將電動機和主機分離主軸電機位于主體上方，利于散熱，加強空氣流通，改善環(huán)境溫度等。使機床機工精度降低，運動部件磨損加快。自然會導致機床各部分不同的溫升。 提高拋光機動剛度 減小熱變形 拋光機工作時受到外部熱源的影響，如：電動機和環(huán)境溫度等，以及內部熱源的影響， 如：摩擦熱、切削熱等，使機床各部分溫度發(fā)生變化。主軸箱和主電動機等較重，上下移動不便 。 圖 1－ 1 單立柱式形式 數控拋光機的設 計 5 圖 1－ 2 立式機床形式 圖 1－ 2 布局：主電動機和主軸部分傳動機構均隨主軸箱上下運動，無相對移動環(huán)節(jié)，傳動機構布置較方便，并易于實現主軸箱機動上下移動。 圖 11 布局：僅主軸箱上下移動，移動部件輕視用于較大尺寸的機床。這種結構占地面積小，機床的操作比較靈活。 機床形式：機床形式是指主運動執(zhí)行件的狀態(tài)，支撐形式是指支撐件的形狀，支撐件高度方向尺寸小于長度方向尺寸時稱為臥式支撐；支撐件的高度方向尺寸大于長度方向尺 寸時稱為立式支撐。