【正文】 動力，并可實現(xiàn)分度運動。 3） 電機功率計算 工作所需功率為： Pw=FwVw/1000η w KW Pw=Tnw/9950η w KW 式中 T=, nw=40r/min,電機工作效率η w=，代入上式得 Pw=2 40/（ 9950 ） = 電機所需的輸出功率為： P0= Pw/η 由表 ：一對滾動軸承的效率為η 2=；蝸桿傳動的效率為η 3=；聯(lián)軸器傳動效率η 4=。額定扭矩小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使電機長期過載、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。因此，η =η 2η 3η 4= = P0= Pw/η =所以： Pm =(1～ ) =～ Pm在 伺服電機 SM11002030LFB可以輸出的功率范圍內(nèi) 查得電機最大轉(zhuǎn)速約為 3000rpm B 軸方向上伺服電機的選擇和及運動參數(shù)的計算 同樣地選擇 110 系列 伺服電機 。根據(jù)設(shè)計方案電火花成型加工沒有切削力，所以工作扭矩為電機驅(qū)動轉(zhuǎn)軸本身旋轉(zhuǎn)所需扭矩，選用扭矩為 2Nm，可以選用電機型號為 SM11002030LFB伺服電機 ， 轉(zhuǎn)矩 2Nm，轉(zhuǎn)速 3000rpm。 2) 選擇 伺服電機 的扭矩 伺服電機 的扭矩應(yīng)該大于負(fù)載的最大扭矩。 A 軸方向上伺服電機的選擇和及運動參數(shù)的計算 采用伺服電機為驅(qū)動單元， 伺服電機接收到 1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(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，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的 控制電機 的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到 。 交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。當(dāng)伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性（ T1－ S T2－ S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（ T－ S 曲線） 交流伺服電動機的輸出功率一般是 。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點。 伺服電動機與單相異步電動機比較 交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點： 起動轉(zhuǎn)矩 大 由于轉(zhuǎn)子電阻大，與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。 ⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。 ⑵定子繞組散熱比較方便。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。 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。當(dāng)有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個 旋轉(zhuǎn)磁場 ，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 轉(zhuǎn)子做得細(xì)長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅 ，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子 .空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。 伺服 電機的種類 交流伺服電動機 交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與 電容 分相式單相異步電動機相似 .其定子上裝有兩個位置互差 90176。直流伺服是梯形波。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。 交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和 異步電機 ，目前 運動控制 中一般都用同步電機，它的 功率 范圍大，可以做到很大的功率?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相 方式 靈活，可以方波換相或正弦波換相。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用 場合 。直流伺服 電機 分為有刷和無刷電機。 伺服 電機的原理 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（論文）說明書 12 伺服電機（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)。伺服 電機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入 信號 控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動 電壓 等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 伺服 電動機的特點 伺服電機（ servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制 機械元件 運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置。 因為本電機驅(qū)動 主軸附件頭 是在控制系統(tǒng)控制下作進(jìn)給運動的，采用開環(huán)控制。因為電火花成型加工沒有切削力，所以在剛度上沒有特別要求。因為附件頭要安裝在電火花成型加工機床的主軸上，所以必須對尺寸大小做嚴(yán)格的控制，不能太大。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。 數(shù)控電火花主軸附件頭的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。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。 當(dāng)工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài)。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。附件頭的運動是由伺 服電動機，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動。并且通過 伺服電機 實現(xiàn)精密控制。 本章小 結(jié) 本章主要對數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了簡要介紹，分析了本課題研究的目的和意義，為完成本次設(shè)計做了準(zhǔn)備。適用于大批量輪轂、盤類零件的加工 。上海重型機床廠開發(fā)的雙主軸倒順式車削中心，第一主軸正置，第二主軸倒置。如沈陽機床股份有限公司開發(fā)的五軸加工車銑中心 。兩個旋 轉(zhuǎn)軸 A與 X軸平行， B 與新工作臺垂直，他們的原點都在 Y 軸上（如下圖）其中 B軸是隨 A軸的旋轉(zhuǎn)而隨時變化。 在現(xiàn)有的 3軸聯(lián)動機床的工作臺上增加一個旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺（一臺帶有兩個旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺），再通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級改造使該機床成為五軸聯(lián)動的數(shù)控機床。 為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展必須對現(xiàn)有的機床進(jìn)行升級。 目前 數(shù)控 回 轉(zhuǎn) 工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展 趨勢是： 1． 在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺； 2． 在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力； 3． 在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。二是改善機床結(jié)構(gòu)。日本東金屬產(chǎn)業(yè)公司研制出了一種新的鑄件材料，是在鋁中添加 20％碳化硅的復(fù)合材料，可作為精密機床、高速加工機床的床身構(gòu)件。 (4)高剛性：機床在不斷追求高速、高精的同時，開始注重機床的剛度，為實現(xiàn)大功率切削，提高加工效率奠定基礎(chǔ)。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 (3)復(fù)合化：提高機床切削率和生產(chǎn)效能促使機床功能的擴展，由原來的單主軸、單刀架，擴展為雙主軸、雙刀架結(jié)構(gòu)，組成臥式平行雙主軸結(jié)構(gòu)或立式雙主軸結(jié)構(gòu)。 Mitsui Seiki 公司的 HU50— 5AX 型高精度 5 軸高速加工中心，帶一個傾斜轉(zhuǎn)臺，所有坐標(biāo)的直線運動定位精度 0． 003mm， B軸、 C 軸的回轉(zhuǎn)精度0． 001。 O． 002～177。 0． 05～177。液體冷卻的主軸電機由陶瓷軸承支承，轉(zhuǎn)速高達(dá) 30000r／ min、42021r／ min、 60000r／ min，并有整體式托盤架和托盤交換裝置。由于高速 電主軸的普遍應(yīng)用，主軸轉(zhuǎn)速也迸一步提高，有的高達(dá) 40000～ 60000r／ min，快移速度也由于直線電機的采用而提高到 lOOm／ mim 以上，很多機床的直線運動加速度達(dá)到 1～ 29，少數(shù)可達(dá) 39以上。概要的說，就是通過各種技術(shù)全面集成，大幅度提高生產(chǎn)效率。 數(shù)控機床發(fā)展的主要趨勢 從外國五軸聯(lián)動加工中心機床的發(fā)展看，機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。； B/C 軸減速比 75/48； B/C軸最高轉(zhuǎn)速 50/100r/min。轉(zhuǎn)臺消隙方式為雙蝸桿消隙結(jié)構(gòu)。 2″。配旋轉(zhuǎn)編碼器 RON275，定位精度177。轉(zhuǎn)臺承載能力 500kg；分度定位制動扭矩為 1650Nm；油壓35kg/cm2 ；鎖緊時最大切削扭矩 1500Nm。 =臥式），回轉(zhuǎn)速度 30r/min。（ 0176。 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)計的復(fù)合機床?，F(xiàn)在復(fù)合機床主流形式是以車銑復(fù)合加工實現(xiàn)工序集約，以加工中心為基礎(chǔ)設(shè)計的車銑復(fù)合機床。 東風(fēng)汽車有限公司設(shè)備 制造廠展出的 DH500Ⅰ高速臥式加工中心具有 主軸軸向尺寸溫升自動補償功能和 主軸防碰撞功能，利用傳感器在零件周圍設(shè)置臨界區(qū)，發(fā)現(xiàn)危險后自動實現(xiàn)碰撞規(guī)避。 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 Ф 600mm， 最大加工直徑 Ф 400mm， 最大車削長度 1150mm， X軸行程 520mm， Y軸行程 100mm/+100mm， Z軸行程 1400mm， B軸轉(zhuǎn)角 120mm～ +120mm。 HTM40100h 車銑加工中心屬于 國家 重大專項產(chǎn)品，這臺車銑加工中心體現(xiàn)了當(dāng)今數(shù)控機床高效、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)控機床的需求而研制開發(fā)的。最大載重 1000kg， 三向行程（ x/y/z） 1200mm 900mm 700mm， 主軸端面至工作臺臺面高度為 100mm～ 800mm， X、 Y 軸快速移動速度 120m/min， Z軸快速移動速度80m/min。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 5 VH1100高速立式加工中心 主體結(jié)構(gòu)采用門型結(jié)構(gòu)，以增強機床剛性。 C 軸回轉(zhuǎn)角度為 360176。三向行程（ x/y/z） 650mm 700mm 460mm， A 軸回轉(zhuǎn)角度為 110176。內(nèi)藏式主軸電機直接驅(qū)動機床主軸 ,最高轉(zhuǎn)速 18000 r/min，該機工作臺面尺寸為 Ф 500mm178。轉(zhuǎn)臺定位精度 8，轉(zhuǎn)臺重復(fù)定位精度 4。 A軸額定轉(zhuǎn)速 110r/min，可繞 B 軸 360176。 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。其工作臺采用了 3套大扭矩 力矩電機， A 軸配有 2 套大扭矩力矩電機， B 軸采用高速旋轉(zhuǎn)的大扭矩力矩電機。 其中南通科技投資集團股份有限公司展出了 5DMCH63 臥式五軸聯(lián)動加工中心、5DGBC50 五軸聯(lián)動立式加工中心、 VH1100 高速立式加工中心和 VMCL1100 新型立式加工中心。主軸設(shè)有恒溫冷卻裝置，確保主軸恒溫、精度穩(wěn)定?？?通過五軸聯(lián)動實現(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。橋梁和工作臺固定，剛性好，承載大，適用于大型工件復(fù)雜型面的加工。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 在 CIMT2021 展會上，中國的展品和參展廠家占多數(shù)，展出了 33 臺被西方國家禁運的五軸聯(lián)動數(shù)控機床。近年來，中國陸續(xù)推出五軸數(shù)控機床的廠家（如沈陽、大連、常州、桂林、北京、濟南和齊齊哈爾等地的機床廠）越來越多。到 20 世紀(jì) 90 年代初，國內(nèi)的數(shù)控機床及 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)控機床產(chǎn)業(yè)正面臨十分嚴(yán)峻的形勢 。我國有關(guān)數(shù)控機床技術(shù)的研究起步于上世紀(jì) 70 年代。 基于上述原因，本課題將對精密數(shù)控 主軸附件頭 AB 軸 進(jìn)行設(shè)計研究，它涉及到結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)等問題的研究。 圖 14 CITM2021中國國際機床展 調(diào)查 統(tǒng)計 本課題的研究目的和現(xiàn)實意義 近年來，我國在超精密機床的研究方面取得了一些可喜成績，但對于一些關(guān)鍵零部件如高精度數(shù)控聯(lián)動回轉(zhuǎn)工 作臺等，與一些技術(shù)先進(jìn)國家相比還有很大的差距。 圖 13 CITM2021中國國際機床展 調(diào)查 統(tǒng)計 CITM2021中國國際機床展 調(diào)查報告中 50%的受訪者認(rèn)為國產(chǎn)機床與國外機床的差距縮小了一些， %認(rèn)為差距縮小了不少（詳見圖 14）。緊跟其后的是加工速度和外形方面的色彩、精美程度等，均占 %（詳見圖 13）。 圖 11是對2021 年 中國國際機床展覽會數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 2 中國國際機床展覽會010203040506070觀眾人數(shù)（萬） 展會交易額（億元）2021年2021年2021年 圖 11 2021年 中國國際機床展覽會數(shù)據(jù)統(tǒng)計 據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會統(tǒng) 計， 2021 年我國機床工具產(chǎn)品進(jìn)口總額為 億美元，同比增長 %， 國內(nèi)機床進(jìn)口額與歷史最高的 2021年同期相比還增長了 %，創(chuàng)歷史新高。為了應(yīng)對日益