高速數(shù)控沖床送料工作臺(tái)及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 高速數(shù)控沖床送料工作臺(tái)及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要本文在對轉(zhuǎn)塔式數(shù)控沖床進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)控沖床的總體方案，包括進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理和數(shù)控系統(tǒng)的方案。重點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，運(yùn)用SOLIDWORKS三維軟件對沖床送料工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并研究了所選專用數(shù)控系統(tǒng)的各模塊和硬件接線。在分析與研究數(shù)控沖床的基礎(chǔ)上，介紹了數(shù)控沖床的數(shù)控系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了本文的研究目的、意義及主要工作內(nèi)容。首先根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理，對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，給出了滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，選擇了進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)型號和滾珠絲杠副支撐軸承的型號。運(yùn)用SOLIDWORKS軟件對數(shù)

2、控沖床工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。再分析數(shù)控沖床系統(tǒng)硬件和軟件功能的基礎(chǔ)上，提出了采用工控機(jī)作為數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)的主控制器，采用FAUNC OIP專用數(shù)控系統(tǒng)的方案。并對其各模塊和硬件接線進(jìn)行了學(xué)習(xí)。最后，對本設(shè)計(jì)所研究的內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，提出了設(shè)計(jì)的不足。關(guān)鍵詞：數(shù)控沖床，送料工作臺(tái)，數(shù)控系統(tǒng)I ABSTRACTIn this thesis, with in-depth study of Multi-turret punch press,the author proposes an overall scheme for Multi-turret punch press, including CNC sys

3、tem and transmission principle of the feeding system .Focus on the design and calculation of feed system, using the SOLIDWORKS 3 D software to design of punch feeding workbench, and studied the selected module of CNC system and hardware connection.Based on the analysis and research of Multi-turret p

4、unch press, the paper introduces development status and the future of the CNC system , the main drive system and the feeding system,then proposes the researchs significance ,purpose and main content of the thesis.Firstly, based on transmission principle of the feeding system ,we design the feeding s

5、ystem, and get parameters of the ball screw ,and choose the motor and bearing of the ball screw.Based on the analysis of the hardware and software and software functions of CNC system,we propose Industrial Control Computer for the controller of CNC system,Using FAUNC OIP scheme of CNC system, and to

6、 study its various modules and hardware connection.We use SOLIDWORKS software to design workbench of Multi-turret punch press.Finally,we summary the contents of the article ,and get the lack of the paper.Key words: CNC punch press, feeding workbench, numerical control systemII 目錄 摘要I第一章 緒論11.1 數(shù)控沖床的

7、組成及其工作過程11.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3 數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢31.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3 1.5 課題研究的相關(guān)背景41.6論文主要工作5第二章 數(shù)控沖床總體方案的設(shè)計(jì)5 2.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理6 2.3數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)總體分析72.3.1數(shù)控系統(tǒng)硬件功能分析82.3.2數(shù)控系統(tǒng)軟件功能分析102.4數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)102.4.1主控制器的選擇102.4.2系統(tǒng)的硬件方案11 第三章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算123.1進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)的選型123.1.1幾種電機(jī)特性分析與比較123.1.2電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定133.2滾珠絲杠副的計(jì)算與選型13 3.3直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)

8、算與選型183.3.1工作載荷的計(jì)算183.3.2距離額定壽命的計(jì)算183.3.3小時(shí)額定壽命的計(jì)算19 3.4電機(jī)選型193.4.1最高轉(zhuǎn)速193.4.2額定輸出轉(zhuǎn)矩的選擇193.4.3轉(zhuǎn)換到軸上的負(fù)載慣量213.4.4X軸方向的計(jì)算213.4.5 Y軸方向的計(jì)算223.5聯(lián)軸器的選型23第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)244.1 數(shù)控系統(tǒng)組成244.2硬件接線244.2.1 顯示器254.2.2 PCMCIA接口264.2.3接口分布274.2.4NC與外圍設(shè)備的連接274.2.5 NC硬件連接-總裝圖294.2.6 NC與I/O LINK的連接294.2.7 急停信號的連接30 第五章 基于SOL

9、IDWORKS的高速數(shù)控沖床送料工作臺(tái)315.1 送料工作臺(tái)總裝配圖325.2沖床送料工作臺(tái)重要組件零件圖335.2.1夾鉗335.2.2直線滾動(dòng)導(dǎo)軌345.2.3直線滾動(dòng)導(dǎo)軌滑塊345.2.4滾珠絲杠支撐座355.2.5滾珠絲杠支撐座355.2.6伺服電機(jī)365.2.7 聯(lián)軸器37結(jié)論38致謝39參考文獻(xiàn)40V 第一章 緒論1.1 數(shù)控沖床的組成及其工作過程數(shù)控沖床是數(shù)控機(jī)床的一種，它是利用數(shù)控技術(shù)控制機(jī)床的高精度、高效率的金屬飯材沖孔和步?jīng)_的加工設(shè)備,利用單次沖裁方式和步?jīng)_沖裁方式?jīng)_山各種形狀、尺寸的孔和零件，特別適合于多品種的中、小批最或單件的板材沖壓。它由數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體兩大部分組成

10、。數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置(包括內(nèi)置 PLC)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸伺服 系統(tǒng)組成.進(jìn)給伺服系統(tǒng)由進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給電機(jī)和位置檢測裝置組成。主軸伺服系統(tǒng)由主軸驅(qū)動(dòng)單元和主軸電動(dòng)機(jī)組成。機(jī)床本體由機(jī)床的各機(jī)械部件組成，包括床身、立柱等支撐部件、主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件、刀具庫(刀塔)、轉(zhuǎn)位部件以及夾緊、潤滑系統(tǒng)等組成。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，由軟件和l硬件兩部分組成。它的主要功能是根據(jù)圖形信息進(jìn)行各種零件輪廓兒何信息和命令信息的處理，并將處理結(jié)果分發(fā)給相應(yīng)的單元，如送給驅(qū)動(dòng)控制裝置的連續(xù)控制量和機(jī)床電器邏輯控制裝置的開關(guān)控制量，控制機(jī)床各組成部分實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能。其功能主要包括加工前的準(zhǔn)備工作 ，

11、涉及到機(jī)床參數(shù)設(shè)置、圖形編程和以及機(jī)床回零等等。將控制信號傳輸給伺服系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收數(shù)控裝置傳輸來的信號，控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，包括譯碼程序、速度控制程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、位置控制程序和主軸控制程序。 機(jī)床本機(jī)是數(shù)控沖床的主體部分，目前其結(jié)構(gòu)按移動(dòng)工作臺(tái)布置方式可分為內(nèi)置式、外置式、和側(cè)置式，其結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家基本上也是參照國外的機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)示意如圖1-1 圖1-1 沖床機(jī)構(gòu)示意圖 數(shù)控沖床的生產(chǎn)過程是這樣的：首先將預(yù)加工的板料放在工作臺(tái)上，靠緊X、Y方向基準(zhǔn)后，用夾鉗將工件夾緊。然后通過數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)交互界面設(shè)置加工參數(shù)，根據(jù)被加工零件圖紙編制零件的數(shù)控加工程序，將數(shù)控程序輸入到數(shù)控

12、裝置，經(jīng)過編譯、數(shù)據(jù)處理，再由數(shù)控裝置將數(shù)據(jù)流傳輸給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)控制機(jī)床本體實(shí)現(xiàn)板料的加工，包括工件按照數(shù)控系統(tǒng)的程序指令移動(dòng)，將預(yù)沖孔的位置準(zhǔn)確地送到?jīng)_模的下方，模具的選擇，沖頭下沖，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。 1.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家是日本的FAUNC公司，一年生產(chǎn)5萬套以上系統(tǒng)，占世界市場的約40%左右，其次是德國的西門子公司，約占15%以上，再次是美國的DYNAPATH，西班牙的FAGOR，意大利菲地亞，法國的NUM,日本的三菱、安川。 國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)、北京凱恩帝、北京凱奇、廣州數(shù)控，國內(nèi)數(shù)控

13、生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，年產(chǎn)都還沒有超過300400套，且在控制精度、系統(tǒng)功能、硬件可靠性、系統(tǒng)軟件環(huán)境等方面與國外發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。 目前，使用和研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)大致可以分成以下四類：傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，具有很強(qiáng)的專業(yè)性，經(jīng)過了長時(shí)間的使用，質(zhì)量和性能穩(wěn)定可靠，目前還占領(lǐng)著制造業(yè)的大部分市場，但由于其采用一種完全封閉的體系結(jié)構(gòu)。往往存在以下缺點(diǎn)：1，用戶的應(yīng)用、維修以及操作人員培訓(xùn)完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家。2，系統(tǒng)功能的擴(kuò)充以及更新完全依賴于公司的技術(shù)水平，周期比較長，3，大量市售廉價(jià)通用軟硬件在專用數(shù)控系統(tǒng)上無法使用，功能比較單一。因此，

14、隨著開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，這種傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，市場份額已經(jīng)在逐漸減少。PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) 該類型系統(tǒng)將PC裝入到NC內(nèi)部，PC與CNC之間用專用的總線連接，如FANUC16i，Simens840D等數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸快響應(yīng)迅速快，同時(shí)，原型CNC系統(tǒng)也可不加修改就加以利用，但是不能直接地利用通用PC，開放性受到限制。這類數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)上具備一些開放性，功能十分強(qiáng)大，但系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，系統(tǒng)價(jià)格也十分昂貴，一般的中小型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家沒有經(jīng)濟(jì)能力去購買。NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)這種數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分由開放式

15、體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，據(jù)有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。如日本的MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC。這種數(shù)控系統(tǒng)開放性能較好，并且對功能進(jìn)行改進(jìn)也比較方便，系統(tǒng)的控制功能主要由運(yùn)動(dòng)控制卡來實(shí)現(xiàn)，機(jī)床硬件發(fā)生改變時(shí)，只需要修改相應(yīng)部分控制軟件，并且系統(tǒng)性價(jià)比也比較高，能夠滿足大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家的需要。全軟件開放式數(shù)控型的系統(tǒng) 這是一種最新型的開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，所有的數(shù)控功能（包括插補(bǔ)、位置控制等）全部都是由計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)的。與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，全軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高

16、的性價(jià)比，因而最有生命力。但是，實(shí)現(xiàn)處理的實(shí)現(xiàn)比較困難，并較難保證系統(tǒng)的性能。 1.3 數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著PC機(jī)進(jìn)入數(shù)控領(lǐng)域，WINDOWS環(huán)境下的數(shù)控系統(tǒng)也成為數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。利用面向?qū)ο蟮男吕碚?、新技術(shù)，采用一種開放式、模塊化軟件設(shè)計(jì)方法成為數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)軟件的主要發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)外數(shù)控沖床CNC系統(tǒng)的研究和開發(fā)具有以下趨勢：（1） 高速度高精度數(shù)控沖床各軸運(yùn)行的速度將大大加快，板材移動(dòng)軸的速度由目前的向發(fā)展，沖裁速度由目前的向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床本身的精度和加工工件的精度都越來越高，而精度的保持性很好。（2） 模塊化數(shù)控沖床要縮短制造周期和降低成本，就必然向模

17、塊化發(fā)展，既有利于制造商又有利于客戶，實(shí)現(xiàn)模塊化也將大大降低服務(wù)的時(shí)間和頻次。（3） 柔性化柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注意加強(qiáng)單元技術(shù)的開括、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。（4） 功能更強(qiáng)的軟件系統(tǒng) 為了節(jié)省不必要的經(jīng)濟(jì)開支，數(shù)控系統(tǒng)軟件在自動(dòng)生成加工程序后，要求能夠進(jìn)行模擬加工仿真，并在屏幕上會(huì)顯示加工時(shí)的刀具軌跡。充分利用計(jì)算機(jī)的開發(fā)環(huán)境，使數(shù)控編程更加方便且使CNC系統(tǒng)柔性更強(qiáng)。（5） 良好的人機(jī)交互界面數(shù)控沖床CNC系統(tǒng)大多采用圓形界面的方式，簡單易懂的交互界面，能

18、方便操作者進(jìn)行控制操作，這樣才能容易被企業(yè)或用戶接受。 1.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床中，主傳動(dòng)部分是數(shù)控沖床技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志之一，各生產(chǎn)廠家和研究學(xué)者對這方面研究頗多，其沖壓頻率直接影響數(shù)控沖床的生產(chǎn)效率，也因此成為制造商和用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。目前主傳功部分經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段的變化和發(fā)展。(1)機(jī)械式主傳動(dòng)這是數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床發(fā)展最早的一類，現(xiàn)在仍有一些廠家在生產(chǎn)和使用。典型代表有村田機(jī)械 (MURATEC) 的 C-2000、C-2500、C-3000. 天田公司 (AMADA) 的 ARIES 255、PEGA357等。它由電機(jī)、飛輪、離合器與制動(dòng)器、曲軸、連桿和滑塊等組成

19、。在沖壓過程中，飛輪通過皮帶由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并存儲(chǔ)一定的能量，當(dāng)離合器接合的時(shí)候，動(dòng)力就由電機(jī)傳到曲軸上，并通過曲軸帶動(dòng)滑塊垂直上、下運(yùn)動(dòng)，從而將模具的沖頭壓入金屬板料中。連桿連接曲軸和滑塊，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線運(yùn)動(dòng)。沖壓結(jié)束時(shí)，離合器在沖頭向上運(yùn)動(dòng)時(shí)脫開，從而解除飛輪對曲軸的扭矩傳遞，同時(shí)制動(dòng)器開始制動(dòng)，使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)至死點(diǎn)時(shí)停止。（2） 液壓式主傳動(dòng) 隨著技術(shù)的發(fā)展，上世紀(jì)九十年代以來，液壓式主傳動(dòng)部件被廣泛采用，至今已成為數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的主流。這類機(jī)床的典型代表有村田機(jī)械（MURATEC）的V系列，天田公司（AMADA)的VIPROS系列，通快公司（TRUMPF）的TC系列等。 與機(jī)

20、械式主傳動(dòng)相比，這類機(jī)床采用油缸取代了曲軸連桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過液壓缸驅(qū)動(dòng)擊打頭，液壓站提供動(dòng)力，兩者由主液壓閥連接，通過專門的電子卡程序化控制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作，并由連接于活塞桿上的電子傳感器適時(shí)測量和反饋，最終實(shí)現(xiàn)對沖頭位置，行程及速度的精確控制。（3） 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式主傳動(dòng)由于上述兩類沖床存在著種種不足，各廠家又開發(fā)出第三代數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床。這就是由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床。在傳統(tǒng)機(jī)械式主傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，將伺服電機(jī)直接與曲軸相連，省去了飛輪、離合器與制動(dòng)器。目前這種主傳動(dòng)方式主要有三種形式：將兩臺(tái)伺服電機(jī)連接于曲軸的兩端，控制其同步運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了對曲軸足夠的扭矩輸出，同時(shí)可以獲得很高的沖壓頻率。

21、日本AMADA公司的EM2510NT型數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床就是采用這種結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)通過減速器與曲柄相連，這樣可以適當(dāng)降低電機(jī)的額定扭矩，但最高沖壓頻率也被限制。伺服電機(jī)通過減速器與曲柄肘桿機(jī)構(gòu)相連，也是第二種方式的改進(jìn)。該結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但其利用曲柄肘桿機(jī)構(gòu)特有的增力特性，可以降低伺服電機(jī)的負(fù)載扭矩，并且曲軸旋轉(zhuǎn)一周，滑塊上下運(yùn)動(dòng)兩次，這樣能夠達(dá)到更高的沖壓頻率，但這種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。雖然目前三種主傳動(dòng)形式的數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床都有生產(chǎn)。但從近年來的銷售情況看，機(jī)械式數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的銷量正逐步萎縮，液壓式數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床在不斷增加并已占據(jù)主導(dǎo)地位，而伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床，也正在以其具有的髙效、節(jié)能、

22、環(huán)保等優(yōu)勢，受到廣大設(shè)備用戶的認(rèn)可和接受，成為數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床未來發(fā)展的新趨勢。 1.5 課題研究的相關(guān)背景 沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化，手工送料逐步由自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)所取代，從而進(jìn)一步滿足沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化，大幅度提高生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)質(zhì)量，己是“大勢所趨”，但結(jié)合我國的實(shí)際國情及生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備在相當(dāng)長的一段時(shí)間里可能還要進(jìn)行“服役”，要完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可能還要有很長的一段路要走。獲得自動(dòng)化數(shù)控生產(chǎn)的能力可以通過購買新設(shè)備及對舊設(shè)備進(jìn)行更新改造，但購買新數(shù)控設(shè)備所需資金投入較大，淘汰替換下來的機(jī)床不但占用空間，同時(shí)也是資源上的一種浪費(fèi)，尤其是在在資金短缺的情況下，通過對舊設(shè)備的改造獲得數(shù)控加工能力不失為

23、一種有效的途徑，一方面可以節(jié)約資金，另一方面可以將廢舊閑置的設(shè)備進(jìn)行充分的利用.為了保證工人的人身安全，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度，我們對沖壓機(jī)自動(dòng)化送料系統(tǒng)進(jìn)行了研制，在不對原設(shè)備進(jìn)行“根本性”改造的前提下，使鋁箔板件的沖壓實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。我們本著節(jié)約資金、降低成本，提高生產(chǎn)效率，保障人身安全的科學(xué)人性化管理的方針，對沖床進(jìn)行了數(shù)控改造和送料機(jī)構(gòu)的研制。 1.6論文主要工作 論文在數(shù)控沖床總體方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對沖床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。論文的主要工作有：（1） 對進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2） 對數(shù)控系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件功能分析，選用數(shù)控系統(tǒng)，并對其的

24、硬件接線進(jìn)行學(xué)習(xí)。（3） 對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。（4） 利用SOLIDWORKS三維軟件對沖床工作臺(tái)進(jìn)行三維造型。 第二章 數(shù)控沖床總體方案的設(shè)計(jì) 目前，轉(zhuǎn)塔式數(shù)控沖床就其總體驅(qū)動(dòng)形式來說主要有液壓式和機(jī)械式。這兩種方式各有特點(diǎn)。對于液壓式而言，其優(yōu)點(diǎn)為：效率高（沖壓效率高）、沖壓噪音小。缺點(diǎn)為：要求建設(shè)液壓站，相對成本較高，為機(jī)械式的兩倍（銷售的價(jià)格來看）。同時(shí)液壓系統(tǒng)帶來的泄漏問題（液壓閥本身的質(zhì)量問題，液壓閥與管道的連接部位等等）。而對于機(jī)械式而言，其優(yōu)點(diǎn)為：價(jià)格便宜。缺點(diǎn)為：效率相對較低。需要定期更換零部件。 根據(jù)我們所設(shè)計(jì)數(shù)控沖床價(jià)格低廉，維護(hù)簡單的方法，我們選擇機(jī)械式轉(zhuǎn)塔式數(shù)控沖

25、床為系統(tǒng)的總方案。 我們已經(jīng)介紹過沖床的工作工程，經(jīng)分析我們可得到數(shù)控沖床的運(yùn)動(dòng)包括：水平X、Y方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。Z方向上的沖壓運(yùn)動(dòng)。換模過程中轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)。360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)模機(jī)構(gòu)。 夾鉗以及定位銷動(dòng)作等等。數(shù)控沖床的監(jiān)測包括：系統(tǒng)回零檢測（X、Y回零、沖頭回零、回轉(zhuǎn)臺(tái)回零）。運(yùn)動(dòng)過程中極限位置的監(jiān)測。工件是否運(yùn)動(dòng)到被沖壓位置的監(jiān)測。其總體示意圖如圖所示 圖2-1 沖床運(yùn)動(dòng)形式 2.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理數(shù)控沖床工作臺(tái)按照結(jié)構(gòu)可區(qū)分為：固定工作臺(tái)、半隨動(dòng)工作臺(tái)、全隨動(dòng)工作臺(tái)工作臺(tái)包括以下各部件，其功能是向兩個(gè)方向移動(dòng)和定位被沖壓的板材；在工作臺(tái)基座上進(jìn)行橫梁的前后移動(dòng)（Y向）和橫

26、向溜板的左右移動(dòng)（X向）1) 工作臺(tái)基座 基座為焊接結(jié)構(gòu)。橫梁安裝在工作臺(tái)基座上的導(dǎo)軌上沿Y軸移動(dòng)。2) 橫梁 橫梁是傳動(dòng)部件中最重要的一環(huán)，送料精度控制的基體。 X軸的絲杠、電機(jī)、直線導(dǎo)軌和夾持板料的夾鉗、固定夾鉗的X軸溜板等零部件均安裝在橫梁上。 橫梁要求有足夠的剛度和盡量小的運(yùn)動(dòng)慣性，避免Y軸驅(qū)動(dòng)負(fù)載過大，降低速度，其機(jī)構(gòu)的合理與否直接影響送料精度和速度以及機(jī)床的穩(wěn)定性，技術(shù)要求較高。3） 夾鉗是夾持板料進(jìn)行自動(dòng)精確送料加工的重要部件，為了保證送料精度和速度，夾鉗需要有足夠的強(qiáng)度與整體安裝剛度，同時(shí)夾鉗的自身重量也要盡可能輕。目前夾鉗主要按結(jié)構(gòu)功能分為擺動(dòng)式夾鉗，平動(dòng)式夾鉗。擺動(dòng)式夾鉗的

27、重量輕，使用壽命長、浮動(dòng)靈敏。平動(dòng)式夾鉗的鉗口在上下浮動(dòng)時(shí)Y方向的尺寸理論上保持不變。夾鉗夾緊功能，作用主要是夾緊板材，型式分為液壓夾緊，氣動(dòng)夾緊。液壓夾緊，維護(hù)不便，夾緊力大，不易脫料。氣動(dòng)夾緊，節(jié)能環(huán)保，安裝方便。夾鉗位置的調(diào)節(jié)功能，作用主要是移動(dòng)夾鉗到指定位置，型式分為：手動(dòng)夾鉗與自動(dòng)夾鉗。手動(dòng)夾鉗，調(diào)整時(shí)搬動(dòng)把手松開鎖緊裝置，推動(dòng)夾鉗到所需位置，再扳緊把手完成調(diào)整。自動(dòng)夾鉗，調(diào)整時(shí)在加工程序中設(shè)定各夾鉗的位置，由機(jī)床在夾板前自動(dòng)將各夾鉗調(diào)整到所需的位置，精確又快捷。 數(shù)控沖床送料系統(tǒng)的穩(wěn)定性及精度保證非常重要，尤其是長行程，對送料要求跟高，現(xiàn)在主流廠家主要使用兩種送料形式：1) 滾珠絲

28、桿傳動(dòng) 滾珠絲桿傳動(dòng)是最為常見的送料結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)阻力小，所以能到到較高的運(yùn)動(dòng)效率，成熟的加工體系是高精度的保證。無側(cè)隙、剛度高，可實(shí)現(xiàn)高速送料，發(fā)熱低，其缺點(diǎn)在于加工成本高，承載較小。另外現(xiàn)在部分公司為了節(jié)約成本采用精密軋制滾珠絲杠，但是由于精度不高，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要分段參數(shù)補(bǔ)償，難以控制產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。2） 齒輪齒條傳動(dòng) 齒輪齒條近年應(yīng)用越來越廣，其優(yōu)點(diǎn)在于承載較大，傳動(dòng)速度高，價(jià)格便宜，易于加工，缺點(diǎn)是安裝要求較高，若加工安裝精度差，容量引起磨損，噪音大。 進(jìn)給系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)沖壓工件X、Y方向的進(jìn)給。一般采用摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平

29、穩(wěn)，有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便的滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)方案。它分別由交流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接，而夾鉗固定在X溜板上，從而使工件實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-2 圖2-2 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理圖我們參照金方圓數(shù)控沖床（型號ET-300-ZD）的相關(guān)機(jī)械參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的基本要求，得到本設(shè)計(jì)的機(jī)械相關(guān)尺寸： X、Y的直線移動(dòng)速度 60 孔距加工精度 最大沖孔板厚 最大加工板材尺寸 2.3數(shù)控沖床數(shù)控系統(tǒng)總體分析 數(shù)控系統(tǒng)（即CNC）由輸入、輸出設(shè)備、CNC數(shù)控裝置、輔助控制裝置（完成PLC功能）、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（完成NC功能）、反饋系統(tǒng)（在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中）組成，圖為數(shù)控沖床CNC系統(tǒng)總

30、體框圖 圖2-3 數(shù)控系統(tǒng)總體框圖 由上圖可知，CNC主要包括NC和PLC兩方面的功能。其中，NC主要實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件或工件相對于刀具運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)字控制；而PLC主要完成機(jī)床輔助設(shè)備的控制，它是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)過程中，根據(jù)要求對各種開關(guān)量（如中間繼電器、接觸器等）進(jìn)行控制，并監(jiān)測系統(tǒng)中各種開關(guān)量的狀態(tài)返回給數(shù)控系統(tǒng)。 通過上面我們對運(yùn)動(dòng)的分析得到數(shù)控沖床中NC方面的功能主要包括：水平X、Y方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。Z方向上的沖壓運(yùn)動(dòng)換模過程中轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)模機(jī)構(gòu)。而PLC方面的功能主要包括：夾鉗的動(dòng)作。定位銷的動(dòng)作回零檢測（X、Y軸回零、沖頭回零、回轉(zhuǎn)臺(tái)回零）。運(yùn)動(dòng)過程中極限

31、位置的監(jiān)測。工件是否運(yùn)行到被沖壓位置的監(jiān)測。 2.3.1數(shù)控系統(tǒng)硬件功能分析 數(shù)控沖床的數(shù)控系統(tǒng)一般由兩部分組成：上位機(jī)PC機(jī)部分和下位機(jī)NC運(yùn)動(dòng)控制部分與PLC輔助控制部分。上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信方式一般采用網(wǎng)絡(luò)連接，如圖所示 圖2-4 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 各部分功能如下：（1） 上位機(jī)PC機(jī)功能 主要完成鈑金圖形的繪制、G代碼的輸出等。（2） 操作面板、顯示部分 主要完成人機(jī)交互功能，用于操作者的現(xiàn)場控制與狀態(tài)顯示，現(xiàn)場控制按鈕主要包括啟動(dòng)、停止、自動(dòng)、手動(dòng)、急停等功能等。（3） 主控制器功能主要接收上位機(jī)送來的G代碼并譯碼和傳送數(shù)控加工指令、監(jiān)控?cái)?shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和控制CNC部分。（4

32、） CNC數(shù)控裝置部分?jǐn)?shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)乃至整個(gè)數(shù)控機(jī)床的核心，它接收主控制器送來的數(shù)控加工指令，經(jīng)由數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，包括伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制指令（完成NC功能）與沖床輔助部分的順序控制指令（完成PLC功能）。CNC數(shù)控裝置主要包括運(yùn)動(dòng)控制卡、位置或速度反饋檢測、I/O接口板卡等。（5） 沖床輔助控制部分沖床輔助控制部分主要負(fù)責(zé)：數(shù)控沖床的總電源控制、急停、系統(tǒng)開關(guān)控制（零點(diǎn)、限位、夾鉗、定位銷）與監(jiān)測（工件位置的監(jiān)測），達(dá)到實(shí)現(xiàn)順序控制和保證沖床安全運(yùn)行的目的。（6） 電機(jī)控制部分 此部分系統(tǒng)采用相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)模塊、接收系統(tǒng)CNC部分

33、輸出指令信號并送入伺服驅(qū)動(dòng)器，然后由伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的運(yùn)行。包括進(jìn)給系統(tǒng)伺服系統(tǒng)、主傳動(dòng)伺服系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤選模伺服系統(tǒng)、360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)模系統(tǒng)。2.3.2數(shù)控系統(tǒng)軟件功能分析 經(jīng)過分析得到，數(shù)控沖床數(shù)控軟件的任務(wù)主要包括上位機(jī)的管理、下位機(jī)控制以及它們之間的通訊兩部分。軟件組成如圖所示 圖2-5 數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖各模塊功能如下：（1） 上位機(jī)管理功能 上位機(jī)的管理主要包括文件管理、刀具管理、圖形數(shù)據(jù)建模、G代碼的輸出四個(gè)功能，即根據(jù)圖形數(shù)據(jù)輸出具有加工順序和加工路徑的G代碼。其中文件管理主要實(shí)現(xiàn)DXF文件的打開、圖形數(shù)據(jù)的讀取，封閉曲線的歸類等。刀具管理主要實(shí)現(xiàn)刀具信息的修改和保

34、存。圖形數(shù)據(jù)建模主要是根據(jù)封閉曲線確定其加工刀具及一些附加參數(shù)（逆時(shí)針走刀或順時(shí)針走刀，沿圓外側(cè)或內(nèi)側(cè)走刀）。G代碼輸出是根據(jù)圖形數(shù)據(jù)信息和附加信息輸出對應(yīng)的G代碼。（2） 通訊模塊該模塊的功能是上位機(jī)按照協(xié)議將G代碼送給下位機(jī)。（3） 下位機(jī)控制功能 該模塊的功能主要包括：譯碼，主要實(shí)現(xiàn)將收到的G代碼轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序所要求的數(shù)據(jù)格式，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中供其它模塊調(diào)用。速度、加速度處理，按照設(shè)置的機(jī)床速度、加速度參數(shù)實(shí)現(xiàn)伺服速度和加速度的控制。位置控制與插補(bǔ)，主要調(diào)用譯碼得到的指令控制伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的位置，并調(diào)用插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)按照圓或直線軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。PLC邏輯功能，主要實(shí)現(xiàn)沖床的順序

35、控制與運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控參數(shù)設(shè)置，主要進(jìn)行沖床速度、加速度等的設(shè)置。顯示功能，主要顯示沖床當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。 2.4數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.4.1主控制器的選擇 目前，數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)所選用的主控制器以單片機(jī)、PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡稱工控機(jī)）為主。下面對這三種方案進(jìn)行分析。（1） 以單片機(jī)為主控制器的方案分析 單片機(jī)作為早期的微控制器，雖然是目前應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)最廣泛的微控制器，但是在很多方面的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)?shù)木窒扌?。首先是速度慢，在控制一些高速器件時(shí)速度不夠；其次是單片機(jī)的I/O接口很有限，當(dāng)擴(kuò)展多個(gè)外圍器件時(shí)，I/O口嚴(yán)重不足，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成困難；最后是單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力有限，特別是要求實(shí)時(shí)

36、性高的應(yīng)用領(lǐng)域，單片機(jī)只能實(shí)現(xiàn)如求平均值等一些簡單的數(shù)據(jù)處理功能，如要實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜運(yùn)算就很困難了。（2） 以PLC為主控制器的方案分析 PLC一直以其豐富的I/O接口模塊被廣泛應(yīng)用于各種以順序控制為主的各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。由于其特有的特點(diǎn)，這使得相關(guān)PLC模塊的研究得到了快速的發(fā)展，如定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、PID控制模塊等等。但目前以PLC為主控制器的人機(jī)交互仍然需要另外通過PC機(jī)來實(shí)現(xiàn)。而在轉(zhuǎn)塔沖床的數(shù)控系統(tǒng)中，要求系統(tǒng)能進(jìn)行簡單的手動(dòng)編程輸入來測試機(jī)床的性能（尤其是在調(diào)試和第一次使用的時(shí)候），同時(shí)操作人員需要時(shí)時(shí)關(guān)注沖床的運(yùn)行狀態(tài)等等，這就使的輸入和顯示部分必不可少。而通過PC+PLC來實(shí)現(xiàn)本

37、系統(tǒng)將導(dǎo)致成本偏高。（3） 以工控機(jī)為主控制器的方案分析因工控機(jī)具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力和存儲(chǔ)容量，適用于大量數(shù)據(jù)的處理和監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)硬件開發(fā)較較成熟，易于進(jìn)行開發(fā)。對于數(shù)控沖床的里面的PLC控制功能（如檢測刀具、沖頭等是否同到零位，夾鉗夾緊和松開動(dòng)作，轉(zhuǎn)盤刀塔上刀具選擇后定位銷的動(dòng)作，工件或沖頭是否超過極限位置的監(jiān)測等等)，可以I/O卡配合軟件PLC來實(shí)現(xiàn)。此三種主控制器的優(yōu)缺點(diǎn)如表 表2-1 三種主控制器優(yōu)、缺點(diǎn)比較 2.4.2系統(tǒng)的硬件方案 由上述分析可知，數(shù)控系統(tǒng)采用FAUNC公司生產(chǎn)的FAUNC OIP專用數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件PLC的實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)上述方案分析，我們得到本系統(tǒng)采用軟件PLC來

38、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)順序控制的功能。根據(jù)上面數(shù)控沖床加工過程中PLC功能的分析。我們可得到PLC的編程思路，首先夾鉗夾緊工件，檢測工件是否到達(dá)機(jī)床的零點(diǎn)位置，如果工件在零點(diǎn)位置，控制進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，當(dāng)?shù)竭_(dá)加工位置后，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)模機(jī)構(gòu)，將預(yù)加工的刀具旋轉(zhuǎn)到加工位置并控制定位銷的定位操作，接著實(shí)現(xiàn)沖壓，當(dāng)然這一整個(gè)過程都需要監(jiān)測運(yùn)動(dòng)的極限位置，以免發(fā)生意外，其軟件流程如圖 圖2-6 軟件PLC流程圖 第三章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)的選型 3.1.1幾種電機(jī)特性分析與比較 我們知道，電機(jī)有普通電機(jī)與控制電機(jī)之分，控制電機(jī)比普通電機(jī)更易于控制，且運(yùn)行平穩(wěn)。 而在控制電機(jī)中又有步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)，

39、步進(jìn)電機(jī)存在以下缺點(diǎn)：1.輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降。其最高工作轉(zhuǎn)速較低，一般在300600r/min。2.啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。3.步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200400毫秒。而伺服電機(jī)特別是交流伺服電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：1.恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000r/min或3000r/min）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)為恒功率輸出。2.交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速3000r/min僅需幾毫秒。3.抗過載能力強(qiáng)，交

40、流伺服電機(jī)能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場合特別適用。 對于伺服電機(jī)中的交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：1.無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。2.慣系統(tǒng)量小，易于提高快速性。3.適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。4.同功率下有較小的體積與重量。5交流伺服是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，而直流伺服是梯形波。 在交流伺服電動(dòng)機(jī)中，交流異步伺服電動(dòng)機(jī)比交流同步電動(dòng)機(jī)具有價(jià)格便宜，維護(hù)簡單的特點(diǎn)，且同步電動(dòng)機(jī)一般用于低速大功率的場合。 綜上所述，我將進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)選擇為交流異步伺服電動(dòng)機(jī)。3.1.2電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有1000r

41、/min，1200r/min，1500r/min，2000r/min，3000r/min或更高轉(zhuǎn)速。根據(jù)要求，本系統(tǒng)選取2000r/min為進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 3.2滾珠絲杠副的計(jì)算與選型（1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 （3-1）式中， 滾珠絲杠副的導(dǎo)程，單位為mm 工作臺(tái)移動(dòng)的最高速度，單位為m/min，由參數(shù)可得，=60m/min 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min，根據(jù)所選電機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min 傳動(dòng)比，因電機(jī)與絲杠直連，得到： 取=32mm（2） 脈沖當(dāng)量的確定 伺服電機(jī)的步距角與編碼器有關(guān)，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其步距角為360

42、76;/10000=0.036度/脈沖。 （3-2） 式中，脈沖當(dāng)量，單位為mm/脈沖 步距角，單位為度/脈沖 滾珠絲杠的螺距，單位為mm，設(shè)為單頭螺紋， 傳動(dòng)比，得到： （3） 軸向載荷的計(jì)算 (3-3)式中，軸向載荷，單位為N 軸向切削力，單位為N 摩擦因素，取導(dǎo)軌摩擦系數(shù)=0.003,工作臺(tái)面摩擦系數(shù)=0.02 縱向切削力，單位為N 移動(dòng)件的重量，單位為N 夾具的重量，單位為N 工作臺(tái)的重量，單位為N其中，根據(jù)工件最大質(zhì)量為156kg，夾鉗質(zhì)量為20kg，溜板質(zhì)量為40kg，橫梁100kg因沖床在工作件移動(dòng)的時(shí)候并不沖壓，故軸向切削力和縱向切削力均為0N。得到： X 方向 Y方向 （4）

43、 當(dāng)量載荷 （3-4）式中，當(dāng)量載荷，單位為N 當(dāng)量速度，單位為r/min其中， 滾珠絲杠副在各種轉(zhuǎn)速下，各轉(zhuǎn)速占用的時(shí)間的百分比，所受載荷為。根據(jù)沖床在工件移動(dòng)時(shí)并不產(chǎn)生沖壓，假設(shè)沖壓中工件移動(dòng)占用時(shí)間比為20%?？傻茫?X方向 Y方向 （5） 預(yù)期額定動(dòng)載荷 按預(yù)期工作時(shí)間估算 （3-5）式中，預(yù)期額定動(dòng)載荷，單位為N 機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間，單位為 小時(shí) 負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，因數(shù)控沖床沖擊較大，取=2 精度等級系數(shù)，精度等級為7級，取=0.8 可靠性系數(shù)，可靠性97%，取=0.44 其中， =250（天）*16（小時(shí)）*10（年）*0.5（開機(jī)率）=20000（小時(shí)） 代入得：X方向 Y方向 擬采用

44、預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載計(jì)算 （3-6）式中，預(yù)加負(fù)載類型，按中預(yù)載取=4.5 軸向負(fù)載，單位為N,代入得： X方向 Y方向 取以上兩種結(jié)果的最大值 X方向 =1440.05N Y方向 =1570.84N（6） 確定允許的最小螺紋底徑估算絲杠允許的最大軸向變形量定位精度， 設(shè)定位精度為25（因脈沖當(dāng)量為3.2/脈沖，故能達(dá)到要求）。得到： =5估算螺紋小徑 絲杠要求預(yù)拉伸，取固定、支承的支承形式。 （3-7）式中，最小螺紋底徑，單位為mm 楊氏彈性模量，為 靜摩擦力，單位為N 兩個(gè)支承之間的距離，單位為其中， X方向 工作臺(tái)X向行程為1250mm，可得： 得到：（7） 絲桿軸徑的選定 高速進(jìn)

45、給時(shí)，可由容許轉(zhuǎn)速來決定軸徑 軸承支撐構(gòu)造選用固定-支承方式 用危險(xiǎn)速度來計(jì)算所需絲桿外徑： （3-8）得到其中X方向 L=最大行程+螺母的長度+軸端預(yù)留量 =1250+150+100=1500mm 安裝方式 固定-支承 查表：f=15.1 故絲桿外徑取 同理Y方向 滾珠絲桿外徑取 （8） 確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格 根據(jù)上面的計(jì)算，X方向 選擇THK公司生產(chǎn)的BLW 3232-3.6型滾珠絲杠 導(dǎo)程： 螺紋小徑： 公稱直徑： 螺紋長度： Y方向 選擇THK公司生產(chǎn)的BLW 3232-3.6型滾珠絲杠 導(dǎo)程： 螺紋小徑： 公稱直徑： 螺紋長度： （9） 剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)

46、程發(fā)生變化，從而影響定位精度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等。 絲桿的拉伸或壓縮變形量 在總變形量中占的比重較大，可按下式算 （3-9） 式中-絲杠的最大工作載荷，單位為N -絲杠兩端支承間的距離，單位為mm E-絲杠材料的彈性模量，鋼的 S-絲杠按底徑確定的截面積，單位為 ，S=629.02 M-轉(zhuǎn)矩，單位為 I-絲杠按底徑 確定的截面慣性矩，單位為 忽略式中的第二項(xiàng)，算的絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量 =0.00037mm 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)目Z=17；該型號絲杠為雙螺母 滾珠總?cè)?shù)為，則滾珠總

47、數(shù)量 0.00031mm （3-10） 將以上算出和代入，求得絲杠總變形量0.00068mm=0.68 4級精度的滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許16，而對于跨度為1500mm的滾珠絲杠，總的變形量只有0.68，可見絲杠剛度足夠。（9）壓桿穩(wěn)定性的校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長桿，如果軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷應(yīng)滿足： （3-11） 式中-臨界載荷，單位為N； -絲杠支承系數(shù)，取 K-壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為 -滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為求得臨界載荷14502N,遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。 3.3直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 直線導(dǎo)軌一般為二種，一種是滾動(dòng)式，一種是滑動(dòng)式，滾動(dòng)直線滑軌是一種滾動(dòng)導(dǎo)引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動(dòng)循環(huán)，使得負(fù)載平臺(tái)能沿著滑軌輕易的以高精度作線性運(yùn)動(dòng)，其摩擦系數(shù)可降至傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)引的1/50，使之能輕易地達(dá)到級的定位精度。優(yōu)點(diǎn):靈敏度高，且其動(dòng)