1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計

1. 工作臺重量的估算
   縱向工作臺約重100kg，床鞍和回轉(zhuǎn)盤約重200kg，總重量G=100+200=300kg。
2. 切削力計算
   切削功率為

   Nc=NhK

   (1)

   式中：N——主電動機(jī)功率，7.5kW
   h——主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0. 6～0. 7，取0.6
   K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取0.96
   根據(jù)式(1)可得：N_c=4.32kW。又因?yàn)镹_c=F_zV/6120，則F_z=6120N_c/V，V為切削線速度，取100mm/min，所以主切削力F_z=2.59kN。通常：縱向切削分力F_縱=(0.6～0.9)F_z，垂直切削分力F_垂=(0.45～0.7)F_z，橫向切削分力F_橫=(0.5～0.55)F_z。取F_縱=0.6F_z=1.55kN，F(xiàn)_垂=0.45F_z=1.165kN，F(xiàn)_橫=0.5F_z=1.295kN。
3. 滾珠絲杠設(shè)計
   工作臺橫向進(jìn)給絲杠的軸向力

   F軸=KF橫+f'(F垂+W)

   (2)

   式中：K——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，K=1.1
   F_橫——橫向切削分力f'——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，f'=0.15
   W——工作臺、床鞍和回轉(zhuǎn)盤重力，W≈10G=3kN

1. 強(qiáng)度計算
   滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速：n=V_f/p，其中，進(jìn)給速度V_f=60mm/min，滾珠絲杠的螺距p=6mm，則得：n=V_f/p=10r/min。取壽命時間T=15000h，則壽命值L₁=60nT/10⁶=9。取運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)f_w=1.2，硬度系數(shù)f_H=1.1，則最大負(fù)載Q=(L)^⅓₁f_wf_HF_軸=5.625kN。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取滾珠絲杠的型號ND3506-1×2/E左，即內(nèi)循環(huán)，雙螺母墊片調(diào)隙式、公稱直徑為35mm、螺距為6mm、一圈二列、E級精度、左旋、滾珠直徑為3.969mm。其額定動負(fù)荷為12.847kN>Q，其強(qiáng)度夠用。
2. 效率計算
   由于所選滾珠絲杠的螺旋升角a=3°7'，摩擦角f=10'，則滾珠絲杠的傳動效率h=tga/tg(a+f)=tg3°7'/tg(3°7'+10')=0.95。
   縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計類似，計算從略。

2 步進(jìn)電動機(jī)及齒輪的選用

1. 橫向步進(jìn)電動機(jī)的選取
   1. 確定步距角取系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量dp=0.01mm/脈沖，選用步距角qb=0.75°
   2. 啟動力矩的計算
      絲杠牽引力

      Fs=F橫+1.414f當(dāng)W

      (3)

      式中f_當(dāng)——當(dāng)量摩擦系數(shù)，f_當(dāng)=0.01
      代入式(3)得 F_s=1.337kN
      設(shè)步進(jìn)電動機(jī)等效負(fù)載力矩為M，負(fù)載力為F_負(fù)，根據(jù)能量守恒原理，電動機(jī)所作的功與負(fù)載所作的功相等，即Mfh=F_負(fù)L，則

      M=F負(fù)L/hf

      (4)

      又F_負(fù)=F_s+µ(W+F₁)，數(shù)控裝置發(fā)出一個脈沖后，工作臺的位移量L為一個脈沖當(dāng)量0.001cm，這時電動機(jī)轉(zhuǎn)過的角度f=2pq_b/360°，代入式(4)得 M=F_負(fù)L/hf=360°dp[F_s+µ(G+F₁)]/2pq_bh=167N·cm式中：µ——機(jī)床導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取µ=0.18
      F₁——與重力方向一致，作用在移動部件上的負(fù)載力，F(xiàn)₁=F_垂=1.165kN
      如果不考慮啟動時的運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動力矩M_q=M/0.3～0.5，取安全系數(shù)為0.3，M_q=556N·cm。對于工作方式為四相八拍的步進(jìn)電動機(jī)，M_max=M_q/0.707=786N·cm。
   3. 步進(jìn)電動機(jī)的最高頻率
      取橫向進(jìn)給速度最大為V_max=1m/min，則步進(jìn)電動機(jī)的最高頻率為f_max=1000V_max/(60×dp)=1667Hz。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，選用110BFG型步進(jìn)電動機(jī)較合適，該電動機(jī)步距角為0.75°/1.5°，最大靜轉(zhuǎn)距為800N·cm，最高空載啟動頻率為1800Hz。
2. 齒輪設(shè)計(橫向)
   據(jù)步距角q_b、滾珠絲杠螺距p、脈沖當(dāng)量dp，則在步進(jìn)電動機(jī)與滾珠絲杠之間所加的一對齒輪的傳動比為：I=Z₁/Z₂=dp×360°/(q_b·p)=0.8，選Z₁=48，Z₂=60，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，齒輪模數(shù)取1.5mm。

3 數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計