【正文】 和安裝在工作臺上的位置檢測器組成。這種系統(tǒng)對工作臺實際位移量進(jìn)行自動檢測并與指令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。這種系統(tǒng)定位精度高，但系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)試和維修困難，價格 較貴，主要用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。 ，只是位置檢測器不是安裝在工作臺上，而是安裝在伺服電動機(jī)的軸上。這種伺服系統(tǒng)所能達(dá)以的精度、速度和動太特性優(yōu)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，其復(fù)雜性和成本低于閉環(huán)伺系統(tǒng)，主要用于大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床，且能滿足市場要求所以，目前應(yīng)用最為廣泛。如圖所示： 半閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖 ． 1 控制方案的確定 閉環(huán)或半閉環(huán)控制方案的選擇主要取決于機(jī)床精度要求。當(dāng)系統(tǒng)精度要求很高時，應(yīng)采取閉環(huán)控制方案。因為它可以將全部機(jī)械傳 動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都封閉在反饋控制環(huán)內(nèi)，其誤差可以通過控制系統(tǒng)得到補償，因而可達(dá)到很高的精度。但是當(dāng)精度要求沒那么大的時候我們同樣可以采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，雖然他只能補償部分誤差但是由于其對傳感器要求較低，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便等優(yōu)點得到廣泛的應(yīng)用。 選擇 半閉環(huán)控制系統(tǒng)中一般采用直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)或液壓伺服馬達(dá)作為驅(qū)動元件。在負(fù)載較大的大型伺服系統(tǒng)中常采用液壓伺服馬達(dá)，而在中小型伺服系統(tǒng)中，則多數(shù)采 4 用直流或交流伺服電動機(jī)。由于直流電動機(jī)具有優(yōu)良的靜、 動態(tài)特性，并且易于控制，因 而在 20世紀(jì) 90年代以前，一直是閉環(huán)系統(tǒng)中執(zhí)行元件的主流。但是因為其內(nèi)部有機(jī)械換向裝置，存在電刷磨損問題，運行時電機(jī)的換向器也會出現(xiàn)運行火花，限制了直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出功率的提高，所以需要較多維護(hù)。因而，隨著微處理器技術(shù)和電力電子半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)的性能有了很大提高，它不存在電刷磨損問題，維修也方便， 因此 隨著價錢的逐年降低它在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用也越來越廣泛。 不過 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，由于 脈沖當(dāng)量和定位精度并不是很高，空載最快移動速度也不算高，所以可以選用混合式步進(jìn)電動機(jī)。以降低成本，提高性價比。 檢測反饋元件的選擇 常用的位置檢測傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光電脈沖編碼器、光柵尺等。如被測量為直線位移，則應(yīng)選尺狀的直線位 移傳感器，如光柵尺、磁尺、直線感應(yīng)同步器等。如被測為角位移，則應(yīng)選取圓形的角位移傳感器，如光電脈沖編碼器、圓感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、碼盤等。一般來說半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)主要采用角位移傳感器。 傳感器的精度與價格密切相關(guān)，應(yīng)滿足要求的前提下，盡量選用精度低的傳感器，以降低成本。目前在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，也常采用廣電脈沖傳感器，既測量電動機(jī)的角位移，又通過計時而獲得速度。 機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)方案的確定 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)械傳動與執(zhí)行在機(jī)構(gòu)形式上與開環(huán)伺服系統(tǒng)基本相同。 控制系統(tǒng)方案的確定主要包括執(zhí)行元件控制方式的確定和系統(tǒng)伺服控制方式的確定。比如直流伺服電動機(jī)應(yīng)確定是采用晶體管脈寬調(diào)制還是采用晶閘管放大器驅(qū)動控制：對于家劉伺服電動機(jī)，應(yīng)確定采用矢量控制，還是采用幅值、相位或幅相控制。 伺服系統(tǒng)的控制方式有模擬控制和數(shù)字控制，每種方式又有多種不同的控制算法 。另外還應(yīng)確定是采用軟件伺服控制，還是采用硬件伺服控制，以便擇相應(yīng)的計算機(jī)。 具體方案的設(shè)計 計算 和選擇 主切削力及其切削分力計算 已知機(jī)床主電動機(jī)的額定功率 mP 為 ，最大工件直徑 D=400mm，主軸計算轉(zhuǎn)速n=85r/m。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，道具的切削速度為 400 10 85 /60 60Dnv m s? ?? ? ?? ? ?=1780mm/s 取機(jī)床的機(jī)械效率 ?? ，則有 31 0 3 3 7 0 .7 9mz PF N Nv?? ? ? 走刀方向的切削分力 xF 和垂直走刀方向的切削分力 yF 為 0 . 2 5 0 . 2 5 3 3 7 0 . 7 9 8 4 2 . 7xzF F N N? ? ? ? 0 . 4 0 . 4 3 3 7 0 . 7 9 1 3 4 8 . 3 2yzF F N N? ? ? ? 導(dǎo)軌摩擦力的計算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力 33 70 .7 9vzF F N?? ，縱向切削分力 cyFF? ? ，移 5 動部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具 和工件的質(zhì)量） m=(所受重力 W=300N)，查表得鑲條緊固力 2020gfN? ，取導(dǎo)軌動摩擦系數(shù) ?? ，則 ()g v cF W f F F? ?? ? ? ? 0 . 1 5 ( 3 0 0 2 0 0 0 3 3 7 0 . 7 9 1 3 4 8 . 3 2 )? ? ? ? ? ? 計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 0F? 和 0F 0 ( ) 0 . 1 5 ( 3 0 0 2 0 0 0 ) 3 4 5gF W f N? ?? ? ? ? ? ? 00 ( ) 0 . 2 ( 3 0 0 2 0 0 0 ) 4 6 0gF W f N?? ? ? ? ? ? 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 計算最大軸向負(fù)載力 maxaF m a x ( 1 3 4 8 . 3 2 1 0 5 2 . 8 7 ) 2 4 0 1 . 1 9ayF F F N N?? ? ? ? ? 計算最小軸向負(fù)載力 minaF min 0 345aF F N??? 確定進(jìn)給傳動鏈的傳動比 i 和傳動級數(shù) 取步進(jìn)電動機(jī)的步距角 ???，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 0 6L mm? ，進(jìn)給傳動鏈的脈沖當(dāng)量 /p mm P? ? ，則有 0 1 .5 6 6 .2 53 6 0 3 6 0 0 .0 0 4pLi ? ? ?? ? ?? 按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用 2級傳動，傳動比可以分別取 1 3i? 、 2 ? 。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為 1 20z? 、 2 60z ? 、 3 20z ? 、 4 42z ? ，模數(shù) m=2，齒寬 b=20mm。 滾珠絲杠的動載荷計算 、 直徑估算 和設(shè)計 （ 1）按預(yù)期工作時間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時間 15000hLh? ，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 mF ? maxaF ? ，查表得載荷系數(shù) ? ；初步選擇滾珠絲杠的精度等級為 3級精度，取精度系數(shù) 1af ? ；查表得可靠性系數(shù) 1cf ? 。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 maxmnn? ，已知 6 max 1 / minvm? ，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 0 6L mm? ，則 m a xm a x 01000 1 0 0 0 1 1 6 6 . 6 7 /6vn r mL ?? ? ? 3 60100 mwam m h acFfC n L ff? 3 2 3 7 0 . 3 4 1 . 36 0 1 6 6 . 6 7 1 5 0 0 0 1 6 5 8 5 . 81 0 0 1 1 NN?? ? ? ? ??? （ 2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為 40 m? ,重復(fù)定位精度為 16 m? ，則有 m a x 1 11( ) 1 6 5 . 3 3 832 mm? ? ?? ? ? m a x 2 11( ) 4 0 8 1 054 mm? ? ?? ? ? 取上述計算結(jié)果的較小值，即 max m??? 。 （ 3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 2md 滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用一端固定、一端游動支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為 L=行程 +安全行程 +2余程 +螺母長度 +支承 ≈（ ～ ）行程 +（ 25～ 30） 0L 取 L=( 200+30 6)mm=460mm 02 m a x 4 6 0 4 6 00 . 0 7 8 0 . 0 7 8 1 5 . 5 45 . 3 3m FLd m m? ?? ? ? ? （ 4）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號 根據(jù)以上計算所得的 0L 、 amC 、 2md 和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號為 FF32065，其公稱直徑 0d 、基本導(dǎo)程 0L 、額定動載荷 aC 和螺紋底徑 2d 如下： 0 32d mm? 0 6L mm? 20200 amC N C N? ? ? 2227 .9 15 .5 4md m m d m m? ? ? 7 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針 — 推力圓柱滾子組合軸承和接觸 角為 60176。 角接觸軸承，在這兩種軸承中， 60176。 角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可