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I 目 錄 中文摘要...............................................................................................................................Ⅰ 英文摘要...............................................................................................................................Ⅱ 第一章 緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 引言 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)要敘述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.1 升降臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.2 床鞍傳動(dòng)系統(tǒng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.2.3 工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.3 FXK5045 機(jī)床的用途及性能 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.4 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 1.5 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 1.6 本章小結(jié) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 第二章 伺服電動(dòng)機(jī) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.1 伺服系統(tǒng) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.1.1 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.2 伺服電動(dòng)機(jī)的分類 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.2.1 直流伺服電機(jī) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.2.2 交流伺服電機(jī) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.2.3 直線電機(jī) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 2.2.4 步進(jìn)電機(jī) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 2.3.1 脈沖當(dāng)量的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 2.3.2 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 2.3.3 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 2.3.4 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 2.3.5 電動(dòng)機(jī)選型驗(yàn)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 2.4 本章小結(jié) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 第三章 同步齒形皮帶輪傳動(dòng) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 II 3.1 同步齒形帶的特點(diǎn)應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.1.1 同步齒形帶的特點(diǎn)和應(yīng)用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.1.2 同步齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 3.2 同步齒形帶的主要參數(shù)和規(guī)格 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 3.3 同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.3.1 失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.3.2 同步齒形帶傳動(dòng)注意事項(xiàng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.3.3 同步齒形帶傳動(dòng)計(jì)算步驟 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 3.4 皮帶輪幾何尺寸的計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 3.5 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 3.6 同步齒形皮帶輪材料的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 3.7 本章小結(jié) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31 第四章 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 4.1 滾珠絲杠傳動(dòng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 4.1.1 滾珠絲杠的特點(diǎn) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 4.1.2 滾珠絲杠的一些主要參數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.1.3 滾珠絲杠的預(yù)拉伸 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 4.2 滾珠絲杠螺母副 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 4.2.1 滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 4.2.2 滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 4.2.3 滾珠絲杠螺母副的維護(hù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37 4.2.4 滾珠絲杠螺母副的常見故障 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37 4.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 4.3.1 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43 4.3.2 滾珠絲杠的校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45 4.4 本章小結(jié) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47 第五章 聯(lián)軸器和導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48 5.1 聯(lián)軸器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48 5.1.1 聯(lián)軸器的總體分類 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48 5.1.2 安全聯(lián)軸器的作用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50 5.2 機(jī)床導(dǎo)軌 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51 III 5.2.1 對(duì)導(dǎo)軌的總體要求 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51 5.2.2 導(dǎo)軌副的種類以及組合形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52 5.2.3 導(dǎo)軌的技術(shù)要求 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????56 5.2.4 導(dǎo)軌副的材料選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????57 5.2.5 導(dǎo)軌副的維護(hù)和故障診斷 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????58 5.3 本章小結(jié) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????59 總 結(jié) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????60 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62 致 謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????63 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 第一章 緒論 1.1 引言 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù) 控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品， 即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1).機(jī)械制造技術(shù)；(2).信息處理、 加工、傳輸技術(shù)；(3). 自動(dòng)控制技術(shù)；(4). 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；(5).傳感器技術(shù)；(6). 軟件技術(shù) 等。 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方 面： (1).高速、高精度加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提 高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì) 將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為 21 世紀(jì)的中 心研究方向之一。 (2).智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中 的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制， 工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參 數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面 的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方 面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 (3).重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 ①.數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國(guó)、歐 共體和日本等國(guó)紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 (OMAC、 OSACA、 OSEC)的研究和制定，世界 3 個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎 相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國(guó)在 2000 年也開始進(jìn)行中國(guó)的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 ②.數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 第一章 緒論 2 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換 都是基于 ISO6983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G，M 代碼描述如何加工，其本質(zhì)特征是面向加工過 程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研 究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ISO14649（STEP －NC) ，其目的是提供一種不依賴 于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整 個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 (4).對(duì)數(shù)控機(jī)床無污染提出要求 21 世紀(jì)的數(shù)控機(jī)床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實(shí)現(xiàn)切削加工工藝的綠 色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因?yàn)榍邢饕杭任?染環(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進(jìn)行， 但也包括在特殊氣體氛圍中(氮?dú)庵小⒗滹L(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù))不使用切削液進(jìn) 行的切削。不過，對(duì)于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削目前尚 難與實(shí)際應(yīng)用，故又出現(xiàn)了使用極微量潤(rùn)滑(MQL) 的準(zhǔn)干切削。目前在歐洲的大批量 機(jī)械加工中，已有 10～15%的加工使用了干和準(zhǔn)干切削。對(duì)于面向多種加工方法/ 工件 組合的加工中心之類的機(jī)床來說，主要是采用準(zhǔn)干切削，通常是讓極微量的切削油與 壓縮空氣的混合物經(jīng)由機(jī)床主軸與工具內(nèi)的中空通道噴向切削區(qū)。在各類數(shù)控機(jī)床中， 采用干切削最多的是滾齒機(jī)。 總之，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使 制造業(yè)向著高效、優(yōu)質(zhì)以及人性化的方向發(fā)展?？梢灶A(yù)見，隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展 和數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。 1.2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)要敘述 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要的組成部分，它是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 傳遞給工作臺(tái)或刀架以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括齒輪傳動(dòng)副、絲杠螺母 副及其支承部件等。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)主要由升降臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)、床鞍傳動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng) 組成。 1.2.1 升降臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng) 升降臺(tái)可沿 Z 軸運(yùn)動(dòng)，由床身導(dǎo)軌導(dǎo)向并由升降立絲杠驅(qū)動(dòng) ,升降臺(tái)頂部有矩形導(dǎo) 軌與工作臺(tái)底座—床鞍相連。 升降臺(tái)內(nèi)裝有： —Z、Y 軸進(jìn)給伺服電機(jī)； —Z、Y 軸齒形皮帶及皮帶輪； 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)置于升降臺(tái)內(nèi)，電機(jī)通過一對(duì)圓弧齒形皮帶輪 及皮帶、一對(duì)螺旋傘齒輪和滾珠絲杠副以 1：4 降速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩帶輪與電機(jī)軸和滾珠絲杠 均以漲緊環(huán)實(shí)現(xiàn)無間隙連接，滾珠絲杠螺母固定于底座上，絲杠固定于升降臺(tái)上。 1.2.2 床鞍傳動(dòng)系統(tǒng) 床鞍沿升降臺(tái)頂部導(dǎo)軌在 Y 軸上移動(dòng)，床鞍上表面有供工作臺(tái)沿 X 軸橫向移動(dòng)的 燕尾導(dǎo)軌，床鞍上下兩面的導(dǎo)軌互相垂直，從而保證了 X 軸運(yùn)動(dòng)和 Y 運(yùn)動(dòng)的垂直。在 床鞍內(nèi)裝有縱向、橫向絲杠及兩端托架。 橫向床鞍運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)通過一對(duì)圓弧齒形皮帶輪、皮帶、一對(duì)消隙齒輪和滾珠 絲杠副以 3：4 降速傳動(dòng)。兩帶輪與電機(jī)軸和傳動(dòng)軸均以漲緊環(huán)實(shí)現(xiàn)無間隙連結(jié)，滾珠 絲杠固定于床鞍上，絲杠螺母固定于升降臺(tái)上。 1.2.3 工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng) 工作臺(tái)可沿床鞍縱向?qū)к壴?X 軸方向移動(dòng)，導(dǎo)軌由來自床身的集中潤(rùn)滑裝置自動(dòng) 潤(rùn)滑，X 向滾珠絲杠由手動(dòng)油槍通過工作臺(tái)側(cè)的油杯進(jìn)行潤(rùn)滑，工作臺(tái)表面有便于安 裝工卡夾具、工件及附近的 T 形槽，還有回收冷卻液的回水槽。 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)通過兩個(gè)圓弧齒形皮帶輪，和圓弧齒形皮帶以 2：3 降速傳 動(dòng)。兩帶輪與電機(jī)軸和滾珠絲杠均以漲緊環(huán)實(shí)現(xiàn)無間隙聯(lián)接，滾珠絲杠螺母固定于工 作臺(tái)底端，兩端托架固定于床鞍上。 1.3 FXK5045 機(jī)床的用途及性能 圖 1-1 XK5045 型普通銑床的布局圖 Fig.1-1 Milling machine layout plans 第一章 緒論 4 1-底座 2-強(qiáng)電柜 3- 變壓器箱 4-垂直升降進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī) 5-主軸變速手柄和按鈕板 6-床身 7-數(shù)控柜 8- 保護(hù)開關(guān) 9-擋鐵 10-操縱臺(tái) 11-保護(hù)開關(guān) 12- 橫向溜板 13-縱向進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī) 14-橫向進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī) 15-升降臺(tái) 16- 縱向工作臺(tái) 在本次設(shè)計(jì)中，以 FXK5045 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床為例來說明數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng) 系統(tǒng)。 FXK5045 為數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，與上圖 XK5045 普通銑床相比，在外觀結(jié)構(gòu)上 相同，只是多一個(gè)數(shù)控裝置，F(xiàn)XK5045 可配備國(guó)外或國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)，具有計(jì)算機(jī)數(shù)字 控制（CNC），可進(jìn)行縱向、橫向、垂向三個(gè)坐標(biāo)的直線、圓弧、拋物線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng) （由配置的系統(tǒng)功能確定），每個(gè)坐標(biāo)裝有編碼器作為檢測(cè)元件。 FXK5045 適用于加工形狀復(fù)雜的平面和立體零件，如沖模、壓模、鍛模、塑料模 等各種模具及樣板，凸輪、飛機(jī)零件、內(nèi)燃機(jī)的連桿等形狀復(fù)雜的零件，對(duì)于加工形 狀復(fù)雜而品種又經(jīng)常變換的生產(chǎn)部門大為適用。 FXK5045 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的基本參數(shù)如下： 工作臺(tái)面積（寬×長(zhǎng)）： 500×1800 mm 工作臺(tái) T 形槽（槽數(shù) -寬度 間距）： 6-18×63 mm ? 工作臺(tái)承載工件最大重量： 1000 Kg 工作臺(tái)行程（縱向/橫向/垂向）： 11000/330/600 mm 垂向行程（手動(dòng)）： 套筒 90 mm 主軸錐孔： 7：24 ISO50 刀柄形式： XT50 主軸轉(zhuǎn)速： 18 級(jí) 35.5-1800 r/min 主軸電機(jī)功率： 15 Kw 立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度： ±45° 主軸端面到工作臺(tái)面距離： 110-710 mm 床身導(dǎo)軌至主軸中心線的距離： 450 mm 進(jìn)給速度范圍（X 、 Y/Z）： 5-4000/5-1000 mm/min 快速進(jìn)給（X 、 Y/Z）： 8000/2000 mm/min 定位精度(國(guó)際) ： 0.035 mm 重復(fù)定位精度(國(guó)際) ： 0.020 mm 機(jī)床重量(約) ： 5000 Kg 機(jī)床外型尺寸(長(zhǎng)×寬×高) ： 2530×2443×2560 mm 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 本機(jī)床具有如下特點(diǎn)： (1).機(jī)床具有很高的結(jié)構(gòu)剛性，能承受中負(fù)荷切削工作； (2).機(jī)床具有足夠的功率和寬廣的變速范圍，能使用硬質(zhì)合金刀進(jìn)行高速切削，充 分發(fā)揮刀具效能； (3).主軸變速有沖動(dòng)裝置，便于變速，機(jī)床能迅速有效的進(jìn)行制動(dòng)； (4).機(jī)床的重要傳動(dòng)零件均用合金鋼制成，容易磨損零件均用耐磨材料制成，導(dǎo)軌 貼塑，保證了機(jī)床有足夠的使用壽命； (5).操縱臺(tái)與電柜采用分體式，操縱臺(tái)集中操縱，安裝于機(jī)床吊掛上，能轉(zhuǎn)動(dòng)一定 角度，操作方便宜人； (6).機(jī)床三向運(yùn)動(dòng)均有限位裝置，保證機(jī)床和操作工人的安全，還可用作多機(jī)床管 理； (7).機(jī)床具有完整的潤(rùn)滑系統(tǒng)，重要的傳動(dòng)零件和軸承均有完整的潤(rùn)滑裝置，同時(shí) 設(shè)有指示器進(jìn)行經(jīng)常檢查； (8).各重要傳動(dòng)軸和主軸的安裝在滾動(dòng)軸承上，提高傳動(dòng)效率； (9).工作臺(tái)三個(gè)方向均能進(jìn)行快速移動(dòng)，減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 1.4 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 (1).減少摩擦阻力 為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦 阻力和動(dòng)，靜摩擦力之差。為滿足上述要求，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，普通采用 滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。在減小摩擦阻 力的同時(shí)，還必須考慮傳動(dòng)部件要有適當(dāng)?shù)淖枘?，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (2).減少運(yùn)動(dòng)慣量 運(yùn)動(dòng)部件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響，尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的 零、部件，其慣量的影響更大。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小 運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減小運(yùn)動(dòng)部件的慣量。 (3).高的傳動(dòng)精度與定位精度 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)精度和定位精度對(duì)零件的加工精度起著關(guān)鍵性的 作用，對(duì)采用進(jìn)步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)尤其如此。因此，傳動(dòng)精度和定位精度 是數(shù)控機(jī)床最重要也是最具有該類機(jī)床特征的指標(biāo)，無論對(duì)點(diǎn)位，直線控制系統(tǒng)，還 是輪廓控制，該項(xiàng)精度都很重要。設(shè)計(jì)中，通過在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中加入減速齒輪，以減 小脈沖當(dāng)量（即伺服系統(tǒng)接收一個(gè)指令脈沖驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的距離），預(yù)緊傳動(dòng)滾珠 絲杠，消除齒輪，蝸輪等傳動(dòng)的間隙等辦法，可達(dá)到提高傳動(dòng)精度的定位精度的目的。 第一章 緒論 6 由此可見，機(jī)床本身的精度，尤其是伺服傳動(dòng)鏈和伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度，是影響工作 精度的主要因素。 (4).寬的進(jìn)給調(diào)速范圍 伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承擔(dān)全部工作負(fù)載的條件下，應(yīng)具有很寬的調(diào)速范圍，以適應(yīng)各 種工件材料，尺寸和刀具等變化的需要，工作進(jìn)給速度范圍可達(dá) 3~6000 mm/min（調(diào)速 范圍 1：2000）。為了完成精密定位，伺服系統(tǒng)的低速趨進(jìn)速度達(dá) 0.1mm/min；為了縮 短輔助時(shí)間，提高加工效率，快速移動(dòng)速度應(yīng)高達(dá) 15m/min。如此寬的調(diào)速范圍是伺服 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)難題。在多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上，合成速度維持常數(shù)，是保證表面 粗糙度要求的重要條件；為保證較高的輪廓精度，各坐標(biāo)方面的運(yùn)動(dòng)速度也要配合適 當(dāng)，這是對(duì)數(shù)控機(jī)床和伺服進(jìn)給系統(tǒng)提出的共同要求。 (5).響應(yīng)速度要快 快響應(yīng)特性是指進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度， 即跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快；定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度要滿足要求；工作臺(tái)應(yīng)能 在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確地跟蹤指令，進(jìn)行單步或連續(xù)移動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn) 丟步或多步現(xiàn)象。進(jìn)給系統(tǒng)響應(yīng)速度的大小不僅影響機(jī)床的加工效率，而且影響加工 精度。設(shè)計(jì)中應(yīng)使機(jī)床工作臺(tái)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度、間隙、摩擦以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能 達(dá)到最佳值，以提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。 (6).無間隙傳動(dòng) 進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈的 各傳動(dòng)副中，直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此，應(yīng)盡量消除傳動(dòng)間隙，減小反向 死區(qū)誤差。設(shè)計(jì)中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動(dòng)副等方法。 (7).穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng) 穩(wěn)定性是伺服進(jìn)給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的條件，特別是在低速進(jìn)給情況下 不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加負(fù)載的變化而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛性、 阻尼及增益等都有關(guān)系，適當(dāng)選擇各項(xiàng)參數(shù)，并能達(dá)到最佳的工作性能，是伺服系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的目標(biāo)。所謂進(jìn)給系統(tǒng)的壽命，主要是指其保持?jǐn)?shù)控機(jī)床傳動(dòng)精度和定位精度的 時(shí)間長(zhǎng)短，即各傳動(dòng)部件應(yīng)選擇合適的材料及合理的加工工藝與熱處理方法，對(duì)于滾 珠絲杠及傳動(dòng)齒輪，必須具有一定的耐磨性和適宜的潤(rùn)滑方式，以延長(zhǎng)其壽命。 (8).使用維護(hù)方便 數(shù)控機(jī)床屬于精度自動(dòng)控制機(jī)床，主要用于單件、中小批量、高精度及復(fù)雜的生 產(chǎn)加工，機(jī)床的開機(jī)效率相應(yīng)就高，因而進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)和保養(yǎng)、最 大限度地減小維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 1.5 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 圖 1-2 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig.1-2 Feed system structure diagram 上圖為此次設(shè)計(jì) FXK5045 數(shù)控立式銑床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 伺服電機(jī)通過同步齒形帶和滾珠絲杠相聯(lián)，編碼器固定在滾珠絲杠的右端將工作 臺(tái)的實(shí)際位移信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，屬于開環(huán)控制。同步帶連接方式隔離了電機(jī)的振 動(dòng)和發(fā)熱，使電動(dòng)機(jī)安裝位置更加機(jī)動(dòng)，但機(jī)械結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)增加了。 方案具體的設(shè)計(jì)過程如下： 圖 1-3 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 Fig.1-3 CNC machine tool drive system to work diagram (1).指令脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)； (2).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路帶動(dòng)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)； (3).功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)齒形皮帶輪動(dòng)力的輸送； (4).齒形皮帶輪帶動(dòng)滾珠絲杠降速轉(zhuǎn)動(dòng)； (5).滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)使數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)橫向移動(dòng)。 第一章 緒論 8 1.6 本章小結(jié) 在本章的設(shè)計(jì)中，讓我明白了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)的三大部分：升降臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)， 床鞍傳動(dòng)系統(tǒng)以及工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)三者各自的基本情況和運(yùn)動(dòng)規(guī)律作了一個(gè)簡(jiǎn) 要的敘述。對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)控銑床 FXK5045 也有了一定的認(rèn)識(shí)，其中包括 FXK5045 的基 本性能參數(shù)，還有此機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)部分所各自具備的用途，以及擅長(zhǎng)加工哪些圖形的 情況都做了一一的描述。還有數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)方面的要求也進(jìn)行了一定的說明。 對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)總體設(shè)計(jì)方案的構(gòu)想也有了一定的思路，并且進(jìn)行設(shè)計(jì)的初步實(shí)踐中。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 第二章 伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱伺服電機(jī))為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速度和軌跡控制的 執(zhí)行元件。伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與選用的電機(jī)及其特性有密切關(guān)系、直接影響伺服 系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 2.1 伺服系統(tǒng) 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱 為伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自 動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)元件（或稱執(zhí)行元件伺服電機(jī)）組成， 高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測(cè)裝置，反饋實(shí)際的輸出狀態(tài)。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的作用在于接受來自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件 跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服。 以上指的主要是進(jìn)給伺服控制，另外還有對(duì)主運(yùn)動(dòng)的伺服控制，不過控制要求不如前 者高。數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)往往主要取決于伺服系統(tǒng)。 2.1.1 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求 數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬(wàn)能機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精 度與高柔性集中于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)特性的改善 及功能的擴(kuò)大，一般對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)有如下要求： (1).正反向運(yùn)行 機(jī)床在工作過程中，工作臺(tái)根據(jù)加工軌跡的形狀隨時(shí)都可能要求正向或反向運(yùn)行。 同時(shí)應(yīng)考慮正反向運(yùn)行時(shí)起動(dòng)與制動(dòng)之間存在的電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)可靠的 快速制動(dòng)。 (2).調(diào)速范圍寬 為適應(yīng)不同的加工條件，如加工零件的材料、類型、大小及刀具的種類、冷卻方 式等，要求伺服有很寬的調(diào)速范圍和優(yōu)異的調(diào)速特性。 (3).高剛性與高的速度穩(wěn)定性 伺服在不同的負(fù)載情況下或切削條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)使進(jìn)給速度保持恒定，要求 伺服具有優(yōu)良的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)負(fù)載特性。 (4).快速響應(yīng)及無超調(diào) 為了保證輪廓切削形狀精度與低的加工面表面粗糙度，要求伺服具有良好的快速 響應(yīng)特性，同時(shí)無超調(diào)。 (5).高精度 第二章 伺服電動(dòng)機(jī) 10 為了滿足加工精度，要保證機(jī)床的定位精度及進(jìn)給精度，亦即要求伺服具有高的 靜態(tài)分辨率，動(dòng)態(tài)特性至少應(yīng)是一階無差系統(tǒng)。 (6).低速大扭矩 機(jī)床加工的特點(diǎn)多是低速時(shí)進(jìn)行切削加工，要求在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)應(yīng)保證額定扭 矩輸出，亦即要求伺服具有恒扭矩輸出。 2.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 (1).開環(huán)系統(tǒng) 圖 2-1 開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖 Fig.2-1 Open-loop systems pose a map 圖(2-1)是開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖，它主要由驅(qū)動(dòng)電路，執(zhí)行元件和機(jī)床三大部分組成。 常用的執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)，通常稱以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)為步進(jìn)式伺 服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動(dòng)時(shí)，用電液脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行元件。驅(qū)動(dòng) 電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的信號(hào)。 (2).閉環(huán)系統(tǒng) 圖 2-2 閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖 Fig.2-2 Closed-loop systems pose a map 閉環(huán)系統(tǒng)主要由比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行元件、機(jī)床和檢測(cè)單元五部分組成。 其構(gòu)成框圖如圖(2-2)所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測(cè)元件將機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測(cè) 出來并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測(cè)元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、 光柵、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán) 系統(tǒng)；把安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作 臺(tái)之間傳動(dòng)誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。比 較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤 差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，直到跟隨誤差為零。根據(jù)進(jìn)入 比較環(huán)節(jié)信號(hào)的形式以及反饋檢測(cè)方式，閉環(huán)（半閉環(huán)）系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系 統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)三種。 由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)比較微弱，不足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，故需對(duì)其進(jìn)行放大， 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 驅(qū)動(dòng)電路正是為此而設(shè)置的。執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號(hào)，即來自比較環(huán)節(jié)的跟 隨誤差信號(hào)，將表示位移量的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速 電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅(qū)動(dòng)電路是隨執(zhí) 行元件的不同而不同的。 2.1.3 伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向 隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。 (1).充分利用迅速發(fā)展的電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用微機(jī)實(shí)現(xiàn) 調(diào)節(jié)控制，增強(qiáng)軟件控制功能，排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度漂移 等因素的影響，可大大提高伺服系統(tǒng)的性能，并為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制創(chuàng)造條 件。 (2).開發(fā)高精度、快速檢測(cè)元件。 (3).開發(fā)高性能的伺服電機(jī)（執(zhí)行元件）。目前交流伺服電機(jī)的變速比已達(dá) 1：10000，使用日益增多。無刷電機(jī)因無電刷和換向片零部件，加速性能要比直流伺 服電機(jī)高兩倍，維護(hù)也較方便，常用于高速數(shù)控機(jī)床。 2.2 伺服電動(dòng)機(jī)的分類 在數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī)有:直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和 直線電機(jī)等．直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，在 70 年代、80 年代的數(shù)控系統(tǒng)中得 到了廣泛的應(yīng)用；交流伺服電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)和控制原理的發(fā)展，性能大大提高，從 80 年代末開始逐漸取代直流伺服電機(jī)，是目前主要使用的電動(dòng)機(jī)；步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用在輕載、 負(fù)荷變動(dòng)不大以及經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中。直線電機(jī)是一種很有發(fā)展前途的特種電機(jī)，主 要應(yīng)用在高速、高精度的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中。 2.2.1 直流伺服電機(jī) 常用的直流電動(dòng)機(jī)有:永磁式直流電機(jī)、混合式直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)和直流力 矩電機(jī)等。直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)使用永磁式直流電機(jī)類型中的有槽電樞永磁直流電動(dòng)機(jī) (普通型) ；直流主軸伺服系統(tǒng)使用勵(lì)磁式直流電機(jī)類型中的他激直流電機(jī)。此外，永磁 式直流電機(jī)還包括無槽電樞永磁直流電機(jī)、杯型電樞永磁直流電機(jī)和印刷繞組電樞永 磁直流電機(jī)等。這些均為小慣量電機(jī)，適用于要求快速響應(yīng)和頻繁起動(dòng)的伺服系統(tǒng)， 但其過載能力低，電樞慣量與機(jī)械系統(tǒng)匹配較差．普通型永磁式直流電機(jī)產(chǎn)量大，應(yīng) 用廣泛。 2.2.2 交流伺服電機(jī) 在交流伺服系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的類型有永磁同步交流伺服電機(jī)(PMSM)和感應(yīng)異步交 流伺服電機(jī)(IM)，其中，永磁同步電機(jī)具備十分優(yōu)良的低速性能、可以實(shí)現(xiàn)弱磁高速 第二章 伺服電動(dòng)機(jī) 12 控制，調(diào)速范圍寬廣、動(dòng)態(tài)特性和效率都很高，已經(jīng)成為伺服系統(tǒng)的主流之選。而異 步伺服電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但是在特性上和效率上存在差距， 只在大功率場(chǎng)合得到重視。 2.2.3 直線電機(jī) 直線電機(jī)可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種變形，它可以看作是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電 機(jī)沿其徑向剖開，然后拉平演變而成。近年來，隨著自動(dòng)控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的高 速發(fā)展，對(duì)各類自動(dòng)控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統(tǒng)的 旋轉(zhuǎn)電機(jī)再加上一套變換機(jī)構(gòu)組成的直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代控制系 統(tǒng)的要求。為此，近年來世界許多國(guó)家都在研究、發(fā)展和應(yīng)用直線電機(jī)，使得直線電 機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。 直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于直線電機(jī) 不需要把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的附加裝置，因而使得系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，重 量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運(yùn)動(dòng)的地方，直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn) 直接傳動(dòng)，因而可以消除中間環(huán)節(jié)所帶來的各種定位誤差，故定位精度高，如采用微 機(jī)控制，則還可以大大地提高整個(gè)系統(tǒng)的定位精度；三是反應(yīng)速度快、靈敏度高，隨 動(dòng)性好。直線電機(jī)容易做到其動(dòng)子用磁懸浮支撐，因而使得動(dòng)子和定子之間始終保持 一定的空氣隙而不接觸，這就消除了定、動(dòng)子間的接觸摩擦阻力，因而大大地提高了 系統(tǒng)的靈敏度、快速性和隨動(dòng)性；四是工作安全可靠、壽命長(zhǎng)。直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無 接觸傳遞力，機(jī)械摩擦損耗幾乎為零，所以故障少，免維修，因而工作安全可靠、壽 命長(zhǎng)。 2.2.4 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的電氣機(jī)械。電脈沖的數(shù)量代表了轉(zhuǎn)子 的角位移量，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電脈沖的頻率成正比，旋轉(zhuǎn)的方向取決于脈沖的順序，轉(zhuǎn) 矩是由于磁阻作用所產(chǎn)生。步進(jìn)電機(jī)一定要與控制脈沖聯(lián)系起來才能運(yùn)行，否則無法 工作。其運(yùn)行形式是步進(jìn)的，故稱為步進(jìn)電機(jī)。對(duì)定子繞組所加電源形式既不是正弦 波交流也不是恒定直流，而是電脈沖電壓、電流、所以也稱為脈沖電機(jī)或脈沖馬達(dá)。 步進(jìn)電機(jī)用于與控制脈沖組成的開環(huán)系統(tǒng)中。 2.2.4.1 步進(jìn)電機(jī)的分類及結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，按作用原理分，步進(jìn)電機(jī)有磁阻式(反應(yīng)式)、感應(yīng)子式 和永磁式三大類。按輸出功率和使用場(chǎng)合分類，分為功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī)； 按結(jié)構(gòu)分類，分為徑向式(單段式)、軸向式(多段) 和印刷繞組式步進(jìn)電機(jī)；按相數(shù)分類， 分為三相、四相、五相、六相等。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 各種步進(jìn)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子組成，但因類型不同，結(jié)構(gòu)也不完全一樣。磁阻 式步進(jìn)電機(jī)(以三相徑向式為例)，定子鐵心上有六個(gè)均勻分布 5 個(gè)齒，齒槽距相等，齒 間夾角為 9°。在直徑方向相對(duì)的兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成了一相勵(lì)磁繞組，共有三 相(A ， B， C)按徑向排列的勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子為鐵心(硅鋼)，其上無繞組，只有均布的 40 個(gè)齒，齒槽等寬，齒間夾角也是 9°。三相定子磁極和轉(zhuǎn)子上相應(yīng)的齒依次錯(cuò)開了 1/3 齒距，即 3°。 磁阻式步進(jìn)電機(jī)還有一種軸向分相的多段式結(jié)構(gòu)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心都分成多段(三、 四、五、六段等)，每段為一相，依次錯(cuò)開排列為 A、 B、 C、 D、 E 等相，每相都是獨(dú) 立的。 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)分為勵(lì)磁式和永磁式兩種。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與磁阻式 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其定子轉(zhuǎn)子鐵心的磁場(chǎng)和齒槽均一樣，兩者的差別是感應(yīng)子式 步進(jìn)電機(jī)存在軸向恒定磁場(chǎng)。勵(lì)磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)是靠轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組產(chǎn)生軸向 磁場(chǎng)。永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由一段環(huán)形磁鋼(在轉(zhuǎn)子中部)和二段鐵心(在環(huán)形 磁鋼的兩端)，軸向充磁，建立軸向磁場(chǎng)。軸向磁場(chǎng)可以改善步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，發(fā) 展趨勢(shì)將取代磁阻式步進(jìn)電機(jī)。 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，定子為軟磁材料。該種電機(jī)有多種結(jié)構(gòu)形式， 常用形式有爪極式和隱極式。爪極式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)一般采用二相或者四相繞組，隱極 式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與磁阻式步進(jìn)電機(jī)一樣有二、三、四、五、相等多種繞