立式數(shù)控銑床進給傳動系統(tǒng)設(shè)計全套

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 第一章 緒論 1.1數(shù)控銑床簡介 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及世界先進制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服性能、主軸驅(qū)動、機床結(jié)構(gòu)等提出了更高的性能指標；FMS的迅速發(fā)展和CIMS的不斷成熟，又將對數(shù)控機的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出更高的要求。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能日益完蓋，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用頷域日益擴大。 數(shù)控銑床是在數(shù)控加工中心領(lǐng)域中最具代表性的一種典型機床，在數(shù)控機床中所占的比率最大，數(shù)控加工中心、柔性制造單元等都是數(shù)控銑床基礎(chǔ)上派生或發(fā)展起來的。它具有功能性強、加工范圍廣、工藝較復(fù)雜等點，主要用于各種復(fù)習(xí)的平面、輪廓、曲面等零件的銑削加工，同時還可以進行鉆、擴、鏜、攻螺紋等加工，在航空航天、汽車制造、機械加工和模具制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。 1.2數(shù)控銑床的組成 數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、機床基礎(chǔ)部件、主軸箱、進給伺服系統(tǒng)及輔助裝置等幾大部分組成。 （1）數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機床運動控制的中心，通常數(shù)控銑床都配有高性能、高精度、集成軟件的微機數(shù)控系統(tǒng)，具有直線插補、圓弧插補、刀具補償、固定循環(huán)、用戶宏程序等功能，能完成絕大多數(shù)的基本銑削以及鏜削、鉆削、攻螺紋等循環(huán)加工。 （2）機床基礎(chǔ)部件 通常是指底坐、立柱、工作臺、橫梁等，是整個機床的基礎(chǔ)和框架。 （3）主軸箱 包括主軸箱和主軸傳動系統(tǒng)，用于裝刀具并帶動刀具旋轉(zhuǎn)、主傳動大多采用專用的無級調(diào)速電動機驅(qū)動。 （4）進給伺服系統(tǒng) 由進給電動機和進給執(zhí)行機構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進給速度實現(xiàn)刀具和工件之間的相對運動，其主軸垂直方向進給運動及工作臺的橫向和縱向進給運動均由各自的交流伺服電機來驅(qū)動。 （5）輔助裝置 包括液壓、氣動、潤滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護等裝置。 1.3數(shù)控銑床的分類 數(shù)控銑床品種繁多，規(guī)格不一，可按通用銑床的分類方法分為以下3類： (1)數(shù)控立式銑床：數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。目前三坐標數(shù)控立式銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，一般可進行三軸聯(lián)動加工。 (2)臥式數(shù)控銑床：臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)臺的方式來實現(xiàn)四軸和五軸聯(lián)動加工。這樣既可以加工工件側(cè)面的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓，又可以實現(xiàn)在一次裝夾中通過轉(zhuǎn)臺改變零件的加工位置也就是通常所說的工位，進行多個位置或工作面的加工。 (3)立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床：這類銑床的主軸可以進行轉(zhuǎn)換，可在同一臺數(shù)控銑床上進行立式加工和臥式加工，同時具備立、臥式銑床的功能。 1.4數(shù)控銑床的用途和工藝特點 銑床是用銑刀進行切削加的機床,銑床的加工情況如圖1-1所示。在銑床上，用不同銑刀可以對平面、斜面、溝槽、臺階、T形槽、燕尾槽等表面進行加工，另外配上分度頭或回轉(zhuǎn)臺還可以加工齒輪、螺旋面、花鍵軸、凸輪等各種成型表面。故銑床的萬能性強，應(yīng)用范圍很廣。銑床的主參數(shù)是工作臺面寬度及長度。 圖1-1 銑床上的典型工作 銑床的工藝特點如下： (1)銑床的主軸帶動銑刀作旋轉(zhuǎn)主運動； (2)銑刀是多齒、多刃連續(xù)進行切削； (3)多數(shù)銑床由工作臺帶動工件作直線進給運動； (4)銑刀在切削時，每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，同時參加切削的齒數(shù)是變化的，每個刀齒的切削厚度也是變化的，因此容易引起機床振動； (5)銑削時，銑刀同時參加切削的齒數(shù)較多，便于采用較大的銑削速度和進給給量，因而生產(chǎn)效率高。 1.5我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 當前，我國的數(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。也是由封閉型系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)），已達到國外先進水平。目前，已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80種。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)。 1.6數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題 當前,我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國內(nèi)市場占有率偏低。據(jù)有關(guān)資料表明,1999年國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率僅為38.88%。造成這種嚴峻的形勢,除客觀原因外,主要是產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性不過硬。“十五”期間,我國機械制造工業(yè)正朝著精密化、柔性化、集成化、自動化、智能化方面迅速發(fā)展,國內(nèi)數(shù)控機床需求強勁,我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)適逢極好的發(fā)展機遇。然而,我國加入ＷＴＯ后,國外生產(chǎn)的數(shù)控機床將會更多的進入我國市場,市場競爭更為激烈。提高國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率,關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性。幾年來,經(jīng)過對國內(nèi)外數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)剖析和使用性能的調(diào)研,探索和總結(jié)了數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的新技術(shù)。現(xiàn)時主要存在有以下幾個問題： （1）缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模 （2）缺乏發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系 （3）缺乏技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新和產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在動力 （4）面臨國外強手競爭的巨大壓力 1.7發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、制造技術(shù)的進步和人類生活水平的提高，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種的多樣化的要求趨勢日益增強。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，對數(shù)控機床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市場能提供不同加工需求，能迅速高效、低成本地構(gòu)筑面向用戶的控制系統(tǒng)，并大幅度地降低維護和培訓(xùn)的成本，同時還要求具有網(wǎng)絡(luò)功能，以適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式。為此，近10年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運而生，發(fā)展很快。目前正朝標準化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。就體系結(jié)構(gòu)而言，當今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致分為4種類型：傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)、“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)、“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控統(tǒng)、開放式數(shù)控系統(tǒng)。特別是進入20世紀90年代以來，隨著國際上計算機技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正在不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就。目前,國外數(shù)控機床的性能正朝著高速化、高精度、高效率、高柔性、高自動化、高可靠性、智能化、復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、開放式體系結(jié)構(gòu)等方向迅速發(fā)展,這將對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求?！笆濉逼陂g,我國機械制造行業(yè)必須瞄準國際數(shù)控機床發(fā)展的科學(xué)前沿,開拓創(chuàng)新,消化吸收國外先進技術(shù),開創(chuàng)我國數(shù)控機床設(shè)計和制造技術(shù)的新局面。 1.8經(jīng)濟型數(shù)控銑床的改造 縱橫向進給系統(tǒng)原機床掛輪機構(gòu)、進給箱、溜板箱、滑動絲杠,光杠等全部拆除，縱向、橫向以伺服電機作為驅(qū)動，通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)接實現(xiàn)傳動。縱向進給機構(gòu)：縱向伺機服電機為FB—15型直流伺服電機，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置,其螺母副通過托架安裝在床鞍底部,滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承,與床身尾部步進電機相聯(lián)接。伺服電機經(jīng)減速后,減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠直接聯(lián)接,這種結(jié)構(gòu)簡單,徑向尺寸小,可防止被聯(lián)接軸的位移和偏斜所帶來裝配困難和附加應(yīng)力。 改造后的數(shù)控機床應(yīng)有以下發(fā)展方向：單一的數(shù)字控制應(yīng)向數(shù)控中心發(fā)展，數(shù)控機床總體布局更加合理，機床控制系統(tǒng)的控制和運算功能更進一步加強，機床的伺服系統(tǒng)采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)代替直流伺服系統(tǒng)，編程更趨合理化，加工工藝更趨簡單化90%機床的檢測和監(jiān)控系統(tǒng)要能實現(xiàn)自動化。 第二章 數(shù)控銑床進給傳動裝置設(shè)計要求 數(shù)控機床伺機服進給系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置。機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。從位置控制的角度看，伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)之分。開環(huán)控制不需要位置檢測與反饋；閉環(huán)和半閉環(huán)制需要有位置位檢測與反饋環(huán)節(jié)。 2.1伺服系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 為確定伺服系統(tǒng)的定位精度和工作穩(wěn)定性，在機構(gòu)傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計上都要求無間隙、低摩擦、高剛度、高諧振以及適宜的阻尼比。為了達到這些要求，機械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)盡量采用低摩擦傳動副，如滾動導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾珠絲杠等，以減小摩擦力；通過選區(qū)用最佳降速比來降低慣量；采用預(yù)緊的辦法提高傳動剛度；用消隙的辦法減小反向死區(qū)誤差等，其中最重要的是提高傳動剛度和降低慣量。采用預(yù)緊消除間隙提高傳動剛度，不僅不需要增大尺寸和慣量，而且也使傳動剛度接近常數(shù)，這是伺機服進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中最突出的特點。 2.2縱向伺服進給系統(tǒng)設(shè)計的基本要求 數(shù)控銑床進給系統(tǒng)必須保證由數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成速度符合要求的相應(yīng)位移或直線位移，帶動運動部件運動。根據(jù)工件加工的需要，在機床上各運動坐標的數(shù)字控制可以是相互獨立的，也可以是聯(lián)動的。總之，數(shù)控機對進給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)三個方面。為滿足這些要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動電機，同時也需要高質(zhì)量的機械結(jié)構(gòu)與之匹配。為提高進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)性能主要采取以下措施： （1）提高系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的傳動剛度：主要是從傳動元件的剛度、消除傳動元件之間的間隙、盡可能縮短進給傳動鏈的長度、采用預(yù)緊措施這幾方面為出發(fā)點考慮。 （2）采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動副：因為數(shù)控銑床進給系統(tǒng)多采用剛度高、摩擦因數(shù)小而穩(wěn)定的滾動摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌等。 （3）慣量匹配：最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅(qū)動電機的工作性能和滿足傳動系統(tǒng)對控制指令的快速響應(yīng)的要求。由于在通常情況下傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的慣量總是大于要求的數(shù)值，故而在設(shè)計時為得到最佳的慣量匹配，總是希望傳動系統(tǒng)中元件的質(zhì)量和慣量要小一些，降速比則要大一些。 （4）提高傳動件精度：高質(zhì)量的機械傳動配合與高性能的伺服電動機使現(xiàn)代數(shù)控機床進給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。 2.3伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求 （1）從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 （2）電機應(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。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。 （3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(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。電機應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 （4）電機應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。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。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。 交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。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，將促進先進控制算法的應(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。 第三章 總體設(shè)計方案論證 將一臺X502型數(shù)控銑床改造成經(jīng)濟型中檔精度數(shù)控銑床，改造目的主要是利用數(shù)控方法加工任意圓弧面和凸輪的曲面。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為X502型立式銑床外形及傳動系統(tǒng)。 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 其主軸不能進行升降運動。工作臺的升降只能通過軸7手動操作，縱向的機動是通過萬向接頭2將運動傳給軸而實現(xiàn)的。而橫向和縱向手動操作是通過手柄5和手輪4進行的?？梢钥闯?進給軸設(shè)計與主軸設(shè)計相比,具有相同的重要性。因而,進給軸的設(shè)計應(yīng)從動、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達到該標準的要求。在數(shù)控銑床進給系統(tǒng)的設(shè)計中,根據(jù)橫向、縱向的不同精度要求,不同移動質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量等特點,分別解決設(shè)計中的主要矛盾。以期望設(shè)計結(jié)果能滿足各項性能指標的要求,達到預(yù)期的結(jié)果,即滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。 3.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。 （1）步進電動機拖動的開環(huán)系統(tǒng)：該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要上步進電動機、功率步進電動機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。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。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電動機的角位移精度，齒輪、絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。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。這種系統(tǒng)的最高速度受步進電動機的頻響特性限制，容易失步，低速時易發(fā)生共振和噪聲，影響表面加工質(zhì)量。 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。 （2）異步電動機或直流電動機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向動運動，直到位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴格，設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標。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，易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。改造時可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否有必要采用這種系統(tǒng)。 （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。賽馬場只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。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。 3.2驅(qū)動元件選擇 （1）步進電動機，直流伺服電動機，交流伺服電動機是目前常用的驅(qū)動元件。步進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。但由于步進電機的動態(tài)特性遠不如交，直流伺服電機，尤其是運行的可靠性得不到保證。采用步進電機驅(qū)動的缺點是效率低，驅(qū)動慣量負載能力差，作高速運動時容易失步，目前已使用的較少。 （2）直流伺服電動機具有良好的啟動、制動和調(diào)速特性，可以方便地在寬范內(nèi)實現(xiàn)平滑無級調(diào)速，因此在對伺服電動機的調(diào)速性能和啟動性能要求較高的設(shè)備中，大都采用直流伺服電動機驅(qū)動。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。 （3）交流伺服電動機則沒有直流伺服電動機的上述缺點，且轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電動機小，使得動態(tài)上響應(yīng)更好。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，達到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。在交流伺服系統(tǒng)中可以用交流同步電機也可以用交流感應(yīng)電機。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)濟地實現(xiàn)范圍較大的平滑調(diào)速。所以，在數(shù)控銑床的進給系統(tǒng)中一般不用這種電機。 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。由變頻電源供電給同步電機時，便可方便地獲得與頻率成正比的可變速度。并可得到非常硬的機械特性及較寬的調(diào)速范圍。其結(jié)構(gòu)雖然比感應(yīng)電機復(fù)雜，但比直流電機簡單。 同步電機又分為電磁式和非電磁式兩大類。在后一類中又有磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。在數(shù)控銑床的進給驅(qū)動系中，多數(shù)采用永磁式交流同步電機。 經(jīng)過以分析并考慮對系統(tǒng)調(diào)速的加速時間的要求本題選用直流伺服電動以滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。 3.3傳動機構(gòu)擇選 本課題選用的是滾珠絲杠螺母副。因為滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機構(gòu)，在數(shù)控機床上得到廣泛應(yīng)。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。當絲杠和螺母相對運動時，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動摩擦。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。滾珠絲杠螺母機構(gòu)是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)動的傳動裝。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%。 （2）運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行 由于主要存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦因數(shù)都很小，且其差值小，因而啟動轉(zhuǎn)矩小，動作靈敏。 （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。 （4）滾珠絲杠螺母副主要零件均經(jīng)過熱處理，其滾道表面的硬度值可達60—62HRC，因而耐磨性好，壽命長，精度穩(wěn)定性好。 （5）磨損小、壽命長、維護簡單 使用壽命是普通滑動絲杠的4～10倍。 （6）傳動具有可逆性、不能自鎖 由于摩擦因數(shù)小、不能自鎖，因面使該機構(gòu)的傳動具有可逆性，可以把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，還可以把直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。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。 因為滾珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副相比有這么多的優(yōu)點，因此，本題目選用滾珠絲杠螺母副。 3.4聯(lián)軸器選擇 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WK4-01定位十字滑塊聯(lián)軸器。這種十字滑塊聯(lián)軸器由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個兩面帶有凸牙的中間盤組成。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。 這種聯(lián)軸器零件的材料可用45鋼，工作表面需要進行熱處理，以提高其硬度；要求較低時也可用Q275鋼，不進行熱處理。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行潤滑。 WK4-01定位十字滑塊聯(lián)軸器主要性能特點有: （1）高扭距剛性和靈敏度 （2）零回轉(zhuǎn)間隙 （3）彈性十字滑快補償較大的徑向、角向、軸向偏差 （4）結(jié)構(gòu)簡單、抗油腐蝕和電氣絕緣 （5）定位螺絲固定 （6）鋁合金材料 3.5導(dǎo)軌副選擇 目前，在普通機床上仍廣度泛地應(yīng)用滑動導(dǎo)軌，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛性好、抗振性強等優(yōu)點。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，力矩損失大。而將導(dǎo)軌改造為滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌工藝復(fù)雜，費用大，周期長。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。它們主要包括以下兩種類型： （1）貼塑導(dǎo)軌：是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)而成。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。這種軟帶可在原有滑動導(dǎo)軌面上粘結(jié)劑粘結(jié)，加壓固化后進行精加工，故一般稱之為貼塑導(dǎo)軌。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。 （2）涂塑導(dǎo)軌：它是以環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨以及鐵粉等混合而成，再配以固化劑調(diào)勻涂刮或注入導(dǎo)軌面。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。 經(jīng)過分析與比較結(jié)合實際產(chǎn)品所需求的加工精度，本題改造的數(shù)控銑床的導(dǎo)軌副選用貼塑導(dǎo)軌以滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。 3.6總體設(shè)計方案的確 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。暫停、循環(huán)加工、對工件進行鉆、擴、鉸、锪、鏜以及攻螺紋等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)，考慮到屬于經(jīng)濟控銑床加工精度有一定要求，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用伺服電機半閉環(huán)系統(tǒng)。 根據(jù)機床要求，采用8位微機。由于MCS—51系列單片機具有集成度高，可靠性好、功能強、速度快?？垢蓴_能力強，具有很高的性能價格比特點。決定采用MCS—51系列單片機組成微機作為數(shù)控裝置的核心，其代表為8031、8051、8751，經(jīng)過比較采用具有價格底、功能強、使用靈活等優(yōu)點的8031有擴展系統(tǒng)的單片機，即用8031外接2764（EPROM）、6264（RAM）及8255（擴展I/O）接口等芯片擴展一個較簡單的微機控制系統(tǒng)。 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。系統(tǒng)的加程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。 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。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)設(shè)計總體方案圖如圖2-2所示 圖2-2 X502型立式銑床數(shù)控改造的總體方案示意圖 3.6.1縱向進給系統(tǒng)的改造 （1）縱向進給系統(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，仍保留機床縱向進給的機構(gòu)部分，這種改造成本最低。 （2）撤除原機床的進給箱，溜板箱,光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動的伺服電機安裝在車床的床尾，并不占據(jù)絲杠空間。; （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。由于采用了滾珠絲杠可提高系統(tǒng)的精度和縱向進給整體剛度。 （4）縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)均由伺服電動機、滾珠絲桿螺母副通過ML-02型彈性膜片式聯(lián)軸器組成。 第四章 縱向進給機構(gòu)的設(shè)計與計算 4.1已知參數(shù)條件 （1）工作臺尺寸（寬×長）：? 320×1250 mm2 （2）縱向行程：???????????? 660 mm （3）最大縱向進給力： 5000N （4）工作臺、夾具及工件重力：2800N （5）工作臺快速速度：??????? 15m/min （6）最大進給速度：????????? 0.8 m/min （7）主電動機功率：????????? 7.5 KW （8）啟動加速時間：????????? 30ms （9）機床定位精度：???????? ±0.015 mm （10）脈沖當量：????????????? 0.005 mm 4.2滾珠絲桿副主要參數(shù)的確定 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。滾珠絲杠副的傳動是一種應(yīng)用較廣的機構(gòu),尤其是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的各種機構(gòu)中,滾珠絲杠副的傳動是最簡單、經(jīng)濟而又可靠的。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。滾珠絲杠副的精度是影響機床的定位精度及重復(fù)定位精度的最主要的因素。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,必須進行一系列的計算。 滾珠絲杠副已經(jīng)標準化,因此滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。一般情況下,設(shè)計滾珠絲杠時,已知條件為:最大工作負載Fd(或平均工作負載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。 4.3設(shè)計步驟 通常的設(shè)計步驟為: A、計算作用在滾珠絲杠上的最大動載荷; B、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動負載的近似值,并初選幾個型號; C、根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動效率等方面的要求，從初選的幾個型號中再挑出比較合適的直徑、導(dǎo)程、滾珠列數(shù)等，確定某一型號。 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。如不滿足要求,則另選其他型號,再作上述計算和驗算,直至滿足要求為止。 4.4設(shè)計計算 根據(jù)進給系統(tǒng)定位精度的要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。如果經(jīng)計算后半閉環(huán)系統(tǒng)不能滿足定位精度要求，改用全閉環(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。取伺服電機通過聯(lián)軸器與絲杠直接，即。工作臺快速進給的最高速度要求達到。取電動機的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的最高轉(zhuǎn)速也為?；窘z杠導(dǎo)程公式如下： 根據(jù)精度要求，數(shù)控機床的脈沖當量可定為mm/脈沖。伺服電機每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)由以下公式可知： 伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器。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。當采用脈沖編碼器方案時，因脈沖編曲碼器有每轉(zhuǎn)2000、2500、5000脈沖等數(shù)種產(chǎn)品，故編碼器后應(yīng)加倍頻器。如選用每轉(zhuǎn)2500脈沖的編碼器，則位頻器的倍數(shù)為0.8。 在速度反饋裝置中，與旋轉(zhuǎn)變壓器配套的，可采用測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為1000r/min時，輸出一定的電壓量（例如，1000r/mm輸出6V）。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）。即相當于測速發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到1000r/min時，才能輸出6V的電壓，而此時脈沖編碼應(yīng)實現(xiàn)。 圖4－1為上述2種方案的傳動系統(tǒng)圖。這2種方案目前都有使用，各配不同的數(shù)控系統(tǒng)。本設(shè)計采用圖b方案。 圖4－1 伺服系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖 4.5滾珠絲杠選擇 4.5.1滾珠絲杠精度 由于本系統(tǒng)要求達到±0.015 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，任意300mm內(nèi)導(dǎo)程允差為0.006mm，2級（P2）精度絲杠的導(dǎo)程允差為0.008mm。初步設(shè)計時先設(shè)計絲杠的任意300mm行程內(nèi)的行程變動量為定位精度的1/3～1/2，即0.004～0.006，因此，取滾珠絲杠精度為P1級，即為1級精度絲杠。 4.5.2滾珠絲杠選擇 滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當量動載荷選擇。 絲杠的最大載荷為切削力的最大進給力加摩擦力；最小載荷即摩擦力。已知最大進給力，工作臺加工件與夾具的重力為2800N，貼塑導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，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，工作臺最小進給速度為1mm/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min,可取為0，則平均轉(zhuǎn)速。絲杠使用命取，，，故絲杠工作壽命由公式可知： 式中 —工作壽命，以為一個單位； —絲杠轉(zhuǎn)速，； —絲杠的使用壽命，對數(shù)控機床可取，本題選取。 代入公式可得絲杠的當量動載荷為 式中 —精度響影系數(shù)，對于1、2、3級精度的滾珠絲杠取，對于4、5級精度滾珠絲杠取，本題??； —載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊取1~1.2一般情況取1.2~1.5，有較大沖擊振動時取1.5~2.5，本題取。 查滾珠絲杠樣本中與相近的額定動載荷，使得選擇＜，然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。查滾珠絲杠產(chǎn)品中樣本，選擇FFZ4010型內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預(yù)緊滾珠絲杠副。其名義直徑為40mm，導(dǎo)程為10mm，每個螺母滾珠有5列。額定動載荷，＜，符合設(shè)計要求。軸向剛度。預(yù)緊力。只要軸向載荷值不達到或超過預(yù)緊力的3倍，就不必對預(yù)緊力提出額外的要求。本題中絲杠最大載荷為3.445kN，遠小于。 4.6滾珠絲杠支承選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求。其兩端支承的配置情況如圖4－2所示的軸向固定方式。其中圖a）為一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短杠和垂直進給絲杠杠；圖b)為一端軸向固定一端自由的支承配置方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；圖c)為兩端固定方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度的絲杠，這種配置方式可對絲杠進行預(yù)拉伸。 圖4－2 滾珠絲杠的支承配置 滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動軸承有以下2類。 1） 接觸角為的角接觸球軸承 這是目前國內(nèi)外廣泛采用的滾珠絲杠軸承，這種軸承可組配置。圖書4－3b）為1對背靠背組合方式，圖4-3c)為一對面對面方式。這兩種方式可承受雙向軸向推力。圖3－3d)為一同向組合方式，其承受能力較高，但只承受1個方向的軸向力，同向組合時的額定動載荷等于單個軸承的乘下列數(shù)：2個為1.63；3 個為2.16；4個為2.64.圖4－3e)為1對同向與左邊1個面對面組合方式。用上述方法還能派生出三聯(lián)、四聯(lián)等多種組合方式。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，而且采用面對面組合方式時兩接觸與軸線交點間的距離比背對背的小，故容易實現(xiàn)自動調(diào)整。因此在進給傳動中面對面組合用得較多。 2） 滾珠—推力圓柱滾子組合軸承（圖4－3f） 外圈3與箱體固定不轉(zhuǎn)，只圈1、5和隔套內(nèi)圈6隨軸轉(zhuǎn)動，滾針7承受徑向載荷，圓柱滾子（或球）2和4分別承受兩個方向的軸向載荷，修磨隔套內(nèi)圈6的寬度可調(diào)整軸承的軸向預(yù)緊量。 圖4－3 滾珠絲杠用軸承 上述2類軸承中，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(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。經(jīng)過分析在此設(shè)計中本傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動的結(jié)構(gòu)形式如圖4－3所示。固定端采用1對接觸球軸承面對面組配，以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。簡支端支承采用深溝球軸承，只承受絲杠的重力。同時滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。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(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。 圖4－3 選定后的絲杠的支承簡圖 4.7滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 珠絲杠螺母機構(gòu)是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，是數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。 滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產(chǎn)生嚴重接觸變形，接觸剛度與接觸表面預(yù)緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較??；當滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動精度。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。 滾珠絲杠螺母副通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，如圖4－4所示 1－滾珠螺母；2－緊定螺釘；3－支座；4－滾珠絲杠；5－調(diào)整墊片 圖4－4 雙螺母滾珠絲杠 圖中1代表滾珠螺母，3代表支座，螺母與支座之間有調(diào)整墊片，通過調(diào)整墊片來調(diào)節(jié)滾珠螺母與滾珠絲杠螺紋之間的間隙。 通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置，使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，以達到提高軸向剛度的目的。調(diào)整預(yù)緊有多種方式，上圖所示的為墊片調(diào)整式，通過改變墊片的厚薄來改變兩個螺母之間的軸向距離，實現(xiàn)軸向間隙消除和預(yù)緊。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、可靠性好。 4.8選擇伺服電機 伺服電機的選擇用，應(yīng)考慮三個要求：最大切削負載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩；電機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配（匹配條件可根據(jù)伺服電機樣本提供的匹配條件，也可以按照一般的匹配規(guī)律）；快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩。 4.8.1最大的切削負載轉(zhuǎn)矩計算 所選伺服電動機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。最大切削負載矩可根據(jù)公式計算可得，即 其中，從前面的計算已知，最大進給力，絲杠導(dǎo)程，預(yù)緊力，查絲杠樣本，滾珠絲杠螺母副的機械效率。因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩 查哈爾濱軸承總廠《角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件》，得7602030TVP單個軸承的摩擦力矩為0.32,故一對軸承的摩擦力矩。簡支端軸承不預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計。伺服電動機絲杠直連，其傳動比，則最大切削負載轉(zhuǎn)矩 故所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此值。 4.8.2負載慣量計算 伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配。負載慣量可按以下次序計算。工件夾具與工作臺的最大質(zhì)量為285.7kg，折算到電動機軸上的慣量可按公式計算得： 式中 —工作臺移動速度，； —伺服電機的角速度，； —直線移動工件夾具和工作臺的質(zhì)量，kg。 絲杠名義直徑，長度，絲杠材料（鋼）的密度。則絲杠加在電動機軸上的慣量，根據(jù)公式可知： 聯(lián)軸器節(jié)加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊得到，即 故負載總慣量 按式3.4－4中小型數(shù)控機床慣量匹配條件， ，所選伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.0054～0.021范圍之內(nèi)。 根據(jù)上述計算可初步選定伺服電動機，如果選用直流伺服電動機，可選北京數(shù)控設(shè)備廠的FB－15型直流伺服電動機，其額定轉(zhuǎn)矩為，大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)子慣量，滿足匹配要求。如選用交流伺服電動機，可選用交流伺服電動機，可選BESK－20型。其額定轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)子慣量，最大輸出轉(zhuǎn)矩，機械時間常數(shù)，滿足要求。 FB－15型直流伺服電動機的主要技術(shù)參數(shù)為： 最高轉(zhuǎn)速：1500 額定轉(zhuǎn)矩：17.6 最大轉(zhuǎn)矩：154 轉(zhuǎn)子慣量：0.019 反電動勢系數(shù)：0.58 轉(zhuǎn)矩系數(shù)：0.57 電樞直流電阻：0.26 機械時間常數(shù)：15.2 ms 4.8.3空載加速轉(zhuǎn)矩計算 當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動（快移）速度時，所需的空載加速轉(zhuǎn)矩按公式求得，即 空載加速時，主要克服的是慣性。如選用FB—15直流伺服電機，總慣量： 加速時間通常取的3～4倍，故 （3~4）＝(3~4)×15.2=45.6~60.8ms=0.0456~0.0608s 則 49.32～65.76 BESK—20型交流伺服電動機的＝6ms,故 18 ms~24 ms＝0.018s~0.024ms 則 125~167 空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩。由此可見，F(xiàn)B—15型直流伺服電動機的>49.32～65.76,滿足設(shè)計要求；BESK—20型交流伺服電動機的略小于，也可使用，但加速時間較長。 經(jīng)過比較從成本與造價方面考慮本題采用BESK—20型交流伺服電動機。 4.9伺服系統(tǒng)增益 通常取系統(tǒng)增益8~25。對輪廓控制的加工中心機床可取較大值，如取。伺服系統(tǒng)的時間常數(shù)為的倒數(shù)，。如果選用FB—15型直流伺服電機，執(zhí)行件（工作臺）達到的最大加速度根據(jù)公式可知 伺服系統(tǒng)要求達到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時間常數(shù)內(nèi)，執(zhí)行件的速度從增加到時， 略大于，因而按照加速能力選擇是適合的。如遠小于，可以適當增大值，以提高系統(tǒng)的性能。 4.10精度驗算 本數(shù)控銑床要求的定位精度為±0.015 mm，其絲杠的導(dǎo)程誤差為0.0075mm。其余誤差為伺服系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動和在載荷作用下各機械環(huán)節(jié)彈性變形起的位移等。 4.10.1伺服剛度 伺服剛度可根據(jù)下式子計算，即 是伺服電動機的增益，它等于電動機的角速度與輸入電壓的比值。輸入電壓除少量消耗于電樞回路的阻抗外，大部分被反電動勢所平衡。是伺服電動機的反電動勢系數(shù)，為伺服電動機單位角速度所產(chǎn)生的反電動勢（V）。估算時，可以近似地認為輸入電壓等于反電動勢。因而近似地可認為 FB—15直流伺服電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，因伺服系統(tǒng)增益，速度控制的開環(huán)增益2~4，?。环措妱觿菹禂?shù)，則；電樞直流電阻。故 折合到工作臺部件的直線剛度 4.10.2滾珠絲杠的拉壓剛度 本題中的絲杠為一端軸向定位結(jié)構(gòu)。其最小拉壓剛度發(fā)生在工作臺螺母離定位點交接班遠的位置。已知工作臺的絲向行程為660 mm，當螺母移動到離定位點最近位置時，還應(yīng)保留一定的絲杠距離，假設(shè)為140mm。因而絲杠最大距離 。代入公式計得絲杠拉剛度 式中，是絲杠底徑，為絲杠名義直徑減滾珠絲杠。本題目中＝40mm，＝7.144mm，故＝－＝40－7.144。為絲杠材料鋼的彈性模量，，則 4.10.3絲杠軸承的軸向剛度 哈爾濱軸承總廠生產(chǎn)的7602030TVP型號軸承的鋼球直徑，鋼珠數(shù)Z＝17，接觸角，預(yù)加載荷，軸向外載荷為導(dǎo)軌摩擦力，故軸向載荷為預(yù)加載荷與軸向外載荷之和，即 絲杠軸承軸向載荷剛度可按下式求得，即 （3.3－5） 4.10.4滾珠絲杠螺母的接觸剛度 查樣本手冊得 4.10.5撓性聯(lián)軸節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度 查文獻得 折合到工作臺部件的直線剛度為 4.10.6綜合剛度 計算出伺服剛度折算到工作臺部件的直線剛度、滾珠絲杠最小拉壓剛度、絲杠軸承軸向剛度、滾珠絲杠螺母接觸剛度折算到工作臺部件直線剛度和聯(lián)軸節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度后，按彈簧串聯(lián)原則合成求得綜合剛度，即 （4－21） 故 4.10.7彈性變形 數(shù)控銑床的定位精度是在不切削空載條件下檢驗的。故軸向載荷僅為導(dǎo)軌摩擦為。本題目的摩擦力，故因引起的彈性變形由以下公式可知： 4.10.8定位誤差驗算 本題目中滾珠絲杠在任意300mmm內(nèi)的導(dǎo)程誤差為，加上彈性變形，即6+0.2＝6.2。再加上某些因素，將不會超過要求的定位公差，能滿足定位精度±0.015 mm的設(shè)計要求。 從以上計算可知，絲杠的拉壓剛度是系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，其次是伺服剛度和軸承剛度。絲杠螺母間的接觸和聯(lián)軸節(jié)的扭虧為盈轉(zhuǎn)剛度很高，其變形很小，可忽略不計。 如果經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)剛度不夠，定位精度達不到設(shè)計要求，可把絲杠一端軸向固定結(jié)構(gòu)形式改為兩端軸向定位結(jié)構(gòu)，這是提高剛度的有效措施。其次，可適當提高系統(tǒng)增益和速度環(huán)開環(huán)增益，以提高伺服剛度；也可采用多聯(lián)組合的推力角接觸球軸承組配方式或改用滾針—雙向推力圓柱滾子（或滾珠）組合軸承，以提高綜合剛度。 在影響定位誤差的諸因素中，最大的一項是絲杠的誤差。如果定位精度要求較高，允許的定位誤差值已接近1級精度絲杠的值，則可采用數(shù)控系統(tǒng)的螺距自動補償功能，對絲杠誤差進行自動校正。若定位精度很高，采用高精度絲杠和螺距自動補償措施后仍達不到設(shè)計要求，可考慮采用全閉環(huán)進給伺機服系統(tǒng)。 備注：標注公式[3.4-5]--[4.4-14]出自參考文獻[2] 備注：標注公式[4-22]--[5-29]出自參考文獻[1] 小結(jié) 通過對X502經(jīng)濟型中檔精度數(shù)控銑床縱向進給機構(gòu)及導(dǎo)軌潤滑系統(tǒng)的設(shè)計與改造，使其尤其適合我國機床擁有量大,生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。數(shù)控機床以伺服電機直接驅(qū)動滾珠絲杠進行位置控制,減少了中間傳動環(huán)節(jié),改善了傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性,避免了多級傳動帶來的累積誤差。經(jīng)改造后的機床完全能進行加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動控制, 加工的零件精度高,尺寸一致性好,自動化程度高,提高了原機床的生產(chǎn)效率,降低了勞動強度.而且使用方便,改造費用低，采用數(shù)控技術(shù)對企業(yè)原有機床進行改造,即發(fā)展經(jīng)濟型的數(shù)控機床是當前工礦企業(yè)機床技術(shù)改造的有效途徑。 對于這次設(shè)計來說，總體安排很重要。這次設(shè)計由于總體安排剛開始的時候沒有很合理的制定，所以工作量的實際大小與工作的具體性質(zhì)不是很明確，以致在開始的幾天里沒有什么實質(zhì)性的進展。在隨后的工作過程中大家都注意了這一點，所以進度勉強趕了上來，不過時間還是緊了點。但最終經(jīng)過努力完成了設(shè)計任務(wù)。當然，由于本人經(jīng)驗有限，在設(shè)計與改造過程中難免有缺陷和欠慮的地方，有待今后不斷的提高與完善。 參考文獻 [1] 文懷興，數(shù)控銑床設(shè)計，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.11 [2] 杜君文，機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計，天津：天津大學(xué)出版社，2007.10 [3] 李斌，數(shù)控加工技術(shù)，北京：高等教育出版社，2001.8 [4] 王彪，現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)，北京：國防工業(yè)出版社，2009.3 [5] 王愛玲，數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，北京：機械工業(yè)出版社，2006.1 [6] 劉治平，機電傳動控制，天津：天津大學(xué)出版社，2007.9 [7] 林宋，現(xiàn)代數(shù)控機床，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.11 [8] 王愛玲，數(shù)控編程擇術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2 致謝 此次畢業(yè)設(shè)計中，我設(shè)計的題目是對X502型立式數(shù)控銑床的改造，在整個設(shè)計過程中，指導(dǎo)教師鄧廣敏付出了很大的心血，從開始制定設(shè)計日程表，圖紙的繪制到說明書的整理，都在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下有條不紊的進行。 經(jīng)過這段時間的學(xué)習(xí)，不僅拓寬了知識面，而且鞏固了大學(xué)里學(xué)到的機械專業(yè)的知識。最重要的是鍛煉了自己的設(shè)計能力，學(xué)會了如何獨立思考，解決問題。畢業(yè)設(shè)計是一個系統(tǒng)的過程，通過這個過程，我們學(xué)會了分析問題、解決問題的一些基本的方法，讓我們系統(tǒng)回顧了大學(xué)四年學(xué)過的知識，也為我們將來的工作打下了基礎(chǔ)，可謂收獲頗豐。當然這與老師的指導(dǎo)是分不開的，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師鄧廣敏老師，不厭其煩的為我們糾正錯誤，在老師的指導(dǎo)下，遇到的許多問題都一一解決了。我還要感謝學(xué)校的老師，謝謝您們這么多年在學(xué)校對我的教育和教誨，通過您們的幫助，使我成為了一名合格的大學(xué)畢業(yè)生，成為了國家實現(xiàn)四個現(xiàn)代化棟梁之才的。 在平時的設(shè)計中，指導(dǎo)教師鄧老師給了我們很大的自我自由時間，充分發(fā)揮了我們自己的能力，使我們對四年來所學(xué)的知識作了一次徹底的總結(jié)。就設(shè)計過程中存在的問題及時提出改進方案和建議，同時針對設(shè)計中存在的問題及時給予詳細而準確的解答，并且時時不忘督導(dǎo)我們按設(shè)計日程進行設(shè)計。正是由于指導(dǎo)教師鄧老師的這些努力，保證了我們畢業(yè)設(shè)計的順利進行。謝老師淵博的專業(yè)技術(shù)知識，嚴謹務(wù)實的學(xué)術(shù)精神也在深深感染著我們，為我們今后的生活和工作提供了很好的楷模，在此，我要向指導(dǎo)老師以最衷心的感謝。 另外，在設(shè)計過程中，也得到了其他老師的指導(dǎo)幫助，在此也表示衷心的感謝。同時，我也得到了同組中同學(xué)的幫助，在此也一并表示感謝。另外，也得到了其他同學(xué)的幫助，也表示感謝。 附件清單 1 數(shù)控銑床縱向總裝圖 A0 一張 2 滾珠絲杜軸 A1 一張