湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院
HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE
J1?
0.78d1L?10324?11?=1377.6?10?6kg?m2
齿轮z3的转动惯量 ： J1?0.78d1L?10324?11?=1531.2?10?6kg?m2
丝杠的转动惯量 J1?0.78d1L?10324?11?=1959.4 ?10?6kg?m2
折算到电机轴上的转动惯量： J??J1?Z1Z3(J3?JS?Gg?L02?2)?Z1Z22?J2
=4126.8kg/m 其中：
J1 — 齿轮z1的转动惯量 （kg .cm2） J2 — 齿轮z2的转动惯量 （kg .cm2） J3 — 齿轮z3的转动惯量 （kg .cm2） Js — 主轴的转动惯量 （kg .cm2）
2、电动力矩的计算
电机的负载力矩在各种工况下是不同的，下面分快速空载起动时所需力矩、快速进给时所需力矩、工进负载时所需力矩等几部分分别计算。 ① 快速空载起动时所需力矩M起 M起 = Mmax?Mf'?M0
式中：Mmax — 空载起动时折算到电机轴上的加速力矩 Mf' — 折算到电机轴的摩擦力矩
M0 — 由于丝杠预紧时折算到电机轴的附加力矩
22
湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院
HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE
由技术要求得知 nmax?479r/min 起动加速时间 ta=30 ms
M?J?2?nmax60ta?max?10?2?4126.8?10?2?2??47960?0.03?10?2?6.90N.cm摩擦力矩：
Mf'?F0L02??i0.2?(2073?2200)?0.62??0.8?1.25?0.82N.cm
式中: F0'—导轨摩擦力N（空起时）F0'?fG ? — 传动链总效率 i — 降速比 i=1.25 附加摩擦力矩：
M0?FP0L02??i(1??0)?0.18N.cm2
式中：Fp — 滚珠丝杠预加载荷
0 ?0 — 滚珠丝杠传动效率 ∴ M起 = Mmax?Mf'?M0 = 7.9N.m ② 快速进给时所需力矩，M快 = 0 ③ 工进时需力矩M工 M工=Mf?M0?Mt?0
式中： Mf— 工进时折算到电机轴上摩擦力矩（N.m）
Mt — 折算到电机轴上的负载力矩
从上面的计算可以看出，在M起、M快、M工三种工况下，快速空载起动所需力矩最大，此项为初选电机的依据：
同理，横向伺服电机要求快速空载起动时所需力矩M起为1.91 N.m ，快速进给所需力矩M快 23 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 看出，在M起、M快、M工三种工况下，快速空载起动所需力矩最大，此项为初选电机的依据；Z相伺服电机要求快速空载起动所需力矩最大，所以只需计算 M起，计算为6.69N?m 根据上述计算结果得出伺服电机的最大力矩要求为7.9 N.m，通过查西门子 的伺服电机产品得知：我选择西门子的1FK7 HD系列（高动态性能型）1FK7063-5AF71-1AA0 3000rpm伺服电机，输出力矩为(0.9-12N/M)能够满足力矩输出要求。 5.4 伺服机械传动部分的改造 5.4.1 纵向改造实施方案 纵向进给滚珠丝杠采用三点式支承形式。伺服电动机的布置，可放在丝杠的任一端。由于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置伺服电动机的减速齿轮，也可在滚珠丝杠的左端设计一个专用轴承支承座，而在素刚托架处布置伺服电动机，机床改造常采用后一种布置方案。在丝杠左端设计一个专用轴承座，采用一个轴套式滑动轴承作为径向支承，在滑动轴承的两侧分别布置一对推力球轴承承受两个方向的轴向力，支承短轴与滚珠丝杠通过联轴套连接起来，滚球丝杠可托架上，滚珠丝杠的中间支承为滚珠螺母与床鞍直接连接。如图5-1所示。 图5-1 纵向进给传动示意图 1、4—推力球轴承 2、10—径向滑动轴承 3—左端轴承座 5—左接拉杆 6、9—联轴套 7—滚珠丝杠螺母副 8—螺母座 11—丝杠托架 12—伺服电机 5.4.2 横向改造实施方案 横向进给滚珠丝杠采用三点式支承形式。伺服电动机的布置，可放在丝杠的 24 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 任一端。由于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置伺服电动机的减速齿轮，也可在滚珠丝杠的左端设计一个专用轴承支承座，而在素刚托架处布置伺服电动机，机床改造常采用后一种布置方案。在丝杠左端设计一个专用轴承座，采用一个轴套式滑动轴承作为径向支承，在滑动轴承的两侧分别布置一对推力球轴承承受两个方向的轴向力，支承短轴与滚珠丝杠通过联轴套连接起来，滚球丝杠可托架上，滚珠丝杠的中间支承为滚珠螺母与床鞍直接连接。如图5-2所示。 图5-2 纵向进给传动示意图 1、4—推力球轴承 2、10—径向滑动轴承 3—左端轴承座 5—左接拉杆 6、9—联轴套 7—滚珠丝杠螺母副 8—螺母座 11—丝杠托架 12—伺服电 动机 5.4.3 Z向改造实施方案 Z向进给滚珠丝杠也采用三点式支承形式。伺服电动机的布置，必须放在丝杠的上端。由于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置伺服电动机的减速齿轮，也可在滚珠丝杠的最下端设计一个专用轴承支承座，而在丝杠最上端处布置伺服电动机，滚珠丝杠的中间支承为滚珠螺母与主轴箱直接连接。 5.5 伺服驱动装置的选用 由于采用了西门子的1FK7 HD系列（高动态性能型）伺服电机，所以必须采用西门子的伺服驱动装置，而1FK7系列是1FK6系列的升级版本，而1FK6系列伺服电机必须接611U等驱动模块；所以我选用611UE驱动模块，如图5-3; 25
