【正文】 效率高達百分之九十六左右。當絲杠相對著螺母轉(zhuǎn)動的時候，它們兩個就會發(fā)生軸向位移，滾珠不但可以自己轉(zhuǎn)動而且還可以沿著滾道循環(huán)的流動。滾珠絲杠螺母副是把回轉(zhuǎn)運動的東西改變?yōu)樽咧本€運動的裝置，目前在很多種數(shù)控車床的進給機械傳動裝置中得到了非常廣泛的使 用。 ?36010m ?? ?? p ， p為絲杠導(dǎo)程， ? 為步距角 可以求得數(shù)車床 X 軸脈沖當量為 ,Z 軸脈沖當量為,所以上述脈沖當量符合要求。 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)設(shè)計 8 3 數(shù)控 車 床的步進伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計 數(shù)控 車 床的步進伺服系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)及要求 主軸電機功率： 3kw X軸方向絲杠最大行程 300mm； Z軸方向絲杠最大行程 1100mm； X軸方向進給速度： 2020~5 mm/min； Z軸方向進給速度： 2020~01 mm/min； X軸脈沖當量： ； Z軸脈沖當量： ； X軸快速進給速度： 3000~0 mm/min； Z軸快速進給速度： 6000~0 mm/min； 橫向移動部件質(zhì)量： 30kg； 縱向移動部件質(zhì)量： 100kg； 材料選為 HT200。 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)設(shè)計 7 圖 23進給伺服系統(tǒng)的負載特性 低速 — 大轉(zhuǎn)矩要求：數(shù)控機床經(jīng)常在低速的情況下進行重切屑，這就要求數(shù)控機床具有低速 — 大轉(zhuǎn)矩的特性。當負載變化的時候，輸出的速度應(yīng)改是基本不變的也就是說 F? 非常的小，（如圖 23）所示，當負載發(fā)生突然變化的時候，這就要求速度的恢復(fù)的時間很短并且沒有振蕩，也就是說 t? 盡可能的短；需要具備足夠的過載的能力。因此，應(yīng)適當選擇快速響應(yīng)特性。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高。 響應(yīng)速度要求快：所謂快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度，既在無超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運動速度建立時間tp盡可能的短，（如圖 22）所示。它包含動態(tài)誤差也就是我們說的瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差。適當選擇系統(tǒng)的機械參數(shù)并使他們達到最佳匹 配是進給伺服系統(tǒng)設(shè)計的目標之一。它包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性。 穩(wěn)定性要求：所謂系統(tǒng)的穩(wěn)定性，既系統(tǒng)在輸入量改變、啟動狀態(tài)或干擾作用下，其輸出量經(jīng)過幾次衰減震蕩后，能迅速的穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)不 僅僅是數(shù)控機床的一個很重要的組成部分，同時也是它區(qū)別于一般普通機床的一個重要特殊的部分。 圖 21 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)的基本要求 具有數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進給驅(qū)動系統(tǒng)都統(tǒng)一稱為伺服系統(tǒng)。檢測與反饋單元就會將工作臺的實際的位置檢測以后反饋給比較控制環(huán)節(jié)，這樣比較控制環(huán)節(jié)就會將指令信號還有反饋信號進行對比，取兩者的差值當作伺服系統(tǒng)的跟隨誤差經(jīng)驅(qū)動控制單元，驅(qū)動控制執(zhí)行原件帶動工作臺的移動。進伺服系統(tǒng)的主要作用就是要接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進給速度還有發(fā)出的位移指令信號并且由伺服驅(qū)動電路作轉(zhuǎn)換并且放大然，后經(jīng)過伺服驅(qū)動裝置比如直流、交流、功率步進電動機或者是電液脈沖馬達還有機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床的工作臺、主軸等執(zhí)行部件來實現(xiàn)工作的進給還有它的快速移動。 步進伺服進給伺服系統(tǒng)主要是由這些個部分組成：位置控制單元還有速度控制單元還有驅(qū)動單元還有檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件。它主要是由包括電動機還有控制以及驅(qū)動裝置在內(nèi)的等物件組成的。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的將來的發(fā)展方向 [3]。目前的開放系統(tǒng)試數(shù)控體系在規(guī)范比如說通信較規(guī)范配置規(guī)較范、數(shù)控系統(tǒng)功能庫還有它們的數(shù)控系統(tǒng) 用到的功能軟件開發(fā)等成為目前研究的核心內(nèi)容。 開放性 : 根據(jù)國際上的電氣電子協(xié)會的定義“一個開放式系統(tǒng)提供了使合理實現(xiàn)的應(yīng)用程序運行于來自多個控制供應(yīng)商的不同平臺及與其他系統(tǒng)提供相互操作的能力，并具有一個用來與用戶交互的持續(xù)風格。機床互聯(lián)網(wǎng)還可以進行遠程控制和無人化操作。 表 11 計算機數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 項目 發(fā)展趨勢 硬件 開放式數(shù)控系統(tǒng)， PC集成技術(shù)，系統(tǒng)模塊化 軟件 開放式數(shù)控系統(tǒng)，標準操作系統(tǒng)，實時運行庫 CNC內(nèi)核 三維刀具補償，樣條查補 監(jiān)控與診斷 自適應(yīng)技術(shù)，分布式監(jiān)控，智能故障診斷 編程功能 三維圖形模擬，面向車間的編程 WOP/CAD/CAM 伺服系統(tǒng) 交流數(shù)字技術(shù)，高速串行數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口 人機交互 用戶可設(shè)計的界面 網(wǎng)絡(luò)功能 制造自動化協(xié)議、制造報文規(guī)范、現(xiàn) 場總線等 智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化 : 21 世紀的數(shù)控車床它是有一定的數(shù)控系統(tǒng)的，它們更具有人性化和智能化，數(shù)控機床的智能在數(shù)控系統(tǒng)中在各個方面都有體現(xiàn)：為了要加工效率還有加工質(zhì)量的智能化程度，比如說自己適應(yīng)控制還有加工工藝參數(shù)的自動形成。綜上所述我國數(shù)控車床技術(shù)產(chǎn)業(yè)大而不強 ， 尤其是對步進伺服系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計還需要加大對組成 伺服系統(tǒng)中每個重要基礎(chǔ)元器件的創(chuàng)新力度 ， 并且加強對數(shù)控伺服系統(tǒng)的開發(fā)力度還有必須不斷完善與提高機床加工精度和自動化效率 ， 逐步縮小與世界先進水平的差距。幾十年來對國內(nèi)外數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的剝析我國正努力向數(shù)控機床加工精度發(fā)展。（ 9）動力刀具等 [2]。例如： NEF 400/600 是德瑪吉生產(chǎn)的一款數(shù)控機床 ， 在同類 機床中切削效率最高 ， 幾何精度最好。 目前國外數(shù)控機床正向著高精度、高效率、高柔性、高自 動化方向發(fā)展這將對數(shù)控機床步進伺服機械傳動系統(tǒng)的精度、機械結(jié)構(gòu)、可靠性要求很高。 我國從 20 世紀 50年代開始數(shù)控系統(tǒng)的研究，經(jīng)過多方面的努力和技術(shù)的公關(guān)， 1958 年研制出第一代數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品， 1966 年研制出第二代數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，1972 年研制出第三代產(chǎn)品， 1975 年我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展進入了第四代， 1979 年 10月歐洲國際機床展覽會在意大利工業(yè)中心米蘭舉行，展覽會上首次展出了我國和其他國家共同制造的微型計算機數(shù)控機床，這就說明了我國數(shù)控系統(tǒng)也進入了第五代。 “ 高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備 ” 科技重大專項已經(jīng)全面啟動并且實施。然而呢伴隨著計算機技術(shù)還有制造業(yè)的快速發(fā)展還有裝備制造業(yè)對數(shù)控機床的大量的需要，數(shù)控機床的使用范圍一直在不停的擴大而且還不斷的發(fā)展成為了更適應(yīng)生產(chǎn)加工的要求。最后，寫說明書。查閱數(shù)控車床說明書查找在設(shè)計中要用到的一些參數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果查閱手冊，得出設(shè)計參數(shù)然后根數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)設(shè)計 2 據(jù)這些尺寸繪制零件圖和裝配圖。學(xué)習培養(yǎng)正確的設(shè)計思想、嚴肅認真負責的科學(xué)態(tài)度，加強團隊合作的精神。 本課題設(shè)計的目的是，培養(yǎng)我們綜合運用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識以及解決工程實際問題的能力。在設(shè)計中，我們首先先通過參觀數(shù)控車床還查閱資料了解了它們系統(tǒng)的工作原理和它的作用還有結(jié)構(gòu)特點等等。比如說導(dǎo)軌的設(shè)計選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計算、進給傳動系統(tǒng)的剛度計算和進給傳動系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動電機的選型驅(qū)動電計算機、滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動電機與進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析等等。 該課題的實施主要是培養(yǎng)我們運用已學(xué)過的專業(yè) 知識，進行分析、解決實際問題的能力，加強、提升所學(xué)專業(yè)知識，增強我們的團隊合作意識能力。為了確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度還有他們的工作的平穩(wěn)性，我們掌握數(shù)控車床進給機構(gòu)的設(shè)計對于機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生意義很大。數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)需要對進給位移的位置還有速度一起實現(xiàn)它的自動控制。 Ball screw； Servo system 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)設(shè)計 目 錄 1 緒 論 ............................................................................................................................ 1 選課背景及意義 ............................................................................................. 1 課題研究的主要內(nèi)容及目的 ......................................................................... 1 相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 ......................................................................... 2 國內(nèi)外 數(shù)控車床的現(xiàn)狀 ...................................................................... 2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 .......................................................................... 3 2 數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理及基本要求 ........................................ 5 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 ............................................. 5 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)的基本要求 ......................................................... 5 3 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計 .................................................................... 8 數(shù)控車床的步進伺服系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)及要求 ..................................... 8 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 ................................................................................. 8 X 方向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 ........................................................... 9 Z 方向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 ......................................................... 12 步進電機的選擇 ............................................................................................ 14 帶 動 X方向滾珠絲杠驅(qū)動電機的選型 ............................................ 15 帶動 Z