【正文】 之間，直線脈沖當(dāng)量 取 。 在 這 種 交 變 接 觸 應(yīng) 力 下 ， 經(jīng) 過 一 定 的 應(yīng)力 循 環(huán) 次 數(shù) 后 ， 就 會(huì) 要 使 滾 珠 或 滾 道 型 面 產(chǎn) 生 疲 勞 剝 傷 ， 從 而 使 滾 珠 副 喪 失其 工 作 的 性 能 ， 這 是 滾 球 絲 杠 副 的 主 要 破 壞 形 式 。其原理是通過使兩螺母產(chǎn)生軸向位移的方法來消除他們之間間隙并且施加預(yù)緊力。8）制造的工藝復(fù)雜性很高，絲杠螺母和滾珠絲杠等的元件要求加工精度高，光潔度也要很高，因此它的制作制成本會(huì)很高。滾珠絲杠上受到的大多是滾動(dòng)摩擦力，摩擦阻力較小，這樣受到的摩擦阻力幾乎和運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度完全沒有關(guān)系，這樣我們就能夠保證物運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性運(yùn)動(dòng)。因此功率損耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/3~1/4。在作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)的時(shí)候,還可以作為測(cè)量元件來使用，能夠在刻度盤上得到直線位移尺寸，精確值能夠達(dá)到 。在數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)中，經(jīng)常用于代替滑動(dòng)絲杠，以提高傳動(dòng)過程的精度。由于實(shí)驗(yàn)型數(shù)控銑床的主軸比較細(xì)，所選的軸承的型號(hào)也相對(duì)較小，所選深溝第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 21 球軸承型號(hào)為 16002，其基本尺寸參數(shù)如下 d=15mm,D=32mm,B=8mm, 基本額定載荷 Cr=，基本額定載荷 C0r=，極限轉(zhuǎn)速脂潤(rùn)滑:20220r/min，極限轉(zhuǎn)速油潤(rùn)滑: 30000 r/min。又因?yàn)樯顪锨蜉S承主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量雙向軸向載荷，工作的時(shí)候內(nèi)外圈軸線允許偏斜 8′～16′。 對(duì) 于 教 學(xué) 型 數(shù) 控 銑 床 ， 不 要求 有 太 高 的 精 度 和 加 工 難 加 工 材 料 的 剛 度 ， 因 此 主 軸 做 成 實(shí) 階 梯 心 軸 ， 材 料45， 表 面 調(diào) 質(zhì) 處 理 。 但 各 種 各 樣 鋼 材 的 彈 性 模量 幾 乎 一 樣 。材 料 的 熱 處 理 。為 了 提 高 剛 度 ， 主 軸 的 直 徑 應(yīng) 該 略 微 大 一 些 。 生 產(chǎn)中 對(duì) 機(jī) 床 主 軸 的 要 求 ， 有 著 與 一 般 傳 動(dòng) 軸 要 求 的 相 似 之 處 ： 都 要 保 證 在 要 求的 轉(zhuǎn) 速 的 情 況 下 下 傳 遞 要 求 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 保 證 軸 承 和 軸 上 的 傳 動(dòng) 件 在 正 常 工 作 條件 工 作 。axjT? 主軸設(shè)計(jì) 軸 設(shè) 計(jì) 分 析主 軸 的 相 關(guān) 的 組 件 構(gòu) 成 了 機(jī) 床 的 重 要 組 成 部 分 。 另 外 ， 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 也 將 會(huì) 引 起 步 進(jìn)電 機(jī) 的 定 位 誤 差 。然而在部分要求不高的場(chǎng)合比如機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常用步進(jìn)電機(jī)來完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。但逐漸上升和逐漸下降的加速時(shí)間和減速時(shí)間不太小，否則便會(huì)出現(xiàn)失步和超步現(xiàn)象。(4) 無間斷運(yùn)行時(shí)的最高頻率 fmax。(3) 啟動(dòng)頻率 fq。在數(shù)控機(jī)床上常見的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角為 30 度。綜上所述，我們可以得到如下的結(jié)論：(1) 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)定子繞組改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子便會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角 α；(2) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序改變，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)改變；(3) 步進(jìn)電機(jī)的定子繞組通電狀態(tài)改變的越快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，即通電狀態(tài)的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越快；(4) 步進(jìn)電機(jī)步距角 α與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k 有關(guān)，可用下式表示： ??036/mzk??式中 m 相 m 拍時(shí)，k=1；m 相 2m 拍時(shí)，k=2 ；依此類推。因此當(dāng)采用三相六拍得通電方式工作時(shí)，可使步距角 α減小一半。當(dāng)電機(jī)以三相六拍的通電方式工作時(shí)，當(dāng)由單一的 A 相通電變?yōu)?A、B 相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁極將同時(shí)受到 A 相和 B 相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用，在兩力的相互作用下轉(zhuǎn)子磁極便會(huì)位于 A 相和 B 相磁極之間，此時(shí)步距角 α第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 13 為 30 度。如果控制線路無限的按 A→B→C→A 的順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便會(huì)一直按順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 5 中，當(dāng)直流電通入 A 相繞組時(shí)，由電磁學(xué)的原理，在 AA 的方向上便會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力的作用下，便會(huì)吸引轉(zhuǎn)子，便會(huì)使轉(zhuǎn)子上的齒和定子AA 極上的齒相對(duì)齊。當(dāng)對(duì)為位于定子鐵心環(huán)形槽內(nèi)的定子繞組通電時(shí)就會(huì)形成環(huán)行繞組，構(gòu)成如圖所示的磁力線。圖示，第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 11 在軸向步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子分成五段，其中每段都由一相獨(dú)立的定子繞組、定子鐵心和轉(zhuǎn)子，具體見圖 3。的小齒，結(jié)構(gòu)上和磁極上的小齒類似。由繞值在定子鐵心上的分布均勻的線圈組成定子繞組，控制繞組由直徑的方向第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 10 上的相對(duì)的兩齒上的線圈串聯(lián)構(gòu)成的，圖 1 的步進(jìn)電機(jī)可為三相控制繞組，也稱為三相步進(jìn)電機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可分為軸向和徑向分相兩種形式，見表所述。按輸出力矩大?。?）伺服式步進(jìn)電機(jī)：電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力矩在幾百分之一到幾十分之一之間，只能帶動(dòng)較小負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)，在帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)時(shí)需要液壓扭矩放大器。 步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，常見的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。在此伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。yF現(xiàn) 假 設(shè) 刀 具 材 料 為 高 速 鋼 ， 工 作 材 料 為 鋁 ( )。 現(xiàn) 實(shí) 生 活 中 人 們 設(shè) 計(jì) 的 數(shù) 控 的 通 用 機(jī) 床 希 望 應(yīng)用 性 強(qiáng) ， 能 滿 足 各 種 加 工 要 求 ， 能 應(yīng) 用 于 大 多 數(shù) 場(chǎng) 合 。 因 此 ， 不 能 完 全 按 照 以 前 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 方 法 來 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) ， 必 須 綜 合考 慮 各 個(gè) 方 面 的 因 素 和 在 教 學(xué) 中 的 實(shí) 際 情 況 ， 力 爭(zhēng) 做 到 最 優(yōu) 化 的 設(shè) 計(jì) 。為了減少微型銑床占用空間，減少機(jī)床整體尺寸，并考慮應(yīng)用的廣泛性以及所做項(xiàng)目的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)銑床采用的布局形式為立式銑床形式，工作臺(tái) X、Y 軸相互疊加的十字結(jié)構(gòu)，主軸在 Z 軸方向上移動(dòng)，床身導(dǎo)軌水平放置，這樣布局不僅有利于減少占地面積。 （3）控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工。包括總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)布局方案圖的設(shè)計(jì)。包括整體尺寸參數(shù)、零件尺寸參數(shù)（床身、底座、立柱、工作臺(tái)、主軸、夾具），運(yùn)動(dòng)參數(shù)，動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)。有足以保證該項(xiàng)目完成的科研能力和充分的研發(fā)時(shí)間，和相關(guān)軟硬件的配合支持。(5)自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)者的生產(chǎn)強(qiáng)度得以減少。 數(shù)控銑床加工的特點(diǎn):數(shù)控切削加工除了包含普通銑床加工優(yōu)點(diǎn)以外，還具有如下的特點(diǎn)：(1)零件加工的范圍廣，能加工各種形狀復(fù)雜的零件并且靈活性好。 國(guó) 外 對(duì) 于 數(shù) 控 機(jī) 床 的 研 究 要 比 較 早 ， 而 且 在 各個(gè) 方 面 都 達(dá) 到 了 先 進(jìn) 的 水 平 。 該 微 型 數(shù) 控 銑 床 的研 制 和 推 廣 ， 對(duì) 于 改 變 我 國(guó) 數(shù) 控 技 術(shù) 人 才 的 培 養(yǎng) 模 式 ， 降 低 培 養(yǎng) 成 本 、 縮 短 培 養(yǎng) 周期 ， 具 有 重 大 的 意 義 。該機(jī)床體積小、重量輕、功能強(qiáng)、成本低，非常適合課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，節(jié)省設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和使用費(fèi)用的同時(shí)，將大幅度提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，對(duì)于改變我國(guó)數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)模式，降低培養(yǎng)成本、縮短培養(yǎng)周期，具有重大意義。數(shù)控技術(shù)是一門理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的課程，其教學(xué)必須理論聯(lián)系實(shí)際。為此設(shè)計(jì)一種功能齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟硬件結(jié)構(gòu)開放、成本低，且有代表性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)型銑床系統(tǒng)。但由于一般數(shù)控機(jī)床體積大，價(jià)格高，軟硬件不是很開放，不適合學(xué)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。 題 的 背 景 和 意 義數(shù)控技術(shù)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的核心技術(shù)，是機(jī)械制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，其水平的高低和應(yīng)用程度關(guān)系到國(guó)家的戰(zhàn)略地位和綜合國(guó)力。教學(xué)設(shè)備問題是制約數(shù)控技術(shù)教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸問題，為解決數(shù)控技術(shù)教學(xué)設(shè)備問題，特進(jìn)行了微型三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，完成了微型數(shù)控銑床的總體方案設(shè)計(jì)，確立了機(jī)床的整機(jī)結(jié)構(gòu)、總體布局以及關(guān)鍵部件(主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等)的選型與設(shè)計(jì)，機(jī)床的本體尺寸為 320mmx220mmx400mm，機(jī)床的工作空間尺寸為 180mmx180mm。 教 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 型 數(shù) 控 銑床 是 科 研 院 所 、 高 校 、 尤 其 是 高 職 學(xué) 院 理 想 的 實(shí) 驗(yàn) 、 實(shí) 訓(xùn) 設(shè) 備 。國(guó) 外 ： 美 、 德 、 日 三 國(guó) 是 當(dāng) 今 世 界 上 在 數(shù) 控 機(jī) 床 科 研 、 設(shè) 計(jì) 、 制 造 和 使 用 等方 面 技 術(shù) 最 先 進(jìn) 、 經(jīng) 驗(yàn) 最 多 的 國(guó) 家 。 當(dāng) 前 數(shù) 控 機(jī) 床 正 向 著 高 速 高 效 、 高 精 度 、 高 可 靠 性 、 復(fù) 合 化 、 多 軸 化 、 智 能 化 、網(wǎng) 絡(luò) 化 、 柔 性 化 、 綠 色 化 的 方 向 發(fā) 展 。(4)加工的零件精度高質(zhì)量穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有以下幾個(gè)方面：X、Y,Z 工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，多種方案比較了解優(yōu)缺點(diǎn)，擇優(yōu)選取 本課題原理可靠，具體方案為用套筒式聯(lián)軸器連接步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠，對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行一端（兩端）支撐，采用圓形導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn) X、Y、Z 軸的運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，所需要的儀器設(shè)備、材料都較常用，成本較低。 （2）進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由進(jìn)給電機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括直線進(jìn)