【053】3C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(論文+DWG圖紙)

【053】3C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(論文+DWG圖紙),053,c618,數(shù)控車床,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),論文,dwg,圖紙 第五章 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是普通車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的主要部分，如果說CNC系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機(jī)構(gòu)，那么，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)便是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它忠實(shí)而準(zhǔn)確的執(zhí)行由CNC系統(tǒng)發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令。伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機(jī)床的精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。 一、伺服系統(tǒng)的組成原理和要求 (一)、伺服系統(tǒng)的組成原理 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分組成。機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)通常由減速齒輪、滾珠絲杠、機(jī)床導(dǎo)軌和工作臺(tái)拖板等組成。對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，按其反饋信號(hào)的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式。對(duì)于開環(huán)伺服系統(tǒng)只能由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和電動(dòng)機(jī)組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)則分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)方式，并且是雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器以及功率驅(qū)動(dòng)放大器等部分組成。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。根據(jù)其位置檢測信號(hào)所取部位不同，它又分為半閉環(huán)和全閉環(huán)兩種。半閉環(huán)采用轉(zhuǎn)角位置檢測裝置，安裝于滾珠絲杠端部，或直接與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的后端相連（與伺服電動(dòng)機(jī)成一體）；對(duì)于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線位置檢測裝置，安裝于機(jī)床導(dǎo)軌與工作臺(tái)拖板之間。通常伺服驅(qū)動(dòng)控制單元與電動(dòng)機(jī)由一個(gè)生產(chǎn)廠家配套提供（甚至包括位置檢測裝置）。 （二）、伺服系統(tǒng)的要求 伺服系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為確保機(jī)床的加工質(zhì)量和效率，機(jī)床對(duì)其伺服系統(tǒng)有“穩(wěn)、準(zhǔn)、快、寬、足”五個(gè)要求，它反映了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的五項(xiàng)性能指標(biāo),具體的內(nèi)容如下: 穩(wěn) 即穩(wěn)定性，也就是要求系統(tǒng)有較好的抗干擾性，保證電源、環(huán)境、負(fù)載等所產(chǎn)生的波動(dòng)對(duì)其影響甚小，有較硬的調(diào)速機(jī)械特性，過載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性好，以確保工件加工的一致性。 準(zhǔn) 及準(zhǔn)確性，為確保加工質(zhì)量，除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外，還必須有較高的準(zhǔn)確定位精度。數(shù)控機(jī)床是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令自動(dòng)完成整個(gè)加工過程，它不象普通機(jī)床那樣，中間可以由操作者測量工件后再通過操縱手輪來修正加工偏差。由于數(shù)控機(jī)床是按加工程序一次完成加工，所以進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度直接決定了工件的加工精度，這也是考核數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)至關(guān)重要的性能指標(biāo)。 通常影響數(shù)控加工精度的主要因素有：數(shù)控系統(tǒng)精度（主要取決于插補(bǔ)運(yùn)算精度）；伺服系統(tǒng)精度；機(jī)床機(jī)械精度（如主軸、刀架、工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精度，刀具、工件裝夾精度等）。其中伺服系統(tǒng)精度起主要作用。 快 即快速響應(yīng)性。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上就是一種高精度的位置隨動(dòng)系統(tǒng)，它不但要求靜態(tài)誤差小，也要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，具體表現(xiàn)在起、停的升降速過程短，有較高的加速度，即要求系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)靈敏。 寬 即有較寬的調(diào)速范圍。通常數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)工作臺(tái)的進(jìn)給速度要求滿足兩項(xiàng)指標(biāo)：輕載快速趨近定位速度（即編程指令G00的速度）、切削進(jìn)給速度（即編程指令G01、G02等后面的F值所要求的速度）。 足 即有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動(dòng)功率。特別是要滿足強(qiáng)力切削和高速切削的要求，并且還要求系統(tǒng)有相應(yīng)的過載能力，以確保穩(wěn)定性。 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)除了上述五項(xiàng)主要性能指標(biāo)外，也要求溫升低、噪聲小、效率高、體積小、價(jià)格低、控制方便、線性度好（如輸出速度與輸入電壓成線性）、可靠性高，維修保養(yǎng)方便，對(duì)溫度、濕度等環(huán)境要求寬等等。 二 伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制方式有多種，如：開環(huán)控制閉環(huán)控制以及半閉環(huán)控制。 正如總體設(shè)計(jì)方案論證中所說，本設(shè)計(jì)任務(wù)的精度要求不高，結(jié)合經(jīng)濟(jì)型改造的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者采用以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制方式來設(shè)計(jì)其伺服進(jìn)給系統(tǒng)。下面對(duì)開換系統(tǒng)的控制形式及特點(diǎn)加以簡要分析。 1、工作原理及控制特點(diǎn) 開環(huán)控制系統(tǒng)利用脈沖馬達(dá)的伺服性能，即對(duì)應(yīng)一定的脈沖，必定有一定的轉(zhuǎn)角，從而通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。 2、定位精度 雖然開環(huán)控制系統(tǒng)很難保證較高的位置控制精度，對(duì)于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的剛度、摩擦、慣量、間隙等的要求較高，一般在0.01～0.02mm之間；但對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床來說，定位精度要求并不高。 3、穩(wěn)定性 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，工作可靠，穩(wěn)定性好。 <一> 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是將絲杠、光杠及安裝座拆去，配上滾珠絲杠及相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速箱安裝在車床的車尾。書控車床通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、減速比的確定及減速箱的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。 2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）已知條件： 1）、縱向脈沖當(dāng)量 δp=0.001mm/脈沖； 2）、縱向最高進(jìn)給速度 Vfymax=2m/min； 3）、C618車床工作臺(tái)質(zhì)量 w=100kg=1000N（根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算）。 4）、時(shí)間常數(shù) T=25ms （2）、縱向進(jìn)給切削力Fz的確定 根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出， =3～5% （5—1） 式中： Pdf ----進(jìn)給系統(tǒng)所需電機(jī)功率 Pa -----主傳動(dòng)電機(jī)功率 由前面的設(shè)計(jì)計(jì)算可知： Pa=11kw 取比例系數(shù)為4% 則 Pdf= Pa×4%=0.44kw （5—2） 根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出， Fy= （5—3） 式中：ηf----進(jìn)給系統(tǒng)效率，其范圍為0.15～0.20， 取ηf =0.175 Vf-----進(jìn)給速度（m/min），查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知： Vf=（1/2～1/3）·Vfymax （5—4） 取 Vf=（1/2）Vfymax=1 m/min 則 FZ=4712.4 (N) 當(dāng)FZ=4712.4N時(shí)，切削深度ap=2mm，走刀量f=0.3mm . 以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)，從《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可知，在一般圓切削時(shí)： =（0.1～0.6） （5—5） =（0.15～0.7） （5—6） =0.5=0.5×4712.4=2356.2（） =0.6=0.6×4712.4=2827.44（） （3）、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠在工作中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力；對(duì)滾道型面上某一點(diǎn)，是交變接觸應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后滾珠和滾道型面產(chǎn)生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠破壞的主要形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的時(shí)候，須保證能夠它在一定的軸向負(fù)載的作用下，在回轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應(yīng)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生，此時(shí)所能承受的軸向負(fù)載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載Q。 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。 1）、額定動(dòng)載荷與計(jì)算動(dòng)載荷C 從《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查得： （5—7） 式中: fh ---- 壽命系數(shù) fd ---- 載荷性質(zhì)系數(shù) fH ---- 動(dòng)載荷硬度系數(shù) fn ---- 轉(zhuǎn)速系數(shù) Fd ---- 最大工作負(fù)載 (N) 根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知： 選工作壽命: Lh =15000h, 則 fh ==3.107 （5—8） 選載荷性質(zhì)系數(shù): fd =1.35; 選動(dòng)載荷硬度系數(shù):fH =1.0; 轉(zhuǎn)速系數(shù): fn = ; （5—9） V =1000mm/min 根據(jù)上述選擇的情況下,計(jì)算結(jié)果如表5.1所示; 表5.1 動(dòng)載荷計(jì)算 絲杠導(dǎo)程L0/mm 12 10 8 6 n =V/L0 (r/min) 8303 100 125 166.7 fn 0.737 0.693 0.694 0.584 c/n 26883 28590 30813 33926 綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力: （5—10） 式中:K=1.15; f’=0.15—0.18,取0.16.得; =3623.6 (N) 壽命值; （5—11） 最大負(fù)載; （5—12） ==11395.8 (N) 查參考文獻(xiàn)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可選用NL4510型號(hào)的滾珠絲杠副,名義直徑為45mm,絲杠導(dǎo)程為10 mm, 螺旋角,滾珠例數(shù)為3系列,其額定動(dòng)載荷為33300N,所以其強(qiáng)度夠用。 2）、支承方式 選用“單推—單推”的支承方式。 3）、效率計(jì)算； （5—13） 式中： ---- 螺紋的螺旋升角 ---- 摩擦角 ； 所以，= 則： （5—14） 經(jīng)驗(yàn)表明：在數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性計(jì)算可以不計(jì)算，因?yàn)椴捎妙惐确ǎ纳坪罂隙ê细瘛? （4）、齒輪設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)比i: （5—15） 式中； ---- 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為1.50， 計(jì)算出i〈 5，因此可以選一級(jí)傳動(dòng)。 大小齒輪都采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260HB—290HB，大齒輪硬度為220HB—250HB，精度選用六級(jí)，模數(shù)m=2mm , 齒寬b=20mm, 螺旋角α=， 齒數(shù)Z1=18，齒數(shù)Z2=75，則： （5—16） （5—17） 還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲勞強(qiáng)度，彎曲疲勞強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過程略。 3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定 （1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇； （5—18） （2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有很大影響，對(duì)加速能力，加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng)有直接關(guān)系，因此核算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。 縱向伺服系統(tǒng)改進(jìn)后等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的簡圖如下: 圖5-1 改造后的縱向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡圖 等效步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，采用下式； （5—19） 式中： ----工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 = （5—20） =×100=0.146（·） 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8× （5—21） =7.8×××140=45.741（） 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8×××2=0.262（） =7.8×××2=78.975（） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = = =7.58（）=75.8 （3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。 1）、快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 （5—22） 2）、 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： M=Mat+Mf+M0+Mt （5—23） 3）、快速進(jìn)給所需力矩 M=Mf+M0 （5—24） 式中：Mamax--空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； Mf --折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； M0 --由絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； Mat--切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； Mt --切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma= （N·m） （5—25） 式中；T為時(shí)間常數(shù)T=0.025s 當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma； nmax = =834r/min （5—26） Mamax= =2.764（N·m）=276.4（·） 當(dāng)n=nt時(shí)，Mat=Ma； （5—27） = =12.51 （r/min） Mat= =0.0395 （N·m）=3.95（·） （5—28） 當(dāng)η=0.8， f`=0.16時(shí)； =7.64（N·CM） 當(dāng)=0.9時(shí)： = （5—29） = =0.854（·）=8.54（·） = （5—30） = =13.5（·）=135（·） 從而求得，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+M0 =276.4+7.64+8.54 =294.88 （N·CM ） 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt =3.95+7.64+8.54+135 =155 （·） 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+M0 =7.64+8.54 =16.18 （N·CM ） 由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，即： Mmax=294.88 （N·CM ） 4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjm 為。 （5—31） =851.3 （N·CM ） 5）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算； （HZ） （5—32） 電動(dòng)機(jī)采用三相六拍的工作方式，經(jīng)綜合考慮，選用110BF003型的直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。 <一> 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡單，一般是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)安裝在大拖板上，用發(fā)蘭盤將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、減速比的確定及減速箱的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。 2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）、已知條件： 1）、縱向脈沖當(dāng)量 δy=0.0005mm/脈沖； 2）、縱向最高進(jìn)給速度 Vfymax=1m/min； 3）、C618車床工作臺(tái)質(zhì)量 w=40kg=4000N（根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算）。 4）、時(shí)間常數(shù) T=25ms （2）、橫向進(jìn)給切削力Fx的確定 根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知； 橫向進(jìn)給量為縱向的1/2--1/3 ，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。 =0.5×4712.4=2356.2（） =0.5=0.6×2356.2=1178.1（） （3）、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠在工作中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力；對(duì)滾道型面上某一點(diǎn)，是交變接觸應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后滾珠和滾道型面產(chǎn)生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠破壞的主要形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的時(shí)候，須保證能夠它在一定的軸向負(fù)載的作用下，在回轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應(yīng)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生，此時(shí)所能承受的軸向負(fù)載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載Q。 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。 1）、強(qiáng)度計(jì)算； 式中:K=1.4; f’=0.2,得; =2200.5 (N) 壽命值; 最大負(fù)載; ==6287.5 (N) 查參考文獻(xiàn)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可選用 WD2004型號(hào)的滾珠絲杠副,名義直徑為20mm,絲杠導(dǎo)程為4 mm ,螺旋角,滾珠例數(shù)為3系列,其額定動(dòng)載荷為7600N,所以其強(qiáng)度夠用。 2）、支承方式 選用“單推—單推”的支承方式。 3）、效率計(jì)算； 式中： ---- 螺紋的螺旋升角 ---- 摩擦角 = 則： 經(jīng)驗(yàn)表明：在數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性計(jì)算可以不計(jì)算，因?yàn)椴捎妙惐确ǎ纳坪罂隙ê细瘛? （4）、齒輪設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)比i: 式中； ---- 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為1.50， 計(jì)算出i〈 5，因此可以選一級(jí)傳動(dòng)。 大小齒輪都采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260HB—290HB，大齒輪硬度為220HB—250HB，精度選用六級(jí)，模數(shù)m=2mm , 齒寬b=20mm, 螺旋角α=， 齒數(shù)Z1=20，齒數(shù)Z2=66，則： 還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲勞強(qiáng)度，彎曲疲勞強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過程略。 3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定 （1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇； （2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有很大影響，對(duì)加速能力，加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng)有直接關(guān)系，因此核算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。 改造后的橫向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡圖如下: 圖5-2 改造后的縱向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡圖 等效步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，采用下式； 式中： ----工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =×40 =1.46（·）=0.0146（） 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8×××50=0.624（） 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8×××2=0.4（） =7.8×××2=47.36（） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = =4.82（）=48.2 （3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。 1）、快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 2）、 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： M=Mat+Mf+M0+Mt 3）、快速進(jìn)給所需力矩 Ma= N·M 式中；T為時(shí)間常數(shù)T=0.025s 當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma； nmax = =833.25r/min Mamax= =1.67（N·m）=167（ N·cm） 當(dāng)n=nt時(shí)，Mat=Ma； = = =66.34 （r/min） Mat= =0.0348 （N·m）=3.48（·） 當(dāng)η=0.8， f`=0.2時(shí)； =0.193（）=1.93（·） 當(dāng)=0.9時(shí)： = = =0.18（·）=1.8（·） = = =2.84（·）=28.4（·） 從而求得，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+M0 =16.7+0.193+0.18 =17.073（·） 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt =0.348+0.193+0.18+2.84 =3.561 （·） 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+M0 =0.193+0.18 =0.373（·） 由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，即： Mmax=17.073（·）=170.73(N·cm) 4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjm 為。 =490 (N·cm) 5）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算； （HZ） 電動(dòng)機(jī)采用三相六拍的工作方式，經(jīng)綜合考慮，選用110BF003型的直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。