課程設(shè)計指導(dǎo)書（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 計 算[主 要 內(nèi) 容 ]?????（ 橫 向 ）（ 垂 直 方 向 ） 、、臺 上 ）工 作 載 荷 （ 在 進(jìn) 給 工 作傳 動 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量和 傳 動 比脈 沖 當(dāng) 量基 本 計 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 ???諧 波 減 速 器 選 型同 步 帶 傳 動 設(shè) 計齒 輪 傳 動 消 隙 方 法其 他 精 密 傳 動[基 本 要 求 ]1、 掌 握 脈 沖 當(dāng) 量 的 概 念 。 正 確 理 解 傳 動 比 i 對 脈 沖 當(dāng) 量 和 傳 動 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 的影 響 。2、 理 解 各 傳 動 部 件 轉(zhuǎn) 動 慣 量 向 電 機(jī) 軸 折 算 的 目 的 ； 掌 握 傳 動 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 的 計算 方 法 。3、 掌 握 車 削 、 銑 削 的 切 削 力 分 析 及 計 算 ， 注 意 應(yīng) 用 簡 便 的 公 式 和 實 驗 數(shù) 據(jù) 。 理 解 工作 臺 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 應(yīng) 關(guān) 系 。4、 掌 握 滾 珠 絲 杠 副 工 作 載 荷 （ 軸 向 牽 引 力 ） 的 計 算 公 式 ； 滾 珠 絲 杠 副 的 分 類 、 主 要參 數(shù) 、 代 號 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 載 荷 校 核的 實 質(zhì) 是 工 作 壽 命 校 核 （ 類 同 滾 動 軸 承 ） 、 剛 度 驗 算 的 實 質(zhì) 是 軸 向 變 形 量 校 核 、 穩(wěn) 定 性校 核 的 實 質(zhì) 是 細(xì) 長 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 矩 頻 特 性 校 核 、 運行 矩 頻 特 性 校 核 的 不 同 點 。6、 了 解 齒 輪 傳 動 消 隙 的 意 義 ， 正 確 選 用 齒 輪 傳 動 消 隙 的 方 法 。第 一 節(jié) 脈 沖 當(dāng) 量 和 傳 動 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 任 務(wù) 書 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 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 主 要 功 能 參 數(shù) 有 最 大 鉆 孔 直 徑 （ mm） ， 工 作 臺 尺 寸 （ 長 ×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)計指導(dǎo)書（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 基 本 技 術(shù) 參 數(shù) 。 每 個 脈 沖 所 對 應(yīng) 的 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)（ 如 工 作 臺 ） 的 移 動 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 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 所 要 求 的 定 位 精 度 來 選 定 脈 沖 當(dāng) 量 。 考 慮 到 機(jī) 械 傳 動 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 于 機(jī)床 定 位 精 度 的 設(shè) 計 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 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 比 的 選 定設(shè) 傳 動 副 的 傳 動 比 為 i， 若 為 一 對 齒 輪 減 速 傳 動 ， 則 ， z1 為 主 動 齒 輪 的 齒2i?數(shù) ， z2 為 從 動 齒 輪 的 齒 數(shù) 。 若 是 多 級 齒 輪 減 速 ， 則 i 為 總 傳 動 比 ， 確 定 總 傳 動 比 后 ，首 先 根 據(jù) 總 減 速 比 分 配 各 級 齒 輪 減 速 比 ， 再 計 算 和 選 取 各 級 齒 輪 齒 數(shù) 。對 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 算 初 該 伺 服 傳 動 系 統(tǒng) 總 的 傳 動 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 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 算切 削 力 的 計 算 可 有 多 種 方 法 ， 對 于 數(shù) 控 車 床 來 說 ， 可 采 用 按 經(jīng) 驗 公 式 計 算 切 削 力 法 、按 切 削 用 量 計 算 切 削 力 法 和 按 主 電 機(jī) 功 率 計 算 切 削 力 法 三 種 ； 對 于 數(shù) 控 銑 床 來 說 ， 可 采 用按 切 削 用 量 計 算 切 削 力 法 和 按 主 電 機(jī) 功 率 計 算 切 削 力 法 兩 種 。 按 切 削 用 量 計 算 切 削力 法 計 算 比 較 復(fù) 雜 ， 但 計 算 出 來 的 切 削 力 較 為 準(zhǔn) 確 ， 而 按 主 電 機(jī) 功 率 計 算 切 削 力 法 計 算 較為 簡 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 算 的 主 軸 切削 力 來 計 算 x、 y 軸 的 驅(qū) 動 電 機(jī) 的 額 定 轉(zhuǎn) 矩 （ 或 額 定 功 率 ） 的 冗 余 量 會 很 大 ， 造 成 成 本 大為 提 高 。 在 設(shè) 計 時 要 根 據(jù) 實 際 要 求 選 擇 一 種 切 削 力 的 計 算 方 法 ， 一 般 來 說 ， 對 于 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù)控 車 床 ， 可 選 擇 用 經(jīng) 驗 公 式 計 算 切 削 力 ， 對 于 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 銑 床 ， 可 采 用 按 主 電 機(jī) 功 率 計 算切 削 力 法 。課程設(shè)計指導(dǎo)書（第三章）16一 、 車 削1、 車 削 抗 力 分 析車 削 外 圓 時 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 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 或 校 核 時 要 用 到 它 。圖 3-1 車 削 時 進(jìn) 給 拖 板 上 的 載 荷2、 拖 板 工 作 載 荷 的 計 算（ 1） 確 定 主 切 削 力 Fz1） 用 經(jīng) 驗 公 式 計 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 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 ， 因 此 車 床 的 切 削 功 率 Pm 為課程設(shè)計指導(dǎo)書（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 效 率 ， 機(jī) 床 的 電 機(jī) 功 率 PE 為)(3kvmzE???式 中 ： 為 機(jī) 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 傳 動 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 算)(103NvPmE???式 中 ： v 可 取 主 軸 傳 遞 全 部 功 率 時 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 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 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 動 的 特 征 是 主 運 動 為 銑 刀 繞 自 身 軸 線 高 速 回 轉(zhuǎn) ， 進(jìn) 給 運 動 為 工 作 臺 帶 動 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 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 銑 刀 受 到 的 銑 削 抗 力 是 作 用 在 刀 齒 的 某 一 點 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 動 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 于 現(xiàn) 有 機(jī) 床 的 改 裝 設(shè) 計 ， 可 以 從 已 知 機(jī) 床 的 電 機(jī) 功 率 和 主 軸 上 傳 動 的 功 率 反 推 出 工作 臺 進(jìn) 給 時 的 銑 削 力 。 若 該 機(jī) 床 的 主 傳 動 和 進(jìn) 給 傳 動 均 用 一 個 電 機(jī) ， 進(jìn) 給 傳 動 的 功 率 較小 ， 可 在 主 傳 動 功 率 上 乘 以 一 個 系 數(shù) 。 由 機(jī) 床 設(shè) 計 手 冊 查 得 銑 床 傳 動 系 數(shù)k=0.85。課程設(shè)計指導(dǎo)書（第三章）18圖 3-2 銑 削 力 及 工 作 臺 上 的 載 荷主 傳 動 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 切 削 負(fù) 載 時 主 傳 動 系 統(tǒng) 空 載 所 消 耗 得 功 率 ，對 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 件 的 摩 擦 功 率 ， 它 直 接 與 載 荷 大 小 有 關(guān) 。 可 以 用 下式 計 算 ， Nmc=（ 1-η） Nc， 所 以 總 功 率 為 ： )(1(5.0kWc????為 傳 動 效 率 ?主 電 機(jī) 的 功 率主 軸 上 的 傳 動 功 率?則 ： )(2.kc?在 進(jìn) 給 傳 動 中 切 削 功 率 )(25.0kNct???切 削 時 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 工 作 載 荷 計 算作 用 在 進(jìn) 給 工 作 臺 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)計指導(dǎo)書（第三章）19方 向 相 反 ， 如 圖 3-2 所 示 。 合 力 F/就 是 設(shè) 計 和 校 核 工 作 臺 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 時 要 考 慮 的 工 作 載 荷 ，它 可 以 沿 著 銑 床 工 作 臺 運 動 方 向 分 解 為 三 個 力 ： 工 作 臺 縱 向 進(jìn) 給 方 向 載 荷 FL,工 作臺 橫 向 進(jìn) 給 方 向 載 荷 FC 和 工 作 臺 垂 直 進(jìn) 給 方 向 載 荷 Fv。工 作 臺 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 比 值（ 見 表 3-1） 。 因 此 ， 求 出 Fz 后 ， 即 可 計 算 出 進(jìn) 給 工 作 臺 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 稱 銑 削銑 削 條 件 比 值 對 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 于 不 對 稱 銑 削 加 工 ， 由 于 無 法 確 定 在 實 際 加 工 時 是 順 銑 或 是 逆 銑 ， 因 此 設(shè) 計時 因 以 順 銑 或 是 逆 銑 中 的 最 大 值 為 設(shè) 計 時 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 動 轉(zhuǎn)變 為 直 線 運 動 或 將 直 線 運 動 轉(zhuǎn) 變 為 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 它 是 傳 統(tǒng) 滑 動 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 軸 承 對 滑 動 軸 承 所 帶 來 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 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 ，滾 珠 絲 杠 副 作 為 數(shù) 控 機(jī) 床 直 線 驅(qū) 動 執(zhí) 行 單 元 ， 在 機(jī) 床 行 業(yè) 得 到 廣 泛 運 用 ， 極 大 的 推 動 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 方 面 的 優(yōu) 良 特 性 ： 傳 動 效 率 高 、定 位 精 度 高 、 傳 動 可 逆 性 、 使 用 壽 命 長 、 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 明 書 ， 其 中 除 列 有 型號 、 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 力 矩 和 功 率 等 指 導(dǎo) 性 材 料 供 設(shè) 計 時 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 算 和 確 定 其 它 技 術(shù) 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱 直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 計 首 先 珠 的工 作 圈 數(shù) 和 列 數(shù) 、 精 度 等 級 等 。課程設(shè)計指導(dǎo)書（第三章）20表 3-2 國 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 式 固 定 式 插 管 式 螺 旋 槽 式JB3162.1-82部 標(biāo) 代 號 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 ， 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 ， 軸 向 排 列 緊 湊 ， 承 載 能 力 較高 ， 徑 向 尺 寸 較 大結(jié) 構(gòu) 特 點具 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 ， 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 單 ， 工 藝 性 優(yōu)良 ， 適 合 成 批 生 產(chǎn) ，回 珠 管 可 設(shè) 計 、 制 造成 較 理 想 的 運 動 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 動 不 平 穩(wěn) ， 擋 珠 機(jī)構(gòu) 剛 性 差 易 磨 損適 用 場 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 、 高 速 驅(qū)動 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 獨特 優(yōu) 點一 般 工 程 機(jī) 械 、 機(jī) 床 。在 高 剛 度 傳 動 和 高 速運 轉(zhuǎn) 的 場 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 產(chǎn) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 預(yù) 加 負(fù) 載 方 式 及 其 特 點預(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 盈 預(yù) 緊部 標(biāo)代 號 Ch D L B結(jié) 構(gòu) 特點可 實 現(xiàn)0.002mm 以 下精 密 微 調(diào) ， 預(yù)緊 可 靠 不 會 松弛 ， 調(diào) 整 預(yù) 緊力 較 方 便結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 剛性 高 ， 預(yù) 緊 可靠 ， 不 易 松 弛 ，適 用 中 不 便 隨時 調(diào) 整 預(yù) 緊 力預(yù) 緊 力 調(diào) 整 方 便適 用 中 隨 時 調(diào) 整 ，不 能 定 量 微 調(diào) 螺母 ， 軸 向 尺 寸 長結(jié) 構(gòu) 最 簡 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 調(diào) 整結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 尺 寸緊 湊 ， 不 需 任 何附 加 預(yù) 緊 機(jī) 構(gòu) 。預(yù) 緊 力 大 時 ， 裝配 困 難 ， 使 用 中不 能 隨 時 調(diào) 整調(diào) 整 方法當(dāng) 需 重 新 調(diào) 整預(yù) 緊 力 時 ， 脫開 差 齒 圈 ， 相對 于 螺 母 上 的齒 在 圓 周 上 錯位 ， 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 對軸 向 位 移 ， 預(yù) 緊后 需 鎖 緊 螺 帽拆 下 滾 珠 螺 母 ， 精 確 測 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 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 可 調(diào) 節(jié) 預(yù) 緊力 大 小 的 場 合中 等 載 荷 對 預(yù)緊 力 要 求 不 大 ，又 不 經(jīng) 常 調(diào) 節(jié)預(yù) 緊 力 的 場 合 。課程設(shè)計指導(dǎo)書（第三章）21二 、 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 型 號 選 擇 及 校 核 步 驟1、 計 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 工 作 臺 時 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 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 驗 公 式 計 算 。表 3-4 最 大 工 作 載 荷 Fm 的 計 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 導(dǎo) 軌 ， 如 果 采 用 貼 塑 導(dǎo) 軌 ， 滾 動 導(dǎo) 軌053'f， 靜 壓 導(dǎo) 軌05.~2.'?f 05.'?f2、 計 算 最 大 動 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 于 數(shù) 控 機(jī) 床 T=15000hfw---運 轉(zhuǎn) 系 數(shù)fH---硬 度 系 數(shù)表 3-5 運 轉(zhuǎn) 系 數(shù) 表 表 3-6 硬 度 系 數(shù) 表運 轉(zhuǎn) 狀 態(tài) 運 轉(zhuǎn) 系 數(shù)無 沖 擊 運 轉(zhuǎn) 1.0~1.2一 般 運 轉(zhuǎn) 1.2~1.5有 沖 擊 運 轉(zhuǎn) 1.5~2.5從 手 冊 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 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 應(yīng) 使 。aC?單 獨 只 根 據(jù) 選 擇 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 ， 將 得 到 很 多 型 號 ， 因 此 在 選 擇 之 初 時 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)計指導(dǎo)書（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 說 ， 導(dǎo) 程 越 小 ， 傳 動 系 統(tǒng) 的 精 度 越 高 ， 因此 實 際 應(yīng) 用 時 以 基 本 導(dǎo) 程 為 4、 6、 8 的 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 最 為 常 用 ， 超 過 12mm 以 上的 大 螺 距 絲 杠 副 很 少 采 用 。因 此 設(shè) 計 時 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 進(jìn) 行 檢 驗 。 檢 驗 的 內(nèi) 容 包 括 三 項 ： 傳 動 效 率 驗 算 、 剛 度 的 檢 驗 、 穩(wěn) 定 性 的 檢驗 ， 只 有 當(dāng) 這 三 項 都 符 合 要 求 后 ， 才 表 示 該 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 符 合 設(shè) 計 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 效 率 計 算)(?????tg式 中 ： ‘其 摩 擦 角 約 等 于 滾 動 摩 擦 系 數(shù)摩 擦 角 ， 滾 珠 絲 杠 副 的絲 杠 螺 旋 長 升 角 10,04.~3.??f??要 求 時 滿 足 設(shè) 計 要 求 。9.0??4、 剛 度 驗 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 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 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 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 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 ， 其 拉 伸 剛 度 可 比 一 端 固 定 的 絲 杠 提 高 4 倍 ， 其 實 際 變 形 量 為 ：1/??2） 滾 珠 與 螺 紋 滾 道 間 接 觸 變 形 （ mm） （ 此 項 在 總 變 形 量 中 也 占 比 較 大 的 比 重 ）2無 預(yù) 緊 時 ：課程設(shè)計指導(dǎo)書（第三章）233202)(18.??ZFdm?有 預(yù) 緊 時 ：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 ， 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 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)計指導(dǎo)書（第三章）24）滾 子 倒 圓 角 半 徑 （）滾 子 長 度 （ ）軸 承 滾 子 有 效 程 度 （軸 承 的 接 觸 角 ）軸 承 滾 動 體 直 徑 （ 目兩 邊 軸 承 總 的 滾 動 體 數(shù)）最 大 工 作 載 荷 （ mrl rldZkgfFuuQm????2?若 軸 承 中 的 滾 動 體 數(shù) 目 在 手 冊 中 無 法 查 出 時 ， 可 采 用 下 式 粗 略 計 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 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 算 。因 此 ， 滾 珠 絲 杠 副 剛 度 的 驗 算 ， 主 要 是 驗 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 加 強(qiáng) 其 剛 度 ， 因 此 設(shè) 計 時 可 采 用 ：若 ， 則 滾 珠 絲 杠 的 剛 度 符 合 設(shè) 計 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 算 。5、 穩(wěn) 定 性 驗 算對 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 ， 應(yīng) 驗 算 其 有 沒 有 產(chǎn)生 縱 向 彎 曲 （ 失 穩(wěn) ） 的 危 險 。產(chǎn) 生 失 穩(wěn) 的 臨 界 負(fù) 載 PK 可 用 下 式 計 算 ：2lEIfFZ??課程設(shè)計指導(dǎo)書（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???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 支 一 端 固 定 一 端 簡 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 算表 3-8 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 幾 何 參 數(shù) 計 算 式名 稱 符 號 計 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)計指導(dǎo)書（第三章）26第 四 節(jié) 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 傳 動 計 算目 前 在 伺 服 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 中 常 用 的 驅(qū) 動 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 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 ：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 環(huán) 控 制 也 可 以 閉 環(huán) 控 制 。 開 環(huán) 控 制 不 需 要 位 置 或 速 度 的 檢 測 元 件 ， 系 統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 簡 單 ， 能 方 便 地 控 制 脈 沖 的 個 數(shù) 和 脈 沖 的 頻 率 實 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 長 期 積 累 誤 差 ， 每 轉(zhuǎn) 一 圈 積 累 誤 差 會 自 動 消 失 。4） 啟 動 、 停 止 、 反 轉(zhuǎn) 及 其 他 運 行 方 式 的 改 變 ， 都 可 以 在 少 量 的 脈 沖 周 期 內(nèi) 完 成 。隨 著 計 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 化 ， 步 進(jìn) 電 動 機(jī) 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域越 來 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 機(jī) 系 統(tǒng) 。 同 時 ， 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 慣 量 的 計 算1、 齒 輪 、 軸 、 絲 杠 等 圓 柱 體 慣 量 計 算).(1078. 2342cmkgLDMJ???式 中 ： ）圓 柱 體 長 度 或 圓 度 （）圓 柱 體 直 徑 （）圓 柱 體 質(zhì) 量 （ c?2、 工 作 臺 折 算 到 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量).()2(20mkgGLgnvJG????????式 中 ： ）絲 杠 導(dǎo) 程 （重 力 加 速 度 （ ）工 作 臺 重 量 （）絲 杠 轉(zhuǎn) 速 （ ）工 作 臺 移 動 速 度 （cmLsgNrc??0 2)/8.9in/i/3、 傳 動 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量).()1)2( 22120 ckgnJigGJiimjL??????課程設(shè)計指導(dǎo)書（第三章）27式 中 ： ).(min/).122ckgJrniimki電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速各 轉(zhuǎn) 動 體 的 轉(zhuǎn) 速各 轉(zhuǎn) 動 體 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （系 統(tǒng) 總 的 減 速 比 （??4、 系 統(tǒng) 總 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量).(2cgL???式 中 ： Jm----電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （ kg.cm2）二 、 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 計 算 和 選 用步 進(jìn) 電 機(jī) 選 用 主 要 考 慮 三 個 問 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 轉(zhuǎn) 矩 與 啟 動 頻 率 、 工 作 運 行 轉(zhuǎn) 矩 與 運 行 頻 率 必須 滿 足 所 選 電 機(jī) 型 號 相 應(yīng) 的 啟 動 矩 頻 特 性 和 工 作 矩 頻 特 性 。1、 電 機(jī) 力 矩 的 計 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 時 所 需 力 矩M 起 、 快 速 進(jìn) 給 時 所 需 力 矩 M 快 、 最 大 切 削 負(fù) 載 時 所 需 力 矩 M 切 ， 其 中 快 速 進(jìn) 給 時所 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 于 大 多 數(shù) 數(shù) 控 機(jī) 床 來 說 ， 因 為 要 保 證 一 定 的 動 態(tài) 性 能 ， 系 統(tǒng) 時 間 常 數(shù) 較 小 ， 而 等 效 轉(zhuǎn) 動慣 量 又 較 大 ， 故 電 機(jī) 力 矩 主 要 是 用 來 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 力 矩 M 起 作 為 選 擇 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 依 據(jù) ?？?速 空 載 起 動 時 所 需 力 矩 ).(0maxcmNf??起最 大 切 削 負(fù) 載 時 所 需 力 矩 0tf切（ 1） 空 載 起 動 時 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 加 速 力 矩 Mamax2maxmax106????tnJ?式 中 ： ）時 間 （速 到 最 大 進(jìn) 給 速 度 所 需運 動 部 件 從 停 止 起 動 加 ）電 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 速 （）上 的 總 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （傳 動 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 st r ckga?in/ .x 2360maxbpvn????vmax----運 動 部 件 最 大 快 進(jìn) 速 度 （ mm/min）（ 2） 摩 擦 力 矩 Mf ).(0/cNiLGf???式 中 ： G----運 動 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)計指導(dǎo)書（第三章）28?----傳 動 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 的 傳 動 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 號步 進(jìn) 電 機(jī) 的 起 動 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 算 電 機(jī) 工 作 頻 率1） 最 大 空 載 起 動 頻 率 pkvf?1max?2） 切 削 時 的 最 大 工 作 頻 率 sef60式 中 ： vmax----運 動 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 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 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 慣 量 （ kg.m2）JL------傳 動 系 統(tǒng) 折 算 到 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 上 的 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 （ kg.m2）2） 校 核 起 動 矩 頻 特 性 和 運 行 矩 頻 特 性根 據(jù) 計 算 出 的 最 大 空 載 起 動 頻 率 和 切 削 時 最 大 工 作 頻 率 分 別 查 出 在 此 頻 率 下 電 機(jī) 不 失步 時 所 允 許 的 最 大 力 矩 Mdme 和 Mdmk， 應(yīng) 該 滿 足 ：課程設(shè)計指導(dǎo)書（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 力 矩 還 不 能 滿 足 要 求 ， 則 可 以 采 用 高 低 壓 驅(qū) 動 功 放 電 路 ， 將 步 進(jìn) 電 機(jī) 起 動 力 矩 再 擴(kuò)大 一 倍 左 右 。例 如 ： 某 機(jī) 械 傳 動 系 統(tǒng) 采 用 步 進(jìn) 電 動 機(jī) 為 驅(qū) 動 裝 置 。 已 知 系 統(tǒng) 折 算 到 電 動 機(jī) 軸 上 的 負(fù)載 轉(zhuǎn) 矩 TL=2.3(N.m)， 折 算 到 電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 上 的 等 效 轉(zhuǎn) 動 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 系 統(tǒng) 。參 數(shù)型 號相數(shù)最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩(N.m)空 載 啟 動 頻 率(Hz)空 載 運 行 頻 率(Hz)轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 慣 量(kg.cm2)A 3 4.9 1500 7000 3.43根 據(jù) 步 進(jìn) 電 動 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 機(jī) 的 快 速 進(jìn) 給 頻 率 為 ： HzvfK01.6201max???滿 足 要 求 HzfK70ax?再 根 據(jù) 計 算 出 的 最 大 空 載 起 動 頻 率 和 切 削 時 最 大 工 作 頻 率 分 別 查 出 在 此 頻 率 下 電 機(jī) 不失 步 時 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 系 統(tǒng) 。課程設(shè)計指導(dǎo)書（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 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 動頻 率(Hz)運 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)計指導(dǎo)書（第三章）31型 號 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