【正文】 給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能主要采取以下措施：（1）提高系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)剛度：主要是從傳動(dòng)元件的剛度、消除傳動(dòng)元件之間的間隙、盡可能縮短進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度、采用預(yù)緊措施這幾方面為出發(fā)點(diǎn)考慮。（4）提高傳動(dòng)件精度：高質(zhì)量的機(jī)械傳動(dòng)配合與高性能的伺服電動(dòng)機(jī)使現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。（3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺(tái)技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。圖2－1 X502型立式銑床外形及傳動(dòng)系統(tǒng)1－電動(dòng)機(jī)；2－萬向接頭；3－離合器；4－手輪；5－手柄；6－傳動(dòng)軸 ；7－軸承其主軸不能進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。因而,進(jìn)給軸的設(shè)計(jì)應(yīng)從動(dòng)、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)：該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。因此，對(duì)傳動(dòng)元件和制造精度要求高，運(yùn)動(dòng)副之間摩擦力要小，要實(shí)行無間隙傳動(dòng)。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。 （3）交/直流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。步進(jìn)電機(jī)是一種將電的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，它能快速的啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；在一定頻率范圍內(nèi)各種運(yùn)動(dòng)方式都能任意的改變且不會(huì)失步，具有自整步的能力；沒有一周累計(jì)誤差，所以定位精度很高；價(jià)格便宜。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在著一些固有的缺點(diǎn)，如它的電刷和換向器易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)等；換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；此外，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高，因此，現(xiàn)在已很少選用直流伺服電動(dòng)機(jī)。交流感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的直流伺服電機(jī)相比質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、它的缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較大的平滑調(diào)速。并可得到非常硬的機(jī)械特性及較寬的調(diào)速范圍。在數(shù)控銑床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系中，多數(shù)采用永磁式交流同步電機(jī)。它的傳動(dòng)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母之間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件。它具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 傳動(dòng)效率可達(dá)92%96%，是普通絲杠傳動(dòng)的3～4倍，而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的25%。（5）磨損小、壽命長、維護(hù)簡單 使用壽命是普通滑動(dòng)絲杠的4～10倍。聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器之分，本課題選用的是無彈性的WK401定位十字滑塊聯(lián)軸器。為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)應(yīng)從中間盤的油孔中注油進(jìn)行潤滑。因此目前在數(shù)控機(jī)床上已不采用，取而代之的是鑄鐵—塑料或鑲鋼—塑料導(dǎo)軌。由于其工藝較簡單，對(duì)原有滑動(dòng)導(dǎo)軌不需作大的改動(dòng)，故在普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床改裝上應(yīng)用廣泛。 由于改造成后的X502數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓插補(bǔ)。抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用伺服機(jī)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。（3）滾珠絲桿仍安置在原絲桿的位置,采用一端軸向固定,一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式為便于安裝滾珠絲桿螺母副,絲桿不是整體的,而是采用分體式,即用連接套筒剛性連接。 3201250 mm2（2）縱向行程： 660 mm（3）最大縱向進(jìn)給力： 5000N（4）工作臺(tái)、夾具及工件重力：2800N（5）工作臺(tái)快速速度： m/min（7）主電動(dòng)機(jī)功率： mm在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)中,滾珠絲杠副的作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的推力。為了在機(jī)床的設(shè)計(jì)中更合理的選用滾珠絲杠副,使其充分發(fā)揮效能,必須進(jìn)行一系列的計(jì)算。B、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動(dòng)負(fù)載的近似值,并初選幾個(gè)型號(hào)。 根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)定位精度的要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到。如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案，因旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度為每轉(zhuǎn)2000個(gè)脈沖，則在伺服電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器軸之間安裝1：1的升速齒輪。如采用脈沖編碼器方案，則可在倍頻器后加頻率/電壓轉(zhuǎn)換器（F/V），其轉(zhuǎn)換比例為每輸出電壓為（例如6V）。本設(shè)計(jì)采用圖b方案。滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。代入公式可得絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷為 式中 —精度響影系數(shù)，對(duì)于3級(jí)精度的滾珠絲杠取，對(duì)于5級(jí)精度滾珠絲杠取，本題取； —載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊取1~~，~，本題取。額定動(dòng)載荷，＜，符合設(shè)計(jì)要求。遠(yuǎn)小于。其中圖a）為一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短杠和垂直進(jìn)給絲杠杠；圖b)為一端軸向固定一端自由的支承配置方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；圖c)為兩端固定方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸。這兩種方式可承受雙向軸向推力。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。經(jīng)過分析在此設(shè)計(jì)中本傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式如圖4－3所示。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、可靠性好。因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩 查哈爾濱軸承總廠《角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件》，,故一對(duì)軸承的摩擦力矩。負(fù)載慣量可按以下次序計(jì)算。 根據(jù)上述計(jì)算可初步選定伺服電動(dòng)機(jī)，如果選用直流伺服電動(dòng)機(jī)，可選北京數(shù)控設(shè)備廠的FB－15型直流伺服電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)子慣量，滿足匹配要求。如選用FB—15直流伺服電機(jī)，總慣量： 加速時(shí)間通常取的3～4倍，故（3~4）＝(3~4)=~=~則～ BESK—20型交流伺服電動(dòng)機(jī)的＝6ms,故18 ms~24 ms＝~則125~167 空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。對(duì)輪廓控制的加工中心機(jī)床可取較大值，如取。 本數(shù)控銑床要求的定位精度為177。輸入電壓除少量消耗于電樞回路的阻抗外，大部分被反電動(dòng)勢所平衡。故折合到工作臺(tái)部件的直線剛度 本題中的絲杠為一端軸向定位結(jié)構(gòu)。代入公式計(jì)得絲杠拉剛度 式中，是絲杠底徑，為絲杠名義直徑減滾珠絲杠。本題目的摩擦力，故因引起的彈性變形由以下公式可知： 本題目中滾珠絲杠在任意300mmm內(nèi)的導(dǎo)程誤差為，加上彈性變形，即6+＝。絲杠螺母間的接觸和聯(lián)軸節(jié)的扭虧為盈轉(zhuǎn)剛度很高，其變形很小，可忽略不計(jì)。如果定位精度要求較高，允許的定位誤差值已接近1級(jí)精度絲杠的值，則可采用數(shù)控系統(tǒng)的螺距自動(dòng)補(bǔ)償功能，對(duì)絲杠誤差進(jìn)行自動(dòng)校正。經(jīng)改造后的機(jī)床完全能進(jìn)行加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制, 加工的零件精度高,尺寸一致性好,自動(dòng)化程度高,提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率,改造費(fèi)用低，采用數(shù)控技術(shù)對(duì)企業(yè)原有機(jī)床進(jìn)行改造,即發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前工礦企業(yè)機(jī)床技術(shù)改造的有效途徑。但最終經(jīng)過努力完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。最重要的是鍛煉了自己的設(shè)計(jì)能力，學(xué)會(huì)了如何獨(dú)立思考，解決問題。在平時(shí)的設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)教師鄧?yán)蠋熃o了我們很大的自我自由時(shí)間，充分發(fā)揮了我們自己的能力，使我們對(duì)四年來所學(xué)的知識(shí)作了一次徹底的總結(jié)。 另外，在設(shè)計(jì)過程中，也得到了其他老師的指導(dǎo)幫助，在此也表示衷心的感