數(shù)控加工中心X、Y軸系統(tǒng)設(shè)計

1、一緒論（一）加工中心的定義加工中心（Machining Center,MC）是適應(yīng)省力，省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)，電子技術(shù)，計算機軟件技術(shù)。氣動技術(shù)，拖動技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)，測量及傳感技術(shù)以及通信診斷，刀具和編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品,它將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺加工設(shè)備上,且增設(shè)有自動換刀裝置和刀庫,可在一次安裝工件后,數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能；依次完成多面和多工序加工如：端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)行槽及攻螺紋等加工。由于加工中心能集中完成多種

2、工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床的3倍到4倍，達80%以上。所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展.各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運用,使加工中心的功能日趨完善.這些功能包括:刀具壽命的監(jiān)視功能,刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能,切削狀態(tài)的監(jiān)視功能,切削異常的監(jiān)視、報警和自動停機功能.自動檢測和自動診斷功能及自適應(yīng)控制功能等.加工中心還與載有隨行夾具的自動托板有機聯(lián)機,并能進行切削自動處理,使得加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)和自動化工廠的關(guān)鍵設(shè)

3、備和基本單元.（二）加工中心的發(fā)展歷程加工中心的英語單詞是“Machining Center”然而對其定義理解與解釋則不盡一致。我國對加工中心的定義，還是停留在GB6477-86金屬切削機床·術(shù)語上面，即“自動換刀的數(shù)控銑鏜床”，或“自動換刀的數(shù)控鏜銑床”。也就是說，工件經(jīng)一次裝夾后能自動完成銑鏜鉆鉸等多工序加工的數(shù)控機床。我們的臺灣同胞將其稱之為“綜合加工機”。歐洲與北美的概念則于我們有所不同，他們認為加工中心必須是床身型的，應(yīng)帶有交換工作臺，一般用于批量生產(chǎn)，并容易組成FMC或FMS。他們之所以強調(diào)批產(chǎn)，因為他們早在上世紀80年代就對剛性機床（專機）與柔性發(fā)展加工中心了。之所以要

4、指出這點，是因為許多歐美生產(chǎn)的升降臺式加工中心，或不帶交換工作臺的加工中心，盡管都帶刀庫可自動換刀，往往有悖中國國情而按他們的習慣，稱之為數(shù)控鏜銑床。如果這樣，這些機床若進口的話，在報關(guān)時往往因名稱糾葛而引起麻煩，因為數(shù)控銑床和加工中心的稅率是不同的。當然也有少數(shù)人，他們喜歡借用定義進行混淆，以在報關(guān)時達漁利之目的。隨著機床制造技術(shù)的不斷發(fā)展，同時也造成了對加工中心定義的不斷挑戰(zhàn)。譬如美國G&L公司曾提出，要忘掉加工中心這個概念！因此他們開發(fā)的當時被譽為未來機床的VARIAX,即國際上首臺并聯(lián)機床，只是六根滑動的柱塞聯(lián)接上下兩個平臺，傳統(tǒng)的機床床身、立柱等主關(guān)零件都被取消了，機床的三向

5、運動就靠這六根虛擬軸的自由度來控制。上世紀90年代初瑞士MIKRON公司機床（數(shù)控）作過一番發(fā)明的Multistep機分析，當時認為，如果床，又體現(xiàn)了一種加工中心每年能制作8機床的新概念，它萬個零件，那么選用是把組合加工機床的合理的，否則還是選專效率與加工中心的機。而現(xiàn)在，隨著機床柔性進行最佳結(jié)合。高速加工的不斷發(fā)展，這種機床的每個工加工中心可年產(chǎn)零件位有兩根主軸，共2025萬件,甚至更多,24把刀具；集車、生命力非常旺盛,因此銑、鉆、鏜等功能于有許多原來擅長于專機一體,機床的每個工的制造商,也紛紛轉(zhuǎn)而位是一個個獨立的模塊,可按需增加。機械手可將工件作180°翻轉(zhuǎn),因此能完成5面加工

6、,換刀速度低于1s,主軸轉(zhuǎn)速可達15000r/min，工件實現(xiàn)全自動上下料。1992年，德國EMAG創(chuàng)新開發(fā)成功的倒置立車，由于其集多種加工功能于一身，故將輕型盤類零件的加工概念，提升到了一個新的高度，因此被譽為“近十年最佳機床”。90年代中后期發(fā)展起來的車、銑復(fù)合加工，將多工序復(fù)合變成了多工藝復(fù)合，從而把加工中心的概念上升到了一個新的層面，奧地利WFL公司的MILL-TURN,是一臺既可車、銑、鉆、鏜，又具有測量功能的高效機床。它能加工盤類、圓柱類、曲軸類零件，又可加工板類及箱體類零件。機床卡盤除旋轉(zhuǎn)外，還可分度定位及C軸功能。裝在刀架滑座上的主軸既可自動換刀進行銑削加工，又可裝夾車刀直線進

7、給，機床一般為6軸至9軸控制。目前此類加工中心發(fā)展甚熱，日本山崎、韓國大宇、奧地利EMCO、德國DMG以及中國沈陽機床等都不斷推出新的機種。山崎甚至認為，這種done in one技術(shù)是技術(shù)發(fā)展的一大方向。在不久前結(jié)束的日本JIMTOF2004國際機床展上，該公司INTEGREX 100 ST 復(fù)合加工中心備受觀眾青睞。最近美國哈挺公司又開發(fā)了一種Lean Mamufacturing Cell的組合復(fù)合加工單元，將車床主軸系統(tǒng)、銑削的三軸滑臺、動力刀架與刀庫以及鏜銑頭結(jié)合在一起，來完成零件的復(fù)合加工。總之，復(fù)合加工中心的開發(fā)正日新月異、層出不窮。至于復(fù)合加工中心如何定義好，此問題我曾請教過當時

8、中國機床工具工業(yè)協(xié)會總干事長于成廷先生。他說“國外有人把以銑為主的加工中心稱為第一代復(fù)合加工中心，以車為主的稱為第二代復(fù)合加工中心。這種提法是否妥當，大家可以商量，當然我們自己可以提出新的叫法”。鑒于此，隨著加工中心的不斷發(fā)展，能否將集車、銑等兩種以上工藝功能的自動換刀數(shù)控機床定義為綜合加工中心。當然，此粗淺想法僅僅為了拋磚引玉，亟盼專家、同仁們批評賜教。至于加工中心的發(fā)展方向，我始終覺得大隈公司的SPACE提法很有意思。日本大隈公司（OKUMA） 是世界上著名的數(shù)控機床與數(shù)控系統(tǒng)的制造商。他們所開發(fā)的MA-40、50、60系列臥式加工中心，自稱是面向21世紀的SPACE CENTER。這個“

9、SPACE”， 不是來自太空這個意思，而是五個英文單詞的詞首組合。SSpeed,表示高速度。MA系列的主軸轉(zhuǎn)速可達25000r/min，主軸啟動從012000r/min，僅耗時1.9s。切削速度40m/min，加速度0.5g，換刀速度1.3s。實現(xiàn)了上述加工參數(shù)后，機床的切削時間可比原來縮短50%，非切削時間可縮短15%。PPower & Productivity,表示強勁與高效。該系列機床布局通過FEM有限元分析法，結(jié)構(gòu)采用坐標鏜床床身形式，剛性及穩(wěn)定性強，抗衰性好，特別適用于強力切削。如切削S45C鋼材，面銑金屬切除量為705cm3/min;立銑為560cm3/min。為了持續(xù)長時

10、間穩(wěn)定加工，機床在抑制熱變形方面采取了不少措施，如加裝可防熱源生成的可伸縮蓋板及凹槽集屑裝置等。AAccuracy,表示高精度。MA系列加工中心，系閉環(huán)控制，絕對光柵尺使機床精度勝任一籌。其定位精度為±1m;重復(fù)定位精度為0.2m;圓度為2m。交換工作臺采用4錐定位機構(gòu)，使重復(fù)定位精度能達到2.5m。為防止主軸長期運轉(zhuǎn)所造成的熱變形，機床附有V2補償機構(gòu)，使主軸30min運轉(zhuǎn)后，主軸近端前軸承處的溫升小于20°C。主軸熱變形值小于10m。CControl & communication,表示控制與通訊。MA系列機床，采用最新的OPS-U100M數(shù)控系統(tǒng)，其Hi-G控

11、制功能使定位時間較原來縮短，使運行效率提高15%；由于該系統(tǒng)具有Hi-Cut功能，當高速切削在拐角突跳時，仍能保持良好的連續(xù)狀態(tài)；機床帶有絕對位置檢測，除當前位置可置原點設(shè)定以外，同時不丟失OPS原點位置。該系列的通訊能力也具有世界先進水平的通訊速度10Mbps數(shù)據(jù)傳輸，并可與局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。在線加工管理，在辦公室內(nèi)就能監(jiān)測及管理車間加工狀況；計算機DNC通訊能使工藝部門的加工程序編制直接輸送到車間內(nèi)的OSP數(shù)控系統(tǒng)上面去。EEclogy,表示生態(tài)，即注重環(huán)保。MA系列機床，已注重省資源及省能耗了，并使操作者處于舒適的環(huán)境之中。該系列產(chǎn)品在停止主運行時，液壓裝置、冷卻電機及電磁閥等都自動切

12、斷，從而使機床用電減少。機床逐步采用干切削技術(shù)，使?jié)櫥蜏p少20%； 油水分離裝置使油被分離出來，以防止冷液腐蝕；油霧、粉塵回收裝置使大氣污染減小到最低程度。觀念是行動的先導(dǎo)，正確把握加工中心的定義，對促進其發(fā)展，或許會有些好處的。（三）加工中心的工作原理加工中心的工作原理是根據(jù)零件圖紙,制定工藝方案,采用手工或者計算機自動編程零件加工程序,把零件所需要的機床各種動作及全部工藝參數(shù)變成機床的數(shù)控裝置能接受的信息代碼,并把這些代碼儲存在信息載體(穿孔帶、磁盤等)上,將信息載體送到輸入裝置,讀出信息并送入數(shù)控裝置. 信息載體為穿孔帶時,輸入裝置為光電閱讀機;磁帶輸入裝置可用招待錄音機;時信息載體為

13、磁盤時,可用驅(qū)動器輸入.以上是最常用的程序輸入方法.另一種方法是利用計算機和加工中心直接進行通信,實現(xiàn)零件程序的輸入和輸出.進入數(shù)控裝置的信息,經(jīng)過一系列處理和運算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號.有的信號送到機床的伺服系統(tǒng),通過伺服機構(gòu)進行轉(zhuǎn)換和放大,再經(jīng)過傳動機構(gòu),驅(qū)動機床有關(guān)零部件,使刀具和工件嚴格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運動.還有的信號送到可編程序控制器中用以順序控制機床的其它輔助動作,實現(xiàn)刀具自動更換.（四）加工中心的組成及系列型譜 加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不同。機床本身分基本部件和選擇部件，數(shù)控系統(tǒng)有基本功能和選用功能，機床參數(shù)有主參數(shù)和其他參數(shù)。機床制造廠可根據(jù)用戶提出的

14、要求進行生產(chǎn)，但同類機床產(chǎn)品的基本功能和部件組成一般差別不大。加工中心的系列型譜，我國尚未制定。系列尺寸一般按優(yōu)先數(shù)系?。号P式加工中心，以分度工作臺的邊長尺寸為其主參數(shù)，如320×320，400×400，500×500，630×630，800×800，1000×1000，1250×1250等，其單位為。立式加工中心，工作臺寬度一般取優(yōu)先數(shù)系，長度按實際要求而定。如320×1000，400×1000，500×1000，630×1200，800×1500，單位為。型譜一般按生產(chǎn)廠

15、家的習慣或特長取。如生產(chǎn)銑床的廠家，一般愿意套用銑床型譜，取名為XH×××，如XH754，XH716等；而生產(chǎn)鏜床的廠家則愿意套用鏜床型譜，取名為TH××××，如TH6350；與國外合作生產(chǎn)或供出口的加工中心，則直接采用國外廠家規(guī)定的名稱，如SALON3，RE5020等。盡管出現(xiàn)了各種類型的加工中心，外型結(jié)構(gòu)各異。但從總體來看大體上由以下幾大部分組成。（1）基礎(chǔ)部分 由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心的基礎(chǔ)構(gòu)件，它們可以是鑄鐵件，也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削載荷。故必須是剛度很高的

16、部件，亦是加工中心質(zhì)量和體積最大的部件。（2）主軸組件 它由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。其啟動、停止 和轉(zhuǎn)動等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響。（3）控制系統(tǒng) 單臺加工中心的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電機等部分組成。它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程中的控制中心。CNC系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲器和輸入、輸出接口組成。中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。CNC系統(tǒng)主要特點是輸入存儲、數(shù)據(jù)的加工、插補運算以及機床各

17、種控制功能都通過計算機軟件來完成，能增加很多邏輯電路中難以實現(xiàn)的功能。計算機與其他裝置之間可通過接口設(shè)備聯(lián)結(jié)。當控制對象改變時，只需改變軟件與接口。（4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，其性能是決定機床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。加工中心普遍采用半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種控制方式。（5）自動換刀裝置 它由刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等部件組成。刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置。刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把，當需換刀時根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，由機械手（或通過別的方式）將刀具從刀庫取出裝入主軸中，機械手的結(jié)構(gòu)根據(jù)刀庫與主軸

18、的相對位置及結(jié)構(gòu)的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。盡管換刀過程、選刀過程、刀庫結(jié)構(gòu)、機械手類型等各種不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下，由電機和液壓或氣動機構(gòu)驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。當機構(gòu)中裝入接觸式傳感器，還可以實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量。（6）輔助系統(tǒng) 包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不直接參加切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用。因此。也是加工中心不可缺少的部分。（7）自動托盤更換系統(tǒng) 有的加工中心為進一步縮短非切削時間，配

19、有兩個自動交換工件托盤，一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外驚醒裝卸工件。當完成一個托盤上的工件加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可減少輔助時間，提高加工工效。 （五）加工中心的分類 按主軸加工時的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。 臥式加工中心 是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心。臥式加工中心有多種形式，如固定立柱式或固定工作臺式。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動，其主軸箱在立柱上做上下移動，而工作臺可在兩個水平方向移動；固定工作臺式的臥式加工中心的三個直線運動坐標方向的運動由立柱和主軸箱的移動來定位，安裝工件的工作臺是固定不動的（指直線運動）。臥式加工中心一般具有3

20、個5個運動坐標軸，常見的是三個直線運動坐標軸和一個回轉(zhuǎn)運動坐標軸（回轉(zhuǎn)工作臺），它能在工件一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合加工箱體類工件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格也高。立式加工中心 立式加工中心主軸的軸線為垂直設(shè)置，其結(jié)構(gòu)多為固定立柱式，工作臺為十字滑臺，適合加工盤類零件，一般具有三個直線運動坐標軸，并可在工作臺上安置一個水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺（第四軸）來加工螺旋線類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格低，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。大型龍門式加工中心 主軸多為垂直設(shè)置，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大

21、型汽輪機上的某些零件的加工都需要用這類多坐標龍門式加工中心。五面加工中心 這類加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低；省去二次裝夾工件，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。常見的五面加工中心有兩中形式，一種是主軸可做90°旋轉(zhuǎn)，而主軸不改變方向來完成五面加工。但是，無論哪種形式的五面加工中心都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高的缺點。這類加工中心由于加工方式轉(zhuǎn)換時，受機械結(jié)構(gòu)的限制，使可加工空間受到一定限制，故其加工范圍比同規(guī)格的加工中心要小，而機床的戰(zhàn)地面積卻大。正是由于五面加工中心的制造技術(shù)復(fù)雜，成本高，

22、所以它的使用和生產(chǎn)在數(shù)量上遠不如其他類型的加工中心。目前已有立、臥式加工中心；主軸或工作臺可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的5坐標、6坐標或多坐標加工中心，工件一次裝夾卡能完成除安裝面外的全方位加工。按工藝用途分類有；鏜銑加工中心 鏜銑加工中心分為立式鏜銑加工中心、臥式鏜銑加工中心和龍門鏜銑加工中心。其加工工藝以鏜銑為主，用于箱體、殼類以及各種復(fù)雜零件特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，適合于多品種小批量生產(chǎn)。復(fù)合加工中心 復(fù)合加工中心主要指五面復(fù)合加工，主軸頭可自動回轉(zhuǎn)，進行立、臥加工，在主軸自動回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直方向?qū)崿F(xiàn)刀具自動變換。按功能特殊分類有：單工作臺、雙工作臺和多工作臺加工中心；單軸、雙軸、三軸及可換主

23、軸箱的加工中心；立式轉(zhuǎn)塔加工中心和臥式轉(zhuǎn)塔加工中心；刀庫加主軸換刀加工中心；刀庫加機械手加主軸換刀加工中心；刀庫加機械手加雙主軸轉(zhuǎn)塔加工中心。二加工中心進給系統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)加工中心進給系統(tǒng)的機電傳動部件主要有伺服電動機（簡稱電機）及檢測元件、伺服電機與進給絲杠的聯(lián)結(jié)、減速機構(gòu)（齒輪副或帶輪）、滾珠絲杠副（或齒輪齒條副）、死杠支承軸承、運動部件（工作臺、主軸箱或立柱）等。它承擔了加工中心各直線坐標軸的定位和切削進給運動，因此將直接影響整機的運行狀態(tài)和精度指標。由于滾珠死杠、伺服電機及其控制單元性能提高，很多加工中心的進給系統(tǒng)中已去掉減速機構(gòu)，采用伺服電機直接與滾珠絲杠連接，因而使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡

24、單，減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)；同時，由于轉(zhuǎn)動慣量減小，使伺服特性亦有所改善。在整個進給系統(tǒng)中，除上述部件外，還有一個重要環(huán)節(jié)導(dǎo)軌。雖然從表面上看導(dǎo)軌似乎與進給系統(tǒng)關(guān)系不十分密切，實際上其運動摩擦力及負載這兩個參數(shù)在進給系統(tǒng)中占有重要地位。故導(dǎo)軌的性能對進給系統(tǒng)的影響是不容忽視的。（一） 伺服電機及檢測元件適用于加工中心的伺服驅(qū)動電機，有直流伺服電機及其控制單元和交流伺服驅(qū)動電機及其控制單元。有關(guān)直流伺服電機和交流伺服電機的型號及參數(shù)可參考有關(guān)手冊和資料。與伺服電機配套使用的完成采集移動部件反饋信息的檢測元件有兩種：一類是位置檢測元件，如旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)間步器、編碼盤等；另一類是速度檢測元件，一般采

25、用測速發(fā)電機和光電脈沖編碼器，光電脈沖編碼器既可以用來測量位置，又可以用來測量轉(zhuǎn)速。（二） 伺服電機與進給絲杠的連接在加工中心進給驅(qū)動系統(tǒng)中，伺服電機與滾珠絲杠連接，要保證傳動無間隙，只有這樣才能準確執(zhí)行脈沖指令，而不丟掉脈沖。為此在加工中心上，主要采用三種連接連接方式：直接連接式、齒輪減速式、齒形帶式。齒輪減速型，則用于因結(jié)構(gòu)上的原因不能直連時，或因負載力矩大，需要放大伺服電機輸出扭矩的地方。這時應(yīng)特別注意齒輪竟的和嚙合間隙狀況。（三） 減速機構(gòu)及齒隙消除加工中心進給傳動系統(tǒng)中的減速機構(gòu)主要采用齒輪對或帶論。由于加工中心進給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隙，

26、酒會造成進給運動的反向運動滯后于指令信號，從而影響其驅(qū)動精度。由于的齒輪的制造不可能達到理想的齒面要求，總是存在著一定的誤差，故兩個相嚙合的齒輪，總有微量的齒側(cè)隙。因此，必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙，以提高加工中心進給系統(tǒng) 驅(qū)動精度。下面介紹幾種在實踐中行之有效的消除齒輪傳動中側(cè)隙的措施。（1） 圓柱齒輪傳動1）偏心軸套調(diào)整法 圖21所示為最簡單的偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。電機1通過偏心軸套2裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能夠方便地調(diào)整兩嚙合齒輪中的中心距，從而消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)隙。2）錐度齒輪調(diào)整法 圖22是用帶有錐度齒輪來消除間隙的結(jié)構(gòu)。在加工齒輪1和2時，將假象的分度圓

27、柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向略有變化（其外形類似于插齒刀）。裝配時只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個齒輪的軸向相對位置，從而消除了齒側(cè)間隙。但如增大圓錐角的角度，則將使嚙合條件惡化。 圖22上述兩種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但齒側(cè)隙調(diào)整后不能自動補償。3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 在采用這種齒側(cè)隙的一對嚙合齒輪中，其中一個是寬齒輪，另一個是由兩相同齒數(shù)的薄片齒輪套裝而成，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。裝配后，應(yīng)使一個薄片齒輪的齒左側(cè)和另一個薄片齒輪的齒右側(cè)，分別緊貼在寬齒輪的齒槽左、右兩側(cè)，這樣錯齒后就消除了齒側(cè)隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。通常采用的消除方法有兩種。周向彈簧式 圖23為圓柱薄片

28、齒輪周向彈簧錯齒調(diào)整法。在兩個薄片齒輪1和2上各開了幾條周向圓槽，并在齒輪1和2的端面上各壓配有安裝彈簧3的短柱4。在彈簧3的作用下使薄片齒輪1和2錯位而消除齒側(cè)隙。這種結(jié)構(gòu)形式，彈簧3的張力必須足以克服驅(qū)動扭矩才能起作用，因而受到圓槽及彈簧尺寸限制，僅適用于讀書裝置而不適用于驅(qū)動裝置。 圖23可調(diào)拉彈簧 圖24為圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒調(diào)整法。在兩個薄片齒輪1和2的端面均布著四個螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四個通孔，凸耳8可以在其中穿過。彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調(diào)節(jié)螺釘7上，通過螺母5調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢后螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位，即兩個薄片齒輪的左右

29、面分別緊貼在寬齒輪齒槽的左右齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙。（2）斜齒輪傳動斜齒輪傳動齒側(cè)隙的消除方法基本上與上述錯齒調(diào)整法相同，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。墊片錯齒調(diào)整法中，薄片齒輪由平鍵和軸連接，互相不能相對回轉(zhuǎn)。斜齒輪3和4的齒形拼裝在一起加工，并與鍵槽保持確定的位置。加工時在兩薄片齒輪之間裝入已知厚度為t的墊片。裝配時，將墊片厚度增加或減少t，然后再用螺母擰緊。這時兩齒輪的螺旋線就產(chǎn)生了錯位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒面貼緊，從而消除了間隙。墊片厚度的增減量t可用下式計算出： t=cot式中 齒側(cè)隙； 斜齒輪的螺

30、旋角。 墊片的厚度通常用試測法確定，一般要經(jīng)過幾次修磨才能調(diào)整好，故調(diào)整較費時，且齒側(cè)隙不能自動補償。軸向壓簧錯齒調(diào)整法，其特點是齒側(cè)隙可自動補償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。（3）錐齒輪傳動錐齒輪同圓柱齒輪一樣，可用上述類似的方法來消除齒側(cè)隙，通常采用的調(diào)整方法有下列兩種：1）軸向壓簧調(diào)整法 圖25為錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法。兩個嚙合的錐齒輪1和5，在其中的一個錐齒輪1的傳動軸4上裝有壓簧2，該錐齒輪在彈簧力的作用下，可稍作軸向移動，從而消除齒側(cè)隙，彈簧力的大小可用螺母3調(diào)節(jié)。2）周向彈簧調(diào)整法 圖26為錐齒輪壓力彈簧消除結(jié)構(gòu)。將一對嚙合錐齒輪中的一個齒輪做成大小兩片1和2，在大片錐齒輪1上制成

31、有三個周向圓弧槽4，而在小片錐齒輪2的端面上制有三個凸爪8上，而另一端頂在鑲塊5上；螺釘7是裝配時用的，安裝完畢后需將螺釘7卸去，利用彈簧力使大片錐齒輪1和小片錐齒輪2稍微錯開，從而達到消除齒側(cè)隙的目的。（4）雙導(dǎo)程蝸桿傳動在數(shù)控裝置中，常利用大減速比的傳動副傳動，以提高機床的分辨率。為提高傳動精度，可采用雙導(dǎo)程蝸桿來消除間隙，或調(diào)整傳動副的間隙。雙導(dǎo)程桿是具有微量差的左右側(cè)不等螺距的蝸桿（同一側(cè)仍是相等的），使得蝸桿的齒厚從原始計算剖面向一端線性地增厚，而相反的一端齒厚線性地減薄，因而可用軸向移動蝸桿的方法來消除或調(diào)整傳動副的間隙。按嚙合原理不同，可分成兩種不同的形式。1）雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動

32、 雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動的嚙合原理，與普通蝸桿蝸輪無本質(zhì)差別。其蝸桿可為阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿，它與普通蝸桿的區(qū)別在于左、右齒面具有不等的節(jié)距，而同側(cè)齒面的節(jié)距則是相等的。與之嚙合的蝸輪則和普通蝸輪一樣。雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪之間的接觸線仍為線接觸。但制造這種高精度的傳動副需要專用的高精度雙導(dǎo)程蝸輪滾刀。同時，這種傳動副對裝配要求高，限制了這種傳動副的應(yīng)用。2）雙導(dǎo)程漸開線蝸桿齒輪傳動 雙導(dǎo)程漸開線蝸桿齒輪傳動副的本質(zhì)是一對漸開線螺旋齒輪傳動副。它的小齒輪是一個漸開線蝸桿，并利用雙導(dǎo)程變齒厚的原理，蝸桿左、右兩側(cè)的導(dǎo)程不相等（即其軸向模數(shù)不相等），而左、右兩側(cè)的分度圓柱螺旋角和基圓直徑都相等，即它與普

33、通斜齒輪沒有什么區(qū)別。這種傳動副與普通的雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副相比的優(yōu)點是：制造方便，用磨齒方法可得到高精度；由于漸開線齒輪傳動可分性的特點，因而對箱體上軸線的中心距和軸交角誤差不敏感。但由于它是螺旋齒輪傳動，齒面間為點接觸，故承載能力不高。因此，雙導(dǎo)程漸開線蝸桿齒輪副僅適用于負載不大的精密數(shù)控裝置中。（四）傳動裝置加工中心的進給傳動鏈中，傳動裝置將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動并帶動移動部件移動。加工中心為提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。通常采用滾珠絲杠螺母副。（1） 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副是直線運動和回轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置。 1）工作原理與特

34、點 在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當將它們套裝在一起時便構(gòu)成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道為滾珠在螺母上的進出口，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母（或絲杠）軸向移動。由于滾珠絲杠螺母副中是滾動摩擦，它具有以下特點： 傳動效率高，摩擦系數(shù)小 由機械原理中知道絲杠螺母副的傳動效率為= 式中 螺旋線升角；摩擦角（非常小，滾珠絲杠約為10左右）。滾珠絲杠副的傳動效率=0.910.96，而一般的常規(guī)（滑動）絲杠螺母副=0.200.40。故滾珠絲杠副的傳動效率比常規(guī)絲杠螺母副提高了3倍4倍。因此

35、，功率消耗只相當于常規(guī)絲杠螺母副的1/41/3。給予適當?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙 適當預(yù)緊后的滾珠絲杠副，可消除螺紋間隙，這樣反向時就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副相比有較高的軸向剛度。運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高 滾珠絲杠副基本是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān)。這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性而不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動精度高。有可逆性 由于滾珠絲杠副摩擦損失小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可作為主動件，也可作為從動件。磨損小，使用壽命長 因為滾動摩擦的摩擦系數(shù)小，磨損亦小，故壽命長。制造工藝

36、復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值要求低，例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般要求磨削成型，故制造成本高。不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，由于自身質(zhì)量的慣性力的作用，下降時當傳動切斷后，不能立即停止運動，故常需要添加制動裝置。2）滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有兩種。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。外循環(huán) 外循環(huán)的回珠器有螺旋槽式和插管式兩種。 有一種常用的外循環(huán)方式，它的結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔數(shù)個螺距處鉆兩個孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進口與出口。再在螺母的外表面上銑出回珠槽并溝通兩孔。另外在螺母內(nèi)進出口處各裝一擋珠器

37、，并在螺母外表面裝一套筒，這樣便構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道。外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，使用較廣泛。其缺點是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動的平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡現(xiàn)象，噪聲也較大。內(nèi)循環(huán) 內(nèi)循環(huán)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種形式。一種為圓柱凸鍵反向器，反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵定位，以保證對準螺紋滾道方向。另一種為腰形嵌塊式反向器（亦稱扁圓鑲塊反向器），反向器為一半圓頭平鍵形鑲塊。鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽，用鑲塊外廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母徑向和軸向尺寸，但這種反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求都較高。

38、內(nèi)循環(huán)反向器和外循環(huán)反向器相比，其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失也小。其缺點是反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，且不能用于多頭螺紋傳動。3）滾珠絲杠副的軸向間隙消除和預(yù)加載荷 由于滾珠絲杠副具有很多優(yōu)點，又因為它能在預(yù)加載荷后提高剛度并消除軸向間隙，故在加工中心的伺服進給傳動中得以優(yōu)先選用。軸向間隙通常是指絲杠固定不動，螺母在限制其返回狀態(tài)下所出現(xiàn)的軸向位移。滾珠絲杠副的軸向間隙是受負載時，在滾珠與滾道型面接觸的彈性變形引起的螺母位移量和螺母原有的間隙的總合。單螺母中定導(dǎo)程的滾珠絲杠是不能消除軸向間隙的，雙螺母的可以消除它的軸向間隙。消除間隙和預(yù)加載荷（

39、或稱預(yù)緊）有多種方法。在機床上常用的雙螺母法，可以把左、右螺母往兩頭撐開；也可以向中間擠緊。這時接觸角為45º，左右螺母接觸方向相反。預(yù)加載荷力為。左、右螺母裝在一個共同的螺母體內(nèi)，這就使螺母作為一個整體與絲杠間處于無間隙或過盈狀態(tài)，以提高接觸剛度。滾珠絲杠的預(yù)緊是根據(jù)下述原則確定的：設(shè)在預(yù)緊后的滾珠螺母體上受一個外載荷F，方向向右，則右螺母的接觸變形（指螺母滾道鋼珠絲杠滾道沿接觸線的變形，下同）加大，左螺母則減小。當F增大到某種程度，可使左螺母的接觸變形減小至零。如F值再加大，則左螺母與絲杠間將出現(xiàn)間隙，影響定位精度?？梢宰C明，使不受力側(cè)的螺母接觸變形降至零的外載荷F約等于預(yù)加載荷

40、的3倍，F(xiàn)3。因此，滾珠絲杠的預(yù)加載荷，應(yīng)不低于絲杠最大軸向載荷的1/3。預(yù)緊后的剛度，可提高到無預(yù)緊時的2倍。但是，預(yù)加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲杠在出廠時，就已由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷。預(yù)加載荷往往與絲杠副的額定動載荷有一定的比例關(guān)系。例如：有的工廠規(guī)定=（1/91/10）。如果這個值大于軸向載荷的1/3，則訂貨時對預(yù)加載荷不必提出特殊要求。常見的消除間隙和預(yù)加載荷的方法有以下三種結(jié)構(gòu)形式。墊片消除式 在這種結(jié)構(gòu)中，通常用螺釘連接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣，在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達到消隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，剛

41、度高，拆裝方便。但調(diào)整費時，并且在工作中不能隨意調(diào)整，除非更換不同厚度的墊片。這種消隙和預(yù)加載荷的方法，適用于一般精度的結(jié)構(gòu)中。螺紋消隙式 在這種結(jié)構(gòu)中，一個螺母的外端有凸緣，另一個螺母的外端沒有凸緣而制有螺紋，且伸出在套筒外，并用兩個圓螺母以平鍵與外套相連，其中右邊的一個螺母外伸部分有螺紋。旋轉(zhuǎn)圓螺母時能使螺母相對絲杠做軸向移動，便可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)緊拉力，調(diào)整好后再用鎖緊螺母把它鎖緊。這種結(jié)構(gòu)既緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，故應(yīng)用較多。但調(diào)整位移量不易精確控制，因此，預(yù)緊力也不能準確控制。齒差消隙式 這種結(jié)構(gòu)在兩個螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)與的圓柱齒輪，且與僅相差一個齒。兩個圓柱齒輪分別與

42、兩端相應(yīng)的內(nèi)齒輪相嚙合。內(nèi)齒輪用螺釘和定位銷固定在套筒上。預(yù)緊時脫開內(nèi)齒輪，轉(zhuǎn)動其中一個螺母，然后再合上內(nèi)齒輪。當兩個滾珠絲杠螺母相對于套筒同方向轉(zhuǎn)動時，便可以使一個滾珠螺母對另一個滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，而使兩螺母的軸向相對位置發(fā)生變化，從而實現(xiàn)間隙的消除和施加預(yù)緊力。如果其中一個螺母轉(zhuǎn)過一個齒時，則其軸向位移量為S=（為另一齒輪齒數(shù)）。但=99，=100，=10時，則S=10/99001um，即兩個螺母在軸向產(chǎn)生1um的位移。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整精確可靠，精度較高，故目前在數(shù)控機床上應(yīng)用較廣。（2） 靜壓蝸桿蝸母條傳動副能滿足加工中心進給元件沒有間隙、磨損小剛度高、阻尼性能好、傳

43、動效率高的要求。它是絲杠螺母機構(gòu)的一種特殊形式。蝸桿可看作長度很短的絲杠，其長徑比很小。蝸母條則可看作很長的螺母沿軸向剖開后的一部分，其包容角常在90º120º之間。液體靜壓蝸桿蝸母條的嚙合齒面見注入壓力油，以形成一定厚度的油膜，使兩嚙合面間成為液體摩擦，它是油腔開在蝸母條上，用毛細管節(jié)流的定壓供油靜壓蝸桿蝸母條。從油泵輸出的壓力油（壓力為），經(jīng)過蝸桿螺紋內(nèi)的毛細管節(jié)流器，分別進入蝸母條齒的兩側(cè)面油腔內(nèi)，壓力降為，然后經(jīng)過嚙合齒面之間的間隙，再進入齒頂與齒根之間的間隙，壓力降為零，并流回油箱。未受軸向負載時，蝸桿螺紋左右兩側(cè)面互相平衡，兩側(cè)間隙相等，相當于螺紋兩側(cè)有相等的預(yù)

44、加負載，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。在向右的軸向負載作用下螺母條沿負載作用力方向產(chǎn)生微小位移，故左側(cè)嚙合間隙減小為，右側(cè)嚙合間隙增大到，使左右油腔壓力相應(yīng)改變?yōu)楹停?，形成壓力差p=-，與軸向負載平衡。當蝸桿轉(zhuǎn)動時，就能帶動蝸母條做直線運動。液體靜壓蝸桿蝸母條有多種結(jié)構(gòu)形式；按供油方式，可分為定壓供油和定量供油。定量供油一般采用兩個油泵或雙聯(lián)泵等定量供油方式或用溢流閥加節(jié)流器；有的產(chǎn)品在蝸桿齒面油的出口處再加一個毛細管。按油腔開設(shè)位置，可分為油腔開在蝸桿上和開在蝸母上兩種。兩者都從靜壓蝸桿進油。配油方式可分為蝸桿徑向配油和軸向配油兩種。靜壓蝸桿蝸母條采用的材料有：鋼蝸桿配鑄鐵蝸母條；鋼蝸桿配鑄鐵基體

45、涂有SKC3耐磨涂層的蝸母條；銅蝸桿配鋼蝸母條或鑄鐵蝸母條。靜壓蝸桿蝸母條傳動由于既有純液體摩擦的特點又有蝸桿蝸母條機械結(jié)構(gòu)上的特點，因此特別適宜在數(shù)控龍門鏜銑床上，其特點是：1） 摩擦阻力小，起動摩擦系數(shù)可小至0.0005，功率消耗少，傳動效率高，可達0.940.98，在很低速度下運動也很平穩(wěn)。2） 使用壽命長。齒面不直接接觸，不易磨損，能長期保持精度。3） 抗振性能好。油腔內(nèi)的壓力油層有良好的吸振能力。4） 有足夠的軸向剛度。5） 蝸母條能無限接長，因此運動部件的行程可以很長，不像滾珠絲杠那樣受限制。（3） 磁力絲杠螺母副磁力絲杠螺母副是根據(jù)磁性原理研制出的一種新型懸浮無磨損傳動裝置。這種

46、磁力絲杠螺母副的磁力螺母內(nèi)安裝著環(huán)形永久磁鐵，磁鐵內(nèi)表面施加有兩條螺旋形的N、S極，由非磁性材料做成的外罩包藏著。用磁性材料做成的軸，其外徑設(shè)置有兩條絲杠螺旋槽，利用磁鐵N、S極的吸引力保持其圓周方向的平衡，使其具有絲杠的功能。螺母的內(nèi)表面與兩端裝有導(dǎo)向環(huán)的絲杠外表面保持著非接觸狀態(tài)。磁力絲杠副的優(yōu)點：1） 絲杠與螺母之間為非接觸，無須潤滑，噪聲低，溫升低，并有高的清潔度。2） 由于使用永磁體，因此結(jié)構(gòu)簡單，且不需要維修保養(yǎng)，可獲得半永久性推力方向的壽命，磁力部發(fā)熱的溫升低。3） 推力方向在超負載運轉(zhuǎn)場合下，磁力傳送部分無損傷。定位精度最大為0.7um1.0um。由于磁力絲杠螺母副有上述優(yōu)點，

47、預(yù)計不久將會用于加工中心的傳動裝置中。（五）絲杠支承軸承加工中心滾珠絲杠支承用軸承，通常要選專用軸承。下面介紹日本NSK公司生產(chǎn)的絲杠支承專用角接觸軸承。 （1）軸承特點 1）剛度大 由于采用特殊設(shè)計的尼龍成形保持架，增加了鋼珠數(shù)，且接觸角為60º，故軸向剛度大。 2）不需要預(yù)調(diào)整 對每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號（）排列后，裝緊即可。 3）啟動力矩小 與圓錐滾子軸承，圓柱滾子軸承相比，啟動力矩小。 （2）軸承組合形式 加工中心選用這種角接觸軸承，通常需要把2個以上軸承組合起來，且施加預(yù)緊力來使用。組合形式

48、有2列、3列和4列等以及面對面組合形式（DF，DFD，DFF等）和背靠背組合形式（DB，DBD，DBB等）。為了易于保證滾珠螺母與軸承之間的同軸度，推薦采用面對面組合形式。而當滾珠絲杠預(yù)拉伸時，亦可采用并列組合形式（DT，DTD，DTT等）。 三KV800數(shù)控加工中心X、Y軸系統(tǒng)設(shè)計KV800數(shù)控加工中心精度要求較高，故采用全閉環(huán)系統(tǒng)。為得到最高轉(zhuǎn)速，使伺服電動機通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠直聯(lián)，即u=1。X軸系統(tǒng)設(shè)計（Y軸）工作臺電動機絲杠聯(lián)軸節(jié)（一）X軸系統(tǒng)的設(shè)計1 傳動系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)定位精度要求，初步選擇全閉環(huán)系統(tǒng)。伺服電動機的最高轉(zhuǎn)速（可查產(chǎn)品目錄或文獻4）=1500r/min或2000r/min

49、，工作臺要求最高移動速度的最小值為20m/min，如使伺服電動機通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠直接有聯(lián)，即u=1，如使電動機和絲杠的最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，則絲杠導(dǎo)程：=10mm根據(jù)精度要求，脈沖當量可定為a=0.001mm/脈沖，電動機每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)： b=×1=10000（脈沖/轉(zhuǎn)）脈沖編碼器有每轉(zhuǎn)2000、2500、5000脈沖系數(shù)分布，故編碼器后應(yīng)加一個倍頻器，如取每轉(zhuǎn)2500脈沖的編碼器，則倍頻器的倍數(shù)為4。據(jù)此，本例的轉(zhuǎn)動流程如下圖所示。伺服電動機3經(jīng)聯(lián)軸節(jié)4與滾珠絲杠相聯(lián)，絲杠導(dǎo)程為10mm 2 滾珠絲杠導(dǎo)程10mm（1） 精度 普遍要求精度為0.012/300mm，絲杠在任

50、意300mm行程內(nèi)的行程變動量V300取為定位精度的1/31/2，即0.004mm0.006mm。1級精度的絲桿V300=0.006mm。故應(yīng)取1級精度。（2） 疲勞強度絲杠的最大載荷為最大進給力加摩擦力；最小載荷即摩擦力X向最大進給力查機械設(shè)計手冊可得，電動機最大功率：P=2.471KW 因為，直線運動機械P= 式中 v單位為m/s；取0.9。F=6671.7N=6672N粗略估計工作臺重為300Kg；材料為鋼 （鋼含量7.85× Kg/） 1050×500×70××7.85×2808工作臺加夾具重300+800=1100Kg貼型導(dǎo)

51、軌摩擦系數(shù)為0.04，故摩擦力=1100×0.04×9.8=431.2N；最大載荷=6672+431.2=7103.2N；平均載荷=4879.2N；絲杠的最高轉(zhuǎn)速為2000r/min；工作臺的最小轉(zhuǎn)速為5mm/min，故絲杠的最小速度為0 r/min；平均速度=1000r/min。 絲杠的工作壽命取h=15000；=1；=1.5 則工作壽命l=900（×） 代入絲桿的當量載荷公式=70.7KN查絲桿手冊5010-6型外循環(huán)節(jié)方式導(dǎo) 凸出型依據(jù)絲桿的雙螺母對旋預(yù)緊滾珠絲桿直徑50mm，導(dǎo)程10mm，6列，額定動載荷為=73.944KN，大于計算載荷（=70.7KN）

52、。根據(jù)表下的值，預(yù)緊力=0.25=0.25×73.944KN=18.486KN。只要軸向外載荷不超過的3倍，就不必對預(yù)緊力提出額外要求，今最大載荷僅7103.2KN，遠小于此值。（3） 靜載荷強度計算 當轉(zhuǎn)速n10r/min時，滾珠絲桿螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面的較大塑性變形，影響正常工作，為此進行靜載荷強度計算，最大計算靜載荷為= （取1.5，取1.0） =1.5×1.0×7103.2N =10.654KN=229.483KN（4） 壓桿穩(wěn)定性校核 軸向固定的長絲桿受壓縮負載時，應(yīng)校核其壓桿穩(wěn)定性，臨界壓縮載荷按下式進行校核：=3.4×=56637

53、.9N=7103.2N故壓桿穩(wěn)定性符合要求。（5） 臨界轉(zhuǎn)速校核 長絲桿在高速工作下，為防止彎曲過度，應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速。查現(xiàn)代數(shù)控機床有：=f× =21.9=66982000 所以臨界轉(zhuǎn)速符合要求。上式中，f與支承方式有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)； L絲桿支承的長度； 絲桿直徑。查現(xiàn)代數(shù)控機床國防科技出版社251頁，不同工作條件下的預(yù)緊力計算公式，其中加工中心 =（0.10.13） （為額定動載荷） =（0.10.13）×73.9KN =7390N3 絲桿支承根據(jù)機械設(shè)計手冊，這種絲桿軸的軸端直徑不比中徑50mm小，故采用40mm的軸承。屬心球軸承，型號為特輕（1）系列108型向心球

54、軸承，其尺寸如下：d=40； D=65。額定滾動尺寸為7.938mm，寬度為12。 （二）伺服電動機的選擇伺服電動機選擇條件如下： 最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機客觀轉(zhuǎn)矩； 電動機轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配。（1） 最大切削負載轉(zhuǎn)矩從前面的計算，已知最大進給力加摩擦力為：=7883N；=10mm=0.01m；=0.9 最大負載轉(zhuǎn)矩為： =2.48N·m如單個軸承的摩擦力矩為0.32 N·m，則 6個軸承的摩擦力矩為0.32×6=1.92 N·m=最大切削負載轉(zhuǎn)矩T可得 T=+=+2.48+1.92 =12.568+4.7+1.92 =16.97N所選伺服

55、電動機額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此值。（2） 慣性匹配 計算直線軸部分工作臺、工件折算到電動機軸的慣量為J=M×=M×=×1100×=0.000175Kg· 圓柱的慣量絲桿直徑d=50mm=0.05m，因工作臺縱向行程為0.8m，故取l=1.2m，慣量可按下式計算：J=0.0057 Kg· 撓性聯(lián)軸節(jié)和鎖緊螺母的慣量計算撓性聯(lián)軸節(jié)處于滾動軸承處，故最大直徑不超過40mm，粗略選取兩者慣量為0.002 Kg·。所以，電動機負載慣量為：=0.000175+0.0057+0.002=0.007875 Kg·由=（14），即電動機的轉(zhuǎn)

56、子慣量為 =0.0078750.0315 Kg·范圍內(nèi)。 由負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子慣量兩條件，選擇伺服電動機：交流伺服電動機，輸出最大功率大于2.471KW，額定轉(zhuǎn)矩大于19.19N·m。取Y2100L2型，額定功率為3KW的YZ系列（IP54）三相異步電動機。機械時間節(jié)數(shù)為轉(zhuǎn)子慣量為（3） 空載加速轉(zhuǎn)矩空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止階躍指令加速到快移速度（最高速度）時，這個轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩。 空載加速時主要克服的是慣性，=J=×J=上式中J電動機慣量負載慣量，值為0.007875； 機械時的平數(shù)； 快速時的轉(zhuǎn)矩，其值為2000r/min； =（34）。（4） 系統(tǒng)增益伺服電動機增益的范圍為=825（l/s），如取=20 l/s，則伺服負載的時間平數(shù)為 =1/=1/