數(shù)控磨床的Y軸設(shè)計(jì)

1、三江學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 數(shù)控磨床Y軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_ _ 高等職業(yè)技術(shù) 院（系） 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化 專業(yè)學(xué)生姓名 錢明懷 學(xué)號(hào) G105152025_ 指導(dǎo)老師 沈仙法 職稱 講師_ 指導(dǎo)老師工作單位 三江學(xué)院_ 起訖日期 2013 年 12月 16號(hào)2013 年 4月 7號(hào)_ 摘 要機(jī)械制造中最常用的加工方法之一。隨著高速磨削和強(qiáng)力磨削工藝的發(fā)展，進(jìn)一步提高了磨削的效率。磨床因?yàn)榧庸び猛驹絹?lái)越廣而且在日常加工中容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而使得金屬切削機(jī)床使用范圍日益擴(kuò)大，所占的比重不斷上升，從而讓金屬切削機(jī)床在發(fā)達(dá)國(guó)家占了25%以上。本文介紹數(shù)控磨床Y軸結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它包括了進(jìn)給伺

2、服系統(tǒng)以及導(dǎo)軌和底座的設(shè)計(jì)。在目前的生產(chǎn)生活中它不僅能有效地增加生產(chǎn)效率而且還能減少勞動(dòng)時(shí)間，通過這種方式就能減少生產(chǎn)成本，所以在生產(chǎn)生活中大量的使用這種設(shè)備，是一種很好的減少成本的方式，因此磨床的研究從來(lái)都是很重要的任務(wù)，因?yàn)槟ゴ驳囊?guī)模化，在加工和設(shè)計(jì)者的面前，將會(huì)出現(xiàn)很多的難題，為了趕上先進(jìn)的生產(chǎn)水平，我們只能不斷的優(yōu)化加工設(shè)備。關(guān)鍵詞：磨削：機(jī)床：進(jìn)給伺服系統(tǒng)ABSTRACTOne of the most commonly usedmethod of processingmachinery manufacturing. With the development ofhigh speed

3、grindingandgrindingprocess,to further improve thegrindingefficiency.Grindingin machiningand easy to realizeautomation,thusgrindingapplicationsmore widely,the increasing scope of the use,in themetal cutting machine toolsaccounted forthe proportion rising,in the industrialdeveloped countriesaccounted

4、for more than25% ofmetalcutting machine tools.This paperintroduces thesystem of NCgrinder Yweekstructuredesign,it includes thefeed servosystem anddesignguideand base.To present in the industrialproduction more than he can not onlyreduce the machining process can effectively reduce the processingtime

5、,socan greatlyreduceprocessing cost,so it has goodreference value in theextensive use ofsuchequipment,and grinderresearch has beena veryimportant task,withthemore commongrinding machine,more and more difficult problemswill facein front ofthe designersand processors,wemust constantlyimprove theproces

6、sing facilitiesto catch up with theinternational industrylevel.Keywords：grinding;machine tool; servo system目錄第一章 概論1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展11.2 何謂數(shù)控機(jī)床11.3 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍11.4 數(shù)控機(jī)床的基本組成21.5 數(shù)控機(jī)床的分類21.6 數(shù)控機(jī)床的工作過程21.7 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)21.8 磨削概論31.9 數(shù)控磨床32.1提高Y軸的結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)52.3提高靈敏度63.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用73.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求73.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求83.5

7、給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型93.5.1 數(shù)控機(jī)床的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)93.5.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型103.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析103.6.1 時(shí)間響應(yīng)性103.6.2 頻率響應(yīng)特性103.6.3 穩(wěn)定性分析113.6.4 快速性分析113.6.5 伺服精度113.7.1. 選用伺服電動(dòng)機(jī)123.7.2選用交流伺服電機(jī)133.8 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)144.1 Y軸底座設(shè)計(jì)204.1.1 Y軸底座結(jié)構(gòu)的基本要求204.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)214.2.1對(duì)導(dǎo)軌的要求214.2.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌214.2.3 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌224.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)224.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)224.2.6導(dǎo)軌的材料2

8、35.1 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路245.2 越界報(bào)警24 三江學(xué)院2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 概論1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件加工質(zhì)量的要求越來(lái)越高。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和降低成本，要求機(jī)床不僅具有較好的通用性和靈活性，因此產(chǎn)生了數(shù)控機(jī)床。1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院勝利制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，使用脈動(dòng)乘法器的實(shí)驗(yàn)性數(shù)控體系，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上。那時(shí)用的電子元件是電子管，這就是世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。1959年，數(shù)控裝配中廣泛選用電子管和印刷電路板，從而跨入數(shù)控的第二代。1965年，涌現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，因

9、為它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性可以進(jìn)一步提升，之后數(shù)控發(fā)展到第三代。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上首次展出的數(shù)控系統(tǒng)選用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，這就是數(shù)控的第四代。1974年，涌現(xiàn)了第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC微處理機(jī)控制系統(tǒng)）。 我國(guó)是從1958年入手研制數(shù)控技能的，60年代針對(duì)壁錐、非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控機(jī)床。70年代針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的需求，生產(chǎn)了40多種數(shù)控機(jī)床。目前我國(guó)除具有設(shè)計(jì)與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機(jī)床還生產(chǎn)出了柔性制造系統(tǒng)。我國(guó)的機(jī)床數(shù)控技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)心的發(fā)展時(shí)期。預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的就愛你過來(lái)，我國(guó)將會(huì)趕上和超過世界先進(jìn)國(guó)家的水平。 1.2 何謂數(shù)控機(jī)

10、床 數(shù)控機(jī)床是一種微電子技術(shù)，歸納利用計(jì)算機(jī)科技、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)以及機(jī)床結(jié)構(gòu)制造方面的最新成果和發(fā)展高效的自動(dòng)化機(jī)床精度，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它是機(jī)械加工自動(dòng)化的核心設(shè)備。 1.3 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 應(yīng)用范圍：小批量（200 件以下）而又生產(chǎn)多次的零件在加工過程中必須進(jìn)行多種加工的零件幾何形狀復(fù)雜的零件切削余量大的零件必須控制公差（即公差范圍?。┑牧慵に囋O(shè)計(jì)經(jīng)常變化的零件加工過程中的錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件需要全部檢測(cè)的零件 1.4 數(shù)控機(jī)床的基本組成 如圖所示： 1.5 數(shù)控機(jī)床的分類 1.按工藝用途分類：數(shù)控磨床、數(shù)控銑床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等 2.按控制類型的方式分類

11、： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制數(shù)控機(jī)床（如：數(shù)控坐標(biāo)數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床）；直線控制的數(shù)控機(jī)床（如：加工中心、數(shù)控車床）；輪廓控制的數(shù)控機(jī)床（如：數(shù)控磨床） 3. 伺服系統(tǒng)類型分為三類：開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三類數(shù)控機(jī)床 次設(shè)計(jì)數(shù)控磨床屬于金屬切削，半閉環(huán)輪廓控制數(shù)控機(jī)床。 1.6 數(shù)控機(jī)床的工作過程 在上述工作過程中，數(shù)控機(jī)床用戶實(shí)現(xiàn)的主要工作是過程分析和數(shù)控編程的需求（手工編程，自動(dòng)編程，計(jì)算機(jī)輔助編程三種方法），并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的程序。 1.7 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床是一種高自動(dòng)化、高柔性的數(shù)控加工設(shè)備，所以有以下特點(diǎn)： （1）適應(yīng)范圍廣 （2）生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短（3）生產(chǎn)效率和加工精度高 （4）工序高度集中

12、（5）能完成復(fù)雜型面的加工 （6）技術(shù)含量高 1.8 磨削概論 砂輪等凝結(jié)的磨具進(jìn)行加工的過程就是磨削，是機(jī)械加工的重要方法。從而今掌握的先進(jìn)技術(shù)的情形來(lái)看，美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)度居于前沿。我國(guó)的磨削技術(shù)在開國(guó)后得到了很大的成長(zhǎng)，如今已門類比較完全。和其它加工方法相比，磨削具有以下特點(diǎn)：（1）獲得高精度（2）處理可以適用于各種材料的不同特性（3）可獲得較高的生產(chǎn)率（4）適應(yīng)性廣1.9 數(shù)控磨床 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床主要是對(duì)Y軸的床身結(jié)構(gòu)、工作臺(tái)、絲杠等機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。機(jī)械部分如下：1 、可以三軸聯(lián)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是數(shù)控磨床。 使用三軸聯(lián)動(dòng)來(lái)控制動(dòng)作砂輪與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過改

13、換不同的類型的砂輪來(lái)滿足各種不同的類型的外形尺寸的需求。能夠精確高效的完成平面內(nèi)各種繁雜弧線的零件的自動(dòng)加工。更能實(shí)現(xiàn)繁雜曲面的加工，且得到高的精度。數(shù)控加工無(wú)模具，可以保證加工精度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，具有很高的性能價(jià)格比。磨床是一個(gè)中型的磨具，適用于加工企業(yè)的模具，成型零件。 2、Y軸的基本參數(shù) 表1-1 Y軸參數(shù)名稱參數(shù)工作臺(tái)寬度長(zhǎng)度420mm300mm工作臺(tái)Y軸行程300mmY軸快速移動(dòng)速度都為10m/minY軸電機(jī)70SL5A2交流伺服電機(jī)3、機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)圖及說(shuō)明 進(jìn)給傳動(dòng)圖參看傳動(dòng)系統(tǒng)圖。Y軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)如圖所示。滾珠絲杠由電壓調(diào)速交流伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，無(wú)級(jí)調(diào)速，功率為1.

14、4kw。Y軸的進(jìn)給速度均為1400mm/min?？煲扑俣榷紴?0m/min。由數(shù)控指令經(jīng)由計(jì)算機(jī)調(diào)動(dòng)伺服電機(jī)，任意兩個(gè)軸都可聯(lián)動(dòng)。 圖1-2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖第二章 Y軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的磨床的Y軸結(jié)構(gòu)包括:系統(tǒng)設(shè)計(jì)(程序段格式設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、數(shù)控裝置的功能設(shè)計(jì)、元件和部件設(shè)計(jì));邏輯設(shè)計(jì)(控制器設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)和運(yùn)算器設(shè)計(jì))。普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的功能設(shè)計(jì)之間有很大的區(qū)別.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠總結(jié)為以下幾個(gè)方面: (1)具備很大的切削功率、高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛度以及良好的抗振性能； (2)具備幾何精度高、定位精度高、傳動(dòng)精度高和良好的熱穩(wěn)定性； (3)具有自動(dòng)化輔助操作的結(jié)構(gòu)組件的實(shí)現(xiàn)。 2.1提高

15、Y軸的結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì) 機(jī)床的剛度是指切削力和其余力作用下,抵擋變形的能力.我設(shè)計(jì)的磨床需要靜剛度較高和動(dòng)剛度較高。 磨床在磨削過程當(dāng)中，在磨削過程中的磨削，運(yùn)動(dòng)部件和零件加工質(zhì)量的靜承載力；動(dòng)態(tài)軸承的摩擦阻力，在切削力，慣性力。機(jī)床結(jié)構(gòu)件會(huì)變形，在這些力的作用下，使工件的加工誤差。為了使機(jī)床實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度高，獲得合格的工件，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要：1.構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式的選擇 (1)選擇截面的形狀和尺寸相同的截面形狀，同時(shí)保持相同的橫截面面積，應(yīng)減少臂粗，增加剖面，使機(jī)床床身支承構(gòu)件制成的腔。方形截面的抗扭剛度比圓形的要小，圓形截面的抗彎剛度要比方形的要小，因此軸等承受扭轉(zhuǎn)載荷的零件必要做成圓形，床

16、身等承受的彎曲載荷的部件必要做成方形。不封閉式截面的剛度比封閉式截面的剛度小的多，于是采用封閉式床身。 (2)構(gòu)件的局部剛度 引導(dǎo)和支持磨床連接構(gòu)件的剛度，是最弱的部分，于是聯(lián)接方式對(duì)局部剛度有很大的影響。在我的設(shè)計(jì)中， X軸導(dǎo)軌較，所以用雙臂聯(lián)接，用于改善局部剛度。 (3)采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件機(jī)床的所有支承件用鋼板和型鋼焊接而成，減小了質(zhì)量和提升剛度等明顯特點(diǎn)。 使用鋼板和型鋼而不使用鑄件： 鋼的彈性模量?jī)杀队谑氰T鐵，如果外形和輪廓尺寸相同情況下，需要焊接件剛度和鑄件的剛度也必須相同，鋼板和型剛的焊接件壁厚需求鑄件的一半就可以滿足要求。 只要局部地方的剛度相同，只需局部剛度和臂厚的三次方成正比

17、，鋼板和型剛的焊接件的臂厚只要鑄件的百分之80左右。 鋼能夠增加構(gòu)件的諧振頻率，不易發(fā)生共振。 鋼板焊接能將其做成全封閉箱，提高剛度。2.2提高Y軸底座的抗振性的措施 機(jī)床的抗振性是為了抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)這兩種振動(dòng)。 改善和提高抗振性能應(yīng)該有以下幾點(diǎn)： 1、縮小底座里面的振源 裝配在一起的旋轉(zhuǎn)部件，應(yīng)當(dāng)確保同軸，并且去除傳動(dòng)間隙，使用平衡裝置和降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的重量，以消減可能的激振力，裝在底座上的電機(jī)需隔振安裝。 2、提高靜態(tài)剛度 提高靜態(tài)剛度從而提高零件或系統(tǒng)的諧振頻率，可以避免發(fā)生共振。但如果提高靜態(tài)剛度而引起了構(gòu)件質(zhì)量的加多，會(huì)使共振頻率發(fā)生騙移，這是不利于設(shè)計(jì)的。因此，重點(diǎn)應(yīng)放在提

18、高單位質(zhì)量的個(gè)剛度。 2.3提高靈敏度 該數(shù)控磨床Y軸經(jīng)過數(shù)字信息來(lái)控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它需要在相當(dāng)大的進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能夠達(dá)到比較高的精度，是以運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)當(dāng)具備較高的靈敏度。導(dǎo)軌部分使用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌，以減少摩擦力讓其在低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。工作臺(tái)的移動(dòng)使用支流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠傳動(dòng)，消減了進(jìn)給系統(tǒng)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩，使得運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性提高了。 第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用 伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖或者進(jìn)給位移量，并把它變更成模擬量 ( 如電壓、轉(zhuǎn)角、相位等)，經(jīng)功率放大后從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，使工作臺(tái)依照精確的定位或根據(jù)規(guī)定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而能加

19、工出合適于精度要求的零件。因此，伺服系統(tǒng)的性能也是決定數(shù)控機(jī)床的加工精度、加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)率和機(jī)床的可靠性的關(guān)鍵之一。 3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 3.2.1 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求 帶有數(shù)字顯示的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)不光是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)主要組成部分，同樣也是數(shù)控機(jī)床與一般機(jī)床不同的一個(gè)特殊機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床對(duì)于進(jìn)給系統(tǒng)的性能指標(biāo)可分為：定位精度高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快速；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。 1、穩(wěn)定性 穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量的變化、啟動(dòng)狀態(tài)或外界不穩(wěn)定作用下，其輸出量經(jīng)由幾次衰減振蕩后，能快速地穩(wěn)定在新的或原有的穩(wěn)定狀態(tài)下。它是伺服系統(tǒng)可以舉行正常工作的基本條件。它

20、蘊(yùn)含絕對(duì)穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼和系統(tǒng)增益都有相關(guān)。得當(dāng)采取系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)（主要的有阻尼、剛度、諧振頻率以及失動(dòng)量等）和電氣數(shù)據(jù)，從而使它們擁有最佳互配，是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的之一。 2、精度 所謂進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精確度就是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)線輸入量的切確程度，也就是準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程中呈現(xiàn)出的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結(jié)束后所存在的偏差；靜態(tài)誤差，也就是元件誤差和干擾誤差。 3、快速響應(yīng)特性 所謂的快速響應(yīng)系統(tǒng)是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的反應(yīng)速度及瞬態(tài)過程停止的迅速程度。它包括系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，加速傳動(dòng)裝置的能力。該系統(tǒng)直接影響機(jī)床的加工

21、精度和生產(chǎn)率。使該系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快，從而讓加工效率越高，軌跡和精度更高。但響應(yīng)速度過快會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)，嚴(yán)重的會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應(yīng)該選擇合適的快速響應(yīng)特性。 該數(shù)控磨床Y軸使用輪廓控制，因此要求高的定位精度外，還要求很好的快速性同時(shí)還有形成輪廓的各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)能力的一致性。該數(shù)控磨床使用的是閉環(huán)控制型式，對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)主要是穩(wěn)定性問題。 3.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 機(jī)床的位置調(diào)節(jié)會(huì)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)該： 1. 能夠克服摩擦力和負(fù)載： （1）很小的進(jìn)給位移量； （2）高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； （3）足夠的調(diào)速范圍。 2. 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)沒

22、有爬行現(xiàn)象。 3. 在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有： (1) 具有良好的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而完成啟動(dòng)制動(dòng)過程； (2) 具有良好的動(dòng)態(tài)特性來(lái)保證高精度和良好的表面質(zhì)量的軌跡(3) 負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能的小； 4. 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)要求有： (1) 被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有小的慣量；(2) 高的剛度；(3) 良好的阻尼；(4) 傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙方面盡可能小的非線性。3.3進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成圖3-1 伺服系統(tǒng)的組成3.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分類按控制方式不同分為開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng).該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床Y軸采用閉環(huán)系統(tǒng)。 a) 采用閉環(huán)系統(tǒng)的原因： 1 . 安裝在桌子上

23、的閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)裝置，由于閉環(huán)系統(tǒng)可以自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，控制精度高（0.0010.003mm）快速的性能，但成本高，而該數(shù)控磨床要求進(jìn)給精度為 0.001 mm，為了滿足設(shè)計(jì)要求，采用閉環(huán)系統(tǒng)。2.開環(huán)系統(tǒng)雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低，但是沒有位置反饋環(huán)節(jié)，會(huì)使得定位誤差不能調(diào)節(jié)，其控制精度（0.01mm 0.02 mm）和快速性不好。無(wú)法滿足該數(shù)控磨床的要求,所以不采用開環(huán)系統(tǒng). 3. 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)裝置安裝在滾珠絲杠軸和電機(jī)軸其中一端。因?yàn)闄z測(cè)元件檢測(cè)的反饋信號(hào)不包括從絲杠軸到工作臺(tái)間傳動(dòng)鏈的誤差，是以這部分誤差無(wú)法到自動(dòng)補(bǔ)償，精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低，同時(shí)也不滿足該數(shù)控磨床的要求，所

24、以不采用半閉環(huán)系統(tǒng)。 b) 閉環(huán)系統(tǒng)的組成原理 機(jī)床數(shù)控裝置中產(chǎn)生的指令信號(hào)和工作臺(tái)末端測(cè)量得到的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，按照其差值持續(xù)控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直到差值在誤差容許的范疇之內(nèi)為止。采用閉環(huán)系統(tǒng)控制可以消除因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件制造中存在的精度誤差從而給工件帶來(lái)的影響，因此得到很高的加工精度。個(gè)部分的關(guān)系如下圖所示： 圖3-2 閉環(huán)系統(tǒng)的組成原理3.5給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3.5.1 數(shù)控機(jī)床的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的位置調(diào)節(jié)技術(shù)保證被零件加工的尺寸精度和形狀精度。其位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示： 輸入?yún)?shù)的產(chǎn)生和位置調(diào)節(jié)器的功能可用計(jì)算機(jī)完成,從而構(gòu)成一個(gè)數(shù)字位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件可以是電氣

25、的或是液壓的,分別稱為電氣驅(qū)動(dòng)部件和液壓驅(qū)動(dòng)部件。該數(shù)控磨床Y軸使用電氣驅(qū)動(dòng)，包括了從定值的輸入到電機(jī)的輸出。從電機(jī)的輸出通過機(jī)械傳動(dòng)到工作臺(tái)，這稱之為機(jī)械傳動(dòng)部件。 3.5.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型 在位置環(huán)的調(diào)節(jié)上有模擬式和數(shù)字式，或者說(shuō)有連續(xù)控制方式和離散控制方式。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為調(diào)節(jié)器，根據(jù)采樣模式工作的，屬于離散控制方式。這種系統(tǒng)精度高，動(dòng)態(tài)性能高，可充分使用計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算功能和保存功能，使得進(jìn)給伺服系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于最好工作狀態(tài)。另外，因?yàn)橛?jì)算機(jī)作為調(diào)節(jié)器，是以調(diào)節(jié)系統(tǒng)擁有很大柔性。 3.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 3.6.1 時(shí)間響應(yīng)性 進(jìn)給伺服系

26、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)不同的描述方法，分為時(shí)間和頻率響應(yīng)特性時(shí)間響應(yīng)特性是反映系統(tǒng)對(duì)迅速變化的指令是否可以迅速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩個(gè)部分組成。該系統(tǒng)包含多個(gè)儲(chǔ)能元件，所以當(dāng)輸入量傳輸?shù)较到y(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)輸出不能立刻按照輸入量的變化，要在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之前體現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過程（或叫過度過程）。穩(wěn)定響應(yīng)是指加入時(shí)間t趨向無(wú)窮大時(shí)系統(tǒng)的輸出狀況。如果在穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出與輸入無(wú)法完全一致，那么就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性不但決定于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能（如一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)就不同），并且也決定于輸入信號(hào)的種類，且隨加工目標(biāo)的不同和切削用量的不同而轉(zhuǎn)變。尤其考慮到啟動(dòng)、停車、正反方向等控制情況，各坐

27、標(biāo)軸速度信號(hào)的變化極為復(fù)雜。 3.6.2 頻率響應(yīng)特性 時(shí)間響應(yīng)特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，即在已知傳遞函數(shù)的情況下，從系統(tǒng)在節(jié)躍輸入及斜坡輸入期間響應(yīng)速度及振蕩過程的狀況中來(lái)獲得動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。但是在許多情況下，傳遞函數(shù)模糊，所以只能通過實(shí)驗(yàn)方法獲得動(dòng)態(tài)特性的。所謂頻率響應(yīng)特性，便是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的反映，即它是通過考慮系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)響應(yīng)的規(guī)律來(lái)獲得它的動(dòng)態(tài)特性。由于頻率特性和傳遞函數(shù)有著密切的關(guān)系，所以在工程中的應(yīng)用越來(lái)越多?？梢詮念l率響應(yīng)數(shù)據(jù)擬合成傳遞函數(shù)從而建立數(shù)學(xué)模型。 3.6.3 穩(wěn)定性分析 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求是工作的穩(wěn)定性。只有穩(wěn)定的工作才能進(jìn)一步探

28、討性能指標(biāo)。系統(tǒng)的穩(wěn)定受多種因素的影響，其中包括機(jī)械傳動(dòng)部件的慣性、阻尼、剛性和傳動(dòng)比。為考察機(jī)械傳動(dòng)部件的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，根據(jù)穩(wěn)定判斷式編制計(jì)算程序。 3.6.4 快速性分析 所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量。 解釋系統(tǒng)快速性的方法不少，有直接求解法、間接評(píng)價(jià)法以及計(jì)算機(jī)模擬法等。直接求解法較為麻煩，且難以得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)于瞬態(tài)質(zhì)量的影響規(guī)律；計(jì)算機(jī)仿真十分簡(jiǎn)便，而且還能適用于復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、多變量系統(tǒng)以及非線性系統(tǒng)等某些難以得到數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，但是它需要一套軟件以及上機(jī)條件。間接評(píng)價(jià)法，方法比較簡(jiǎn)單，而且能明顯地看到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及參數(shù)對(duì)于瞬態(tài)質(zhì)量

29、的影響，所以廣泛地運(yùn)用在系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)。 關(guān)于線性進(jìn)給伺服系統(tǒng)，因?yàn)樗鞣N電路、機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置以及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)都有時(shí)間常數(shù)，對(duì)于高頻信號(hào)不能及時(shí)反應(yīng)，僅僅是一個(gè)低通濾波器。這類系統(tǒng)的通頻帶寬，對(duì)高頻信息響應(yīng)速度快，是以從開環(huán)頻率特性圖看，應(yīng)該要提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。 為了使得進(jìn)給伺服系統(tǒng)擁有良好的伺服性能（穩(wěn)定、快速），外國(guó)文獻(xiàn)對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)部件要求很高的諧振頻率，但是對(duì)于這些數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行理論分析。有的作者認(rèn)為：在電氣伺服系統(tǒng)中，可控硅電源和支流馬達(dá)特性引發(fā)的諧振是使得伺服系統(tǒng)性能限制的因素。但是實(shí)際上由于機(jī)械傳動(dòng)部件不是剛性，常常達(dá)不到很高的諧振頻率，而且阻尼又低，很可能因此

30、成為提高伺服性能的限制因素。 3.6.5 伺服精度 伺服精度的大小用誤差的大小來(lái)平衡，常講的伺服誤差是伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的指令位置和實(shí)際位置的差，它反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)質(zhì)量。 理想的伺服系統(tǒng)是在任何時(shí)刻輸出和輸入都是同步的，沒有誤差，然而這是不可能的。形成不同步的原因有很多，系統(tǒng)因?yàn)楸旧韯?dòng)態(tài)特性，外加負(fù)載以及內(nèi)部擾動(dòng)等等都可能造成實(shí)際位置與指令位置的偏移。 想要求出伺服誤差，一定要分別求出系統(tǒng)在輸入信號(hào)以及外加負(fù)載等等信號(hào)的共同作用下發(fā)生的輸出響應(yīng)，而后按照線性系統(tǒng)的疊加原理將所有的響應(yīng)疊加起來(lái)從而知道實(shí)際位置，然后用指令位置減去實(shí)際位置就能得到伺服誤差。 要算出進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服誤差的計(jì)算表達(dá)式。要討論

31、以下幾個(gè)重要概念： (1) 速度誤差 由斜坡信號(hào)輸入產(chǎn)生的伺服誤差成為速度誤差。它實(shí)際上表示在一定的進(jìn)速度下，系統(tǒng)指令位置與實(shí)際位置的偏差。 (2) 伺服靜剛度伺服靜剛度是指在外負(fù)載恒定的時(shí)候，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)阻止位置誤差的能力，也就是說(shuō)伺服馬達(dá)為了消除位置偏差從而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩（或力）和位置偏差之比。 3.7 驅(qū)動(dòng)元件的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)裝置選用交流伺服電動(dòng)機(jī)。 3.7.1. 選用伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電機(jī)最大的特點(diǎn)是可控。在有控制信號(hào)輸入時(shí)，伺服電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)；沒有信號(hào)輸入時(shí)，則停止轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)變控制電壓的大小和相位，就可以靠此轉(zhuǎn)變伺服電機(jī)的速度和方向。 服電機(jī)與普通的電機(jī)相比具有以下特點(diǎn)： （1）調(diào)速范圍大。服電機(jī)的

32、轉(zhuǎn)動(dòng)速度隨著控制電壓改變，從而能夠在寬廣的范圍內(nèi)不斷調(diào)節(jié)。 （2）轉(zhuǎn)子的慣性小。從而能夠?qū)崿F(xiàn)迅速啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)。 （3）控制功率小，過載能力大，可靠性高。 傳動(dòng)生產(chǎn)所使用的傳動(dòng)電機(jī)一般用來(lái)完成能量的轉(zhuǎn)換,要有較高的力能指標(biāo)(比如效率以及功率因數(shù)率),然而控制電機(jī)則是主要為了完成控制信號(hào)的傳遞與變換,所以要求它們性能穩(wěn)定可靠、動(dòng)作靈敏、體積小、精度高、耗電少、重量輕。所以這是該數(shù)控磨床的電動(dòng)機(jī)要求，因此，選用伺服電機(jī)。 3.7.2選用交流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī)可靠性較好,基本上用不著維護(hù),價(jià)格低,而且機(jī)電時(shí)間常數(shù)小。因?yàn)樵摯卧O(shè)計(jì)的數(shù)控磨床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是隨動(dòng)系統(tǒng)，要求電動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)小，啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)頻

33、率高。所以交流伺服電機(jī)滿足要求。由于直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電刷以及換向器要經(jīng)常維護(hù)；由于電刷與換向器間的接觸產(chǎn)生火花，造成無(wú)線電干擾；由于磁滯回線的影響增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。因此選用交流伺服電機(jī)。 1.電機(jī)轉(zhuǎn)速 nM v/h sp =10000/10=1000r/min 取電機(jī)轉(zhuǎn)速為nM=1500r/min 2.靜態(tài)轉(zhuǎn)矩M st M st = MR +MMC +MZ （1）摩擦力矩 導(dǎo)軌摩擦 FR =fvmw+mTg+FVT=0.06(200+400)9.8+1476 =441.4N fv 摩擦系數(shù)0.06; mw 工件質(zhì)量; mT 工作臺(tái)質(zhì)量; g重力加速度; FVT 垂直于導(dǎo)軌的切削力。

34、折算到滾珠絲杠上的摩擦力矩M RSP 為： MRSP=FRhsp2=702.8N絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)摩擦 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的摩擦耗損可通過傳動(dòng)效率sp 來(lái)表示 SP=11+0.02dsphsp=0.94dsp滾珠絲杠直徑32mm hsp滾珠絲杠導(dǎo)程10mm將以上各種摩擦力矩綜合起來(lái)，得到折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩MR ，對(duì)于絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)：MR=fvmw+mTg+FVThsp2sp=702.8/0.94=747.7N（2）切削力矩MMC=FMChsp2sp=15001023.140.94=2500（3）重力矩 由于工作臺(tái)水平，不會(huì)引起轉(zhuǎn)矩，所以不需要計(jì)算MZ 通過以上計(jì)算可知 Mst=MR+MMC+MZ=74

35、7.7+2500.=3247.7Nmm 有轉(zhuǎn)速和計(jì)算出的靜力矩，可以利用伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖來(lái)選擇電機(jī)。結(jié)果如下： 型號(hào)：70SL5A2勵(lì)磁電壓：220v控制電壓：220v額定轉(zhuǎn)速：1500r/min最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)炬：1800gcm空載轉(zhuǎn)速：2700r/min時(shí)間常數(shù)：0.015S重量：2000g 3.8 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 一臺(tái)機(jī)床所具備的加工精度、工件表面粗糙度以及生產(chǎn)率是有電氣驅(qū)動(dòng)部件和機(jī)械傳動(dòng)部件的好壞來(lái)決定的。機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)好壞對(duì)于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能影響非常大。另外，要求伺服電機(jī)速度環(huán)的動(dòng)特性與機(jī)械部分動(dòng)特性互相協(xié)調(diào)。通過調(diào)節(jié)技術(shù)可以使得這兩部分實(shí)現(xiàn)很好的匹配。 對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是

36、穩(wěn)定性的問題。 滾珠絲杠主要是要承受軸向載荷,所以除絲杠自重外,一般沒有徑向載荷,所此,滾珠絲杠副的軸向精度以及剛度要高。而且進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要靈活，對(duì)于細(xì)小的位移響應(yīng)要快速，所以，軸承的摩擦力矩盡量的要小。滾珠絲杠轉(zhuǎn)速不高，而且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短，所以，發(fā)熱不是問題。 軸承采用60 O 接觸角推力角接觸球軸承,其特點(diǎn)如下： 接觸角大，保持架是用增強(qiáng)尼龍注塑成型的。臂薄，所以可容下較多的鋼球，因此軸向承載能力較大，剛度大。 能承受軸向和徑向載荷，可以簡(jiǎn)化軸承支座結(jié)構(gòu)。 根據(jù)載荷情況可以進(jìn)行組合。 啟動(dòng)摩擦力矩小，從而降低滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)功率，進(jìn)而提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。 該數(shù)控磨床的機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)方

37、案，采用交流伺服電機(jī)與滾珠絲杠直接相聯(lián)的裝置圖3-3 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)圖1 交流伺服電機(jī) 2.十字滑塊聯(lián)軸器 3.滾珠絲杠 4.螺母和螺母座 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算:已知數(shù)據(jù):工作臺(tái)重量: m1=400Kg工件最大重量: m2=200Kg工作臺(tái)最大行程: L=300mm工作臺(tái)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù): =0.06絲杠副的壽命:Lh=10a 工作的可靠性: 96%切削方式和定位精度: 磨削(輪廓控制),定位精度0.01/300mm絲杠兩端是固定支承,每個(gè)支座要安裝兩個(gè)60 O 接觸角推力角接觸球軸承,要背靠背安裝,并且進(jìn)行預(yù)拉伸。表3-1 磨削參數(shù)磨削方式縱向切削力Fa/N速度V/m.min1時(shí)間比例q%強(qiáng)力磨

38、削2000 0.6 15 一般磨削10000.830 精密磨削500 1 50 快速移動(dòng)0 10 5 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟: 1. 絲杠載荷: 導(dǎo)軌摩擦力Fu=(m1+m2)g=0.06(400+200)X9.8 =0.06(400+200)X9.8=353N 強(qiáng)力磨削時(shí)載荷Famax=2000+353=2353N 一般磨削是載荷Fa=1000+353=1353N 精密磨削時(shí)載荷Fa=500+353=853N 快速移動(dòng)時(shí)載荷Fa=0+353=353N 2. 電機(jī)轉(zhuǎn)速(最大) nmax=1500N 絲杠最大轉(zhuǎn)速nm=1000 r/min 強(qiáng)力磨削n1=60 r/min 一般磨削n2=80 r/min 精

39、密磨削n3=100 r/min 3. 絲杠導(dǎo)程 Ph 4. 工作臺(tái)最大速度: Vmax=10m/min=101000=10000mm/min Ph=Vmaxn=10000/1000=10 mm 5. 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm nm= n1q1/100+ n2q2/100+= 6015/100+8030/100+10050/100+20 3F13n1nmq1100+F23n1nmq2100+ =183r/min5.當(dāng)量負(fù)荷Fm=388156969+446943875+233327247+16536458=706N 6.初選滾珠絲杠 (1)計(jì)算動(dòng)負(fù)荷Caj=KhFm/Knf=3.9706/0.560.385

40、=12770N (2)要求壽命Lh 壽命Lh=300(日)0.6(開機(jī)率)16(h)10（年）=28800h 由壽命系數(shù) Kh=Lh50013=3.9 轉(zhuǎn)速系數(shù) kn=33.3nm13=0.56(3)綜合系數(shù) 影響滾珠絲杠副壽命的綜合系數(shù): ftfhfafkfu=0.8110.531.1=0.385(4)滾珠絲杠副 CMD3210-2.5 額定動(dòng)負(fù)荷Ca=25909NCaj=12770N 預(yù)緊力Fo=0.25Ca=6477N1/3Fmax=2353/3=784N 可見初選的滾珠絲杠符合設(shè)計(jì)要求。 7. 絲杠螺紋部分長(zhǎng)度 Lu Lu=工作臺(tái)最大行程(300)+螺母長(zhǎng)度(129)+兩端余程Lu=3

41、00+129+252=479mm8.支承距離 L 支承距離LLu=479mm 因此取L=700m9.臨界轉(zhuǎn)速校核 (1)絲杠底徑d2=d0-1.2Dw=32-1.26.35=24.4mm=0.0244m取25mm (2)支承方式系數(shù) 查表 f2=4.73 (兩端固定) (3)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度Lc=129/2+300+(700-479)/2+40=500mm=0.5m 臨界轉(zhuǎn)速nc=9900f22d2Le2=99004.7320.02440.52=21617r/min 可見ncnma 所以符合要求10.壓桿穩(wěn)定校核 兩端固定支承,所以絲杠不受壓縮,不必校核穩(wěn)定性。11.預(yù)拉伸計(jì)算 設(shè)溫升為 3.

42、5 0 C (1)溫升引起的伸長(zhǎng)量t =tlu =11106 3.50.59=22um (2)絲杠全長(zhǎng)伸長(zhǎng)量tz =11106 3.50.7=27um (3)預(yù)緊力 Ft=510-640.024420.5092.11011=459N12.軸承選擇 (1)軸端結(jié)構(gòu) 采用E型和F型 (并排)軸端 (2)軸承型號(hào)主要尺寸和參數(shù) 軸承型號(hào)為7602020TVP 查表 得:d=20mm D=47mm B=14mm Z=15 Dw=5.953 Ca=19600N (3)預(yù)緊力確定 預(yù)緊力Fo=2300N 軸承的最大軸向載F max=Ft+Fmax/2=459+2353/2=1636N 由于FoF max/

43、3=1636/3=545N 所以,符合要求. (1) 疲勞壽命計(jì)算 KhKnF=3.110.56459由軸承動(dòng)負(fù)荷計(jì)算公式來(lái)校核得 C=2549N 因?yàn)檫M(jìn)給方向是可變的，負(fù)荷可能是（Ft+Fm/2）與（Ft-Fm/2），兩者機(jī)會(huì)相等，取平均值F=459NKn=0.56 取 Lh=1500h 則 Kh=3.11初選 7602020TVP 參數(shù)如下：d=20mm D=47mm B=14mmDw=5.953 Ca=19600N Fo=2300N可見 額定動(dòng)負(fù)荷Ca=19600計(jì)算動(dòng)負(fù)荷C=2549所以，軸承滿足壽命要求。13.定位精度校核 (1)絲杠在拉壓載荷下所產(chǎn)生的最大彈性位移s max=FL4

44、AE=1.3F440.024422.11011106=0.0033F 快速移動(dòng)時(shí)F=353N , s max =1.2um 強(qiáng)力,磨削時(shí)F=2353N , s max =7.8um 精密磨削時(shí)F=853N , s max =2.8um (2)絲杠與螺母間的接觸變形c 查表得CMD3210-2.5滾珠絲杠到螺母的接觸剛度 Kc=955N/um 所以得: 快速移動(dòng)時(shí)c = 353/955=0.37um 強(qiáng)力磨削時(shí)c =2353/955=2.5um 精密磨削時(shí)c =853/955=0.89um (3)軸承的接觸變形B 角接觸軸承的軸向剛度為246N，所以 快速移動(dòng)時(shí)B=353/246=1.4um；

45、強(qiáng)力磨削時(shí)B=2353/246=9.1um； 精密磨削時(shí)B=853/246=3.5um (4)絲杠系統(tǒng)的總位移 =s max+c+B 快速移動(dòng)時(shí)=1.2+0.37+1.4=2.97um 強(qiáng)力,磨削時(shí)=7.8+2.5+9.6=19.9um 精密磨削時(shí)=2.8+0.89+3.5=7.19um (5)定位精度 s max 發(fā)生在螺母在絲杠中間時(shí), c 和B與螺母的位置沒有關(guān)。因此以上求得的位移都是/650mm。查表得到絲杠精度等級(jí)是1級(jí)，任意300mm 的行程公差是 6 um。再加上快移時(shí)候的總位移2.97um。滿足輪廓控制定位精度0.01/300mm的條件。同理分析，可以滿足精密磨削的定位精度0.

46、02/300mm的要求。強(qiáng)力磨削時(shí)，可以滿足粗加工要求。 通過上面的分析計(jì)算，可以知到該滾珠絲杠符合定位精度要求。 計(jì)算結(jié)果: Y向滾珠絲杠副型號(hào)：CMD3210-2.5-1/760479 CMD型外插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副: 公稱直徑32mm,基本導(dǎo)程10mm,循環(huán)圈數(shù)(列數(shù)圈數(shù)) 12.5 Y軸 兩端支承均為E、F型 軸承型號(hào)均為 7602020TVP 60度接觸角推力角接觸球軸承 圖3-4 絲杠三維模型第四章 底座與導(dǎo)軌4.1 Y軸底座設(shè)計(jì) 4.1.1 Y軸底座結(jié)構(gòu)的基本要求 底座是整個(gè)Y軸的基礎(chǔ)支承件,一般都是用來(lái)放置導(dǎo)軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高生產(chǎn)率、高可靠性

47、、高精度和高自動(dòng)化的要求，同時(shí)與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床要有更高的靜、動(dòng)剛度，以及好的抗振性。底座主要在五個(gè)方面提出了要求。1.很高的精度和精度持久性 在底座上有不少安裝部件的加工面和活動(dòng)部件的導(dǎo)軌面,這些面自身的精度以及相互位置精度要求都非常高,并且要能長(zhǎng)時(shí)間保持.此外,機(jī)床在切削加工時(shí),全部動(dòng)、靜載荷最終往往都傳到底座上，是以，底座上的受力非常復(fù)雜。為此，為確保零部件之間的相互位置或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，除了滿足幾何尺寸位置精度以外，還要滿足靜、動(dòng)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性等等方面的技術(shù)要求。2.應(yīng)具備足夠的靜、動(dòng)剛度 靜剛度 包含：底座的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度以及接觸剛度，都是要采取相應(yīng)的措施，最終

48、達(dá)到有較高的剛度質(zhì)量比。 3.動(dòng)剛度直接反映底座的運(yùn)動(dòng)特性，為了確保底座在交變載荷作用下?lián)碛休^高的抵御變形的能力和抵擋受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力，同時(shí)可以通過適當(dāng)增加阻尼，提高固有頻率等等措施減少共振和因薄臂振動(dòng)而產(chǎn)身的噪聲。4.較好的熱穩(wěn)定性 對(duì)機(jī)床來(lái)講，高精度數(shù)控機(jī)床的熱穩(wěn)定性已成為一個(gè)突出的問題，一定要在設(shè)計(jì)上要使整機(jī)的熱變形減小，或者使熱變形對(duì)于加工精度的影響減小。 5.高的強(qiáng)度和耐磨性 每每底座在抵御外負(fù)載荷而沒有超過允許的變形情況下，都是擁有足夠的強(qiáng)度?？墒?，關(guān)于外負(fù)載荷比較大而且變形要求不大的部位，仍然要注意其強(qiáng)度的情況。至于底座與活動(dòng)部件相觸的部位，即導(dǎo)軌處，要求有優(yōu)秀的耐磨性。

49、 圖4-1 Y軸底座三維圖4.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 4.2.1對(duì)導(dǎo)軌的要求 對(duì)導(dǎo)軌的要求,納起來(lái)有下列幾點(diǎn): 1.要有一定的導(dǎo)向精度 2.要有良好的耐磨性 3.要有足夠的剛度 4.要減少熱變形影響 5.要使運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn) 6.要有一定的工藝性 4.2.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌 導(dǎo)軌按照接觸面的摩擦情況而言.可分為:滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等三大類型。該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床Y軸采用滑動(dòng)導(dǎo)軌。 滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便，承載面積大，接觸剛度好，抗振性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)導(dǎo)軌通常用于定位精度不高的開環(huán)系統(tǒng)中，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，所以有了反饋系統(tǒng)，導(dǎo)軌的定位精度，因?yàn)檎`差進(jìn)行補(bǔ)償從而不受影響，所以采用滑動(dòng)導(dǎo)

50、軌。 4.2.3 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，接觸剛度大的好處。但是傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)會(huì)發(fā)生爬行現(xiàn)象。所此，使用新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。 本次設(shè)計(jì)采用的塑料導(dǎo)軌是聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。 1. 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn) 摩擦性好:鑄鐵淬火導(dǎo)軌副的靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)相差較大,幾乎是相差一倍.但是金屬聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的靜與動(dòng)摩擦系數(shù)一般不變。所以這種良好的摩擦性能可以減少低速爬行，從而使得運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并且得到較高的定位精度。 耐磨性好：摩擦系數(shù)低外，聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材質(zhì)中擁有有青二硫化鉬和石墨，因此，本身即擁有潤(rùn)滑作用，對(duì)于潤(rùn)滑油的供油量要求低

51、，所以使用間歇式供油即可。另外，塑料質(zhì)地較軟，即使是嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不會(huì)損傷金屬導(dǎo)軌面以及軟帶本身，同時(shí)可以延長(zhǎng)導(dǎo)軌副的使用壽命。 減振性好：塑料的阻尼性較高，其減振消聲的機(jī)能對(duì)提高磨擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有較高的意義。 工藝性好：可降低對(duì)粘貼塑料的金屬導(dǎo)軌基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且由于塑料容易加工，從而使得導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。 同時(shí)，還有化學(xué)穩(wěn)定性高，維修方便，經(jīng)濟(jì)性好等好處。 2. 導(dǎo)軌軟帶使用工藝 最初將導(dǎo)軌粘貼表面加工到表面粗糙度Ra3.21.6，有時(shí)為了達(dá)到定位作用，導(dǎo)軌粘貼面要加工成0.5mm到1mm深的凹槽.使用汽油和金屬清洗或者丙酮清洗導(dǎo)軌粘貼面,然后用膠粘劑粘合導(dǎo)軌軟帶,加壓初固化12h后再合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌上施加一定的壓力,并在室溫固化 24 h,取下去除余膠,即可開油槽以及進(jìn)行精加工,因?yàn)檫@類導(dǎo)軌使用了粘貼方法,一般稱為“貼塑導(dǎo)軌”。 4.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) Y方向使用V形導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌導(dǎo)向精度較高，導(dǎo)軌磨損后可以靠自重下沉自動(dòng)補(bǔ)償。同時(shí)下導(dǎo)軌采用凹型的，也能便于存油，頂角采用90 o 。 4.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 該磨床作用在活動(dòng)件上的推力與運(yùn)動(dòng)件的軸線平行。為了運(yùn)