【正文】 底部與滾珠不接觸，并能存儲一定的潤滑油以減小摩擦磨損。故本設(shè)計采用單圓弧型的螺紋滾道。 ①螺旋槽式； ②插管式； ③蓋端式。 外循環(huán)的滾珠絲杠 外循環(huán)螺旋槽式 圖4—4 外循環(huán)螺旋槽式圖4—4 外循環(huán)螺旋槽式 外循環(huán)螺旋槽式 滾珠絲杠的支撐形式選擇 滾絲杠副的安裝方式一般叫做滾珠絲杠副的支承形式，通常共四種典型的支承形式，支承形式不同，所容許的軸向載荷和容許的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同，應(yīng)根據(jù)工況適當(dāng)選擇。 該形式兩端分別分別由一對軸承約束軸向和徑向自由度，負荷由兩組軸承副共同承擔(dān)。在定位要求很高的場合，甚至可以根據(jù)受力情況和絲杠熱變形趨勢精確設(shè)定目標(biāo)行程補償量，進一步提高定位精度。 （2）“固定—游動”型：K2=2 適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的場合?！肮潭ā蝿印毙陀袝r也被片面地叫做“雙推－支承”。 （3）“支承—支承”型：K2=1 適用于中轉(zhuǎn)速，中精度的場合。由于支承點隨受力方向變化，定位可控性較低。 該形式一端由一對軸承約束軸向和徑向自由度，另一端懸空呈自由狀態(tài)，負荷均由同一對軸承副承擔(dān)，并且需克服絲杠回轉(zhuǎn)離心力造成的彎矩。此形式結(jié)構(gòu)簡單，受力情況差，但在行程小、轉(zhuǎn)速低時 也經(jīng)常用到。 Z向進給滾珠絲杠副的計算與校核 刀具選用材料為高速鋼麻花鉆，加工材料為45號鋼，鉆削軸向力和扭矩M的經(jīng)驗公式如下。m （2）式中，、——軸向力、扭矩系數(shù)； ——切削速度，m/min；、——速度系數(shù)；d——鉆孔直徑，mm；、——鉆孔直徑系數(shù)；f——進給量，mm；、——進給量系數(shù)。 = =47595N；和見任務(wù)書。因鉆床伺服電機與滾珠絲杠副通過聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動比i=1，則 滾珠絲杠副的計算導(dǎo)程=，查[5]表1523《滾珠絲杠滾動副的參數(shù)》，基本導(dǎo)程=10＞計算導(dǎo)程=。（查參考文獻[4]中表23 進給牽引力的計算）。 —預(yù)期工作時間（小時），查[3]表1522 數(shù)控機床。 （4）滾珠絲杠穩(wěn)定性驗算 臨界載荷 N （6）式中，E—螺桿材料的彈性模量，E=； —螺桿危險截面的軸慣性矩 mm —長度系數(shù)，查[3]表157，按一端固定，一端鉸支，=； —絲杠底徑，mm，=； —滾珠絲杠公稱直徑，mm； —鋼球直徑，mm； —滾珠絲杠的螺紋全長，mm， ≈工作臺最大行程+ 螺母長度 + 兩個安全行程 ≈工作臺最大行程L+(8～14)，工作臺最大行程L見任務(wù)書；其中則，按[3]表153，～4，所以，滿足穩(wěn)定性。每米螺桿長度上的螺距的彈性變形小于允許變形=[]按滾珠絲杠精度由[3]表158查得。所以，滾珠絲杠剛度合格。 計算得： 帶入到（9）中算的： （2）所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩 最大切削負載時所需力矩 快速進給時所需力矩式中：—空載啟動時折算到電動機軸上的加速度力矩，—快速移動時的轉(zhuǎn)速， r/min；和啟動加速時間T見任務(wù)書。 —由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電動機軸上的附加摩擦力矩， ；—滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率，；進給牽引力（軸向力）見3中2)。 —折算到電動機軸上的切削負載力矩， ；鉆削進給分力見2。在上述3種工況下，以快速空載起動時所需力矩最大，=查資料，根據(jù)步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)，電機轉(zhuǎn)矩的瞬時過載系數(shù)選取如表所示。m查[1]，在110BF003m 計算步進電機空載起動頻率 Hz和見任務(wù)書。型步進電機的空載起動頻率1500Hz型步進電機起動和停止時容易產(chǎn)生失步相象，所以必須采取升降速控制（用軟件實現(xiàn)）。于是，具有高速加工能力的數(shù)控機床已成為市場新寵。電主軸是高速數(shù)控加工機床的“心臟部件”，其性能指標(biāo)直接決定機床的水平，它是機床實現(xiàn)高速加工的前提和基本條件。 電主軸圖 （1）電主軸的工作原理電主軸就是直接將空心的電動機轉(zhuǎn)子裝在主軸上，定子通過冷卻套固定在主軸箱體孔內(nèi)，形成一個完整的主軸單元，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動主軸運轉(zhuǎn)。, 通以三相交流電后, 三相繞組各自形成一個正弦交變磁場, 磁場轉(zhuǎn)速就是電主軸的同步轉(zhuǎn)速。電主軸就是利用變換輸入電動機定子繞組的電流的頻率和激磁電壓來獲得各種轉(zhuǎn)速。（2）電主軸的基本參數(shù)電主軸的基本參數(shù)和主要規(guī)格包括：套筒直徑、最 高轉(zhuǎn)速、輸出功率、計算轉(zhuǎn)速、計算轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩和刀具接口等。它相當(dāng)于圖2中的A點，aP／b于計算轉(zhuǎn)速時為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，大于計算轉(zhuǎn)速時為恒功率驅(qū)動。一般電主軸型號中含有套簡直徑、最高轉(zhuǎn)速和輸出功率這3個參數(shù)。采用滾動軸承的電主軸的潤滑方式目前主要有脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑等方式。脂潤滑型電主軸的潤滑系統(tǒng)簡單、使用方便、無污染、通用性強。油霧潤滑所需設(shè)備簡單，維修方便，價格比較便宜，是一種普遍使用的高速電主軸潤滑方式。隨著人們對環(huán)保要求的提高，油霧潤滑方式必將逐漸被淘汰。 實踐表明在潤滑中供油量過多或過少都是有害的，而前兩種潤滑方式均無法準(zhǔn)確地控制供油量多少，不利于主軸軸承轉(zhuǎn)速和壽命的提高。實踐證明，油氣潤滑是高速大功率電主軸軸承的最理想潤滑方法，但其所需設(shè)備復(fù)雜，成本高。（2）電主軸的熱源分析及其冷卻 電主軸有兩個主要的內(nèi)部熱源：內(nèi)置電動機的發(fā)熱和主軸軸承的發(fā)熱。 電主軸由于采用內(nèi)藏式主軸結(jié)構(gòu)形式，位于主軸單元體中的電機不能采用風(fēng)扇散熱，因此自然散熱條件較差。研究表明，在電機高速運轉(zhuǎn)條件下，有近1/3的電機發(fā)熱量由電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生，并且轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的絕大部分熱量都通過轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙傳入定子中；其余2/3的熱量產(chǎn)生于電機的定子。典型的冷卻系統(tǒng)是用外循環(huán)水式冷卻裝置來冷卻電機定子，將電機的熱量帶走。減小軸承發(fā)熱量的主要措施： ①適當(dāng)減小滾珠的直徑 減小滾珠直徑可以減小離心力和陀螺力矩，從而減小摩擦，減少發(fā)熱量。 ③采用合理的潤滑方式 油氣和油霧等潤滑方式對軸承不但具有潤滑作用，還具有一定的冷卻作用。事實上電主軸的現(xiàn)有規(guī)格型號往往不能滿足用戶的需求,許多用戶希望依照自己的要求定做電主軸。在設(shè)計電主軸參數(shù)時，首先要給定一些基本的幾何條件，例如刀具連接型式（一般為HSK ）和電機尺寸等。為了能充分利用驅(qū)動電機的功率和轉(zhuǎn)速，設(shè)計時必須確保高速旋轉(zhuǎn)的電主軸的最高運行轉(zhuǎn)速遠離主軸的一階固有頻率，并且要把所用的刀具一起考慮在內(nèi)，因為刀具影響系統(tǒng)的振動特性。電主軸要獲得好的性能和使用壽命，必須對電主軸各個部分進行精心設(shè)計和制造。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、鼠籠和轉(zhuǎn)軸三部分組成。通常將軸承座孔直接設(shè)計在主軸箱上，為加裝電機定子，必須至少開放一端。因此精密電主軸的動平衡精度要求達到G1~。另外，在設(shè)計電主軸時，必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對稱原則，鍵聯(lián)接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用，而普遍采用過盈聯(lián)接，并以此來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸之間的過盈聯(lián)接分為兩類，一類是通過套筒實現(xiàn)的，此結(jié)構(gòu)便于維修拆卸；另一類是沒有套筒，轉(zhuǎn)子直接過盈聯(lián)接在轉(zhuǎn)軸上，此類聯(lián)接轉(zhuǎn)子裝配后不可拆卸。帶有套筒的聯(lián)接拆卸時，需向轉(zhuǎn)子套筒上預(yù)留的油孔中高壓注油，迫使轉(zhuǎn)子的過盈套筒漲開，即可順利拆卸下電機的轉(zhuǎn)子。在前面的敘述中，已多處提到電主軸的選用問題。根據(jù)切削規(guī)范計算所 需的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率是每個設(shè)計師都勝任的工作。 (2)根據(jù)實際可行的切削規(guī)范，對多個典型工件 的多個典型工序多做計算，少“拍腦袋”，或只是粗略 地估算。經(jīng)常有這樣的 情況：在他們詳盡了解用戶需求后，他們會對其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn) 品略加修改，即可提出能滿足用戶一些特殊需求的最 佳方案。在滿足 需求條件下，應(yīng)盡量選用陶瓷球混合軸承與永久性油 潤滑的組合，這樣可省去潤滑部件并簡化維護。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。目前在經(jīng)濟型數(shù)控鉆床中推薦使用MCS51系列單片機作為主控制器。包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。Ｉ/Ｏ（輸入/輸出）接口電路。如鍵盤，顯示器及光電輸入機等。 MCS51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8038051和8751。8751具有片內(nèi)EPROM但價格是8051的10—15倍，所以適合于開發(fā)樣機，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場進一步完善的場合。因此本次設(shè)計采用8031芯片。 8031芯片引腳及其功能介紹 8031芯片具有40根引腳，其引腳40根引腳按其功能可以分為4類：（1） 電源線2根 Vcc：編程和正常操作時的電源電壓，接+5V； Vss:地電平。使用外部振蕩時必須接地。（3）Ｉ/Ｏ口共有P0、PPP3四個8位口，32根Ｉ/Ｏ線，其功能如下：： 是Ｉ/Ｏ端口0的引腳，端口0是一個8位漏級開路的雙向Ｉ/Ｏ端口。 ： 端口1的引腳，是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使