C620車床數(shù)控改造設(shè)計

1、內(nèi)容摘要：1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具.它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ).數(shù)控機(jī)床是綜合計算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)品，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品.它的出現(xiàn)及所帶來的巨大效益，引起世界各國科學(xué)家和工業(yè)界的普遍重視.發(fā)展數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前我國機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造的必由之路，是未來工廠自動化的基礎(chǔ).數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，是保證高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備.目前，由于我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后，已經(jīng)

2、制約了整個裝備制造業(yè)的發(fā)展，直接影響到國防軍工產(chǎn)業(yè)安全.國內(nèi)外裝備制造業(yè)的發(fā)展表明，發(fā)展裝備制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床是基礎(chǔ).十五”期間，我國機(jī)床連續(xù)幾年快速發(fā)展.在現(xiàn)在節(jié)能減排的號召下，機(jī)床的數(shù)控化改造成為了熱點.在本文中進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的改造.改裝后的機(jī)床把主軸傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)分離成為兩個互不相關(guān)的系統(tǒng)，溜板箱部分應(yīng)拆去箱體、光桿及操縱桿，換成滾珠絲桿，并對滾珠絲桿進(jìn)行強(qiáng)度校核，并進(jìn)行減速齒輪的設(shè)計.另一任務(wù)是對車床的電氣部分部分進(jìn)行改造，采用伺服電機(jī)對滾珠絲桿進(jìn)行閉環(huán)控制，用伺服電機(jī)驅(qū)動器對縱橫兩個伺服電機(jī)進(jìn)行控制，再使用華中系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行控制，完伺服電機(jī)驅(qū)動器的選型工作，繪制連

3、接電氣圖.關(guān)鍵詞：數(shù)控改造剛度閉環(huán)控制系統(tǒng)伺服電機(jī)Abstract：Bornin1946theworld'sfirstelectroniccomputers,thissuggeststhatmankindcreatedmaystrengthenandpartinsteadofmentallabortools.Itandhumaninagriculture,industrialsocietytocreatethosejustenhancephysicallaborcomparedthetools,onaqualitativeleap,intheinformationsocietyforh

4、umanbeingstolaythefoundation.Numericalcontrolmachinetoolisintegratedcomputer,automaticcontrol,automaticdetectionandprecisionmachineryandsoonhigh-techproducts,istypicalofmechanicalandelectricalproducts.Itemergedandbringsgreatbenefits,causethecountriesallovertheworldpaidattentiontoscientistsandindustr

5、y.DevelopmentinChina'scurrentnumericalcontrolmachinemechanicalmanufacturingtechnologyreformway,thatisthefactoryautomationfoundation.Numericalcontrolmachinetoolistheequipmentmanufacturingindustrymachinetools,istorealizemanufacturingtechnologyandequipmentmodernization'scornerstone,istheguarant

6、eeofhighandnewtechnologyindustrydevelopmentandnationaldefensemilitarymodernizationstrategyequipment.Atpresent,asourcountry'snumericalcontrolmachinetoolindustrydevelopmentisrelativelyslow,hasrestrictedthedevelopmentoftheequipmentmanufacturingindustry,directlyaffectsthenationaldefensemilitaryindus

7、trysafety.Thedevelopmentoftheequipmentmanufacturingindustryathomeandabroadshowthat,thedevelopmentoftheequipmentmanufacturingindustry,numericalcontrolmachinetoolisthefoundation.Inthetenth-fiveperiod,Chinamachinerapiddevelopmentforseveralyears.Nowintheenergyconservationandemissionsreductionunderthecal

8、l,numericalcontrolmachinetoolconvertedintoahotspot.InthispapertheCNCservosystemwiththereform.Modifiedmachinetoolspindledrivesystemandthesystemintoseparateintotwoirrelevantsystem,walktheboardboxpartshouldteardownthebodyandlightpestleandjoysticks,changeofballscrew,ballscrewtocheckintensity,andthereduc

9、tiongeardesign.Anothertaskistopartofthelatheelectricaltransformed,servomotorballscrewforclosedloopcontrol,withservomotordrivetoglobetrottingtwoservomotorcontrol,tousethecentralChinasystemofthesteppingmotordrivecontrol,theselectionoftheservomotordrive,drawconnectionelectricaldiagrams.Keywords：digital

10、modificationstiffnessclosed-loopclosed-cyclecyclilcontrolsystemServomotor1 .緒論1.1 問題的提出1.1.1 國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今已有近60年歷史，在這60年中，隨著科技、特別是微電子、計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的發(fā)展.它已經(jīng)成為現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展進(jìn)程中一支凸顯業(yè)績的生力軍，代表著未來機(jī)器制造業(yè)的發(fā)展方向.目前以美國、德國、日本在數(shù)控機(jī)床的科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗最多，他們政府重視機(jī)床工業(yè)，并且重視科研和創(chuàng)新，使他們?nèi)龂臄?shù)控技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位.數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由

11、專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全封閉控制模式發(fā)展.在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機(jī)、多媒體、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精度、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)和補(bǔ)償各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制群的加工.1.1.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床-數(shù)控機(jī)床的誕生

12、和發(fā)展.是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機(jī)、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用.目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展.在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控

13、加工.長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運動控制器.加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制.CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu).在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量.由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)

14、的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行.隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式.1.1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢1 .高速高精高效化速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo).由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高.2 .柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用

15、模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能.3 .工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展.數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工.數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸.4 .實時智能化早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，具作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成.而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類

16、的各種智能行為.科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域.在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等.例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的

17、.1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展觀，我們可以從微觀和宏觀兩個不同的角度看待數(shù)字控制技術(shù)在當(dāng)今工業(yè)發(fā)展中的必要性.1.2.1 微觀看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力.1 .可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件.由于計算機(jī)有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面.2 .可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍.由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從

18、而實現(xiàn)自動化.數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了柔性自動化”.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 .可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運.5 .擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工.6 .由以上五條派生的好處.如：降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等.以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破.此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元

19、）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ).數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù).1.2.2 宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床.其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造.除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等.以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量.由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化

20、），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng).而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年.如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9%,而日本在1994年已達(dá)20.8%,因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口.這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性.1.3 研究意義1.3.1 機(jī)床數(shù)控化改造的意義1 .節(jié)省資金.機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費用大型及特殊設(shè)備尤為明顯.一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費的1/3.即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級也只需花費購買新機(jī)床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有車床.2 .性能穩(wěn)定可靠.因原機(jī)

21、床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度.3 .提高生產(chǎn)效率.機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍.對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多.且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期.在國內(nèi)，目前各企業(yè)有大量普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不現(xiàn)實，而且替代又造成很大的浪費，數(shù)控改造一次性投入少，而且對機(jī)床又增加很多性能.以上幾點可以看出，普通機(jī)床應(yīng)走數(shù)控改造之路，因此普通機(jī)床的數(shù)控改造，不但要有必要，而且大有可為，尤其是對一些中小型企業(yè)更是如此.機(jī)床的數(shù)控改造具有很好的理論意義和實際應(yīng)用價值：1 .改造費低，在發(fā)揮原有機(jī)床的功能同時提高

22、加工精度.2 .改造后機(jī)床自動化程度提高，減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率3 .降低工人水平要求，改善勞動條件，有利于身體健康4 .改造閑置設(shè)、傳統(tǒng)設(shè)備，提高機(jī)床功能和使用價值，減少設(shè)備投入.5 .改造后可以加工復(fù)雜、異形零件，能完成普通機(jī)床難以加工或根本不可能加工的復(fù)雜曲線、曲面等零件.6 .計算機(jī)控制，消除人為誤差，加工零件精度高、一致性好、尺寸分散度小，使裝配容易，無需修配.7 .具有柔性化的特點，只需編制零件程序就能加工新零件，可以實現(xiàn)多品種、變批量、高性能加工，不僅能適應(yīng)中小批量，也適合大批量生產(chǎn).8 .計算機(jī)具有記憶與儲存功能，可以將輸入的程序記住和儲存下來，數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就

23、可以實現(xiàn)另一個零件的加工自動化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動化.9 .能適應(yīng)信息化發(fā)展的需要，通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)信息通信，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、補(bǔ)償、診斷和自動報警等多種功能，可實現(xiàn)無人看管加工，降低了勞動強(qiáng)度，操作者有空閑時間照料其他操作.1.3.2機(jī)床數(shù)控化改造的迫切性經(jīng)濟(jì)的全球化、市場的國際化，促進(jìn)了競爭，為求得生存與發(fā)展，各企業(yè)不僅要提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且必須頻繁的改型，縮短生產(chǎn)周期，以滿足市場上不斷變化的需求經(jīng)過數(shù)控改造的機(jī)床的高精度、高效率、高度柔性化及適合加工精度高以及復(fù)雜的零部件，滿足當(dāng)今市場快速多變、競爭激烈和工藝發(fā)展的需要.可以說，數(shù)控改造技術(shù)的應(yīng)用是機(jī)械制造行業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，在很大程

24、度上決定了企業(yè)在市場競爭中的成敗.2 .C620機(jī)床運動分析2.1 傳動鏈分析車刀圖2-1C620車床傳動系統(tǒng)圖圖所示為C620型機(jī)床傳動系統(tǒng)圖，傳動系統(tǒng)包括主傳動鏈和進(jìn)給傳動鏈兩部分.2.2 主傳動鏈主傳動鏈兩端是電動機(jī)與主軸.它的作用是把動力源（電動機(jī)）的運動與動力傳給主軸，使主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)，并使主軸獲得變速和轉(zhuǎn)向.2.3 進(jìn)給箱傳動鏈進(jìn)給箱傳動鏈包括縱向進(jìn)給與橫向進(jìn)給傳動鏈3 .車床改造的總體方案3.1 C620型普通車床的簡易數(shù)控改裝的設(shè)計任務(wù)要點1 .改裝后能實現(xiàn)車削圓弧面、外圓面、端面等回轉(zhuǎn)表面.2 .改裝后縱向進(jìn)給精度士0.0lmm,橫向進(jìn)給精度士0.005mm,空載快速進(jìn)給速

25、度V快=2m/min,主切削力Pz=2303N,橫向拖板刀架質(zhì)量Wi=465.5N,大拖板刀架質(zhì)量W2=1039N.3 .改動后不要求保留手動操作功能.4 .控制部分要求運動可靠，抗干擾，維修方便.5 .改造成本低.3.2 總體方案的確定改裝后的數(shù)控車床應(yīng)把主軸傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)分離成為兩個互不相關(guān)的系統(tǒng)，為了便于編程，保證加工精度，要求車床縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm,橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm,車床需要改裝的部分有：1 .掛輪架系統(tǒng)全部拆去.2 .進(jìn)給齒輪箱箱體內(nèi)的零件全部拆去.3 .溜板箱部分應(yīng)拆去箱體、光桿及操縱桿，并增加支承支架，安裝滾珠絲桿.4 .縱向?qū)к夁x用貼塑的矩形和三角形組合

26、導(dǎo)軌，橫向?qū)к夁x用貼塑的燕尾形導(dǎo)軌，貼塑為聚四氟乙烯.5 .橫向溜板上應(yīng)安裝伺服電機(jī)，并通過傳動齒輪將電機(jī)軸與橫向滾珠絲桿聯(lián)接6 .刀架體應(yīng)加裝縱、橫微調(diào)裝置以供校刀使用.7 .縱向絲桿掛腳應(yīng)安裝伺服電機(jī)，并通過傳動齒輪與縱向滾珠絲桿聯(lián)接.伺服電機(jī)與絲桿的聯(lián)接方式要求聯(lián)接可靠，傳動無間隙，無噪音.對于電氣部分，采用華中數(shù)控對縱、橫兩個伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)中有時鐘電路模塊，復(fù)位電路，數(shù)碼顯示器接口電路，光電藕合器等.采用內(nèi)置驅(qū)動模塊將伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，將整個控制系統(tǒng)放在控制柜中，由電纜把控制系統(tǒng)和伺服電機(jī)聯(lián)系起來.4 .縱向進(jìn)給裝置的改造4.1 縱向滾珠絲桿的最大軸向載荷的設(shè)計計算4.1.

27、1 縱向絲桿的最大軸向載荷因為主切削力Pz=2303N=235kgf,所以縱向進(jìn)給力為Px=0.5Pz=0.52303=1151.5N縱向絲桿的最大軸向載荷：Pa=KPx+f(Pz+W2)=1.141151.5+0.11(2303+1039)=1312.71+367.62=1680.33N=171.5kgk-系數(shù)，k=1.14f-貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，f=0.11怵一縱向托板重量,W2=1039N=106kgf4.1.2 絲桿最Hj轉(zhuǎn)速nmax_v_2000nmax=-t6=333r/minv-空載快速進(jìn)給速度，v=2m/min=2000mm/mint-絲桿導(dǎo)程，初設(shè)t=6mm4.1.3 絲桿壽命

28、(以106轉(zhuǎn)為單位1)I60TnmaxL=L6033315000“八=6=30010T-絲杠使用壽命，T=15000小時nma-絲桿最高轉(zhuǎn)速，nma=333r/min般考慮運轉(zhuǎn)中有沖擊，以及絲桿材料硬度對壽命的影響，則最大動負(fù)荷Q為:Q=3、.LPafwfh=3300=1607kgfL-絲桿壽命，L=300Pa-縱向絲桿的最大軸向載荷，Pa=171.5kgffw-運轉(zhuǎn)系數(shù)，fw=1.4fh-硬度系數(shù)，fh=1.04.1.4 選擇滾珠絲杠副按最大動負(fù)載荷Q選用滾珠絲桿副，使QMCC-滾珠絲桿的額定動負(fù)荷選用城L3506型的單螺母滾珠絲桿副，其尺寸如表4-1所示：4.1.5

29、確定絲桿副工作長度LL斗+H+13+1411-控制系統(tǒng)中需要的行程，11=900mmH-螺母安裝高度，H=111mml3-由絲桿副防護(hù)結(jié)構(gòu)確定的長度，取L=115mml4-由絲桿副支承所需的長度，取心l4=80LH+H+l3+l4>900+111+115+80>1206滾珠絲桿副的總長度L總，L總為絲桿副工作長度L加上結(jié)構(gòu)長度，取結(jié)構(gòu)長度為165mm,則：L=L+165=1206+165=1371mm滾珠絲桿的長度應(yīng)滿足剛度要求，即l總_1371D0-35=32.9045Do-滾珠絲桿副的名義直徑，Do=35mm故絲桿副長度可以滿足剛度要求.表4-1滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格序號名稱代號

30、尺寸單位1滾珠絲桿副型號W1L35062名義直徑Do35mm3螺距t6mm4螺旋升角X3。75滾珠直徑d03.969mm6滾道半徑R2.064mm7偏心距e0.056mm8絲桿外徑d34mm9螺母凸緣外徑D372mm10螺母配合外徑D55mm11圓螺母尺寸MM52X1.5mm12二個圓螺母厚度L220mm13螺母座鍵槽厚度t258.2mm14平鍵尺寸b>h>46><6>45mm15螺母裝配總長度L111mm16額定動負(fù)載荷3.5圈1歹UC1940kgf17額定動負(fù)載荷3.5圈1歹UC07110kgf4.1.6 滾珠絲桿副幾何參數(shù)的計算絲桿內(nèi)徑d1為：d產(chǎn)Do+2e

31、2R=35+2>0.0562>2.064=30.984=3.0984CMD0-滾珠絲桿副的名義直徑，D0=35mme-滾珠絲桿副的偏心距，e=0.056mmR-滾珠絲桿副的滾道半徑，R=2.064mm絲桿接觸直徑dz為：dz=D0d0,cos口=35-3.969Cos450=32.193mm=3.2193cmD0-滾珠絲桿副的名義直徑，D0=35mmd0-滾珠絲桿副的滾珠直徑，d0=3.969mmP-接觸角，=4504.1.7 計算傳動效率”。=tan-0tan。、i=tg（307'）tg30710=0.949=94.9%九-螺旋升角，K=307甲-摩擦角，滾珠絲桿副的滾動

32、摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角中定104.2縱向滾珠絲桿副的剛度驗算滾珠絲桿受工作載荷Pa的作用而引起螺距t的變化量Atl,其值可按下式計算匚tl=PatEFPa-工作載荷，Pa=1680Nt-滾珠絲桿的螺距，t=6mm=0.6cmF-滾珠絲桿的截面積,2匚二diF=4_3,143.0984242=7.536cmd1-絲桿內(nèi)徑，d1=3.0984GmE-彈性模數(shù)，對鋼E=20.6106N/cm2“1=3EF16800.6=620.6107.536=6.49>10qcm滾珠絲桿因受扭矩作用而引起的導(dǎo)程變化量t2為“2=t-在滾珠絲桿的螺距,t=6mm=0.6cm甲-在扭矩M作用

33、下，滾珠絲桿每一螺距長度兩截面上的相對扭轉(zhuǎn)角中二GJccG-扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù)，對鋼G=82.4105N/cm2M-滾珠絲桿上的扭矩一1M=2Padztg，1o=-16803.2193tg307=147NcmPa-工作載荷，Pa=1680Ndz-絲桿接觸直徑，dz=3.2193cm九一螺旋升角，九二307,Jc一滾珠絲桿截面積的慣性拒.二，4Jc二d1323.144=3.0984324=9.04cmd1-絲桿內(nèi)徑，d1=3.0984cmGc二1470.6-82.41059.04=1.19漢0上0.61.1910上2-3.14=0.11310”因此滾珠絲桿在工作載荷Pa扭矩M共同作用下，所引起每一個螺

34、距變形量t為t=41+At2=6.49X0-6+0.113X0-6=6.60310qcm如果滾珠絲杠長度為1000mm,其上共有100/t個螺距，它的螺距變形總誤差為，理t=066.603"=11.005/m/m因為選滾珠絲桿精度等級為E級，計算的總變形誤差=11.005Nm/cm,小于E級精度誤差15m/m,所以剛度合適4.3支承方式及軸承的選擇4.3.1 支承方式的確定如果螺母座、絲桿的軸承及其支架等剛度不足，將嚴(yán)重影響滾珠絲桿副的傳動剛度，因此螺母應(yīng)有加強(qiáng)筋，以減小受力后的變形，螺母座與床身的接觸面積宜大，其聯(lián)接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)高一些，定位銷要緊密配合，不能松動.由于絲桿主要承受

35、軸向力，大多采用推力軸承作支撐，這里采用左右各一個推力軸承的支承方式.如下圖所示：圖4-1滾珠絲桿支承方式其中最左端與最右端為推力軸承，中間兩個為深溝球軸承這種支承方式可以對絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊拉伸安裝可以誠少或俏除因絲桿自重而產(chǎn)生的彎曲變形，在推力軸承預(yù)緊力不小于絲桿最大軸向載荷1/3的條件下，絲桿的拉伸壓縮剛度可提高4倍，絲桿不會因溫升而升長，溫升只能減小預(yù)拉伸力，另外，絲桿不承受壓力，由于只承受拉力，因而沒有壓桿穩(wěn)定性問題.但是預(yù)拉伸安裝將使軸承發(fā)熱和摩擦扭矩有所增加.4.3.2 軸承選擇由于進(jìn)給絲桿主要承受較大軸向力和較小徑向力，所以只需計算推力軸承的額定動載荷C：Pa-工作載荷，

36、Pa=1680Nfn-速度系數(shù)C=fh>Pafnfn=31003333=0.464nt軸承計算轉(zhuǎn)速,nt=nmax=333r/minfh-壽命系數(shù)fh=3;500=315000一，500=3.107T-使用壽命，T=15000hC=fh>Pafn3.107、=X16800.464=11249.5N參照工具書查找到8106推力軸承，其額定負(fù)載為12.5X03N211249.5N,能滿足要求，同時選用深溝球軸承型號為60064.3.3 確定滾珠絲杠副的預(yù)緊力Fp為了消除軸向間隙，增加絲桿副的剛性和定位精度，在絲桿螺母間加以預(yù)緊力Fp,然而過大的預(yù)緊力將會引起滾珠絲桿的壽命下降以及摩擦力

37、的增大，而預(yù)緊力偏小，會在產(chǎn)生的軸向載荷左用下出現(xiàn)間隙，影響定位精度，因此，一般取:Q9.5Fp=15748.69.5=1658NQ-最大動負(fù)荷，Q=1607kg仁15748.6N取Fp=1658N4.3.4 確定滾珠絲桿軸的預(yù)緊拉伸力Fpl為了消除絲桿自重而產(chǎn)生的彎曲變形，補(bǔ)償因工作溫度升高而引起的絲桿伸長，保證滾珠絲桿在正常使用時的定位精度和提高滾珠絲桿的系統(tǒng)剛性，對有快速驅(qū)動并有定位精度要求的滾珠絲桿副，其絲桿軸需進(jìn)行預(yù)加拉伸力，決定拉伸力時還應(yīng)考慮到絲桿兩端支承軸承允許的預(yù)緊力的大小，一般情況下取：L11，F(xiàn)pi=Pa=171.533=57.2kgfPa=171.5kgf4.4機(jī)械傳動

38、剛度的計算與校核在忽略支承座和螺母座剛度的情況下，機(jī)械傳動部的剛度主要為：絲桿軸的支承剛度Kk,滾珠絲桿副的接觸剛度Kn和軸承的軸向接觸剛度Kb,則機(jī)械傳動的綜合拉壓剛度為：KkKnKb4.4.1 計算絲桿軸的支承剛度Kk絲桿軸的支承方式及支承長度如圖4-2所示：由于絲桿兩端采用推力軸承和深溝球軸承，并且絲桿兩端軸向固定支承，絲桿軸的支承剛度Kk的計算公式為：20E1,1mzuKk=+x10N/Nm4JkL-Lk)Do-滾珠絲桿副的名義直徑，D0=35mmE-彈性模數(shù)，對鋼E=2.06105N/mm2L-絲桿工作長度，取L=1206mmLk-絲桿作用長度mm絲桿作用長度Lk在這里有兩種情況，當(dāng)

39、工作臺處于最做端時，此時LK=96mm,有最大的拉壓剛度Kkmax：hd2eii、一Kkmax=1+/104lkL-lkj3.143522.0610511="十|X10工4961006-96=2379.52N/m當(dāng)工作臺處于中間位置時，此時LK=603mm,則有最小白拉壓剛度KKmin：2，/孫E11工Kkmin='+M10二二D：E44iLkLLk11_J3X+M0<LkL-Lk3.143522.0610511=-46031206-603=657N/m電機(jī)961206圖4-2滾珠絲桿支撐方式4.4.2 計算滾珠絲桿與螺母副間的接觸剛度KnKn=0.77X3Fpd0zl

40、"（N/m）Fp-預(yù)緊力，F(xiàn)p=1658Nd0-滾珠絲桿副的滾珠直徑，d0=3.969mmZy滾珠數(shù)量Zz=z>a數(shù)沏數(shù)Z-一圈的滾珠數(shù)二Do3.1435Z=d03.969=27.69D0-滾珠絲桿副的名義直徑，D0=35mmd0-滾珠絲桿副的滾珠直徑，d0=3.969mmZ£=27.693.5X=96.9Kn=0.77義：1658M3.969父96.92=304N/m4.4.3 計算軸承的軸向接觸剛度Kb推力軸承的軸向變形之為：c=2.4cPa22ddZPa-工作載荷,Pa=171.5kgfZ-推力軸承的滾動體直徑，d8=5.556,七=2.4c171.525.55

41、6182=6.09m由于對軸承施加了預(yù)緊力，其變形量減少了一半計算:.3.0922=3.045m推力軸承的軸向接觸剛度值Kb為:KB=a、B_1680一3.045=552N/mPa-工作載荷，Pa=1680N4.4.4分別計算機(jī)械傳動的綜合拉壓剛度Kax與Kjmin值K'maxKKmax11+十KnKb2379.52304552=181.12N/mKminKKmin1Kn1Kb_1一111+657304552=150.98N/m4.4.5 校驗機(jī)械傳動剛度變化引起的定位誤差由于進(jìn)給執(zhí)行部件在不同位置時，機(jī)械傳動剛度的不同而引起的定位誤差在空載情況下為："=F0X7-一)<

42、;(1-1)6K，mK'max35F0-導(dǎo)軌以上部分的重量引起的靜摩擦Fo=W2MW2-縱向托板重量，W2=1039Nf-靜摩擦系數(shù),取f=0.05F0=1039>0.05=51.95N6-機(jī)床要求的重復(fù)定位精度，=0.02mm=20mm薪=51.95X(150.98181.12)=0.057m<-、.=4m5Kxmin=150.98mK%max=181.12m因為6k=0.052mm<4-7(m)所以滿足條件.4.4.6 伺服剛度引起的死區(qū)誤差摩擦死區(qū)誤差是由于導(dǎo)軌摩擦力在拖板啟動或反向時，使傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生彈性變形時引起的傳動誤差，最大死區(qū)誤差為：人2F0251.9

43、5,=0.688口m<20mKvmin150.98能滿足要求.4.5減速齒輪的設(shè)計與計算4.5.1 計算降速比由于步進(jìn)電機(jī)對負(fù)載慣量很敏感，為滿足負(fù)載慣量盡可能小的要求，同時也為滿足要求的脈沖當(dāng)量，常采用齒輪降速傳動，總降速比i由下式計算:.入ti=360、pp”-伺服電機(jī)步距角，先選8b=0.720t-滾珠絲桿螺距，t=6mm6P-脈沖當(dāng)量，6P=0.01mm/step0.726d。i=1.23600.014.5.2 齒輪參數(shù)的選擇1 .模數(shù)的確定:模數(shù)的影響因素很多，當(dāng)齒輪受力較大，傳動速度高，要求壽命長，磨損小時，模數(shù)要選大些，反之，則可取小些，一般取m=1.5mm至2mm,這里取

44、m=2mmi=1.2=302 .齒數(shù)的選擇：主要由傳動比確定，并考慮最小齒數(shù)的限制，Zmin>17,根據(jù)：選才¥Zi=30,Z2=363 .齒寬B的確定：中m=3至6,這里取中m=4中m-齒寬系數(shù)，通常B=4>2=8mm對采用消隙措施的大齒輪由兩薄片齒輪組成，齒寬應(yīng)按兩倍計算，即B=16mm=0.016m4 .計算齒輪幾何參數(shù)為了消除齒側(cè)隙，大齒輪采用雙片齒輪錯齒的周向彈簧式直齒圓柱齒輪，而小齒輪則采用普通直齒圓柱齒輪.其基本參數(shù)為:m=2mm,Zi=30,Z2=36,壓力角a=200i=1.2分度圓直徑為：d1=m>Zi=2X30=60mmd2=m>Z2=2

45、X36=72mm齒頂圓直徑：da1=mX(Z1+2)Xha=2X(30+2)X=64mmda2=mx(Z2+2)Xh；=2X(36+2)1=76mm1中心距a為：a=-mix(Z1+Z2)21,=->2x(30+36)=66mm兩齒輪的精度等級均為7級精度.5.對雙片薄齒輪的消隙彈簧的計算雙片薄齒輪中彈簧的壓緊力應(yīng)大于驅(qū)動扭矩.由于滾珠絲桿直接與大齒輪通過平鍵相連，因而大齒輪上的扭矩M,應(yīng)等于滾珠絲桿上的扭矩M,即：M=M=145Ncm齒輪中有3組彈簧，因此每組彈簧的最大工作載荷F2為:3XF2L=ML一齒輪中消隙彈簧與齒輪圓心的距離，取L=25mm=2.5cm3F2>2.5=14

46、5F2=19.3N=1.97kgf工作極限載荷Flim為：FlimW1.672=1.6719.3=32N最小工作載荷Fi>0.Fhm=0.2>32=6.4N選用彈簧直徑d=0.9mm,彈簧中徑D2=5.0mm的碳素鋼絲彈簧，節(jié)距p=d=0.9mm,工作極限載荷Flim=46.29N,材料為60S,2CrA,許用切應(yīng)力=471MPa,切變模量G=78.5GPa.校核彈簧強(qiáng)度，彈簧切應(yīng)力E為：8F2KC3=-F2-每組彈簧的最大工作載荷，F(xiàn)2=19.3NC-施繞比K-曲度系數(shù)若囁=45.556“4C-10.615K=+4C-4C3819.31.285.556=432N/mm3.1452

47、=432MPa<p=471MPa所以能滿足要求.取彈簧的有效圈數(shù)n=8,則n1=n=8計算彈簧剛度系數(shù)kk=Gd48D2nG-切變模量，G=78.5GPa=78.5漢03N/mm234k=78.5100.98538=6.44N/mm彈簧長度Ho為:Ho=(n+1)d+2(D2-d)=(8+1)>0.9+2X(5-0.9)=16.3mm4.6伺服電機(jī)的選用4.6.1 計算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量JrJr=JM+Jt1=Jm+Ji+(J2+Js+Jw)iJm-電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，Jm=1.06X0NmJt-折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量Ji-小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量d1BJi=32P-鋼的密度，P=

48、7.8X03Kg/m3d1-小齒輪分度圓直徑，d1=60mm=0.06mB-小齒輪齒寬，B=0.016m,3.147.81030.0640.016Ji=32=1.6¥0"kgm2,二Pd24BJ2=32d2-大齒輪分度圓直徑，d2=72mm=0.072mB-大齒輪分度圓直徑，B=0.016m3.147.81030.07240.016J2=32=3.29漢0“kgm2Js-滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量，D。4L總Js=32D0-滾珠絲桿副的名義直徑D0=35mm=0.035mL總-滾珠絲桿副的總長度，取L總=1371mm=1.371m34Js=3.147,8100.0351.37132

49、32=1.5710kgm2Jw-導(dǎo)軌以上移動部件的慣量，即工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量Jw=W2()2W2-縱向托板重量，W2=106kgft-滾珠絲桿的螺距，t=6mm=0.006mJw=106X00.0062_52I=9.710kgm12M3.14J1Jr=J|M+J1+2(Jz+Js+Jw)i_5_41_4_3_5、=1.08X0+1.610+rX(3.2910+1.57X0+9.7X0)1.22=1.56410“kgm24.6.2 計算電機(jī)轉(zhuǎn)矩1.快速空載啟動時負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mk為MK=Mamax+Mf+MoMamax-空載啟動時折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩（Nm）Mamax=Jrn電max9.

50、6TJr-折算到電機(jī)軸上的總慣量，Jr=1.56410-kgm2n電max電機(jī)最大轉(zhuǎn)速v:n電maxiv-空載快速進(jìn)給速度，v=2000mm/mint-滾珠絲桿的螺距，t=6mmi-傳動比,i=1.2_2000n電max=6X1.2=400r/min_3一一_1,54610400Mamax=9.60.15=0.429NmMf-折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩（NM）Mf=F0t2二iF0-導(dǎo)軌以上部分的質(zhì)量引起的靜摩擦,F0=47N”-傳動鏈的總效率.取"=0.85t-滾珠絲桿的螺距，t=6mm=0.006mi-傳動比，i=1.2一470.006Mf=23,140.851.2Nm)=0.04

51、68NmM0-由于絲桿預(yù)緊力引起的折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩（M0=Fplt1-022二iFpl-滾珠絲桿軸的預(yù)加載荷，F(xiàn)pi=57.2kgf=560Nn0-滾珠絲桿未預(yù)緊時的效率，»0=0.9495600.0062M0=1094923,140.851.2MK=Mamax+Mf+M0=0.429+0.0468+0.0522.最大切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩Mg為:Mg=Mat+Mf+M0+MtMf-折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，Mf=0.047NmM0-由于絲桿預(yù)緊引起的折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，Mo=0.052NmMat-切削時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩Mat=Jrnt9.6TJr-折算

52、到電機(jī)軸上的總慣量,Jr=1.54610，m2T-時間常數(shù)，T=0.15Snt-電機(jī)軸的工作轉(zhuǎn)速nt=nXi-傳動比，i=1.2n-絲桿工作轉(zhuǎn)速n333n=_mx=167r/min22nmax-絲桿最高轉(zhuǎn)速，nmax=333r/minnt=167X.2=200r/minMat=1.56410，2009.60.15=0.217r/minMt-折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mt=42二i"-傳動鏈總效率，取"=0.85t-滾珠絲桿的螺距，t=6mm=0.006mi-傳動比，i=1.2Px-縱向絲桿進(jìn)給力，PX=115kgf=1127N011270.006Mt=23.140.851

53、.2Mg=Mat+Mf+Mo+Mt=0.217+0.0468+0.052+1.056=1.37Nm對比快速空載啟動時負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mk=0.5278Nm和最大切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩Mg=1.37Nm,因為MgWK,由此得出電機(jī)的最大力矩應(yīng)為最大切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩Mg.4.6.3選擇伺服電機(jī)要求電機(jī)轉(zhuǎn)矩MqWg=1.37Nm選擇型號為SM80-042-30LFB,其參數(shù)如表4-2所示：表4-2伺服電機(jī)參數(shù)序號名稱數(shù)據(jù)單位1型號SM80-024-30LFB2額定功率0.75KW3額定轉(zhuǎn)矩2.4Nm4額定轉(zhuǎn)速3000Rpm5額定電流4.2A6轉(zhuǎn)子慣量_41.06102Kgm7機(jī)械時間常數(shù)0.95Ms8編碼器線數(shù)2500C/T（省線式）C/T9電機(jī)繞組插座繞組引線UVW插座編號234110編碼器插座信號5V0VA+