[精品論文]數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、課件之家精心整理資料-歡迎你的欣賞圖書(shū)分類號(hào)：密 級(jí)：摘要數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)是指能分別沿著x 向和y向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的x-y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的x-y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在x、y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用

2、標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 數(shù)控車床；傳動(dòng)系統(tǒng)；工作臺(tái)abstract cnc lathe feeding system is able to separately along the x and y to do to feed motion of the system, electromechanical integration equipment, many basic components, such as cnc lathe vertical - horizontal feed body, cnc milling and cnc drilling mac

3、hinexy table, the table of laser processing equipment, electronic components surface mount equipment.modular cnc xy table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts.one servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball scre

4、w drive and work platform slide rail movement, complete table in the x, y direction of the straight line movement.guideways, ball screw and servo motors are vice standardization of specialized manufacturers, design can be selected only according to work load.control system as needed, you can select

5、a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system. keywords lathe；cnc transmission system；table課件之家精心整理資料-歡迎你的欣賞目 錄1 緒論11.1數(shù)控車床概述11.1.1概述11.1.2數(shù)控機(jī)床的組成21.1.3數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的分類51.2課題題目及背景61.3傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)62交流伺服電動(dòng)機(jī)72.1交流伺服電機(jī)概述72.1.1交流伺服電機(jī)的要求72.2.2交流伺服電機(jī)的分類72.2交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型83 絲

6、杠的選型及計(jì)算93.1絲杠的介紹93.1.1絲杠螺母副的分類93.1.2滾珠絲杠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)形式93.1.3摩擦力的計(jì)算113.1.4計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力113.1.5滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑計(jì)算113.1.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核123.1.7負(fù)載慣量的計(jì)算133.1.8電動(dòng)機(jī)慣量與負(fù)載慣量的匹配153.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、誤差及精度163.2.1進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析163.2.2進(jìn)給系統(tǒng)的誤差計(jì)算163.3.3進(jìn)給的定位精度173.3.4進(jìn)給系統(tǒng)的剛度計(jì)算174 聯(lián)軸器的選擇194.1聯(lián)軸器的介紹194.2選擇聯(lián)軸器204.3聯(lián)軸器較核215 滾珠絲杠的支撐結(jié)構(gòu)及軸

7、承選用225.1支撐結(jié)構(gòu)的介紹225.2軸承的選用235.3軸承的潤(rùn)滑246導(dǎo)軌的選型256.1導(dǎo)軌的介紹256.2導(dǎo)軌的參數(shù)選取266.3導(dǎo)軌的間隙調(diào)整276.4導(dǎo)軌材料與熱處理286.5導(dǎo)軌的潤(rùn)滑29結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄331 緒論1.1數(shù)控車床概述1.1.1概述我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化率僅為6。這些機(jī)床中,役齡10年以上的占60以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20，fmc/fms等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和

8、日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60以上）?？梢?jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率，而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： （1)可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 （2)可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。 （3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 （4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 （5)擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自

9、律功能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。 在我國(guó)對(duì)外開(kāi)放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。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(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(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 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)將加

10、工零件的幾何信息和工藝信息變成加工程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行反饋控制，使刀具和工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條件不紊亂地作，從而加工出零件的全部輪廓。數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對(duì)象變換時(shí)，只需重新編制加工程序即可，原來(lái)的程序可存儲(chǔ)備用，不必像組合機(jī)床那樣需要針對(duì)新加工零件重新設(shè)計(jì)機(jī)床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞矫鎭?lái)實(shí)現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)

11、系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比應(yīng)具有有更好的精。以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為： （1)盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副。如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。 （2)選用最佳的降速比，為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng)位移盡可能加速達(dá)到跟蹤指今。 （3)盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。 （4)盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等。 （5)盡景滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳動(dòng)精度高高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭

12、矩大的傳動(dòng)元件。般說(shuō)來(lái)，如原車床的工作性能良好，精度尚未降低，則應(yīng)盡量保留機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，如原車床使用時(shí)間較長(zhǎng)，還應(yīng)將傳動(dòng)部件拆除或更換，以確保改造后車床的傳動(dòng)精度。1.1.2數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床組成機(jī)床本體的各機(jī)械部件組成，如圖1-1：圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測(cè)元件與反饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)

13、的選擇要求 (1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。(2)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.80.9。(3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。(5)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速

14、。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素。電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的。總的來(lái)說(shuō)，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。表1簡(jiǎn)要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零點(diǎn)幾個(gè)kw到上百kw，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。 為了確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)注意一下要求。(1)提高傳動(dòng)精度和剛度。

15、數(shù)控機(jī)床本身的精度，尤其是進(jìn)給傳動(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，是數(shù)控機(jī)床的特征指示。為此首先要保證各個(gè)傳動(dòng)件的加工精度，尤其是提高滾珠絲杠螺母副（直線進(jìn)給系統(tǒng)），蝸桿副（圓周進(jìn)給系統(tǒng)）的傳動(dòng)精度。另外，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），從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度分析，也可以提高精度；通過(guò)預(yù)期傳動(dòng)滾珠絲杠，消除齒輪，蝸輪等傳動(dòng)件的間隙辦法，來(lái)提高傳動(dòng)精度和剛度。(2)減少各運(yùn)動(dòng)零件的慣量。傳動(dòng)件的慣量對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響，尤其是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣量的影響更大。在滿足傳動(dòng)強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部件的質(zhì)量

16、，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減少運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。(3)減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力。機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的摩擦阻力，主要來(lái)自絲杠螺母副和導(dǎo)軌。在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，為了減小摩擦阻力，消除低速進(jìn)給爬行現(xiàn)象，提高整個(gè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)定性，廣泛采用滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌以及塑料導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。(4)相應(yīng)速度快。所謂快速響應(yīng)特性是指進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)輸入指令信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束的迅速程度?？焖夙憫?yīng)是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。工件加工過(guò)程中，工作臺(tái)應(yīng)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確的跟蹤指令，在運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)丟步和多部現(xiàn)象。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度的大小不僅影響到機(jī)床的加工效率，而且影響加工精度。設(shè)計(jì)中應(yīng)

17、使機(jī)床工作臺(tái)及傳動(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。(5)較強(qiáng)的過(guò)載能力。由于電動(dòng)機(jī)頻繁換向，且加減速度很快，電動(dòng)機(jī)可能在過(guò)載條件下工作。這就要求電動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的過(guò)載能力，一般要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載46倍而不損壞。(6)穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)。穩(wěn)定性事寺附近給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本條件，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，剛度，阻尼及增益等都有關(guān)系，適當(dāng)選擇的各項(xiàng)參數(shù)，并能達(dá)到最佳的工作性能，是伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。(7)使用維護(hù)方便。數(shù)控機(jī)床屬于高精度自控制機(jī)床，主要用于單件，中小批量，高精度及

18、復(fù)雜的生產(chǎn)加工，機(jī)床的開(kāi)機(jī)率相應(yīng)就高，因而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)和保養(yǎng)，最大限度的減少維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。數(shù)控車床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖1-2所示：圖1-2數(shù)控車床伺服系統(tǒng)由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面：可逆運(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開(kāi)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

19、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(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。1.1.3數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的分類進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測(cè)裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測(cè)裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。由于影響定位精度的機(jī)

20、械傳動(dòng)裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造

21、價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用。直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)機(jī)械換向器的換向能力，限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電動(dòng)機(jī)效率低，散熱差。交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)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(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)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(tái)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(chǎng)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。1.2課題題目及背景 進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控

22、加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被加工工件的最終坐標(biāo)位置精度和輪廓精度都與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。脈沖當(dāng)量是0.001mm，快進(jìn)速度是1000mm/min，x軸行程：100mm ，y軸行程： 150mm。合理設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；完成進(jìn)給部件（包含滾珠絲杠螺母副、燕尾槽導(dǎo)軌、導(dǎo)軌防護(hù)罩等）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及總圖和零件圖；完成主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；完成二萬(wàn)字的畢業(yè)論文及5000字的譯文。設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊(cè)等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確

23、的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。在設(shè)計(jì)中，先通過(guò)參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊(cè)，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。1.3傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)x-y工作臺(tái)的機(jī)械主體部份直線導(dǎo)軌和滾珠絲桿，聯(lián)軸器,工作臺(tái)面，導(dǎo)軌。需要完成x向及y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1-1表1-1脈沖當(dāng)量mm/step定位精度mm最大移動(dòng)速度m/s工作臺(tái)尺寸mm進(jìn)給抗力n工作臺(tái)行程mm臺(tái)面最大物重質(zhì)量kgxy0.0010.0041100*120800100150300 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)

24、計(jì)方案：（1） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)；（2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副；（3） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滑動(dòng)導(dǎo)軌。 其中進(jìn)給系統(tǒng)需完成滾珠絲杠螺母副的選型計(jì)算，系統(tǒng)的傳動(dòng)的剛度，動(dòng)態(tài)分析，系統(tǒng)的誤差計(jì)算以及定位精度飛的計(jì)算2交流伺服電動(dòng)機(jī)2.1交流伺服電機(jī)概述2.1.1交流伺服電機(jī)的要求交流伺服電動(dòng)機(jī)廣泛用于機(jī)電一體化設(shè)備及自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件,用于將輸入的交流控制信號(hào)快速的轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)的一般性能要求是:(1)良好的可控性,單向供電時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象；(2)運(yùn)行穩(wěn)定性好,在較寬的速度范圍內(nèi)均勻穩(wěn)定運(yùn)行；(3)）響應(yīng)速度快，控制信號(hào)發(fā)生時(shí)，電動(dòng)機(jī)能快速跟隨變化。伺服系

25、統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求：(1)從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。(2)電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4-6倍而不損壞。(3)為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。(4)電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。2.2.2交流伺服電機(jī)的分類(1)籠型交流伺服電動(dòng)機(jī)代號(hào)sl，轉(zhuǎn)子與定子結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電

26、動(dòng)機(jī)相似,但轉(zhuǎn)子一般為兩相,且細(xì)而長(zhǎng),籠可用鋁、紫銅、黃銅制成，勵(lì)磁電流較小，體積較小，機(jī)械強(qiáng)度較高，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不夠平滑，有抖動(dòng)現(xiàn)象,廣泛運(yùn)用于小功率自動(dòng)控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和計(jì)算裝置中。 (2)非磁性杯型交流伺服電動(dòng)機(jī)代號(hào)skadp,用非磁性金屬鋁、黃銅等制成杯形轉(zhuǎn)子，杯的內(nèi)外由內(nèi)外定子構(gòu)成磁路,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，勵(lì)磁電流和體積較大,用于要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng)，如自動(dòng)裝置和計(jì)算裝置等。 (3)fanuc交流伺服電動(dòng)機(jī)代號(hào)fanuc，轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)速低,機(jī)械特性線性度好,低速性能良好，可直接與絲杠連接，用于數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)或其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。(4) 低速交流伺服電動(dòng)機(jī) 代號(hào)sdsand，轉(zhuǎn)子、定

27、子結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動(dòng)機(jī)相同,另外機(jī)殼中裝有齒輪減速裝置，體積小,重量輕,力能指標(biāo)高,性能好，輸出轉(zhuǎn)速低,轉(zhuǎn)矩大，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)裝置和計(jì)算技術(shù)裝置中作驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或控制元件。2.2交流伺服電動(dòng)機(jī)的選型 影響交流伺服電動(dòng)機(jī)使用性能的因素：（1） 電源頻率和電壓波動(dòng)頻率升高時(shí),定,轉(zhuǎn)子漏抗增加,勵(lì)磁電抗增加，堵轉(zhuǎn)下降，機(jī)械特性的線性度變壞,頻率增高過(guò)多時(shí),還可能出現(xiàn)內(nèi)阻尼顯著變小和產(chǎn)生單相供電自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。電壓下降時(shí),堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和輸出功率會(huì)顯著下降，加速時(shí)間增長(zhǎng)（2） 放大器內(nèi)阻抗 伺服放大器的內(nèi)阻抗大，將使兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性線性度變壞甚至引起單相供電自轉(zhuǎn)，所以一般伺服放大器都采用副反饋方法來(lái)

28、降低內(nèi)阻抗（3） 不同有效信號(hào)系數(shù)制造廠提供的是兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的兩相對(duì)稱狀態(tài)機(jī)械特性(有效信號(hào)系數(shù)e=1)。但是,系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)往往需要不對(duì)稱狀態(tài)的機(jī)械特性。求不對(duì)稱的機(jī)械特性的方法是:按圖示方法求取2時(shí)線性機(jī)械特性和對(duì)稱狀態(tài)機(jī)械特性的轉(zhuǎn)矩差值h;再求出a=4h和b=td4h;再將a,b和所需要的有效特性系數(shù)e帶入下式即可求得不同轉(zhuǎn)速n下的轉(zhuǎn)矩t,得到t=f(n)機(jī)械特性 綜上所述，選擇fanuc系列交流伺服電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低，機(jī)械特性線性度好低速性能良好，可直接與絲杠連接。選擇fanuc2-0，其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-1表2-1fanuc交流電機(jī)數(shù)據(jù)型號(hào)）輸出功率（kw）額定轉(zhuǎn)矩（nm

29、）最大轉(zhuǎn)矩(nm)最高轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg/)機(jī)械時(shí)間常數(shù)(ms)熱時(shí)間常數(shù)(min)質(zhì)量(kg)2-00.21.07.820006.091533 絲杠的選型及計(jì)算3.1絲杠的介紹3.1.1絲杠螺母副的分類絲杠螺母副是機(jī)床上常用的運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)不同，可將數(shù)控機(jī)床上常用的絲杠螺母副分為以下幾類：(1)滑動(dòng)絲杠螺母副，主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化改造，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；(2)滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中，高檔數(shù)控機(jī)床；(3)靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數(shù)控機(jī)床，重型機(jī)床。滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠

30、和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。3.1.2滾珠絲杠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)形式 按照滾珠的循環(huán)方式，滾珠絲杠螺母副分成內(nèi)循環(huán)方式和外循環(huán)方式兩大類。 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán)圖3-1滾珠絲杠的循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)方式是指在循環(huán)過(guò)程中滾珠始終保持和絲杠接觸的方式，這種接觸方式螺母結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，返回滾到短，不易產(chǎn)生滾珠堵塞，摩擦損失小，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造叫困難。外循環(huán)方式是指在循環(huán)過(guò)程中滾珠與絲

31、杠脫離接觸方式，外循環(huán)方式制造工藝簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用，螺母徑向尺寸較大，但因用彎管端部作擋珠器，故剛性差，易磨損，且噪聲較大。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)：(1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3.(2)若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。(3)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。(4)具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。(5)磨損小，使用壽命長(zhǎng)。(6)制造工藝復(fù)雜。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