HTC40100 Z轴进给的设计

进给系统是机床实现准确运动的关键部件，直接影响机床动作的敏捷性、精确度和稳定性。

进给系统的设计主要包括电机的选择、传动方案的选择、支撑结构的设计等内容。

下文以HTC40100为例，对进给系统的设计计算进行分析。

HTC40100为45°斜床身结构，最大车削直径400mm 、 车削长度1000mm ，可以用于轴、盘类零件以及通用回转类零件的车削加工。

计算初始条件如下：Z 轴（水平安装）拖动重量为（含床鞍、滑板、刀架等）570kg ，Z 向最大进给力3500N ，快进速度24m/min ，采用直线导轨导向，由伺服电机直联滚珠丝杠实现驱动，丝杠导程16mm 。

1　电机计算
初选电机α12/3000i ，额定功率P r =3kW ，额定扭矩T s = 12N·m ，最大扭矩T max =35N·m ，电机转动惯量J M =6.2×10-3kg·m 2。

驱动电机应该满足以下条件：电机提供的驱动力矩大于最大轴向负载（包括导向面摩擦力、切削抗力），电机最大扭矩应大于加速扭矩，负载折合到电机轴上的转动惯量与电机匹配。

重力（拖动负载）作用于导向面上的摩擦力为： π9.8cos f F G µ=××× （1）G 为拖动负载，570kg ；μ为滚动导轨摩擦系数，取0.01；F f =55.86N 。

2πa h F P T η
×=××
（2）
T 为轴向载荷折合的扭矩，N·m ；F a 为丝杠轴向负载（导向面摩擦力与切削抗力之和），N ；F a =3055.86N ；P h 为丝杠导程，mm ；η为丝杠副效率，取0.9；T =8.7N·m ＜T s 。

丝杠的转动惯量J S 为9.05×10-3kg·m 2，联轴器的转动惯量J C 为4.01×10-4 kg·m 2，滑板部件质量产生的当量转动惯量J G 为3.7×10-3kg·m 2（丝杠总长1878mm ，与电机通过联轴器直联），因此负载的转动惯量J L =J G +J C +J S = 0.0131kg·m 2。

J L /J M =2.12＜3，满足惯量匹配条件。

启动时，需要在一定的时间内达到期望的速度，电机需要提供满足启动加速度要求的扭矩，因此对加速扭矩进行验算（由于快进时不进行加工，仅计算移动质量加速时产生的扭矩即可）：
9.6L a J n
T t
×=
× （3）
n 为快进时电机转速，r/min ；t 为加速时间；快进时电机转速为1500r/min ，加速时间为0.1s ，T a =20.5N·m ＜T max ，加速扭矩满足要求。

2　丝杠的选择
丝杠初选THK 公司的BIF5016-5V C3级丝杠，丝杠支撑方式为两端固定。

2.1　丝杠的容许转速
随着丝杠转速的提高会逐渐接近丝杠轴的固有频率，导致发生共振而不能继续转动。

因此，丝杠需要在容许转速下工作。

丝杠轴的容许速度根据丝杠轴的危险速度和DN 值（DN 值是指丝杠公称直径d 0和滚珠丝杠与滚珠螺母相对转速n 的乘积，按JB/T10890.1-2008 3.1定义）来决定。

根据厂家提供的技术资料，DN 值决定的容许转速N 2为：
2130000
N D
=
（4）
D 为钢球中心直径，查样本初选丝杠该值为51.75mm ； N 2=2512r/min 。

丝杠轴的危险速度[1]所决定的容许转速N 1按样本查图约为2500r/min ，因此预选丝杠的容许转速为2500r/min ，大于快进时丝杠转速1500r/min 。

2.2　丝杠的精度
机床预期重复定位精度0.005mm ，有效行程1000mm ，
因此任意300mm 长度导程精度应该高于0.0015mm ，C3级满足要求。

机床进行精度检测时为空载运行状态，丝杠承受的负载仅摩擦产生的阻力。

此状态下，计算丝杠最大允许轴向变形量。

两端固定丝杠轴的轴向刚性
1000S A E
K L
×=，处于行程中
点时刚性最差，检测状态下的轴向变形量于重复定位精度的1/3～1/5。

0.0067mm ，可以满足加工要求。

2.3　丝杠的寿命
假定工况如表1所示。

（沈阳机床股份有限公司，沈阳 110142）
摘　要：介绍HTC40100的基本参数，并以该型机床Z 轴进给系统为例，对进给系统设计中电机的选择、丝杠的校核进行详细介绍，总结进给系统设计中需要注意的问题。

关键词：数控车床 进给系统 电机 丝杠 支撑
节”“大学生心理问题的识别与处理”“班级心理委员助人技能提升”等内容。

要注重教授给心理专业的助人态度、助人原则和助人技巧，帮助其掌握大学生常见心理问题的成因及处理策略，同时通过促进心理委员的自我觉察能力来提升其人际沟通技能。

这对于进一步推进高校大学生心理健康教育四级网络的建设、提高班级心理委员工作水平和技能、做好学生心理健康教育和心理危机预防工作具有重要作用。

4　结语
大学生心理健康问题解决至关重要。

互联网+背景下，要实现大学生心理健康教育平台的有效构建，让手机APP 在大学生心理健康教育问题上发挥更大的积极作用，需要相关高校大学生进一步完善手机APP 设置和设计，满足大学生心理健康的各种需要，促进大学生心理健康问题获得高效、专业、保密的解决，真正保护好大学生，促进大学生身心健康发展。

参考文献
[1]鲜于乐娇.新媒体时代大学生心理健康教育模式研究——以心理
微信公众平台为例[J].法制与社会，2019，（34）：203-204.
育对女大学生身体自尊及心理健康的影响[J].中国学校卫生，2019，（10）：1503-1505.
[4]宋爱君.基于公寓平台探析大学生心理健康教育的新思路——
以青岛滨海学院为例[J].现代交际，2018，（23）：113-115.
Internet Plus Based Mental Health Education Platform for College Students-Design of Mobile Phone APP
WANG Jingjing
(Yangzhou Vocational University, Yangzhou 225000)
Abstract: Internet plus Internet is a major challenge to the psychological health education of college students. This paper analyzes the necessity of building a mental health education platform for college students under the Internet plus background, explores the effective strategies for building a mental health education platform, and explores how to promote the mental health education of university students through mobile phone APP and related mental health education platform.
Key words : Internet+, university students, mental health, education platform
根据《现代实用机床设计手册 上册》，计算当量负载F m 为1612N ，当量转速n m 为431r/min 。

计算丝杠寿命[2]为：
3
61060W m m
C L n =×
×× （5）其中，C a 为基本额定动载荷，取43400N ；f W 为负荷系数，
取1.2。

计算得L =436000h ，满足预期寿命20000h 的要求。

3　结语
本文以HTC40100卧式车削中心的Z 轴进给设计为例，介绍了进给系统的电机选择和丝杠的校核计算，其中电机的惯量匹配、丝杠的DN 值、刚度等计算比较关键，直接影响进给系统的性能指标。

由于HTC40100的进给系统与更大规格的卧式数控车床通用进给部件，因此其寿命存在较大的余量，不甚合理。

除上述计算内容外，进给系统还包括电机安装、丝杠支撑、螺母联接等结构设计方面的内容，不再赘述。

参考文献
[1]THK.Catalog No.512C_15_Ballscrew[EB/OL].[2020-03-19].
.
[2]陈心昭.现代机床设计手册上册[M].北京：机械工业出版社，
2006.
Design of HTC40100 Z-axis Feed
DENG Ye
Abstract:design of the feed system.
Key words support
表1　假定的工况
运转条件工作时间占比/（%）
轴向力/N 速度/（m/min ）
平均转速/（r/min ）
正常加工704755312.5最大载荷加工
0.23055.865312.5快移
0.1
55.86
24
1500
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