【正文】 精度、速度和動太特性優(yōu)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，其復雜性和成本低于閉環(huán)伺系統(tǒng)，主要用于大多數(shù)中小型數(shù)控機床，且能滿足市場要求所以，目前應用最為廣泛。當系統(tǒng)精度要求很高時，應采取閉環(huán)控制方案。但是當精度要求沒那么大的時候我們同樣可以采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，雖然他只能補償部分誤差但是由于其對傳感器要求較低，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便等優(yōu)點得到廣泛的應用。在負載較大的大型伺服系統(tǒng)中常采用液壓伺服馬達，而在中小型伺服系統(tǒng)中，則多數(shù)采 4 用直流或交流伺服電動機。但是因為其內(nèi)部有機械換向裝置，存在電刷磨損問題，運行時電機的換向器也會出現(xiàn)運行火花，限制了直流電動機的轉(zhuǎn)速與輸出功率的提高，所以需要較多維護。 不過 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，由于 脈沖當量和定位精度并不是很高，空載最快移動速度也不算高，所以可以選用混合式步進電動機。 檢測反饋元件的選擇 常用的位置檢測傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、光電脈沖編碼器、光柵尺等。如被測為角位移，則應選取圓形的角位移傳感器，如光電脈沖編碼器、圓感應同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、碼盤等。 傳感器的精度與價格密切相關(guān)，應滿足要求的前提下，盡量選用精度低的傳感器，以降低成本。 機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)方案的確定 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的機械傳動與執(zhí)行在機構(gòu)形式上與開環(huán)伺服系統(tǒng)基本相同。比如直流伺服電動機應確定是采用晶體管脈寬調(diào)制還是采用晶閘管放大器驅(qū)動控制：對于家劉伺服電動機，應確定采用矢量控制，還是采用幅值、相位或幅相控制。另外還應確定是采用軟件伺服控制，還是采用硬件伺服控制，以便擇相應的計算機。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，道具的切削速度為 400 10 85 /60 60Dnv m s? ?? ? ?? ? ?=1780mm/s 取機床的機械效率 ?? ，則有 31 0 3 3 7 0 .7 9mz PF N Nv?? ? ? 走刀方向的切削分力 xF 和垂直走刀方向的切削分力 yF 為 0 . 2 5 0 . 2 5 3 3 7 0 . 7 9 8 4 2 . 7xzF F N N? ? ? ? 0 . 4 0 . 4 3 3 7 0 . 7 9 1 3 4 8 . 3 2yzF F N N? ? ? ? 導軌摩擦力的計算 導軌受到垂向切削分力 33 70 .7 9vzF F N?? ，縱向切削分力 cyFF? ? ，移 5 動部件的全部質(zhì)量（包括機床夾具 和工件的質(zhì)量） m=(所受重力 W=300N)，查表得鑲條緊固力 2020gfN? ，取導軌動摩擦系數(shù) ?? ，則 ()g v cF W f F F? ?? ? ? ? 0 . 1 5 ( 3 0 0 2 0 0 0 3 3 7 0 . 7 9 1 3 4 8 . 3 2 )? ? ? ? ? ? 計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力 0F? 和 0F 0 ( ) 0 . 1 5 ( 3 0 0 2 0 0 0 ) 3 4 5gF W f N? ?? ? ? ? ? ? 00 ( ) 0 . 2 ( 3 0 0 2 0 0 0 ) 4 6 0gF W f N?? ? ? ? ? ? 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 計算最大軸向負載力 maxaF m a x ( 1 3 4 8 . 3 2 1 0 5 2 . 8 7 ) 2 4 0 1 . 1 9ayF F F N N?? ? ? ? ? 計算最小軸向負載力 minaF min 0 345aF F N??? 確定進給傳動鏈的傳動比 i 和傳動級數(shù) 取步進電動機的步距角 ???，滾珠絲杠的基本導程 0 6L mm? ，進給傳動鏈的脈沖當量 /p mm P? ? ，則有 0 1 .5 6 6 .2 53 6 0 3 6 0 0 .0 0 4pLi ? ? ?? ? ?? 按最小慣量條件，查得應該采用 2級傳動，傳動比可以分別取 1 3i? 、 2 ? 。 滾珠絲杠的動載荷計算 、 直徑估算 和設(shè)計 （ 1）按預期工作時間估算滾珠絲杠預期的額定動載荷 已知數(shù)控機床的預期工作時間 15000hLh? ，滾珠絲杠的當量載荷 mF ? maxaF ? ，查表得載荷系數(shù) ? ；初步選擇滾珠絲杠的精度等級為 3級精度，取精度系數(shù) 1af ? ；查表得可靠性系數(shù) 1cf ? 。 已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為 40 m? ,重復定位精度為 16 m? ，則有 m a x 1 11( ) 1 6 5 . 3 3 832 mm? ? ?? ? ? m a x 2 11( ) 4 0 8 1 054 mm? ? ?? ? ? 取上述計算結(jié)果的較小值，即 max m??? 。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預拉伸。 絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針 — 推力圓柱滾子組合軸承和接觸 角為 60176。 角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應用。 60176。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點間的距離比背對背時小，實現(xiàn)自動調(diào)整較易。 在此課題中采用了以面對面配對組合的 60176。以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。為了補償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預拉伸的結(jié)構(gòu)，使預拉伸量略大于熱膨脹量。 二、 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度 2 300L mm? ，其彈性模量 10E?? MPa ，密度 531 7. 8 10 /N m mg? ?? ? ? ，重力加速度 329. 8 10 /g mm s?? （ 1） 滾珠絲杠的最小慣性矩為 8 4 4 42 3 . 1 4 2 7 . 9 2 9 7 2 8 . 0 56 4 6 4I d m m?? ? ? ? （ 2） 滾珠絲杠的最小截面積為 2 2 22 3 . 1 4 2 7 . 9 6 1 1 . 0 544A d m m?? ? ? ? 取 1 ? ，查表得 ?? ，則有 21 22602c EInK 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?? ? ? ? ??? ? ? ? ? 4692249 / minr? 本橫向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 ，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 四、 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換 的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當他們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點： （ 1）傳動效率高，摩擦損失小。因此，功率消耗只相當于普通絲杠的 1/4/3. （ 2）若給于適當預緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （ 4）具有可逆性，既可以從螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn) 9 運動。 （ 5）磨損小，使用壽命長。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時當傳動切斷后，不能立即停止運動，故還需要增 加制動裝置。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個 0L? 的導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位而實現(xiàn)預緊。 計算機械傳動的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量 10E MPa?? ，滾珠絲杠的底徑 2 mm? 。軸承最大軸向工作載荷 m a x m a x F N??。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 m ax 24 01 .1 9aFN? 則 11m a x 33 2 4 0 1 . 1 9( ) 6 8 3 ( ) / 7 2 3 . 5 1 /0 . 1 0 . 1 2 0 2 0 0ac aFK K N m N mC ??? ? ? ?? 10 進給傳動系統(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? ? ? ? ? ? ? 故 m a x 72 3. 51 /K N m?? 。絲杠軸每轉(zhuǎn)一 圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離 L= 2 2 20 . 6( ) 3 0 . 6 1 ( ) 0 . 2 82 2 3 . 1 4L LJ m k g c m?? ? ? ? ?? （ 3）計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 3 4 2 2