【正文】 .................................... 24 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 選課背景及意義 數(shù)控車床有不錯的柔性當(dāng)加工東西不一樣，我們只需要重新改變一下加工程序就行了，原來的程序可存留著不動就行，不用再跟組合機(jī)床那樣，針對新加工零件重新設(shè)計(jì)機(jī)床致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時間太長。 主要進(jìn)行 橫向和縱向滾絲杠螺母副的選型與計(jì)算、導(dǎo)軌的 設(shè)計(jì)選型、傳動系統(tǒng)的剛度計(jì)算與校核，最后進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算及選型。課題 是在對華中數(shù)控車床進(jìn)給機(jī)構(gòu) 充分 了 解 的 基礎(chǔ)上 ， 然后 進(jìn)行數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。 Feed mechanism。所以說數(shù)控車床與普通車床比起來當(dāng)然是數(shù)控車床精度好。 課題研究的主要內(nèi)容 及目的 這篇論文是對華中數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的總體的設(shè)計(jì)，還有橫向及縱向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的一些理論參數(shù)的理論計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有繪裝配圖，主要參考對華中數(shù)控床進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)選擇，計(jì)算，校核和運(yùn)動仿真。選擇合適的計(jì)算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，然后去畫出零件及車床總體的結(jié)構(gòu)圖。在設(shè)計(jì)中，先通過參觀及查閱等了解數(shù)控車床步進(jìn)伺服系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 國內(nèi)外數(shù)控車床的現(xiàn)狀 從 20 世紀(jì)中期開始數(shù)控這種技術(shù)在世界上出現(xiàn)到現(xiàn)在 ， 數(shù)控機(jī)床給世界上的制造業(yè)帶來了翻天覆地的大變化。數(shù)控車床是在數(shù)控機(jī)床中占有很大的比例的、它的自動化程度高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的先進(jìn)加工設(shè)備 ， 因此有必要了解數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展 的現(xiàn)狀和趨勢 ， 為了進(jìn)一步促進(jìn)我國數(shù)控車床的發(fā)展、提高我國數(shù)控車床技術(shù)水平做好了充分的準(zhǔn)備 [1]。例如：日本法怒克公司、三菱電機(jī)公司、安川電機(jī)公司、德國西門子公司、 aeg 公司、力士樂公司、通用電氣公司等均先后在 1984 年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸使用。 而我國面臨的情況不僅是數(shù)控機(jī)床占有率低主要是產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、伺服系統(tǒng)精度、可靠性不是太好。 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，現(xiàn)在帶制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，他們的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 性能方面的發(fā)展趨勢：他們的高速、高精度、高效率是因?yàn)椴扇×烁咚俚腃PU芯片、 RISC 芯片、多 CPU 控制系統(tǒng)還有就是帶高分辨率絕對試的檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，而且還采用了改善機(jī)床動態(tài)以及它們的靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的速度和它的精度還有效率比以前的數(shù)控車床已經(jīng)大大提高了如圖 11所示。這樣就可以通過網(wǎng)絡(luò)在任何一臺機(jī)床上就可以對其它機(jī)床進(jìn)行編程，操作，運(yùn)行，不一樣的機(jī)床控制面板上的 畫面可以同時顯示在每一種機(jī)床的屏幕上面。使用功能模塊部件組成的數(shù)控車床；采用工藝策劃加工數(shù)據(jù)庫向用戶開放等。步進(jìn)伺服電動機(jī)是進(jìn)給系統(tǒng)的動力物件，它是提供執(zhí)行部件運(yùn)動所需要的動力，伺服電 機(jī)有步進(jìn)電動機(jī)和直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)以及和直線電動機(jī)等幾種 [4]。驅(qū)動原件的主要作用是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動執(zhí) 行原件所需要的那種信號樣式，機(jī)械執(zhí)行原件就會將該信號變成為相應(yīng)的機(jī)械移動位移。所有的進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)都是伺服系統(tǒng)。它是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件。 精度要求：我們知道所謂的進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度要求是指系統(tǒng)的輸出量的復(fù)現(xiàn)輸入量的精度的程度范圍也就是說它的準(zhǔn)確性。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時間，傳動裝置的的加速能力；直接影 響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。 圖 22 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速 度要求 負(fù)載特性要硬：在系統(tǒng)負(fù)載范圍里。 除了以上要求以外，進(jìn)給伺服系統(tǒng)還需要能可逆運(yùn)行并且頻繁靈活的啟停；并且必須具有很高的可靠性能還有必須 要維護(hù)使用方便盡量使成本低等特征 [3]。 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 首先我們來介紹一下滾珠絲杠螺母副的一些特點(diǎn)。滾珠絲杠螺母副的這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)把以前傳統(tǒng)的絲杠和螺母之間的滑動摩擦改變?yōu)闈L動摩擦，所以他有以下很多優(yōu)點(diǎn) [5][6]。所以能很好的消除爬行的現(xiàn)象。比如說它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜這樣就會造成制造成本很高。采用垂直布置的時候他就會因?yàn)榱慵膽T性或者自重下滑。 工作臺總重 W=+300= hPL ）（行程 14~10)~( ?? L —— 滾珠絲杠有效行程 mmPL h 4 1 64143 0 ~10)~( ??????? ）（行程 mmWLa ??2d （ 36） a承方式系數(shù)，按表 32 選取， W滾珠絲杠副拖動工作臺的質(zhì)量； L滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間的距離， mm。 maxv 31 BFF ? （ 310） 軸承預(yù)加負(fù)荷 NFFB 4063 m a xv ???。 R—— 軸向接觸剛度，根據(jù)滾珠絲杠樣本可以查得。 ?1K 安全系數(shù)，絲杠垂直安裝時取 1/2,水平安裝時取 1/3, ?2K 支撐系數(shù)， ?2d 絲杠螺紋小徑， mm, ?1cL 絲杠最大受壓長度， mm。 m a x ?? NFfC e 2 9 0m a xm a x ?? 估算滾珠絲杠螺紋小徑： 采用兩端固定支撐重復(fù)定位精度 mm ?? 4? 已知行程 1110mm 工作臺總重： W=+1000= mmPL h 1 4 1 66141 1 1 ~10)~( ??????? ）（行程 mmWLa mm 2 ???? ? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，由計(jì)算出來 的 mam dCP 2h , ，選取 34006?FFZD 型絲杠其主要參數(shù)為： maama ddKNCKNCKNCmmP 2200h ,40d,6 ????????? 計(jì)算預(yù)緊力： NFF a xp ??? 計(jì)算行程補(bǔ)償值：絲杠有效行程為， mmPL h 1 1 4 8681 1 0 014~8u ?????? ）（行程 mtLC ?27101 1 4 33u ???????? ?； 則預(yù)拉伸力為 NtdF t 1 22 ?????? 軸承的選擇：軸承所受最大軸向載荷 NFFF tB 9 4 1 0 2 6m a xm a x ????? ，軸承內(nèi)經(jīng)略小于 d2=,取d=30mm。 驗(yàn)算滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速： m a x722722 m i n214156101148 nrLfdn c 合格???????。但是增大轉(zhuǎn)矩以及快速運(yùn)行存在矛盾，因此，在實(shí)際選用的時候，必須全面考慮。 帶動 Z 方向滾珠絲杠驅(qū)動電機(jī)的選型 電機(jī)轉(zhuǎn)速 ： mi n3 3 30 0 a x rPVn hm ??? 折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 dJ 滑動部分轉(zhuǎn)動慣量， 2522h1 )20 0 (1 0 0)2( mkgPWJ ?????? ?? 滾珠部分轉(zhuǎn)動慣量： 23434s 4 mkgLdJ ??????? ??? 折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載慣量： 231d mkgJJJ s ????? 折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 電動機(jī)軸上加速轉(zhuǎn)矩： mJ — 電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量 )( 3332)(602 3a ?????????? ? mmdmam JJJJtnT ?? 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)矩： mmla JJTTT 3 4 87 9 4 80 3 6 ??????? mNiPFWT XL 0 3 0 1 8101 0 g ???? ???????? ???? 電動機(jī)選擇：取安全系數(shù) k=2 則必須轉(zhuǎn)矩： meqm JJkTT 6 9 )3 4 87 9 (2 m ?????? ，差機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，初選電機(jī)型 號 1 8 6 58 6 5S2 mkgJQ ???? 其轉(zhuǎn)子慣量為： mNJT m 4 87 9 4 87 9 4eq ??????? ? 4m MJT m ??????? ?， 01865862 ?QS 保持轉(zhuǎn)矩 為 》 ，步角。它有以下優(yōu)點(diǎn)：齒形帶兼有帶傳動和齒輪傳動以及鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，而且它沒有相對滑動，也不需要特別的張緊，它的傳動效率高平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度較高而且還 有很好的減震性能，沒有噪聲，不需要潤滑，傳動平穩(wěn)；帶的強(qiáng)度高，厚度小，質(zhì)量輕，因此可用于高速傳動。因?yàn)樘菪瓮烬X形帶在傳遞功率時由于它的應(yīng)力主要集中在齒根部分，這樣會造成功率傳遞能力下降，并且與齒輪嚙合時由于受力狀況不好，這就會產(chǎn)生噪聲和振動。一般我數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 們把強(qiáng)力層中的中心線規(guī)定作為齒形帶的節(jié)線，并且把節(jié)線的周長當(dāng)作齒形帶的公稱長度。但是每種又分為凸和凹兩種類型，一般來講凸型導(dǎo)軌不容易積存切屑臟污也不容易存儲潤滑油并且還容易在低速下工作，而凹形導(dǎo)軌則會相反它可以用于高速，但必須有良好的防護(hù)裝置，以防止切屑臟污落入導(dǎo)軌中 [9]。這個導(dǎo)軌在垂直載荷的作用下它磨損后能夠自動補(bǔ)償自己而且不會產(chǎn)生間隙，所以說它的導(dǎo)向精度相對的比較好。如果說在導(dǎo)軌上面所受的力，在兩個方向上的分力差別很大，這個時候就需 要采用不對稱三角形來使力的作用方向盡可能的垂直于導(dǎo)軌面。 圖 35三角形和平面導(dǎo)軌的組合 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 4 數(shù)控 車 床 進(jìn)給傳動 系統(tǒng)的 死區(qū)誤差 分析 X 方向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的死區(qū)誤差計(jì)算 傳動裝置的綜合抗拉剛度： NFmmNKmmNK1044210104m a x3m a x3m in?????導(dǎo)軌靜摩擦 minK —— 最小抗拉剛度； maxK —— 最大抗拉剛度。在最開始選課題的時候，因?yàn)槲覍?shù)控機(jī)床這部分東西比較感興趣，所以選擇了有 關(guān)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)等方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。 大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們畢業(yè)后走向工作崗位的最后一次綜合性學(xué)習(xí)，是一次理論和實(shí)踐最好的結(jié)合的過程，是檢驗(yàn)我們大學(xué)幾年所學(xué)知識和運(yùn)用知識的掌握情況。 總而言之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成讓我我受益匪淺同時也從中學(xué)到了不少書本里學(xué)習(xí)不到的東西，不但進(jìn)一步鞏固了我以前學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，而且還學(xué)到了很以前從來沒有接觸過的好多新東西，這也為我馬上走向社會打下了 堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 如果沒有 老 的督促指導(dǎo)，以及一起 做畢業(yè)設(shè)計(jì) 的同學(xué)們的支持， 我認(rèn)為我 想要完成這個設(shè)計(jì) 可能會更困難 。除了敬佩 王 老師的專業(yè)水平外 還有就是 他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神 還有對學(xué)生負(fù)責(zé)的教學(xué)風(fēng)格 也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣， 這種精 神 將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。