目錄 1. 概述 1.1 技術(shù)要求 1 1.2 總體設(shè)計(jì)方案 1 2. 滾珠絲杠螺母副的選型和計(jì)算 1 2.1 主切削力及其切削分力計(jì)算 1 2.2 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 2 2.3 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 2 2.4 滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 3 3. 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì) 7 4. 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn) 7 4.1 滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn) 7 4.2 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn) 7 4.3 滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn) 8 5. 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 8 5.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 8 5.2 滾珠絲杠螺母副扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算 9 6. 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 10 6.1 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量。 10 6.2 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 10 6.3 計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需力矩 . 11 6.4 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 12 7. 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 7.1 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 7.2 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 7.3機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析? ? 8. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 9. 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 10. 參考文獻(xiàn) 14 14 14 ??????????????????????????????? 14 ????????????????????????????????15 .. 15 15 立式加工中心工作臺(tái)設(shè)計(jì) 1. 概述 1.1技術(shù)要求 工作臺(tái)、工件和夾具總質(zhì)量 m=833kg重力 W=8500N)工作臺(tái)行程900mm工作臺(tái)快進(jìn)速 度20000mm/min工作臺(tái)采用滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌，動(dòng)摩擦系數(shù)為 0.01，靜摩擦系數(shù)為0.01，工作 臺(tái)定位精度為0.04mm重復(fù)定位精度為0.01mm機(jī)床的工作壽命為20000h。采用伺服電機(jī)， 額定功率7.5kw，強(qiáng)力切削時(shí)銑刀直徑125mm主軸轉(zhuǎn)速300r/min 切削方式 進(jìn)給速度(m/min) 時(shí)間比例(%) 備注 強(qiáng)力切削 0.6 10 主電機(jī)滿功率 一般切削 0.8 30 粗加工 精加工切削 1 50 精加工 快速進(jìn)給 20 10 空載 1.2總體設(shè)計(jì)方案 為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案： (1) 工作臺(tái)工作面尺寸(寬度X長(zhǎng)度)確定為 400mmc 1200mm (2) 工作臺(tái)導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，在與之相配的動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)畫面上貼聚四氟乙烯導(dǎo)軌板。同 時(shí)采用斜鑲條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面的間隙，在背板上通過(guò)設(shè)計(jì)偏心輪結(jié)構(gòu)來(lái)消除導(dǎo)軌背面 與背板的間隙，并在與工作臺(tái)導(dǎo)軌相接觸的斜鑲條接觸面上和背板接觸面上貼膜。 (3) 對(duì)滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊，并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行拉伸預(yù)。 (4) 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 (5) 采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠連接。 2. 滾珠絲杠螺母副的選型和計(jì)算 2.1主切削力及其切削分力計(jì)算 (1) 計(jì)算主切削力Fz。 根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削(銑刀直徑 D=125m)主 軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率，此時(shí)銑刀的切削速度為： (已知機(jī)床主電動(dòng) 機(jī)的額定功率Pm為7.5kw，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n=300r/min。） 根據(jù)公式得刀具的切削速度為： Dn 60 3.14 125 10 60 300 , m/s 1.96m/ s 取機(jī)床的機(jī)械效率為： m 0.8，則由式得主切削力: 尸'寧 卅 將 103 N 3061.22N (2) 計(jì)算各切削分力 工作臺(tái)的縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別為 F1 0.4FZ 0.4 3061.22 1224.49N Fc 0.95Fz 0.95 3061.22 2908.16N Fv 0.55Fz 0.55 3061.22 1683.67N 2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力 F的計(jì)算可以查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書： （1） 根據(jù)式（2-8a）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力F。此時(shí)導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù) 0.01，查 表2-3得鑲條緊固力fg 2000N ,貝u F W fg Fv Fc 0.01 8500 2000 1683.67 2908.16 N 150.92N （2） 按式（2-9a）計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 F 0和F0 F 0 Fg W fg 0.01 8500 2000 105N Fg 0（W fg） 0.01 （8500 2000） 105N 2.3計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 (1) 按式(2-10a )計(jì)算最大軸向負(fù)載力Famax Famax F1 F (1224.49 150.92)N 1375.41N (2) 按式(2-11a )計(jì)算最小軸向負(fù)載力Fmin Famin F 0 105N 2.4滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 1確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax 2000r/min得: Lo V max 20000 in max mm 1 2000 10mm 2）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 （1）各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷。 強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定為最大軸向載荷，快速移動(dòng)和鉆鏜定位時(shí)的軸向載荷定為最小 軸向載荷。一般切削（粗加工）和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，滾珠絲杠螺母副的軸向載荷分別 可按下式計(jì)算： Fz Fa min 20%Famax, F3 Fa min 5%F a min 并將計(jì)算結(jié)果填入表2 表2數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的計(jì)算 切削方式 軸向載荷/N 進(jìn)給速度 /（m/mi n） 時(shí)間比例 /（%） 備注 強(qiáng)力切削 1375.41 v1 0.6 10 F1 F a max 一般切削（粗加工） 380.08 v2 0.8 30 F2 Fa min 20 % Fa max 精細(xì)切削（精加工） 110.25 V3 1 50 F3 Fa min 5 % Famax 快移和鏜鉆加工 105 V4 20 10 F4 ^a max （2）計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速 ni V1 0.6 n1 L0 10 10 3 r / min 60r / min n? 生 0.8 3 r / min 80r / min L0 10 10 n3 魚 1 3 r / min 100r /min L0 10 10 V4 20 n4 3 r / min 2000r /min L0 10 10 3  Fm 3 匚3 nn qn Fn nm 100 3 1375.413 V 280 100 394.78N 60 1 0 380.083 80 280 30 100 110.253 100 280 50 1053 2000 100 280 10 N 100 3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 Cam （1）按預(yù)定工作時(shí)間估算。查表 2-28得載荷性質(zhì)系數(shù)fw=1.3。 已知初步選擇的滾珠絲杠的 （3）按式（2-17）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速 nm q1 q2 - qn - n m n1 n2 nm 100 100 100 10 30 50 10 ( 60 80 100 2000)r/min 280r/min 100 100 100 100 （4）按式（2-18）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷 Fm 精度等級(jí)為2級(jí)，查表2-29得精度系數(shù)fa=1,查表2-30得可靠性系數(shù)fc=0.44，則由式（2-19） 3 60 280 20000 394.78 1.3 100 1 0.44 8108.84N （2）因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按式（2-21）估算最大軸向載荷。查表2-31 得預(yù)加載荷系數(shù)fe=4.5，則 Cam fe?Famax 4.5 1375.41N 6189.35N （3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 Cam。 取以上兩種結(jié)果的最大值，Cam = 8108.84N。 4）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 d2m （1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知工作臺(tái)的定位精度為40 m,重復(fù)定位精度為10 m，根據(jù)式（2-23 ）、式（2-24） 以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得 10 m =( 3.3~5) m 40 m =( 8~10) m 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即 max =3.3 m。 （2）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 d2m。 本機(jī)床工作臺(tái)（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式。 滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L二行程+安全行程+2 X余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度 1.2~1.4 ）行程 + （25~30） Lo 取 L= 1.3 X行程 +3OLo ~（ 1.3 X 900+30X 10） mm= 1470mm 又 F0=105N,由式（2-26 ）得 ）F0L ）1470 105 d2m 0.078 j 0.078、 mm 16.87mm 2m : max 3.3 5） 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)計(jì)算所得的L。、Cam、d2m，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母 副FFZD4010-3（見(jiàn)本書附錄A表A-3）,其公稱直徑d。、基本導(dǎo)程L。、額定動(dòng)載荷Ca和絲杠 直徑d2如下： d0=40mm L0 =10mm Ca=30000N> Cam =8108.84N d2 34.3mn> d2m =16.87mm 故滿足式（2-27 ）的要求。 6） 由式（2-29）確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 Fp 1375.41N = 458.47N 7） 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值與預(yù)緊拉力 n （1） 按式（2-31）計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值 t。 已知溫度變化值厶t=2 C,絲杠的膨脹系數(shù)a =11 10 6 m/C，滾珠絲杠螺母副的有效行程 Lu二工作臺(tái)行程+安全行程+2X余程+螺母長(zhǎng)度 =（900+100+2X 20+146） mm= 1186mm 故 t = t Lu X 10-6 = 11X2X 1186X 10-6mm= 0.26mm （2） 按式（2-32）計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力Ft。 已知滾珠絲杠螺紋底徑d2=27.3mm滾珠絲杠的溫升變化值厶t=2 C,則 =1.81 △ t d2 2=1.81 X 2X 34.3 X 34.3=4258.89N t 8）確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào) （1）按式（2-33 ）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 FBmax Bmax Famax 1375.41N （2） 計(jì)算軸承的預(yù)緊力Fbp 0 1 1 F bp ~ F Bmax ~ 458.47 N 3 3 （3） 計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷FBam o FBam Fbp Fn 458.47 394.78 853.25N （4） 按式（2-15）計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷 C 已知軸承的工作轉(zhuǎn)速 n=nm =280r/min，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷 FBam =853.25N,軸承 的基本額定壽命L=20000h軸承的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa分別為 Fr FBamCOs600 853.25 0.5 426.625N Fa FBamsin60° 853.25 0.87 742.33N F 742 33 因?yàn)?二 ——.— 1.60 2.17，所以查表2-25得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Y=0.54, Fr 462.625 故 P XFr YFa 1.9 426.625 0.54 742.33 1211.45N p 1211 4G ! C ——360nLh 3 60 280 20000 8422.06N 100 100 （5） 確定軸承的規(guī)格型號(hào)。 因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用 60°角接觸球軸承組背對(duì)背安裝，以 組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。由于滾珠絲杠的螺紋底徑 d2為34.3mm所以選擇軸承的 內(nèi)徑d為30mm以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。 在滾珠絲杠的固定端端選擇國(guó)產(chǎn) 60°角接觸球軸承兩件一組背對(duì)背安裝，組成滾珠絲杠 的兩端固定支承方式。軸承的型號(hào)為 760206TNI/P4DFA尺寸（內(nèi)徑X外徑X寬度）為 30mm X 62mrX 16mm選用脂潤(rùn)滑。該軸承的預(yù)載荷能力Fbp'為1450N,大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力 Fbp =458.47No并在脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 2200r/min，高于滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速 nmax =2000r/min，故滿足要求。該軸承的額定動(dòng)載荷為 C'=26000N,而該軸承在20000h工作 總壽命下的基本額定動(dòng)載荷C=8422.06N也滿足要求 3. 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì) 將以上計(jì)算結(jié)果用于工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì) 4. 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn) 4.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn) 工作臺(tái)的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。因此，不存在壓 桿不穩(wěn)定問(wèn)題。 譯繪 13 ' [J H-.:rrn, ■閆司託需昌1二恆手?円I1T F電吐卷鏗寶地墊 57 hili 「£ 姑耳肅榭.毎俐7睥〕 ：■' 佃舉桿紀(jì)忻黃） Id 而I 耳 ffll立式加工中心工作臺(tái)計(jì)算簡(jiǎn)國(guó) 4.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速nc的校驗(yàn) 1. 滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷 Fc的校驗(yàn) 根據(jù)圖1得滾珠絲杠螺母副的最大受壓長(zhǎng)度 Li=1066mm絲杠水平安裝時(shí)，K=1/3，查表 2-44 得 K2=2,由式 2-35 得： d 2 5 1 5 Fc=KK2 — X 10 =一 X 2XX 10 =81202.76N L： 3 本工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為 Famau1375.41N,遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載 荷Fc的值，故滿足要求。 2. 根據(jù)圖1可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度 L2=1080mm已知彈性模量 E=2.1 105MPa材料密度N/mm3，重力加速度9.8，安全系數(shù)K1=0.8。由表2-44查得 4.73 滾珠絲桿的最小慣性矩為 4 3.14 4 4 4 I d2 34.3 mm 67908.82mm 64 64 滾珠絲桿的最小截面積為 A d； 空 34.32mm2 923.54mm2 4 4 故可由公式得： nc 0.8 60 4.732 2.1 105 67908.82 9.8 103 2 3.14 10802 \ 7.8 10-5 923.54 r/mi n=4451r/min 本工作臺(tái)滾珠絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 2000r/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求 4.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn) 滾珠絲桿螺母副的壽命，主要是指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠 絲杠在相同的條件下回轉(zhuǎn)時(shí)，其中 90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速。 查附錄A表A-3得滾珠絲桿額定動(dòng)載荷Ca 30000 N,運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw 1.2，滾珠絲桿的動(dòng) 載荷Fa Fmax 1375.41N,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速 n=n max 2000r/mi n L 即： Lh (-)3 106 ( )3 106r 6 109r Fafw 1375.41 1.2 L 6 109 h 50042.87h 60n 60 2000 一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)該保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命 Lh 20000h，故 滿足要求。 5. 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 5.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 (1) 計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度Ks。 本工作臺(tái)的絲杠支承方式為一端固定，一端游動(dòng)。由圖 1可知，滾珠絲杠的螺母中心位 于滾珠絲杠的兩支承的中心距離 a=LY時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 Ksmin，由(2-43a) 得: Ksmin 「65 1畔 1.65 102 3421n/ m 1066 182.1N/ m 當(dāng)a=Lj=166mm寸，滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度 Ksmax計(jì)算得: K smax 1.65 102 34.32 N /um 1162.59N/um 166 (2) 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支撐軸承的剛度 Kb。 已知軸承的接觸角？=60 ，滾動(dòng)體直徑dQ=7.144mm滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=17,軸承的最大軸向 工作載荷FBmax= 4946.6N,由表2-45，表2-46得 K b= 2 X2.34 X VdQ^FBmaxsin5 =2X2.34 X 37.144 172 1375.41 sin560°N/ m 542.52N (3) 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度Kc。 查附錄A 表A—3得滾珠與滾道的接觸剛度 K=973N/um額定動(dòng)載荷Ca =30000N,滾 珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 Famax=1375.41N,故由式(2-46)得 1 1 Kc=K () 3 =973X () 3 N/um=750.27N/um (4) 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 K。 由式(2-47a)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 max s max Kb 1 Kc 1 1 1 1162.59 542.52 750.27 0.004 故 Kmax =250N/ [i m 由式(2-47b)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為 1 1111 1 1 0.0087 Kmin Ksmin Kb Kc 182.1 542.52 750.27 故 Kmin =115N/1 m 5.2滾珠絲杠螺母副扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算 由圖4-1可知，扭矩作用點(diǎn)之間的距離 L2= 1348 mm已知剪切模量G=8.1 104 M pa,滾珠 絲杠的底徑d2 =34.3 10 3m由式(2-48 )得 K == 8161.15N 6. 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 6.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量。 (1) 計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)到慣量Jr。 已知滾珠絲杠的密度 =7.8 10 3kg/cm3,由式(2-63)得: n 4 3 4 Jr DjLj 0.78 10 DjLj 32 j 1 0.78 1 0 3 (4.8 2.54 8.7 34 8 8 34 34 9) 18.84 kg? cm2 (2) 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 0 3 4 J 0= 0.78 10 D L =0.78 10 3 (6 4 4 3 -3 ) 7.8kg/cm =7.39kg/cm (3) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jl的計(jì)算 已知機(jī)床執(zhí)行部件(即工作臺(tái)、工件和夾具)的總質(zhì)量 m=833kg電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī) 床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離 L=1cm則由式(2-65)得 Jl 2 L m - 2 833 ( 1 2 3.14 )kg.cm 21.12kg.cm2 (4) 加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd的計(jì)算 Jd = Jr + JL+J 0=(18.84+7.39+21.12) kg ?cm2 =47.35 kg?cm2 6.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 (1) 計(jì)算切削負(fù)載力矩Tc 已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力 Fa=Fmax=1375.41N,電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行 部件在軸向移動(dòng)的距離L=10mm=0.01m進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率n =0.90，由式(2-54)得 T c=-FaL ==2.43N?m 2 (2) 計(jì)算摩擦負(fù)載力矩T。 已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力(即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力) F o=1O5N由式 (2-55 )得 T ==N?m=0.186N?m (3) 計(jì)算由滾珠絲杠得預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩 Tf。 已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 F p =458.47N，滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程 L0 =10mm=0.01mm 滾珠絲杠螺母副的效率 0=0.94，由式(2-56 )得 FpL° , 2 458.47 0.01 2、 Tf= - - 1 0 (1 2 2 3.14 0.90 6.3計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需力矩 (1)計(jì)算線性加速度力矩Ta1 已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 nmax=2000r/min，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量Jm=62kg?cm2，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量 J d =47.35kg ?cm2，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益 ks=20Hz， 3 3 加速時(shí)間 ta = —=一 s=0.15s， ks 20 由式(2-58)得 Ta1 2 n max 60 980ta 3.14 2000 Jm Jd 1 e ksta 60 980 0.15 144.072kgf.cm (62 47.35) (1 14.12N.m 20 0.15、 e ) kgf cm (2) 計(jì)算階躍加速力矩。 已知加速時(shí)間，由式 (2-59 )得 2 n max J m J d ap 60 980ta 2 3.14 2000 60 980 0.15 466.98kgf.cm (62 47.35)kgf cm 45.76N.m (3) 計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩。 1) 按式(2-61)計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩Tq Tq Ta1 (Tu Tf 2) 按式(2-61)計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩Tq Tq Tap (人 Tf 3) 按式(2-57a)計(jì)算快進(jìn)力矩TKj Tkj (Tu Tf 4) 按式(2-57a)計(jì)算工進(jìn)力矩Tgj Tgj (Tc Tf6.4選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) (1) 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算和表2-47，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的a12/3000i型交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng) 電機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)如下：額定功率， 3kW,最高轉(zhuǎn)速,3000r/min，額定力矩，12N.m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量，62kg.cm2,質(zhì)量,18kg。 交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的 5~10倍。若按5倍計(jì)算，則該電動(dòng)機(jī)的加 速力矩為60N.m均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需的空載啟動(dòng)力矩 Tq以及階 躍加速時(shí)所需的空載啟動(dòng)力矩Tq ，因此，不管采用何種加速方式，本電動(dòng)機(jī)均滿 足加速力矩要求。 該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為12N.m，均大于本機(jī)床工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 Tkj以及工進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 ，因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本 電動(dòng)機(jī)均滿足驅(qū)動(dòng)力矩要求。 (2) 慣量匹配驗(yàn)算。 為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量 Jd與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量Jm之比一般應(yīng)滿足式(2-67)，即,而在本例中 Jd 47.35 62 0.76 [0.25,1]，故滿足慣量匹配要求 7. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 7-1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 min 已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 K。 Kmin 115 106N/mm,而滾珠絲杠螺母副和 機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量，則 833kg ms 4 4 j°5 7.8 10 3kg 10.83kg md nc 1 m Jms (833 10.83) 3 114.94 106 — rad / s 836.61 836.61kg 7-2. K。 md 370.66rad /s 計(jì)算扭矩振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nt 計(jì)算到滾珠絲杠上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: Js Jr J0 (18. 84 7. 39)kg ?cm3 26. 23kg 3 3 ? cm 0. 0026kg ? cm 已知絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 Ks K 8161. 15N ? m/ rad nt ^i?rad/s 1771.7rad 由以上計(jì)算可知，絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nc 370.66rad/s,扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nt 1771.7rad/s都比較高，一般按 n 300rad / s的要求來(lái)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 7.3機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 1. 計(jì)算機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的最小綜合拉亞剛度 Kmin 115 106N/mm， 擦力F0 105N，則由式（2 52）得 導(dǎo)軌的靜摩 坐 103 - 103 1.83 10 3mm Kmin 115 106 即 1.83 m 3.3 m，故滿足要求。 2. 計(jì)算機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 k max F丄 k max 0 ~ K min 1 K max 103 105 1 6 1 6 103mm 0.0049mm 115 10 250 10 即 kmax 0.49 m 故滿足要求。 3. 計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 （1）計(jì)算由快速進(jìn)給扭矩Tkj 280N?mm引起的滾珠絲杠螺母副的變形量 。已知負(fù)載 力矩T Tkj 280N?mm，由圖4-2得扭矩作用點(diǎn)之間的距離L? 1348mm絲杠 底徑 d2 34.3mm，由式（2-49）得: 7.21 10 2TL2 d?4 7.21 102 2434畀 0.02 （2）由扭轉(zhuǎn)變形量 引起的軸向移動(dòng)滯后量 將影響工作臺(tái)的定位精度。由式（2-50） 得: L0 10 002 mm 0.0056mm 0.56 m 360 360 8. 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 1 ?確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 本機(jī)床工作臺(tái)采用半閉環(huán)系統(tǒng)，V300P、ep應(yīng)滿足下列要求： V300P 0.8 （定位精度 kmax ） 0.8 （40 1.3 0.56） m 30.5 m ep 0.8 （定位精度 kmax ） 30.5 m 滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級(jí)為二級(jí)， 查表2-20得V300P 8 m 30.5 m，查表2-21 得，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為1150mm時(shí)寸，ep 18 m 30.5 m故滿足設(shè)計(jì)要求。 2.滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)為 FFZD4010-3其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：40mm,10mm; 螺紋長(zhǎng)度:1150mm絲杠長(zhǎng)1405mm類型與精度:P類，2級(jí)精度。 9. 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 在這次的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)到了一些除技能以外的其他東西，領(lǐng)略到了別人在處理問(wèn)題時(shí) 顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會(huì)到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制，最重要的還是 自己對(duì)一些問(wèn)題的看法產(chǎn)生了良性的變化，尤其是在互相的合作中。 課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這 次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得 自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一 個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素 質(zhì)。 10. 參考文獻(xiàn) [1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)?武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006 [2] 王愛(ài)玲.機(jī)床數(shù)控技術(shù).北京：高等教育出版社，2006 [3] 王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)?北京：兵器工業(yè)出版社,1999.9 [4] 王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2003.4 ⑸ 戴曙?金屬切削機(jī)床?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.8 ⑹ 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)?湖北：華中科技大學(xué)出版社，2007.5 3 n 1 q1 3 n2 F1 F 2 — nm100 nm