论文导读：但对于重型超长机床则会因为滚珠丝杠太长，造成弯曲变形使工作台移动定位精度超差，采用高刚性的齿轮齿条传动结构将会有效的解决这一问题，针对重型机床负载大这一特点，选择伺服电机加减速器的驱动方式成为必要的解决方案，而如何选择合适的减速器则必需通过负载的受力分析，经过计算进行最优的选型。实例：刀架水平驱动应用，驱动负载为1522Kg，刀架最大切削力为88.2KN，空载快速移动时速度6m/min，最大加速度初步设计为1m/s2，切削加工时最大进给速度为6m/min，加工时最大加速度初步设计为0.1m/s，导轨摩擦系数选择0.1，行程为10m。
关键词：数控机床，超长，驱动，受力
引言
一般情况下机床进给系统传动方式采取由伺服电机带动滚珠丝杠副旋转，从而实现工作台的移动。但对于重型超长机床则会因为滚珠丝杠太长，造成弯曲变形使工作台移动定位精度超差，采用高刚性的齿轮齿条传动结构将会有效的解决这一问题，针对重型机床负载大这一特点，选择伺服电机加减速器的驱动方式成为必要的解决方案，而如何选择合适的减速器则必需通过负载的受力分析，经过计算进行最优的选型。免费论文网。下面将对选型的计算过程进行参数分析和详细的综述。
实例：刀架水平驱动应用，驱动负载为 1522Kg，刀架最大切削力为 88.2KN，空载快速移动时速度6m/min，最大加速度初步设计为 1m/s2，切削加工时最大进给速度为 6m/min，加工时最大加速度初步设计为0.1m/s ，导轨摩擦系数选择0.1，行程为10m。单边齿轮齿条驱动。
一、工况及参数分析
1. 作用于齿条方向进给力确定
因为是车床应用，切削力在各个方向的分力，如下图1如示
图１车削分力
理论切向切削 FC= ，在不同的切削应用中，各分力之间的关系如下图2所示：按图2所示关系计算，在图示切削应用中，理论切削力 Fc 分别大约等于4.58Fx， 2.29Fz，Fc=1.145Ft，在本项目中，刀架最大切削力为 88.2KN，我们按Ft=88200N/1.145＝77030N 来设计该驱动方案。 如图2示，在直线切削阶段，齿条进给方向的切削分力为最大，此时齿条方向的进给力 Fz＝38515N
图２切削分力之间关系
2、负载循环及安全系数确定 ：
空载快速移动时
速度：V2b＝6m/min=0.1m/s；加速度：A2=1 m/s2；加速时间：ta=V2b/A2=0.067/1.5≈0.1s
按照设计经验，工作周期时间：Tc=5ta=0.5s；每小时循环次数：3600/0.5=7200
直线切削和面加工时：
V2b=2m/min=0.033m/s； A2=0.1m/s2 ta=V2b/A2=0.033/0.1=0.33s
按照设计经验，工作周期时间：Tc=5ta＝1.667s；每小时循环次数：3600/1.667=2160
钻孔加工时 ：
V2b=2m/min=0.033m/s A2=0.1m/s2加速时间：ta=V2b/A2=0.033/0.1=0.33s
按照设计经验，工作周期时间：Tc=5ta＝1.667s每小时循环次数：3600/1.667=2160
在此方案设计中，我们需要分别考虑连续工作制的安全系数 K1 和周期工作制震动系数 Ka,根据车床工作特点，各工作阶段最小安全系数和震动系数要求如下表所示：
3. 各工作阶段受力情况分析
根据应用参数要求，计算各阶段受力情况：
最大的驱动负载 1522KG，齿条方向进给力F2c 为38515N （按照μ=0.1 计算），在水平移动情况下， F 2ac=ma ；F 2f = f (水平和旋转轴驱动时) F2ac 为加速力，F2f 为工作时摩擦力；W 为重量；F2cT 为作用于齿条的法向垂直作用力； F2cR 为作用于齿条的水平作用力
(1).空载阶段总应用力
在空载阶段 F2ct、F2cR及进给力 F2c 均为零
F2a=F2ac+F2f =1522×1+1522×9.81×0. 1=3015N
(2).加工阶段最大应用力：
F2a= F2ac+F2f+ F2c = ma+ f +F2c
=1522×0.5+0.1× +38515=48063N
4、 预选齿条
Gudel 公司生产的 M=8 直齿条240083 系列的最大承载力为91220N，最大承载扭矩为
17298Nm，可以满足要求。
二、减速器选型
１. 初选减速器型号：
在这儿我们初选速器为 GSP4+，定制输出齿轮M8，Z16，直齿，分度圆直径 128mm。
配合 Gudel 公司 M=8 直齿条，型号240083，最大承载力91220N。
２. 计算峰值扭矩，计算输出齿轮最大正切力 F2b：
F2b = (F2a. [%u] + [F2pA %]) /2 ；[F2pA%] = F2s. [%u].[Tp%]
平衡驱动力百分比 u% 取 100%；预载间隙扭矩百分比Tp%取100%
单边驱动应用中，选择预载力为最大应用力，F2s=F2a，因此， 空载快速移动阶段输出齿轮最大正切力： F2b= (F2a×100%+F2a×100%×100%)/2=3015N
加工阶段输出齿轮最大正切力：
F2b= (F2a×100%+F2a×100%×60%)/2=48063N
空载阶段齿轮最大扭力T2b=F2b×D/2=3015×128/2000=193Nm。
加工阶段齿轮最大扭力T2b=F2b×D/2=48063×128/2000=3076Nm。免费论文网。
S5 周期工作制工作时：
我们需要考虑振动安全系数 KA 计算修正后的峰值扭矩T2bc=F2b×D/2×KA（按照最大KA=1.65 计算） 空载快速T2bc=193×1.65=318Nm；切削加工T2bc=3076×1.65=5075Nm从产品样本参数表中可以看到，GSP4+ 减速比 31 的减速器，其峰值输出扭矩T2B=6000NM, 额定输出扭矩T2N=3600Nm。T2B>T2bc 满足本方案输出扭矩要求！
S1 连续工作制工作时：
计算当量输出扭矩T2e=
Max.T2e=3071Nm。 GSP4+系列，速比31 的减速器额定输出扭矩为T2N=3600Nm。
3600/3071=1.17，此时的安全系数K1 为 1.17 T2N>T2ec，满足要求。免费论文网。
所以选择 GSP4+ 速比为 31 的减速器，配合Gudel 公司M8 直齿条驱动，可以满足本项目扭矩要求。
结束语：
通过实例的详细计算，我们可以在重型机床超长进给机构中合理而优化的选择驱动中的关键零部件--齿条和减速器，使机床机械结构设计简单且高效，保证了方案设计的先进性。
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