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機(jī)床縱向機(jī)械部分設(shè)計計算
日期：2010年01月12 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：機(jī)床
數(shù)控機(jī)床要求機(jī)械傳動系統(tǒng)盡量采用低摩擦的傳動副；機(jī)床盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差；縮短傳動鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度，搖臂鉆床選用最佳的降速比；為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運動位移盡可能快速地達(dá)到跟蹤指令。
對縱向(X向)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時，將原機(jī)床的絲杠拆掉換成滾珠絲杠；把原機(jī)床的舊電動機(jī)更換成步進(jìn)電動機(jī)。由于原機(jī)床的軸承已經(jīng)嚴(yán)重磨損，精度達(dá)不到要求，也一起更換。改造后機(jī)床縱向機(jī)械傳動如圖3-11所示。
1．切削力計算
切削力是對機(jī)床傳動系統(tǒng)影響最大的因素。它的大小直接關(guān)系到機(jī)床三個方向聯(lián)動協(xié)調(diào)動作，影響絲杠的型號選擇。因此，根據(jù)機(jī)床現(xiàn)有的條件計算切削力的大小，是對機(jī)械系統(tǒng)改造的第一步。
2．滾珠絲杠副的選擇計算
滾珠絲杠的選擇要根據(jù)機(jī)機(jī)床床的實際情況及工作負(fù)載情況，計算出絲杠工作時的最大動載荷及絲杠的工作壽命等參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行選擇。最大動載荷必須小于絲杠的額定動載荷。滾珠絲杠螺母副是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，其規(guī)格型號都是按國標(biāo)查表得出的。
軸承的選擇。滾珠絲杠的左端設(shè)計了一個專用軸承支承座，采用一個軸套式滑動軸承作為徑向支承，在滑動軸承的兩側(cè)分別布置一對推力球軸承，承受兩個方向的軸向力。滾珠絲杠右端通過聯(lián)軸套和減速箱的輸出軸連接，在絲杠托架上布置一個軸套式滑動軸承作為徑向支承。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母，與床鞍直接連接。
為了滿足機(jī)床所要求的精度及剛度，傳動系統(tǒng)的機(jī)床絲杠采用一端軸向固定，另一端浮動的結(jié)構(gòu)形式，使絲杠的軸向位移留有移動的空間，這樣可以減小機(jī)床的振動和傳動的誤差，避免軸承卡死以及絲杠受熱伸長變形情況的發(fā)生，這種安裝方式適用于較長的臥式安裝絲杠。固定端采用一對角接觸球軸承，選擇7602035TVP軸承面對面組配，成對使用，能限制兩個方向的軸向位移。
根據(jù)一般的設(shè)計原則，為了提高傳動精度，應(yīng)盡量減少傳動級數(shù)，并且盡量避免采用升速的傳動比。為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，同時也防止外來的廢屑進(jìn)入到齒輪中，采用閉式設(shè)計裝置。
由于滾珠絲杠隨工作臺運動，而伺服電動機(jī)不隨工作臺運動，這樣給運動的傳遞造成困難。如果x軸與絲杠之間也需要相對運動，會增加傳動齒輪與絲杠之間的傳動間隙，且機(jī)床不易消除。在本設(shè)計中，使用一級傳動來實現(xiàn)設(shè)計的要求。但為了消除傳動間隙、盡可能減小誤差，要采用一系列措施來消隙，以保證傳動平穩(wěn)。具體說明在后續(xù)設(shè)計中會詳細(xì)論述。
3．伺服電動機(jī)選擇計算
伺服電動機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，應(yīng)該具有精度高、響應(yīng)快、調(diào)速范圍廣及轉(zhuǎn)矩大等特性。數(shù)控機(jī)床還有一個很重要的特點是要實現(xiàn)無級調(diào)速，這是異步或者同步電動機(jī)無法實現(xiàn)的。經(jīng)過改造的X63銑床，要實現(xiàn)輪廓的控制，就必須有能快速響應(yīng)且調(diào)速性能好的伺服電動機(jī)。在進(jìn)給系統(tǒng)中，對進(jìn)給伺服電動機(jī)的要求主要有以下幾點：
1)調(diào)速范圍寬和低速平穩(wěn)性，要求速比應(yīng)大于1：10機(jī)床000，速度達(dá)0．1r／min時無爬行。
2)負(fù)載特性要硬。要求即使在低速時也具有大的負(fù)載能力和過載能力。
3)反應(yīng)速度快，保證電動機(jī)在0．2s以內(nèi)以靜止起動，升速到1500r／min，因此要求電動機(jī)慣量小、堵轉(zhuǎn)力矩大、機(jī)電時間常數(shù)和起動電壓小、加速度達(dá)4000rad／s2以上。
4)可以頻繁起動、制動和反轉(zhuǎn)。
從經(jīng)濟(jì)性及系統(tǒng)要求方面綜合考慮，選用步進(jìn)電動機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。
(4)步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選擇機(jī)床。選用步進(jìn)電動機(jī)時，通常希望步進(jìn)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，起動頻率和運行頻率高，步距誤差小，性能價格比高。但從數(shù)控裝置輸出口或環(huán)形分配器輸出的信號輸出功率很小，需進(jìn)行功率放大，使脈沖電流達(dá)1—10A才足以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。
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