【正文】 驅(qū)動單元， 伺服電機(jī)接收到 1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的 控制電機(jī) 的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到 。 伺服電動機(jī)與單相異步電動機(jī)比較 交流伺服電動機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機(jī)與單機(jī)異步電動機(jī)相比，有三個顯著特點(diǎn)： 起動轉(zhuǎn)矩 大 由于轉(zhuǎn)子電阻大，與普通異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。 交流伺服系統(tǒng) 已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。 伺服 電機(jī)的種類 交流伺服電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)定子的構(gòu)造基本上與 電容 分相式單相異步電動機(jī)相似 .其定子上裝有兩個位置互差 90176。 交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和 異步電機(jī) ，目前 運(yùn)動控制 中一般都用同步電機(jī)，它的 功率 范圍大，可以做到很大的功率。 伺服 電機(jī)的原理 伺服系統(tǒng)（ servomechanism）是使物體的位置、方位、 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 伺服電機(jī)（圖 1） [1] 狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。因?yàn)殡娀鸹ǔ尚图庸]有切削力，所以在剛度上沒有特別要求。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動。上海重型機(jī)床廠開發(fā)的雙主軸倒順式車削中心，第一主軸正置，第二主軸倒置。 為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展必須對現(xiàn)有的機(jī)床進(jìn)行升級。 (4)高剛性：機(jī)床在不斷追求高速、高精的同時，開始注重機(jī)床的剛度，為實(shí)現(xiàn)大功率切削，提高加工效率奠定基礎(chǔ)。 0． 05～177。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢 從外國五軸聯(lián)動加工中心機(jī)床的發(fā)展看，機(jī)床不再單純是一臺加工設(shè)備，而是工廠自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的組成單元。配旋轉(zhuǎn)編碼器 RON275，定位精度177。 DMG 公司的 DMU125FDduoBLOCK5 軸車銑復(fù)合加工中心，是以臥式加工中心為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的復(fù)合機(jī)床。 HTM40100h 車銑加工中心屬于 國家 重大專項(xiàng)產(chǎn)品，這臺車銑加工中心體現(xiàn)了當(dāng)今數(shù)控機(jī)床高效、高精、復(fù)合化的發(fā)展趨勢，具有國際領(lǐng)先水平 ,是針對國內(nèi)汽車、航天、軍工等行業(yè)對高檔數(shù)控機(jī)床的需求而研制開發(fā)的。三向行程（ x/y/z） 650mm 700mm 460mm， A 軸回轉(zhuǎn)角度為 110176。 5DMCH63工作臺尺寸 630mm 630mm，轉(zhuǎn)臺承重 700kg，三向行程（ x/y/z） 900mm 650mm 800mm，快速移動速度 60m/min，切削移動速度 3～ 40000m/min，主軸轉(zhuǎn)速 20～ 18000r/min， A軸擺動角度 30176。可 通過五軸聯(lián)動實(shí)現(xiàn)對空間任意方向孔、面及復(fù)雜型面進(jìn)行加工；主軸高轉(zhuǎn)速，適合高速切削。到 20 世紀(jì) 90 年代初，國內(nèi)的數(shù)控機(jī)床及 數(shù)控系統(tǒng) 的生產(chǎn)具有了一定的規(guī)模，但前進(jìn)中的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)正面臨十分嚴(yán)峻的形勢 。 圖 13 CITM2021中國國際機(jī)床展 調(diào)查 統(tǒng)計(jì) CITM2021中國國際機(jī)床展 調(diào)查報告中 50%的受訪者認(rèn)為國產(chǎn)機(jī)床與國外機(jī)床的差距縮小了一些， %認(rèn)為差距縮小了不少（詳見圖 14）。為了應(yīng)對日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機(jī)床和復(fù)合機(jī)床將會進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。通過 畢業(yè)設(shè)計(jì) ，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。 另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。 隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。這樣的雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺可以沿 XY、 Z方向作平行移動， A 軸上能夠在一定角度內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)， B 軸 也 可以做旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動 ,且 A、 B兩軸能同時運(yùn)動，隨時停止。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控； 主軸附件頭 ；五坐標(biāo)軸聯(lián)動； 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 II Abstract The graduation project is the subject of EDM CNC machine tool spindle attachment head AB axis design. It is a two spindle attachment head rotational degrees of freedom in addition to the existing NC EDM machine tool spindle three coordinate linkage, mounted in the spindle head on the original, form a whole with the original spindle, a spindle head of a multiple degree of freedom, and then through the numerical control system upgrade, so that the machine be five coordinate linkage CNC machine. Double rotary worktable that can parallel move along the direction of XY, Z, A axis can be rotated continuously within a certain angle, the B axis can rotate, and the A, B axes to move at the same time, stop at any time. Can not only process the simple line, line, arc, can also adapt to the machining surface is more plex and spherical parts. The main content of this thesis includes: determining the transmission scheme of spindle attachment head。 立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞 X軸回轉(zhuǎn)，定義為 A軸， A 軸一般工作范圍 +30 度至 120 度。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設(shè)計(jì)的非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究 的基本方法和思路。進(jìn)口的增長迅猛表明國內(nèi)機(jī)床與國外機(jī)床的差距依然很大。因此，開展高速、高精度多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的研究是提高我國機(jī)床技術(shù)水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和國家綜合國力的需要。并在北京、上海等地舉辦了國際機(jī)床展覽會。 在 CIMT2021 展覽會上，有 28個國家和地區(qū)的 1200 余家機(jī)床制造商踴躍參展，這次展會是目前為止世界機(jī)床制造業(yè)最新最高技術(shù)成果的展示，眾多新品在 CIMT2021 展覽會競相展示?；剞D(zhuǎn)， B 軸額定轉(zhuǎn)速 46r/min，定位精度 X＝ 、 Y＝ 、 Z＝ ，重復(fù)定位精度 X=、Y=、 Z=。 X、 Z軸快速移動速度 40m/min， Y軸快速移動速度 32m/min， A、 C軸快速回轉(zhuǎn) 速 度 30m/min，主軸端面至工作臺臺面高度為 200mm～ 660mm。 濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司展出的 XHSV2525 60 高架式五軸聯(lián)動龍門加工中心 工作臺面積： 6m，龍門寬度 ，主軸端面與工作臺面最小距離 250mm，主軸轉(zhuǎn)速范圍 17000/18000（ rpm），工作臺尺寸為 25000 6000（ mm），主軸孔錐度 HSKA63，工作臺縱向行程長度（ X 軸） 6000～ 20210 mm，溜板橫向行程長度（ Y 軸） 3100mm，銑頭滑枕垂直行程（ Z 軸） 950/1250mm，工作臺每米長度最大承重 5T。 =立式 /180176。轉(zhuǎn)臺采用滾針保持架組合形式的滾動軸承方式。主要體現(xiàn)在以下方面： (1)高速化：就現(xiàn)在而言，只要說到加工中心，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速一般都在 10000r／ min以上。 0． 005mm。這種鑄件材料質(zhì)量輕 (為一般鑄件的 1／ 3)且剛性較好，振動衰減率高 (比一般鑄件高 15％ )，能吸收振動，熱傳導(dǎo)率高。 設(shè)原鏜床旋轉(zhuǎn)刀具的軸線為 Z軸，水平方向平行于工作臺裝甲面的方向?yàn)?X軸，并且與 Z軸垂直，確定了 X、 Z軸正方向后，可以根據(jù)右手螺旋法則確定 Y 軸的方向。 五軸聯(lián)動機(jī)床也稱五坐標(biāo)機(jī)床，它是在三個平動軸（沿 X、 Y、 Z 軸的直線運(yùn)動）的基礎(chǔ)上增加了兩個轉(zhuǎn)動軸（能實(shí)現(xiàn)繞 X軸、 Z 軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即 A 軸和 C軸），不僅 可使刀具相對于弓箭的位置任意可控，而且刀具軸線相對于工件的方向也在一定范圍內(nèi)任意可控。為了消除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。在實(shí)際測量靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹?，記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。 1. 轉(zhuǎn)角的控制脈沖數(shù)成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制； 2. 有定位轉(zhuǎn)矩； 3. 可構(gòu)成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。 有刷電機(jī) 成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動 轉(zhuǎn)矩 大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便 （換碳刷），產(chǎn)生 電磁 干擾，對環(huán)境有要求。 伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋 信號 給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。 交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的 機(jī)械特性 ，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻 大和 轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點(diǎn)。 永磁交流伺服電動機(jī)同 直流伺服電機(jī) 比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： ⑴無 電刷 和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 運(yùn)行范圍較廣 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 14 正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立 即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。額定扭矩小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使電機(jī)長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定扭矩過大，則馬達(dá)價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。因此，η =η 2η 3η 4= = P0= Pw/η =所以： Pm =(1～ ) =～ 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 Pm在 伺服電機(jī) SM11002030LFB可以輸出的功率范圍內(nèi) 查得電機(jī)最大轉(zhuǎn)速約為 3000rpm (38) 本章小結(jié) 本章主要介紹了 伺服 電動機(jī)的種類 和工作原理，并對 附件頭 上所用的 伺服電機(jī) 進(jìn)行了選擇。 蝸桿傳動 的 特點(diǎn) 大，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。因此該蝸桿的齒厚從蝸桿的一端到另一端均勻的逐漸增厚或減薄，所以又稱變齒厚蝸桿。因?yàn)橥粋?cè)面的螺距是相同的，故沒有破壞嚙合條件。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動的 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 B 軸方向上蝸輪與蝸桿設(shè)計(jì) 蝸輪與蝸桿的選用與校核 由前述所選電機(jī)可知 T=2Nm。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ，則： N=60 1 30 300 10 8=43202100 因?yàn)槲佪單仐U的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為 KHN=，則 （ 6）計(jì)算中心距 得 a=103mm 取中心距 a =125mm ， 因 i =100 ，從 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 112中選取合適的尺寸匹配，取模數(shù) m=4，蝸桿分度圓直徑 d=40mm,這時 d/a=，從 機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 1118 可查得控制 A軸方向轉(zhuǎn)動的圓柱蝸桿其接觸系數(shù) Zp’ = ，因?yàn)? Zp’ Zp，因此以上計(jì)算結(jié)果可用 。蝸輪齒數(shù) Z2A=31， Z2C=31；傳動效率 ?? 1） 確定輪齒旋向蝸輪轉(zhuǎn)向 蝸輪齒的旋向應(yīng)與蝸桿的相同，為右旋。 活塞行程：確定活塞行程為： 7mm。驗(yàn)算軸承的承載能力。 A向蝸桿軸上軸承的選擇：根據(jù)安裝 尺寸和使用壽命選出軸承代號依次為： 61806181 5111 6002。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。 ③ 校對機(jī)構(gòu)運(yùn)動是否有足夠行程，調(diào)正并固定限位、定程擋鐵和換向碰塊等。 操作順序如下： 開車時，先認(rèn)真履行以上準(zhǔn)備工作。 停止機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電源、氣源。 接通電源前； 檢查切削液、液壓油、潤滑油的油量是否充足，機(jī)床如果是手動潤滑，必須首先供給潤