一、確定總體方案：如更換絲桿，把手輪拆卸換成步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱更換二、機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 力學(xué)分析 2 滾珠絲杠選用計(jì)算 ……強(qiáng)度校核、 效率計(jì)算 、剛度驗(yàn)算 、穩(wěn)定性驗(yàn)算 3 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相關(guān)計(jì)算 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 、齒輪模塊設(shè)計(jì)、 精度等級(jí)的選擇 、齒輪的軸向定位及計(jì)算（估算 、計(jì)算（驗(yàn)算） 、軸間齒輪模數(shù)的計(jì)算(驗(yàn)算)、按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)、根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算、齒輪模數(shù)的驗(yàn)算4 步進(jìn)電機(jī)的選擇 三、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)及其擴(kuò)展 1 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ……………………………………………………………3 鍵盤顯示電路 ……………………………………………………………4 其它電路：報(bào)警、限位等5 控制面板設(shè)計(jì)6 數(shù)控機(jī)床的零件加工程序 ………………………………………………課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第一章）1第 一 章 課 程 設(shè) 計(jì) 的 目 的 和 要 求第 一 節(jié) 課 程 設(shè) 計(jì) 的 目 的 和 內(nèi) 容機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 （ 或 工 程 ） 課 程 設(shè) 計(jì) 的 目 的 在 于 培 養(yǎng) 學(xué) 生 對(duì) 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 的 設(shè) 計(jì)能 力 。 鑒 于 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 正 處 在 發(fā) 展 階 段 ， 有 必 要 在 全 面 闡 述 課 程 設(shè) 計(jì) 的 目 的 和 要求 之 前 ， 對(duì) 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 和 產(chǎn) 品 有 系 統(tǒng) 的 了 解 。一 、 機(jī) 電 一 體 化 概 述新 技 術(shù) 革 命 以 微 電 子 技 術(shù) 為 先 導(dǎo) ， 以 電 子 計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 內(nèi) 及 其 普 遍 應(yīng) 用 為 標(biāo) 志 ， 給 整個(gè) 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 、 社 會(huì) 生 活 和 工 廠 企 業(yè) 帶 來(lái) 了 深 刻 的 變 化 。 計(jì) 算 機(jī) 和 微 電 子 技 術(shù) 的 迅 速 發(fā) 展 ，促 進(jìn) 了 電 子 技 術(shù) 與 機(jī) 械 技 術(shù) 的 有 機(jī) 結(jié) 合 ， 不 僅 使 各 種 機(jī) 械 設(shè) 備 以 嶄 新 的 面 貌 出 現(xiàn) ， 而 且 產(chǎn)生 了 一 些 單 純 靠 機(jī) 械 或 電 子 技 術(shù) 都 難 以 達(dá) 到 優(yōu) 良 功 能 的 新 產(chǎn) 品 ?，F(xiàn) 代 工 業(yè) 大 量 采 用 “復(fù) 合 化 技 術(shù) ”。 復(fù) 合 是 指 一 些 相 同 或 不 同 的 領(lǐng) 域 的 技 術(shù) ， 有 機(jī)地 組 合 （ 融 合 ） 形 成 一 種 具 有 新 功 能 地 技 術(shù) ， 機(jī) 電 一 體 化 也 是 一 種 復(fù) 合 化 技 術(shù) ， 其 效 果 表現(xiàn) 為 以 下 兩 種 形 式 。1、 機(jī) 械 產(chǎn) 品 的 電 子 化原 有 的 機(jī) 械 產(chǎn) 品 由 于 采 用 了 電 子 技 術(shù) ， 使 產(chǎn) 品 在 質(zhì) 量 、 功 能 、 效 率 和 節(jié) 能 方 面 向 更 高水 平 發(fā) 展 ， 或 使 產(chǎn) 品 產(chǎn) 生 新 的 功 能 。（ 1） 在 原 有 的 機(jī) 械 產(chǎn) 品 上 采 用 電 子 控 制 設(shè) 備 ， 實(shí) 現(xiàn) 高 性 能 和 多 功 能 。 例 如 ， 微 計(jì) 算 機(jī) 控制 的 數(shù) 控 機(jī) 床 、 電 子 式 自 動(dòng) 變 速 器 、 全 自 動(dòng) 洗 衣 機(jī) 和 工 業(yè) 機(jī) 器 人 等 。（ 2） 原 來(lái) 起 控 制 作 用 的 機(jī) 構(gòu) 被 電 子 裝 置 所 取 代 。 例 如 電 子 縫 紉 機(jī) 中 用 微 處 理 器 代 替 了 原來(lái) 的 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 。（ 3） 原 來(lái) 執(zhí) 行 信 號(hào) 處 理 功 能 的 機(jī) 械 被 電 子 裝 置 所 取 代 。 例 如 石 英 電 子 鐘 表 代 替 了 機(jī) 械 式鐘 表 ， 全 電 子 電 話 交 換 機(jī) 代 替 了 機(jī) 電 式 電 話 交 換 機(jī) 等 ；（ 4） 機(jī) 械 的 主 功 能 被 全 部 取 代 。 例 如 ， 1950 年 的 電 火 花 加 工 機(jī) 床 ， 1970 年 的 計(jì) 算機(jī) 控 制 線 切 割 機(jī) 床 等 均 能 代 替 原 有 的 機(jī) 械 加 工 功 能 。2、 機(jī) 械 技 術(shù) 與 電 子 技 術(shù) 有 機(jī) 結(jié) 合 開(kāi) 辟 了 兩 者 單 獨(dú) 都 達(dá) 不 到 的 新 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域（ 1） 信 息 設(shè) 備 和 電 子 裝 置 有 機(jī) 結(jié) 合 。 例 如 傳 真 機(jī) 、 打 印 機(jī) 等 ；（ 2） 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 中 電 子 裝 置 與 結(jié) 構(gòu) 有 機(jī) 結(jié) 合 。 例 如 自 動(dòng) 探 傷 機(jī) 、 CT 掃 描 診 斷 裝 置 和生 物 化 學(xué) 自 動(dòng) 分 析 儀 等 ；二 、 課 程 設(shè) 計(jì) 的 目 的機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 是 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 課 程 的 最 后 一 個(gè) 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) ， 同 時(shí) 也 是一 次 對(duì) 學(xué) 生 進(jìn) 行 全 面 的 機(jī) 電 一 體 化 設(shè) 計(jì) 訓(xùn) 練 ， 其 基 本 目 的 是 ：1、 綜 合 運(yùn) 用 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 課 程 和 其 它 有 關(guān) 先 修 課 程 的 理 論 及 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 的 知 識(shí) 去 分析 和 解 決 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 問(wèn) 題 ， 并 使 所 學(xué) 知 識(shí) 得 到 進(jìn) 一 步 鞏 固 和 深 化 ；2、 學(xué) 習(xí) 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 一 般 方 法 ， 了 解 和 掌 握 常 用 的 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 中 的 機(jī) 械 設(shè)計(jì) 及 接 口 電 路 的 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 培 養(yǎng) 正 確 的 設(shè) 計(jì) 思 想 和 分 析 問(wèn) 題 、 解 決 問(wèn) 題 的 能 力 ， 特 別使 總 體 設(shè) 計(jì) 和 零 部 件 設(shè) 計(jì) 的 能 力 ；3、 通 過(guò) 計(jì) 算 和 繪 圖 ， 學(xué) 會(huì) 運(yùn) 用 標(biāo) 準(zhǔn) 、 規(guī) 范 、 手 冊(cè) 、 圖 冊(cè) 和 查 閱 有 關(guān) 技 術(shù) 資 料 等 ， 培 養(yǎng) 機(jī)電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 基 本 技 能 。目 前 ， 國(guó) 內(nèi) 外 專 家 認(rèn) 為 ， 構(gòu) 成 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 因 素 很 多 ， 但 歸 納 起 來(lái) 主 要 有 五 大 要素 。 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 一 般 由 動(dòng) 力 、 傳 感 器 、 機(jī) 械 主 體 、 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 和 計(jì) 算 機(jī) 等 五 大 要 素 組 成 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第一章）2五 大 要 素 的 性 能 越 好 ， 配 合 越 協(xié) 調(diào) ， 其 總 體 功 能 就 發(fā) 揮 得 越 充 分 ， 它 們 的 相 互 關(guān) 系 如 圖 1-1、 圖 1-2 所 示 。機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 作 為 一 個(gè) 系 統(tǒng) ， 核 心 問(wèn) 題 是 控 制 。 按 其 控 制 系 統(tǒng) ， 有 單 一 輸 入 、 輸 出的 簡(jiǎn) 單 系 統(tǒng) ， 也 可 能 包 括 多 參 量 的 系 統(tǒng) ， 采 用 古 典 控 制 理 論 和 傳 遞 函 數(shù) 的 數(shù) 學(xué) 模 型 已 無(wú) 法達(dá) 成 有 效 的 控 制 ， 采 用 現(xiàn) 代 控 制 理 論 和 計(jì) 算 機(jī) 的 技 術(shù) 手 段 ， 有 可 能 從 硬 件 和 軟 件 兩 個(gè) 方 面進(jìn) 行 系 統(tǒng) 分 析 ， 用 狀 態(tài) 方 程 的 數(shù) 學(xué) 模 型 對(duì) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 動(dòng) 態(tài) 描 述 ， 利 用 計(jì) 算 機(jī) 的 信 息 處 理 功 能和 控 制 功 能 達(dá) 到 最 優(yōu) 控 制 。如 圖 1-3 所 示 ， 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 硬 件 一 般 由機(jī) 械 主 體 部 分 、 傳 感 器 、 信 息 處 理 部 分 和 執(zhí) 行 元 件 構(gòu)成 。數(shù) 控 機(jī) 床 一 般 都 涉 及 上 述 內(nèi) 容 ， 是 機(jī) 電 一 體 化 的典 型 產(chǎn) 品 之 一自 1952 年 美 國(guó) 開(kāi) 發(fā) 數(shù) 控 銑 床 以 來(lái) ， 日 本 在1957 年 開(kāi) 發(fā) 了 數(shù) 控 車 床 ， 1958 年 開(kāi) 發(fā) 了 帶 刀 具 自動(dòng) 更 換 裝 置 的 自 動(dòng) 送 料 裝 置 ， 1959 年 開(kāi) 發(fā) 了 數(shù) 控坐 標(biāo) 鏜 床 。數(shù) 控 機(jī) 床 的 早 期 產(chǎn) 品 中 數(shù) 控 裝 置 是 專 用 的 ， 但 近 年 來(lái) 數(shù) 控 裝 置 中 的 邏 輯 電 路 已 被 計(jì) 算機(jī) 取 代 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 了 控 制 多 樣 化 和 多 功 能 化 ， 這 些 控 制 功 能 包 括 輸 入 輸 出 控 制 功 能 、 運(yùn) 算處 理 功 能 和 其 它 控 制 功 能 （ 如 自 動(dòng) 校 正 ） 等 。從 復(fù) 合 化 技 術(shù) 的 觀 點(diǎn) 看 ， 增 強(qiáng) 控 制 功 能 ， 使 數(shù) 控 機(jī) 床 操 作 自 動(dòng) 化 ， 不 是 最 終 目 的 ， 也很 難 說(shuō) 是 好 的 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ， 控 制 功 能 應(yīng) 達(dá) 到 最 佳 控 制 和 自 適 應(yīng) 控 制 ， 為 此 應(yīng) 增 加 診 斷功 能 ， 通 過(guò) 傳 感 器 反 饋 ， 實(shí) 現(xiàn) 加 工 智 能 化 ， 并 保 證 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 。數(shù) 控 機(jī) 床 是 高 級(jí) 機(jī) 械 產(chǎn) 品 ， 由 于 采 用 了 電 子 控 制 設(shè) 備 ， 實(shí) 現(xiàn) 了 高 性 能 和 多 功 能 ， 屬 于上 述 機(jī) 器 的 電 子 化 第 一 類 情 況 。其 它 如 工 業(yè) 機(jī) 器 人 、 電 火 花 加 工 機(jī) 等 ， 它 們 的 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 可 歸 納 為 以 下 幾 個(gè) 方 面 ：1、 采 用 微 機(jī) （ 包 括 單 片 機(jī) ） 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 采 集 、 處 理 和 控 制 ， 主 要 考 慮 計(jì) 算 機(jī) 的 選 擇 或單 片 機(jī) 構(gòu) 成 電 路 的 選 用 ， 接 口 電 路 ， 軟 件 編 制 。2、 選 用 驅(qū) 動(dòng) 控 制 電 路 ， 對(duì) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行 控 制 。 主 要 考 慮 電 機(jī) 的 選 擇 及 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 的 計(jì)算 ， 控 制 電 機(jī) 電 路 的 設(shè) 計(jì) 。3、 精 密 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 。 主 要 考 慮 數(shù) 控 機(jī) 床 工 作 臺(tái) 傳 動(dòng) 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 問(wèn) 題 ； 要 弄 清 機(jī)構(gòu) 或 機(jī) 械 執(zhí) 行 的 主 要 功 能 （ 如 傳 遞 運(yùn) 動(dòng) 、 動(dòng) 力 、 位 置 控 制 、 微 調(diào) 、 精 密 定 位 或 高 速運(yùn) 轉(zhuǎn) 等 ） ， 進(jìn) 行 力 （ 力 矩 ） 、 負(fù) 載 功 率 、 慣 性 （ 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 ） 、 加 （ 減 ） 速 控 制 和誤 差 計(jì) 算 ， 提 出 裝 配 圖 和 零 件 加 工 圖 ， 提 出 對(duì) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 和 計(jì) 算 機(jī) 控 制 要 求 。4、 采 用 傳 感 器 和 計(jì) 算 機(jī) 控 制 要 求 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第一章）35、 學(xué) 會(huì) 使 用 手 冊(cè) 及 圖 表 資 料 。并 非 每 一 個(gè) 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 都 包 括 上 述 全 部 內(nèi) 容 ， 但 作 為 課 程 設(shè) 計(jì) ， 則 盡 可 能 多 涉 及一 些 。第 二 節(jié) 課 程 設(shè) 計(jì) 的 要 求一 、 設(shè) 計(jì) 的 要 求課 程 設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 容 主 要 是 為 對(duì) 原 有 普 通 機(jī) 床 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 ， 通 過(guò) 課 程 設(shè) 計(jì) 完 成 以 下 工 作量 ：1、 機(jī) 械 裝 配 圖 1 張 （ A1）2、 系 統(tǒng) 硬 件 電 路 原 理 圖 1 張 （ A1）3、 編 寫(xiě) 完 整 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 說(shuō) 明 書(shū)機(jī) 械 裝 配 圖 及 系 統(tǒng) 硬 件 電 路 圖 需 采 用 計(jì) 算 機(jī) 出 圖 ， 說(shuō) 明 書(shū) 內(nèi) 容 應(yīng) 包 括 ： 課 題 來(lái) 源 現(xiàn) 實(shí)意 義 ， 總 體 方 案 的 確 定 ， 系 統(tǒng) 框 圖 的 分 析 ， 電 氣 執(zhí) 行 元 件 的 選 用 步 驟 ， 機(jī) 械 傳 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算以 及 機(jī) 械 和 電 氣 其 它 部 分 的 選 用 說(shuō) 明 ， 由 于 要 求 學(xué) 生 對(duì) 所 進(jìn) 行 的 設(shè) 計(jì) 能 系 統(tǒng) 明 確 的 表 達(dá) ，說(shuō) 明 書(shū) 一 般 不 少 于 30 頁(yè) 。課 程 設(shè) 計(jì) 必 須 經(jīng) 過(guò) 答 辯 ， 合 格 者 取 得 學(xué) 分 ， 并 記 入 考 試 成 績(jī) 中 。二 、 課 程 設(shè) 計(jì) 時(shí) 間 安 排 （ 僅 供 參 考 ， 具 體 由 指 導(dǎo) 教 師 安 排 ）周 日 程（ 天 ） 工 作 內(nèi) 容 安 排2了 解 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) ， 明 確 設(shè) 計(jì) 要 求 、 工 作 條 件 、 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 和 步 驟 ， 針對(duì) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 收 集 資 料 ， 進(jìn) 行 系 統(tǒng) 總 體 方 案 的 確 定 ， 畫(huà) 出 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì)框 圖13 機(jī) 械 部 分 的 改 裝 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 （ 絲 杠 和 電 機(jī) ）3 用 AUTOCAD 畫(huà) 出 改 裝 部 分 的 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 裝 配 圖1 確 定 硬 件 系 統(tǒng) 的 組 成21 光 電 耦 合 電 路 及 功 率 放 大 電 路 的 設(shè) 計(jì)2 用 Protel 畫(huà) 出 系 統(tǒng) 硬 件 部 分 的 電 路 圖2 編 寫(xiě) 完 整 的 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)31 整 理 設(shè) 計(jì) 資 料 ， 提 交 給 指 導(dǎo) 教 師 并 進(jìn) 行 答 辯三 、 注 意 事 項(xiàng)在 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 中 要 注 意 ：1） 獨(dú) 立 思 考 ， 繼 承 與 創(chuàng) 新任 何 設(shè) 計(jì) 都 不 可 能 是 設(shè) 計(jì) 者 獨(dú) 出 心 裁 、 憑 空 想 象 ， 不 依 靠 任 何 資 料 所 能 實(shí) 現(xiàn) 的 。 設(shè) 計(jì)時(shí) ， 要 認(rèn) 真 閱 讀 參 考 資 料 ， 繼 承 或 借 鑒 前 人 的 設(shè) 計(jì) 經(jīng) 驗(yàn) 和 成 果 ， 但 不 能 盲 目 地 全 盤 抄 襲 ，應(yīng) 根 據(jù) 具 體 地 設(shè) 計(jì) 條 件 和 要 求 ， 獨(dú) 立 思 考 ， 大 膽 地 進(jìn) 行 改 進(jìn) 和 創(chuàng) 新 ， 只 有 這 樣 ， 才 能 做 出高 質(zhì) 量 地 設(shè) 計(jì) 。2） 全 面 考 慮 系 統(tǒng) 的 強(qiáng) 度 、 剛 度 、 工 藝 性 、 經(jīng) 濟(jì) 性 和 維 護(hù) 等 要 求 ；任 何 產(chǎn) 品 機(jī) 構(gòu) 和 尺 寸 的 要 求 ， 除 了 考 慮 它 的 強(qiáng) 度 和 剛 度 外 ， 還 應(yīng) 綜 合 考 慮 零 件 本 身 及整 個(gè) 部 件 的 工 藝 性 要 求 （ 如 加 工 和 裝 配 工 業(yè) 性 ） 、 經(jīng) 濟(jì) 性 要 求 （ 如 制 造 成 本 低 ） 、 使用 要 求 （ 如 維 護(hù) 方 便 ） 等 才 能 確 定 。3） 使 用 標(biāo) 準(zhǔn) 和 規(guī) 范課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第一章）4設(shè) 計(jì) 時(shí) 應(yīng) 盡 量 使 用 標(biāo) 準(zhǔn) 和 規(guī) 范 ， 這 有 利 于 零 件 的 互 換 性 和 工 藝 性 ， 同 時(shí) 也 可 減 少 設(shè) 計(jì)工 作 量 ， 節(jié) 省 設(shè) 計(jì) 時(shí) 間 ， 對(duì) 于 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 或 部 門 規(guī) 范 ， 一 般 都 要 嚴(yán) 格 遵 守 和 執(zhí) 行 。 設(shè) 計(jì) 中 采用 標(biāo) 準(zhǔn) 或 規(guī) 范 的 多 少 ， 是 評(píng) 價(jià) 設(shè) 計(jì) 質(zhì) 量 的 一 項(xiàng) 標(biāo) 準(zhǔn) 。 因 此 ， 在 課 程 設(shè) 計(jì) 中 ， 凡 有 標(biāo) 準(zhǔn) 或 規(guī)范 的 ， 應(yīng) 盡 量 采 用 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）14第 三 章 機(jī) 床 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 機(jī) 械 部 分 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算[主 要 內(nèi) 容 ]?????（ 橫 向 ）（ 垂 直 方 向 ） 、、臺(tái) 上 ）工 作 載 荷 （ 在 進(jìn) 給 工 作傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量和 傳 動(dòng) 比脈 沖 當(dāng) 量基 本 計(jì) 算 CVLp FFJi??步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 型 及 校 核 及 校 核滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 型基 本 設(shè) 計(jì) ???諧 波 減 速 器 選 型同 步 帶 傳 動(dòng) 設(shè) 計(jì)齒 輪 傳 動(dòng) 消 隙 方 法其 他 精 密 傳 動(dòng)[基 本 要 求 ]1、 掌 握 脈 沖 當(dāng) 量 的 概 念 。 正 確 理 解 傳 動(dòng) 比 i 對(duì) 脈 沖 當(dāng) 量 和 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 的影 響 。2、 理 解 各 傳 動(dòng) 部 件 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 向 電 機(jī) 軸 折 算 的 目 的 ； 掌 握 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 計(jì)算 方 法 。3、 掌 握 車 削 、 銑 削 的 切 削 力 分 析 及 計(jì) 算 ， 注 意 應(yīng) 用 簡(jiǎn) 便 的 公 式 和 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 。 理 解 工作 臺(tái) 上 進(jìn) 給 方 向 載 荷 FL、 垂 直 方 向 載 荷 FV、 橫 向 載 荷 FC 與 切 削 力 有 何 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 。4、 掌 握 滾 珠 絲 杠 副 工 作 載 荷 （ 軸 向 牽 引 力 ） 的 計(jì) 算 公 式 ； 滾 珠 絲 杠 副 的 分 類 、 主 要參 數(shù) 、 代 號(hào) 標(biāo) 注 、 預(yù) 緊 方 式 、 選 型 及 校 核 的 方 法 和 步 驟 。 理 解 滾 珠 絲 杠 副 最 大 動(dòng) 載 荷 校 核的 實(shí) 質(zhì) 是 工 作 壽 命 校 核 （ 類 同 滾 動(dòng) 軸 承 ） 、 剛 度 驗(yàn) 算 的 實(shí) 質(zhì) 是 軸 向 變 形 量 校 核 、 穩(wěn) 定 性校 核 的 實(shí) 質(zhì) 是 細(xì) 長(zhǎng) 桿 縱 向 屈 曲 校 核 。5、 掌 握 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 型 核 校 核 方 法 。 理 解 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 校 核 、 啟 動(dòng) 矩 頻 特 性 校 核 、 運(yùn)行 矩 頻 特 性 校 核 的 不 同 點(diǎn) 。6、 了 解 齒 輪 傳 動(dòng) 消 隙 的 意 義 ， 正 確 選 用 齒 輪 傳 動(dòng) 消 隙 的 方 法 。第 一 節(jié) 脈 沖 當(dāng) 量 和 傳 動(dòng) 比 的 確 定機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 通 常 由 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 或 產(chǎn) 品 樣 本 給 出 ， 一 般 包 括 功 能 參 數(shù) 和精 度 參 數(shù) 兩 部 分 。 例 如 ， 一 臺(tái) 立 式 鉆 削 加 工 中 心 使 用 的 兩 坐 標(biāo) （ X 和 Y） 數(shù) 控 十 字工 作 臺(tái) 主 要 功 能 參 數(shù) 有 最 大 鉆 孔 直 徑 （ mm） ， 工 作 臺(tái) 尺 寸 （ 長(zhǎng) ×寬 ） （ mm） 、 坐 標(biāo) 行程 （ X、 Y） （ mm） 、 快 速 定 位 速 度 （ m/min） 等 ， 主 要 精 度 參 數(shù) 有 定 位 精 度 （ mm） 、重 復(fù) 定 位 精 度 （ mm） 等 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）15一 、 確 定 系 統(tǒng) 脈 沖 當(dāng) 量脈 沖 當(dāng) 量 是 衡 量 數(shù) 控 機(jī) 床 加 工 精 度 的 一 個(gè) 基 本 技 術(shù) 參 數(shù) 。 每 個(gè) 脈 沖 所 對(duì) 應(yīng) 的 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)（ 如 工 作 臺(tái) ） 的 移 動(dòng) 距 離 ， 稱 為 脈 沖 當(dāng) 量 。 記 為 ， 單 位 是 mm/脈 沖 。p?應(yīng) 根 據(jù) 機(jī) 床 或 工 作 臺(tái) 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 所 要 求 的 定 位 精 度 來(lái) 選 定 脈 沖 當(dāng) 量 。 考 慮 到 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系統(tǒng) 的 誤 差 存 在 ， 脈 沖 當(dāng) 量 值 必 須 小 于 定 位 精 度 值 。 例 如 ， 普 通 車 床 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 ， 對(duì) 于 機(jī)床 定 位 精 度 的 設(shè) 計(jì) 要 求 是 ， 根 據(jù) 該 精 度 要 求 可 確 定 脈 沖 當(dāng) 量 為m015.?。 又 如 ， 某 數(shù) 控 鏜 銑 加 工 中 心 的 數(shù) 控 工 作 臺(tái) 要 求 重 復(fù) 定 位 精 度 為脈 沖/01.mp??， 根 據(jù) 該 精 度 確 定 脈 沖 當(dāng) 量 為 。6? 脈 沖/03.mp??經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 車 床 、 銑 床 常 采 用 的 脈 沖 當(dāng) 量 是 0.01~0.005mm/脈 沖 ， 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 磨床 常 采 用 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.002~0.001mm/脈 沖二 、 傳 動(dòng) 比 的 選 定設(shè) 傳 動(dòng) 副 的 傳 動(dòng) 比 為 i， 若 為 一 對(duì) 齒 輪 減 速 傳 動(dòng) ， 則 ， z1 為 主 動(dòng) 齒 輪 的 齒2i?數(shù) ， z2 為 從 動(dòng) 齒 輪 的 齒 數(shù) 。 若 是 多 級(jí) 齒 輪 減 速 ， 則 i 為 總 傳 動(dòng) 比 ， 確 定 總 傳 動(dòng) 比 后 ，首 先 根 據(jù) 總 減 速 比 分 配 各 級(jí) 齒 輪 減 速 比 ， 再 計(jì) 算 和 選 取 各 級(jí) 齒 輪 齒 數(shù) 。對(duì) 于 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 當(dāng) 脈 沖 當(dāng) 量 確 定 后 ， 初 選 定 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 后 ， 可 根 據(jù) 下 式b?計(jì) 算 初 該 伺 服 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 總 的 傳 動(dòng) 比 。pbLi??360?式 中 ： 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 ）滾 珠 絲 杠 的 基 本 導(dǎo) 程 （步 ）脈 沖 當(dāng) 量 （?bp mL??0/盡 可 能 使 i=1， 這 樣 可 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 直 接 與 絲 杠 連 接 ， 有 利 于 簡(jiǎn) 化 結(jié) 構(gòu) ， 提 高 精 度 。齒 輪 的 模 數(shù) 一 般 為 m=1~2,數(shù) 控 鉆 取 m=1,數(shù) 控 車 和 數(shù) 控 銑 取 m=2； 齒 輪 寬b=(3~6)m,為 了 消 除 齒 輪 側(cè) 隙 ， 齒 寬 可 加 大 到 （ 6~10） m第 二 節(jié) 工 作 載 荷 分 析 及 計(jì) 算切 削 力 的 計(jì) 算 可 有 多 種 方 法 ， 對(duì) 于 數(shù) 控 車 床 來(lái) 說(shuō) ， 可 采 用 按 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 切 削 力 法 、按 切 削 用 量 計(jì) 算 切 削 力 法 和 按 主 電 機(jī) 功 率 計(jì) 算 切 削 力 法 三 種 ； 對(duì) 于 數(shù) 控 銑 床 來(lái) 說(shuō) ， 可 采 用按 切 削 用 量 計(jì) 算 切 削 力 法 和 按 主 電 機(jī) 功 率 計(jì) 算 切 削 力 法 兩 種 。 按 切 削 用 量 計(jì) 算 切 削力 法 計(jì) 算 比 較 復(fù) 雜 ， 但 計(jì) 算 出 來(lái) 的 切 削 力 較 為 準(zhǔn) 確 ， 而 按 主 電 機(jī) 功 率 計(jì) 算 切 削 力 法 計(jì) 算 較為 簡(jiǎn) 單 ， 但 由 于 主 軸 電 機(jī) 功 率 往 往 都 是 按 最 大 功 率 原 則 選 取 的 緣 故 ， 用 這 樣 計(jì) 算 的 主 軸 切削 力 來(lái) 計(jì) 算 x、 y 軸 的 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 額 定 轉(zhuǎn) 矩 （ 或 額 定 功 率 ） 的 冗 余 量 會(huì) 很 大 ， 造 成 成 本 大為 提 高 。 在 設(shè) 計(jì) 時(shí) 要 根 據(jù) 實(shí) 際 要 求 選 擇 一 種 切 削 力 的 計(jì) 算 方 法 ， 一 般 來(lái) 說(shuō) ， 對(duì) 于 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù)控 車 床 ， 可 選 擇 用 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 切 削 力 ， 對(duì) 于 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 銑 床 ， 可 采 用 按 主 電 機(jī) 功 率 計(jì) 算切 削 力 法 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）16一 、 車 削1、 車 削 抗 力 分 析車 削 外 圓 時(shí) 的 切 削 抗 力 Fx， Fy 及 Fz 如 圖 3-1 所 示 。 主 切 削 力 Fz 與 切 削 速 度 v的 方 向 一 致 ， 垂 直 向 下 ， 是 計(jì) 算 車 床 主 軸 電 機(jī) 切 削 功 率 的 主 要 依 據(jù) 。 切 深 抗 力 Fy 與縱 向 進(jìn) 給 方 向 垂 直 ， 影 響 加 工 精 度 或 已 加 工 表 面 質(zhì) 量 。 進(jìn) 給 抗 力 Fx 與 進(jìn) 給 方 向 平 行且 相 反 指 向 ， 設(shè) 計(jì) 或 校 核 時(shí) 要 用 到 它 。圖 3-1 車 削 時(shí) 進(jìn) 給 拖 板 上 的 載 荷2、 拖 板 工 作 載 荷 的 計(jì) 算（ 1） 確 定 主 切 削 力 Fz1） 用 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算縱 切 ： )(67.05.1maxNDz?橫 切 ： 'zDmax----車 床 床 身 上 加 工 最 大 直 徑 （ mm）2） 按 切 削 用 量 計(jì) 算 ZzFzFzz nypFz KvfC????)60(81.9yyyyyxyaxxFxFxx npFxf???)(.式 中 ： Fz， Fy， Fx----主 切 削 力 、 切 深 抗 力 、 進(jìn) 給 抗 力 （ N）ap---切 削 深 度 （ mm） 、 v---切 削 速 度 （ mm/s） 、 f-----進(jìn) 給 量 （ mm/r）、 為 修FzFzyFyFxxzyx zC、、、、、、、、、、、 xyZFK、、正 系 數(shù) ， 包 括 由 于 工 件 材 料 強(qiáng) 度 、 硬 度 改 變 、 刀 具 材 料 改 變 、 刀 具 幾 何 角 度 不 同 等 因 素 對(duì)切 削 力 的 修 正 系 數(shù) 。3） 采 用 主 電 機(jī) 功 率 確 定由 于 Fz 與 Fy 所 消 耗 的 切 削 功 率 可 以 忽 略 不 計(jì) ， 因 此 車 床 的 切 削 功 率 Pm 為課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）17)(103kWvFPzm???式 中 ： Fz 和 v 的 單 位 分 別 為 N 和 m/s.考 慮 到 機(jī) 床 的 傳 動(dòng) 效 率 ， 機(jī) 床 的 電 機(jī) 功 率 PE 為)(3kvmzE???式 中 ： 為 機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 傳 動(dòng) 效 率m?精 密 機(jī) 床 ： 85.0~?中 型 機(jī) 床 ： 7大 型 機(jī) 床 ： .因 此 ， 主 切 削 力 Fz 的 大 小 可 以 按 機(jī) 床 主 電 機(jī) 功 率 計(jì) 算)(103NvPmE???式 中 ： v 可 取 主 軸 傳 遞 全 部 功 率 時(shí) 的 最 低 切 削 速 度 （ m/s） 。 （ 2） 進(jìn) 給 抗 力 Fx 和 切 深 抗 力 Fy 的 確 定進(jìn) 給 抗 力 Fx 和 切 深 抗 力 Fy 可 按 下 列 比 例 分 別 求 出4.0:251:?yz因 為 車 刀 裝 夾 再 拖 板 上 的 刀 架 內(nèi) ， 車 刀 受 到 的 車 削 抗 力 將 傳 遞 到 進(jìn) 給 拖 板 和 導(dǎo) 軌 上 。如 圖 3-1 所 示 ， 車 削 作 業(yè) 時(shí) 作 用 在 進(jìn) 給 拖 板 上 的 載 荷 FL， FV 和 FC 與 車 刀 所 受 到 的 車削 抗 力 有 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 。 因 此 ， 作 用 在 進(jìn) 給 拖 板 上 的 載 荷 可 以 按 下 式 求 出拖 板 上 進(jìn) 給 方 向 載 荷 FL=Fx拖 板 上 垂 直 方 向 載 荷 Fv=FZ拖 板 上 橫 向 方 向 載 荷 Fc=Fy 二 、 銑 削1、 銑 削 抗 力 分 析銑 削 運(yùn) 動(dòng) 的 特 征 是 主 運(yùn) 動(dòng) 為 銑 刀 繞 自 身 軸 線 高 速 回 轉(zhuǎn) ， 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 為 工 作 臺(tái) 帶 動(dòng) 工 件 在垂 直 于 銑 刀 軸 線 方 向 上 緩 慢 進(jìn) 給 （ 鍵 槽 銑 刀 可 沿 軸 線 進(jìn) 給 ） 。 銑 刀 的 類 型 很 多 ， 但 以圓 柱 銑 刀 和 端 銑 刀 為 基 本 形 式 。 圓 柱 銑 刀 和 端 銑 刀 的 切 削 部 分 都 可 以 看 作 車 刀 頭 部 的 演 變 ，銑 刀 的 每 一 個(gè) 刀 齒 相 當(dāng) 于 一 把 車 刀 ， 它 的 切 削 基 本 規(guī) 律 與 車 削 相 似 ， 所 不 同 的 是 銑 刀 回 轉(zhuǎn) ，刀 齒 數(shù) 多 。通 常 都 假 定 銑 削 時(shí) 銑 刀 受 到 的 銑 削 抗 力 是 作 用 在 刀 齒 的 某 一 點(diǎn) 上 ， 如 圖 3-2 所示 。 設(shè) 刀 齒 上 受 到 的 切 削 抗 力 的 合 力 為 F， 將 F 沿 銑 刀 軸 線 、 徑 向 和 切 向 進(jìn) 行 分 解 ，則 分 別 為 軸 向 銑 削 力 Fx， 徑 向 銑 削 力 Fy 和 切 向 銑 削 力 Fz。 切 向 銑 削 力 Fz 是 沿 銑 刀主 運(yùn) 動(dòng) 方 向 的 分 力 ， 它 消 耗 銑 床 主 電 機(jī) 功 率 （ 即 銑 削 功 率 ） 最 多 ， 因 此 ， 切 向 銑 削 力 Fz 可按 銑 削 功 率 Pm(kW)或 主 電 機(jī) 功 率 PE（ kW） 算 出 。對(duì) 于 現(xiàn) 有 機(jī) 床 的 改 裝 設(shè) 計(jì) ， 可 以 從 已 知 機(jī) 床 的 電 機(jī) 功 率 和 主 軸 上 傳 動(dòng) 的 功 率 反 推 出 工作 臺(tái) 進(jìn) 給 時(shí) 的 銑 削 力 。 若 該 機(jī) 床 的 主 傳 動(dòng) 和 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 均 用 一 個(gè) 電 機(jī) ， 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 的 功 率 較小 ， 可 在 主 傳 動(dòng) 功 率 上 乘 以 一 個(gè) 系 數(shù) 。 由 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 查 得 銑 床 傳 動(dòng) 系 數(shù)k=0.85。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）18圖 3-2 銑 削 力 及 工 作 臺(tái) 上 的 載 荷主 傳 動(dòng) 功 率 包 括 切 削 功 率 Nc， 空 載 功 率 Nm0， 附 加 功 率 Nmc 三 部 分 ， 即N=Nc+Nm0+Nmc。 空 載 功 率 Nm0 是 當(dāng) 機(jī) 床 無(wú) 切 削 負(fù) 載 時(shí) 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 空 載 所 消 耗 得 功 率 ，對(duì) 于 一 般 輕 載 高 速 的 中 、 小 型 機(jī) 床 ， 可 達(dá) 總 功 率 的 50%， 現(xiàn) 取 Nm0=0.5N， 附 加 功 率Nmc 是 指 有 了 切 削 載 荷 后 所 增 加 的 傳 動(dòng) 件 的 摩 擦 功 率 ， 它 直 接 與 載 荷 大 小 有 關(guān) 。 可 以 用 下式 計(jì) 算 ， Nmc=（ 1-η） Nc， 所 以 總 功 率 為 ： )(1(5.0kWc????為 傳 動(dòng) 效 率 ?主 電 機(jī) 的 功 率主 軸 上 的 傳 動(dòng) 功 率?則 ： )(2.kc?在 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 中 切 削 功 率 )(25.0kNct???切 削 時(shí) 在 主 軸 上 的 扭 矩 為 .9cmnMtn式 中 ： n----主 軸 的 最 小 轉(zhuǎn) 速 （ r/min）切 向 切 削 力 )(NdFnz?式 中 ： d---銑 刀 的 最 大 直 徑 （ cm）2、 進(jìn) 給 工 作 臺(tái) 工 作 載 荷 計(jì) 算作 用 在 進(jìn) 給 工 作 臺(tái) 上 的 合 力 F/與 銑 刀 刀 齒 上 受 到 的 銑 削 抗 力 的 合 力 F 大 小 相 同 ，課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）19方 向 相 反 ， 如 圖 3-2 所 示 。 合 力 F/就 是 設(shè) 計(jì) 和 校 核 工 作 臺(tái) 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 時(shí) 要 考 慮 的 工 作 載 荷 ，它 可 以 沿 著 銑 床 工 作 臺(tái) 運(yùn) 動(dòng) 方 向 分 解 為 三 個(gè) 力 ： 工 作 臺(tái) 縱 向 進(jìn) 給 方 向 載 荷 FL,工 作臺(tái) 橫 向 進(jìn) 給 方 向 載 荷 FC 和 工 作 臺(tái) 垂 直 進(jìn) 給 方 向 載 荷 Fv。工 作 臺(tái) 工 作 載 荷 FL， FC 和 Fv 與 銑 刀 的 切 向 銑 削 力 Fz 之 間 有 一 定 的 經(jīng) 驗(yàn) 比 值（ 見(jiàn) 表 3-1） 。 因 此 ， 求 出 Fz 后 ， 即 可 計(jì) 算 出 進(jìn) 給 工 作 臺(tái) 的 工 作 載 荷 FL， FC 和 Fv。表 3-1 銑 削 加 工 的 主 切 削 力 與 其 它 切 削 分 力 的 比 值不 對(duì) 稱 銑 削銑 削 條 件 比 值 對(duì) 稱 銑 削逆 銑 順 銑zLF0.3~0.4 0.6~0.9 0.15~0.3zv0.85~0.95 0.45~0.7 0.9~1.0端 銑ae=(0.4~0.8)dt(mm)af=0.1~0.2(mm/齒 ) zcF0.5~0.55 0.5~0.55 0.5~0.55zL1.0~1.2 0.8~0.9zv0.2~0.3 0.75~0.8圓 周 銑 削 （ 立 銑 刀 、 圓 柱 銑 刀 、盤 銑 刀 、 片 銑 刀 和 成 形 銑 刀 等 ）ae=0.05dt(mm)af=0.1~0.2(mm/齒 ) zcF_0.35~0.4 0.35~0.4注 意 ： 對(duì) 于 不 對(duì) 稱 銑 削 加 工 ， 由 于 無(wú) 法 確 定 在 實(shí) 際 加 工 時(shí) 是 順 銑 或 是 逆 銑 ， 因 此 設(shè) 計(jì)時(shí) 因 以 順 銑 或 是 逆 銑 中 的 最 大 值 為 設(shè) 計(jì) 時(shí) 選 擇 的 依 據(jù) 。第 三 節(jié) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 型 和 校 核一 、 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 類 型 選 擇滾 珠 絲 杠 副 是 由 絲 杠 、 螺 母 、 滾 珠 等 零 件 組 成 的 機(jī) 械 元 件 ， 其 作 用 是 將 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn)變 為 直 線 運(yùn) 動(dòng) 或 將 直 線 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 變 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 它 是 傳 統(tǒng) 滑 動(dòng) 絲 杠 的 進(jìn) 一 步 延 伸 發(fā) 展 。這 一 發(fā) 展 的 深 刻 意 義 如 同 滾 動(dòng) 軸 承 對(duì) 滑 動(dòng) 軸 承 所 帶 來(lái) 得 改 變 一 樣 。 滾 珠 絲 杠 副 因 優(yōu) 良 的 摩擦 特 性 使 其 廣 泛 的 運(yùn) 用 于 各 種 工 業(yè) 設(shè) 備 、 精 密 儀 器 、 精 密 數(shù) 控 機(jī) 床 。 尤 其 是 近 年 來(lái) ，滾 珠 絲 杠 副 作 為 數(shù) 控 機(jī) 床 直 線 驅(qū) 動(dòng) 執(zhí) 行 單 元 ， 在 機(jī) 床 行 業(yè) 得 到 廣 泛 運(yùn) 用 ， 極 大 的 推 動(dòng) 了 機(jī)床 行 業(yè) 的 數(shù) 控 化 發(fā) 展 。 這 些 都 取 決 于 其 具 有 以 下 幾 個(gè) 方 面 的 優(yōu) 良 特 性 ： 傳 動(dòng) 效 率 高 、定 位 精 度 高 、 傳 動(dòng) 可 逆 性 、 使 用 壽 命 長(zhǎng) 、 同 步 性 能 好 。滾 珠 絲 杠 螺 母 副 一 般 由 專 業(yè) 廠 生 產(chǎn) 并 成 套 供 貨 ， 且 都 附 有 使 用 說(shuō) 明 書(shū) ， 其 中 除 列 有 型號(hào) 、 規(guī) 格 、 螺 母 安 裝 面 的 結(jié) 構(gòu) 等 外 ， 還 附 有 允 許 負(fù) 載 、 預(yù) 加 負(fù) 載 、 剛 度 、 典 型 支 撐 方 式 、驅(qū) 動(dòng) 力 矩 和 功 率 等 指 導(dǎo) 性 材 料 供 設(shè) 計(jì) 時(shí) 參 考 。滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 要 選 擇 結(jié) 構(gòu) 類 型 ： 確 定 滾 珠 循 環(huán) 方 式 、 滾 珠 絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 式 ；結(jié) 構(gòu) 類 型 確 定 之 后 ， 再 計(jì) 算 和 確 定 其 它 技 術(shù) 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱 直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 計(jì) 首 先 珠 的工 作 圈 數(shù) 和 列 數(shù) 、 精 度 等 級(jí) 等 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）20表 3-2 國(guó) 產(chǎn) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 不 同 循 環(huán) 方 式 比 較內(nèi) 循 環(huán) 外 循 環(huán)循 環(huán) 方 式浮 動(dòng) 式 固 定 式 插 管 式 螺 旋 槽 式JB3162.1-82部 標(biāo) 代 號(hào) F G C F循 環(huán) 滾 珠 鏈 最 短 ， 螺 母 外 徑 比 外 循環(huán) 小 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 反 向 裝 置 剛 性 好 ，壽 命 長(zhǎng) ， 扁 圓 形 反 向 器 的 軸 向 尺 寸短 ， 制 造 工 藝 復(fù) 雜循 環(huán) 滾 珠 鏈 較 長(zhǎng) ， 軸 向 排 列 緊 湊 ， 承 載 能 力 較高 ， 徑 向 尺 寸 較 大結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)具 有 較 好 的 摩 擦 特性 ， 預(yù) 緊 力 矩 為 固定 反 向 器 的1/3~1/4， 在 預(yù) 緊力 時(shí) ， 預(yù) 緊 力 矩 上升 平 緩制 造 、 裝 配 工藝 性 不 佳 ， 摩擦 特 性 次 于F 型 ， 優(yōu) 于L 型結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 工 藝 性 優(yōu)良 ， 適 合 成 批 生 產(chǎn) ，回 珠 管 可 設(shè) 計(jì) 、 制 造成 較 理 想 的 運(yùn) 動(dòng) 通 道在 螺 母 體 上 的 回 珠 螺旋 槽 與 回 珠 孔 不 易 準(zhǔn)確 平 滑 聯(lián) 接 ， 拐 彎 處曲 率 變 化 較 大 ， 滾 珠運(yùn) 動(dòng) 不 平 穩(wěn) ， 擋 珠 機(jī)構(gòu) 剛 性 差 易 磨 損適 用 場(chǎng) 合各 種 高 靈 敏 、 高 剛 度 的 精 密 進(jìn) 給 定位 系 統(tǒng) 。 重 載 荷 、 多 頭 螺 紋 、 大 導(dǎo)程 不 宜 采 用重 載 荷 傳 動(dòng) 、 高 速 驅(qū)動(dòng) 及 精 密 定 位 系 統(tǒng) 。在 大 導(dǎo) 程 、 小 導(dǎo) 程 、多 頭 螺 紋 中 顯 示 出 獨(dú)特 優(yōu) 點(diǎn)一 般 工 程 機(jī) 械 、 機(jī) 床 。在 高 剛 度 傳 動(dòng) 和 高 速運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 場(chǎng) 合 不 宜 采 用備 注 是 內(nèi) 循 環(huán) 產(chǎn) 品 中 ，有 發(fā) 展 前 途 的 結(jié) 構(gòu)正 逐 漸 被 F型 取 代是 目 前 應(yīng) 用 最 廣 泛 的結(jié) 構(gòu)表 3-3 國(guó) 產(chǎn) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 預(yù) 加 負(fù) 載 方 式 及 其 特 點(diǎn)預(yù) 加 負(fù)載 方 式雙 螺 母 齒差 預(yù) 緊雙 螺 母 墊片 預(yù) 緊雙 螺 母 螺紋 預(yù) 緊變 位 導(dǎo) 程 單 螺 母 自 預(yù) 緊單 螺 母 鋼 珠過(guò) 盈 預(yù) 緊部 標(biāo)代 號(hào) Ch D L B結(jié) 構(gòu) 特點(diǎn)可 實(shí) 現(xiàn)0.002mm 以 下精 密 微 調(diào) ， 預(yù)緊 可 靠 不 會(huì) 松弛 ， 調(diào) 整 預(yù) 緊力 較 方 便結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 剛性 高 ， 預(yù) 緊 可靠 ， 不 易 松 弛 ，適 用 中 不 便 隨時(shí) 調(diào) 整 預(yù) 緊 力預(yù) 緊 力 調(diào) 整 方 便適 用 中 隨 時(shí) 調(diào) 整 ，不 能 定 量 微 調(diào) 螺母 ， 軸 向 尺 寸 長(zhǎng)結(jié) 構(gòu) 最 簡(jiǎn) 單 ，尺 寸 最 緊 湊 ，避 免 了 雙 螺 母形 位 誤 差 的 影響 ， 使 用 中 不能 隨 時(shí) 調(diào) 整結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 尺 寸緊 湊 ， 不 需 任 何附 加 預(yù) 緊 機(jī) 構(gòu) 。預(yù) 緊 力 大 時(shí) ， 裝配 困 難 ， 使 用 中不 能 隨 時(shí) 調(diào) 整調(diào) 整 方法當(dāng) 需 重 新 調(diào) 整預(yù) 緊 力 時(shí) ， 脫開(kāi) 差 齒 圈 ， 相對(duì) 于 螺 母 上 的齒 在 圓 周 上 錯(cuò)位 ， 然 后 復(fù) 位 。改 變 墊 片 的 厚度 尺 寸 ， 可 使雙 螺 母 重 新 獲得 所 需 的 預(yù) 緊力旋 轉(zhuǎn) 預(yù) 緊 螺 帽 使雙 螺 母 產(chǎn) 生 相 對(duì)軸 向 位 移 ， 預(yù) 緊后 需 鎖 緊 螺 帽拆 下 滾 珠 螺 母 ， 精 確 測(cè) 量 原 裝 鋼 球直 徑 ， 然 后 根 據(jù) 預(yù) 緊 力 需 要 ， 重 新更 換 裝 入 大 若 干 微 米 的 鋼 球適 用 場(chǎng)合要 求 獲 得 準(zhǔn) 確預(yù) 緊 力 的 精 密定 位 系 統(tǒng)高 剛 度 、 重 載荷 的 傳 動(dòng) 定 位系 統(tǒng) ， 目 前 用得 較 普 遍不 要 求 得 到 準(zhǔn) 確預(yù) 緊 力 ， 但 希 望隨 時(shí) 可 調(diào) 節(jié) 預(yù) 緊力 大 小 的 場(chǎng) 合中 等 載 荷 對(duì) 預(yù)緊 力 要 求 不 大 ，又 不 經(jīng) 常 調(diào) 節(jié)預(yù) 緊 力 的 場(chǎng) 合 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）21二 、 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 型 號(hào) 選 擇 及 校 核 步 驟1、 計(jì) 算 最 大 工 作 載 荷 Fm滾 珠 絲 杠 螺 母 副 上 的 工 作 載 荷 Fm（ N） 是指 滾 珠 絲 杠 副 在 驅(qū) 動(dòng) 工 作 臺(tái) 時(shí) 滾 珠 絲 杠 所 承 受 的 軸向 力 ， 也 叫 進(jìn) 給 牽 引 力 。 它 包 括 滾 珠 滾 珠 絲 杠 上 的走 刀 抗 力 及 與 移 動(dòng) 體 重 力 和 作 用 在 導(dǎo) 軌 上 的 其 他 切削 分 力 相 關(guān) 的 摩 擦 力 （ 如 圖 3-3） 。 Fm 可 以 用 表3-4 中 的 實(shí) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 。表 3-4 最 大 工 作 載 荷 Fm 的 計(jì) 算 式導(dǎo) 軌 類 型 m參 數(shù)矩 形 導(dǎo) 軌 )(' GfKFCVLm?? 15.0.'?fK燕 尾 形 導(dǎo) 軌 2' 24'三 角 形 或 綜 合 導(dǎo) 軌 )('fVL 8.~'f上 列 摩 擦 系 數(shù) 均 是 指 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 ， 如 果 采 用 貼 塑 導(dǎo) 軌 ， 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌053'f， 靜 壓 導(dǎo) 軌05.~2.'?f 05.'?f2、 計(jì) 算 最 大 動(dòng) 負(fù) 載 CmHwFfL3L----壽 命 610nT?n---絲 杠 轉(zhuǎn) 速 （ r/min） , 0Lvsvs---最 大 切 削 力 條 件 下 的 進(jìn) 給 速 度 (m/min),可 取 最 高 切 削 進(jìn) 給 速 度 的 31~2L0---絲 杠 的 導(dǎo) 程 (mm)T----使 用 壽 命 （ h） ， 對(duì) 于 數(shù) 控 機(jī) 床 T=15000hfw---運(yùn) 轉(zhuǎn) 系 數(shù)fH---硬 度 系 數(shù)表 3-5 運(yùn) 轉(zhuǎn) 系 數(shù) 表 表 3-6 硬 度 系 數(shù) 表運(yùn) 轉(zhuǎn) 狀 態(tài) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 系 數(shù)無(wú) 沖 擊 運(yùn) 轉(zhuǎn) 1.0~1.2一 般 運(yùn) 轉(zhuǎn) 1.2~1.5有 沖 擊 運(yùn) 轉(zhuǎn) 1.5~2.5從 手 冊(cè) 或 樣 本 的 滾 珠 絲 杠 副 的 尺 寸 系 列 表 中 可 以 找 出 相 應(yīng) 的 額 定 動(dòng) 載 荷 Ca 的 滾珠 絲 杠 螺 母 副 的 尺 寸 規(guī) 格 和 結(jié) 構(gòu) 類 型 ， 選 用 時(shí) 應(yīng) 使 。aC?單 獨(dú) 只 根 據(jù) 選 擇 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 ， 將 得 到 很 多 型 號(hào) ， 因 此 在 選 擇 之 初 時(shí) 還 因aC?HRC 硬 度 系 數(shù)≥ 58 1=55 1.11=52.2 1.35=50 1.56=45 2.4圖 3-3 工 作 載 荷課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）22考 慮 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 基 本 導(dǎo) 程 的 大 小 ， 一 般 來(lái) 說(shuō) ， 導(dǎo) 程 越 小 ， 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 精 度 越 高 ， 因此 實(shí) 際 應(yīng) 用 時(shí) 以 基 本 導(dǎo) 程 為 4、 6、 8 的 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 最 為 常 用 ， 超 過(guò) 12mm 以 上的 大 螺 距 絲 杠 副 很 少 采 用 。因 此 設(shè) 計(jì) 時(shí) 要 選 擇 基 本 導(dǎo) 程 為 4、 6、 和 8， 并 且 其 滿 足 條 件 的 三 組 滾 珠 絲aC?杠 螺 母 副 型 號(hào) 進(jìn) 行 檢 驗(yàn) 。 檢 驗(yàn) 的 內(nèi) 容 包 括 三 項(xiàng) ： 傳 動(dòng) 效 率 驗(yàn) 算 、 剛 度 的 檢 驗(yàn) 、 穩(wěn) 定 性 的 檢驗(yàn) ， 只 有 當(dāng) 這 三 項(xiàng) 都 符 合 要 求 后 ， 才 表 示 該 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 符 合 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 否 則 必 須 重 新選 擇 。 若 有 多 組 數(shù) 據(jù) 都 滿 足 要 求 ， 以 基 本 導(dǎo) 程 較 大 的 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 作 為 最 終 選 擇 。3、 傳 動(dòng) 效 率 計(jì) 算)(?????tg式 中 ： ‘其 摩 擦 角 約 等 于 滾 動(dòng) 摩 擦 系 數(shù)摩 擦 角 ， 滾 珠 絲 杠 副 的絲 杠 螺 旋 長(zhǎng) 升 角 10,04.~3.??f??要 求 時(shí) 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 。9.0??4、 剛 度 驗(yàn) 算1） 絲 杠 的 拉 伸 或 壓 縮 變 形 量 （ 在 總 的 變 形 量 中 占 的 比 重 較 大 ， 可 采 用 計(jì) 算 方 法 或 圖1?表 的 方 法 決 定 ）EFLm0???）滾 珠 絲 杠 的 截 面 積 （ ）（材 料 彈 性 模 數(shù) ， 對(duì) 鋼 ）滾 珠 絲 杠 的 導(dǎo) 程 （ ）最 大 工 作 載 荷 （ ）變 化 量 （作 用 下 引 起 每 一 導(dǎo) 程 的在 工 作 負(fù) 載 2240 /106.mFNEL mmm????421d??ReD0??螺 紋 滾 道 的 半 徑偏 心 距絲 杠 的 公 稱 直 徑 ?0則 滾 珠 絲 杠 總 長(zhǎng) 度 上 拉 伸 或 壓 縮 變 形 量 為 ：1?L???01?L---滾 珠 絲 杠 在 支 承 間 的 受 力 長(zhǎng) 度 （ mm）若 兩 端 采 用 角 接 觸 球 軸 承 ， 且 絲 杠 由 進(jìn) 行 了 預(yù) 緊 ， 預(yù) 緊 力 為 最 大 工 作 載 荷 的 1/3時(shí) ， 其 拉 伸 剛 度 可 比 一 端 固 定 的 絲 杠 提 高 4 倍 ， 其 實(shí) 際 變 形 量 為 ：1/??2） 滾 珠 與 螺 紋 滾 道 間 接 觸 變 形 （ mm） （ 此 項(xiàng) 在 總 變 形 量 中 也 占 比 較 大 的 比 重 ）2無(wú) 預(yù) 緊 時(shí) ：課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）233202)(18.??ZFdm?有 預(yù) 緊 時(shí) ：32021.?Fym式 中 ： ）滾 珠 絲 杠 公 稱 直 徑 （ （ 內(nèi) 循 環(huán) ）（ 外 循 環(huán) ）一 圈 的 滾 珠 數(shù) 列 數(shù)圈 數(shù)滾 珠 數(shù) 量 ）滾 珠 直 徑 （） ， 為 最 大 工 作 載 荷 的預(yù) 緊 力 （ ）最 大 工 作 載 荷 （ mDdDZdDZZdkgfFNkfym? ????????0 000 3/1) )01(??當(dāng) 滾 珠 絲 杠 有 預(yù) 緊 力 ， 且 預(yù) 緊 力 為 軸 向 工 作 載 荷 的 1/3 時(shí) ， 值 可 減 少 一 半 。 即 ：2?2/??3） 滾 珠 絲 杠 的 軸 承 的 軸 向 接 觸 變 形 3軸 向 接 觸 變 形 在 變 形 中 一 般 占 的 比 重 也 比 較 大 ， 不 同 類 型 的 軸 承 的 接 觸 變 形 量 可3用 不 同 的 公 式 計(jì) 算 ：推 力 球 軸 承32304.ZdFQm??向 心 推 力 （ 角 接 觸 ） 球 軸 承323sinsin2. ???dQm圓 錐 滾 子 軸 承?9.0.8.0.3sinsin6.ZlFum??推 力 滾 子 軸 承 9.0836.lum式 中 ：課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）24）滾 子 倒 圓 角 半 徑 （）滾 子 長(zhǎng) 度 （ ）軸 承 滾 子 有 效 程 度 （軸 承 的 接 觸 角 ）軸 承 滾 動(dòng) 體 直 徑 （ 目?jī)?邊 軸 承 總 的 滾 動(dòng) 體 數(shù)）最 大 工 作 載 荷 （ mrl rldZkgfFuuQm????2?若 軸 承 中 的 滾 動(dòng) 體 數(shù) 目 在 手 冊(cè) 中 無(wú) 法 查 出 時(shí) ， 可 采 用 下 式 粗 略 計(jì) 算 ：-3TDdZ)(???式 中 ： D----軸 承 的 外 徑 （ mm）d-----軸 承 的 內(nèi) 徑 （ mm）T-----軸 承 的 寬 度 （ mm）4） 滾 珠 絲 杠 的 扭 轉(zhuǎn) 變 形 引 起 的 導(dǎo) 程 的 變 化 量 4?024LlIEM????其 中 ： )))/(106.264.0 25141mlLNE dIdI絲 杠 總 的 工 作 行 程 （導(dǎo) 程 （基 本鋼 的 彈 性 模 量的 慣 面 慣 性 矩 （絲 杠 小 徑 ）絲 杠 上 的 扭 矩 （??????一 般 占 的 比 重 比 較 小 ， 可 忽 略 不 計(jì)5） 螺 母 座 及 軸 承 支 座 的 變 形常 為 滾 珠 絲 杠 副 系 統(tǒng) 剛 度 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) ， 但 變 形 量 計(jì) 算 較 為 困 難 ， 一 般 根 據(jù) 其 精 度 要 求 ，在 結(jié) 構(gòu) 上 盡 量 增 強(qiáng) 剛 度 而 不 作 計(jì) 算 。因 此 ， 滾 珠 絲 杠 副 剛 度 的 驗(yàn) 算 ， 主 要 是 驗(yàn) 算 之 和 不 應(yīng) 大 于 機(jī) 床 精 度 要321?、、求 允 許 變 形 量 的 一 半 ， 否 則 ， 應(yīng) 考 慮 選 用 較 大 直 徑 的 滾 珠 絲 杠 副 。 由 于 滾 珠 絲 杠 副 通 常 都采 用 預(yù) 緊 的 方 法 來(lái) 加 強(qiáng) 其 剛 度 ， 因 此 設(shè) 計(jì) 時(shí) 可 采 用 ：若 ， 則 滾 珠 絲 杠 的 剛 度 符 合 設(shè) 計(jì) 要 求 ； 否 則 ， 重 新 選 用 較機(jī) 床 加 工 精 度??321?大 直 徑 的 滾 珠 絲 杠 副 進(jìn) 行 剛 度 的 驗(yàn) 算 。5、 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算對(duì) 已 選 定 尺 寸 的 絲 杠 在 給 定 的 支 承 條 件 下 ， 承 受 最 大 軸 向 負(fù) 載 時(shí) ， 應(yīng) 驗(yàn) 算 其 有 沒(méi) 有 產(chǎn)生 縱 向 彎 曲 （ 失 穩(wěn) ） 的 危 險(xiǎn) 。產(chǎn) 生 失 穩(wěn) 的 臨 界 負(fù) 載 PK 可 用 下 式 計(jì) 算 ：2lEIfFZ??課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）25式 中 ： 絲 杠 的 支 承 方 式 系 數(shù) ）絲 杠 兩 端 支 承 距 離 （）截 面 慣 性 矩 （）（鋼絲 杠 材 料 彈 性 模 量 ， 對(duì)???Zf ml dII mNEE414 246/0.2?表 3-7 絲 杠 支 承 方 式 系 數(shù)方 式 一 端 固 定 一 端 自 由 兩 端 簡(jiǎn) 支 一 端 固 定 一 端 簡(jiǎn) 支 兩 端 固 定fZ 0.25 1 2 4臨 界 負(fù) 載 FK 與 最 大 工 作 負(fù) 載 Fm 之 比 稱 為 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) nk。如 果 ： ][kmnn??則 絲 杠 不 致 失 穩(wěn) 。[nK]---許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 4~5.2][?Kn三 、 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 幾 何 參 數(shù) 計(jì) 算表 3-8 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 幾 何 參 數(shù) 計(jì) 算 式名 稱 符 號(hào) 計(jì) 算 公 式公 稱 直 徑 d0螺 距 L0接 觸 角 ?滾 珠 直 徑 dq滾 道 法 面 半 徑 R R=0.52dq偏 心 矩 E e=(R-dq/2)sin?螺 紋 滾 道螺 紋 升 角 ? 0Larctg??螺 紋 外 徑 D D=d0-(0.2~0.25)dq螺 紋 內(nèi) 徑 d1 d1=d0+2e-2R-螺 桿螺 紋 接 觸 直 徑 dz dz=d0-dqcos?螺 母 螺 紋 直 徑 D D=d0-2e+2R螺 母螺 母 內(nèi) 徑 （ 外 循 環(huán) ） D1 D1=d0+(0.2~0.25)dq注 意 ：接 觸 角 ?的 值 一 般 選 擇 為 450 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）26第 四 節(jié) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 傳 動(dòng) 計(jì) 算目 前 在 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 常 用 的 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 是 步 進(jìn) 電 機(jī) 、 電 液 脈 沖 馬 達(dá) 、 直 流 伺 服 電 機(jī) 和交 流 伺 服 電 機(jī) 等 。步 進(jìn) 電 機(jī) 是 一 種 把 電 脈 沖 信 號(hào) 變 換 成 直 線 位 移 或 角 位 移 的 執(zhí) 行 元 件 ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 數(shù) 控設(shè) 備 中 。 與 交 流 或 直 流 伺 服 電 機(jī) 相 比 ， 步 進(jìn) 電 機(jī) 系 統(tǒng) 有 如 下 優(yōu) 點(diǎn) ：1） 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 僅 取 決 于 脈 沖 頻 率 ， 而 不 受 電 壓 高 低 、 電 流 大 小 及 其 波 形 的 影 響 ；2） 可 以 開(kāi) 環(huán) 控 制 也 可 以 閉 環(huán) 控 制 。 開(kāi) 環(huán) 控 制 不 需 要 位 置 或 速 度 的 檢 測(cè) 元 件 ， 系 統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 能 方 便 地 控 制 脈 沖 的 個(gè) 數(shù) 和 脈 沖 的 頻 率 實(shí) 現(xiàn) 定 位 和 調(diào) 速 。 采 用 位 置 反 饋 和 速 度 反饋 的 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ， 不 僅 可 以 控 制 精 確 的 位 置 和 平 穩(wěn) 的 轉(zhuǎn) 速 ， 而 且 擴(kuò) 大 了 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 應(yīng) 用領(lǐng) 域 。3） 輸 出 轉(zhuǎn) 角 （ 步 距 角 ） 無(wú) 長(zhǎng) 期 積 累 誤 差 ， 每 轉(zhuǎn) 一 圈 積 累 誤 差 會(huì) 自 動(dòng) 消 失 。4） 啟 動(dòng) 、 停 止 、 反 轉(zhuǎn) 及 其 他 運(yùn) 行 方 式 的 改 變 ， 都 可 以 在 少 量 的 脈 沖 周 期 內(nèi) 完 成 。隨 著 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 的 普 及 和 應(yīng) 用 ， 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 控 制 方 式 大 大 簡(jiǎn) 化 ， 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域越 來(lái) 越 引 起 重 視 。 僅 以 數(shù) 控 機(jī) 床 為 例 ， 車 床 、 銑 床 、 磨 床 、 沖 床 等 各 類 機(jī) 加 工 設(shè) 備 均 成 功地 應(yīng) 用 了 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 系 統(tǒng) 。 同 時(shí) ， 考 慮 到 學(xué) 習(xí) 的 要 求 ， 故 在 這 里 只 講 述 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 。一 、 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 計(jì) 算1、 齒 輪 、 軸 、 絲 杠 等 圓 柱 體 慣 量 計(jì) 算).(1078. 2342cmkgLDMJ???式 中 ： ）圓 柱 體 長(zhǎng) 度 或 圓 度 （）圓 柱 體 直 徑 （）圓 柱 體 質(zhì) 量 （ c?2、 工 作 臺(tái) 折 算 到 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量).()2(20mkgGLgnvJG????????式 中 ： ）絲 杠 導(dǎo) 程 （重 力 加 速 度 （ ）工 作 臺(tái) 重 量 （）絲 杠 轉(zhuǎn) 速 （ ）工 作 臺(tái) 移 動(dòng) 速 度 （cmLsgNrc??0 2)/8.9in/i/3、 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量).()1)2( 22120 ckgnJigGJiimjL??????課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）27式 中 ： ).(min/).122ckgJrniimki電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速各 轉(zhuǎn) 動(dòng) 體 的 轉(zhuǎn) 速各 轉(zhuǎn) 動(dòng) 體 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （系 統(tǒng) 總 的 減 速 比 （??4、 系 統(tǒng) 總 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量).(2cgL???式 中 ： Jm----電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （ kg.cm2）二 、 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 計(jì) 算 和 選 用步 進(jìn) 電 機(jī) 選 用 主 要 考 慮 三 個(gè) 問(wèn) 題 ： （ 1） 步 距 角 要 滿 足 系 統(tǒng) 脈 沖 當(dāng) 量 的 要 求 ；b?（ 2） 滿 足 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 的 要 求 ； （ 3） 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 與 啟 動(dòng) 頻 率 、 工 作 運(yùn) 行 轉(zhuǎn) 矩 與 運(yùn) 行 頻 率 必須 滿 足 所 選 電 機(jī) 型 號(hào) 相 應(yīng) 的 啟 動(dòng) 矩 頻 特 性 和 工 作 矩 頻 特 性 。1、 電 機(jī) 力 矩 的 計(jì) 算步 進(jìn) 電 機(jī) 能 正 常 工 作 所 需 的 力 矩 受 到 多 方 面 的 影 響 ， 主 要 包 括 快 速 空 載 起 動(dòng) 時(shí) 所 需 力 矩M 起 、 快 速 進(jìn) 給 時(shí) 所 需 力 矩 M 快 、 最 大 切 削 負(fù) 載 時(shí) 所 需 力 矩 M 切 ， 其 中 快 速 進(jìn) 給 時(shí)所 需 力 矩 M 快 較 小 ， 因 此 在 M 起 、 M 切 兩 種 力 矩 中 取 其 大 者 作 為 選 擇 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 依 據(jù) 。對(duì) 于 大 多 數(shù) 數(shù) 控 機(jī) 床 來(lái) 說(shuō) ， 因 為 要 保 證 一 定 的 動(dòng) 態(tài) 性 能 ， 系 統(tǒng) 時(shí) 間 常 數(shù) 較 小 ， 而 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng)慣 量 又 較 大 ， 故 電 機(jī) 力 矩 主 要 是 用 來(lái) 產(chǎn) 生 加 速 度 的 ， 而 負(fù) 載 力 矩 往 往 小 于 加 速 力 矩 ， 故 常常 用 快 速 空 載 起 動(dòng) 力 矩 M 起 作 為 選 擇 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 依 據(jù) 。快 速 空 載 起 動(dòng) 時(shí) 所 需 力 矩 ).(0maxcmNf??起最 大 切 削 負(fù) 載 時(shí) 所 需 力 矩 0tf切（ 1） 空 載 起 動(dòng) 時(shí) 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 加 速 力 矩 Mamax2maxmax106????tnJ?式 中 ： ）時(shí) 間 （速 到 最 大 進(jìn) 給 速 度 所 需運(yùn) 動(dòng) 部 件 從 停 止 起 動(dòng) 加 ）電 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 速 （）上 的 總 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 st r ckga?in/ .x 2360maxbpvn????vmax----運(yùn) 動(dòng) 部 件 最 大 快 進(jìn) 速 度 （ mm/min）（ 2） 摩 擦 力 矩 Mf ).(0/cNiLGf???式 中 ： G----運(yùn) 動(dòng) 部 件 的 總 重 量 （ N）f‘----導(dǎo) 軌 摩 擦 系 數(shù)i------齒 輪 總 減 速 比課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）28?----傳 動(dòng) 鏈 總 效 率 ， 一 般 可 取 ?=0. 7~0.85（ 3） 附 加 摩 擦 力 矩 M0 ).(1(220cmNiLFp???式 中 ： Fp0----滾 珠 絲 杠 預(yù) 加 負(fù) 載 （ N） ， 一 般 取 最 大 工 作 載 荷 的 1/3L0-----滾 珠 絲 杠 導(dǎo) 程 （ cm）?0-----滾 珠 絲 杠 未 預(yù) 緊 時(shí) 的 傳 動(dòng) 效 率 ， 一 般 取 9.0??（ 4） 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 切 削 負(fù) 載 力 矩 Mt).(20cNiMtt??Ft----進(jìn) 給 方 向 最 大 切 削 力 （ N）2、 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 擇（ 1） 首 先 根 據(jù) 最 大 靜 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 Mjmax 初 選 電 機(jī) 型 號(hào)步 進(jìn) 電 機(jī) 的 起 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 ][切起q?表 3-9 最 大 靜 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 Mjmax 與 Mq 之 間 的 關(guān) 系相 數(shù) 三 相 四 相 五 相 六 相步 進(jìn)電 機(jī) 拍 數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12max/jq??0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866（ 2） 計(jì) 算 電 機(jī) 工 作 頻 率1） 最 大 空 載 起 動(dòng) 頻 率 pkvf?1max?2） 切 削 時(shí) 的 最 大 工 作 頻 率 sef60式 中 ： vmax----運(yùn) 動(dòng) 部 件 最 大 快 速 進(jìn) 給 速 度 （ m/min）vs-------最 大 切 削 進(jìn) 給 速 度 （ m/min）------脈 沖 當(dāng) 量 （ mm/step）p?（ 3） 校 核 步 進(jìn) 電 機(jī)1） 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 和 慣 量 的 匹 配 條 件為 了 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 具 有 良 好 的 起 動(dòng) 能 力 及 較 快 的 響 應(yīng) 速 度 ， 通 常 推 薦45.0max??mLjLJM及式 中 ： Mjmax---步 進(jìn) 電 機(jī) 的 最 大 靜 態(tài) 轉(zhuǎn) 矩 （ N.m）ML-----傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 （ N.m）Jm------步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （ kg.m2）JL------傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 折 算 到 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 上 的 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （ kg.m2）2） 校 核 起 動(dòng) 矩 頻 特 性 和 運(yùn) 行 矩 頻 特 性根 據(jù) 計(jì) 算 出 的 最 大 空 載 起 動(dòng) 頻 率 和 切 削 時(shí) 最 大 工 作 頻 率 分 別 查 出 在 此 頻 率 下 電 機(jī) 不 失步 時(shí) 所 允 許 的 最 大 力 矩 Mdme 和 Mdmk， 應(yīng) 該 滿 足 ：課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）29dmekM?切起一 般 數(shù) 控 機(jī) 床 往 往 不 能 滿 足 M 起 Mdmk 的 要 求 ， 必 須 采 用 升 降 速 措 施 。 如 果 步 進(jìn) 電機(jī) 起 動(dòng) 力 矩 還 不 能 滿 足 要 求 ， 則 可 以 采 用 高 低 壓 驅(qū) 動(dòng) 功 放 電 路 ， 將 步 進(jìn) 電 機(jī) 起 動(dòng) 力 矩 再 擴(kuò)大 一 倍 左 右 。例 如 ： 某 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 采 用 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 為 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 。 已 知 系 統(tǒng) 折 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 負(fù)載 轉(zhuǎn) 矩 TL=2.3(N.m)， 折 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 上 的 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 JL=13.5kg.cm2,最 快 進(jìn) 給速 度 為 2.4m/min， 該 系 統(tǒng) 的 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm。 若 所 選 電 機(jī) 的 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 表 所 示 ，試 確 定 該 電 機(jī) 能 否 適 用 于 此 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。參 數(shù)型 號(hào)相數(shù)最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩(N.m)空 載 啟 動(dòng) 頻 率(Hz)空 載 運(yùn) 行 頻 率(Hz)轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量(kg.cm2)A 3 4.9 1500 7000 3.43根 據(jù) 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 矩 和 慣 量 匹 配 原 則 ：滿 足 要 求 5.06.2max??jLT 493??mLJ步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 快 速 進(jìn) 給 頻 率 為 ： HzvfK01.6201max???滿 足 要 求 HzfK70ax?再 根 據(jù) 計(jì) 算 出 的 最 大 空 載 起 動(dòng) 頻 率 和 切 削 時(shí) 最 大 工 作 頻 率 分 別 查 出 在 此 頻 率 下 電 機(jī) 不失 步 時(shí) 所 允 許 的 最 大 力 矩 Mdme 和 Mdmk， 若 滿 足 ， 該 電 機(jī) 則 適 用 于 此 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）30表 3-10 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 技 術(shù) 指 標(biāo)型 號(hào) 相數(shù) 步 距 角（ 0C ） 電 壓（ V） 電 流（ A）保 持 轉(zhuǎn) 矩N.m（ kg.cm）空 載起 動(dòng)頻 率(Hz)運(yùn) 行頻 率(Hz)電 感 L（ mH）內(nèi) 阻 Rm（ Ω ）36BF002-II 3 1.5 27 1.5 0.078 3100 15.4 1.645BF003-II 3 1.5 60 2 0.196 3700 12000 15.8 0.9445BF005-II 3 1.5 27 2.5 0.196 3000 15.8 0.9455BF004 3 1.5/3 27 3 0.49(5) 2200 0.5455BF005 3 3.75/7.5 30 3 0.343(3.5) 130055BF009 4 0.9/1.8 27 3 0.784(8) 250070BF001 5 1.5/3 60 3.5 0.392(4) 4000 1600070BF003 3 1.5/3 27 3 0.784(8) 170070BF004 4 0.9/1.8 27 3 0.882(9) 210075BF001 3 1.5/3 24 3 0.392(4) 1750 19 0.6275BF003 3 1.5/3 30 4 0.882(9) 1250 35.5 0.8275BF004 3 1.5/3 80 5.8 0.49(5) 2500 1600090BF001 4 0.9/1.8 80 7 3.92(40) 2000 8000 17.4 0.390BF002 5 0.75/1.5 80 7 3.92(40) 3800 1600090BF003 3 1.5/3 60 5 1.96(20) 1500 800090BF004 5 0.75/3 60 7 2.45(25) 4000 1600090BF006 5 0.36/0.72 24 3 2.156(22) 2700 0.76110BF003 3 0.75/1.5 80 6 7.84(80) 1500 7000 35.5 0.37110BF003(新 ) 3 0.75/1.5 80-300 6 7.84(80) 1400 15000 35.5 0.37110BF004 3 0.75/1.5 30 4 4.9(50) 500 56.5 0.72130BF001 5 0.75/1.5 80/12 10 9.31(95) 3000 16000 0.162150BF002 5 0.75/1.5 80/12 12 13.524(138) 2800 8000 0.121150BF003 5 0.75/1.5 80/12 13 15.386(157) 2600 8000 0.127200BF001 5 10’ 24 4 16.464(168) 1100 11000 0.77表 3-11 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 外 型 圖課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三章）31型 號(hào) ФD(h) ФD(h) 口 b E L h1 h2 Фd Фd2 Фd1 鍵 A E1 E2 M90BF003 90 70 92 25 145 3 6 9-0.0119-0.027 107 6.6 半 圓3x10 - - -90BF006 90 70 92 25 145 3 6 9-0.0119-0.027 107 6.6 半 圓3x10 - - -90BC340 90 70