立式高速銑削加工中心縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5張CAD圖

立式高速銑削加工中心縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5張CAD圖,立式,高速,銑削,加工,中心,縱向,進(jìn)給,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),CAD Ｖ－６型高速立式加工中心縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，加工技術(shù)在世界的工業(yè)范圍內(nèi)都有了顯著的提高。而我國以加工中心為代表的高自動(dòng)化，高附加值，高利潤的機(jī)床產(chǎn)品卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界機(jī)床同行，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，機(jī)床行業(yè)的全球化以及在政府加強(qiáng)自主知識(shí)創(chuàng)新舉措的鼓勵(lì)下，投資開發(fā)加工中心等高檔機(jī)床的時(shí)機(jī)趨于成熟。 本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)銑床的 X 軸進(jìn)給系統(tǒng)。首先，了解銑床的結(jié)構(gòu)，確定方案，對滾珠絲杠，軸承，軸承座，步進(jìn)電機(jī)，滾動(dòng)導(dǎo)軌等零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制了相關(guān)的零件圖以及該立式加工中心縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖。 本文根據(jù)立式加工中心的快速進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、最大載荷、切削進(jìn)給速度、行程、主軸馬力及精度要求對滾珠絲杠副進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)計(jì)算，然后進(jìn)行了電機(jī)及滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型計(jì)算。 關(guān)鍵詞：立式加工中心 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠 滾動(dòng)導(dǎo)軌 伺服電機(jī) IV ABSTRACT With the development of science and technology, within the scope of industrial processing technology in the world have improved significantly.And our country represented by machining center of high automation, high value-added, highly profitable machine tools product is far behind the peers.With the sustainable development of China's economy, machine tool industry globalization and the government strengthen intellectual innovation encouragement, the timing of the investment in the development of machining centers and other high-end machine tools tend to be more mature. This design is the design of milling machine X axis feed system.First of all, understanding the structure of the milling machine, determine the solution.Of ball screw, bearing, bearing seat, step motor, rolling guide parts such as design and calculation, and draw the relevant part drawing and the assembly drawing of the vertical machining center longitudinal Based on the vertical machining center of fast feed rate and spindle speed, maximum load and cutting feed speed, stroke, main shaft horsepower and accuracy requirements of ball screw pair type selection design calculation, and then the motor and the selection of rolling guide. Keywords: Vertical machining center longitudinal feed ball screw rolling guide servo motor 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒論 1 1.1 課題研究的背景和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.2.1 高速立式加工中心在國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 1.2.2 立式加工中心的特點(diǎn) 2 1.2.3 加工中心的發(fā)展趨勢 2 1.3 課題研究內(nèi)容 3 第 2 章 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 4 2.2 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)所需要的主要部件 4 2.2.1 滾珠絲杠螺母副 4 2.2.2 其它支撐組件 6 2.2.3 電動(dòng)機(jī) 6 2.2.4 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 7 2.2.5 聯(lián)軸器 7 2.3 本章小結(jié) 8 第 3 章 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì) 9 3.1 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速、載荷計(jì)算 9 3.2 滾珠絲杠副的選擇設(shè)計(jì)計(jì)算 10 3.2.1 切削力計(jì)算 10 3.2.2 滾珠絲杠螺母副的選型 11 3.3 電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 26 3.3.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則 26 3.3.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 27 3.4 導(dǎo)軌的選型計(jì)算 31 3.4.1 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)程序及內(nèi)容 31 3.4.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌的壽命計(jì)算 31 3.5 其他組件設(shè)計(jì) 35 3.6 本章小結(jié) 35 第 4 章 總結(jié)與展望 36 4.1 總結(jié) 36 4.2 展望 36 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 XXXXX 第 1 章 緒論 1.1 課題研究的背景和意義 過去，我國傳統(tǒng)機(jī)床在制造行業(yè)和加工裝備行業(yè)在絕大部分，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊式機(jī)床，用這種舊的加工裝備加工出來的產(chǎn)品在國內(nèi)外市場上缺乏競爭能力，直接影響到了一個(gè)企業(yè)的生存發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)機(jī)床相比，有以下幾方面的突出優(yōu)越性，由于計(jì)算機(jī)可以快速準(zhǔn)的計(jì)算出每一個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)需要的運(yùn)動(dòng)量，因此可以隨意復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面；能夠?qū)崿F(xiàn)加工的自動(dòng)化，從而效率可以比傳統(tǒng)機(jī)床提高好幾倍；由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)的能力，可以將輸入的程序記住并存儲(chǔ)下來，再按照程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行；加工零件的精度比較搞而且尺寸分散度小，使裝配變得容易，從而可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少了零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)；擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，所以操作比較方便，可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，客戶需求日益多樣化，大批量的生產(chǎn)方式將逐漸被柔性化， 模塊化的生產(chǎn)方式所取代。因而,企業(yè)對制造裝備提出的要求也越來越高，柔性化的數(shù)控加工設(shè)備也將慢慢成為裝備制造業(yè)發(fā)展的主流[1] 。將立式數(shù)控加工中心的設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，使我們即將畢業(yè)的大學(xué)生能夠更深入地學(xué)習(xí)和掌握社會(huì)發(fā)展所需要的前沿知識(shí)，也迎合了裝備制造業(yè)發(fā)展趨勢，為我們步入社會(huì)做進(jìn)一步的準(zhǔn)備。研究開發(fā)高性能的伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素之一，立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)是以加工中心移動(dòng)部件的位置為控制量的自動(dòng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)[6] 。它根據(jù)數(shù)控裝備發(fā)出的電脈沖信號指令，使機(jī)床主軸、工作臺(tái)等部件按規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度及要求的位置做出相應(yīng)的移動(dòng)，并對其定位精度加以控制。立式加工中心的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是立式加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng)的重要組成部分，對實(shí)現(xiàn)立式加工中心高精度、高可靠性和高穩(wěn)定性的要求具有極其重要意義[4] 。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 高速立式加工中心在國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 41 自高速切削概念被提出以后, 高速切削技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了理論探索階段, 初步應(yīng)用階段和成熟應(yīng)用階段。特別是在 20 世紀(jì) 70 年代后,很多工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼投入大量的人力、物力、財(cái)力來研究開發(fā)高速切削技術(shù),發(fā)展日新月異,很多國家尤其是德國、美國、英國和日本等制造強(qiáng)國紛紛走向了世界前列。由于高速切削突破了切削力、切削熱等難題, 并且在新刀具材料和工藝技術(shù)上也慢慢取得了新的進(jìn)展， 所以高速加工中心快速的發(fā)展起來。高速機(jī)床的功能部件發(fā)展很快，如滾珠絲杠副、主軸、精密軸承、換刀裝置、各種氣動(dòng)、液壓件及直線導(dǎo)軌部件等。我國對高速機(jī)床研制雖然起步比較晚, 但也相繼取得了一些的成果。但與世界先進(jìn)水平相比, 我國高速機(jī)床的生產(chǎn)研發(fā)還存在一定的差距。國內(nèi)廠商生產(chǎn)的高速機(jī)床其功能部件大部分都是引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù), 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的功能部件比較少。雖然在某些技術(shù)領(lǐng)域取得了較高的發(fā)展水平，走在了前列, 但是如何將這些先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、市場化卻是一個(gè)難題，阻礙著我國高速數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。 1.2.2 立式加工中心的特點(diǎn) 1、高剛性結(jié)構(gòu) 2、優(yōu)良制造 3、高精密剛性主軸 4、定位精度非常高 5、高效、可靠的自動(dòng)換刀裝置 6、采用高可靠度配套元件 7、機(jī)電一體化設(shè)計(jì) 1.2.3 加工中心的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)逐漸成為工業(yè)化的重要標(biāo)志，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，它對國家一些重要的民生行業(yè)，如 IT、輕工、醫(yī)療、汽車等行業(yè)的發(fā)展也發(fā)揮了重要的作用，因此這些行業(yè)所需裝備的信息化也將成為現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。 從用戶需求上來看，立式加工中心的要求更加趨于多種小批量的生產(chǎn)，要求加工機(jī)械設(shè)備能夠適應(yīng)工序集中導(dǎo)致的生產(chǎn)加工變化。由于對產(chǎn)品制造和對生產(chǎn)體系 的看法正在發(fā)生著根本性的轉(zhuǎn)變，對此新生的生產(chǎn)體系對能形成柔性線的小型機(jī)種有一定需求。生產(chǎn)機(jī)床的廠家一邊追求高速、高精度，另一邊致力于如何使機(jī)型小型化及低成本化，因此，此類產(chǎn)品開發(fā)重點(diǎn)在于機(jī)體的小型化，適應(yīng)形成柔性線體系化。從技術(shù)開發(fā)動(dòng)向上來看，主要在提高主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，精密度，對應(yīng)熱變位，模塊化等體現(xiàn)出來。其中，作為機(jī)床基礎(chǔ)課題高速化研究也不斷取得新的研究成果。 1.3 課題研究內(nèi)容 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：V-6 型立式高速加工中心縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）工作內(nèi)容（從專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用、論文框架的設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)資料的收集和應(yīng)用、觀點(diǎn)創(chuàng)新等方面詳細(xì)說明）：本課題擬根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)對高速鉆銑加工的需求，針對 V-6 型高速加工中心的設(shè)計(jì)功能需求，開展縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作。具備機(jī)械原理、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與公差測量、進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 技術(shù)要求：X 軸工作臺(tái)行程 600mm，X 軸快速進(jìn)給 60m/min。具體工作內(nèi)容： 查閱與課題有關(guān)文獻(xiàn)資料 20 篇以上，在分析 V-6 型高速立式加工中心設(shè)計(jì)功能 要求基礎(chǔ)上，研究其縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案，在收集整理消化和理解立式高速立式加工中心的結(jié)構(gòu)原理基礎(chǔ)上，進(jìn)行課題文獻(xiàn)綜述，明確驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)參數(shù)， 進(jìn)行課題總體設(shè)計(jì)研究，編寫開題報(bào)告，縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，對運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行有關(guān)力的計(jì)算基礎(chǔ)上，進(jìn)行以下設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)參數(shù)計(jì)算與選型，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核與選擇，滾動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核與選擇，其它相關(guān)零件的選型及計(jì)算。加工中心底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（底座、立柱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），裝配圖和零件圖繪制：折合 3 張 A1，用 CAD 繪圖；設(shè)計(jì)說明書一份（1-1.5 萬字，要求電腦打印，說明書組成包括，中外文摘要及關(guān)鍵詞、目錄、正文、主要參考文獻(xiàn)，致謝和附錄等，具體格式參照學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定）。 第 2 章 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 為保證傳動(dòng)系統(tǒng)有一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。由于本次設(shè)計(jì)為高速立式加工中心且行程較大，所以采用兩端固定支承的方式。為提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的自身重量和工作載荷不大，可選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小運(yùn)動(dòng)部件與工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，有效消除了低速無爬行的現(xiàn)象。根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給速度及反應(yīng)速度的要求，對電機(jī)選型。由于本課題是對立式加工中心縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而加工中心具有高速、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，所以選用交流伺服電動(dòng)機(jī)。考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性，采用直連式傳動(dòng)?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)原理圖如圖 2-1。 圖 2-1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)原理圖 2.2 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)所需要的主要部件 2.2.1 滾珠絲杠螺母副 1、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠螺母副具有啟動(dòng)無顫振、靜摩擦因數(shù)與動(dòng)摩擦因數(shù)幾乎相等，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有爬行現(xiàn)象，壽命長，精度高，可以消除間隙，提高系統(tǒng)剛度等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用滾珠絲杠螺母副可以在很大程度上提高定位精度，進(jìn)給系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及防止低速時(shí)爬行的現(xiàn)象產(chǎn)生。如圖 2-2。 圖 2-2 絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)螺母 1 和絲杠 3 裝配在一起時(shí)形成了滾珠的螺旋滾道?；刂閺澒?4 在螺母上， 將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，從而構(gòu)成封閉循環(huán)滾道，滾珠 2 裝在滾道內(nèi),當(dāng)絲杠 3 旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠 2 在滾道內(nèi)沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)，因而迫使螺母（或絲杠）作 軸向移動(dòng)。如圖 2-3。 1 圖 2－3 絲杠螺母運(yùn)動(dòng)示意圖 1－螺母；2－滾珠；3－絲杠；4－回珠彎管 2、滾珠絲杠螺母副軸向間隙調(diào)整 螺母副軸向間隙指當(dāng)螺母和絲杠沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母和絲杠之間最大的軸向竄動(dòng)量。這個(gè)量是施加軸向載荷后，發(fā)生彈性形變所造成的竄動(dòng)，運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)本身間隙的疊加,要想完全消除軸向間隙比較困難，為盡可能消除間隙，通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊,一般有雙螺母齒差調(diào)隙式,雙螺母墊片調(diào)間隙式等。 (1) 雙螺母墊片調(diào)間隙式 采用雙螺母墊片可以修磨墊片的厚度，使左右兩邊的螺母產(chǎn)生軸向位移，從而產(chǎn)生預(yù)緊力，消除了軸向間隙。這種調(diào)整方法結(jié)構(gòu)簡單和裝拆方便，但它需要多次修磨才能完全調(diào)整好，調(diào)整的精度也比不上齒差間隙式的調(diào)整精度。本設(shè)計(jì)采用滾 珠絲杠傳動(dòng)，其啟動(dòng)時(shí)無顫振、靜動(dòng)摩擦因數(shù)幾乎相等、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有爬行現(xiàn)象， 壽命長、精度高，可以消除間隙、提高系統(tǒng)的剛度，可以很好地滿足設(shè)計(jì)的要求。 (2) 雙螺母齒差調(diào)隙式 采用的兩個(gè)螺母兩外齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合,在兩端的螺母凸緣上加工兩螺母的外齒輪，而且齒數(shù)相差為一。內(nèi)齒圈緊固在螺母座上，預(yù)緊時(shí),脫開內(nèi)齒圈，兩個(gè)螺母同向轉(zhuǎn)過相同齒數(shù)，然后合上內(nèi)齒圈。兩個(gè)螺母變化相對的軸向位置,實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力和間隙的調(diào)整。 3、滾珠絲杠螺母副的支承方式 高速立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)有很高的傳動(dòng)剛度要求，除要加強(qiáng)滾珠絲杠螺母副自身剛度外，滾珠絲杠螺母副支承結(jié)構(gòu)的剛度也要重視?？梢栽龃舐菽缸c機(jī)床接觸面積，從而提高螺母座局部剛度和接觸剛度，螺母座也應(yīng)有所加強(qiáng)，以降低受力后產(chǎn)生的變形。其中，此設(shè)計(jì)為高速立式加工中心，且行程為 600mm, 因此，采用兩端固定支承方式，這樣可以達(dá)到較高剛度要求。 2.2.2 其它支撐組件 1、軸承 軸承在機(jī)械傳動(dòng)中起固定和減小載荷系數(shù)的作用。當(dāng)其它機(jī)件在軸上發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以降低動(dòng)力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置。軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中舉足輕重的一種零部件，它主要是用來支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低設(shè)備在傳動(dòng)中的載荷摩擦系數(shù)。按運(yùn)動(dòng)元件的摩擦性質(zhì)不同來分，可分為滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承。 這次設(shè)計(jì)中采用的是滾動(dòng)軸承，背對背 60 0C 角接觸推力球軸承。2、軸承座 軸承座主要是用來支撐軸承的，使軸承的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈保持不動(dòng)，始終與傳動(dòng)的方向保持一致（比如電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向），并且保持平衡。 這次設(shè)計(jì)中根據(jù)軸承可以選擇型號為 FK30 的固定端軸承座。 2.2.3 電動(dòng)機(jī) MINAS A4 系列全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應(yīng)速度快、精度高，是目前體積最小、重量最輕的交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品之一。系統(tǒng)具備的特點(diǎn)如下： ⑴自動(dòng)調(diào)整 ①高性能實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整增益； ②根據(jù)負(fù)載慣量變化，從低剛性到高剛性都能自動(dòng)調(diào)整增益； ③具備異常速度檢測功能，能將運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的異常速度調(diào)整到正常速度。 ⑵高速高響應(yīng) 無論是易產(chǎn)生共振的傳送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)械，還是高剛性絲杠傳動(dòng)機(jī)械，都能用高性能的自動(dòng)調(diào)整功能實(shí)現(xiàn)高速定位。 ⑶低振動(dòng) ①根據(jù)機(jī)械共振頻率的不同可以自動(dòng)調(diào)整限波濾波器頻率； ②可以控制由共振頻率變化和機(jī)械不穩(wěn)定而發(fā)生的噪聲； ③內(nèi)置不同于自適應(yīng)濾波器，具有兩個(gè)獨(dú)立通道的濾波器； ④內(nèi)置兩個(gè)通道振動(dòng)抑制濾波器，能夠抑制剛性較低的機(jī)械在啟動(dòng)和停止時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。 2.2.4 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 導(dǎo)軌主要用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)的部件，使其能夠沿一定軌道運(yùn)動(dòng)。動(dòng)導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌是進(jìn)給系統(tǒng)重要組成部分，是機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)要素。機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量很大程度地影響著機(jī)床加工精度和使用壽命，數(shù)控機(jī)床對導(dǎo)軌基本要求有以下幾個(gè)方面： (1) 酎磨性能好； (2)導(dǎo)向精度高； (3) 良好的摩擦特性； (4)工藝性能好； (5)足夠的剛度。 滾動(dòng)導(dǎo)軌特別適用于運(yùn)動(dòng)靈敏及定位精度高的場合。所以，滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上得到了較為廣泛的應(yīng)用。所以，此次設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌。 2.2.5 聯(lián)軸器 彈性元件的撓性聯(lián)軸器具有有彈性元件，能夠補(bǔ)償兩軸間的相對位移，并且具有緩沖減振的能力，彈性元件所儲(chǔ)蓄的能量越多，聯(lián)軸器緩沖能力相應(yīng)越強(qiáng)，彈性 滯后性能和彈性變形時(shí)零件間摩擦功也越大、則聯(lián)軸器減振能力就會(huì)越好，因?yàn)闄C(jī)床運(yùn)動(dòng)會(huì)有較大的速度波動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)的加速、減速，都會(huì)有較大沖擊，且此立式加工中心為高速，故采用撓性聯(lián)軸器。 2.3 本章小結(jié) 在本章中，完成了總體的設(shè)計(jì)方案的確定、工作臺(tái)的設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)和其他零件設(shè)計(jì)，通過了對這章的整理，使我對立式高速加工中心有了更全面立體的認(rèn)識(shí)，通過對各個(gè)零件的選擇，對縱向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)有了更加全新的認(rèn)識(shí)。 第 3 章 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì) 3.1 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速、載荷計(jì)算 本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)高速立式加工中心的 X 軸進(jìn)給系統(tǒng)。首先，得了解高速立式加工中心的結(jié)構(gòu)，確定方案。其次，選擇滾珠絲杠、伺服電機(jī)、螺母、軸承和軸承座等零件， 來達(dá)到提高傳動(dòng)精度，減小加工誤差的目的。本次設(shè)計(jì)的結(jié)果可以順利達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，完成 X 軸方向的運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì) V-6 型高速立式加工中心的主要參數(shù)見表 3.1。 表 3.1 設(shè)計(jì)主要參數(shù) V-6 型高速立式加工中心的主要參數(shù) 主軸轉(zhuǎn)速 1000rpm 快速進(jìn)給速度 X=48m/min 工作臺(tái)行程 X=600mm Y=400mm 工件及夾具最大重量 300kg 工作臺(tái)重量 320kg 工作臺(tái)尺寸 700×420×71 主軸馬力 5.5kw 三軸切削進(jìn)給速度 1~10000mm/min 工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)μ 0.1 靜摩擦因素μ0 0.2 定位精度 20um/300mm 全行程 6um 重復(fù)定位精度 12um 要求壽命 1000 小時(shí)（單班制工作十年） 3.2 滾珠絲杠副的選擇設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 切削力計(jì)算 以Ф100 端銑刀不對稱逆銑為例分析受力 F = PE g·hm ′103 (N ) Z v  （3-1） 式中： FZ :銑刀的切向切削力，N PE ：主軸電機(jī)功率，kW v = p′ d ′ n (m / min) 1000 式中：hm ：機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)功率 V:切削速度，m/min d:銑刀直徑,mm n:主軸轉(zhuǎn)速，r/min  （3-2） 已知 PE =5.5kw hm =0.8 銑刀切向銑削力 FZ 與工作臺(tái)載荷 FL , FC 和 FV 間有一定的比值，見表 3.2 表 3.2 銑削力與工作臺(tái)載荷的比值 銑削條件 比值 不對稱逆銑 端銑 FL / FZ :0.6 :~ 0.9 FC / FZ 0.45 ~ 0.7 FV / FZ 0.5 ~ 0.55 工況 1：取 n=1000r/min 代入公式 3-1，3-2 得 v=3.8 m/min ， FZ = 1158N FL 根據(jù)表 3.1，取 FZ =0.8 FC = 0.6 FZ FV = 0.55 FZ 代入得 FL =926N， FC =695N ， FV =637N 工況 1：取 n=4000r/min 代入公式 3-1，3-2 得 v=15.1 m/min ，  FZ = 291N FL 根據(jù)表 3.1，取 FZ =0.8 FC = 0.6 FZ FV = 0.55 FZ 代入得 FL =233N， FC =175N， FV =160N 工況 1：取 n=10000r/min 代入公式 3-1，3-2 得 v=37.7 m/min ，  FZ = 117N FL 根據(jù)表 3.1，取 FZ =0.8 FC = 0.6 FZ FV = 0.55 FZ 代入得 FL =94N， FC =70N ， FV =64N 3.2.2 滾珠絲杠螺母副的選型 表 3.3 工作臺(tái)切削力，進(jìn)給速度和時(shí)間的比例 工作方式 縱向切削力 FC （N) 垂直切削力 FV (N) 進(jìn)給速度 Vi （m、min） 工作時(shí)間百分百% 工況 1 695 637 1 10 工況 2 175 160 5 30 工況 3 70 64 10 50 快速進(jìn)給 0 0 48 10 1、初算導(dǎo)程 Ph  Ph 3  vmax nmax  （mm) (3-3) 式中： vmax ：滾珠絲杠副最大移動(dòng)速度（mm/min) nmax : 滾珠絲杠副最大相對速度（r/min) 由表知 v = 48m / min 假設(shè)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為 n=2500r/min 代入得 Ph =19 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表 12-1-15 取 Ph =20 當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm 計(jì)算： 各種工作方式下，絲杠轉(zhuǎn)速ni ni = vi (r / min) ph  （3-4） 由表 3.1 知 v1 =1 v2 = 5 v3 = 10 v4 = 48 代入得 n1 = 50 n2 = 250 n3 = 500 n4 = 2400 2、當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm 計(jì)算： n  = n1t1 + n2t2 + n3t3 + n4t4 m t + t + t + t 將對應(yīng)的數(shù)據(jù)代入上式得3、當(dāng)量載荷 Fm 計(jì)算 1 2 3 4 nm = 570r / min （3-5） 各種工作方式下，絲杠的軸向載荷 Fi 由以上計(jì)算知 Fi = FLi + FCi + m(w1 + w2 + FVi ) FCi （i=1,2,3,4)分別為 695N，175N，70N，0  （3-6） FVi （i=1,2,3,4)分別為 637N, 160N, 64N, 0 FLi （i=1,2,3,4)分別為 926N, 233N, 94N, 320N 已知w1 = 3200N w2 = 3000N Fi （i=1,2,3,4)分別為 2305N, 1044N, 790N, 940N 3 Fm =  （3-7） 式中： F1 , F2 ...：軸向變載荷，N n1 ， n2 ... ：對應(yīng) F1 , F2 ...時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min t1 , t2 ... : 對應(yīng) F1 , F2 ...時(shí)的時(shí)間，h 將對應(yīng)的數(shù)據(jù)代入上式得4、計(jì)算額定動(dòng)載荷Cam Fm =937N C ' = f F (60n L )1/3 / (100 f f ) am w m m h a c 式中： fa ：精度系數(shù)，表 3.3 fc ：可靠性系數(shù)，表 3.4 fw ：載荷性質(zhì)系數(shù)，表 3.5 Lh ：預(yù)期工作壽命 （3-8） 表 3.4 精度系數(shù) fa 精度等級 1 2 3 4 5 7 10 fa 1.0 0.9 0.8 0.7 表 3.5 可靠性系 fc 可靠性/% 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表 3.6 載荷性質(zhì)系數(shù) fw 載荷性質(zhì) 無沖擊（很平穩(wěn)） 輕微沖擊 有沖擊或震動(dòng) fw 1~1.2 1.2~1.5 1.5~2 取 fa =1.0， fc =0.53， fw =1.2 已知 Lh =10000h 代入數(shù)據(jù)得 ' C am =14.8kN  C '' f F 式中： am = fe ：預(yù)載荷系數(shù)，表 3.6 Fmax ：最大軸向載荷，N e max (3-9) f 表 3.7 預(yù)載荷系數(shù) e 預(yù)載荷系數(shù) 輕載荷 中載荷 重載荷 fe 6.7 4.5 3.4 b 0.05 0.1 0.15 取 fe =4.5 代入數(shù)據(jù)得  '' C am =10.37kN ' 選Cam C '' C am C ' 中較大者為預(yù)期值Cam 得 am = am =14.8kN 5、估算滾珠絲杠允許最大軸向變形dm dm ' = dm " = 1 1 ( ~ ) 4 3 重復(fù)定位精度=4um 1 1 ( ~ ) 5 4 定位精度=1.5um 取dm ' 與dm '' 中較小者為dm 值 所以dm =dm '=1.5um 6、估算絲杠底徑d2m d2m = a  （3-10） 式中：a：支撐方式系數(shù)，兩端固定時(shí)取 0.039 F0 ：導(dǎo)軌靜摩擦力，N L:滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間的距離，常取 1.1 行程+（10-14） ph ，mm 式中: F0 = m0W1 m0 ：導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù)  (3-11) 已知： m0 =0.2 行程=600mm W1 =3000 代入數(shù)據(jù)得 F0 =600，L=900mm, d2m =24.2mm 表 3.8 支承方式系數(shù) a、 k2 、f 支承方式 一端固定、一端 自由 一端固定、一端 鉸支 兩端鉸支 兩端固定 a 0.078 0.039 k2 0.025 2 1 4 f 3.4 15.1 9.7 21.9 7、確定滾珠絲杠規(guī)格代號 由計(jì)算出的 導(dǎo)程 Ph =20mm,額定動(dòng)載荷Cam =14.8kN，絲杠底徑d2m =24.2mm，在山東理工精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的滾珠絲杠樣本中選取規(guī)格代號為 D-CZM4020-1.5 的滾珠絲杠副 Ph =20mm, Cam =15kN> Cam =14.8kN, C0a =38kN, d0 =40mm, d2 =33.2mm> d2m =24.2mm。 圖 3－1 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)圖 螺母安裝尺寸：D1=85mm, L=96mm，B=20mm。 由螺母安裝尺寸及下表可選螺母座型號為 NH50D。 圖 3－2 螺母座結(jié)構(gòu)圖 螺母座尺寸 螺母座安裝尺寸 D1=94.4mm，L=100mm。8、確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 Fp F 1 F p = 3 max （3-12） 其中 Fmax =2305N,代入數(shù)據(jù)得 Fp =768N。 9、確定行程補(bǔ)償值與預(yù)拉力 （1） 行程補(bǔ)償值： C=  11.8Dtlu  *10-3  （3-13） 式中：有效行程 lu =行程+（8 ~ 14） ph =600+(8 ~ 14)×20≈830 （3-14） Dt :溫差，取 2.5 oC 代入數(shù)據(jù)得: C=11.8×2.5×830×10-3 =24 mm （2） 預(yù)拉伸力 2 t F = 1.95Dtd 2  （3-15） 代入數(shù)據(jù)得： Ft =1.95×2.5× 33.22 =5373N 10、選擇軸承 （1)軸承所承受的最大軸向載荷 FB max = Ft + Fmax =5373+2305=7678N （3-16） （2） 軸承類型 選擇兩端固定的支承方式，選背對背 60 o 角接觸推力球軸承 （3） 軸承內(nèi)徑 d d 略小于d2 =33.2mm，取 d=30mm F = 1 F 1 BP 3 Bm max = 3 ×7678=2559N （3-17） (4) 軸承預(yù)緊力：預(yù)力負(fù)荷≥ FBP 在山東華準(zhǔn)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的軸承座樣本中選取，使用 FK-TAC 型高負(fù)荷軸承座，使用專用軸承60o 角接觸滾珠絲杠，安裝及外形尺寸與 FK 系列產(chǎn)品相同，相對于 FK 系列，F(xiàn)K-AC 系列有更高的剛性，同時(shí)承載能力也會(huì)大大提高，產(chǎn)品編號為 HZM0086TAC,選擇FK-TAC 型固定端軸承座，其型號為FK30-TAC。軸承型7602030-TVP， 內(nèi)徑 d=30mm,預(yù)加載荷Ca =2600N≥ FBP =2559N,軸承內(nèi)徑為 30mm，外徑為 62mm,厚度為 16mm(單列）。 圖 3－3 軸承座結(jié)構(gòu)圖 圖 3－4 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì) 表 3.9 公稱導(dǎo)程與余程的對應(yīng)關(guān)系單位： mm 公稱導(dǎo)程 4 5 6 8 10 12 16 20 余程（ Le ） 16 20 24 32 40 45 50 60 11、滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì) （1）有效行程 Lu Lu =螺母長度 B+螺母座長度+行程=20+90+600=710mm (2)絲杠螺紋長度 Ls Ls = Lu + 2Le =710+2×60=830 （3-18） (3) 兩端固定支承距離 L1 L1 =螺紋長度+軸承厚度+行程余量=830+45′ 2+200=1120mm (4) 絲杠全長 L  L= L1 +超程+動(dòng)力輸入連接長度=1120+34×2+38=1226mm (5) 行程起始點(diǎn)離固定支承距離 L0 =30mm 12、驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 （1）絲杠的抗壓剛度 1)絲杠的最小抗壓剛度 d2 ：絲杠底徑 l1 ：固定支程距離  2 d 2 Ks min = 6.6 * 2 *10 l1  （3-19） 代入數(shù)據(jù)得 33.22 ′ Ks min =6.6× 1120 102  =650  N / mm 2）絲杠的最大抗壓剛度  Ks max = 6.6 * 33.22 ′1120 d 2 * l 2 1 4l0 (l1 - l0 ) 2  （3-20） 代入數(shù)據(jù)得 Ks max = 6.6 ′ 4 ′ 30 ′(1120 - 30) *10  =6229 N / mm （2）支承軸承組合剛度 K  3 = 4.68 *  d z2 F  sin5 b 由下表可得 B 0 d a max （3-21） dd ：滾珠直徑 mm Z：滾珠數(shù) Fa max ：最大軸向工作載荷 N b：軸承接觸角 由上表得:7602030TVP 軸承 Fa max 是預(yù)加載荷的 3 倍 dd =6.35mm, Z=8, Fa max =2600×3=7800N 代入數(shù)據(jù)得： KB 0 =4.68× 3  Kb = 2KB 0 Kb =2×545=1090 =545 N / mm N / mm  （3-22) 表 3.10 系統(tǒng)剛度計(jì)算有關(guān)參數(shù) N / um 軸承類型 KB KB 0 b— 軸承接觸角 4.683 d F sin5 B d a max 角接觸球軸承 2.343 d Z 3 F sin5 B d a Z —滾珠數(shù) d2 — 絲杠螺紋 小徑，mm Lr — 滾子 推力球軸承 1.953 d Z 2 F d a 3.93 d Z 2 F d a max 有效長度，mm 推力圓柱滾子軸承 7.8Lr0.8 Z 0.9 Fa0.1 15.6Lr0.8 Z 0.9 F 0.1 a max dd —滾子體直 Kb Ks 支承形式 徑，mm 一端固定一端自由 Kb = KB 0 d 2 165 2 lu Fa — 軸向工作 一端固定一端鉸支 Kb = KB 0 載荷，N 預(yù)緊 Kb = KB 0 d 2 660 2 lu Fa max —最大軸 兩端鉸支 未預(yù)緊 Kb = KB 向工作載荷，N 兩端固定 Kb = 2KB 0 lu — 滾珠絲杠有效行程，mm 滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 F 1 KC = KC ' ( P )3 0.1Ca KC ：滾珠絲杠的剛度，查表 KC = 2150 N / mm ； FP =768N Ca=1500N  （3-23） 768 1 代入數(shù)據(jù)得 KC = 2150 ′( )3 0.1′1500 =3706 N / mm 13、剛度驗(yàn)算及精度選擇 （1）  1 Kmin  = 1 Ks min  + 1 + 1 Kb Kc  （3-24） 1 = 1 + 1 + 1 代入前面的計(jì)算數(shù)據(jù)得： Kmin 650 1090 3706 Kmin =370 N / mm 1 Kmax = 1 Ks max + 1 + 1 Kb Kc  （3-25） 1 = 1 + 1 + 1 代入前面的計(jì)算數(shù)據(jù)得： Kmax 6229 1090 3706 Kmax =769 N / mm （2）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度  F0 = m0 w2 已知： m0 =0.2， w2 =3000N，得 F0 =600N Kmin =1.6F0/反向差值 （3-26） Kmin =370>80 所以系統(tǒng)剛度合格。 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 k 0 d = F ( 1 - 1 ) Kmin Kmax （3-27） 代入上面計(jì)算數(shù)據(jù)得：dk =0.84 mm 14、確定精度 表 3.11 任意 300mm 行程內(nèi)變動(dòng)量（ V300p） 精度等級 1 2 3 4 5 v300 p 6 8 12 16 23 v300 p ≤0.8×定位精度-dk ，定位精度為 20 mm /300mm， v300 p <15.16 mm ,絲杠精度取 為 3 級， v300 p =12 mm <15.16 mm 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號已確定的型號：D-CZM，公稱直徑：40mm，導(dǎo)程 20mm， 螺 紋 長 度 830mm ， 絲 杠 長 度 1226mm ， P 類 3 級 ， 所 選 規(guī) 格 代 號 ： D-CZM4020-1.5-P3/1226×830 15、驗(yàn)算臨界壓縮載荷 絲杠所受最大軸向載荷 Fmax 小于絲杠預(yù)拉伸力 F,所以不用驗(yàn)算。 16、驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 nc ：臨界轉(zhuǎn)速 n/min  nc = f  d2 LC 2  2 *107  (3-28) f：與支承形式有關(guān)的系數(shù)； d2 ：絲杠底徑 Lc 2 ：臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度 mm 由上面計(jì)算的數(shù)據(jù)得 f=21.9, d2 =33.2, Lc 2 = l1 - l0 =1120-30=1090mm 代入數(shù)據(jù)得： nc =6120r/min> nmax =2500r/min 所以滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速合格。 3.3 電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 3.3.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則 伺服電動(dòng)機(jī)主要用于位置和速度控制系統(tǒng)中，其動(dòng)力的選擇除了考慮電動(dòng)機(jī)的功率與扭矩參數(shù)外，還要考慮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配問題，一般選擇伺服電動(dòng)機(jī)，主要考慮以下兩個(gè)方面： 1、負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 2、負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 交流伺服電動(dòng)機(jī)可以按以下三方面來選擇： （1）電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 首先依據(jù)是機(jī)床等被驅(qū)動(dòng)部件快速行程的速度?？焖傩谐痰碾妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需嚴(yán)格控制在電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。 (2)動(dòng)慣量匹配轉(zhuǎn)量 負(fù)載慣量很大程度上的影響著電動(dòng)機(jī)的控制特性和快速移動(dòng)的加速和減速間。如果負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在電機(jī)慣量的 3 倍以上，則電動(dòng)機(jī)的控制特性就會(huì)降低，如果在5 倍以上，則電機(jī)的可操控性就會(huì)大大降低；反之，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如果小于或等于電動(dòng)機(jī)的慣量時(shí)，上述問題則不會(huì)出現(xiàn)。為保證系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 負(fù)載慣量 JL 應(yīng)限制在 3~5 倍的電動(dòng)機(jī)慣量 JM 之內(nèi)，即： JL 1≤ JM ≤(3~5) (3-29) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法及常見傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算公式，見下表。 （3）空載轉(zhuǎn)矩 不進(jìn)行切削時(shí)電機(jī)所承受的扭矩即為空載扭矩，主要包括機(jī)械摩擦及重力的作用力矩，通?？蛰d的扭矩不超過伺服電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩的 30%。 若空載扭矩與堵轉(zhuǎn)扭矩相同，則在計(jì)算均方根值時(shí)，整個(gè)加工過程中的平均扭矩值會(huì)超過電機(jī)的額定扭矩。在無配重重力軸電機(jī)的使用中，如果加工中僅存在向下的切削情況，此時(shí)，重力可提供部分的切削力。此時(shí)，空載扭矩最高可達(dá)到伺服電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩的 70%。 堵轉(zhuǎn)扭矩的標(biāo)準(zhǔn)，請根據(jù)機(jī)床的實(shí)際特點(diǎn)以及實(shí)際機(jī)械的結(jié)構(gòu)進(jìn)行衡量，根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，建議連續(xù)負(fù)載的扭矩在電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩的 30%以內(nèi)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩在正常工作狀態(tài)下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tms 應(yīng)在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TMS 的 80%~90%。根據(jù)系統(tǒng)的減速比和電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，可以初選電動(dòng)機(jī)。 功率 PZ ： PZ = TLn 9535.4h  (3-30) 其中： TL -對電動(dòng)機(jī)軸換算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩， N / m ； n -伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速， r / min ； h-傳動(dòng)系統(tǒng)的總功率。 3.3.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)重物，如圖 3-3 所示。絲杠螺距 p =20mm，輸送質(zhì)量W = W1 + W2 = (320+300 )kg=620kg，推力 0kg。 圖 2－8 機(jī)床運(yùn)動(dòng)示意圖 1、最大移動(dòng)速度 v 由 于 采 用 直 接 傳 動(dòng) ， 減 速 比 v = 48m / min = 800mm / s 。2、負(fù)載慣性矩 JL i = 1  ， 工 作 臺(tái) 的 最 大 移 動(dòng) 速 度 為 首先計(jì)算絲杠折算到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載慣性矩 J1 ，已知絲杠的直徑d0 =40mm，長 度l = 1226mm pgld 4 2 3.14 ′ 7.0 ′104 1226 40 J1 = i ′ ′( )4 ′12 2 32g = 32 ′10 1000 1000 =2.01×10-3 kg.m （3-31） 移動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載慣性矩 J2 為: J = W ( 1 ′ p )2 ′12 620 ′( 1 ′ 20 )2 ′12 2 2p 1000 = 2 ′ 3.14 1000 =6.28×10-3 kg.m2 （3-32） 表 3.12 典型物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪矩計(jì)算公式 名稱 形狀尺寸 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J / kg × m2 飛輪轉(zhuǎn)矩 GD / N × m2 g-材料的比 重，取7.0kg/ cm2 d —圓柱體直徑，m L—圓柱體長度，m m —圓柱體質(zhì)量，kg g —重力加速度，m / s2 實(shí)心圓柱體 md 4 plgd 4 J = = 2 mgd 2 GD = 2 = gpld 4 8 8 32g 空心圓柱體 m(d 2 - d 2 ) J = ?1 2 8 = pgl(d 2 - d 2 ) 1 2 32g GD2 = mg(d 2 - d 2 1 2 2 = pgl(d 2 - d 2 ) 1 2 8 實(shí)心圓錐體 2 J = 3md 4 GD2 = 3 mgd 2 10 表 3.13 常見傳動(dòng)機(jī)構(gòu)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量及負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式 名稱 示意圖 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 J / kg × m2 d 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL / N × m W —可動(dòng)部分總質(zhì)量，kg J = J + i2 é(J + J ) + W ( p )2 ù T = mWg + F g — 重力加速 度，m / s2 絲杠傳動(dòng) d ê? 2 2p ú? L 2ph J1 、 J2 、 Js —小齒輪、大齒輪、絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg / m2， p —絲杠螺距，m ， m—摩擦因數(shù)， i —絲杠到電機(jī)的減速比， F —軸向荷重，N， h—進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率 總轉(zhuǎn)性矩 JL 為： JL = J1 + J2 =2.01×10-3 +6.28×10-3 =8.29×10-3 kg.m2 3、換算到電動(dòng)機(jī)軸端的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL  （3-33） 工作臺(tái)導(dǎo)軌移動(dòng)摩擦因數(shù)m= 0.1，機(jī)械效率h=0.8，根據(jù)上表的計(jì)算公式，對電動(dòng)機(jī)換算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 為： T = mW ′ 9.81+ F ′ P ′ i = 0.1′ 620 ′ 9.81+ 0 ′ 20 ′1 L 2ph 1000 2 ′ 3.14 ′ 0.8 1000 =2.42 N × m （3-34） 4、電機(jī)容量的選擇 T 3 TL  = 2.42 e 0.9 J 0.9 =2.69 N × m 8.29 ′10-3 （3-35） JM 3 L = 3 3 =2.76×10 -3 kg.m2 （3-36） 選電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 3000 r / min PZ 3 TLn = 9535.4h 0.95KW （3-37） 查表可得到符合條件的系列伺服電動(dòng)機(jī) MDMA-35，額定輸出功率 3KW，適配驅(qū)動(dòng) 器型號為 MFDDTA390 。（ TAC = 50 N × m ） pe = 3KW ； JM = 35.9× 10-4 kg/m ； Te =16.6 N × m ； 3.4 導(dǎo)軌的選型計(jì)算 3.4.1 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)程序及內(nèi)容 根據(jù)機(jī)器的工作條件、性能性能及精度要求，可選擇導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型及截面形狀。進(jìn)行導(dǎo)軌的力學(xué)計(jì)算，確定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸，導(dǎo)軌副的間隙、公差和加工精度。 選擇導(dǎo)軌材料、摩擦面硬度、表面精加工及熱處理方法。選擇導(dǎo)軌的預(yù)緊載荷， 設(shè)計(jì)預(yù)緊載荷的加載方式。確定導(dǎo)軌面磨損后的補(bǔ)償方式。選擇導(dǎo)軌的潤滑方式， 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌副的潤滑系統(tǒng)和防護(hù)裝置。導(dǎo)軌要求為導(dǎo)向精度、剛度高、機(jī)構(gòu)工藝性好、具有良好的潤滑和防護(hù)裝置。 3.4.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌的壽命計(jì)算 滾動(dòng)元件與滾道的疲勞點(diǎn)蝕與塑性變形是滾動(dòng)導(dǎo)軌的主要失效形式，計(jì)算準(zhǔn)則為壽命（動(dòng)載荷）計(jì)算和靜載荷計(jì)算。滾動(dòng)體循環(huán)裝置的失效主要正確的制造、安裝與使用維護(hù)來避免。 額定壽命計(jì)算 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌額定壽命的計(jì)算與滾動(dòng)軸承基本相同。 L = ( fh ft fc fa ′ C )3 ′ 50 滾動(dòng)體為球時(shí) fw P （3-38） L = ( fh ft fc fa ′ C  10 ) 3 ′100 滾動(dòng)體為滾子時(shí) fw P （3-39） 式中：L ：額定壽命，指一組同樣的直線運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，在相同運(yùn)行條件下， 其數(shù)量的 90%不發(fā)生疲勞時(shí)達(dá)到的總運(yùn)行距離，km； C ：基本額定動(dòng)載荷，指垂直于運(yùn)動(dòng)方向且大小不變地作用于一組同樣的直線 運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌上使額定壽命為 L=50km（對球形滾動(dòng)體） L=100km （對滾子形滾動(dòng)體）時(shí)的載荷，KN 或 N × m ； P：當(dāng)量載荷， P = FC , KN 或 N × m ； fh ：硬度系數(shù)， fh = [ 滾道實(shí)際硬度（HRC)/58 ]3.6 ,由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定滾道 硬度不得低于 58HCR。故通常可取 fh =1 ft ：溫度系數(shù)； fc ：接觸系數(shù)； fa ：精度系數(shù)； fw ：載荷系數(shù)。 表 3.14 溫度系數(shù) 0C 工作溫度/ ≤ 100 > 100~150 > 150~200 > 200~250 ft 1 1 : 0.90 0.90 ~ 0.73 0.73 ~ 0.60 表 3.15 接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 fc 1.00 0.81 0.72 0.66 0.61 表 3.16 精度系數(shù) 精度等級 2 3 4 5 fa 1.0 1.0 0.9 0.9 表 3.17 載荷系數(shù) 工作條件 fw 無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)的場合，速度小于 15m / min 1~1.5 無明顯沖擊或振動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)的場合，速度為 15~60m / min 1.5~2 有外部沖擊或振動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)的場合，速度大于 60m / min 2~3.5 所以取 fh =1， ft =1， fc =0