自動(dòng)涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、自動(dòng)涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)摘要自動(dòng)涂膠機(jī)是一種擬人的密封機(jī)械裝置，它綜合了人類和機(jī)器的特長(zhǎng)， 是工業(yè)和非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的不可缺 少的自動(dòng)化設(shè)備。本課題研制的數(shù)控涂膠機(jī)是為一汽集團(tuán)變速箱廠設(shè)計(jì)的涂膠樣機(jī)，要求自 動(dòng)涂膠機(jī)的X、丫兩軸由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)；Z軸氣動(dòng)，主要用于作業(yè)工位的轉(zhuǎn)換，以調(diào)整涂膠槍嘴與涂膠平面的距離，并且編 寫數(shù)控程序完成對(duì)變速箱前殼體的涂膠工作。該系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。因而，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為主要由機(jī)械、電氣、控制三大部分組成。其機(jī)械部分主要是控制行程的X-Y-Z軸機(jī)械裝置，它主要由驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行 X-Y軸方向運(yùn)動(dòng)的執(zhí)

2、行裝置、氣缸、導(dǎo)軌等執(zhí)行機(jī) 構(gòu)組成。電氣部分是由交流伺服電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、各種檢測(cè)傳感器、電磁 控制閥等組成?？刂撇糠种饕扇毡?FANUC公司研制的FANUC 0數(shù)控系統(tǒng)組 成。關(guān)鍵詞密封裝置 變速箱 X-Y-Z FANUC 0The Design of the Automatic Gluing MachineAbstract Automatic coati ng machi ne is a mecha ni cal device inten ded to seal people, which comb ines the stre ngths of huma ns and machi ne

3、s, in dustrial and non-i ndustrial sector is an importa nt producti on and service equipme nt, adva need manu facturi ng tech no logy is also in dispe nsable automati on equipme nt.The topics developed by the NC coating machine is designed FAW Group gearbox factory prototype glue, requiri ng automat

4、ic coat ing machi ne X, Y two-axis driven by AC servo motors can achieve linear and circular interpolation; Z axis pn eumatic, mai nly for the job of con vert ing the stati on to adjust the dista nee betwee n the muzzle and the adhesive glue plane, and write the NC program to complete the work of gl

5、uing the front gearbox hous ing.The system is a typical mechatr onic systems. Thus, the system desig ned to be mainly composed of mecha ni cal, electrical, con trol of three major comp onen ts. The mecha ni cal part is a mecha ni cal device con trol XYZ axis travel, it is mainly drive n by ball scre

6、w XY-axis motio n actuators, cyli nders, rails and other executive age ncies. Electrical part by AC servo motors, optical en coders, various detect ion sen sors, solenoid control valve. Control of some of the major developed by the Japanese compa ny FANUC 0 FANUC CNC system.FANUC 0Keywords Sealing m

7、eans TransmissionX-Y-Z第1章緒論 11.1引言 11.2用于密封涂膠的發(fā)展概況 11.3課題的來源、研究及意義 21.4課題研究的內(nèi)容 3第2章自動(dòng)涂膠機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 42.1 概述 42.2系統(tǒng)的組成42.3系統(tǒng)功能 42.4密封膠類型選擇 4第3章自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 63.1傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 63.1.1 概述 63.1.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì) 73.1.3滾珠絲杠副的選擇方法 73.2導(dǎo)向部件的設(shè)計(jì) 93.2.1 概述 93. 2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)103.2.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝尺寸 103.3支承件的設(shè)計(jì)113.3.1 概述 113.3.2 支承件的選擇

8、113.4涂膠系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 123.4.1 Z軸驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 123.4.2涂膠裝置的設(shè)計(jì) 123.5夾具的設(shè)計(jì) 123.5.1 概述 123.5.2 夾具的設(shè)計(jì) 133.5.3 定位誤差的計(jì)算 133.5.4 氣動(dòng)系統(tǒng)圖 14第4章 自動(dòng)涂膠機(jī)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 154.1概述 154.1.1伺服系統(tǒng)及其分類 154.1.2伺服系統(tǒng)電機(jī)的分類及其特點(diǎn) 164.2電機(jī)的選擇 174.3伺服系統(tǒng)的計(jì)算 194.3.1.主要參數(shù)設(shè)定 194.3.2 X向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算 194.4伺服電機(jī)計(jì)算 224.4.1慣量計(jì)算 224.4.2轉(zhuǎn)矩匹配計(jì)算 234.4.3檢測(cè)裝置的選用 23致謝 25結(jié)論 26

9、參考文獻(xiàn) 第1章緒論1.1引言現(xiàn)今，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都離不開膠接技術(shù)，膠粘劑已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、交通、醫(yī)學(xué)、國(guó)防、以及人民生活各個(gè)方面，它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來 越重要的作用。在許多領(lǐng)域內(nèi)，膠接已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的連接技術(shù)一一焊接、鉚接和螺栓連接，成為一門獨(dú)立的學(xué)科。隨著科技的發(fā)展，新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品的市場(chǎng)壽命日益縮短，使大量的 生產(chǎn)方式遇到挑戰(zhàn)，這就要求提高制造業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備柔性和對(duì)產(chǎn)品更新的適應(yīng) 性，以縮短生產(chǎn)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，從而導(dǎo)致制造業(yè)出現(xiàn)一 系列變化。因而機(jī)械部件中的密封面涂膠技術(shù)和異種材料部件間的粘接劑涂膠 技術(shù)的自動(dòng)化和柔性化成為必然。當(dāng)今世界汽車生產(chǎn)數(shù)以千萬

10、計(jì)，是耗能大戶。國(guó)外對(duì)所生產(chǎn)汽車的耗油量 逐年都有明確的限制。又隨著汽車制造工藝水平的提高、新材料新技術(shù)的應(yīng)用， 以及客戶對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性、舒適性要求的提高，粘接劑、密封膠的新品種、新工 藝在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。為了汽車的輕量化，汽車廠盡量采用各種工程 塑料、復(fù)合材料等代替部分金屬材料。而采用膠接密封技術(shù)不但有利于減輕車 重，并能提高耐腐蝕性和降低生產(chǎn)費(fèi)用。1.2用于涂密封膠的涂膠機(jī)發(fā)展概況密封在汽車、摩托車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、化工設(shè)備等產(chǎn)品的機(jī)械部件中具有 極其重要的作用。它的主要作用是使得部件在裝配后與外界隔絕并防止泄漏。 此作用不僅對(duì)零部件的良好性能至關(guān)重要，而且是評(píng)價(jià)設(shè)備的質(zhì)量和完整性的

11、一個(gè)重要標(biāo)志。最初的通用密封墊或密封圈是由諸多材料按著預(yù)定的形狀切割成型并安裝 到特定的裝配表面。密封墊或密封圈直接承受振動(dòng)載荷、溫度變化、液體浸泡 等各種惡劣工況，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪箱這樣的應(yīng)用場(chǎng)合，環(huán)境最為惡劣。通 用密圭寸墊或密圭寸圈最明顯的缺點(diǎn)如下：應(yīng)用此種密圭寸的場(chǎng)合，法蘭間不會(huì)產(chǎn)生金 屬一金屬間的直接接觸，因此這種密封不會(huì)使作用于法蘭上的夾緊力達(dá)到最大 值。只有當(dāng)作用在密圭寸墊或密圭寸圈上的壓縮載荷高于最小密圭寸應(yīng)力”時(shí)，聯(lián)接螺栓才能被擰緊。這個(gè) 最小密封應(yīng)力”的值是封堵微結(jié)構(gòu)孔隙并防止液體外漏 的最小許用應(yīng)力。隨著時(shí)間的推移，密圭寸墊或密圭寸圈就會(huì)松弛并呈現(xiàn)一種由于 密封墊或密封

12、圈原始厚度變化引起的永久變形。而且，由于密封墊或密封圈在 載荷的作用下不能產(chǎn)生彈性，密圭寸墊或密圭寸圈有破裂的可能。為了解決這些對(duì)產(chǎn)品的壽命和質(zhì)量至關(guān)重要的問題，研究人員漸漸地將目 光投向利用液體膠的涂膠技術(shù)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期的研究和嘗試，最終研制成功一種 在無空氣環(huán)境中可以固化的液體膠，通常稱為厭氧膠。這種液體膠可以通過一 個(gè)很細(xì)的涂膠頭噴涂到法蘭密封面上，不會(huì)出現(xiàn)膠液沉降而且法蘭裝配前膠液 不會(huì)流。只有在法蘭裝配后，此膠液將流向呈現(xiàn)在法蘭密封面上的微觀不規(guī)則 區(qū)域，而后在短時(shí)間內(nèi)，膠液開始反應(yīng)而形成一種堅(jiān)固的聚合物。它的這一性 質(zhì)為涂膠工藝提供了有利條件。固化后的密封膠將兩法蘭緊緊地密封在一起，

13、 既不能相互移動(dòng)又不能有泄漏。研究人員發(fā)現(xiàn)此聚合物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下的 潤(rùn)滑油及其它液體具有極強(qiáng)的耐蝕性。因此，它在發(fā)動(dòng)機(jī)場(chǎng)合的應(yīng)用尤為合適。 涂膠密封是應(yīng)用在特定的場(chǎng)合、只有法蘭裝配后才產(chǎn)生效果的一種密封工藝。 作用于此類密封上的夾緊力可以達(dá)到最大值，增大了法蘭間的金屬一金屬的接 觸。與通用密封墊或密封圈相比，此密封無永久變形和破裂現(xiàn)象的發(fā)生。所以， 涂膠技術(shù)為剛性法蘭間的密封提供了最有效的、功能最強(qiáng)的方法。70年代初期，涂膠工藝以人工或涂膠槍涂膠的形式出現(xiàn)在法國(guó)，隨著單、 雙組分密封膠的進(jìn)一步開發(fā)和電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，自動(dòng)涂膠機(jī)很快就出現(xiàn)在 歐美的汽車制造業(yè)中。與人工涂膠或涂膠槍涂膠相比，

14、自動(dòng)涂膠有許多優(yōu)點(diǎn)：更加安全的工作環(huán)境，更高的精度及復(fù)用性，更高的處理能力，同一設(shè)備可以用 于許多不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在過去的幾年中，美國(guó)工業(yè)發(fā)展對(duì)密封膠在制造業(yè)中 的應(yīng)用提出更高的要求。為了減少密封墊和密封圈的庫存成本及產(chǎn)品裝配過程 中有關(guān)的勞動(dòng)內(nèi)容，要求新研發(fā)的密封材料的固化工藝應(yīng)有所發(fā)展。特別地， 汽車工業(yè)出臺(tái)了涂膠密圭寸材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)，而且還制訂了密圭寸部位 的防泄漏標(biāo)準(zhǔn)，以及與密封有關(guān)的降噪音等標(biāo)準(zhǔn)。這些要求和標(biāo)準(zhǔn)促使密封材 料研發(fā)商和自動(dòng)設(shè)備制造商合作，開發(fā)出適應(yīng)新形勢(shì)的涂膠設(shè)備。國(guó)外的機(jī)器人生產(chǎn)廠商各自推出了涂膠機(jī)，如日本莫托曼機(jī)器人、安川機(jī) 器人、美國(guó)ABB機(jī)器人等，我國(guó)

15、機(jī)器人發(fā)展較晚，有北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究 所工業(yè)機(jī)器人與應(yīng)用技術(shù)工程研究中心的自動(dòng)化涂膠工作站”，濟(jì)南未來之路信息工程有限公司的 金未來自動(dòng)涂膠機(jī)”，另外，還有與國(guó)外合資的公司也推 出相應(yīng)的產(chǎn)品。以上涂膠機(jī)器人產(chǎn)品都是在機(jī)器人的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的， 即用機(jī)器人作為軌跡控制，附加供膠系統(tǒng)。13課題的來源、研究目的及意義作為機(jī)械工程及自動(dòng)化的學(xué)生，選擇的課題應(yīng)以體現(xiàn)本專業(yè)的特點(diǎn)及各方 面的內(nèi)容為主要依據(jù)。這樣能更有助于自己熟悉本專業(yè)的具體應(yīng)用。因而，我 結(jié)合自己的研究方向，選擇了自動(dòng)涂膠機(jī)的研究作為我本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。本課題的來源是一汽變速箱廠。變速箱箱體前后殼體在汽車生產(chǎn)中是非常 重要的零部

16、件使用密封膠主要是為了防止 三漏”一-油、漏氣和漏水的問題。 目前，密封膠的工作是由工人手動(dòng)操作完成的。但是有許多弊端。主要有： 由氣動(dòng)或機(jī)械力驅(qū)動(dòng)施膠槍，從膠筒中擠出膠，靠人工進(jìn)行軌跡控制，會(huì) 使材料涂布的位置和數(shù)量有很大的變化； 涂布的好壞很大程度上取決于操作者的技術(shù)，對(duì)于大批量生產(chǎn)的要求，手工很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性； 浪費(fèi)大量的人力，延誤生產(chǎn)的自動(dòng)化。為了盡快消除這些弊端，急于尋求解決的辦法，必須用自動(dòng)化機(jī)械以解決問 題。因此，選用自動(dòng)化程度較高的自動(dòng)涂膠機(jī)，消除以上這些弊端，保證涂膠 均勻、無污染、無傷害、節(jié)省人力，提高效率，增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)效益。14課題主要研究?jī)?nèi)容本課題研制的數(shù)控涂膠機(jī)是

17、為一汽集團(tuán)變速箱廠設(shè)計(jì)的涂膠樣機(jī)，要求自 動(dòng)涂膠機(jī)的X、丫兩軸由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)；Z軸氣動(dòng)，主要用于作業(yè)工位的轉(zhuǎn)換，以調(diào)整涂膠槍嘴與涂膠平面的距離，并且 編寫數(shù)控程序完成對(duì)變速箱前殼體的涂膠工作（變速箱前殼體零件圖如圖1.1所示）o為實(shí)現(xiàn)涂膠機(jī)的良好控制，本設(shè)計(jì)主要做了以下工作 ： 涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括 X、丫方向的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，Z方向的氣缸驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)； 涂膠機(jī)供膠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括膠槍及其驅(qū)動(dòng)氣缸的設(shè)計(jì)； 涂膠機(jī)夾具的設(shè)計(jì)； 涂膠機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。圖1.1變速箱前殼體零件圖第2章自動(dòng)涂膠機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案2.1概述本課題所設(shè)計(jì)的這個(gè)自動(dòng)涂膠機(jī)是一個(gè)典型的機(jī)電一

18、體化系統(tǒng)。所謂的機(jī) 電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能，信息處理功能和控制功能等方面引進(jìn)了電 子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而 構(gòu)成的系統(tǒng)。即機(jī)械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配 下，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行組合而形成的一種新型機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī) 械系統(tǒng)（機(jī)構(gòu)）、電子信息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力源）、傳感檢測(cè)系統(tǒng)（傳 感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電機(jī)）等五大子系統(tǒng)組成。2.2系統(tǒng)的組成在2.1中講到，該系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。因而，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成 為主要由機(jī)械、電氣、控制三大部分組成。其機(jī)械部分主要是控制行程的X-Y-Z 軸機(jī)械裝

19、置，它主要由驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行 X-Y軸方向運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行裝置、氣缸、 導(dǎo)軌等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電氣部分是由交流伺服電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、各種檢測(cè) 傳感器、電磁控制閥等組成?？刂撇糠种饕扇毡?FANUC公司研制的FANUC 0數(shù)控系統(tǒng)組成。2.3系統(tǒng)功能1. 輸入已編制完成的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)變速箱殼體的自動(dòng)涂膠過程，以適應(yīng)不同 型號(hào)的變速箱前殼體的自動(dòng)涂膠工作；2. 檢測(cè)與控制功能。系統(tǒng)通過各種傳感器自動(dòng)檢測(cè)膠槍中膠量的多少和膠 槍的位置，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)的各種位置信號(hào)來控制涂膠機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行和 停機(jī)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)供電電源情況，在電源嚴(yán)重過壓或欠壓時(shí)停機(jī)。3. 報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，均同時(shí)進(jìn)行

20、報(bào)警：工作臺(tái)未回歸 原點(diǎn)位置時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)；膠槍未回歸上限位置時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)；工件沒有定位時(shí)進(jìn)行啟 動(dòng)；工作臺(tái)超出行程；系統(tǒng)供電電源嚴(yán)重過壓或欠壓等。2.4密封膠類型選擇由于RTV硅酮密封膠具有優(yōu)良的耐熱、耐油、耐寒性，其密封填隙能力很 強(qiáng)，同時(shí)不含溶劑，膠固化后形成的膜具有很好的彈性，因此廣泛應(yīng)用于零部 件產(chǎn)品的防漏密封。采用RTV硅銅膠代替紙墊，可以解決困擾汽車零部件生產(chǎn) 企業(yè)的 三漏”問題。因此本設(shè)計(jì)選用RTV硅酮密封膠。它可以降低接合面的加 工精度1-2級(jí)。RTV硅酮膠具有優(yōu)異的填隙功能，可以有效填滿箱體在搬運(yùn)、 裝配過程中對(duì)接合面造成的磕碰、劃傷等痕跡，而對(duì)于上述缺陷采用紙墊或者 帶膠墊的紙

21、墊很難保證零部件裝配完成后不發(fā)生滲漏現(xiàn)象。RTV硅酮膠接觸空氣中的濕氣即固化，因此不會(huì)出現(xiàn)厭氧膠那種零部件接合面溢出的膠始終固化 不了而致使外觀污染的現(xiàn)象。涂膠施工是將膠從膠槍嘴中擠出，以膠帶的形式按要求涂在工件的確定位 置上，涂在工件上的膠帶要具有均勻一致的截面形狀和尺寸。由于是在膠流動(dòng) 狀態(tài)下施工的，所以要想達(dá)到上述要求，必須滿足以下幾個(gè)條件： 所用的膠具有均勻一致的性能。如粘度，固化特性等等； 膠槍擠出膠帶的形狀尺寸均勻一致； 膠槍嘴與工件保持恒定的間隙； 膠槍出膠的速度（流量Q）與膠槍運(yùn)行速度（V）相匹配，即Q=V；膠槍擠出膠帶的流線方向與工件上涂膠軌跡曲線切線方向應(yīng)保持確定的夾訂第3

22、章自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)丨3.1傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)線|3.1.1概述I數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)常用伺服進(jìn)給系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的作用丨是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來的信息，進(jìn)行放大以后控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)，不僅控制進(jìn)丨給運(yùn)動(dòng)的速度，同時(shí)還要精確控制刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)位置和軌跡。因此，I數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，尤其是輪廓控制系統(tǒng)，必須對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置和運(yùn)動(dòng)的速1度兩方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。I一個(gè)典型的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常由位置比較、放大元件、：驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成，而其中的機(jī)械傳動(dòng)裝I置是位置控制環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)(這里所說的機(jī)械傳動(dòng)裝置是指將驅(qū)動(dòng)源旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變位工作臺(tái)直線運(yùn)

23、動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈)。為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)提出如 下要求5:(1) 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。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)， 還是輪廓控制系統(tǒng)，該項(xiàng)精度部很重要。(2) 寬的進(jìn)給調(diào)速范圍伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承受全部工作負(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。(3) 響應(yīng)速度要快所謂快速響應(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

24、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。(4) 無間隙傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)間隙一般指反向間隙， 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)向隙，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。(5) 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

25、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)。為此，組成進(jìn)給 機(jī)構(gòu)的各傳動(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，以延長(zhǎng) 其壽命。(6) 使用維護(hù)方便最大限度地減小維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。3.1.2滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦。 如圖3.1所示。圖中絲杠和螺母上都磨圖弭滾珠絲杠*n 0.920.96，比常規(guī)1/4有圓弧形的螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形的 螺旋槽對(duì)合起來就形成螺旋線滾道， 在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)， 滾珠相

26、對(duì)于螺母上的軌道滾動(dòng)，因此 絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。 為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺 母螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使 滾珠能循環(huán)流動(dòng)。滾珠絲杠副的特點(diǎn)是： 傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/3。 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。 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件， 也可以從直線運(yùn)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。 磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元

27、件的加工精度要求高，表面粗糙度也要 求高，故制造成本高。3.1.3滾珠絲杠副的選擇方法(1) 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇滾珠絲杠副的機(jī)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面性狀、滾珠的循環(huán)方式和軸 向間隙的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別。根據(jù)防塵條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇 適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。由于該自動(dòng)涂膠機(jī)的工作性能要求，其工作環(huán)境應(yīng)具備良好 的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力。由于雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛性好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好，應(yīng)用廣泛，因 此本設(shè)計(jì)選用雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副。(2) 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 選擇絲杠的公稱直徑和基本導(dǎo)程選用滾珠絲杠副時(shí)通常主

28、要選擇絲杠的公稱直徑d0和基本導(dǎo)程Ph。公稱直徑do應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長(zhǎng)度Is在允許的情況下要盡量短，一般取Is/d。小于30為宜；基本導(dǎo)程Ph應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精 度及傳動(dòng)速度選取，Ph大承載能力大，Ph小傳動(dòng)精度較高、要求傳動(dòng)速度快時(shí)， 可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。根據(jù)該自動(dòng)涂膠機(jī)的性能要求，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織中規(guī)定，可選取do =32mm，基本導(dǎo)程Ph =10mm，工作圈數(shù)取為3。 滾珠絲杠副支承方式的選擇螺母座、絲杠的軸承及其支架等剛度不足將嚴(yán)重地影響滾珠絲杠副的傳動(dòng) 剛度。因此，螺母座應(yīng)有加強(qiáng)肋，以減少受力的變形，螺母與床身的接觸面積 宜大一些，其連接螺釘

29、的剛度也應(yīng)高，定位銷要緊密配合。近來出現(xiàn)一種滾珠絲杠專用軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的特殊角 接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比，采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，接 觸角增大到60o增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸向;比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上，同時(shí)不需要預(yù)調(diào)整，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，使用i極為方便。其產(chǎn)品一般成對(duì)出售，而且在出廠時(shí)已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝:配調(diào)試時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好的i預(yù)緊力。通常需要把2個(gè)以上的軸承組合起來，且施加預(yù)緊力來使用。:綜上所述，本設(shè)計(jì)選用專用軸承作為絲杠的支承元件，同時(shí)由于一端固定,i一端鉸支的支承方式

30、，絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回i轉(zhuǎn)速度，并且軸向剛度大，因此采用一端固定，一端鉸支的支承方式。i滾珠絲杠副滾珠螺母安裝連接尺寸i根據(jù)JB/T9893-1999確定安裝尺寸如下表：訂裝規(guī)格代號(hào)公稱直徑公稱導(dǎo)程滾珠螺母安裝吏、連接尺寸d。PhD1DD4BD5D6h32103210539071159159圖3.2滾珠螺母表3.2安裝尺寸 滾珠絲杠精度滾珠絲杠副的制造成本，主要取決于制造精度和長(zhǎng)徑比。因?yàn)橹圃炀仍?高、長(zhǎng)徑比越大，工藝難度越大，成品合格率越低。精度標(biāo)準(zhǔn)分為1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級(jí)，1級(jí)最高，10級(jí)最低。根據(jù)精度選擇推薦表選定精度為3級(jí)。任意300mm內(nèi)

31、導(dǎo)程誤差為0.012mm。 循環(huán)滾珠絲杠副系列性能參數(shù)本文選用南京工藝裝備制造廠生產(chǎn)的FFZD系列滾珠絲杠，其性能參數(shù)如下表：表3.2 FFZD系列滾珠絲杠規(guī)格代號(hào)絲杠底徑d2 / mm螺母長(zhǎng)度L /mm額定載荷/ KN動(dòng)載Ca靜載Coa3210-327.314625.649.53.2導(dǎo)向部件的設(shè)計(jì)3.2.1概述導(dǎo)軌主要起導(dǎo)向定位作用，以保證各部件正確的相互位置及運(yùn)動(dòng)。機(jī)電產(chǎn) 品對(duì)導(dǎo)軌的要求主要是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。3.2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面之 間的摩擦為滾動(dòng)摩擦性質(zhì)，這種導(dǎo)軌稱

32、為滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌的種類很多，按 運(yùn)動(dòng)軌跡分有直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、 鋼球、反向器、保持架、密封端蓋及擋板組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 鋼球沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部 鋼球又通過反向器進(jìn)入反向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就周而復(fù)始地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，反 向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵進(jìn)入滑塊內(nèi)部。與普通滑動(dòng)導(dǎo) 軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)軌有下列優(yōu)點(diǎn)： 運(yùn)動(dòng)靈敏度高，滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.00250.005,遠(yuǎn)小于滑動(dòng)導(dǎo)軌。不 論在作高速或作低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)基本不變，故在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生爬行。 定位精度高。其定位誤差為0.1

33、0.2m。 牽引力小，移動(dòng)輕便。 滾動(dòng)體一般可運(yùn)行105 108m，具有較高的耐磨性，磨損小。 潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維修方便。在該自動(dòng)涂膠機(jī)中，滾動(dòng)導(dǎo)軌副的作用主要是支承工作臺(tái)和限制工作臺(tái)的運(yùn) 動(dòng)方向。該導(dǎo)軌副沿直線運(yùn)動(dòng)，因此根據(jù)此系統(tǒng)工作的具體條件及上述滾動(dòng)直 線導(dǎo)軌副的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。3.2.3滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的安裝尺寸根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)選擇四方向等載荷滾動(dòng)導(dǎo)軌副，其具體安裝尺寸為:圖3.3滾動(dòng)導(dǎo)軌副表3.3荷滾動(dòng)導(dǎo)軌副安裝尺寸表型號(hào)裝配組合后滑塊導(dǎo)軌HWCLMBFd203021.55340M66206063.3支承件的設(shè)計(jì)3.3.1概述機(jī)床的支承件主要指床身、立柱、橫梁、底座等大

34、件，它的作用是支承零 部件并保證它們的相互位置及承受各種作用力。承受加工時(shí)的靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力, 如重力、切削力、摩擦力、夾緊力和慣性力等。支承件的種類很多，它們的形 態(tài)、幾何尺寸和材料是多種多樣的，但它們都應(yīng)滿足下列基本要求；1. 剛度 支承件剛度是指支承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵抗變形的能 力。前者稱為靜剛度，后者稱為動(dòng)剛度。靜剛度取決于支承件本身的結(jié)構(gòu)剛度 和接觸剛度。動(dòng)剛度不僅與靜剛度有關(guān)，而且與支承件系統(tǒng)的阻尼、固有頻率 有關(guān)。支承件要有足夠的剛度，即在外載荷作用下，變形量不得超過允許值；2. 抗振性支承件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。機(jī)床在切 削加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，將會(huì)影

35、響加工質(zhì)量和刀具的壽命，影響機(jī)床的生產(chǎn)率。振 動(dòng)常常成為機(jī)床噪聲的主要原因之一。因此，支承件應(yīng)有足夠的抗振性，具有 合乎要求的動(dòng)態(tài)特性；3. 熱變形和內(nèi)應(yīng)力支承件應(yīng)具有較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力。3.3.2支承件的選擇(1)形狀和尺寸的確定支承件的尺寸大小、，結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)滿足工作要求。機(jī)床的類型、用途和規(guī)格 不同，支承件的形狀和尺寸也不同。床身、立柱及底座等支承件由于其安裝 部位和作用不同所以截面形狀也不同。根據(jù)該涂膠機(jī)的結(jié)構(gòu)形式選擇圖3.2所示的床身形式和如圖3.3所示的立柱形狀。這種類型的床身內(nèi)空間可用于存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，立柱內(nèi)有肋板，抗彎剛度高圖3.2床身截面形狀圖3.3立柱截面形狀(2)支承件材料的

36、選擇支承件的材料一般應(yīng)用鑄鐵、鋼以及混凝土等。由于鑄鐵鑄造性能好，容 易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件，同時(shí)鑄鐵的內(nèi)摩擦系數(shù)大，阻尼系數(shù)大，使振動(dòng)衰 減的性能好，成本低。因此本設(shè)計(jì)選擇鑄鐵作為支撐件的材料。3.4涂膠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4.1 Z軸驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)由于氣動(dòng)裝置的氣源容易獲得，機(jī)床可以不必再單獨(dú)配置動(dòng)力源，裝置結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)不污染環(huán)境，工作速度快和動(dòng)作頻率高，適合于完成頻繁啟 動(dòng)的輔助工作。過載時(shí)比較安全，不易發(fā)生過載嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)件等事故。因此Z軸的運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)，主要用于涂膠槍的上下移動(dòng)，以調(diào)整涂膠嘴與涂膠平面 的距離。由于涂膠運(yùn)動(dòng)與工件不接觸，之間沒有相互作用力，氣缸只需要克服 移動(dòng)部件的

37、重力。因此，根據(jù)移動(dòng)部件的質(zhì)量，選用QGA U系列氣缸(外觀如圖3.4所示)。3.4.2涂膠裝置的設(shè)計(jì)涂膠裝置由兩部分組成，上半部分為氣缸，下半部分為料缸，氣缸通氣則 頂桿下壓，打開料缸內(nèi)閥門出膠，通過對(duì)氣缸流量的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)出膠量的控制圖3.4 QGA H系列前法蘭式氣缸外觀圖3.5夾具的設(shè)計(jì)3.5.1概述在機(jī)床上加工工件時(shí)，為了使工件在該工序所加工的表面能達(dá)到規(guī)定的尺 寸精度和位置公差要求。在開動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工之前，必須首先使工件占有一個(gè) 正確的位置。通常把確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確位置的過程稱為定位 當(dāng)工件定位后，為了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破壞定位，還 應(yīng)該用一定的機(jī)構(gòu)

38、或裝置將工件加以固定。工件定位后將其固定，使其在加工 過程中保持定位位置不變的操作稱為夾緊。工件裝夾是否正確、迅速、方便和 可靠，將直接影響工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本和操作安全。按夾具的應(yīng)用范圍可將其分為通用夾具、專用夾具、組合夾具、成組夾具 和隨行夾具。按夾具動(dòng)力源可將其分為手動(dòng)夾緊夾具、氣動(dòng)夾緊夾具、液壓夾 緊夾具、氣液聯(lián)動(dòng)夾緊夾具、電磁夾具和真空夾具。夾具主要由定位元件、夾 緊裝置和夾具體等基本元件組成。3.5.2夾具的設(shè)計(jì)（1）定位方式的選擇工件定位方式不同，夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同。根據(jù)變速箱前殼體 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇 一面兩孔”的定位方式。一個(gè)平面限制三個(gè)自由度，一個(gè)短

39、圓柱銷限制兩個(gè)自由度，一個(gè)削邊銷限制一個(gè)自由度，共限制六個(gè)自由度，使 工件完全定位。（2）夾緊方式的選擇夾緊裝置由動(dòng)力裝置、夾緊元件和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。同時(shí)夾緊裝 置應(yīng)滿足夾緊時(shí)不破壞工件在夾具中占有的正確位置；夾緊力適當(dāng)，既要保證 工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面及產(chǎn)生 夾緊變形；夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)該操作安全、省力、夾緊迅速；夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、 工作效率與生產(chǎn)類型相適應(yīng)等基本要求。由于鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)是一種增力機(jī)構(gòu)，它具有增力倍數(shù)大，摩擦損失小的優(yōu)點(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于氣動(dòng)夾緊。因此本設(shè)計(jì)采用氣缸驅(qū)動(dòng)的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)。同時(shí)本設(shè)計(jì)應(yīng)用CATIA軟件建立夾具裝配體的三維模型（見

40、附圖 1）3.5.3定位誤差的計(jì)算因定位不正確而引起的誤差稱為定位誤差，其值為工序基準(zhǔn)在工序尺寸方 向上的最大變動(dòng)量。定位誤差.dw由基準(zhǔn)不重合誤差.5和定位副制造不準(zhǔn)確誤 差二db組成。本設(shè)計(jì)中，涂膠平面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)即為底平面，因此定位元件一一平面的定位誤差為零；定位元件一一短圓柱銷的基準(zhǔn)不重合誤差為該圓柱銷中心線對(duì)底 面的垂直度誤差，則 3bi = 0.04mm，由于定位副制造不準(zhǔn)確誤差與工序尺寸方 向相垂直，則.-：db1 =0 ；定位元件一一削邊銷的基準(zhǔn)不重合誤差為該削邊銷中心 線對(duì)底面的垂直度誤差，則：jb 0.04m m,定位副制造不準(zhǔn)確誤差與工序尺寸 方向相垂直，則恤2二。因此總的

41、定位誤差為 厶dw =0.04 0.0 0.08mm,在公差允許范圍之內(nèi)，因此該定位方案是合理的3.5.4氣動(dòng)系統(tǒng)圖如圖3.5所示，閥A通電，活塞右移，壓住工件。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到繼電 器YJ的調(diào)定壓力時(shí)，活塞返回。當(dāng)活塞壓住行程換向閥D后，空氣泵卸荷。圖3.5夾具驅(qū)動(dòng)氣缸氣動(dòng)回路第4章自動(dòng)涂膠機(jī)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1概述4.1.1伺服系統(tǒng)及其分類伺服系統(tǒng)亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)，是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而 獲得精確的位置、速度或力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是 以機(jī)床的位置和速度為控制量，接受來自插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件生成的進(jìn)給脈沖 指令，經(jīng)過一定的信號(hào)變換及電壓、功率放大、檢測(cè)反

42、饋，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作 臺(tái)相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)。它一般由比較組件、調(diào)節(jié)組件、執(zhí)行組件、被 控對(duì)象及測(cè)量反饋組件組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的高性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的高效率、高精度。 因此，數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳 動(dòng)等方面都有很高的要求。如高精度、穩(wěn)定性、快速相應(yīng)無超調(diào)、寬調(diào)速范圍 等等 從位置控制的角度可將伺服系統(tǒng)分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)： 開環(huán)伺服系統(tǒng)（如圖4.1所示），它不需要位置檢測(cè)與反饋，執(zhí)行組件多采用 步進(jìn)電機(jī)，系統(tǒng)位置正比于指令脈沖的個(gè)數(shù)，位移速度取決于指令脈沖的頻率。 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，但是精度低，低速平穩(wěn)性差，高速扭矩小

43、，一 般用于輕載、負(fù)載變化不大或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)（如圖4.2所示），是誤差控制隨動(dòng)系統(tǒng)，通常有位置環(huán)和速度 環(huán)組成。在位置環(huán)中，根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算得到的位置指令，與位置檢測(cè)裝置反饋回 來的機(jī)床坐標(biāo)軸的實(shí)際位置相比較， 形成位置誤差，經(jīng)變換的到速度給定電壓。 在速度控制中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)速度給定電壓和速度檢測(cè)裝置反饋的實(shí)際轉(zhuǎn) 速對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以驅(qū)動(dòng)機(jī)床的傳動(dòng)部件，從而把速度量變?yōu)槲恢昧俊?閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的誤差，環(huán)內(nèi)組件的誤差以及運(yùn)動(dòng)中造成的誤差都可以得 到補(bǔ)償，從而大大提高位移精度和定位精度，系統(tǒng)精度只取決于裝置制造精度 和安裝精度。圖4.2閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 半閉環(huán)

44、伺服系統(tǒng)（如圖4.2）所示，位置檢測(cè)反饋組件沒有直接安裝在進(jìn)給坐 標(biāo)的最終運(yùn)動(dòng)部件上，將部分機(jī)械勾踐封閉在反饋控制環(huán)之外，其性能介于開4.1.2伺服系統(tǒng)電機(jī)的分類及其特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)位置伺服系統(tǒng)亦叫步進(jìn)式伺服系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)盛行于20世紀(jì)70年代，且控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、控制 最容易，維修最方便，控制為全數(shù)字化。數(shù)控系統(tǒng)與步近電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電 路結(jié)為一體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它硬件電路均可由軟件 實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。而步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的耗能太多，速度也不高。日前的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在脈沖當(dāng)量為1Jm時(shí)，最高移動(dòng)速度

45、僅有2mm/min，且功率越大，移動(dòng)速度越低，改主要用于速度與精度要 求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造中。 直流伺服電機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可很方便 地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)調(diào)速故多采用在對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能要求較 高的生產(chǎn)設(shè)備中。 交流伺服電機(jī)長(zhǎng)期以來，在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，一直占據(jù)主導(dǎo)地位的 是應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，但直流電動(dòng)機(jī)都存在一些固有的缺點(diǎn)，如電刷 和換向器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)；換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電功價(jià)的最高速 度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；而且直流電動(dòng)機(jī)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。而交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式

46、感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 沒有上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下， 交流電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高 10%-70%。此外，交流電動(dòng)機(jī)的容量 可比直流電動(dòng)機(jī)造得大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。隨著新型大功率電力電子器件、新型變頻技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及微機(jī)數(shù) 控等在實(shí)際應(yīng)用中取得的重要進(jìn)展，到了 20世紀(jì)80年代，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 已取得了突破性的進(jìn)展。在日本、歐、美等國(guó)形成了一個(gè)生產(chǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī) 的新興產(chǎn)業(yè)。德國(guó)1988年的機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)已占80%，日本1985年銷售的交流與直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之比為 3: 1。機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)中，采用交流電動(dòng)機(jī)的占銷售總量的 90

47、%交流伺服電機(jī)可分為異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)和同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)其定子由繞組構(gòu)成，通入交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速與定子電路產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 的磁力線而產(chǎn)生電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子受到磁力，使之轉(zhuǎn)動(dòng)， 其方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致。異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子的重量輕，相 應(yīng)速度快。同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)與異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的區(qū)別： 同步型交流伺服電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是一個(gè)磁極，它受到定子電路旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的吸引，與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 始終保持同步。當(dāng)電源電壓和頻率固定不變時(shí)，同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 是固定不變得。由變頻電源供電時(shí)

48、，可以方便地獲得與頻率成正比的可變轉(zhuǎn)速， 可得到非常硬的機(jī)械特性及寬的調(diào)速范圍。4.2電機(jī)的選擇由前面所述的交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，選擇交流伺服 電機(jī)作為進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)采用半閉環(huán)的控制方式。BA系列交流伺服電機(jī)是北京機(jī)床研究所開發(fā)的換代產(chǎn)品，是為了驅(qū)動(dòng)機(jī)床 伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)而專門設(shè)計(jì)的。同時(shí)也適用于其它各種驅(qū)動(dòng)裝置。主要特點(diǎn)為： 最佳的磁路設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕；采用了最新的高性能磁性材料， 承受過載能力強(qiáng)；采用高可靠性脈沖編碼器，運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)。其主要 參數(shù)如下表：表4.1 電機(jī)主要參數(shù)電機(jī)型號(hào)對(duì)應(yīng)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)輸出功 率KW額定轉(zhuǎn) 矩Nm最大轉(zhuǎn) 速rpm轉(zhuǎn)

49、子慣 量NmS2最大轉(zhuǎn) 矩Nm重量Kg0145SJT/M000.652.920000.0015269交流伺服電機(jī)的控制采用正弦波脈寬調(diào)制 （SPWM）變額器。SPWM變頻器 屬于交一直一交靜止變頻裝置，它先將 50HZ交流市電經(jīng)整流變壓器變到所需 電壓后，經(jīng)二極管可控整流和電容濾波，形成恒定直流電壓，再送入常用6個(gè)大功率晶體管構(gòu)成的逆變器主電路，輸出三相頻率和電壓均可調(diào)整的等效于正 弦波的脈寬調(diào)制波（SPWM波），即可拖動(dòng)三相異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種變頻器結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1,且不受逆變器負(fù)載大小的影響，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快， 輸出波形好，使電機(jī)可在近似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，擴(kuò)展

50、了 調(diào)速范圍，提高了調(diào)速性能，因此在數(shù)控機(jī)床的交流驅(qū)動(dòng)中得到的廣泛應(yīng)用20。SPWM逆變器用來產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波即 SPWM波形。其工作原理是把1個(gè)正弦半波分成N等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫坐標(biāo)軸所包圍的面積 都用1個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，這樣可得到N個(gè)等高而不等寬的脈沖序列。它對(duì)應(yīng)著1個(gè)正弦波的半周，對(duì)正負(fù)半周都這樣處理即可得到 相應(yīng)的2N個(gè)脈沖，這就是與正弦波等效的正弦脈寬調(diào)制波。其波形如圖4.4所示。SPWM變頻器的主電路的原理及電機(jī)線電壓波形圖如4.5所示。圖（a）中V1-V6為6個(gè)大功率晶體管，并各有1個(gè)二極管與之反并聯(lián)，作為續(xù)流用。來 自控制電路的SPWM波形作為

51、基極控制電壓加于各功率管的基極。按相序要求和頻率要求，從參考信號(hào)振蕩器上產(chǎn)生頻率與電壓協(xié)調(diào)控制的三路正弦波電路， 與等腰三角波發(fā)生器來的載波信號(hào)一同送入電壓比較器，產(chǎn)生三路SPWM波形, 經(jīng)各相分路后可得到六路SPWM信號(hào)加于V1-V6 6個(gè)功率晶體管基極，作為 驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)、當(dāng)逆變器工作于雙極性工作方式時(shí)，可得到如圖4.5所示的線電 壓波形。血圖4.4 與正弦波等效的 SPWM波圖4.5 SPWM主電路工作原理圖4.3伺服系統(tǒng)的計(jì)算4.3.1主要參數(shù)設(shè)定直線工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)漢寬漢高）：710><400><50mm；材料為鋁;工件及夾具的最大重量為100kg；X向工作行

52、程為400mm , 丫向工作行程為300 mm;工作進(jìn)給速度為200-4000mm/min，快速進(jìn)給速度為20m/ min。4.3.2 X向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算（1）工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重的計(jì)算直線工作臺(tái)質(zhì)量 G, = Wg =2.7 103 710 500 50 9.81 10 =471N 工作臺(tái)承重為G2 =100 9.8仁981N根據(jù)以上估算得總的質(zhì)量為 G = G G2 =471 981 =1452N（2）切削力估算由于膠槍與工件不接觸，兩者之間沒有相互作用力，因此切削力為零（3）滾珠絲杠副的驗(yàn)算 滾珠絲杠副導(dǎo)程由3.1.2.2所述，滾珠絲杠的導(dǎo)程 Ph = 10mm 絲杠的等效轉(zhuǎn)速最大

53、進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmax二Vmax/Ph = 20000/10 = 2000r/min最小進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為nmin二Vmin/Ph = 200/10 = 20r/min則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估算t2t2 ）為nmnmaxt1nmin t2二 1340r / min 絲杠的等效載荷動(dòng)作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值 可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。由于選定為滾動(dòng)導(dǎo)軌，而一般情況下，滾動(dòng) 導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.003 0.005,取摩擦系數(shù)為0.003,則絲杠所受的最大牽引 力為：Fmax 二 KFx f （Fy Fz G） = 0 0.004 （0 0 145

54、2） = 6N而絲杠的最小工作負(fù)載為摩擦力，與最大值一致。故其等效負(fù)載 Fm = Fmax = 6N 絲杠所受的最大動(dòng)載荷Ca驗(yàn)算查表，取絲杠的工作壽命Lh為15000h,同時(shí)取精度系數(shù)fa =0.9，負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw =1.2，溫度系數(shù)ft =0.95，硬度系數(shù)仏=1,可靠性系數(shù)仁=0.53 ；60Lh nm= 60 15000 1340 = 1.206 109rFm fw (60Lh nm ftfhfafc( 106)1/36 ".2(1.206"09、1/30.95 1 0.9 0.53106= 20N如前所述FFZD3210系列滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷為 25.6KN，

55、遠(yuǎn)大于最大動(dòng)載荷，符合要求。 臨界壓縮載荷Fcr驗(yàn)算Fcrfi"EIKFL?r i 蘭廠 max式中E材料的彈性模量，E = 2.1 1011 N/m2 ；I絲杠最小截面慣性矩：I d；（27.3 10）4 =2.8 10-8m46464L0 最大受壓長(zhǎng)度，L° = 772mm ；K1 安全系數(shù)，一般取 心=1/3；f1 絲杠支承方式系數(shù)，查表得 人=2 ；Fcr(772 10 冷2fr：2EI 2 3.142 2.1 1011 2.8 10* K1 二L0可見遠(yuǎn)大于最大負(fù)載，符合要求。2 230 f 2ccZdz心 I -A 2LCA絲杠最小橫截面：Ad；(27.3 10”)2=5.85 10*m244Lc 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度Lc = 764mmK2 安全系數(shù)，一般取0.5；30 f22Sts31'nmax式中223123.9272 27.3 10廠=9910廠7148r/minLC(764漢10°)2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算ncr2 EI K29910 f2 dL；A 2可見大于最高轉(zhuǎn)速，符合要求。 驗(yàn)算軸承動(dòng)載荷本設(shè)計(jì)采用一端固定一端游動(dòng)的支承方式，型號(hào)為20TAC47A，其額定動(dòng)載荷 Ca =29110N，預(yù)緊力 Ft =220N。C嚴(yán)Ftfn