3.4 伺服电机和滚珠丝杠副的参数计算与选用

已知以下参数：

滑座重量W1=3000N，刀架重量W2=I 5000N

滑动导轨动磨擦系数?=1,静磨擦系数?0=0.2 X轴和Z轴快速进给速度 VMax=7.5m/min 要求机床定位精度30?m/300mm，50?m/全行程 重复定位精度20?m

工作寿命20000小时(两班制工作10年) 其它状况见下表3-1：

机床工作状况表3-1

一、X轴滚珠丝杠和电机的选择与计算

1、确定滚珠丝杠副的导程 Ph=

VMax (3-1) i?nMax式中：Ph：滚珠丝杠副的导程(mm)，VMax：滑座最高移动速度(m/min) nMax:电机最高转速(r/rain)，设nMax=3000r/min i：传动比，电机与丝杠设为一级减速i=1/3 由表4-1得VMax=7.5m/min 代入式3-1得: Ph=

7.51?30003=7.5mm,

圆整取Ph=10mm

2、确定当量转速和当量载荷 1)各种切削方式下丝杠转速

nt=

Vt?103 (3-2) ph式中：ni：丝杠转速(r/min) i=1.2.?.n

Vi：进给速度(m/min) i=1.2.?.n

由表3-I得V1=0.02 V2=0.01 V3=0.002 V4=7.5代入式3-2中得： n1=2 n2=l n3=0.2 n4=750 2)各种切削方式下丝杠轴向载荷

Fi= Pxi+?(W1+W2+ Pzi) (3-3)

式中: Fi：丝杠轴向载荷(N) i=1.2.?.n

Pxi: 纵向切削力(N) i=1.2.?.n Pzi: 垂向切削力(N) i=1.2.?.n

由表3—1得 Pxl=6600 Px2=3300 Px3=1800 Px4=O

Pzl=11000 Pz2=5500 Pz3=3000 Pz4=0 已知滑座重量 W1=3000N，刀架重量W2=15000N代入式3-3中得：

F1=9500N F2=5650N F3=3900N F4=1800N ● 当量转速 nm=n1tt1t+n22+?+nnn (3-4) 100100100 式中：nm：当量转速(r/min)

t1 ,t2 ? tn ：工作时间百分比,

由表3-1得t1 =10 t2=30 t3=50 t4= lO 代入式3-4中得： nm=75.6r/min ●当量载荷

?3n1t13n2t23nntnF?F???F Fm=3?2N?1100n100nm100nmm???? ?

=

3203010750?10??3?56503??39003??18003??9500??

100?75.6100?75.6100?75.6100?75.6??=2069N

3、预期额定动载荷 1)按预期工作时间估算 Cam=360nmLhFmfw (3-6)

100fafc式中：Cam：预期额定动载荷(N)，nm：当量转速(r／min) Lh：预期工作时间(h)，Fm：当量载荷(N) fw：负荷系数，轻微冲击取fw=1．5 fa：精度系数，l～3级取fa=l

fc：可靠性系数，可靠性97％取fc=0.44 已知Lh=20000小时代入式3-6中得： Cam=31693N （3-7）

2)拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大轴向负载FMax计算： Cam= fe FMax

式中：fe：预加负荷系数，中 预 载 取 fe=4．5 已求最大负载FMax=9500N，代入式3—7中得：

Cam=4.5×9500=42750N

取以上两结果中的最大值，Cam=42750N

4、确定允许的最小螺纹底径

1)估算丝杠允许的最大轴向变形量

机床的伺服系统精度大多在空载下检验。空载时作用在滚珠丝杠副上的最大 轴向工作载荷是静摩擦力F0。移动部件在系统刚度最小Kmin处走动或返回时，由 于方向变化将产生误差2Fmin (又称摩擦死区误差)。它是影响重复定位精度的 最主要因素。一般占重复定位精度的(1／2～1／3)。所以规定滚珠丝杠副允许的