数控抛光机设计

第一章引言

1.1课题的背景和意义

在现代工业生产中，零件的复杂程度和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展广泛应用于数控系统中，数控装置的基本功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。

抛光机亦称研磨机，其工作原理是电机带动抛光盘高速旋转，由于抛光盘上的海绵、羊毛和抛光剂共同作用，与待抛表面保持摩擦，进而达到去除漆面污染、氧化层、浅划痕的目的。我国目前仍以手工研磨抛光为主，该方法不需要特殊的设备，适应性比较强，主要依赖于操作者的经验技艺水平，不仅效

率低，且工人劳动强度大，质量不稳定，周期长，工人作业环境差。特别是模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，但手工抛光的以上缺点制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。

计算机数控研磨和抛光技术是一种由计算机控制的精密机床将工件表面磨削成所需要的面形，然后用柔性抛光模抛光，使工件在不改变精磨面形精度的条件下达到镜面光洁度的光学零件制造技术。数字式抛光机这种抛光工具采用数字化控制，数字式显示和控制工艺参数，备有整套磨头及磨料，半自动抛光，具有体积小、使用方便的优点。抛光不仅增加工件的美观，而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性，还可以使模具拥有其它优点，如使塑料制品易于脱模，减少生产注塑周期等。因而抛光在零件加工过程中是很重要的一道工序。数控化的抛光机还可以解决用户过去因工件形状复杂难以达到抛光要求这一难题。并且缩短了抛光时间提高了工作效率。采用该工具进行抛光，可快速对粗糙表面整形抛光，不受工件形状、材料硬度限制，对原始表面粗糙度没有要求，功效比较高。

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1.2数控抛光技术的发展状况

（1）目前，美国亚里桑那大学的光学中心，已基本上用计算机数控研磨抛光加工技术取代了传统的手工研磨抛光加工非球面光学零件。（2）80年代末，日本研制出了的超精密数控范成法研磨机，使用该研磨机加工出的光学零件，其面形精度达到了0.08μm，表面粗糙度的均方根值为0.2nm。若用沥青抛光模进行加工，表面粗糙度的均方根值能达到0.035nm。最近，日本采用门型机械加工中心，使用4000#～8000#铸铁丝结合金刚石砂轮，利用ELID（在线电解修正法）磨削法，磨削BK-7光学玻璃，所获得的非球面的面形精度为1μm，表面粗糙度为43nmRmax。（3）德国的计算机数控研磨抛光技术很快。Loh公司生产的CNCSPM50和120研磨抛光机，不仅可以粗、精磨球面光学零件，而且还可以粗、精磨非球面光学零件。施耐德（SCHEIDER）光学机械公司90年代末制造的ALG100型计算机数控非球面磨床和ALP100型计算机数控非球面抛光机，可以高效率地进行非球面光学零件的生产。

针对产品制造中的研磨抛光工序和高速数控机床在制造业中的广泛应用，以及手工抛光的缺点和未来抛光技术发展的方向。在指导教师房晓东老师的指导和建议下，在普通机床立式坐标镗床的基础上进行数控抛光机床设计。

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第二章数控抛光机的总体设计

抛光机的总体设计是抛光机设计的关键环节，对机床的技术性能和经济性能指标起着决定性作用。抛光机的总体设计是根据设计要求，通过调查研究，检索资料，掌握抛光机设计的依据；然后进行工艺分析，拟订出性能先进，经济性好的工艺方案；工艺分析只确定零件的加工方法，以及要获得的零件需求应具有的运动。如何实现这些运动，有哪几个部件产生运动以及怎样产生所需的运动，工件是立式加工还是卧式加工，运动控制、抛光机的控制位置等，将是总体布局所要解决的问题。

2.1 工艺分析

大批量加工，零件为非球形曲面凹形工件，需要对工件的内表面进行抛光，所需要的运动为三坐标的相关联运动。（即三轴联动的数控抛光机）。为了适应机械行业的发展趋势，提高机床的自动化程度，减少一般工厂中工人的劳动量，改善工人的工作环境。在数控抛光记的设计中特应用简单的数字控制系统。就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。然而这些问题可以在一个简单的数控系统中很容易地得到很好的解决。随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围的应用普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。所以我们采用了如下的设计方案：

进给系统采用步进电动机——数字控制，滚珠丝杠，双螺母垫片调整间隙，导轨副采用直线滚动导轨副。

上述方案的提出，我综合考虑了以下内容：

1.步进电动机具有以下优点：

控制系统简单，工作可靠，成本低，控制性能好，在一定的频率下，能按控制频率的要求快速启动、停止和反转。控制输入脉冲频率，电动机的转速就随之改变。并可在很宽的范围内平滑调节，是开环控制系统的理想元件。

2.滚珠丝杠副传动的优点：

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传动效率高，摩擦损失小，其功率消耗只相当于常规丝杠螺母副4/1

3/1。

~

给予适当预紧,可消除丝杠和螺母的螺纹间隙反向可消除空程死区，定位精度高，刚性好。启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。磨损小，使用寿命长，精度保持性好。

3．双螺母-垫片调整间隙并预紧，该方式结构紧凑，调整方便。

4．直线滚动导轨副的优点：

摩擦系数小和动、静摩擦系数很接近。因此，动作轻便，摩擦力小，摩擦发热少，磨损小，可避免出现爬行有较高的定位精度。如果采用滑动导轨其接触刚度较小，但是摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦系数差别大，而且低速时易产生爬行现象。应此不采用滑动导轨副而采用直线滚动导轨副。

2.2 总体布局

抛光机要有纵向、横向、垂直方向的运动和抛光头的旋转运动。各运动的动力源均采用步进电动机驱动，以便于实现联动控制。纵向、横向和垂直方向均采用滚珠丝杠螺母将旋转运动转变为直线运动。

分配抛光机的运动：工件为中小型工件，工件的纵向、横向运动和垂直运动由滚动导轨带动工作台实现；抛光头的旋转运动由主轴实现，这样基本可以均匀分配运动，使每个运动件减小重量，降低惯性，需要的驱动力就小，传动机构体积小，一般说来制造成本就低；选用的电动机和丝杠螺母就相对普通，便于购置。工作台的结构简单，有利于提高运动精度、刚度和加工工件的精度。

机床形式：机床形式是指主运动执行件的状态，支撑形式是指支撑件的形状，支撑件高度方向尺寸小于长度方向尺寸时称为卧式支撑；支撑件的高度方向尺寸大于长度方向尺寸时称为立式支撑。数控抛光机采用立式机床形式和立式支撑形式。这种结构占地面积小，机床的操作比较灵活。适用于加工箱形零件。

抛光机的总体布局：

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图2-1.抛光机布局形式

图2-2.抛光机布局形式

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图2-1布局：主电动机和主轴部分传动机构均随主轴箱上下运动，无相对移动环节，传动机构布置较方便，并易于实现主轴箱机动上下移动。立柱导轨位于立柱中间，加工较困难。主轴箱和主电动机等较重，上下移动不便。

图2-2布局：仅主轴箱上下移动，移动部件轻视用于较大尺寸的机床。单立柱式结构简单，制造较方便，便于操作。考虑到机床的加工范围、生产率、加工精度和经济性等多方面因素，选用图2-1布局。

2.3 提高抛光机动刚度

2.3.1 减小热变形

抛光机工作时受到外部热源的影响，如：电动机和环境温度等，以及内部热源的影响，如：摩擦热、切削热等，使机床各部分温度发生变化。热源在机床上分布不均，且产生的热量不同。自然会导致机床各部分不同的温升。由于不同的金属材料具有不同的热膨胀系数，造成机床各部分变形不一，产生机床热变形。使机床机工精度降低，运动部件磨损加快。

减少热变形最简单有效的方法是隔离热源。在抛光机结构设计时，将电动机和主机分离主轴电机位于主体上方，利于散热，加强空气流通，改善环境温度等。

2.3.2 降低噪音

机床振动时噪音源，主要是：（1）滚动轴承及其他传动零件的振动、摩擦等造成的机械噪声。（2）电动机风扇、转子旋转搅动空气形成的空气噪音。（3）电动机定子内磁滞伸缩产生的电磁噪音。

在数控抛光机设计中采用的降低噪音的措施：缩短传动链，减少传动件的个数，选用的电机合理，尽量减少电动机因驱动载荷的变化代来的噪音。

2.4 造型设计

机床的造型必须和功能相适应，功能决定造型，造型表现功能。数控抛光机造型总的原则是经济实用，自动化程度高，美观大方。

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数控抛光机外观造型整体统一，均衡稳定，比例协调。部件的形体采用小圆角过渡的棱柱体造型。

2.5 主要技术参数的确定

2.5.1 尺寸参数

抛光机主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的。它必须满足以下要求：（1）直接反映出抛光机的加工能力和特性；（2）决定其他基本参数值的大小；（3）作为机床设计的出发点；（4）作为用户选用机床的主要依据。

2.5.1.1 主要尺寸参数（主参数）的确定

抛光机的主参数主要决定于加工工件的尺寸。依据设计任务和设计要求确定抛光机的主参数为：工作台工作面尺寸300X480mm。

2.5.1.2 其他尺寸参数的确定

其他尺寸为抛光机的第二主参数，它是与工、夹、量具标准化和机床结构的相关参数，它根据主参数来确定。工作台最大移动距离x向600 mm, y向400mm,主轴箱移动（z向）230mm。导轨长度Lx：1000mm，Ly：560mm,Lz:360mm。

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第三章数控抛光机的设计计算

X向移动系统的设计计算已知条件：

移动部件的重量：G=800kg=8kN，时间常数：T=25ms，滚珠丝杠基本导程：

L 0=5mm，行程：S=500mm，脉冲当量：δ

p

=0.0125mm/step，步距角：

75

.0

=

α/step

快速进给速度：

m ax

V=5m/min。

3.1 步进电动机的选择

3.1.1 步进电动机的工作原理及特点

步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每接受一个电脉冲，在驱动电源的作用下，步进电动机转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及速度分别与输入的控制电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，所以用微机很容易实现步进电机的开环数字控制。

步进电机的工作原理为：假定转子具有均匀分布的四个齿，尺宽及间距一致，故齿距为3600/4=900，三对磁极上的齿（亦即齿距）亦为900均布，但在圆周方向一次错过1/3齿距。如果先将电脉冲夹道U相励磁绕组，定子U相磁极就产生磁通，并对转子产生磁吸力，使转子离U相磁极最近的两个齿与定子的U相磁极对齐，V磁极上的齿相对于转子齿在逆时针方向错过了300，W磁极上的齿将错过600。当U相断电，在将电脉冲电流通入V相励磁绕组，在磁吸力的作用下，使转子与V相磁极靠的最近的另两个齿与定子的V相磁极对齐，转子眼逆时针方向转过300角，这个角度就叫步距角。步进电动机的步距角越小，意味着所能达到的位置控制精度越高。

根据上述工作原理，步进电动机有下列特点：

1．步进电动机受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲数成正比，即θ=Nα

式中θ电动机转过的角度（0）

N 控制脉冲数

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步距角（0）。

2．步进电动机的转速与输入脉冲数成正比。

3．步进电动机的转向可以通过改变通电顺序来改变。

4．步进电动机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电，电动机就可以保持在该固定位置。

5．步进电动机工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流大小与波形的变化、温度等）影响，只要干扰未引起步进电动机产生“丢步”，就不会影响其正常工作。

6．步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现积累误差，但转子转过一转以后，其积累误差为“零”，不会长期积累。

7．易于直接与微机的I/O接口，构成开环位置伺服系统。

步进电动机的广泛应用，使系统简化，并可靠的获得较高的位置精度。反应式步进电动机又叫做可变磁阻式步进电动机，简称VR步进电动机。反应式步进电动机种类很多，可以有不同的相数，不同的磁路结构，不同的绕组连接等。但是它们的工作原理相同。反应式步进电动机在我国研制较早，生产量较大，典型的是BF系列，并已制定了国家标准。我国可生产机座号（指电动机直径）从28至200各种型号，最大静转矩可以从0.0176至15.68N*m，步距角从15度至数分多种。

反应式步进电动机结构较简单。通过对反应式步进电动机工作原理的分析，发现同一台电动机可以有不同的通电方式，可以有不同的拍数。反应式步进电动机可以做成不同的相数，例如4、5、6、8相等均可以，其基本的工作原理同三相时相同，也可以在不同的通电方式下运行。

反应式步进电动机的特点：

1. 气隙小定转子之间的间隙称为气隙。从制造工艺上考虑，气隙大一些为好，但从电机性能上看，在励磁电流相同时，气隙越小，磁通密度越高，电磁转矩越大。在定转子齿对齿的状态下，气隙越小，定位精度越高。所以一般反应式步进电动机的气隙都做得很小，约在30-50范围内.

2. 步距角小因为反应式步进电动机定转子是采用软磁材料做成的，没有

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磁钢，靠磁阻变化产生转矩。在机械加工所能允许的最小步距情况下，转子的齿数可以做得很多。

3. 励磁电流较大 要求驱动电源功率较大。

4．电机的内部阻尼较小 当相数较小时单步运行振荡时间较长。

5．断电后无定位转矩。

3.1.2 步进电动机的选择计算过程

1. 选择电机

脉冲当量小可提高加工精度，但使系统复杂。一般加工精度在0.1 ~ 0.02 mm 的数控铣、钻、镗床p δ，可选为0.0125 mm /step ，初步确定 75.0=b θ/step 。

1) 转动惯量计算：

工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：

()G J p ?=21180παδ

()80075.014.30125.01802

???=

23.7cm kg ?= 273cm N ?=

丝杠的转动惯量：

l D J 442108.7-?=

1002.3108.744???=-

279.81cm N ?=

联轴节转动惯量： 查手册得2360cm N J ?=

2J 、3J 与电机同轴，故可直接相加，则总转动惯量为：

2321.79.2146079.8173CM N J J J J =++=++=

2）转动力矩计算：

快速空载时所需力矩：

0max M M M M f ++=

最大切割负载时所需力矩：

t f at M M M M M +++=0

快速进给时所需力矩：

0M M M f +=

式中 max a M —— 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩

- 11 - f M —— 折算到电机轴上的摩擦力矩

0M —— 由于丝杠预紧所引起折算到电机轴上的附加摩擦力矩 at M —— 切割时折算到电机轴上的加速度力矩

t M —— 折算到电机轴上的切削力矩负载

m N T Jn M a ??=-4

106.9

当max n n =时， a M M =max

cm N m N M ?=?=???=-14949.110025.06.967

.166479.214max

当8.0=η，005.0='f 时

πη20Gl f M f '=

cm N cm kgf M f ?=?=????=777.44777.08.014.326

.0800005.0

当9.00=η时，预加载荷x F P 31

0=，则

()()

cm

N cm kgf l F M cm

N cm kgf l F M x t x .4.119.94.118.014.326.01002.56.7.756.08.014.369.016.010061022

000==???====??-?=-=πηπηη

所以，快速空载启动所需力矩：

cm N M M M M f a .337.16156.7777.41490max =++=++=

快速进给时所需力矩：

cm N M M M f .337.1256.7777.40=+=+=

抛光时所需力矩：

cm N M M M M t f .737.1314.11956.7777.40=++=++=

由以上计算分析可知：所需最大力矩cm N M .337.161max =

3）步进电动机的确定：

cm N M M q .34.4034.0337

.

1614.0max ===

为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知： 866.0=jm

q

M M

所以，步进电机最大静转距jm M 为 cm N M

M q

jm .75.465866.034

.430866.0===

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步进电机最高工作频率： HZ V f p 33.13330125

.060100060max max =?==σ 综合考虑，查表选用110BF004型直流步进电机能满足使用要求。

4）电机性能参数：

步距角 5.1/75.0=α

最大静转距500N.cm

最高空载启动频率500step/ s

运行频率7000setp/s

相数 3相

电压 30V

相电流4A

外径 110mm

长度 125mm

轴径 16mm

重 60N

3.2 滚珠丝杠的设计计算

3.2.1 滚珠丝杠螺母的特点

滚珠丝杠螺母副能保证机床进给动作灵敏、传动效率和传动精度高的要求。 滚珠丝杠螺母副中丝杠及螺母的工作表面为弧型螺旋槽，装配后形成螺旋滚道，在螺旋滚道内放入一定数量的滚珠，使丝杠与螺母在工作时形成动摩擦。

滚珠丝杠螺母副的优点是摩擦系数小、传动效率高、所需传动转矩小、灵敏度高，低速运动平稳性好、磨损小、精度保持性好，使用寿命高，可通过预紧和间隙消除措施保证其反向转动精度。缺点是加工复杂，成本高，垂直安装时不能自锁。滚珠丝杠螺母副中，滚珠的循环方式分外循环和内循环二种方式。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环方式。为保证反向传动精度和机构的轴向刚度，必须消除丝杠螺母的轴向间隙，并应适当预紧。在很多情况下，通常采用双螺母结构来解决。

- 13 -

3.22 滚珠丝杠螺母的选择原则

XYZ 工作台中X 、Y 、Z 方向的移动，可以采用螺旋机构或者齿轮齿条传动机构，这两种均可以把旋转运动转变为直线运动。因为此机构以传递运动为主，要求有较高的传动精度，又要求结构紧凑，所以选用螺旋机构，但是螺旋机构中滑动丝杠与螺母之间的相对运动时，磨损较为严重，影响传动精度，寿命短，效率低，不能满足高速度、高效率和高精度等传动要求。为了使传动灵敏又能满足精度要求，选用滚珠螺旋机构，也就是采用了滚珠丝杠螺母机构传动。，

3.2.3 滚珠丝杠的选择与校核

根据实际工作，取2KN 2F Fp 1KN,F F ,1KN F f f c f =====。

则导轨工作时间的轴向力P m 为：

P m =G )(F f k.F c f +'+

=8000)+(10000.005+1000 1.1??

=1145N

(k 和f '是直线滚动导轨的摩擦系数，分别取1.1和0.005)。

1) 丝杠的最大载荷：1145N P F m max ==

丝杠的最小载荷：40N 80000.005f.G F min =?== 平均载荷：N F F F m 67.7763

40229032min max =+=+= 最大进给时丝杠的转速：min 2005

10000max max r l v n === 最低转速取：m in 5min r n = 平均转速：min 1353

52002r n av =+?= 丝杠的工作寿命取15000h,

精度系数： 1=a f

运动状态系数：5.1=w f

寿命值：5.12110

1500013560106066=??==l n L av i 得当量动载荷：N f f L F C a w m m 6.55331

5.15.12167.77633=??== 查样本型号为FFZ3205。额定动载荷N C a 19600=，丝杠直mm d 320=，刚球直径mm d 5.3=，导程mm L 50=，浮动式反向器内循环，每个滚珠有三列，双

- 14 - 螺母垫片预紧，预加载荷为

,62504N C a =，远大于预加载荷的3

1，精度等级为E 级精度。

2) 丝杠的精度校核 滚珠丝杠受工作负载m ax F 引起的导程变化量：ΔEF

l F l i 0max ±

= 以上公式当中：261021N E ?=

cm mm l 5.050== 滚珠丝杠截面积：22279.5114.3285.22cm d F =???

? ??=??? ??=π 则： cm l 6261103.514.3285.210215.01145?±=???

? ?????±=? 扭矩引起的导程变化量2l ?很小可忽略，即：1l l ?=?

所以，导程变形总误差Δ为：m m l l μ8.8103.56

.010010060=??=?=?- 查表可知，E 级精度的丝杠允许螺距误差（1m ）长为15μm/m,故刚度足

够。

3) 效率计算：

丝杠螺母的传动效率η为：()

?γγη+=

tg tg 公式中摩擦角01'=φ螺旋开角523'?=

则 ()953.001523523='+'?'?=tg tg η 4) 稳定性计算：

失稳是临界负载)22ul E p j k π=

式中：丝杠材料弹性模量 ()261021cm N E ?= 丝杠工作长度：mm l 500=

截面惯性矩，圆柱： 4164d J π=

mm R d d e 9.272201=-+= 丝杠轴段系数： 2=μ

则：()24625029.2764

14.3102114.3?????=k p kN 522.61=

所以145

.1522.61max =F p k 远大于[]4=k η

- 15 -

故不会失稳。

5) 丝杠螺母副各参数：

导程 mm l 50=

行程 mm s 500=

公称直径 mm d 320=

滚珠直径 mm d b 5.3=

接触角 ?=45β

滚道半径 mm d R b 9425.1211.1== 滚道圆弧偏心距()()1361.0707.09425.1cos 2=?=-=βb d R e

螺旋开角 ?='=?417.3523γ

丝杠大径 mm d d d b 3151~4101=??

? ??-= 丝杠小径 mm R e d d 5.282201=+-=

丝杠螺纹牙顶圆角 mm d r b 35.01.0==

螺母大径 mm R e d D 5.35220=+-=

螺母小径 mm d d d D 332

1001=-+= 3.3 滚动导轨的选择与计算

3.3.1滚动导轨的特点

为了实现高精度、高可靠度及平滑稳定的直线运动需求，我选择滚动导轨。我所选择的直线导轨是GGA 系列线性导轨。

GGA 系列直线滚动导轨采用3列双圆弧接触式及45°接触角的钢珠系列设计，提供角的钢珠列设计，提供径向、反径向及横方向四方向的相同额定负荷能力，无论X 、Y 、Z 等轴的各种安装方式都可以使用，并且可在维持低摩擦阻力情况下均匀的施以预压，增强四个受力方向的刚性，特别适合高精度与中等负荷的运动方式。高刚性，四方向等负荷设计，能够均匀的将润滑油脂注入每个循环回路，无论各种安装方式都可以获得最佳的润滑效果，并且提升整体的行走顺畅度与使用寿命，实现高精度、高可靠度及平滑稳定的直线运动需求。

- 16 -

3.3.2 导轨的设计计算

1）查手册，导轨的额定动、静载荷分别为Ca=11.3kN,Coa=14Kn

查表3.1得：5.1,3,66.0,1,1=====r w c h t f f f f f

滑块的载荷： ()()KN F G P P P P 25.2184

1414321=+=+=

=== 代入下式： K P C f f f f f L c a w c t h ????? ???=εr 式中K=50, ε=3,则 ()3

.75350

07.1550

02.544.0153545075.13.112.1166.01133

=?=??==???? ??????=L

式中：

()()

—载荷系数

——精度系数

——接触系数

——温度系数

——硬度系数

——计算载荷——额定寿命—w r c t c f f f f fh KN P km L 见表3.1

- 17 -

表3.1

寿命时间的计算

当行程长度一定，以小时为单位的额定寿命为：

h n L L n L L L a a h 95.312614

5.03.7533.83.860210223=??=≈?= 按年工作日为300天，两班工作制，每班8小时，开机率为80%，则预计寿命年限为：

14.88

.01630095.31261=??=h L 年 满足要求。

2）导轨尺寸参数（见图3.1）：

- 18 -

图3.1.GGA-BA 导轨

3.4 主轴电动机的选择

1）估计抛光力为50N ，抛光头直径为60mm,主轴转速约为n=3000n/min

则抛光速度min /2.5651000

6014.330001000m D n V =??==π 功率W FV p 47160

502.565=?== 查手册选择电动机G5638微型单相电动机。

2）G5638型电动机的主动参数

功率=P 550W,额定转速8000r/min,效率%,68=η额定转距2.3N.m ，额定电流4.18A,启动电流4.5A,功率因数88.0cos =β。

3.5 滚珠丝杠轴承的选择

选取7204AC 型角接触球轴承，其内径d=20mm,外径D=47mm,宽B=14mm,欲加载荷F r =1000N,平均载荷F a =1000N ，额定载荷C a =14KN 。

当量动载荷68.01/>=r a F F

N F F YF XF P a r a

r 128087.041.0=+=+=

式中—径向系数——轴向系数

—Y X

疲劳寿命计算

- 19 -

T

P C L h >=???

? ????=??

? ??=57.114014128010145005003ε

能满足要求。

鉴于另一端支撑部分只承受丝杠重量选6204，不用计算。

轴承尺寸见（图3.2

） 图3.2轴承尺寸

3.6 轴承端盖外形尺寸的确定

由轴承外径知D=47mm,查手册知，螺钉直径d3=M8,螺钉数目n=4。

()()mm

b mm

e D D mm d e mm

d D D mm

d D D 10336.96.1~2.1476.1~2.16.982.12.18785.2675.26785.2475.214330230==?-=-==?===?+=+==?+=+=

- 20 -

3.7步进电动机轴联接键的选择

由于是静联接，选用普通平键，圆头，轴径d=16mm,键宽b=5mm,键长l=18mm. 故键的接触长度mm b l l 13518=-=-='。

毂材料选用45钢，需用挤压应力查得[]Mpa b 125=σ（静载荷）

所以键能传递的转距为[]cm N d l h T b ?=???='=25.20311251354/14/1σ 远大于快速启动转距161.337N.cm,故满足使用要求。

3.8 主轴电动机轴联接键的选择

由于也是静联接，选用普通平键，圆头，轴径d=11mm,键宽b=4mm,高h=5mm,键长l=10mm.

故键的接触长度mm b l l 6410=-=-='，

毂材料选用45钢，需用挤压应力查得[]Mpa b 125=σ（静载荷）

所以键能传递的转距为[]cm N d l h T b ?=????='=25.103112511654/14/1σ 远大于快速启动转距,.300.30006050cm N mm N ==?,故满足使用要求。

3.9 主轴支撑轴承的选择

因为主轴受到双向的轴向力和较小的径向力，所以选用圆锥滚子轴承，两端采取相对安装，即“背对背”安装方式。估取轴向力Fr=1Kn,径向力Fa=1Kn, 预选轴承代号32210,查手册知：

预期使用寿命

87.0,41.01/42

.0,8.82,15000==∴>===='Y X e

Fr Fa e KN C h L r h 查表知

当量动载荷

()

N

YF XF f P a r d 1536100087.0100041.02.1=?+??=+?=

额定动载荷

N

C n L P C r h r 8280094.4336220000

30001500015362000033

=<=??=?='