【正文】 用電氣公司等均先后在 1984 年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸使用。 NEF 400/600 的主 要特點(diǎn)如下 ：（ 1） 伺服系統(tǒng)中機(jī)械傳動部分精度高 ；（ 2） 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的誤差比較低 ；（ 3） 高穩(wěn) 定 性 的 鑄 鐵 床 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 身 ；（ 4） 標(biāo)配 12 位刀塔 VDI 30（ NEF 600： VDI 40）；（ 5） 標(biāo)配自動 （ 液壓 ） 控制尾座 ；（ 6） 數(shù)字驅(qū)動伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度 ；（ 7） 主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)到納米級（ 8）通過新型長身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更佳的排屑。 而我國面臨的情況不僅是數(shù)控機(jī)床占有率低主要是產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、伺服系統(tǒng)精度、可靠性不是太好。要想提高精度就必須從提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)入手。 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，現(xiàn)在帶制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，他們的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 性能方面的發(fā)展趨勢：他們的高速、高精度、高效率是因?yàn)椴扇×烁咚俚腃PU芯片、 RISC 芯片、多 CPU 控制系統(tǒng)還有就是帶高分辨率絕對試的檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，而且還采用了改善機(jī)床動態(tài)以及它們的靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的速度和它的精度還有效率比以前的數(shù)控車床已經(jīng)大大提高了如圖 11所示。為提高驅(qū)動性能還有它們的使用連接方等面的智能化，比如說前饋控制以及電動機(jī)參數(shù)的數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 自適應(yīng)控制和自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等。這樣就可以通過網(wǎng)絡(luò)在任何一臺機(jī)床上就可以對其它機(jī)床進(jìn)行編程，操作，運(yùn)行，不一樣的機(jī)床控制面板上的 畫面可以同時顯示在每一種機(jī)床的屏幕上面。正因?yàn)榻虚_放式系統(tǒng)就是因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的一個很大的公共運(yùn)行平臺上面，并且我們面向我們的機(jī)床廠家還有最后的客戶們的身上，并且通過改變?nèi)ピ黾踊蛘呒魷p少結(jié)構(gòu)構(gòu)對象，使它們的行程系列化標(biāo)準(zhǔn)化。使用功能模塊部件組成的數(shù)控車床；采用工藝策劃加工數(shù)據(jù)庫向用戶開放等。 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2 數(shù)控 車 床 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu) 和 工作原理 及基本要求 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 步進(jìn)伺服進(jìn)給伺服系統(tǒng)它是以移動物件的位置變化還有它的速度的變化作為控制量的自動控制系統(tǒng)。步進(jìn)伺服電動機(jī)是進(jìn)給系統(tǒng)的動力物件，它是提供執(zhí)行部件運(yùn)動所需要的動力，伺服電 機(jī)有步進(jìn)電動機(jī)和直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)以及和直線電動機(jī)等幾種 [4]。如圖 21 所示。驅(qū)動原件的主要作用是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動執(zhí) 行原件所需要的那種信號樣式，機(jī)械執(zhí)行原件就會將該信號變成為相應(yīng)的機(jī)械移動位移。如圖 21 中的實(shí)線部分為開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本的結(jié)構(gòu)。所有的進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)都是伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可總結(jié)為：它具有定位精度高和跟蹤指令信號的響應(yīng)快還有數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 就是系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較好。它是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系統(tǒng)增益都有關(guān)系。 精度要求：我們知道所謂的進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度要求是指系統(tǒng)的輸出量的復(fù)現(xiàn)輸入量的精度的程度范圍也就是說它的準(zhǔn)確性。還有穩(wěn)態(tài)誤差：也就是我們所講的瞬態(tài)過程結(jié)束以后系統(tǒng)中存在的偏差也就是說元件誤差還有就是干擾誤差。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時間，傳動裝置的的加速能力；直接影 響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。但響應(yīng)速度過快會造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)绊懴到y(tǒng)的不穩(wěn)定。 圖 22 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速 度要求 負(fù)載特性要硬：在系統(tǒng)負(fù)載范圍里。這就是要求伺服系統(tǒng)應(yīng)該有良好的靜態(tài)還有動態(tài)剛度等等。 除了以上要求以外，進(jìn)給伺服系統(tǒng)還需要能可逆運(yùn)行并且頻繁靈活的啟停；并且必須具有很高的可靠性能還有必須 要維護(hù)使用方便盡量使成本低等特征 [3]。 因?yàn)槊慨?dāng)數(shù)控裝置發(fā)出一個脈沖后經(jīng)過 10倍頻的伺服放大（細(xì)分驅(qū)動技術(shù)）也既是將一個脈沖細(xì)分為 10 個脈沖然后作用于電機(jī)，因此根據(jù)絲杠導(dǎo)程、步距角和脈沖當(dāng)量的關(guān)系。 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 首先我們來介紹一下滾珠絲杠螺母副的一些特點(diǎn)。 我們先來看圖 31所示，這是滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)圖形，它的工作過程是：在絲杠和螺母上面加工出來一個弧形的螺旋槽，然后將他倆套裝在一塊做成一個螺旋滾道，在滾到內(nèi)部使用滾珠充滿。滾珠絲杠螺母副的這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)把以前傳統(tǒng)的絲杠和螺母之間的滑動摩擦改變?yōu)闈L動摩擦，所以他有以下很多優(yōu)點(diǎn) [5][6]。 （ 2）它的運(yùn)動比較平穩(wěn)，沒有爬行。所以能很好的消除爬行的現(xiàn)象。 （ 4）滾珠絲杠螺母副預(yù)緊以后可以很有效的消除軸向間隙，所以沒有反向死區(qū)，這時候也提高了傳動的剛度。比如說它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜這樣就會造成制造成本很高。因?yàn)樗菨L動摩擦摩擦系數(shù)很小。采用垂直布置的時候他就會因?yàn)榱慵膽T性或者自重下滑。 m a x ?? maxmax FfC e? （ 33） ?ef 預(yù)加載荷系數(shù)， ?maxF 最大軸向載荷， N NFfC e 2 9 0m a xm a x ?? 計(jì)算滾珠絲杠螺紋 小徑： 定位精度， m40? 重復(fù)定位精度 m16? 定位精度?? )31~41(? （ 34） 則有： ~416)31~41(1m a x ???? 10~840)41~51(2m a x ???? 取最小值： mm ?? 4? ；估算螺紋小徑取兩端固定支撐 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊： a=。 工作臺總重 W=+300= hPL ）（行程 14~10)~( ?? L —— 滾珠絲杠有效行程 mmPL h 4 1 64143 0 ~10)~( ??????? ）（行程 mmWLa ??2d （ 36） a承方式系數(shù)，按表 32 選取， W滾珠絲杠副拖動工作臺的質(zhì)量； L滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間的距離， mm。 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 其參數(shù)為： maama ddKNCKNCKNCmmP 2200h ,16d,4 ????????? 3maxp FF ? （ 37） 計(jì)算預(yù)緊力： NFF a xp ??? 計(jì)算行程補(bǔ)償值，絲杠有效行程： hPL ）（行程 14~8u ?? （ 38） mmPL h 3 4 84123 0 014~8u ?????? ）（行程 3u ??? tLC （ 39） Δ t溫度變化值， 2～ 3℃； ?uL 滾珠絲杠有效行程， mm。 maxv 31 BFF ? （ 310） 軸承預(yù)加負(fù)荷 NFFB 4063 m a xv ???。 uLdK 22660s? （ 313） )111(1 RKKKbs??? (314) 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 bK —— 軸承剛度，與軸承類型和絲杠兩端支承方式有關(guān)， N/181。 R—— 軸向接觸剛度，根據(jù)滾珠絲杠樣本可以查得。m。 ?1K 安全系數(shù)，絲杠垂直安裝時取 1/2,水平安裝時取 1/3, ?2K 支撐系數(shù)， ?2d 絲杠螺紋小徑， mm, ?1cL 絲杠最大受壓長度， mm。 合格asoa CFfC 0m a x 2 7 0 ????? 。 m a x ?? NFfC e 2 9 0m a xm a x ?? 估算滾珠絲杠螺紋小徑： 采用兩端固定支撐重復(fù)定位精度 mm ?? 4? 已知行程 1110mm 工作臺總重： W=+1000= mmPL h 1 4 1 66141 1 1 ~10)~( ??????? ）（行程 mmWLa mm 2 ???? ? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，由計(jì)算出來 的 mam dCP 2h , ，選取 34006?FFZD 型絲杠其主要參數(shù)為： maama ddKNCKNCKNCmmP 2200h ,40d,6 ????????? 計(jì)算預(yù)緊力： NFF a xp ??? 計(jì)算行程補(bǔ)償值：絲杠有效行程為， mmPL h 1 1 4 8681 1 0 014~8u ?????? ）（行程 mtLC ?27101 1 4 33u ???????? ?； 則預(yù)拉伸力為 NtdF t 1 22 ?????? 軸承的選擇：軸承所受最大軸向載荷 NFFF tB 9 4 1 0 2 6m a xm a x ????? ，軸承內(nèi)經(jīng)略小于 d2=,取d=30mm。 驗(yàn)算系統(tǒng)剛度：由 mNF ?16 7 1 0 ????定位精度 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 mNFZdKK aQbb ? 1 8 1 233 m a x20 ????????? 401 14 606 60s 222 ?NLdKu???? mNR ?1017? )111(1 ?????RKKKbs。 驗(yàn)算滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速： m a x722722 m i n214156101148 nrLfdn c 合格???????。 驗(yàn)算絲杠抗拉強(qiáng)度： 合格取 m a x22 4 3 0 64 0 04,1 0 0 2 FdMP pp ?????? ??? 。但是增大轉(zhuǎn)矩以及快速運(yùn)行存在矛盾，因此，在實(shí)際選用的時候，必須全面考慮。 圖 32步進(jìn)伺服電機(jī)外形尺寸 數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 帶動 X 方向滾珠絲杠驅(qū)動電機(jī)的選型 hm PVn max? (319) 電機(jī)轉(zhuǎn)速： mi n3 7 50 0 a