双头可调立式钻床设计(3)

6钻头轴向进给系统的设计
6.1.1工作台基本参数

6.1 钻头轴向进给丝杠螺母副的计算和选型

经估算双头钻头、减速箱、电机三项总重量约为：80kg

故

由3.2.1知当单个钻头钻削时，受到轴向切削力为

6.1.2计算进给牵引力

    作用在工作台滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括工作台自身重量和工件重量作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。

选定进给为矩形导轨

故，                                                      （6.1）

—考虑颠覆力矩影响的实验系数，

故得，

6.1.3计算最大动载荷C

                      （6.2）

式中：

—滚珠丝杠导程，初选

—最大切削力下进给速度，等于钻床钻削时钻头进给速度。取最高进给速

度的1/3。

，故，

式中：

—使用寿命，按15000（h）；

—寿命、以转为1单位。

—运转系数，取

6.1.4滚珠丝杠螺母副的选型

查阅附录A表2[1]，可采用外循环调整预紧的不带衬套的双螺母滚珠丝杠，1列2.5圈，其额定动负载为13100（N），精度/级按表3-15[1]选为3级

6.1.5 传动效率计算

                        （6.3）

—螺旋升角， 

—摩擦角取；滚动摩擦系数

6.1.6刚度检验

先画出此进给滚珠丝杠支撑方式草图如图6.1所示。最大牵引力为3538（N），支撑间距L=400（mm），需预紧丝杠，螺母及轴承进行预紧。

图6.1 钻头轴向进给系统

（1）  丝杠的拉伸或压缩变形量

查图3-6[1]，根据，，查出可算出：

           （6.4）

两端均采用推力球轴承52205，且丝杠进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高四倍，其实际变形量为：

（2）  滚珠与螺纹轨道间接触变形

查图3-7[1]，W系列1列2.5圈滚珠和螺纹轨道接触变形量：

因为进行了预紧，故

（3）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形

推力球轴承52205，滚动体直径，滚动体数量

        （6.5）

注意，此公式中单位应为

因施加预紧力，故

根据以上计算：

<定位精度

6.1.7稳定性校核

滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。

6.2齿轮传e比计算

 (1)进给齿轮箱传动比计算

已确定进给脉冲当量，滚珠丝杠导程：，初选步进电机步距角为0.75度。可计算出传动比i

               （6.6）

考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径过大，以免影响溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速。

可选定齿轮齿数为

，，

因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数参照表6.1

表6.1 传动齿轮几何参数

6.3步进4机的计算和选型
6.3.1初选电机型号

    计算步进电机空载启动频率和切削时的工作频率

              （6.7）

由于计算齿轮传动比时选步距角。故，初选电机型号110BF004，其最高空载启动频率为500(Hz)。

6.3.2电机校核计算

1.等效转动惯量计算

计算简图见图3-1。传动系统折算到电机轴上的总的传动惯量可由下式计算：

                   （6.8）

式中：

—步进电机转子转动惯量

     、—齿轮、的转动惯量

—滚珠丝杠转动惯量

参考同类型机床，初选反应步进电机110BF003，其转子转动惯量

查表3-20[1]圆柱体（材料为钢）转动惯量：()

(1)              

（2）          

式中

、—齿轮、的分度圆直径。

、—齿轮、的齿宽。

（3）           

式中

—滚珠丝杆公称直径

—滚珠丝杠支撑间距

代入上式：

2.电机力矩计算

机床在不同的工况下，其所需的转矩不同，下面分别按各阶段计算：（1）快速空载启动力矩，（2）快速移动时所需力矩，（3）最大切削负载时所需力矩。

（1）快速空载启动力矩

                        （6.9）

                （6.10）

将前面数据代入，式中各符号意义同前。

设定启动加速时间

附加摩擦力矩

空载启动时，丝杠不受轴向切削力，但会受双头钻头、变速箱及主驱动电机的重力之和G。又因为丝杠未进行预紧，故丝杠此时的预加载荷即为KG。

         （6.11）

式中

—考虑颠覆力矩影响的实验系数，

—丝杠受双头钻头、变速箱及主驱动电机的重力之和。

—传动链总效率，一般取，此处取0.8

—滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取

以上两项合计：

（4）  快速移动时所需力矩

（5）  最大切削负载时所需力矩

         （6.12）

式中：

      —进给方向最大切削力

（6）  从上面计算可以看出，、、三种工况下，以最大切削负载时所需力

矩最大，以此项作为校核电机的依据。

从表3-22[1]查出，当步进电机为五相十拍时

最大静力矩  

查表3-23[1]，110BF004型o进电机最大静转矩为7.84。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电动机的启动矩频特性。

3.查表3-23[1]得，110BF004型步进电机允许的最高空载启动频率为500()

再从图3-17(o) [1]、图3-18(e) [1]查出110BF004步进电机启动矩频特性和3行矩频特性曲线。从图3-17(n) [1]看出，当步进电机启动时，时，。能够满足所需空载启动力矩（）直接使用不会出现失步现象可直接使用。

由6.2知于传动比过小可将减速箱去除，且不影响电机的0择。

6.4轨道的选择

根据额定载荷查附录C[1]选定导轨为JSA-LG15

7 X-Y工作台的设计

工作台纵横向进给结构完全相同

7.1工作台滚珠丝杠螺母副的计0和选型
7.1.1工作台基本参数

工作台材料：碳钢;查表1-5[3]得碳钢密度

工作台大小（mm）：

工作台重量：

初选工件重：

7.1.2计算进给牵引力

    作用在工作台滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括工作台自身重量和工件重量作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。

选定进给为矩形导轨o故，

                      （6.1）

矩形滑动导轨摩擦系数：

故得，，丝杠长400mm。

图7.1 工作台进给系统计算简图

计算过程参照主进给系统的计算过程

由计算可得丝杠型号为外循环调整预紧的不带衬套的双螺母滚珠丝杠；电机为90BF002型步进电机。

7.2轨道的选择

    根据额定载荷查附录C[1]选定导轨为JSA-LG15

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