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前提條件：1.床身上最大回轉(zhuǎn)直徑?400mm 2.快移速度x軸4m/min 3.定位精度 x 軸0.035mm 4.重復(fù)定位精度x軸0.0075mm，刀架 0.010mm 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)課題要求：橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)與絲杠采用柔性結(jié)構(gòu)，電機(jī)選用伺服電機(jī)，對(duì)電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，及對(duì)滾珠絲杠直徑和支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核，設(shè)計(jì)精度達(dá)原始數(shù)據(jù)。 本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中， 將使工廠的生產(chǎn)的數(shù)字化水平加強(qiáng)，生產(chǎn)力水平顯著提高 ，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，經(jīng)濟(jì)效益得到提高。 根據(jù)自己三個(gè)多月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫了這本《設(shè)計(jì)說(shuō)明書》， 其中，書中肯定存在著相當(dāng)?shù)囊恍﹩?wèn)題，期望領(lǐng)導(dǎo)、老師給予批評(píng)，指正。 1、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 從上世紀(jì)五十年代數(shù)控技術(shù)開始發(fā)展到1965年， 數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計(jì)算機(jī)和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。世界主要工業(yè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床己進(jìn)入了指生產(chǎn)階段。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。 我國(guó)從1958看開始研究數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，60年代針對(duì)壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來(lái)組織了數(shù)控機(jī)床攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)三年努力，到1975年己研制出了40多個(gè)品種300多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過(guò)30年的努力，我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從1975年到1979年，7年內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床4108臺(tái)（其中約3/4以上的數(shù)控線切割機(jī)床）。進(jìn)入80年代，我國(guó)重新重視發(fā) 展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國(guó)外引進(jìn)控制機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)主機(jī)配套的方針。1981年，我國(guó)從日本FANVC公司引進(jìn)了FANVC3系列、5系列、7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī) 技術(shù)，并在北京機(jī)床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠。于1981年底開始驗(yàn)收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電機(jī)與主軸電機(jī)也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國(guó)70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機(jī)床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機(jī)床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國(guó)的主機(jī)品種與技術(shù)水平都有圈套的發(fā)展與提高?！〗?jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點(diǎn)位式經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置三種。對(duì)于數(shù)控車床改造一般選用步電機(jī)驅(qū)動(dòng)開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時(shí)主要考慮以下性能：CPU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動(dòng)軸數(shù)、設(shè)定單位、插補(bǔ)類型、編程尺寸及編程標(biāo)準(zhǔn)，G、M、S、T、F功能、刀補(bǔ)功能、間隙補(bǔ)償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對(duì)編程、增量編程、程序輸入方式以及報(bào)警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應(yīng)的性能。 　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的性能參數(shù)：步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機(jī)的接線型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動(dòng)頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時(shí)間，起動(dòng)矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性、運(yùn)行矩頻特性。驅(qū)動(dòng)電路的型式：高低壓驅(qū)動(dòng)電路、斬波驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路、細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。 　　刀架控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動(dòng)刀架，或轉(zhuǎn)塔六位刀架。定位精度及重復(fù)定位精度，換刀時(shí)間、刀具選擇時(shí)刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構(gòu)型式等性能參數(shù)。我國(guó)己有少數(shù)產(chǎn)品開始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機(jī)床返銷國(guó)外。目前，我國(guó)除了能獨(dú)立地設(shè)計(jì)與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機(jī)床外，還能生產(chǎn)五坐標(biāo)數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機(jī)床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，民明機(jī)床古物 THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽(yáng)中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機(jī)床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說(shuō)明，我國(guó)的機(jī)床數(shù)控技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)趕上或超過(guò)世界先進(jìn)國(guó)家水平。 2．總體方案論證 2．1選擇動(dòng)力系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床動(dòng)力系統(tǒng)可分為三類 1． 步進(jìn)電機(jī)式 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)限于造價(jià)，不再采用其它措施補(bǔ)償位置誤差。由于目前功率步進(jìn)電機(jī)力矩還不太大，所以機(jī)床的空選種速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有2-3種插補(bǔ)功能，通過(guò)軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡(jiǎn)單外形的曲面等十分靈活。由于性價(jià)比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財(cái)力上都比較容易實(shí)現(xiàn)，因此在全國(guó)較容易推廣，普及。 2． 交流點(diǎn)位式 采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制，與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達(dá)0.001mm，重復(fù)定位精度為0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率大，可進(jìn)行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點(diǎn)式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋功能上有限，而且成本高，使性能價(jià)格比相對(duì)下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠使用，國(guó)內(nèi)用的很少。 3．半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以脈沖編碼器檢測(cè)位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，過(guò)載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削。當(dāng)絲杠螺在6mm左右時(shí)，快速可達(dá)8～9m/min，且不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強(qiáng)電計(jì)大大簡(jiǎn)化。 以上三種驅(qū)動(dòng)方式而言，各有利弊。經(jīng)過(guò)比較選擇直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)因?yàn)樗俣雀?，過(guò)載能力強(qiáng)，且擁有可編程序控制器，易學(xué)易用，在機(jī)床伺服控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)人微言輕執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價(jià)格低，且適合于開環(huán)控制等特點(diǎn)，因此在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)步距角、功率較小，存在振蕩等弱點(diǎn)的限制，在高精大功率應(yīng)用場(chǎng)合并不很合適，故考慮采用伺服電機(jī)控制。 2.2選擇傳動(dòng)裝置 數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪副（或同步齒形帶副），滾珠 絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)。反饋裝置與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)，發(fā)出反饋信號(hào)（亦可把反饋裝置裝在絲杠的端部）；伺服電機(jī)可直接與絲杠聯(lián)接 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬結(jié)構(gòu)。包括齒輪減速機(jī)，絲杠螺母副，導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)儀式，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置與普通機(jī)床中傳動(dòng)裝置上有重要差別，故它的設(shè)計(jì)與通機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無(wú)間隙，低磨擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率心臟有適應(yīng)阻尼比的要求。 設(shè)計(jì)任務(wù)要完成的設(shè)計(jì)是橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)此種系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置采用螺旋傳動(dòng)。 螺旋傳動(dòng)主要用來(lái)把旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或把直線傳動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高的傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋，還有調(diào)節(jié)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母，滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu)之別。 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，螺旋傳動(dòng)主要來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 選用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇朔N機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)： 1. 傳動(dòng)效率高，磨擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為η：0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了3～4倍（滑動(dòng)絲杠效率為0.2 ～0.4）,因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠副的1/4 ～1/3。 2. 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。 3. 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線傳動(dòng)，也可以從直線傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 4. 磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好。 3 、具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 3．1橫向進(jìn)給滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)選擇： 在一般情況下，設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，必須知道下列條件：最大工作負(fù)載 Fmax（或平均工作負(fù)載Fm）作用下的使用壽命T，絲杠的工作長(zhǎng)度L（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速n（平均轉(zhuǎn)速n），滾道的硬度HRC及絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，然后按下列步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1、 計(jì)算作用在滾珠絲杠上的最大動(dòng)負(fù)載Ca的數(shù)值。 2、 從滾珠絲杠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，找出相應(yīng)尺寸系列對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)載荷Ca的相近值，并初選型號(hào)。 3、 根據(jù)具體工作要求，對(duì)于結(jié)果尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面的要求，從初選的幾個(gè)型號(hào)中再挑選出比較合適的公稱直徑d0、導(dǎo)程L0、滾珠列數(shù)k、滾珠圈數(shù)j等確定某一型號(hào)。 4、 根據(jù)所選出的型號(hào)，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗(yàn)算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號(hào)，再做上述的計(jì)算和驗(yàn)算直至滿足要求為止。 3．1．1確定滾珠絲杠的支承方式： 一、 滾珠絲杠常用的支承方式見下圖。 圖a為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。圖為一端固定一端簡(jiǎn)支，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠。圖c為兩端固定，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、要求高速精度、高剛度的地方。這種方式還可以預(yù)拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點(diǎn)顯著，但工藝比較困難。 滾珠絲杠都用滾動(dòng)軸承支承?？捎玫臐L動(dòng)軸承種類很多。從目前情況看來(lái)，本課題可選用角接觸球軸承： 這種軸承可以組配。( a )圖為一對(duì)背靠背，( b )圖為一以面對(duì)面。都承受兩個(gè)方向的載荷。由于螺母（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床身上）的同軸度難免有某些誤差，希望軸承有一定的自動(dòng)調(diào)心作用。面對(duì)面組配時(shí)，兩接觸線與軸線交點(diǎn)之間的距離比背靠背時(shí)小，調(diào)心較易。所以絲杠軸承面對(duì)面配用得比較多。 這種軸承是在預(yù)加載荷的條件下組配的。背靠背組配時(shí)，內(nèi)圈端面各磨去δ裝配時(shí)壓緊內(nèi)圈。就可施加預(yù)加載荷。 簡(jiǎn)支端常用深溝球軸承，不預(yù)緊。 本課題設(shè)計(jì)采用的是角接觸球軸承，原因在于： 1.橫向進(jìn)給系統(tǒng)既承受縱向的力，又要承受橫向進(jìn)給力，考慮到系統(tǒng)受力情況； 2. 為了保證加工精度，橫向進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡范圍決定了采用角接觸球軸承。 3.1.2 滾珠絲杠副額定載荷： （1）額定動(dòng)載荷Ca 即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中，把90%達(dá)到10轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞剝傷 所能承受的純軸向載荷稱為額定動(dòng)載，以Ca表示。 （2）額定靜載荷Cao: 在滾珠絲杠副靜止（或轉(zhuǎn)速〈10r/min〉狀態(tài)下，承受最大接觸應(yīng)力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量只和為滾珠直徑0.00001倍時(shí)的軸向載荷，稱為額定靜載荷，以Cao表示。 3.1.3 滾珠絲杠幅主要參數(shù)的確定： （1）按預(yù)期壽命Ln及軸向載荷Fa進(jìn)行選擇： Ln=(Ca/Fa)×10（轉(zhuǎn)）[1] （3-1） 一般情況下，F(xiàn)a可以用平均載荷Fm予以代替： Fm= [1] （3-2） 式中；Ln為預(yù)期設(shè)計(jì)壽命， Fmax為最大軸向載荷， Fmin為最小軸向載荷。 對(duì)于機(jī)床Ln通常取Ln=20×10（轉(zhuǎn)） 則：Ca=Fm:2.71Fm [1] （3-3） 本課題設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)最大進(jìn)給力為2750N，橫向進(jìn)給為一半即1375N，所以得： Fmax=680N（經(jīng)驗(yàn)值） Fmin=35%Fmax =238N 所以Fm==537.7N 故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N (2)按承受的最大軸向力Fmax確定參數(shù)計(jì)算靜負(fù)荷Cmo： Cmo=KKFmax 即CmoCmo=1.5×2×680=2062.5N 故；絲杠的額定動(dòng)載荷Ca≥644.2N 絲杠的額定靜載荷Ca>2062.5N 選擇：代號(hào)為2005-4型的滾珠絲杠，其基本直徑20mm，大徑19.5mm 基本導(dǎo)程5mm 4.對(duì)選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進(jìn)行核算： （1）最大軸向壓縮載荷F 滾珠絲杠受壓力作用后，在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷Fc由下式計(jì)算： Fc= [4] （3-4） 式中：m=20×10（N/mm） dc為公稱直徑（mm）. d為滾珠直徑（mm） Ls為絲杠軸的支撐距離（mm） 則： 水平安置時(shí)[n]=4 [n]—許用穩(wěn)定安全系數(shù) F 即F為最大載向壓縮載荷>Fa (2). 極限轉(zhuǎn)速的計(jì)算為使絲杠副在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生共振現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時(shí)轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以Nc表示： Nc=121 [4] （3-5） 式中：為公稱直徑； d為滾珠直徑 為支承結(jié)構(gòu)系數(shù) K=2.5 極限轉(zhuǎn)速n滿足： n < 0.8Nc Nc=121x10(20-3.175) （3）滾珠絲杠副的預(yù)加副載 為了消除螺母間隙，提高滾珠絲杠副的剛性，與定位精度，在絲杠和螺母 間施加預(yù)加載荷Fp，其預(yù)加載荷大小為： Fp＝Fmax/3＝229N[4] （3-6） （4） 滾珠絲杠副的剛度 滾珠絲杠副的剛度K： 式中： K為滾珠絲杠副的剛度； K j為滾珠的軸向接觸剛度； K1為螺母的安裝剛度； Kg 為絲杠軸的安裝剛度 當(dāng)有預(yù)加負(fù)荷Fp且為額定動(dòng)載荷的1/10時(shí)，Kj可近似的以下式表示： [4] （3-7） 式中：F為軸向工作載荷（N） db為滾珠直徑，（mm） Z＝Z’×圈數(shù)×列數(shù) Z’為一圈滾珠數(shù) 內(nèi)循環(huán) Z’=d0/db-(3～5)粒 d0為公稱直徑 210為滾子數(shù) ∴Kj＝0.54＝5.2×103 N/μm 、螺母支撐剛度K1： K1＝[5] （3-8） 其中：A為螺母橫截面積 E＝2.1×105 Ln為螺母支承面至有效滾延間的長(zhǎng)度 A＝0.4×103 mm2 故，K1＝（0.4×103×2.1×105）/（1000×103）＝0.85×103（N/μm） 、絲杠軸的支承剛性Kg 當(dāng)采用圖示的支承方式： Kg==(A*E)/（1546×108）＝0.7×103（N/μm）[10] （3-9） 滾珠絲杠副的剛度K： 因?yàn)椋? 所以K=1/( )=2.3×103 （N/μm） （5）驅(qū)動(dòng)力矩及驅(qū)動(dòng)功率 使絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力矩： Ma＝（F×Ph）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10） 公稱導(dǎo)程Ph＝2.5mm η＝0.9 所以Ma＝0.61N.m 由預(yù)緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩 Mf＝K× （N.m）[10] （3-11） Mf=2.3×103×N.m 總驅(qū)動(dòng)力矩：M＝Ma＋Mf M=Ma+Mf=0.63N.m[10] （3-12） 所需功率 W＝ （Kw）[1] （3-13） W= 式中：F為軸向載荷 Ph為公稱直徑 η為效率 3．1. 4 滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接 滾珠絲可通過(guò)齒輪副或步齒形帶與伺服電機(jī)相接；也可通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與伺服電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接。 為了消除絲杠與電機(jī)軸之間的同軸度和垂直誤差，可用撓性聯(lián)軸節(jié)或波紋管聯(lián)軸節(jié)。一般為撓性聯(lián)軸節(jié)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套相聯(lián)。通過(guò)柔性片傳遞力矩。柔性片由不銹鋼制成，每片厚0.25mm。這種聯(lián)軸節(jié)已由專門工廠生產(chǎn)，其性能尺寸見《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第3冊(cè)P496。 伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流兩類。直流伺服電動(dòng)機(jī)開發(fā)較早。交流伺服電動(dòng)機(jī)國(guó)外于70年代末期開始應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)沒有電刷，因此壽命長(zhǎng)，允許的轉(zhuǎn)速高，還適當(dāng)宜于易燃易爆的環(huán)境中使用。交流伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)展得快，在國(guó)外已基本上取代了直流伺服電動(dòng)機(jī)。在我國(guó)，交流服電動(dòng)機(jī)也已采用，直流伺服電動(dòng)機(jī)仍有應(yīng)用仍較多。 伺服控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)： 圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個(gè)三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度控制精度；電壓控制環(huán)可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服放大器的電壓控制。 半閉環(huán)控制： 半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測(cè)元件輸出的反饋控制通道，而檢測(cè)元件是安裝在絲杠軸或電機(jī)軸上的，檢測(cè)同角位移后，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移。以偏差值實(shí)現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測(cè)元件檢測(cè)的反饋信號(hào)不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動(dòng)補(bǔ)償。因此這種由等效反饋信號(hào)組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制： 閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺(tái)（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號(hào)，即要求測(cè)量元件安裝在工作臺(tái)上，而不是安裝在絲杠或電機(jī)軸上。但因直接測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，需配備如光柵、磁柵或感應(yīng)同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測(cè)元件，這使整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格提高。由于閉環(huán)控制能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測(cè)元件的測(cè)量精度?？傊?，這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜，適宜于大型和精密的數(shù)控機(jī)床。 3．2. 伺服電機(jī)型號(hào)選擇 ： 3．2.1進(jìn)給電機(jī)功率的確定 在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低的情況下，空載功率很小，計(jì)算時(shí)可以略去，進(jìn)給電機(jī)的功率可根據(jù)進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械效率來(lái)計(jì)算： 即： (*)[11] （3-14） 式中： Ns------進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率（KW） Q-------進(jìn)給抗力（公斤力） Vs------進(jìn)給速度（米/分） Ys------進(jìn)給傳動(dòng)的總機(jī)械效率（一般可取0.15～0.20） 根據(jù)資料顯示,CDJK6140系列車床的最大切削主力F=2750N 即Pz=2750N 故進(jìn)給力 ： Px=0.5Pz =1375N Ys取0.2 Vs=0.4m/min 代入(*) 式 3．1.2伺服電機(jī)型號(hào) 考慮到進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)載現(xiàn)象, 選擇的電機(jī)功率應(yīng)該大于選擇的電機(jī)功率。（根據(jù)參照電機(jī)手冊(cè). 南京蘇強(qiáng)數(shù)控機(jī)電有限公司） 所以，選擇型號(hào)為110SNMA6 I型 的永磁無(wú)刷伺服電機(jī)。 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 轉(zhuǎn)子慣量 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 電機(jī)時(shí)間常數(shù) 1. 256kw 6N.m 2000r.Pm 5.0A 0.718×10 kg.m 0.8ms 6.14ms 3．1.3同步帶輪的選擇 為了保證傳動(dòng)精度，本設(shè)計(jì)采用同步帶輪來(lái)傳動(dòng)。同步帶輪傳動(dòng)不僅能夠保證良好的傳動(dòng)精度，還能降低傳動(dòng)產(chǎn)生的噪音，對(duì)磨損的要求也同時(shí)符合要求。一般同步帶輪有統(tǒng)一生產(chǎn)，本課題設(shè)計(jì)選用的是慈溪恒力同步帶輪有限公司生產(chǎn)，規(guī)格如下： 4、結(jié)論 至今為止，基本上完成了本課程的設(shè)計(jì)要求，課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)與絲杠的連接形式設(shè)計(jì)、絲杠與床鞍的連接設(shè)計(jì)、絲杠的支承方式設(shè)計(jì)、伺服電機(jī)的選擇 。 進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度、直接將導(dǎo)致整個(gè)機(jī)床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關(guān)鍵性問(wèn)題是急需解決的。由于自身的經(jīng)驗(yàn)有限，面對(duì)這些關(guān)鍵性問(wèn)題只能從理論上去尋求解決的方法。因此，自己所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中仍相距甚遠(yuǎn)。 電機(jī)的選擇也相當(dāng)重要，對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的來(lái)說(shuō)，要求嚴(yán)格。 5、參考文獻(xiàn) 1 張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.7 2 李 洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè). 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999.1 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 范云漲,陳兆年. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.7 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì). 東北工學(xué)院出版社 1989.10 6 黃祖德. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京理工大學(xué)出版社 1992.6 7 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌500例. 北京機(jī)械出版社 1996 8 黃鶴訂. 國(guó)家機(jī)械工業(yè)局--中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品目錄第10冊(cè). 北京機(jī)械出版社 2000.7 9 滾珠絲杠. 上海川浦機(jī)械實(shí)業(yè)公司樣本 10 同步帶輪. 慈溪恒力同步帶輪有限公司 11 電機(jī)手冊(cè). 南京蘇強(qiáng)數(shù)控機(jī)電有限公司 6、設(shè)計(jì)工作小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我四年來(lái)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的一個(gè)綜合鍛煉和考核， 是踏上社會(huì)前在學(xué)校的一次磨練，要充分發(fā)揮自己的知識(shí)。在設(shè)計(jì)中，我基本將四年來(lái)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了綜合運(yùn)用，并了解了本專業(yè)方面最新科技動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)以前學(xué)習(xí)的把握，增長(zhǎng)了見識(shí)，也充分展示了自己的專業(yè)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)能力。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)歷了實(shí)際考察、資料收集、方案論證、工程圖的繪制、說(shuō)明書的書寫等設(shè)計(jì)過(guò)程，這使我掌握了設(shè)計(jì)的一般步驟，為以后走上工作崗位進(jìn)行其它方面的工作奠定了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。 從這次設(shè)計(jì)中體會(huì)到：在平時(shí)要搞好、搞懂每個(gè)知識(shí)點(diǎn)； 要虛心并誠(chéng)心地向老師、同學(xué)請(qǐng)教； 做事需要講團(tuán)體協(xié)作 ； 考慮問(wèn)題應(yīng)該多方面、多角度，力爭(zhēng)按最嚴(yán)格的工作要求做事； 培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力與嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，體會(huì)到了工程技術(shù)人員所應(yīng)該具備的基本素質(zhì)。 由于本人理論及實(shí)踐水平有限，設(shè)計(jì)圖樣、設(shè)計(jì)說(shuō)明書定有許多錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)指出，提出批評(píng)和修改意見。 最后，向在設(shè)計(jì)期間給予關(guān)心指導(dǎo)的沙愛民老師謹(jǐn)以最誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)也謝謝幫助我的同學(xué)。 19