四轴石材雕刻机设计.doc

本科论文目 录摘 要1Abstract1引 言31 产品概述51.1 研究的目的与意义51.2 国内外研究现状和发展趋势61.3 主要研究内容72 设计要求93 结构设计103.1 设计方案103.2 结构分析103.2.1 各部分结构设计113.2.2 导轨参数确定133.3 重要部件的设计计算163.3.1 工作台设计163.3.2 滚珠丝杠设计163.3.3 进步电机的选用183.3.4 齿轮的传动比193.3.5 进步电机负载计算203.3.6 铣削力的计算204 四轴石材雕刻机的进给运动14.1 方向进给运动组成14.2 滚珠丝杠的选择14.3 联轴器的选择24.4 右侧板的三维造型34.5 主传动系统45 程序66 经济技术分析86.1 使用说明9结 论11参考文献12致 谢13本科论文摘 要石材雕刻机是现代石材雕刻加工中必不可少的一种机器。石刻工艺石雕制品这是一门历史悠久的传统艺术。 长期以来，工匠使用大理石和其他天然石材作为主要基材，采用传统技术，并使用凿子，锤子，手动研磨机等先进工具。 要创建各种形状的石材硬化产品，例如大型石雕柱，雕像和雕花栏杆Wait。 如今，经过认证的城市装扮需要良好的环境和手工艺品来装饰城市装扮，因此城市的装潢需要大量的石材产品。 然而，由于传统雕刻产品的生产时间长，且各种石材切割产品无法快速批量切割，传统雕刻产品的工艺无法很好地满足该市场的需求。,而且必须由一批专业的石刻机操作人员负责来设计和完成。针对此市场的现状,国外一些著名的石材雕刻机械企业设计开发出一种全新的石刻机。具体设计和研究的内容如下:首先,明确了研究的内容,确立了设计的方向。随着近年来我国经济和石材业的快速发展和成长,业界的石材企业的竞争、产品竞争变得越来越激烈。 在这种竞争的情况下,提高石材产能、增强石材产品的附加值、提高石材产品的利润率、增强石材企业的竞争力就已经成为整个我国石材业发展急需解决的基础性问题。目前在石材行业中,以通过提高我国石材的深加工水平、提高我国石材的生产利用率等手段作为要领引进技术来实现增加利润作为出发点的基本原理,通过引进和改革新的深加工机械设备并采用新的现代石材加工技术，一些具有先进技术意识的中国石材行业引领了石材行业的快速增长。其次,在进行石材设计前必须进一步了解四轴加工石材雕刻机的具体工作原理,此次我们设计的四轴石材雕刻机采用旋转四轴雕刻机作为加工石材，在三轴的基础上增加了y和旋转轴。一般的情况下是在三轴的基础上重新加上了一个旋转轴,一共有四个旋转轴分别是x,y,z和a旋转轴。四轴石材加工的雕刻操作过程中,工件在一次加工装夹后能同时完成多个面的切割加工同时，还可以对复杂的空间曲面工件进行高精度加工。 四轴石材加工雕刻机主要由所有刀库，工作台，控制系统和驱动系统组成。四轴加工石材雕刻机采用了传统的切削式加工的方法实现对零件内部材料的切削与去除。机械雕刻操作系统的工件可以直接处理从各种软橡胶到硬塑料和石材的各种材料，并且制造和安装成本相对较低。应用的范围较广。本次设计原则以符合要求的设计理论为基础,与国家相关标准一样，设计合理可行，对类似产品的设计具有一定的参考价值，可供相关技术人员参考。关键词：四轴石材雕刻机；工作平台；旋转轴；石材AbstractStone carving machine is an indispensable machine in stone processing. Stone carving is a traditional art with a long history. For a long time, skilled craftsmen used marble and other stone materials as substrates, and used traditional techniques to carve various products, such as stone columns, statues, and carved railings, with tools such as chisels, hammers, and manual grinders. Nowadays, beautifying cities need environmental art to dress up, so they need a lot of stone carvings. However, the traditional engraving process can no longer meet this demand, because the traditional engraving time is too long, and the engraving products can not be engraved in batches in a relatively fast time, and it must be completed by professional engravers. In response to this situation, a foreign stone machinery company designed a stone carving machine. The specific research contents are as follows:First, clarify the research content and establish the design direction. With the rapid growth of China's stone industry, enterprise competition and product competition in the industry are becoming more and more fierce. Under this situation, increasing production capacity, enhancing product added value, improving product profitability, and enhancing enterprise competitiveness have become the urgent needs of the entire stone industry. problem. At present, in the industry, the principle of increasing the profit point is to increase the level of deep processing of stone and increase the utilization rate of stone.There are a few leading conscious stone industries that introduce, reform new mechanical equipment and adopt new stone processing technology to lead the industry Growth. Secondly, you must understand the working principle of the four-axis stone engraving machine before designing. The stone engraving machine designed this time is a four-axis stone engraving machine, which adds an A-axis on the basis of the three-axis, and generally the three-axis Based on the addition of a rotation axis, a total of four axes are x, y, z and a axis. In the process of four-axis machining, the workpiece can complete the processing of multiple surfaces after one clamping, and it can also process complex spatial curved surfaces with high precision. The four-axis stone engraving machine is mainly composed of a tool magazine, a workbench, a control system and a drive system. The processing of stone materials uses traditional cutting methods to remove parts materials. The mechanical engraving system can process a variety of materials from soft rubber to hard stone. The manufacturing and use costs are relatively low, and the application range is wide.This design principle is based on the design theory that meets the requirements and the relevant national standards. The design is reasonable and feasible, and it has a certain reference value for the design of similar products for the reference of relevant technical personnel.Keywords: Four-axis stone engraving machine; working platform; rotating shaft; stone引 言中国拥有丰富的资源和丰富的矿产资源，尤其是中国的石材工业资源几乎可以划分到全国几乎所有省市。 就世界而言，煤炭行业是一个蓬勃发展的新兴产业，规模超过150亿美元。 国际固定资本，年国际贸易额超过60亿美元，国际年均增长10。近十年发展以来,我国的石材制造工业的发展迅速,不仅在技术应用上更加广泛,而且在近年中国在宏观经济政策的支持和推动下，石材消费和需求继续增长。目前，石材的年产量已超过1000万吨，成为最大的石材生产国。中国进口石材的种植和发展状况分析目前，中国石材的种植和生产主要分为中国南部的福建省，广东省，闽东和山东省这三个主要的石材生产省，其中福建南部和山东省是也是石材生产和加工的主要省份，而广东省主要从事国外进口石材的生产和加工。这三个主要省份的产量占中国进口煤炭种植和生产平均产量的85。此外，四川，山西，河北，内蒙古，云南，广西，新疆和安徽等其他主要石材省份已经种植了一定数量的石材品种和产量。但是中国进口石材的种植和主产地主要在中国福建、山东两个大型石材省。 特别是广东和福建的石材产量占全国的80以上。中国古代建筑内外装饰材料石材的内部和消费主要应用可以再细分为3大组成部分,即首先它就是中国建筑的内外外部装饰用石和建筑板材,这部分石材是中国国内外装饰材料石材消费市场中使用的最大部分； 其次是各种构造块，包括各种构造，工程装饰用石;再然后再次就是石加工雕刻、石加工艺术品、墓碑石加工产品等。而以一般家庭以及建筑室内装饰来说石材的实际使用量以吨为最多。迄今为止，在中国一般家庭的公共建筑装饰中还没有使用装饰材料或石材。 现在，用于房屋和公共建筑的室内装饰的彩色石材在市场上已经很普遍，并且今年它开始跟随高端和大规模生产，大约几万平方米，甚至几十万平方米。 当前，从2016年中国各种家用建材，装饰装修石材年均市场消费量的发展趋势分析,年平均市场消费量2.6亿平方米的装饰石材市场消费水平仍然不会明显的有所降低。据初步统计,中国的大型建筑石材装饰业及装修业的建筑石材消费产值,目前，它已占到全球农业生产总值高土地产量的15。可以看出，2015年中国主要的国际石材消费市场将以巨大的年消费量实现快速增长。中国采石业的快速发展，无论是国内的采石消费还是国际的采石进出口贸易，目前都达到两位数的增长，这主要是由于市场需求。家庭采石业的快速发展直接带动了国内石材年消费量的快速增长。预计未来几年国内石材年平均消费量将保持在2.5亿平方米以上。 2013年1月至4月，中国煤炭加工行业累计内销出口达17890亿美元，同比增长20.4。扣除中国海关石材产品代码25174900（石材产品税目2515和2516以及其他谷物，碎屑和粉末）下的货物，国内石材年出口价值为1.775万亿美元，增长20.3。石材的国际应用涉及范围广泛近年来,国际石材制造工业的发展也十分迅速。整个中国石材加工行业的国际经济发展明显快于整个全球社会和经济的快速发展。伴随着社会和人民的生活和物质水平的不断改善和提高,石材逐渐进入了普通百姓和普通百姓的家。 它广泛用于客厅的人行道，橱柜和家具的装饰。 近年来，在有利的条件和扩大的内需以及中央政府颁布的增加城乡贫困家庭收入的优惠政策的情况下，预计中国每站每年的消费量将大大增加 增加，成为煤炭行业的新利润并指向经济增长。中国石材市场需求大幅快速增长将进一步带动中国的石材加工行业进入中国石材品牌的消费升级时代。人们对石材的消费逐渐提高,就需要对石材加工的工具的需求也逐渐提高,这次设计的四轴石材雕刻机在石材行业上也是必不可少的工具之一,石材雕刻机的出现也对石材行业有很大的帮助,四轴石材雕刻机也是对毕业设计的一次检验,对我个人的一次历练。1 产品概述四轴石材数控雕刻机是一种利用四轴数控加工的中心对四个石材的坐标轴进行加工雕刻。多轴石材加工中心数控雕刻机可同时自动检查4个以上石材坐标轴的加工环节。 之后，可以在铣削，钻孔和钻孔等多个过程中用相同的加工表面加工石材,有效地减少和避免了由于多次安装造成的加工定位和误差,它可以有效缩短生产周期，提高加工效率和精度。本文主要针对四轴石材雕刻机实物图进行了设计。主要内容包括：雕刻机由底座导向座，纵向运动导向支架，交叉腿导向支架，水平和垂直运动导向块，皮带轮和皮带，三爪卡盘，中间尾座，工作台，电源箱等零件；通过以上的设计方案达到了降低雕刻机和金属结构零部件制造的成本、稳定雕刻机工作运行状态的主要目的。刻机实物图的结构如图1.1所示。图1.1 四轴石材雕刻机实物图1.1 研究的目的与意义四轴石材数控雕刻机是目前数控石材加工行业上必不可少的加工设备,有着不可或缺的重要地位。目前国内的进口数控异型石材加工的设备并不多,数控石材加工主要是针对各种石材的形状进行异性加工。国内几家大型石材数控加工设备制造商。 近年来，他们从欧洲和意大利引进了CNC型石材加工设备，以进行复杂类型的石材加工。 进口异型石材加工设备的主要产品有石材数控加工中心和卧式石材数控加工中心机床，立式石材数控加工机，新型，数控工作台加工机床等。石材的异型研磨和抛光有许多工艺。 即使是大公司也只能手工完成。 特别地，不规则形状的石材表面的磨削和抛光原则上是手工完成的。 尽管家用异型石材加工研磨抛光设备在市场上有很多品种，但它是具有强大功能的多维数控石材。材异型加工磨抛光机床还是没有,主要时简单的多维数控(二轴联动、三轴数控联动)磨抛光机床,再就是可以采用数控加工成形的刀具进行异型石材的加工。异型石材的加工磨抛光设备的应用和发展市场空间较大,主要方向之一是多维石材的数控技术，异型石材加工设备的加工和磨削技术，各种异型加工设备以及用于复杂空间表面的抛光工具,可以充分借鉴各种金属数控石材异型加工磨抛光设备的结构及刀具自动控制的技术,用于国产石材异型磨抛光加工的设备。1.2 国内外研究现状和发展趋势石作为建筑材料产品，石材一直在全球建筑材料行业的产值中占据重要地位和份额，并且在未来5至10年中，该产值在中国的比例将继续扩大。根据人们对石材工业的介绍，作为世界上一种典型的天然矿产资源，石材主要分为大理石，花岗岩，砂岩等几类，由于稀缺，有数千种颜色，环保，纯天然，高品质质量一直是世界范围内大型公共建筑项目，中高端住宅建筑和家庭住宅装饰的首选材料。大型公共建筑项目一直是中高端石材的主要消费市场之一。目前，世界各国在建的城市道路，广场，公园，机场，地铁等项目均使用大量石材，为发展提供了广阔的工业发展环境。采石场。中高端建筑石材产品主要用于中高端房地产开发项目。普通星级酒店，高端会所，别墅和中高端社区都需要选择大量不同种类的高端石材作为内部和外部装饰的产品。尤其重要的是，美国，德国，意大利，西班牙和其他国家目前是传统高级石材的消费者。由于其独特的建筑风格，传统的生活方式和环境保护，因此大量使用了高级石材产品，根据石材行业有关部门的统计，家装石材市场中高端石材的应用已大约占到了总体石材消费的20%,在部分处于高端的住宅更是达到了30%至40%。雕刻机的大规模生产和应用也直接促使了国内一-些雕刻机床的生产厂:家开始针对不同的雕刻机应用技术引领。本文作者所介绍设计的石油工程泥浆泵基本就是3nb系列,该系列的泥浆泵产品可以同时达到多项国际标准,大多数国内的油田都在用。总的来说,我国对于石油工程钻井泵的研发设计制造的起点虽然比较低,通过国际交流的技术、自行的研究。目前在雕刻机市场上已经出现的机械式数控激光雕刻机按其零件加工的原理和种类可以大致分为两累:一种是传统的激光聚焦式雕刻机,它是采用传统的激光雕刻机作为零件加工的工具,利用激光束经过聚焦后的激光高温灼烧零件材料这样，多余的材料被热蒸发以迅速去除多余的材料，并且实现了激光雕刻部件的快速雕刻和加工。但是，由于激光雕刻对零件的加工材料有一定的要求和约束，因此不能直接加工激光石等各种材料，主要用于标牌行业和广告行业。另一种类型是切割型机械雕刻机，它使用传统的切割方法来快速从激光雕刻零件上去除过多的材料。机械雕刻系统可以直接加工从传统的软激光橡胶到硬激光的各种加工材料，生产和使用成本相对较低，适用范围比传统的激光雕刻到硬激光的加工范围更大，激光等各种加工材料。制造和使用成本相对较低，并且应用率比传统激光雕刻机的部分加工要广泛得多。,因此本文的研究课题将数控雕刻研究的对象主要确定为机械式的数控雕刻机。1.3 主要研究内容总的来说，现有四轴石材雕刻机存在的主要问题：（1）能否有效的完成对石材的雕刻（2）各个零件之间的配合（3）刀具的合理应用（4）整体的结构是否合理，对安全性和机器的使用寿命是否有影响 所以针对以上缺点，本文将从以上几点对四轴石材雕刻机进行研究设计。结构方面设计。对四轴石材雕刻机的各个部分进行合理的布置，主要对金属结构进行优化，以达到结构布局紧凑，操作合理方便，各部分工作互不干涉，节约制造成本，增强移运性的目的。参数方面设计。对该设备最重要的参数进行设计选择，根据此参数设计重要传动部件的参数，再根据受力分析，对标准件进行选型校核，以此来达到优化四轴石材雕刻机性能的目的。2 设计要求要求根据计算，计算出四轴石材雕刻机的最佳效率，提高四轴石材雕刻机性能，减轻磨损提高寿命。改善零件布局，优化结构。对重要零件进行设计计算、强度校核，选择合适的零件材料来使四轴石材雕刻机的性能、耐用度等得到加强。在满足要求的情况下，减轻质量，并解决各零部件之间的干涉问题，对各个零部件进行合理的安排。本文的设计成果，主要包括：（1）毕业设计说明书：1本；（2）四轴石材雕刻机各零件的三维造型及装配图，电子文件，一套；（3）四轴石材雕刻机主要非标零件图及子装配图（标准CAD图电子文件）电子文件:一套；（4）四轴石材雕刻机的装配图（标准CAD图电子文件）：1张（5）相对最复杂的非标零件打印图纸：3张，A3图幅；（6）四轴石材雕刻机的装配图打印图纸：1张，A1或A0图幅；（7）四轴石材雕刻机实物或原理展示模型：1件；（8）原理展示动画，电子文件，一套。3 结构设计3.1 设计方案四轴数控石材工作台雕刻机主要由旋转轴,夹头,电机和控制操作平台四个部分组成,主要是利用数控电机进行操作,需要雕刻机具有独立的操作平台,刀库,工作平台,四轴雕刻机是由x,y,z,a四个旋转轴组成,多出一个旋转轴能够一次装夹完成石材的加工,保证了加工的精度。其外观的设计一方面是正常的外部结构,可以充分考虑作为一种成本便宜而又实用的加工材料。其整体的控制系统结构设计主要由数控电机部分带动数控旋转头实现对数控石材的加工,计算机控制系统本设计主要采用了与atmcs-51系列计算机兼容的基于at89s51单片机的控制系统。关键优势和特性之一是系统集成度高，可靠性好，功能强大，速度快和性价比高。 计算机管理系统由数控微机部分，键盘，指示灯，I / O控制接口组成、光电偶合驱动电路、步进驱动电机、电磁铁功率电路和放大器控制电路等部分组成。系统的数控石材加工操作程序和系统的控制操作命令主要通过微机和键盘的操作实现。led分别显示了整个数控石材工作台的状态。3.2 结构分析根根据目前雕刻机结构布局的特点和要求，选择了雕刻机所使用的龙门架垂直结构布局。 根据雕刻机的雕刻和固定人像框架，它可以分为两种结构布局形式。如图2-1。综合考虑对比两种结构布局,龙门移动式结构布局的雕刻头可以使工作台承受较大的载荷,一般用于加工较重的工件，但是移动处理的准确性相对较低。 雕刻机门的固定结构的布局可以通过雕刻头移动工作台。 雕刻头只能减轻可加工的负担，适合加工较轻的工件。 通过比较和选择雕刻机纵向框架的固定结构布局，工作台可以完成一个方向的移动,雕刻头可以完成其它两个方向的运动。如图3.1所示。图3.1四轴石材雕刻机简图3.2.1 各部分结构设计四轴石材雕刻机减速器的组成展示图如图3.2所示。图3.2 减速器其中各总成部分又由众多零件和子装配体组成，许多零件又发挥着重要的作用，下面将对各个总成部分的组成及重要零件的功能进行介绍。（1） 主动轴总成 主动轴总成是整个四轴石材雕刻机的原动件，负责将电机的动力传入，并带动从动齿轮，其主要由主动轴、油盒、滚子轴承、斜齿轮、轴承座等几部分组成。其中齿轮负责传递动力，轴承座负责对轴承进行轴向固定，油盒固定在轴承座上，通过泵注入润滑油，使油液对轴承充分润滑，同时还在轴承座上设计了油孔，方便润滑油的循环。（2） 电机总成图3.4 电机总成电机是四轴石材雕刻机的核心部件，控制刀库电机的转动，用来定位预置刀号的。电机是四轴石材雕刻机的核心部件,控制刀库电机的转动,用来定位预置刀号的。刀库的旋转需要刀库的对准，并且通过PLC的释放控制来实现对刀库的控制。如图3.4所示。（3） 机壳总成图3.5 机壳总成电机控制系统是四轴石材雕刻机的一个核心部件,控制整个刀库电机的转动,用来进行定位和预置雕刻刀号的。整个刀库的正常旋转运动需要刀库电机进行驱动,而对刀库驱动电机的控制系统主要是通过plc来通过控制继电器的转动来控制和实现。3.2.2 导轨参数确定(1)横向滚动式式导轨的横向承载能力大,刚度高。导轨滑动能轻松松地实现高速相对直线的旋转运动,起瞬时的旋转速度比正常直线滑动时间导轨的旋转速度可以提高10倍。导轨产品采用高速直线滚动双向直线导轨副产品可简化了工艺设计,制造和加工装配方便用户工作,保证质量,缩短了生产时间,降低了生产成本。导轨的固定位置和尺寸长度:由于每个工作台平板导轨的位置长度直接影响其在工作台的正常运行工作时的精度和高度,一般来说工作台导轨可根据自由滚动控制滑块每个导向部分的导轨位置长度和它的位置尺寸来自由滚动确定每个工作平平台导轨的位置长度。s2-当移动滑块到下一个死点时,滑块露出导轨部分的长度3.2.2结构参数的确定<br>校核额定动载荷各轴导轨应满足：额定动载荷>对于X轴导轨有：= =111.75N<=12010N，满足要求。对于Y轴导轨有：=227.8N<=12010N，满足要求。对于Z轴导轨有：=831.5N<=12010N，满足要求。（2）校核额定静载荷各轴导轨应满足：额定动载荷>对于X轴导轨有：=43N<=22190N，满足要求。对于Y轴导轨有：=150N<=22190N，满足要求。对于Z轴导轨有：=31.25N<=22190N，满足要求。（3）额定行程长度寿命导轨的额定行程长度寿命的计算公式如下：= 其中K为寿命系数，一般取K=50km；F为滑座工作载荷（N）；为硬度系数，可按表3-7选取；为温度系数，按表3-8选取；为接触系数，按表3-9选取；为负荷系数，按表3-10选取；为额定动载荷，取硬度系数=1，温度系数=1，接触系数=0.81，负荷系数=1.5，将相关数据代入式3-40中经计算得：对于X轴导轨有：=12010N，F=111.75N，代入Ts的计算公式中得：Ts=9773220Km对于Y轴导轨有：=12010N，F=227.8N，代入Ts的计算公式中得：Ts=1153770Km对于Z轴导轨有：=12010N，F=831.5N，代入Ts的计算公式中得：Ts=23724Km导轨的额定工作时间寿命的公式如下： = 其中工作单行程长度=0.6m，每秒往复次数=4。分别把各轴导轨的Ts值代入到式3-41中，经计算得：对于X轴导轨有：Th=2036087500h>15000h，满足寿命要求。对于Y轴导轨有：Th=240368750h>15000h，满足寿命要求。对于Z轴导轨有：Th=4942500h>15000h，满足寿命要求。表3-7硬度系数滚道表面硬度HRC6058555350451.00.980.900.710.540.38表3-8温度系数工作温度/<1001001501502002002501.000.900.730.63表3-9接触系数每根导轨上的滑块数123451.00.810.720.660.61表3-10负荷系数工作条件无外部冲击或震动的低速运动场合，速度小于15m/min11.5无明显冲击或震动的中速运动场合，速度小于60m/min1.52有外部冲击或震动的高速运动场合，速度小于60m/min23.53.3 重要部件的设计计算3.3.1 工作台设计X向拖板（上拖板）尺寸：长宽高 800×500×50重量：按重量=体积×材料比重估算约1560N。Y向拖板（下拖板）尺寸： 800×500×50 重量：约1560N。上导轨座（连电机）重量：约1834N夹具及工件重量：约150N 。X-Y工作台运动部分的总重量：约1560+1560+1834+150=5104N。3.3.2 滚珠丝杠设计滚珠传动丝杠的不同进给设备负荷间的抵抗力应包括铣刀切削力及轴向运动进给过程中各进给部件的机械重量所不同引起的机械摩擦力和不同进给设备负荷间的抵抗力。应按滚珠传动丝杠进行铣削时的实际工作情况等来进行精确计算。最大动负载Q的计算查表得系数，寿命值查表得使用寿命时间T=15000h，初选丝杠螺距t=4mm，得丝杠转速所以 X向丝杠牵引力 Y向丝杠牵引力所以最大动负荷X向 Y向 查表，取滚珠丝杠公称直径 ，选用滚珠丝杠螺母副 的型号为 SFK1004，其额定动载荷为390N，足够用。滚珠丝杠螺母副几何参数计算表2-1 滚珠丝杠螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果螺纹滚道公称直径10螺距接触角钢球直径螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）见表3-1。传动效率计算式中：摩擦角；丝杠螺纹升角。刚度验算滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算 所以 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程总误差查表知E级精度的丝杠允许误差，故刚度足够。稳定性验算由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。3.3.3 进步电机的选用步进电机的步距角取系统脉冲当量，初选步进电机步距角。步进电机启动力矩的计算设一个步进等效调速驱动电机等效调速负载的承受力矩为p和t,负载所需要承受的动矩力为t和p,根据能量守恒的代数原理,电机所承受需要负载做的力矩功与调速电机等效调速负载承受力矩所需要做功的代数关系其中有一种就是如下的代数关系<br>式中:式中： 电机转角； 移动部件的相应位移； 机械传动效率。若取 ，则，且，所以式中： 移动部件负载（N）；G移动部件重量（N）； 与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（N）； 导轨摩擦系数；步进电机步距角，（rad）；T电机轴负载力矩（）本例中，取（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），为丝杠牵引力，。考虑到重力影响，Y向电机负载较大，因此取，所以若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩取安全系数为0.3，则 对于工作方式为三相六拍的三相步进电机 步进电机的最高工作频率查表选用两个45BF005-型步进电机。电机的有关参数见表2-2。表2-2 步进电机参数型 号主要技术数据外形尺寸重量步距角最 大静转距最高空载启动频率()相数电压电流外径长度轴径45BF005-1519.630003272.545584113.3.4 齿轮的传动比因步进电机步距角，滚珠丝杠螺距 ，要实现脉冲当量，在传动系统中应加一对齿轮降速传动。齿轮传动比选 ， 因传递的扭距较小，取模数 3.3.5 进步电机负载计算根据等效转动惯量的计算公式，得式中： 折算到电机轴上的惯性负载（）； 步进电机转轴的转动惯量（）；齿轮 的转动惯量（）；齿轮 的转动惯量（）；滚珠丝杠的转动惯量（）；M移动部件质量（）。对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算式中：D圆柱零件直径（cm）；L零件长度（cm）。所以电机轴转动惯量很小，可以忽略，则因为，所以惯性匹配比较符合要求。3.3.6 铣削力的计算查参考文献3，可得知下有关于铣削力、铣削扭矩和铣削功率的经验公式。C axF a yF auF ZF =F pfwk(3.1)Zd qx nwfFZoM = FZ d02 ×103(3.2)Pm =FZV6 ×104(3.3)z式中圆周铣削力 Fz (N)，铣削条件改变时铣削力修正参数kF，扭矩 M（Ngm）铣削功率 Pm ( kW )，查参考文献取铣削宽度aw (mm)=1.5 ×d0 ×10mm ，铣削深度ap (mm) ，进给速度Vf = a f zn(mm / min) ，铣削速度V pd0 n /1000(m / min) ，铣刀外径do =8 (mm) ,每齿进给量af(mm/z) ，铣刀齿数z=2 ,铣刀转速n (r/mim) 。查机械加工工艺手册一卷表 9.4-10 得以下与硬质合金钢立铣刀的对应参数:CF =116 , xF =145 号钢)查参考文献5, 可得知下有关于铣削力、铣削扭矩和铣削功率的经验公式0F = CFd ZF f yF K(3.8)0FM = CMd ZM f yM K(3.9)MP = M ×V0m30d(3.10)式中钻削轴向力 F (N)，加工条件改变时的切削力修正参数kF ，钻削扭矩 M（Ngm），加工条件改变时的切削力修正参数kM ，钻削功率 Pm( kW ),进给速度v f = fn(mm / min) ，铣削速度v =d0 n /1000(m / min) ,钻头外径d0 = 3(mm) ，进给量f (mm / r) ，钻头转速n (r/min)。查机械加工工艺手册二卷表 10.4-11 得以下与高速钢标准麻花钻想对应的参数：CF = 600 , zF =1, yF = 0.7, CM = 0.305, zM = 2.0, yM = 0.8, kF = kM=1（加工45 号钢）将查得参数代入(3.8) (3.9) (3.10),可得到仅与进给速度vf 和钻头转速n 有关的计算公式。外加载荷产生的摩擦力矩的计算公式如下： （3）各轴丝杠的最大轴向力，导程=5mm，三级精度的滚珠丝杠螺母副的效率=0.9分别把各轴丝杠的最大轴向力代入式3-51中，经计算得：对X轴丝杠有：，0.24 N.m 。对Y轴丝杠有：，0.28N.m 。 对Z轴丝杠有：，1.16 N.m。2)外加载荷产生的预紧力矩预紧力矩的计算公式如下： （4）其中各轴滚珠丝杠的预紧力=