CP环形分配器方向光电耦合光电耦合光电耦合功率放大功率放大功率放大X步进电机工作台微机CP环形分配器Y步进电机方向CP环形分配器Z步进电机升降台方向
2.2 机械部分设计计算 2.2.1工作台外形尺寸及重量估算 纵向：X=1250mm
工作加工范围：纵向：X=320mm 工作台及夹具工件策略：Gx=2800N 横向：z=400
工作加工范围：横向：z=300mm 工作台及夹具工件策略：Gz=5500N
2.2.2钻削计算 Pz1=GFdXFfYFKF
查得：CF=304.11,XF=1,YF=0.8,KF=1取f=0.005mm/r
11
则：Pz1= 304.11×41×0.050.8×1=111N 2.2.3铣削力计算
.86Pz2=9.81×22.6a0afe0.72dt?0.86apz
ae=0.05dt(铣凸轮) — 铣削接触弧深 af=0.1mm/z 每齿进给量 铣刀直径：dt=12 铣削深度：ap=8 铣刀齿数：z=3
Pz2=9.81×22.6×20.860.10.72×12?0.86×8×3=217 查表得：PH/PF=1,则走刀抗力PH=PF=217N 2.2.4滚动导轨的参数确定
（1）导轨形式：在原有滑动导轨的基础上，采用贴塑处理，摩擦特性好，耐磨性好，减振特性好等特点，且工艺较简单。 2.2.5滚珠丝杆的设计计算
滚珠丝杆的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时情况计算。
（1）最大动负荷Q的计算：Q=3LfwP
运转系数fw=2，寿命值L=
1000Vs60nT，n= 610L0式中 L — 寿命 ，以106转为一单位 n — 丝杆转速（r/min）
Vs— 为最大切前力条件下的进给速度（m/min） 可取最高进给速度的1/2 — 1/3纵向: Vs=0.6m/min
12
L0 — 丝杆导程（mm）
T — 为使用寿命（h）,对于数控机床取15000h; fw — 运转系数，表3 — 14
初选丝杆螺距L0=6mm，得丝杆转速n为：n=
所以L=
60?60?150001061000Vs=60r/min L0=54
X向丝杆牵引力：Px=Pz2+1.414fGx
=217+1.414×0.001×3500=222N
式中 f — 当量摩擦系数，取0.01 所以最大动负荷：
X向：Qx=3LfwP=2229N
查表取滚珠丝杆直径d0=30,选用滚珠丝杆螺母副的型号为NL3005型，单螺母变导程预紧，见附录A表A—7 （2）滚珠丝杆螺母几何参数计算如下： 螺纹滚道 名称 公称直径 螺距 接触角 钢球直径 螺纹滚道法面半径 偏心距 符号 计算公式和结果/mm d0 t ? dq R e 30 6 450 3.969 2.064 E=(R-dq/z)sinβ=0.045 13
螺杆 螺纹升角 螺杆直径 螺杆内径 螺杆接触直径 螺母 螺母螺纹外径 螺母内径 ? ?=arctgt=3o21 ?d0d d1 dz D D1 D=d0-0.2dq=29.5 d1= d0+2e-2R=26.8 dz= d0- dqcos?=27.8 D=60 D1= 50 (3)传动效率的计算 ? =
tan?=0.96
tan(???)式中? — 摩擦角 约等于10ˊ ? — 螺纹升角 （4）刚度验算
滚珠丝杆受工作负载P引起的导程L0的变化量为 ΔL1=±
PL0 EF式中ΔL1 — 在工作负载P作用下引起每一导程的变化量（mm）； P — 工作负载，即进给牵引力（N）； L0 — 滚珠丝杆导程（mm）；
E — 材料弹性模数（N/mm2）,对钢为20.6×104N/mm2; F — 滚珠丝杆截面积（按内径确定） X向：
P=222N. L0=5mm, E=20.6×104 N/mm2
14
F=?R2=5.638cm2 所以ΔL1=±
295?0.56=±1.27×10cm 620.6?10?5.638丝杆因受扭矩而引起的导的变化量ΔL2很小，可忽略所以导程总误差 Δ=ΔL×100/ L0=2.53?m/m
查表知E级精度的丝杆允许误差1.5?m，故刚度足够。 6）步进电机的选用
（1）步进电机的步距角?b：对步进电机施加一个脉冲信息，步 进电机就回转一个固定的角度。
因为系统分辨率为0.01mm，所以取系统脉冲当量
?p=0.01mm/step
初选步进电机步距角?b=1.5o （2）步进电机启动转距的计算
设步进电机等效负载转矩为T，负载力为P，根据能量守恒原理 电机所做的功与负载力做的功有如下关系：T??=Ps 式中 ? — 电机转角；
s — 移动部件的相应位移； ? — 机械传动效率
若取?=?b=1.5o，则s=?p,p=pH+?(G+Pz) 所以T=
36?p2??b?[PH+?（G+Pz）]
式中： pH — 铣削时走刀抗力（N）；
G — 移动部件重量（N）；
Pz — 与策略方向一致的切削力（N）；
15