【正文】 引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計，因此，工作負載引起的導(dǎo)程變化量ΔL（cm） ΔL=177。FL/ES式中 E彈性模量，對鋼 E=*106N/cm2。 S滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底經(jīng)確定 d=）。 S=π/4* 2= “+”用于拉伸時，“”用于壓縮時。則 ΔL=177。*(* 10 6*)cm=177。*106cm絲杠 1cm 長度上導(dǎo)程變形總誤差 ΔL 總ΔL 總=100/L*ΔL=100/**10 6μm/m= 3 級精度絲杠允許的螺距誤差為 15μm/m，因此剛度足夠. 3．步進電動機的選擇 ①負載傳動慣量的計算 折算伺服電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算 JF=J1+J2+W/g(180δ/πθ) 2式中 JF折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量(kgcm 2)J1聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 (cm 2)J2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量(kgcm 2)對材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量可按下式計算： J=*104D4L式中 D圓柱零件的直徑(cm)。 L零件軸向長度(cm).所以 J2=*10 4**140 kgcm2 = kgcm2JI=800/(182*)*(180*(*))2=cm2總慣量 JF=++ kgcm 2 =30 kgcm2 ②負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜矩選擇 根據(jù)能量守恒原理，電動機等效負載轉(zhuǎn)矩 TF=FPL0*103/(2πη 0)=*6*103/(2π*)=m 如不考慮起動時運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩 Tq= TF(～)取安全系數(shù)為 ，則 m =m因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高，確定電動機最大靜轉(zhuǎn)矩時因滿足快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩 T 的要求 T=Tamax+Tf+T0 17式中 Tamax空載快速起動時所需的轉(zhuǎn)矩(Nm) Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩(Nm)T0絲杠預(yù)緊所引起，折算到電動機軸上的附加轉(zhuǎn)矩(Nm)當工作臺快速移動時，電動機的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/6)r/min= 由動力學(xué)知，Tamax=JFε式中 ε角加速度，計算公式為ε=πn/30t Tamax=JFε=30*104**(30*) Nm = Nm Tf= Wf`L0*103/(2πη 0)=800**6*103/(2π*) Nm= Nm T0= F0L0*103/(2πη 0)=*6*103/(2π* )Nm = Nm式中 F 0 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 Fp/3.則 T=Tamax+Tf+T 0 =(++) Nm=m ③步進電動機的最高工作頻率 fmax=1000υmax/(60δ)=1000*2/(60*)Hz=根據(jù)機械力學(xué)與機械設(shè)計上冊的公式,絲杠的最小處直徑 d≥{(32T*180)/ π 2 G[θ]} 1/4式中 d絲杠最小直徑G剪切彈性模型 80~84GPa 取 G=82GPa[θ]絲杠許用扭角 176?！?76。/m 取[θ]=176。/md≥[(32**10 3 *180)/( *82*103**103)] 1/4=根據(jù)計算綜合考慮，查表選用 AC20030 型步進電動機。 橫向進給系統(tǒng)的計算已知條件：工作臺重量：W=30kgf=300N時間常數(shù):t=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程:L 0=4mm 左旋快速進給速度:υmax=1m/min1 計算作用在絲杠上的最大動負載荷 FQ FQ=L1/3fwfhFP式中 F Q最大動載荷(N)；FP工作負載(N),指數(shù)控機床工作時實際作用在滾珠絲杠上的軸向力；fw運轉(zhuǎn)系數(shù),一般運轉(zhuǎn) fw取 ～。有沖擊的運轉(zhuǎn) fw取 ～。fh硬度系數(shù),HRC 為 60 時, f h為 1。HRC60 時, f h 1。L壽命(以 106轉(zhuǎn)為單位 1,如 則為 150 萬轉(zhuǎn)).壽命 L 可按下式計算 L=60nT/106 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/min。T使用壽命時間 9h),數(shù)控機床 T 取 15000h.工作負載的數(shù)值可用《機床設(shè)計手冊》中進給牽引力的實驗公式計算,對于三角形或綜合導(dǎo)軌Fp=kFX +f`(Fz+W)式中 Fz ﹑F X 切削分力。W移動部件的重量(800N)。 18k考慮顛覆力矩影響的系數(shù),k=。f`導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),f`=～ 取 f`=.則 Fp=［*+*（+300）］N=當機床以線速度 υ=100m/min,進給量為 f=,車削直徑為 D=80mm 的外圓時絲杠的轉(zhuǎn)速 n=υf10 3/(πDL 0)=100**10 3/(*80*6)r/min=則 L=60nT/10 6=60**15000/106萬轉(zhuǎn)= 萬轉(zhuǎn)根據(jù)工作負載 Fp﹑壽命 L,計算出滾珠絲杠副承受的最大動載荷,取 fw=,fh=1 FQ=L1/3fwfhFP=**=由 F0查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本和《機床設(shè)計手冊》,杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm,型號為 N3204LH3,其額定動載荷是 6766N 其強度足夠用。②效率計算根據(jù)《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 為 η=tanγ/tan(γ+δ) 式中 γ螺紋的螺旋升角，該絲杠為 2176。1639。；δ摩擦角，δ 約等于 1039。則 η=tan2176。1639。/tan(2176。1639。+1039。)= ③ 剛度驗算 滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程 L 發(fā)生變化，因滾珠絲杠受扭時引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計，因此，工作負載引起的導(dǎo)程變化量ΔL（cm） ΔL=177。FpL0/ES式中 E彈性模量，對鋼 E=*106N/cm2。 S滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底經(jīng)確定 d2=）。 S=π/4* 2= “+”用于拉伸時，“”用于壓縮時。則 ΔL=177。*(* 10 6*)cm=177。*106cm絲杠 1cm 長度上導(dǎo)程變形總誤差 ΔL 總 ΔL 總=100/L0*ΔL=100/**10 6μm/m= 3 級精度絲杠允許的螺距誤差為 15μm/m，因此剛度足夠. 3．伺服電動機的選擇 ①負載傳動慣量的計算 JF=J1+J2+W/g(180δ/πθ) 2式中 JF折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量(kgcm 2)J1聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 (cm 2)J2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量(kgcm 2)對材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量可按下式計算： J=*104D4L式中 D圓柱零件的直徑(cm)。 L零件軸向長度(cm).所以 J2=*10 4**100 kgcm2 =cm2JI=800/(182*)*(180*(*))2=cm2總慣量 JF=++ kgcm2= kgcm2 ②負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜矩選擇 19 根據(jù)能量守恒原理，電動機等效負載轉(zhuǎn)矩 TF=FPL0*103/(2πη 0)=*4*103/(2π*)=m 如不考慮起動時運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩 Tq= TF(～)取安全系數(shù)為 ，則 Tq=m =m因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高，確定電動機最大靜轉(zhuǎn)矩時因滿足快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩 T 的要求 T=Tamax+Tf+T0式中 Tamax空載快速起動時所需的轉(zhuǎn)矩(Nm) Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩(Nm)T0絲杠預(yù)緊所引起，折算到電動機軸上的附加轉(zhuǎn)矩(Nm)當工作臺快速移動時，電動機的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/4)r/min=500r/min 由動力學(xué)知，Tamax=JFε式中 ε角加速度，計算公式為ε=πn/30t Tamax=JFε=*10 4*(*500)/(30*) Nm = Nm Tf= Wf`L0*103/(2πη 0)=300**4*103/(2π*) Nm= Nm T0= F0L0*103/(2πη 0)=*4*103/(2π* )Nm = Nm式中 F 0 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 Fp/3.則 T=Tamax+Tf+T 0 =(++) Nm=m ③伺服電動機的最高工作頻率 fmax=1000υmax/(60δ)=1000*1/(60*)Hz=根據(jù)機械力學(xué)與機械設(shè)計上冊的公式,絲杠的最小處直徑 d≥{(32T*180)/ π 2 G[θ]} 1/4式中 d絲杠最小直徑G剪切彈性模型 80～84GPa 取 G=82GPa[θ]絲杠許用扭角 176?！?76。/m 取[θ]=176。/md≥[(32**10 3 *180)/(*82*103 **103)] 1/4 =根據(jù)計算綜合考慮，查表選用 AC20030 型步進電動機。 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 主傳動系統(tǒng)的改造 為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)的改造大致分為二類：（1）二級以上變速的主傳動系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速機構(gòu)。如圖 3—6 所示是使用滑移齒輪要實現(xiàn)二級變速的主傳動系統(tǒng)圖。這種改造能夠滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)節(jié)速度的能力。 20圖 3—6 齒輪二級變速主傳動系統(tǒng)圖（2）一級變速的主傳動系統(tǒng)目前多采用帶（同步齒形帶）傳動裝置，如圖 3—7 所示，這種主傳動系統(tǒng)能夠滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求，可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲。圖 3—7 齒輪一級變速主傳動系統(tǒng)圖 主運動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計鑒于設(shè)計任務(wù)，在主運動傳動連中，基本借鑒原機床傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。該機床的運動采用分離式傳動，即變速箱與床頭箱相分離，采用皮帶輪聯(lián)系，變速箱實現(xiàn)四級變速，床頭箱實現(xiàn)四級變速，主運動傳動系統(tǒng)的動力源是籠型異步電動機，即 Y 系列電動機，其額定功率為 8 千瓦，滿載轉(zhuǎn)速為 1450 轉(zhuǎn)/分；變速系統(tǒng)采用 2 個滑移齒輪和2 級變速。 主軸的變速反轉(zhuǎn)和制動床頭箱主要由主軸部件和背輪機構(gòu)組成。運動從邊速箱經(jīng)三角膠帶傳至床頭箱，若脫開內(nèi)齒離合器，接通背輪機構(gòu)，則主軸得到 9 級低速；若使背輪機構(gòu)脫開，合上內(nèi)齒離合器，直接傳至主軸則獲得 9 級高速，主軸的正反轉(zhuǎn)只有用改變主電機轉(zhuǎn)向的方法才可以實現(xiàn)。停車時為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停轉(zhuǎn)。 主軸脈沖發(fā)生器的安裝方式改造后的數(shù)控車床要實現(xiàn)螺紋加工，還需要配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸信號的反饋元件。它與車床主軸同步運行，發(fā)生主軸轉(zhuǎn)角位的變化，輸入到數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部，由系統(tǒng)通過軟件控制，以保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，螺紋車刀也同步進給一個螺紋導(dǎo)程，并保證螺紋加工中分幾次加工時不發(fā)生亂扣，即每次螺紋加工時進刀位置保持一致。主軸脈沖發(fā)生器的安裝如圖所示。主軸脈沖發(fā)生器的安裝圖如圖 3—8 所示： 21圖 3—8 主軸脈沖發(fā)生器安裝圖 為了可以加工穿出主軸的零件采用異軸安裝。主軸脈沖發(fā)生器一般采用增量式光電編碼器，傳動連接， 。為了避免主軸脈沖發(fā)生器光柵的破壞，在不加工螺紋時將其與傳動軸脫離，柔性連接即車床主軸與主軸脈沖發(fā)生器間用彈