立式數(shù)控銑床工作臺(tái)(X軸)設(shè)計(jì)

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天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 立式數(shù)控銑床工作臺(tái)（X軸）設(shè)計(jì) 專 業(yè)：機(jī)電技術(shù)教育 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二〇一三年七月 34 目 錄 前言………………………………………………………………2 第一章 數(shù)控銑床工作臺(tái)（X軸）設(shè)計(jì)計(jì)算……………………5 1.1 概述………………………………………………5 1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………6 1.3滾珠絲杠螺母副的承載能力計(jì)算………………16 1.4傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算……………………………18 1.5 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型和計(jì)算………………………20 1.6 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析………………………24 1.7 傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算和分析……………………25 1.8 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)………………26 第二章 電氣原理圖……………………………………………28 參考文……………………………………………………………33 總結(jié)………………………………………………………………34 前言 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是用數(shù)字化信息來(lái)實(shí)現(xiàn)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、切削加工工藝參數(shù)及各類輔助操作等步驟自動(dòng)控制的高效率加工機(jī)床， 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要的地位和作用。隨著數(shù)控技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展， 近年來(lái)世界數(shù)控機(jī)床向高速、精密、智能和綠色方向發(fā)展。具體表現(xiàn)為：高速化、精密與超精密化、復(fù)合化、開(kāi)放化、智能化、綠色化，高效化。 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。就剛剛過(guò)去的“十一五” 期間， 我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)突破了大量技術(shù)難關(guān)， 取得了許多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科研成果。但我們?nèi)阅芮宄乜吹剑?我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平還存在著不小的差距。在加工機(jī)床方面， 盡管近年來(lái)數(shù)控機(jī)床發(fā)展較快，但在加工效率、精度保持性、MTBF （平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間， Mean Time Between Failures） 和技術(shù)配套性等方面還不能滿足高端用戶的需求， 并且動(dòng)力刀塔、電主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、電氣控制等關(guān)鍵功能部件依舊絕大部分依賴進(jìn)口。 數(shù)控系統(tǒng)方面， 我國(guó)無(wú)論是在技術(shù)還是在產(chǎn)品方面與國(guó)際先進(jìn)水平都存在很大的差距。在技術(shù)性能方面主要表現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線、高速高精插補(bǔ)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、復(fù)合加工加工技術(shù)、智能化檢測(cè)與控制技術(shù)、加工工藝及多軸編程技術(shù)等； 在產(chǎn)品方面的差距主要表現(xiàn)在可靠性設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理、產(chǎn)品的系列化等方面上。 第一章 數(shù)控銑床工作臺(tái)（X軸）設(shè)計(jì)計(jì)算 1.1概述 1.1.1技術(shù)要求 工作臺(tái)、工件和夾具的總重量=900kg（所受的重力W=9000N），其中，工作臺(tái)的質(zhì)量=500kg（所受的重力=5000N）；工作臺(tái)的最大行程=580mm；工作臺(tái)快速移動(dòng)速度=15000；工作臺(tái)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)=0.01,靜摩擦系數(shù)=0.01；工作臺(tái)的定位精度為25，重復(fù)定位精度為18；機(jī)床的工作壽命為20000h，機(jī)床采用伺服主軸，額定功率=5.5，機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑刀直徑D=120mm，主軸轉(zhuǎn)速n=240，切削狀況如表1-1所示 表1-1數(shù)控銑床的切削狀況 切削方式 進(jìn)給速度/ 時(shí)間比例/(%) 備注 強(qiáng)力切削 0.6 10 主電動(dòng)機(jī)滿功率 條件下切削 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 15 10 空載條件下工作臺(tái) 快速進(jìn)給 1.1.2總體方案設(shè)計(jì) 為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案。 1、對(duì)滾珠絲桿螺母副采用預(yù)緊； 2、采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 3、采用錐環(huán)套筒聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠進(jìn)行直連。 4、采用交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速。 1.2設(shè)計(jì)計(jì)算 1.2.1主切削力及其切削分力計(jì)算 （1）主切削力 根據(jù)已知條件，銑刀直徑D=120mm，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率。銑刀的切削速度為 主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率，按式可計(jì)算主切削力； ---機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速全部功率時(shí)的最低切削速度，；） ---機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)功率，一般取。 （2）各切削分力 根據(jù)表1---2可得工作臺(tái)縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別為 表1---2 工作臺(tái)工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗(yàn)比值 切削條件 比值 對(duì)稱端銑 不對(duì)稱端銑 逆銑 順銑 端銑 圓柱銑、立銑、盤(pán)銑和成形銑 --- --- --- 1.2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 （1）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力，此時(shí)，動(dòng)摩擦系數(shù)， 、---主切削力的橫向切削分力（N）和垂向切削分力（N）； W---坐標(biāo)軸上移動(dòng)部件的全部重量（包括機(jī)床夾具和工件的重量，N）； ---摩擦系數(shù),對(duì)于帖塑導(dǎo)軌，=0.15；對(duì)于滾動(dòng) 直線導(dǎo)軌，=0.01，本設(shè)計(jì)為滾動(dòng)導(dǎo)軌，取=0.01； ---鑲條緊固力（N）,其推薦值可查表1---3得鑲條緊固力=75N，則 表1---3 鑲條緊固力推薦值 導(dǎo)軌形式 主電動(dòng)機(jī)功率/kw 2.2 3.7 5.5 7.5 11 15 18 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 500 800 1500 2000 2500 3000 3500 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 25 40 75 100 125 150 175 （2）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力。 =0.01（9000+75）N=90.75N =0.01(9000+75)N=90.75N 1.2.3計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 （1） 計(jì)算最大軸向負(fù)載力 N （2） 計(jì)算最小軸向負(fù)載力 N 1.2.4滾珠絲桿的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 1）確定滾珠絲桿的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則由式得： 2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 （1）估算在各種切削方式下滾珠絲桿的軸向載荷。 現(xiàn)將強(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。一般粗加工和精細(xì)加工時(shí)，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷、分別可按下列公式計(jì)算： ，，并將計(jì)算結(jié)果填入表1---4。 表1---4 數(shù)控銑床滾珠絲桿的計(jì)算 切削方式 軸向載荷/N 進(jìn)給速度/() 時(shí)間比例/(％) 備注 強(qiáng)力切削 1217.267 10 一般切削（粗加工） 249.2034 30 精細(xì)加工（精加工） 66.61335 50 快移和定鏜定位 5.75 10 （2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速 （3）按式計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速。 （4） 按式計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均載荷。 3)確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷 （1）按預(yù)定工作時(shí)間估算 查表1---5得載荷性質(zhì)系數(shù)。初步選擇的滾珠絲桿的精度等級(jí)為2級(jí)，查表1---6得精度系數(shù)。查表1---7得可靠性系數(shù)，額定壽命代入式得 表1---5 載荷性質(zhì)系數(shù) 載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊（很平穩(wěn)） 輕微沖擊 伴有沖擊或振動(dòng) 1~1.2 1.2~1.5 1.5~2 表1---6精度系數(shù) 精度等級(jí) 1、2、3 4、5 7 10 1 0.9 0.8 0.7 表1---7可靠性系數(shù) 可靠性/(％) 90 95 96 97 98 99 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 （2）因?qū)L珠絲桿螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按式估算最大軸向載荷。查表1---8得欲加動(dòng)載荷系數(shù)，則 表1---8 欲加動(dòng)載荷系數(shù) 欲加載荷類型 輕預(yù)載 中預(yù)載 重預(yù)載 6.7 4.5 3.4 （3）確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷。 取其最大值，即=7673.75 4）按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng) （1）估算允許的滾珠絲桿的最大軸向變形。 已知工作臺(tái)的定位精度為25，重復(fù)定位精度為18，根據(jù)公式重復(fù)定位精度和定位精度以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得 ， 取二者較小值，。 （2）估算允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)。 本機(jī)床工作臺(tái)（X）軸滾珠絲桿螺母副擬采用兩端固定式的安裝方式。滾珠絲桿螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為L(zhǎng)=行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度≈（1.2～1.4）行程+（25～30） 取L=1.4行程+30=（1.4580+3010）mm=1112mm，又=90.75N，由式 得 5）初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)計(jì)算所得的、、，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿螺母副FFZD5010-3,其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷C，絲杠底徑分別為： ， , ， 符合要求。 6）由式確定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力 7）計(jì)算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值和預(yù)拉伸力 (1)按式計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值 其中---目標(biāo)行程補(bǔ)償值； ---溫度變化值（），一般情況下為2~3； ---絲桿的線膨脹系數(shù)（1/）,一般情況下為； ---滾珠絲桿副的有效行程。 已知溫度變化值，絲桿的線膨脹系數(shù)，滾珠絲桿副的有效行程 =工作臺(tái)行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度 =（580+100+220+146）mm=866mm, 故 (2)按式計(jì)算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力。 已知滾珠絲桿螺紋底徑,滾珠絲桿的溫度變化值，則 8)確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào) （1）按式計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。 (2)計(jì)算軸承的預(yù)緊力 (3) 計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷 (4)按式計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷。 已知軸承的工作轉(zhuǎn)速,軸承所受的當(dāng)量軸向載荷,軸承的基本額定壽命。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為 因?yàn)?，所以查?---9得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Y=0.54，故 表1--9 載荷系數(shù) 組合列數(shù) 2列 3列 4列 承載列數(shù) 1列 2列 1列 2列 3列 1列 2列 3列 4列 組合形式 DF DT DFD DFD DTD DFT DFF DFT DTT X 1.9 --- 1.43 2.33 --- 1.17 2.33 2.53 --- Y 0.54 --- 0.77 0.35 --- 0.89 0.35 0.26 --- X 0.92 0.92 0.92 0.02 0.02 0.92 0.92 0.92 0.92 Y 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 (5)確定滾動(dòng)軸承的規(guī)格型號(hào) 由于滾珠絲桿螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用60角接觸球軸承組背對(duì)背安裝。由于滾珠絲桿的螺紋底徑為27.3mm，所以選擇軸承的內(nèi)徑為25mm。 在滾珠絲桿的兩個(gè)固定端均選擇角接觸球軸承兩件一組背對(duì)背安裝，組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號(hào)為760205TNI/P4DFB,尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為25mm52mm15mm，選擇脂潤(rùn)滑。該軸承的預(yù)載荷能力為1250N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力=1116.288N.并在脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為2600r/min,等于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。該軸承的額定動(dòng)載荷為=22000N，而該軸承在20000h工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷=13985.1N,也滿足要求。 1.3滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn) 1.3.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn) 本滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿受拉而不受壓，所以，不存在壓桿不穩(wěn)定。 1.3.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn) 由以上的計(jì)算可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度=817.5mm。已知彈性模量，材料密度，重力加速度，安全系數(shù)。查參考文獻(xiàn)表2-44得。 則： 滾珠絲桿的最小慣性矩為 滾珠絲桿的最小截面積為 故可由式 得 本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 表2-44 與支撐方式有關(guān)的系數(shù) 支撐方式 f 一端固定一段自由F-O 0.25 1.875 3.4 一端固定一段游動(dòng)F-S 2 3.927 15.1 二段固定F-F 4 4.73 21.9 1.3.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn) 滾珠絲桿螺母副的疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲桿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。查參考文獻(xiàn)附錄A表A-3得滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，滾珠絲桿的軸向載荷,滾珠絲桿 螺母副轉(zhuǎn)速,由式，得： ， 一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命故滿足要求。 1.4傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 1.4.1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。 絲桿支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時(shí)時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度，按式計(jì)算： 當(dāng)或時(shí)（即滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端位置時(shí)），滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度，可按式計(jì)算： （2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度。 已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=16，軸承的最大軸向工作載荷,查參考文獻(xiàn)表2-45、2-46得 （3） 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度 查參考文獻(xiàn)附錄A表A-3得滾珠與滾道的接觸剛度，額定載荷，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，故由式 得 （4） 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度。 （5） 由式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。 由式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為 故。 1.4.2滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 由以上計(jì)算可知，扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離已知剪切模量，滾珠絲桿的底徑。 由得 1.5 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 1.5.1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)動(dòng)慣量。 滾珠絲杠的密度，可得 （2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)量。 （3）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺(tái)、工件、夾具）的總質(zhì)量，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸上移動(dòng)的距離,則由式得 （4）由式計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 1.5.2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。 已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，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，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，由式得 （2）計(jì)算摩擦負(fù)載力矩 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），由式得 （3）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。 已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，由式得 1.5.3計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需的力矩 （1）計(jì)算線性加速力矩 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，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，加速時(shí)間，由式得 （2）計(jì)算階躍加速力矩。 已知加速時(shí)間，由式得 （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按式計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩。 ②按式計(jì)算階躍加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩。 ③按式計(jì)算快進(jìn)力矩。 ④按式計(jì)算工進(jìn)力矩。 1.5.4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) 通過(guò)以上計(jì)算和查參考文獻(xiàn)表2--47，選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)為日本FANUC公司生產(chǎn)的型驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主要參數(shù)如下:額定功率3kw；最高轉(zhuǎn)速3000；額定力矩12；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；質(zhì)量?，F(xiàn)按5倍計(jì)算額定力矩，電動(dòng)機(jī)的加速力矩為60，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)力矩以及階躍加速時(shí)所需的驅(qū)動(dòng),本電動(dòng)機(jī)均滿足要求。 該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為12，均大于本機(jī)床工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩以及工進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，因此,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。 系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足式而在本設(shè)計(jì)中： ， 故滿足慣量匹配要求。 1.6機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 1.6.1計(jì)算絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，而滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量（其中、分別是機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量（）和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量（），則 1.6.2計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 已知絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 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、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 1.7計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 1.7.1計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方向死區(qū) 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的最小綜合拉壓剛度，導(dǎo)軌的靜摩擦力，則由式得 即故滿足要求。 1.7.2計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 由式得 即故滿足要求。 1.7.3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)給扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。 已知負(fù)載力矩，由以上計(jì)算得扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，由式得 （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 得 1.8確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 1.8.1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)控制系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求： 滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級(jí)為2級(jí)，查參考文獻(xiàn)表2-20得 ； 查參考文獻(xiàn)表2-21得，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為850mm時(shí)，故滿足設(shè)計(jì)要求。 1.8.2確定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FFZD5010-3-P2/15191000,其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：50mm,10mm；螺紋長(zhǎng)度：1000mm；絲杠長(zhǎng)度：1519mm；類型與精度：P類，2級(jí)精度。 表1---10 2弧度內(nèi)行程變動(dòng)量和任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量（） 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 4 5 6 7 8 6 8 12 16 23 表1---11 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和允許的行程變動(dòng)量（單位：） 有效行程/mm 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 ≤315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 >315～400 7 6 9 8 12 12 18 17 25 25 >400～500 8 7 10 10 15 13 20 19 27 26 >500～630 9 7 11 11 16 14 22 21 30 29 >630～800 10 8 13 12 18 16 25 23 35 31 >800～1000 11 9 15 13 21 17 29 25 40 33 >1000～1250 13 10 18 14 24 19 34 29 46 39 第二章 電氣原理圖 2.1輸入輸出開(kāi)關(guān)量（I/O口） 2.2主軸單元接線圖 典型銑床數(shù)控系統(tǒng)主軸單元電氣原理圖 2.3電源部分 在本課程設(shè)計(jì)中，照明燈的24V交流電源和HNC－21電源是各自獨(dú)立的；工作電流較大的電磁閥用24V直流電源與輸出開(kāi)關(guān)量用的24V直流電源也是各自獨(dú)立的，且中間用一個(gè)低通濾波器來(lái)隔離。由于圖形較大，具體的原理圖如后面。對(duì)于此電氣圖的相關(guān)解釋： ①各元器件名稱： QF0-QF4為三相空氣開(kāi)關(guān)； QF5-QF11為單相空氣開(kāi)關(guān)； KM1-KM4為三相交流接觸器； RC1-RC3三相阻容吸收器（滅弧器）； RC4-RC7為單相阻容吸收器（滅弧器）； KA1-KA10為直流24V繼電器； V1、V2、V3、VZ為續(xù)流二極管； YV1、YV2、YV3、YVZ為電磁閥和Z軸電動(dòng)機(jī)抱閘。 ②QF0為電源總開(kāi)關(guān)，QF1-4分別為伺服電源模塊、主軸強(qiáng)電、液壓電動(dòng)機(jī)、冷卻電動(dòng)機(jī)的空氣開(kāi)關(guān)，空氣開(kāi)關(guān)作用是接通電源及電源在短路、過(guò)流時(shí)起保護(hù)作用； ③KM1、KM2、KM3、KM4分別為控制伺服電源模塊、主軸變頻器、液壓電動(dòng)機(jī)、冷卻電動(dòng)機(jī)交流接觸器，由他們的主觸點(diǎn)控制相應(yīng)電動(dòng)機(jī)；伺服變壓器將交流380V（7KW）電壓變?yōu)榻涣?00V電壓，供給伺服電源模塊；RC1、RC2、RC5為阻容吸收，當(dāng)相應(yīng)的電路斷開(kāi)后，吸收伺服電源模塊、液壓電動(dòng)機(jī)、冷卻電動(dòng)機(jī)的能量，避免上述器件上產(chǎn)生過(guò)電壓。 ④圖下半部分為電源回路，圖中TC2為控制變壓器，初級(jí)為AC380V,次級(jí)為AC110V、AC220V、AC24V，其中AC110V提供給交流控制回路、電柜熱交換器電源；AC24V給工作燈提供電源；AC220V給自動(dòng)潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)和24V電源供電，并通過(guò)低通濾波器濾波給伺服模塊、電源模塊、24V電源提供電源控制；50W開(kāi)關(guān)電源給數(shù)控系統(tǒng)、PLC輸入/輸出、24V繼電器線圈、伺服模塊、電源模塊、吊掛風(fēng)扇提供電源，100W開(kāi)關(guān)電源給Z軸電動(dòng)機(jī)提供直流24V，用于Z軸抱閘、主軸換擋閥等供電。 參考文獻(xiàn) [1] 孫宏昌.華中數(shù)控系統(tǒng)裝調(diào)與實(shí)訓(xùn).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012. [2] 范超毅，趙天嬋等.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. [3] 唐小奇，徐建春.華中數(shù)控系統(tǒng)電氣聯(lián)接與控制手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012. [4] 宋昌才.常用機(jī)床電氣控制電路.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009. [5] 鄧三鵬.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及維修.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011. [6] 高曉林，孫杰等.圖解華中系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床維修從新手到高手.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013. [7] 蔣麗.數(shù)控原理與系統(tǒng).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011. [8] 李福生.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè).北京:北京出版社,1993. 總結(jié) 在這一周的不懈努力下，課程設(shè)計(jì)終于完成了。從開(kāi)始直到設(shè)計(jì)基本完成，有許多感想。這是我們比較獨(dú)立的在自己的努力下做一個(gè)與課程相關(guān)的設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)中暴露出我們的許多薄弱環(huán)節(jié)，很多學(xué)過(guò)的知識(shí)都不能學(xué)以致用，直到做了這次作業(yè)后才能漸漸掌握一些，以前學(xué)過(guò)的東西自己并不是都掌握了，很多知識(shí)只是照搬書(shū)本，并非自己所理解，經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)又加深了理解。而且，在一些計(jì)算過(guò)程中我和我的同學(xué)進(jìn)行了計(jì)算方面的討論，這又加強(qiáng)了我們的合作能力。做課設(shè)的期間AutoCAD畫(huà)圖軟件也在不斷練習(xí)中進(jìn)一步加深，學(xué)會(huì)了如何去應(yīng)用工程手冊(cè)，如何合理的選用相關(guān)參數(shù)，以及一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?？偟恼f(shuō)來(lái)，這次課程設(shè)計(jì)讓我們的許多方面都得到了鍛煉，這不僅僅是知識(shí)方面的，還有能力方面東西。總之學(xué)到了我們想學(xué)的東西，這次課程設(shè)計(jì)使我們都受益匪淺。