【正文】 ............................... 33 Z 軸絲杠螺母的設(shè)計 ........................................................................... 36 添加軸承 .............................................................................................. 37 添加緊固件 .......................................................................................... 37 X 軸滑塊的設(shè)計 .................................................................................. 38 絲杠的設(shè)計 ............................................................................................ 38 伺服進(jìn)給系統(tǒng)零件的裝配 ...............................................................................................................39 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖 ...................................................................................................................40 結(jié) 論 .....................................................................................................................................................................42 致 謝 .....................................................................................................................................................................43 參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................................................44 附錄 A ...................................................................................................................................................................45 附錄 B....................................................................................................................................................................57 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 數(shù)控機(jī)床的概念 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。 數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。 機(jī)械系統(tǒng)：包括，主軸部分、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫和自動換刀裝置 (ATC)、自動托盤交換裝置 (APC)等。根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有近 500 種數(shù)控機(jī) 床。 數(shù)控機(jī)床的特點 數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 高效能的自動化機(jī)床，尤其對于約占機(jī)械加工總量 80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性 。 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀 1949年美國帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。 20 世紀(jì) 50 年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng) ——晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。 1970 年，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng) ——小型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計算機(jī)以其無法比擬的性能價格比滲透各個行業(yè)， 1974 年，第五代數(shù)控系統(tǒng) ——微型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。綜上所 述，由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎 5 年左右時間就更新?lián)Q代一次 [1]。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程， 1990 年日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá) 75%，美國達(dá) 70． 1%，德國達(dá) 57%。 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 數(shù)控技術(shù)狀況 目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時期，也是由封閉型向開放型過渡的時期。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。尤其是基于 PC 機(jī)的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機(jī)床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。同時大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過 60%。 我國進(jìn)行改革開 放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進(jìn)的機(jī)床制造國家進(jìn)行技術(shù)交流，并通過引進(jìn)技術(shù)，到 80年代初，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實用化階段，1991年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率為 14． 3%，到 1997年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率為 24． 5％ 。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設(shè)計、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機(jī)械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準(zhǔn)停不好；安全性較差，軟硬件保護(hù)功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計方面不規(guī)范，不符合國標(biāo)，比如使用電壓等級、電線 顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機(jī)床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設(shè)計思想；程序設(shè)計方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不規(guī)范，邏輯性不強(qiáng)，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進(jìn)行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標(biāo)牌線號不清，圖紙與實物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機(jī)床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品種生產(chǎn)困難。 機(jī)械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設(shè)計有專門的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計規(guī)范合理，配套件齊全，標(biāo)牌標(biāo)示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術(shù)的應(yīng)用及時領(lǐng)先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低 [3] 。為了滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。 信息載體 信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床上加工一個零件所必需的各種信息，以控制機(jī)床的運動，實現(xiàn)零件的機(jī)械加工。數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計算機(jī)上編寫的加工程序輸 入到數(shù)控系統(tǒng)。 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計算和處理后去控制機(jī)床的動作。硬件除計算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機(jī)、 CRT、鍵盤、面板、機(jī)床接口等。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動作可概括為：機(jī)床主運動、機(jī)床的進(jìn)給運動、刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償、其它輔助運動等。伺服電動機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。 數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動機(jī)床、精密機(jī)床和萬能機(jī)床三者的優(yōu)點，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。 伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自 CNC 裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運動。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。要使它成為一個既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當(dāng)高的技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，的確是一個相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。 3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng) 有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。 4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高 [4]。 在設(shè)計中 通過查閱資料確定數(shù)控車床的切削力，由切削力的大小來確定數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的各種 運動參數(shù)及傳動方案，然后通過計算當(dāng)量動載荷選擇滾珠絲杠，通過計算最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載慣量選擇伺服電動機(jī)。最后介紹了本課題研究的主要內(nèi)容和研究方法。 該數(shù)控車床具有剛度高、排屑功能流暢、運轉(zhuǎn)噪音低、傳動效率高、精度保持性好、有效壽命長等優(yōu)點。 車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動，選用精密數(shù)控系統(tǒng)，并合理選用高精度元器件，保證了伺服系統(tǒng)達(dá)到要求的精度、重復(fù)定位精度，并使其具有高剛度和良好的穩(wěn)定性。 本設(shè)計著重進(jìn)行進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳動設(shè)計。進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副傳動， Z、 X兩軸聯(lián)動，單軸具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進(jìn)電動機(jī)性能的限制。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 因為開環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機(jī)床的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電動機(jī)按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床要求達(dá)到預(yù)定的精度要求以外，根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，還要求具有良好的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)必須滿足 :（ 1）傳動精度高；（ 2）摩擦阻力??；（ 3）運動部件慣量小。 滾珠絲杠螺母副 在數(shù)控機(jī)床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。 靜壓絲杠螺母副 其特點是：摩擦系數(shù)小，僅為 ，；平穩(wěn)性高；反向間隙?。坏?，靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對有的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇 滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種： 聯(lián)軸器直接聯(lián)接 這是一種最簡單的連接型式 .這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點是 :具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動機(jī)沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 構(gòu)本身無間隙 ,傳動精度高 ,而且結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝、調(diào)整方便，適用于像中小型號的數(shù)控車床。 通過齒輪聯(lián)接 這種調(diào)整方法的優(yōu)點是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下 ,保持齒輪的無間隙嚙合；但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ,軸向尺寸大、傳動剛度低、傳動平穩(wěn)性較差，一般用于精度要求低的機(jī)床中。并且傳動不打滑、不需要大的張緊力； 但是在同步齒形傳動設(shè)計時對材料的要求很高。 X 軸采用同步帶連接電動機(jī)與絲杠副的方式，同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點 ,與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單 ,制造成本更低 ,安裝調(diào)整更方便。用滾珠絲杠螺母副直連電機(jī)傳動的方案。“雙推 —支承”方式能夠避免絲杠自重引起的彎曲，以及高速回轉(zhuǎn)時自由端的晃動，符合本設(shè)計的設(shè)計條件。 滾珠絲杠螺母副是一種將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的理想傳動件，因其具有螺紋絲杠無法比擬的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，更是普通數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床不可或缺的零部件。滾珠絲杠螺母副具有驅(qū)動力矩小、精度高、可實現(xiàn)微進(jìn)給、無側(cè)隙、剛度高、告訴等優(yōu)點。 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是連 接數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體的重要部分，在設(shè)計中，在伺服方沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 3 數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng) X 軸選型 伺服進(jìn)給系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)： 進(jìn)給運動