【正文】 文）設計 16 （ 1） 、齒數(shù) Z1 、 Z2 折算到步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為 ： 34 5 3 4 31 1 111 7 . 8 1 0 / ( 6 . 4 ) 2 1 0 3 . 2 1 /3 2 3 2 ggJ d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 34 5 3 4 32 1 111 7 . 8 1 0 / 8 2 1 0 6 . 2 7 /3 2 3 2J d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2） 、絲杠折算到步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 從表查得 1m 的絲杠的MJ = ∴ JS = = （ 3） 、等效轉(zhuǎn)動慣量為： J=J1 + 220122( ) ( ) ( )2S LZ WJJZG ????????? =+ ( 223 2 8 0 0 0 . 6) ( 6 . 2 7 2 3 . 1 7 5 ) ( )4 0 9 . 8 2 3 . 1 4?????????= 負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 機床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同， （ 1） 快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩 是： 將已知數(shù)據(jù)代入， m a xm a x 0 2 4 0 0 0 . 7 53 6 0 0 . 0 1 3 6 0bpvn ?? ? ? ??=500r/min 考慮了電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量以后，傳動系統(tǒng)折算的電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 J總 =JM +J=10+ = Mamnx 2m a x2 1 0 3 2 .5 1 360 anJ t? ?? ? ? ?總 22 5 0 0 / m in 106 0 0 .0 3r S? ?? ?? = 折算到電動機軸上的摩擦力矩 /0 0 021() ( 2808 800) 2 2 CfF L f F W LMZiZ?? ???? ? ? ?? ? ???= 附加摩擦力矩 /2 2 2000 0 0210. 16 ( 28 08 80 0) 0. 6( 1 ) ( 1 ) ( 1 0. 9 )2 2 3. 14 0. 8 1. 252 mFp oL f F LMZiZ???? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? = 則 M起 =Mamax +Mf +M0 =++= （ 2）快速移動時所需力矩 M快 M快 =Mf +M=+= （ 3）最大切削負載時所需力矩 M切 安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 17 0ftM M M M? ? ?切=Mf +M+ 1 4 0 4 0 . 65 5 . 1 5 . 3 . 2 5 9 . .2 2 0 . 8 1 . 2 5N c m N c m N c mi? ? ? ?? ? ? ??toFL=55.+ += 從上面計算看出 M起、 M快、 M切三種情況下，以快速空載 起動時所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項作為初選步進電動機的依據(jù)。 J—— 負載慣量（ ），即進給系統(tǒng)（傳動軸、齒輪、工作臺等）折算到伺服電動機上全部負載轉(zhuǎn)動慣量。根據(jù)《機械設計基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹 m=2壓力角=200 ∴ d1 =M1 z=2 32=64mm 22 2 40 80m m md z? ? ? ? 分度圓直徑 1ad = 1d +2ah =m(1z +2 *ah )=2(32+2? 1)=68 mm 2ad = 2d +2ah =m(2z +2*ah )=2(40+2? 1)=84 ㎜ *ah 齒頂高系數(shù)，我國標準規(guī)定： m≥ 1㎜時，正常齒制 *ah =1 齒根圓徑 1fd = 1d 2fh =m(1z 2*ah 2*c )=2(32? 22? )=59 2fd = 2d 2fh =m(2z 2*ah 2*c )=2(40? 22? )=75. *c 頂隙系數(shù) 我國標準規(guī)定：≥ 1 mm 時，正常齒制 *c = 齒寬 b=d? 1d為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應小于齒輪齒寬，取21dbd??，則12 (5 ~ 10 )mmbb?? 取d?=1 所以 2 0 .5 6 4 3 2m m m mb ? ? ? 12 ( 5 ~ 1 0 ) 3 8m m m mbb? ? ? 所以減速齒輪參數(shù)為： 121 1 26 4 , 3 8 , 2 , , 3 2 , 3 2 , 4 020m m m m m m m m md b d zz? ? ? ? ? ? ? ? 大小齒輪的材料均為 40rG合金鋼，考慮到對傳動要求和制造方便采用直齒傳動從動齒輪齒輪錯齒輪法消除和間隙，熱處 理采用調(diào)壓處理，小齒輪 硬度 246ssHB HB? ，大齒輪 ： 硬度 220sSHB HB? 三、 步進電動機的選擇 計算負載慣量的意義 慣量匹配條件 慣量匹配是指進給系統(tǒng)負載慣量與伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 減速齒輪的設計 i 根據(jù)機床設計的要求，縱向進給脈沖當量為 ，滾珠絲杠導程 L0 =6mm， 及初選的步進電動機的步距角 ，傳動比為 安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 15 0 .7 5 6 51 .2 53 6 0 0 .0 1 4i ?? ? ?? 因為 I5,故可為一級齒輪傳動。 211 1 . 7 9 1 0 0 . 0 0 4 444 mm?? ?? ? ? ? ? ? ② 滾珠與螺紋接觸變形量 2? ，此項變形占總變形量的比重也教大，當對絲杠加有預緊力且預緊力為軸向最大載荷 的 1/3 時，之值可減少一半， 又∵2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） yF —— 預緊力 wd —— 滾珠直徑 Z? —— 滾珠數(shù)量其為圈數(shù) K 列數(shù) Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù) 外循環(huán) Z= 0 3wdd? ? d0 —— 滾珠絲杠公稱直徑 2 23 100 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? = 23 ( )?? ?????? 據(jù)上所訴，實際變形量為 : 22 2????= ③ 支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? 支撐滾珠絲杠的軸承為 8107 型推力軸承，幾何參數(shù) d1 =35mm，滾球直徑 mm? 滾動體數(shù)量 QZ =18 軸承的軸向接觸變形 3? 為： 2 2333 22 2 5 1 4 . 80 . 0 0 4 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 3 . 1 3 1 6 0 . 0 0 7 5 1 66 . 3 5 1 8mF mmdZ? ? ? ? ??mm 因施加預緊力，故實際變形量 3311 0 . 0 0 7 5 1 6 0 . 0 0 3 7 5 822??? ? ? ? ?mm 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? = 1? +?2+? 3 =++0041+= 又有前面已知條件可得： ＜ 的定位精度。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進行了預緊，故其拉壓剛安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 14 度端固定的絲杠提高四倍。 ① 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 。 21m ax 2 1wdf EIF lf?? 式中 E—— 絲桿材料彈性量，對綱 E= 1011 N/m2 L—— 絲杠兩支承端距離（ m）， L=。滾珠直徑為 ，導程為 6mm，摩擦級選用 5級，螺紋升角 r=arctag（ L0 /? d0 ） =arctg（ 6mm/? 40） == 0244? . （ 3） 、傳動功率 ? 滾軸絲桿副的傳動功率為： ? =tgr/tg（ r+? ） = 002 442 44 10ggtt ???? = 式中： r—— 絲杠的螺紋升角 ? —— 摩擦角。 滾珠絲杠的承載能力的計算 選擇縱向進給為綜合導軌，計算絲杠的最大軸向進給切削里 Fm 又因為 Fm=KFf+f’ (Fc+w) 圖 4 滾珠絲杠副 1壓塊 2擋珠器 3滾珠 4螺紋滾道 5回路管道 6螺母 7絲杠 安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 12 式中 Ff、 Fp、 Fc—— 切削分力（ N） K—— 顛覆里矩影響取 K= F’ —— 導軌上的摩擦因數(shù)取 f’ = W—— 移動部件的重量（ N） 代入式中： Fm=kFf+f’ (fc+w) = + (2808+800) = （ 1） 、壽命 L 最大切削里 F 的進給速度 Vs 可取最高進給速度的 1/2—— 1/5（取為1/2），縱向最大進給速度為 ,絲杠導程 Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=01000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 0 . 5 5 0 / m in6sV mm rL m m???? 絲杠使用壽命時間一般為 15000h，則絲杠的計算壽命 L 為 L= 6666 0 6 0 5 0 / m in 4 5 (1 0 )1 0 1 0n T r r??? （ 2） 、載荷 Cm 當量動載荷 Cm選用滾珠絲杠直徑 do時，必須保證絲杠工作時，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點濁現(xiàn)象。在安裝時，應注意調(diào)整絲杠間隙，可用 百分表測出具體的間隙所在。 滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。 ②不能實現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。 因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （ 2）、 滾珠絲杠副的缺點是： ①制造工藝復雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。 ④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。 ③可預緊 經(jīng)預緊后可消除軸向間隙。 安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 11 （ 1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點： ①傳動效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η =～ ，是普通滑動絲杠的 34 倍（η =～ ）。為防止?jié)L珠在工作 過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道 4 上裝有擋滾珠器 2（又叫回珠器或反向器）。按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min 在外圓車削中： Fy =（ ～ ） Fz =2808 = FX =（ ～ ） Fz =2808 =1404N 二、滾珠絲杠副的設計及選型 滾珠絲杠副的工作原理及特點 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。 30 6 5 選擇脈沖當量 根據(jù)機床精度要求選擇脈沖當量，縱向： ，橫向為縱向的一半，即 。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進給機構(gòu)整體 剛性優(yōu)于從前，所以采用一級齒輪減速裝置。 第二節(jié) 縱向進給系統(tǒng)的設計 縱向進給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設計、步進電機的確定等。 四、進給系統(tǒng)改造的要求 具有較高的定位精度、有良好的動態(tài)響應特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要 好、穩(wěn)定性要好，為了確保數(shù)控機床進給的傳動精度和工作穩(wěn)定性。使用四方刀架進行自動換刀。 二、改造的基本原則 確定具體改造方案的基本原則是：在滿足使用要求的前提下對機床的改動盡可能少，以降低成本、增強抗干擾性。是通過計算機控制的電動機來達到轉(zhuǎn)角的目的。由計算機控制的電動機直接帶動傳動絲杠來實現(xiàn)。 第三 章 總體改造方案及進給系統(tǒng)的設計 第一節(jié) 總體改造方案 一、 改造的內(nèi)容 普通車床的數(shù)控化改造主要有 4 個內(nèi)容：（ 1）車床的主軸的正、反向轉(zhuǎn)數(shù)控制和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速。 四、 刀架的快速移動 在 CA6140 車床上加工零件時，為了縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實現(xiàn)安徽機電職業(yè)技術(shù)學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 9 機動縱向、橫向快速移動。以同樣傳動路線傳動時，橫向進給量為縱向進給量的一半。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器 8M 及 9M 分別用于縱、橫向機動進給運動的接通、斷開及控制進給方向。從主軸 VI 至進給箱軸 XVII 上滑移齒輪 Z28 處于左位，使