【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速度的控制和對(duì)位置精度的控制非常精確，可以將電信號(hào)通過特定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)操控被控制元件。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一旦接收到控制信號(hào)后，能快速反應(yīng)，在自動(dòng)化的系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，時(shí)間常數(shù)小、具有很高的線性度。但是會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，因此對(duì)環(huán)境有要求。伺服電機(jī)可分為直流和交流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩速度特性硬,速度控制精確,原理簡(jiǎn)單且使用方便,價(jià)格便宜。但是電機(jī)裝有換向裝置，因此速度受限制，且有附加阻力，散熱性也差。交流伺服電機(jī)非?？煽康乃俣瓤刂菩阅?，能夠正確平滑的控制各個(gè)速度區(qū)域，不會(huì)產(chǎn)生振蕩。能夠控制高速，工作效率高，一般不低于百分之九十，散熱性能好，能夠準(zhǔn)確可靠的對(duì)位置進(jìn)行控制，在額定范圍內(nèi)可以保持不變的恒力矩，工作時(shí)噪音低。因?yàn)橄到y(tǒng)中沒有電刷，不用另外的進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)然也不會(huì)產(chǎn)生磨損導(dǎo)致的顆粒，也不可能產(chǎn)生火花。因此在本次設(shè)計(jì)中采用交流伺服電機(jī)。電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接形式主要有三種：聯(lián)軸器直連接聯(lián)軸器直連優(yōu)點(diǎn)是：具有很大的扭轉(zhuǎn)剛度，傳動(dòng)時(shí)精度高，本身不會(huì)產(chǎn)生間隙，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便安裝調(diào)整，經(jīng)常用在中小型的數(shù)控車床。一般聯(lián)軸器采用彈性柱銷聯(lián)軸器，因?yàn)樗軠p少同軸度和垂直度引起誤差而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。通過齒輪連接 這種連接方法的特點(diǎn)是如果齒輪的齒厚和周節(jié)發(fā)生改變，但是齒輪依然能夠進(jìn)行無間隙嚙合，但是它的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,沒有足夠的傳動(dòng)剛度，它的軸向體積占用空間大，而且傳動(dòng)時(shí)平穩(wěn)性差。通過同步齒形帶連接 同步齒輪帶傳動(dòng)兼不僅具有鏈傳動(dòng)的有點(diǎn)也有帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),相比于齒輪傳動(dòng)，它有更加簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，方便安裝便于調(diào)整，不會(huì)產(chǎn)生很大的造價(jià)，對(duì)張緊力的需求更小。在傳動(dòng)過程中，帶體與帶輪之間基本不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移，因此無論運(yùn)動(dòng)的什么地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)[9]。在滿足機(jī)床要求的前提下，通過對(duì)比本課題采用同步齒形帶聯(lián)接電機(jī)與絲杠。同步齒形帶聯(lián)接方式能夠隔離電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)和熱量傳遞，使電動(dòng)機(jī)安裝位置更加機(jī)動(dòng)。同步齒形帶因其帶與帶輪之間的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠保持一樣高度的傳動(dòng)而得名，簡(jiǎn)稱同步帶。它綜合了不同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，基本不會(huì)產(chǎn)生噪聲并且不用特意的潤(rùn)滑。同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，具有良好的綜合性能?；↓X同步帶的結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶的機(jī)構(gòu)基本相同，但是更加強(qiáng)大，除了節(jié)距，弧齒的齒根厚度、齒高和齒根圓的半徑等都比梯形齒的大。在本設(shè)計(jì)中采用圓弧齒同步帶，當(dāng)帶齒在受載后，它的應(yīng)力分布狀態(tài)較好，這不但平緩了齒根的應(yīng)力集中，還提高了齒的承載能力，因此弧齒同步帶與梯形齒同步帶相比下來，弧齒傳遞的功率更大，還能夠避免嚙合過程中的輪齒干涉。除了傳動(dòng)同步，傳動(dòng)效率高，它的初始張力也小，噪聲小，速度高。無須潤(rùn)滑，張緊裝置也可簡(jiǎn)化或省略，目前該帶型已在食品、制藥、汽車、印刷、紡織、造紙等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。：（如下圖）A.‘雙推自由’式 這種方式適用于短絲杠。B.‘雙推單推’或‘單推單推’式 它可對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，預(yù)拉伸可以使：①絲杠因自重引起的彎曲減少。②由于溫升只會(huì)使預(yù)拉伸應(yīng)力減小，因此絲杠不會(huì)因溫升而伸長(zhǎng)，使絲杠精度得以保持。③絲杠拉壓剛度在推力軸承預(yù)緊力大于絲杠最大軸向載荷三分之一的情況下可提高4倍。由于這種支承方式使絲杠不用承受壓力，因此壓桿的穩(wěn)定性沒有問題。C.‘雙推支承’式 這種方式可避免絲杠因自重引起彎曲，以及高速回轉(zhuǎn)時(shí)自由端的晃動(dòng)。D.‘雙推雙推’式 這種支承方式適用于定位要求很高的場(chǎng)合，可以進(jìn)行預(yù)拉伸和克服熱膨脹，傳動(dòng)剛度是最高的，只要軸承無軸向間隙，絲杠的拉壓剛度可提升四倍。一般用于高精度，高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。但是它的最大的缺點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸及其調(diào)整方法較第二種支承方式復(fù)雜。通過以上不同的方式，可以明顯看出每種不同的支承方式都有它獨(dú)到的特點(diǎn)，并且都會(huì)對(duì)絲杠的剛度產(chǎn)生一定的影響。采用‘雙推雙推’的支撐方式，絲杠的軸向剛度為一端固定的四倍，壓桿的臨界轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性也會(huì)很高。在預(yù)拉伸之后，可以減少因?yàn)樽灾匾鸬膹澢部梢詼p少因?yàn)楦咚倩剞D(zhuǎn)，引起的自由端的晃動(dòng)，還能對(duì)熱膨脹進(jìn)行修正。我采用‘雙推雙推’的支撐方式，因?yàn)樗母臃衔宜O(shè)計(jì)的條件。軸承負(fù)責(zé)元件的支承或?qū)?，確定旋轉(zhuǎn)軸與其他零部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)位置。它的主要功能還是起支撐作用，通過支承機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，減小元件在傳動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，按元件摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承是在滑動(dòng)摩擦下工作的軸承，工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生噪聲，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，在進(jìn)行油液潤(rùn)滑之后，滑動(dòng)表面被潤(rùn)滑油產(chǎn)生的油膜而不發(fā)生直接接觸，因此大大減小了表面磨損程度和造成較小的摩擦損失，此外形成的油膜還可以吸振。滾動(dòng)軸承的作用是將運(yùn)轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而減少摩擦損失。一般由內(nèi)圈、外圈、保持架和滾動(dòng)體這四部分組成。它的摩擦阻力小和功耗小，效率高，易起動(dòng)。按其滾動(dòng)體的種類可分為球軸承和滾子軸承。本課題中采用角接觸球軸承作支承，不僅可以承受軸向載荷，還可以承受徑向載荷和，能在高速下平穩(wěn)的工作。軸承的接觸角越大，軸向承載能力也就越高。用于高精度和高速場(chǎng)合時(shí)接觸角通常取15 度。第3章 X向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許最大工件回轉(zhuǎn)直徑： 500mm最大車削直徑： 310mm極限車削直徑（調(diào)整刀具）： 350mm 最大加工長(zhǎng)度： 650mm 主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)： AC(11／15)KW（連續(xù)/30min）床鞍有效行程：X方向： 182mm Z方向： 675mm床鞍快速移動(dòng)速度：X方向： 10m／min Z方向： 15 m／min 床鞍定位精度：X方向： (／100)㎜ Z方向： (／300)㎜床鞍重復(fù)定位精度：X方向： 177。 Z方向： 177。 2. 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算及其選型 根據(jù)資料可查得： 3～5% （21） 式中: —進(jìn)給系統(tǒng)所需電機(jī)功率，Pa—主傳動(dòng)電機(jī)功率 已知Pa為15Kw，取比例系數(shù)為5%，則由公式1—1可得： = Pa5%=155%= 根據(jù)文獻(xiàn)查得： （22） 　 式中: —進(jìn)給系統(tǒng)效率，～，取=。 —進(jìn)給速度，m/min，查出： =(1/2～1/3) （23） 取=1/3 由公式3—2： =61200(101/3)=2754N 為了安全起見,，則：=2754≈5095N 在本設(shè)計(jì)中，我使用同步帶將電機(jī)和滾珠絲杠相連，傳動(dòng)比為1：，假設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為nmax=2000r/min，則絲杠導(dǎo)程為： （24） （10310）/2000=5，取 （25）通過公式(25)求得 最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速： 最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：絲杠的等效轉(zhuǎn)速：（?。? （26），——轉(zhuǎn)速，下的時(shí)間(s) ： 工作負(fù)載是指在正常工作時(shí)機(jī)床在工作作用力下加載在滾珠絲杠上的軸向壓力，可以通過計(jì)算公式來算出，我先假設(shè)我用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，為顛覆力矩影響系數(shù)，~，我們可以算出絲杠所受的力為（如右圖所示）： （27） 其等效負(fù)載可按下式估算（取 ， ）： （28）；；由公式（28）得： =6015000=1000106 （29） 表21 系數(shù)m和f將各個(gè)數(shù)值帶入式（29），得出≥滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足： （210）式中， ，： 查表可選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號(hào)為 CMFZD25065。，，，。 （31） ≥（10103）/（6）＝1667r/min 因此，可選擇最高轉(zhuǎn)速為2000（r/min）的伺服電機(jī)。， （32）， （33） （34） 查軸承表：， ， （35） （36） 通過以上計(jì)算，選擇的電機(jī)應(yīng)滿足兩方面要求：，轉(zhuǎn)速。通過查閱手冊(cè)，選用型號(hào)為SIEMENS的交流伺服電機(jī)，電機(jī)的具體參數(shù)為：