【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)。的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。刀具刃磨機(jī)床發(fā)展的方向。銑刀，深孔鉆，三角鑿刀和牛頭刨刀具等。進(jìn)給系統(tǒng)采用全封閉結(jié)構(gòu)，無外掛裝置，內(nèi)置切削液冷。卻循環(huán)裝置及油霧回收裝置。進(jìn)給軸由單元電機(jī)通過高精度無間隙聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠副直聯(lián)，且運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。導(dǎo)軌全部采用燕尾型精密滾珠直。線導(dǎo)軌，具有精密高，摩擦系數(shù)小，壽命長等特點。導(dǎo)軌、滾珠絲杠副采用具有冷卻裝置的全自動。定時定量潤滑系統(tǒng)。并在PROE中畫出Z軸進(jìn)給系統(tǒng)三維模型圖，生成二維工程圖。

　　

【正文】 滾珠絲杠的最小慣性矩為 4 4 42 3 . 1 4 2 7 . 9 2 9 7 2 8 . 0 56 4 6 4I d m m?? ? ? ? 滾珠絲杠的最小截面積為 ： 取 1 ? ，查表得 ?? ，則有 21 22602cEInK LA???? 2 5 3256 0 3 . 9 2 7 2 . 1 1 0 2 9 7 2 8 . 0 5 9 . 8 1 00 . 8 2 3 . 1 4 3 0 0 7 . 8 1 0 6 1 1 . 0 5?? ? ? ? ??? ? ? ? ? 4 6 9 2 2 4 9 / m inr? 進(jìn)給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn) 速為 ，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核 ,滾珠絲杠的額定動載荷 20200aCN? ，已知其軸向載荷 Fmax=1694N，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 nmax=，運轉(zhuǎn)條件系數(shù) fw=，222 1 2 mmA ???? ?陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 14 頁 共 47 頁 則有 rfFCLwa663 101 2 1 410a ???????????? hhnLL 6 1 4 1 6h ?? ??? 本機(jī)床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副 的總工作壽命 Lh=61411h15000，故滿足要求。 計算器械傳動的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量 10E MPa?? ，滾珠絲杠的底徑 2 mm? 。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離 300Ya L mm?? 時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 minsK 2 2532m i n3 . 1 4 2 7 . 9 2 . 1 1 01 0 4 2 7 . 7 3 /4 4 3 0 0s YdEK N mL? ?? ? ? ?? ? ? ?? 當(dāng) 100Ja L mm?? 時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 maxsK 2 2532m a x3 . 1 4 2 7 . 9 2 . 1 1 01 0 1 2 8 3 . 2 1 /4 4 1 0 0s JdEK N mL? ?? ? ? ?? ? ? ?? 已知滾動體直徑 dq=，滾動體個數(shù) Z= 60???。軸承最大軸向工作載荷 NFF a 1694m a xbm a x ?? 。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度 bK 為： 223 m a x2 2 . 3 4 sinb Q aK d Z F ?? ? ? m/ 5 2 3 ?N?????? 查表得滾珠與滾道的接觸剛度 683 /K N m?? ，滾珠絲杠的額定動載aC ?20200N 。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 NFF a 1694m a xbm a x ?? 則 mNCFKKaa ?/6 4 231m a xc ???????? 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 m a x m a x1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 3 6 8 91 2 8 3 . 2 1 6 5 4 . 4 9 7 2 3 . 5 1s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 14 頁 共 47 頁 故 m a x 7 2 3 .5 1 /K N m?? 。 傳動精度計算 由機(jī)械傳動裝置引起的定位誤差為： mmmKKFss????? ? 2 8 31 2 712 2 511km a xm i n0k??????? ???????? ?? 對于 3 級滾珠絲杠。其任意 300mm 導(dǎo)程公差為正負(fù) 12 m? ，機(jī)床定位精度為 40 m? ,重復(fù)定位精度為 16 m? ，則有： m?? 85140k ??? ，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的誤差小于（ 1/3~1/5)機(jī)床的定位進(jìn)度要求。再加閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位進(jìn)度能進(jìn)一步提高。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 25 頁 共 47 頁 4. 滾珠絲 杠螺母副支撐用的軸承 絲杠的設(shè)計可知，絲杠兩端的軸承主要承受軸向力，徑向力，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》，可知用角接觸球軸承。 支撐方式 一端固定 —— 一端自由 絲杠一端固定，另一端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式用于行程小的短絲杠或者用于全閉環(huán)的機(jī)床，因為這種結(jié)構(gòu)的機(jī)械定位精度是最不可靠的，特別是對于長徑比大的絲杠 (滾珠絲杠相對細(xì)長 )，熱變性是很明顯的， 長的絲杠在冷、熱的不同環(huán)境下變化 ~ 是很正常的。但是由于他的結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，許多高精度機(jī)床仍然采用這 種結(jié)構(gòu)，但是必須加裝光柵，采用全閉環(huán)反饋。 一端固定 —— 另一端支承 絲杠一端固定，另一端支承。固定端同時承受軸向力和徑向力 。支承端只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以減少或避免因絲杠自重而出現(xiàn)的彎曲，同時絲杠熱變形可以自由的向一端伸長。這種結(jié)構(gòu)使用最廣泛，目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結(jié)構(gòu)。 兩端固定 絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，提高絲杠支承剛度，可以部分補(bǔ)償絲杠的熱變形。 絲杠軸承的載荷主要是軸向的，徑向除臥式絲 杠的自重外，一般無載荷，因此對絲杠軸承軸向精度和剛度要求較高。進(jìn)給系統(tǒng)對微小的位移要響應(yīng)靈敏，股軸承的摩擦力矩要小。絲杠軸承種類很多，但從目前的情況來看，占優(yōu)勢的兩種是：接觸角為 60 度的推理角接觸球軸承和滾針一雙推理滾子組合軸承。如表 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 26 頁 共 47 頁 表 軸承的選用與支撐 絲杠兩端的尺寸Ф , 可知軸承內(nèi)徑 d=25mm 軸承采用成對安裝方式，軸承不宜過厚，選擇厚度較小的，查《機(jī)械設(shè)計手冊》選 60度角接觸球軸承厚度為 ，為了具有更好的潤化性和散熱性，應(yīng)選用外徑 /內(nèi)徑較大的軸承。這種軸承承載能力強(qiáng)，變形系數(shù)小，橫向空間大，有利于潤滑油的流動帶走產(chǎn)生的熱量，減少熱變形 和磨損，查《機(jī)械設(shè)計手冊》，選角接觸球軸承外徑為 52mm。 軸承承受的軸向載荷 Fmax=1694N. 預(yù)緊力 Fp=1050N, 支承方式 簡 圖 K2 λ f 一端固定 一端自由 一端固定 一端游動 2 二端支承 1 二端固定 4 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 27 頁 共 47 頁 滾珠絲杠支撐形式采用兩端固定式，所選用的軸承型號為： (GB/T2921994) 7205C 如下圖所示 圖 7205C 軸承參數(shù) 其額定動載荷為 。 軸承的壽命 ： 參考《機(jī)械設(shè)計》公式（ 135）可知， 6106010 36h ???????????????? ? 故所選軸承符合要求。 失效形式 角接觸球軸承可能出現(xiàn)的實效形式主要有： 主要有因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的疲勞斷裂、因靜強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性斷裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等。 軸承在安裝、潤滑、維護(hù)良好的條件下工作時，各承載元件（包括內(nèi)、外圓及滾動體）在周期性變應(yīng)力的作用下，主要實效形式是解除表面材料的疲勞點蝕、軸承發(fā)生疲勞點蝕后，通常會在運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的 震動，噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象，軸承的旋轉(zhuǎn)精度逐加工定制 否 品牌 NACHI 型號 7205C 舊型號 36205 類型 角接觸球軸承 內(nèi)徑 25（ mm） 外徑 52（ mm） 厚度 15（ mm） 重量 （ kg） 用途 通用 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 28 頁 共 47 頁 漸下降，直至喪失正常的工作能力。疲勞點蝕是軸承最常見的失效形式。 塑性變形。 在過大的靜載荷或者沖擊載荷下，軸承元件間的接觸應(yīng)力超過了元件材料的屈服極限，接觸部位發(fā)生塑性變形，形成凹坑，是軸承性能下降、摩擦阻力距增大。這種實效多發(fā)生在轉(zhuǎn)速很低的重載或者往復(fù)擺動的軸承中。 磨粒磨損。 對于潤滑不充分，密封不好或者潤滑油不清潔，以及在多塵環(huán)境中工作的軸承，將會發(fā)生磨粒磨損，導(dǎo)致軸承因內(nèi)、外圓與滾動體的間隙增大、振動加劇及旋轉(zhuǎn)精度降低而報廢。 膠合。 在高速重載條件下工作的 軸承，因摩擦面發(fā)熱而使溫度急劇升高，軸承材料回火軟化，潤滑實效而發(fā)生膠合。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 28 頁 共 47 頁 5. 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 電動機(jī)的選擇 伺服電動機(jī)的選擇是根據(jù)負(fù)載條件來進(jìn)行的，加在電動機(jī)軸上的負(fù)載有負(fù)載轉(zhuǎn)距和負(fù)載慣量兩種，負(fù)載轉(zhuǎn)距包括切削轉(zhuǎn)距和摩擦轉(zhuǎn)距。選擇伺服電動機(jī)應(yīng)能滿足下述條件： ，負(fù)載轉(zhuǎn)距應(yīng)小于或等于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)距。最大切削負(fù)轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距折算到電動機(jī)軸上的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)距。 ，通常要求轉(zhuǎn)子慣量不小于負(fù)載慣量 。但也不是轉(zhuǎn)子慣量越大越好，因轉(zhuǎn)子慣量越大，總的慣量就越大，加速性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏度，將不得不采用轉(zhuǎn)距過大的電動機(jī)和它的控制系統(tǒng)。 ，轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距，當(dāng)執(zhí)行部件從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最大移動速度時，所需要的轉(zhuǎn)距最大。但選擇電機(jī)時，是按照負(fù)載轉(zhuǎn)距小于額定轉(zhuǎn)距，電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量的合理匹配，執(zhí)行部件的快速轉(zhuǎn)距小于電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距三個要素來考慮的。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距的計算，切削轉(zhuǎn)距加上摩擦轉(zhuǎn)距，應(yīng)小于或等于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距。 去負(fù)載轉(zhuǎn)距。在空載時，加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去摩擦轉(zhuǎn)距，其差值等于全部慣量（電動機(jī) +負(fù)載慣量）乘于加速度斜率。 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算包括脈沖當(dāng)量的計算，步進(jìn)電機(jī)的選型和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和聯(lián)軸器的選擇。下面詳細(xì)闡述一下設(shè)計計算的內(nèi)容。 參照普通工具磨床的參數(shù)，其定位精度一般在177。 ～177。 ，根據(jù)設(shè)計結(jié)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 30 頁 共 47 頁 構(gòu)的要求，刃磨裝置對定位精度要求不高，故可選脈沖當(dāng)量 錯誤 !未找到引用源。=。 初選步進(jìn)電機(jī)的步距角為 錯誤 !未找到引用源。 =176。 ,步進(jìn)電機(jī)每發(fā)一個脈沖（ 176。），因此，步進(jìn)電機(jī)和軸之間無需減速裝置，脈沖當(dāng)量 錯誤 !未找到引用源。 可以滿足所需精度。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo) 步進(jìn)電機(jī)的常用術(shù)語及主要性能指標(biāo)是： 步距角 指每給一個電脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度的理論值，可有下列公式來計算：mkz360b?? 式中， m為電動機(jī)相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k為通電方式系數(shù)，當(dāng)采用單三拍或雙通電方式， k=1；而采用三相六拍通電方式時， k=2。 (2)精度 通常步進(jìn) 電機(jī)的精度有兩種表示方法：一種用步距誤差的最大值來表示；一種用步距累積誤差最大值表示。前者是指電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈內(nèi)相鄰兩步之間最大步距和理想步距的差值，用理想步距的百分?jǐn)?shù)表示；后者是指任意位置開始經(jīng)過任意步之后，角位移誤差的最大值。 (3)轉(zhuǎn)矩 保持轉(zhuǎn)矩 (或定位轉(zhuǎn)矩 )，是指繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值，或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。通常反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩為零，而若干類型的永磁式步進(jìn)電機(jī)具有一定的保持轉(zhuǎn)矩。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 30 頁 共 47 頁 靜轉(zhuǎn)矩是指不改變控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。它是繞組內(nèi)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 31 頁 共 47 頁 的電流及失調(diào)角 (轉(zhuǎn)子偏離空 載時的初始穩(wěn)定平衡位置的電度角度 )的函數(shù)。當(dāng)繞組內(nèi)的電流值不變時，靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。對應(yīng)于某一失調(diào)角時，靜轉(zhuǎn)矩的值為最大，稱之為最大靜轉(zhuǎn)矩 Tk，它的值取決于通電狀態(tài)及繞組內(nèi)電流的值。動轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩值，它與運行頻率有關(guān)。 (4)響應(yīng)頻率 在某一個頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以任意運行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。通常用啟動頻率 錯誤 !未找到引用源。 后作為衡量指標(biāo)。它是指在一定負(fù)載下直接起動而不丟步的極限頻率。 (5)運行頻率和矩頻特性 運行頻率是指頻率連續(xù)上升時， 電動機(jī)能不失步運行的極限頻率。它的值也與負(fù)載的大小有關(guān)。在相同負(fù)載情況下，連續(xù)頻率 錯