【正文】 并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。（4）電機應(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。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。要求原銑床的改動盡可以少，希望保留原操作機構(gòu)，以便數(shù)控部分發(fā)生故障時仍能手工半自動操作。圖2－1 X502型立式銑床外形及傳動系統(tǒng)1－電動機；2－萬向接頭；3－離合器；4－手輪；5－手柄；6－傳動軸 ；7－軸承其主軸不能進(jìn)行升降運動。而橫向和縱向手動操作是通過手柄5和手輪4進(jìn)行的。因而,進(jìn)給軸的設(shè)計應(yīng)從動、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。以期望設(shè)計結(jié)果能滿足各項性能指標(biāo)的要求,達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,即滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。 （1）步進(jìn)電動機拖動的開環(huán)系統(tǒng)：該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要上步進(jìn)電動機、功率步進(jìn)電動機、電液脈沖馬達(dá)等。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。因此，對傳動元件和制造精度要求高，運動副之間摩擦力要小，要實行無間隙傳動。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)格，設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)整都有較大技術(shù)難度，設(shè)計調(diào)整不當(dāng)，易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。 （3）交/直流伺服電動機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺機服電動機做成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。步進(jìn)電機是一種將電的脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機電執(zhí)行元件，它能快速的啟動，制動和反轉(zhuǎn)；在一定頻率范圍內(nèi)各種運動方式都能任意的改變且不會失步，具有自整步的能力；沒有一周累計誤差，所以定位精度很高；價格便宜。采用步進(jìn)電機驅(qū)動的缺點是效率低，驅(qū)動慣量負(fù)載能力差，作高速運動時容易失步，目前已使用的較少。但由于直流伺服電動機存在著一些固有的缺點，如它的電刷和換向器易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)等；換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電動機的最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；此外，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高，因此，現(xiàn)在已很少選用直流伺服電動機。一般來說，在同樣的體積下，交流伺服電動機的輸出功率可比直流伺服電動機提高10%—70%，此外，交流伺服電動機的容量也比直流伺服電動機大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。交流感應(yīng)電機結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的直流伺服電機相比質(zhì)量輕、價格便宜、它的缺點是不能經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)范圍較大的平滑調(diào)速。對于交流同步電機的轉(zhuǎn)速與所用電源的頻頻之間存在一種嚴(yán)格的關(guān)系，即在電源電壓和頻率固定不變時，它的轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定不變的。并可得到非常硬的機械特性及較寬的調(diào)速范圍。同步電機又分為電磁式和非電磁式兩大類。在數(shù)控銑床的進(jìn)給驅(qū)動系中，多數(shù)采用永磁式交流同步電機。本課題選用的是滾珠絲杠螺母副。它的傳動特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母之間裝有滾珠作為中間傳動元件。并且滾珠絲杠螺母副的動（靜）摩擦系數(shù)相差極小，配以滾動導(dǎo)軌，起動力矩很小，運動靈敏，低速時不會出現(xiàn)爬行。它具有以下優(yōu)點:（1）摩擦損失小、傳動效率高 傳動效率可達(dá)92%96%，是普通絲杠傳動的3～4倍，而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩僅為滑動絲杠螺母機構(gòu)的25%。 （3）軸向剛度高、反向定位精度高 由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，反向時無空行程，定位精度高。（5）磨損小、壽命長、維護(hù)簡單 使用壽命是普通滑動絲杠的4～10倍。由于不能自鎖，在作垂直運動時應(yīng)附加裝或防止逆轉(zhuǎn)的裝置，防止工作臺因自重而下降。聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器之分，本課題選用的是無彈性的WK401定位十字滑塊聯(lián)軸器。因凸牙可在凹槽中滑動，故可補償安裝及運轉(zhuǎn)時兩軸間的相對位移。為了減少摩擦及磨損，使用時應(yīng)從中間盤的油孔中注油進(jìn)行潤滑。但是傳統(tǒng)的鑄鐵—鑄鐵、鑄鐵—淬火鋼滑動導(dǎo)軌副，其靜摩擦系數(shù)大，動摩擦系數(shù)隨速度變化而變化， 摩擦損失大，低速時易出現(xiàn)爬行，影響運動的平穩(wěn)性和定位精度，力矩?fù)p失大。因此目前在數(shù)控機床上已不采用，取而代之的是鑄鐵—塑料或鑲鋼—塑料導(dǎo)軌。它具有摩擦特性好、耐磨性好、減振性好等特點，這種導(dǎo)軌已經(jīng)在中、小型數(shù)控機床上廣泛應(yīng)用。由于其工藝較簡單，對原有滑動導(dǎo)軌不需作大的改動，故在普通機床數(shù)控機床改裝上應(yīng)用廣泛。這種涂塑導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性和耐磨性，可使用在大型、重型數(shù)控機床上。 由于改造成后的X502數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、直線插補、順、逆圓插補。 根據(jù)機床要求，采用8位微機?？垢蓴_能力強，具有很高的性能價格比特點。該系統(tǒng)中有時鐘電路模塊，復(fù)位及復(fù)位電路，數(shù)碼顯示接口電路，光電耦合器等組成。為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用伺服機電機通過聯(lián)軸器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。系統(tǒng)設(shè)計總體方案圖如圖22所示圖22 X502型立式銑床數(shù)控改造的總體方案示意圖（1）縱向進(jìn)給系統(tǒng)需作以下改動：將帶輪去掉，將帶輪的軸通過聯(lián)軸器與伺服電機相連，絲杠傳動副改用滾珠絲杠螺母副，其余部分不動，仍保留機床縱向進(jìn)給的機構(gòu)部分，這種改造成本最低。（3）滾珠絲桿仍安置在原絲桿的位置,采用一端軸向固定,一端浮動的結(jié)構(gòu)形式為便于安裝滾珠絲桿螺母副,絲桿不是整體的,而是采用分體式,即用連接套筒剛性連接。（4）縱向進(jìn)給機構(gòu)和橫向進(jìn)給機構(gòu)均由伺服電動機、滾珠絲桿螺母副通過ML02型彈性膜片式聯(lián)軸器組成。 3201250 mm2（2）縱向行程： 660 mm（3）最大縱向進(jìn)給力： 5000N（4）工作臺、夾具及工件重力：2800N（5）工作臺快速速度： m/min（7）主電動機功率： 30ms（9）機床定位精度： 177。 mm在數(shù)控機床的設(shè)計中,滾珠絲杠副的作用是將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的推力。所以滾珠絲杠副的選擇對整個機床的制造起著不可忽視的作用。為了在機床的設(shè)計中更合理的選用滾珠絲杠副,使其充分發(fā)揮效能,必須進(jìn)行一系列的計算。一般情況下,設(shè)計滾珠絲杠時,已知條件為:最大工作負(fù)載Fd(或平均工作負(fù)載Fm)作用下的使用壽命,絲杠的工作長度(或螺母的有效行程),絲杠的轉(zhuǎn)速(或平均轉(zhuǎn)速),滾道的硬度及絲杠的運轉(zhuǎn)情況。B、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動負(fù)載的近似值,并初選幾個型號。D、根據(jù)所選的型號,列出或計算出其主要參數(shù)的數(shù)值,計算傳動效率,并驗算剛度及穩(wěn)定系數(shù)是否滿足要求。 根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)定位精度的要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 從產(chǎn)品目錄中查得伺服電動的最高轉(zhuǎn)速為或。工作臺快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到。基本絲杠導(dǎo)程公式如下： 根據(jù)精度要求，數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量可定為mm/脈沖。如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案，因旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度為每轉(zhuǎn)2000個脈沖，則在伺服電動機和旋轉(zhuǎn)變壓器軸之間安裝1：1的升速齒輪。如選用每轉(zhuǎn)2500脈沖的編碼器。如采用脈沖編碼器方案，則可在倍頻器后加頻率/電壓轉(zhuǎn)換器（F/V），其轉(zhuǎn)換比例為每輸出電壓為（例如6V）。圖4－1為上述2種方案的傳動系統(tǒng)圖。本設(shè)計采用圖b方案。 mm的定位精度，根據(jù)此要求查閱滾珠絲杠樣本，對于1級（P1）精度絲杠，2級（P2）。滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動載荷選擇。已知最大進(jìn)給力，工作臺加工件與夾具的重力為2800N，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）絲杠最大載荷平均載荷 絲杠最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺最小進(jìn)給速度為1mm/min，,可取為0，則平均轉(zhuǎn)速。代入公式可得