立式数控铣床X-Y数控工作台非常完美 - 高分课程设计 - 图文

贵州大学本科课程设计论文 机电083

滚珠丝杠螺母副几何参数（单位mm）

名 称 符 号 计算公式和结果 20 5 45? 公称直径 螺距 接触角 钢球直径 丝杠滚道 螺纹滚道法面半径 偏心距 螺纹升角 d0 P ? dw R 3.175 R?0.52dw?1.651 e?0.0449 Ph?4?33' ?dwe ? ??arctg19.3 丝杆 丝杠螺母 丝杠外径 丝杠底径 螺杆接触直径 螺母螺纹外径 螺母内径（内循环） d1 d2 dz D 16.2 dz?dw?dbcos??17.75 D?d0?2e?2R?23.212 20.14 表一

D1 4、传动效率的计算 ○

将公称直径d0=20mm,导程P=5mm,代入λ=arctan[P/(?d0)]，得丝杠螺旋升角λ=4°33′。将摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得传动效率η=96.4%。

5、刚度的验算 ○

X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“一端固定—-一端游动”的轴承配置形式。可知这种安装适用于较高精度、中等载荷的丝杠，一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承,这样能承受集中力偶。 丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。

a、滚珠丝杠滚道间的接触变形量δ，查【3】中相关公式，根据公式Z??d0/dW，求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数?列数为3?2，代入公式Z??Z?圈数?列数，得滚珠总数量Z?=120。丝杠预紧时，取轴向预紧力Fy?Feq/3=498N。查【3】中相关公式，得，滚珠与螺纹滚道间接触变形 ?1?0.0013Pa/3dwFyz3式中 ?11

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Pa=?1?0.0013Pa/3dwFyz3=0.0013?1495/33.175?498?1203?0.0014。因为丝杠有预?紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取?1=0.0007mm。

b、 丝杠在工作载荷Fmax作用下的抗拉压变形?2

丝杠采用的是一端采用深沟球轴承，一端采用一对背对背角接触球轴承的配置形式，轴承的中心距a=500mm,钢的弹性模量E=2.1?105MPa,由表一中可知，滚珠直径

2dw=3.175mm,丝杠底径d2=16.2mm，则丝杠的截面积S=πd2【7】中，2/4=206.12mm,由

式3-35

?2?Feqa/ES

其中， 最大工作载荷Feq=1495N

中心距a=500mm 弹性模量E=2.1?105MPa

2截面积S=πd2=206.12/4mm2

代入以上数据，得 ?2=0.0172mm

则δ总=δ1+δ2=0.0007+0.0172=0.0179mm=17.9?m

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本例中，丝杠的有效行程取330mm，由【3】中知，5级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm时，行程偏差允许达到25?m，可见丝杠刚度足够。

6、稳定性的验算 ○

fkπ2EI根据【3】中 式5.7-17 Pa?2。

LK取支承系数fk=2；

4由丝杠底径d2=16.2mm求得截面惯性矩I??d2/64?3380 mm；

压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）； 滚动螺母至轴向固定处的距离L取最大值415mm。

代入公式，得Pa=27089N=F大于Cc=7533N，故不会失稳，满足使用要求。 7、临界转速的验算 ○

对于丝杠有可能发生共振，需验算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转

f22d2速nc，由【1】中P111式5-10得：nc?99102

Lc

其中 d2?d0?1.2Dw?20-1.233.175=16.19mm

Lc为临界转速计算长度Lc?d2?16.2

f2为丝杠支承方式系数f2=3.927（一端固定，一端游动）

代入数据得：nc =9428r/min

临界转速远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。 8、滚珠丝杠的选型及安装连接尺寸的确定 ○

由以上验算可知，选用GDM2005型的丝杠，完全符合满足所需要求，故确定选用该

型号，

由表一可知丝杠所需的安装连接尺寸

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3.2.5 步进电机的传动计算及电动机的选用

1、传动计算 ○

因为该铣床的加工精度为±0.04mm，脉冲当量为0.01mm/Hz， 考虑到最初决定不用减速箱取减速比i=1算的电机步距角： α=360iδ/Pb=0.72°

由于传动比为1，则不需要选用减速箱，采用电动机轴与丝杠通过联轴器联接的方式。

2、步进电动机的计算和选型 ○

a、步进电动机转轴上的总转动惯量的计算。

总转动惯量J主要包括电动机转子的转动惯量、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量。

ⅰ、滚珠丝杠的转动惯量J

由【1】中P134式5-28得：J?0.77D4L?10?12 式中 D为丝杠公称直径D=20mm

L为丝杠长度=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承

宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）=330+80+20+140+40=610

代入数据，得：J=0.7732043610310?12=7.52310?5kg.㎡ ⅱ、滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量

由【1】中式5-29得：J2?(

s2)M?10?6 2π其中 M为工作台的（包括工件）的质量M=

S为丝杠螺距S=5mm

G800?=81.6kg g9.8 代入数据，得：J2?(

52)?81.6?10?6?5.2?10?5kg.m2 2π ⅲ、初选常州宝马前杨电机电器有限公司的90YG5502型混合式步进电动机，可知其转子的转动惯量J3?4?10?4kg.㎡

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