畢業(yè)設計（論文）-數(shù)控車床的結構設計

1、前 言數(shù)控機床集計算機技術、電子技術、自動控制、傳感測量、機械制造、網(wǎng)絡通信技術于一體，是典型的機電一體化產(chǎn)品。它的開展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)結構、管理方式，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS等技術都是建立在數(shù)控技術之上。數(shù)控車床是數(shù)控機床中比擬典型的一種，本次畢業(yè)設計來源于生產(chǎn)實踐，可以把大學四年所學課程能充分的結合起來，對今后的職業(yè)生涯應該有很大的幫助。目前，我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低水平，通過本次設計，可對數(shù)控技術有更深的認識，將來也許會從事這一行業(yè)，為國家出一份微薄之力。

2、本設計是參照MJ50全功能數(shù)控車床的一些主要的技術參數(shù)來完成的，并在其原有的機械結構根底上采用整體斜床身結構以提高其排屑效果。此次設計主要對其主軸局部、刀架局部、X軸進給裝置、Z軸進給裝置及其整體布局進行設計計算。由于時間倉促，水平有限，設計中難免出現(xiàn)一些錯誤和缺乏，誠請老師給予指教。1 概論 數(shù)控車床的產(chǎn)生及開展科學技術的不斷開展，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程的自動化是實現(xiàn)上述要求的最主要的措施之一。它不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)本錢、還能夠大大改善工人的勞動條件。大批量的自動化生產(chǎn)廣泛采用自動機床、組合機床和專用機床以及專用自動生產(chǎn)線，實行多

3、刀、多工位多面同時加工，以到達高效率和高自動化。但這些都屬于剛性自動化，在面對小批量生產(chǎn)時并不是適用，因為小批量生產(chǎn)需要經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類，這就要求生產(chǎn)線具有柔性。而從某種程度上說，數(shù)控機床的出現(xiàn)正是很地滿足了這一要求。1952年，美國麻省理工學院成功地研制出一套三坐標聯(lián)動，利用脈沖乘法器原理的試驗性數(shù)控系統(tǒng)，并把它裝在一臺立式銑床上。當時用的電子元件是電子管，這就是第一代世界上的第一臺數(shù)控機床。我國數(shù)控車床產(chǎn)品開展起始于上世紀70年代初期，由沈陽第一機床廠開發(fā)設計并制造第一臺數(shù)控車床。至今通過各大機床廠家的不懈努力，通過采取與國外著名機床廠家的合作、合資、技術引進、樣機消化吸收等措施，使得我

4、國的機床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機床中占有較大的比例。目前，國產(chǎn)數(shù)控車床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量根本穩(wěn)定可靠，已進入實用和全面開展階段。車床行業(yè)的數(shù)控車床產(chǎn)品主要有經(jīng)濟型數(shù)控車床，普及型數(shù)控車床，高級型數(shù)控車床。在復合化數(shù)控車床中，可實現(xiàn)三軸、五軸等多軸聯(lián)動。數(shù)控車床以不同的結構布局形式表達數(shù)控車床的性能和功能，如對稱雙主軸數(shù)控車床、正面雙主軸數(shù)控車床，正、倒置立式單主軸、雙主軸數(shù)控車床等產(chǎn)品已在許多用戶中應用。經(jīng)過多年對數(shù)控車床技術的研究和應用，數(shù)控車床水平制造技術獲得了快速的開展和提高，但在高速精密復合化數(shù)控車床開展中，與國際水平相比差距較大，需求的該類產(chǎn)品主要依靠進口，

5、也是境內(nèi)車床行業(yè)在“十一五期間重點開發(fā)的產(chǎn)品。目前為更好的落實“十一五行業(yè)開展規(guī)劃，將以數(shù)控機床為重點，把數(shù)控車床的開展再提高到一個新的水平。1.2 2數(shù)控車床的開展趨勢高速化、高精度化、高可靠性質(zhì)量、效率是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。高速化：提高進給速度：提高微處理器的主頻速度，采用直線滾珠式導軌等；最大的速度可到達240m/min。提高主軸轉速：采用直線電機技術，直接將電機與主軸連接成一體后，裝入主軸部件，可以在1.8秒從0到15000r/min。高精度化：精密化是為了適應高新技術開展的需要，隨著高新技術的開

6、展和對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。當前，普通級數(shù)控機床的加工精度提高了一倍，到達5微米；精密加工精度那么從3-5m 提高了兩個數(shù)量級，超精密加工進入納米級，從精密加工開展到超精密加工特高精度加工，是世界各工業(yè)強國致力開展的方向。其精度從微米級到亞微米乃至納米級，其應用范圍日趨廣泛。高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因為商品受性能價格比的約束。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率99%以上的話，那么數(shù)控機床的平均無故障運行時間就必須大于300

7、0小時。2復合化數(shù)控機床的功能復合化的開展，以其復合加工實現(xiàn)了一次裝夾后完成各種復雜零件的全部加工，從而減少了不創(chuàng)造價值的輔助時間，提高了機床的效率和加工精度，降低了生產(chǎn)制造本錢，提高了生產(chǎn)的柔性。 復合功能的機床是近年來開展很快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。近年來，5軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速開展，采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最正確幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。3智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化：如自適應控制、工藝參數(shù)自動生成等；為提高驅動性能及使用連

8、接方便方面的智能化，如：前饋控制、電機參數(shù)的自適用運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，及智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。4柔性化、集成化為適應制造自動化的開展，向FMS，F(xiàn)MC，CIMS提供根底設備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量；自動上、下料，自動換刀、自動更換軸頭、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能，依據(jù)用戶的不同的要求，可方便地靈活配置及集成。當今世界上的數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)開展的趨勢是：從點數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床、線FMS，F(xiàn)MC

9、，F(xiàn)ML向面工段車間獨立制造島、FA、體CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)的方向開展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向開展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)開展的主流趨勢，是先進制造領域的根底技術。1.3 數(shù)控車床的組成數(shù)控車床的種類繁多，但從組成一臺完整的數(shù)控車床上講，他由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體四大局部以及輔助設備組成。如附圖：數(shù)控車床總裝配圖1控制介質(zhì)控制介質(zhì)是指零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體。它隨著數(shù)控裝置的類型不同而不同。隨著CAD/CAM技術的開展，有些數(shù)控設備利用CAD/CAM軟件在其他計算機上編程，然后通過計算機與

10、數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。2數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控車床的控制中心。它由輸入裝置、控制裝置和輸出裝置等組成。輸入裝置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過識別與譯碼之后，送到控制運算器。這些信息將作為控制與運算的原始依據(jù)。控制運算器根據(jù)輸入裝置送來的信息進行運算，并將控制命令輸送往輸出裝置。輸出裝置將控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅動車床完成相應的動作。3伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床的執(zhí)行機構，包括驅動和執(zhí)行兩大局部。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床移動部件運動，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脈沖信息表達的，每一脈沖使機床移動部件產(chǎn)生的位移叫

11、脈沖當量。4機床本體機床本體是數(shù)控車床的主體，是用于完成各種切削加工的機械局部，它是在原有的普通車床的根底上改良而得到的，具有以下特點：數(shù)控車床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)傳動系統(tǒng)，機械傳動結構簡化，傳動鏈較短。數(shù)控車床機械結構具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。更多地采用高效傳動部件，如滾動絲杠副，直線滾動導軌等。除上述四個主要局部外，數(shù)控車床還有一些輔助裝置和附屬設備，如電器，液壓，氣動系統(tǒng)與冷卻、排屑、照明、儲運等裝置以及編程機、對刀儀等。 數(shù)控車床的特點及應用范圍1.3.1 數(shù)控車床的特點數(shù)控車床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的車床。它是一種高度機電一體化的產(chǎn)品。特點如下：能完成很多普

12、通車床難以完成，或者根本不能加工的復雜型面的零件加工。因此，數(shù)控車床首先在航空、航天等領域獲得應用。在復雜型面的模具加工中，有利于提高加工精 度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。由于數(shù)控車床是按照預定的程序自動加工，加工過程不需要人工干預。而且加工精度還要高的重復精度。都得到了廣泛的應用。采用數(shù)控車床，可以提高零件的加工精度?？梢蕴岣呱a(chǎn)率。采用數(shù)控車床比普通車床可提高生產(chǎn)率23倍。尤其對某些復雜零件的加工，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍?？梢詫崿F(xiàn)一機多用。一些數(shù)控車床，都可以自動換刀。一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，可以替代57臺普通車床，并能節(jié)省廠房面積。幾乎不需要專用的工裝卡具。采用普通的

13、通用工夾具，只需要更換程序，就可以適應不同品種及尺寸規(guī)格的自動化加工。減少了在制品，從而加速了流動資金的周轉，提高經(jīng)濟效益。大大減輕了工人的勞動強度。1.3.2 數(shù)控車床的應用范圍數(shù)控車床適用于加工：多品種小批量零件；結構較復雜，精度要求較高的零件；需要頻繁改型的零件；價格昂貴，不允許報廢的關鍵零件；需要小生產(chǎn)周期的急需零件。2 設計主要參數(shù)及根本思想 課題要求2.1.1 題目名稱數(shù)控車床機械結構設計允許工件最大回轉直徑500mm2.1.2 課題內(nèi)容及工作量1數(shù)控車床總裝配圖設計A02主軸箱部件設計A13刀架裝配圖A14進給系統(tǒng)設計A15設計圖量A0 1張、A1 4張、設計說明書一份5外文翻譯

14、 3000漢字；主軸部裝圖手工繪制，其他的圖紙均用計算機繪制，說明書由計算機輸出打印。2.2 設計思想?yún)⒄諠系谝粰C床廠的MJ-50型數(shù)控車床來進行設計：床身和導軌的布局采用整體斜床身斜滑板；主軸驅動采用交流伺服電動機無機調(diào)速，采用V型帶帶動主軸旋轉：進給系統(tǒng)也使用交流伺服電動機驅動，使用同步帶機構減速，采用滾珠絲杠副進行傳動；刀架系統(tǒng)使用回轉刀架機構；尾座使用標準尾座。下面對MJ-50進行介紹。2.3采用的設計方案根本理論與技術路線一設計方案方案設計的實質(zhì)就是滿足用戶需求條件,是設計過程的重要階段, 對產(chǎn)品質(zhì)量有著很大影響。數(shù)控車床的方案設計涉及的設計問題較多而顯得更為復雜,為解決這一問題,

15、 必須從本質(zhì)上探討數(shù)控立式車床方案設計的一般過程及其規(guī)律。1主要參數(shù)的設計數(shù)控車床主要技術參數(shù) 主要技術參數(shù)影響著立式車床設計的全過程,并且決定著機床的性能、加工能力和經(jīng)濟性。數(shù)控車床的主要技術參數(shù)包括主參數(shù)和根本參數(shù), 根據(jù) 1836-85 標準, 主參數(shù)為最大加工直徑, 根本JB參數(shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)5。本課題設計的最大回轉直徑為500mm，最大加工長度為650mm ，刀架可安排八把以上的刀具，主軸轉速范圍為35r/min-3500r/min。2車床床身的設計車床床身的形式 車床支撐件結構形式采用斜床身結構，即車床床身向前傾斜60度 。這種床身結構剛性好，散熱性好，易排削，裝

16、夾方便，加工精度高，機床熱變形小，是目前較受歡送的一種形式。這種結構的特點是：在加工工件時，切屑和切削液可以從斜面的前方即床身的一側落下，就無需在床身上開排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成切屑從工件上落到位于床身前面一個完整的斜面。切削落入排屑器中，再由排屑器將切屑排出。這樣，機床在工作中，排屑性能和散熱性能要好，可以減少床身在工作中吸收由于切削產(chǎn)生的熱量，從而減少床身的熱變形，使機床更好地保持加工精度。由于在床身上無需開排屑孔，就可以增加與底座連接的床身底面的整體性，從而可增加床身底面的剛性?；谝陨咸攸c使得床身抵抗來自切削力在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力，以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉

17、變形能力顯著增強。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。3主傳動和進給運動的設計主傳動系統(tǒng)的設計 數(shù)控車床是高度自動化機床，數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點是：1機床有足夠高的轉速和大的功率，以適應高效率加工的需要；2主軸轉速的變換迅速可靠，一般能自動變速；3主軸應有足夠高的剛度和回轉精度；4主軸轉速范圍應很廣6。為了提高傳動的剛性和傳動精度，采用無級變速，減少傳動機構。采用交流伺服主軸電機，通過一組高精度，具有震性能的傳動帶平穩(wěn)地帶動主軸運動。進給系統(tǒng)的設計 選用半閉環(huán)伺服方式。橫向、縱向進給采用交流伺服電動機直接驅動。伺服電機便于控制、工作可靠。將其用于數(shù)控車床，有利于實現(xiàn)車床的自動化，提高車床的

18、切削精度和加工效率，縮短生產(chǎn)周期，方便的對橫向和縱向進給進行控制。4尾座和其他部件的設計尾座的設計 尾座為一獨立部件，尾座套筒的伸縮由液壓控制，夾緊力的大小由液壓閥來控制。采用液壓尾座，一方面可以減少操作者的勞動強度；另一方面有利于車床的整體防護。刀架的設計 采用轉塔刀架，這樣可使用八把刀具。其他部件 滾珠絲杠、壓卡盤、壓回轉油缸等采用專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的標準產(chǎn)品。潤滑 主軸軸承采用脂潤滑，其余采用集中統(tǒng)一油潤滑。數(shù)控系統(tǒng) 采用高性能數(shù)控系統(tǒng)和傳動平穩(wěn)的交流伺服電動機。數(shù)控車床的防護 采用全封閉的結構形式。二技術路線數(shù)控車床機械結構總體設計主軸箱設計及計算進給箱設計及計算刀架設計及計算撰寫設計說

19、明書等。三設計簡圖 圖二 數(shù)控臥式車床的傳動布置圖圖三 數(shù)控臥式車床布局圖3 主軸系統(tǒng)的改造和計算 主傳動系統(tǒng)的設計要求數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)除應滿足普通機床傳動要求外，還提出如下要求：1具有較大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控車床為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和外表質(zhì)量，必須具有更高的轉速和更大的調(diào)速范圍。工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運動的調(diào)速范圍還應進一步擴大。2具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控車床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關。為此，應提高傳動件的精度

20、與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。3良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控車床一般既要進行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和外表粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力抗振性?？拐裥杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。車床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件

21、之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持適宜的配合精度，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 主傳動變速系統(tǒng)普通車床一般采用機械有級變速調(diào)速傳動，而數(shù)控車床需要自動變速；且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉面和斷面時，需要隨切削的直徑的變化而自動變速，以保持切削速度根本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無極調(diào)速有機械 液壓和電氣等多種型式，數(shù)控車床一般采用由直流或交流調(diào)速電動機作為驅動源的電氣無

22、級調(diào)速。本數(shù)控車床采用步進電動機為驅動源。主軸組件的性能要求主軸組件是車床主要部件之一。它的性能對整機的性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉速范圍又很大，所以對主軸組件的主要性能特提出如下要求：1旋轉精度 主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷 低速轉動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心外表如車床軸端的定心短錐、錐孔的徑向和軸向跳動。旋轉精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉速下的旋轉精度還取決于主軸的轉速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。2剛度 剛度主要反映車床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號、數(shù)量、預緊和

23、配置形式，前后支撐的跨距和主軸的前懸伸，傳動件的布置方式等。數(shù)控車床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此對其主軸組件的剛度應提出更高的要求。3溫升 溫升將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，對高精度車床應研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。4可靠性 數(shù)控車床是高度自動化的機床，所以必須保證工作可靠性，可喜的地方是這方面的研究正在開展。5精度保持性 對數(shù)控車床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低升溫，高速與高精度等。這就要具體問題具體分析，例如設計高效數(shù)控車床

24、的主軸組件時，主軸應滿足高速和高剛度的要求；設計高精度車床時，主軸應滿足高剛度 低溫升的要求。 主軸組件的組成和軸承選型1主軸組件，包主軸、軸承、傳動件和相應的緊固件。主軸組件的構造，主要是支撐局部的構造。主軸的端部是標準的；傳動件如齒輪、帶輪等與一般機械零件相同。因此，研究主軸組件，主要是研究主軸的支撐局部。2主軸的傳動件 可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實現(xiàn)別離傳動和模塊化設計：主軸組件稱為主軸單元和變速箱可以做成獨立的功能部件，又專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動聯(lián)接。主軸支承分徑向和推

25、力軸向。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控車床的坐標原點，常設定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標原點的位移，應盡量縮短坐標原點支推力支承之間的距離。3主軸軸承 選用雙列圓柱滾子軸承。圓柱滾子軸承是一種可別離型軸承。其內(nèi)、外圈與滾子是線性接觸，摩擦系數(shù)小，承受徑向載荷能力較大。適合于電機、汽車、傳動軸、齒輪軸等。雙列圓柱滾子軸承適用于車床主軸。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸，滾動軸承使精密零件，因而在使用時要求相應地持慎重態(tài)度，既便使用了高性能的軸承，如果使用不當，也補能到達預期的性能效果，所以，使用軸承使應注意以下事項：

26、 * 保持軸承及其周圍環(huán)境的清潔。即使肉眼看不見的微小灰塵進入軸承，也會增加軸承的磨損，振動和噪聲。 * 使用安裝時要認真仔細，不允許強力沖壓，不允許用錘直接敲擊軸承，不允許通過滾動體傳遞壓力。 * 使用適宜、準確的安裝工具，盡量使用專用工具，竭力防止使用布類和短纖維之類的東西。 * 防止軸承的銹蝕，直接用手拿取軸承時，要充分洗去手上的汗液，并涂以優(yōu)質(zhì)礦物油后再進行操作，在雨季和夏季尤其要注意防銹。 軸承安裝的好壞與否，將影響到軸承的精度、壽命和性能。軸承的安裝應根據(jù)軸承結構，尺寸大小和軸承部件的配合性質(zhì)而定，壓力應直接加在緊配合得套圈端面上，不得通過滾動體傳遞壓力，軸承安裝一般采用如下方法：

27、 a. 壓入配合 軸承內(nèi)圈與軸使緊配合，外圈與軸承座孔是較松配合時，可用壓力機將軸承先壓裝在軸上，然后將軸連同軸承一起裝入軸承座孔內(nèi)，壓裝時在軸承內(nèi)圈端面上，墊一軟金屬材料做的裝配套管銅或軟鋼，裝配套管的內(nèi)徑應比軸頸直徑略大，外徑直徑應比軸承內(nèi)圈擋邊略小，以免壓在保持架上。 軸承外圈與軸承座孔緊配合，內(nèi)圈與軸為較松配合時，可將軸承先壓入軸承座孔內(nèi)，這時裝配套管的外徑應略小于座孔的直徑。 如果軸承套圈與軸及座孔都是緊配合時，安裝室內(nèi)圈和外圈要同時壓入軸和座孔，裝配套管的結構應能同時押緊軸承內(nèi)圈和外圈的端面。 b. 加熱配合 通過加熱軸承或軸承座，利用熱膨脹將緊配合轉變?yōu)樗膳浜系陌惭b方法。是一種常

28、用和省力的安裝方法。此法適于過盈量較大的軸承的安裝，熱裝前把軸承或可別離型軸承的套圈放入油箱中均勻加熱80-100，然后從油中取出盡快裝到軸上，為防止冷卻后內(nèi)圈端面和軸肩貼合不緊，軸承冷卻后可以再進行軸向緊固。軸承外圈與輕金屬制的軸承座緊配合時，采用加熱軸承座的熱裝方法，可以防止配合面受到擦傷。 用油箱加熱軸承時，在距箱底一定距離處應有一網(wǎng)柵，或者用鉤子吊著軸承，軸承不能放到箱底上，以防沉雜質(zhì)進入軸承內(nèi)或不均勻的加熱，油箱中必須有溫度計，嚴格控制油溫不得超過100，以防止發(fā)生回火效應，使套圈的硬度降低。 c.圓錐孔軸承的安裝 圓錐孔軸承可以直接裝在有錐度的軸頸上，或裝載緊定套和退卸套的錐面上，

29、其配合的松緊程度可用軸承徑向游隙減小量來衡量，因此，安裝前應測量軸承徑向游隙，安裝過程中應經(jīng)常測量游隙以到達所需要的游隙減小量為止，安裝時一般采用鎖緊螺母安裝，也可采用加熱安裝的方法。4雙列圓柱滾子軸承的間隙調(diào)整和預緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承，還應在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和導軌之間有一定的預變形，這就是軸承的預緊。軸承預緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預緊前只有局部滾導體與滾道接觸。預緊后，滾導體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將增多，各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的

30、精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，那么由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預緊將使壽命下降，故預緊要適量。雙列圓柱滾子軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預緊，衡量預緊力大小的是軸向預緊力，簡稱預緊力Fa0，單位為N。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預緊、中預緊和重預緊三級預緊。訂貨時可指定預緊級別。軸承廠在內(nèi)圈或外圈的端面根據(jù)預緊力磨去。裝配時擠緊，便可得到預定的預緊力。如果兩個軸承間需要隔開一定的距離，可在兩軸承之間參加厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的作用下，不受力側軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。5承載能力和壽命

31、主軸軸承通常載荷相對較輕。除上些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為P4級，經(jīng)使用磨損后跳動精度降為P5級,這個軸承就認為應該更換了。雖然還未到達其疲勞壽命，但這種“精度壽命目前還難以估計。 主軸組件的技術要求主軸和箱體與軸承相配合的技術要求直徑公差和形位公差。為了得到主軸組件高的回轉精度，除保證主軸及其相關零件高的加工精度及采用精密主軸軸承外，還應進行定向裝配。 主軸組件的動態(tài)特性1平移 主軸作為一個剛體實際上略有彎曲，在彈性支承上作平移振動，主軸個點的振動方向一致。2搖擺 主軸在彈性支座上搖擺 左右振動

32、方向相反。3彎曲 主軸本身作彎曲振動，主軸中間與兩端的振動方向相反，有兩上節(jié)點。這兩節(jié)點位于支承點附近。每個振型都有其固有頻率。每個振型按固有頻率排列的次序，稱為階。上述三個振型的固有頻率，以平移振型為最低，彎曲振型為最高，三個振型分別為第一、二、三振型，振型和固有頻率合稱為模態(tài)?？梢钥闯?，第一、二階模態(tài)的彈性環(huán)節(jié)主要是軸承；第三階那么主要是軸承。當軸的剛度提高時，第一二階模態(tài)的固有頻率也隨之提高，但第三階模態(tài)提高不多。主軸是一個連續(xù)體，又無窮個模態(tài)。例如還有主軸的扭轉振動、縱向振動等。但是，這些模態(tài)的固有頻率較高，工作時不可能發(fā)生共振，所以，只需研究最低幾階模態(tài)。主軸的模態(tài)，可用有限元法或傳

33、遞矩陣法，借助計算機計算。通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動機高速主軸，電動機轉子是一個集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性，可采取以下措施：1是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性根底上軸承的剛體振動的第一階平移和第二階搖擺模態(tài)，那么應提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，那么應提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉速乘以/30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應乘以刀齒數(shù)Z。2增大阻尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度

34、振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工外表，滾動軸承適當預緊可以增大阻尼，但過大的預緊反而使阻尼減少，應選擇預緊時還因考慮阻尼因素。3采用消振裝置。3.4 主軸軸承的潤滑滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高，在這么高的壓強下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸；潤滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動體與滾道的接觸區(qū)，形成一定厚度的油膜，把兩者隔開，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動軸承所需的潤滑劑很少的。當然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。1脂潤滑滾動軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點之一。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)

35、，沒有漏油問題。如果脂的選擇適宜 潔凈 密封良好，不使灰塵、油、切削液等進入，壽命是很長的。一次充填可用到大修，不需補充，也不要加脂孔。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號常用于球軸承。2油氣潤滑如果值較大時，還需對軸承進行冷卻。如果用油兼作潤滑和冷卻，那么由于油的攪拌作用，溫升反而會增加。最好用油潤滑，用空氣冷卻。油霧潤滑需能到達這個目的，但是易污染環(huán)境。比擬好的方法是油氣潤滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油用于潤滑，空氣用于冷卻。3.5 刀具自動裝卸及切削去除裝置在數(shù)控車床中，主軸部件除具有較高的精度和剛度外，還帶有刀具的自動裝卸裝置和主軸孔內(nèi)的

36、切屑去除裝置。主軸前端有7：24的錐孔，用于裝夾錐柄刀具。端面鍵既做刀具定位用，又可以通過他傳遞扭矩。為了實現(xiàn)刀具的自動裝卸，主軸內(nèi)設有刀具自動夾緊裝置。夾緊刀夾時，液壓缸上腔接通回油，彈簧推活塞上移，處于鎖緊狀態(tài)，拉桿在碟形彈簧的作用下向上移動。由于此時裝在拉桿前端徑向孔中的四個鋼球進入主軸孔中直徑直徑較小的位置，被迫徑向收攏而卡進拉釘?shù)沫h(huán)形凹槽內(nèi)，因而刀桿被拉桿拉緊，依靠摩擦力緊固在軸上。換刀前需將刀具松開時，壓力油進入液壓缸上腔，活塞推動拉桿向下移動，碟形彈簧被壓縮；當鋼球隨拉桿一起下移至進入主軸孔中直徑較大的位置。他就不再能約束拉釘?shù)念^部，緊接著拉桿前端內(nèi)孔的抬肩端面碰到拉釘，把刀夾頂

37、松。此時行程開關發(fā)出信號，換刀機械手隨即將刀夾取下。與其同時，壓縮空氣管由管接頭經(jīng)活塞和拉桿的中心孔吹入主軸裝刀孔內(nèi)，把切屑或贓物去除干警，以保證刀具的裝夾精度。機械手把新的刀裝上主軸后，液壓缸接通回油，碟形彈簧又拉緊刀夾。刀夾拉緊后，行程開關發(fā)出信號。自動去除主軸孔中的切屑和塵埃是換刀操作中一個不容無視的問題。3.6 主軸準停裝置自動換刀數(shù)控車床主軸部件設有準停裝置，其作用是使主軸每次都準確的停止在固定的軸向位置上，以保證換刀時主軸上的端面鍵能對準刀夾上的鍵槽，同時使每次裝刀時刀夾與主軸的相對位置不變，提高刀具的重復安裝精度，從而提高孔加工時孔徑的一致性。我們設計的主軸部件采用的是電氣準停裝

38、置，其工作原理如以下圖所示，在帶動主軸轉動的多楔帶輪的端面上裝有一個厚墊片，墊片上裝有一個體積很小的永久磁鐵。在主軸箱箱體對應于主軸準停的位置上，裝有磁傳感器。當車床需要停車換刀時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出主軸停轉的指令，主軸電動機立即降速，當主軸以最低轉速慢轉很少幾轉、永久磁鐵對準磁傳感器時，后者發(fā)出準停指令。此信號經(jīng)放大后，由定向電路控制主軸電動機準確的停止在規(guī)定的軸向位置上。這種裝置可保證主軸準停的重復精度在范圍內(nèi)。3.7 主軸系統(tǒng)的改造3.7.1 主軸電機的選取1切削力F的計算 根據(jù)加工材料，刀具材料，從?金屬切削速查手冊?中查取ap=8mm,f=0.5mm/r,vc =90m/min。由經(jīng)驗公式

39、 (1) 得FC=CFC apXFC fyfcVCnfcKFC=27958900.94=6045N2切削功率P的計算 PC=FCVC/60000=9KW3選擇電動機初略估算主電動機的功率 PL=PC/C=9/Kw 采用主電動機通過1：1V帶直接與主軸連接，C =0.85。電動機額定功率 Pn=PL/1.1=9.6Kw。查?現(xiàn)代使用機床設計手冊?下冊選用Pn=11 Kw的12S/8000FANUC-S系列高速型交流主軸電動機。4核算切削功率和切削力PC= PnC=11FC=60000PC/VC=6234N3.7.2 V帶傳動設計1確定計算功率由機械設計表8-7查的工作情況系數(shù)KA，故Pca =K

40、AP=2選窄V帶帶型參考文獻1根據(jù)、由圖8-8選SPA型3確定帶輪基準直徑由機械設計表8-4和表8-8取主動輪直徑根據(jù)式8-15，從動輪基準直徑由機械設計表8-8取由機械設計式8-13驗算帶的速度 35m/s帶的速度適宜。4確定窄V帶的基準長度和傳動中心距。根據(jù)初步確定中心距由機械設計式8-20計算帶所需的基準長度=mm由機械設計表8-3選帶的基準長度由機械設計式8-21計算實際中心距a5驗算主動輪上的包角由式8-6得：主動輪上的包角適宜6計算V帶根數(shù)z由機械設計式8-22由、i=1.9,查表8-6c和表8-6d得 由機械設計表8-1得表8-10得那么取z=3根7計算預緊力由機械設計式8-23

41、知由機械設計表8-5得q=0.07Kg/m,故8計算作用在軸上的壓軸力Q3.7.3 軸的設計計算1 軸內(nèi)、外徑確實定根據(jù)?金屬切削機床?表106，初步確定主軸當量外徑為150mm。由?機械設計?8-3軸的設計可知空心軸的內(nèi)徑d1與外徑之比，通常取，在這里取，那么內(nèi)徑d145=80mm。2 選擇軸承軸的前支承由一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和一對角接觸球軸承組成。后支承由一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承組成。根據(jù)?現(xiàn)代實用機床設計手冊?表3-9-13選用7030C型角接觸球軸承。雙列圓柱滾子軸承選用NNU4932型號。軸承預緊螺母：參照?新編機械設計手冊?選用圓螺母螺紋規(guī)格M1502。3 求軸承的剛度由于

42、切削力FC=6045N，背向力FPC=3023N。故總的作用力F F= FC2 + FP2 = 6759N此力作用于頂在頂尖的工件上，主軸和尾架個承受一半，故主軸端受力為F/2=3380N。在估算時，懸伸長度a=120mm，假設初值l/a=3，l=3120=360mm。前后支承的支承反力RA和RB分別為RA = F/2l+a/l=3380360+120/360N=4510NRB = F/2a/l=3380120/360N=1230N根據(jù)?金屬切削機床?106式求出前后支承的剛度前支承上圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的剛度參照?金屬切削機床?表104，iz=52,lamm,查軸承樣本，額定動載荷C=27

43、5000N。取Fr=C/16=17188N。帶入式106得 la izcos1718852cos0N/um=2980N/um60度角接觸球軸承的剛度7030C的內(nèi)徑為150mm，接觸角為=15，Z=20，球徑d。=20。查軸承樣本，額定動載荷C=129000N。取Fre=C/15=8600N，代入?金屬切削機床?式10-9和式10-4得Fr=Fre+Fa0ctg=8600+1500 ctg15 =14198N故 Kr=1.18Frdbiz2 cos51/31419820202cos515 N/um=540 N/um4 求最正確跨距由于角接觸球軸承剛度相對較小，故取前后支承的剛度之比為1。I=0

44、.05d4-d1444=200510-8m4=EI/ Kra31011200510-8/29803106查?金屬切削機床?線圖10-24得LO/a=3。計算出的與假設相符。計算主軸時通常不考慮傳動力。這當然與實際使用情況有出入。但是，只要計算條件是統(tǒng)一的，都按軸端受一集中載荷計算，在同一條件下比照，那么計算結果仍能用以評判主軸組件。3.7.4 卡盤的選用選用K55型高速通孔楔式動力卡盤。工作原理：參照主軸部裝圖，高速通孔回轉液壓缸帶動拉管，作軸向往復運動，拉管與推拉螺母聯(lián)接，推拉螺母一端又通過壓蓋連接在楔心套上，于是隨著推拉管的往復運動，楔心套也隨著運動。楔心套上有3個與套體軸向成一定角度的T

45、形槽，滑座上與卡盤體軸向同樣成一定角度的T形凸起局部嵌在楔心套的T形槽內(nèi)。由于T形槽與盤體軸向成一定角度，隨著楔心套的軸向運動，滑座作徑向運動。滑座通過T形塊、梳形齒和內(nèi)六角螺釘與卡爪相對固定，這樣，推拉管的往復運動就通過楔心套和滑座等件的傳動，使卡爪在盤體徑向作夾緊和松開工作的動作。松開內(nèi)六角螺釘，梳形齒脫開，使T形塊在滑座的槽內(nèi)移動，可調(diào)整卡爪與滑座的相對位置，調(diào)好后再擰緊內(nèi)六角螺釘使梳形齒嚙合。4 進給伺服系統(tǒng)的改造和計算4.1 進給伺服系統(tǒng)的設計要求4.1.1 對進給伺服系統(tǒng)的根本要求帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進給驅動系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。進給伺服系統(tǒng)不但是數(shù)控機床的一個重要組成局部，也是數(shù)控機床區(qū)

46、別于一般機床的一個特殊局部。數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的性能指標可歸納為：定位精度高；跟蹤指令信號的響應快；系統(tǒng)的穩(wěn)定好。穩(wěn)定性所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量的改變啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸入量經(jīng)過幾次衰減振蕩后，能迅速的穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是進給伺服系統(tǒng)能夠正常工作的根本條件。它包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性。進給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系統(tǒng)增益都有關系。適當?shù)倪x擇系統(tǒng)的機械參數(shù)主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動量等和電器參數(shù)，并使他們到達最正確匹配，是進給伺服系統(tǒng)設計的目標之一。精度所謂進給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復現(xiàn)輸入量的精確程度偏差，即準確度。它包含動

47、態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結束后，系統(tǒng)存在的誤差；靜態(tài)誤差，即元件誤差即干擾誤差。常用的精度指標有定位精度、重復定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來表示，定位誤差是指工作臺由一點移動到另一點時，指令值與實際移動距離的最大誤差。重復誤差是指工作臺進行一次循環(huán)動作后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指坐標聯(lián)動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關系也很復雜。采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術可以提到伺服驅動系統(tǒng)的精度。快速響應特性所謂快速響應特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機

48、床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應速度越快，那么加工效率越高，軌跡跟隨精度也越高。但響應速度過快會造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至會影起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應適中選擇快速響應特性對于點位控制的機床，主要應保證定位精度，并盡量減少定位時間。對于輪廓控制的機床，除了要求高的定位精度外，還要求良好的快速性及形成輪廓的各運動坐標伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的一致性。對于開環(huán)及半閉環(huán)的控制型式，主要應滿足定位精度的要求，而對于閉環(huán)控制型式，那么主要是穩(wěn)定性問題。4.1.2 對進給伺服系統(tǒng)的設計要求機床的位置調(diào)節(jié)對進給伺服系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設計方面有：能夠克服摩擦力和負載。很小的進給位移量。高的靜態(tài)扭轉剛度。足夠的調(diào)速

49、范圍。電機的最大轉矩有快進速度決定。進給速度均勻，在速度很低時無爬行現(xiàn)象。 在動態(tài)設計方面的要求有：具有足夠的加速和制動轉矩，以便快速完成啟動制動過程。具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的外表質(zhì)量。負載引起的軌跡誤差盡可能小。 對于數(shù)控機床機械傳動部件那么有以下要求：被加速的運動部件具有較小的慣量高的剛度良好的阻尼傳動部件在拉壓剛度 扭轉剛度 摩擦阻尼特性和間隙等方面盡可能小的非線性。4.2 進給伺服系統(tǒng)的組成數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般由驅動控制單元、驅動元件、機械傳動裝置、執(zhí)行件和檢測反響環(huán)節(jié)等組成。驅動控制單元和驅動元件組成伺服驅動系統(tǒng)；機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械

50、傳動系統(tǒng)；監(jiān)測元件與反響電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統(tǒng)。機床數(shù)字調(diào)節(jié)技術中，最重要 最根本的調(diào)節(jié)技術就是進給伺服系統(tǒng)的位置調(diào)節(jié)技術。而實現(xiàn)這些調(diào)節(jié)技術的前提是建立被調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學模型。數(shù)控機床的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)控機床的位置調(diào)節(jié)技術保證被加工零件的尺寸精度和輪廓精度。數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)控制方式通常是具有負反響的伺服系統(tǒng)，位置檢測裝置安裝在工作臺上，機械傳動部件整個包含在位置環(huán)之內(nèi)。全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性好、但由于機械傳動部件在控制環(huán)之內(nèi)，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅動裝置的結構和參數(shù)，而且還與傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性 間隙和摩擦等因素有很大的關系，故必須對機電部件

51、的結構參數(shù)綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比擬高，且造價昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置為感應同步器。進給伺服系統(tǒng)中采用的驅動裝置為直流伺服電機。在位置環(huán)的調(diào)節(jié)上有模擬式和數(shù)字式，或者說有連續(xù)控制方式和離散控制方式。機床的數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由計算機作為調(diào)節(jié)器，按采樣方式工作的，因而屬于離散控制方式。這類系統(tǒng)精度高，動態(tài)性能好，可充分利用計算機的快速運算功能和存儲功能，使進給伺服系統(tǒng)始終處于最正確工作狀態(tài)。另外，由于計算機作為調(diào)節(jié)器，因而調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有很大柔性。4.3 進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應特性及伺服性能分析1時間響應特性進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時間響應

52、特性和頻率響應特性。時間響應特性是用來描述系統(tǒng)對迅速變化的指令能否迅速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應兩局部組成。由于系統(tǒng)包含一些儲能元件，所以當輸入量作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)輸出不能立刻跟隨輸入量變化，而是在系統(tǒng)到達穩(wěn)定之前表現(xiàn)為瞬態(tài)響應過程或叫過渡過程。穩(wěn)定響應是指當時間t趨向無窮大時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。假設在穩(wěn)定時，輸出和輸入不能完全吻合，就認為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。系統(tǒng)的時間響應特性不僅決定于系統(tǒng)結構、性能，而且也決定輸入信號的類型，且隨加工對象的不同以及切削用量的不同而改變。尤其考慮到啟動、停車、正反向等控制情況，各坐標軸速度信號的變化極為復雜。2頻率響應特性時間響應特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)

53、響應隨時間的變化的規(guī)律，即在傳遞函數(shù)的前提下，從系統(tǒng)在階躍輸入及斜坡輸入時間響應速度及振蕩過程的狀態(tài)中來獲得動態(tài)特性參數(shù)。然而在很多情況下，傳遞函數(shù)不清楚，所以只能由試驗的方法來求取動態(tài)特性。因此出現(xiàn)頻率響應特性法。所謂頻率響應特性,就是系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應，即它通過研究系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應規(guī)律來獲得啟動態(tài)特性。由于頻率特性與傳遞函數(shù)密切相關，因此在工程中的應用越來越多?？捎深l率響應數(shù)據(jù)擬合成傳遞函數(shù)而建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。3快速性分析所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量。分析系統(tǒng)快速性的方法很多，由直接求解法、間接評價法和計算機模擬法等。直接求解法比擬麻

54、煩，且不易得到系統(tǒng)結構和參數(shù)對瞬態(tài)質(zhì)量影響的一般規(guī)律；計算機模擬法十分簡便，而且還用于復雜系統(tǒng)、多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)以及某些難于得出數(shù)學模型的系統(tǒng)，但它需要一套軟件和上機條件。間接評價法，方法簡單，又能明顯的看出系統(tǒng)結構和參數(shù)對瞬態(tài)質(zhì)量的影響，故在系統(tǒng)分析和設計中被廣泛的采用。對于線性進給伺服系統(tǒng)，由于它包含各種電路、機電轉換裝置和機械傳動機構，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有時間常數(shù)，對高頻信號來不及反響，只是一個低通濾波器。這種系統(tǒng)的通頻寬帶，對高頻信號響應速度快，所以從開環(huán)頻率特性圖看，提高系統(tǒng)的截止頻率，那么可以提高閉環(huán)回路的響應速度。為使進給伺服系統(tǒng)獲得良好的伺服性能穩(wěn)定性和快速性，國外文獻對機械傳

55、動部件提出很高的諧振頻率，但對這些數(shù)據(jù)并沒有進行理論分析。有的文獻認為：在電氣伺服系統(tǒng)中，可控硅電源以及直流馬達特性引起的諧振時對伺服系統(tǒng)性能起限制作用的因素。但實際上機械傳動部件不是剛性，往往得不到很高的諧振頻率，且阻尼又低，可能成為提高伺服性能的限制因素。4伺服精度伺服精度的上下用誤差來衡量，所謂伺服誤差就是伺服系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時指令位置和實際位置之差，它反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)質(zhì)量。理想的伺服系統(tǒng)是在任意時刻輸入和輸出都同步，沒有誤差，但這是不可能的。造成不同步原因很多，系統(tǒng)本身動態(tài)特性，外加負載和內(nèi)部擾動等都會造成實際位置偏離指令位置。欲求伺服誤差，必須先分別求出系統(tǒng)在輸入信號和外加負載等信號的作用

56、下產(chǎn)生的輸出響應，然后根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加原理將這些響應疊加起來求出實際位置，在用指令位置減去實際位置便得到伺服誤差。5 進給傳動的改造和計算數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象，不管是點位控制還是輪廓控制，工件的最后坐標精度和輪廓精度都受進給運動的傳動精度靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控機床的進給系統(tǒng)一般具有以下特點。摩擦阻力小傳動精度和剛度高運動部件慣量小5.1 X向滾珠絲杠副滾珠絲杠螺母副是一種新的傳動機構，它具有和角接觸球軸承相似的傳動副。在滾珠絲杠和滾珠螺母之間具有螺旋狀滾道，其中放有一定的滾珠，并通過擋珠器和回珠槽使運動的滾珠回到原來的螺旋滾道之內(nèi)，從而實現(xiàn)滾珠群在滾道內(nèi)的連續(xù)循環(huán)

57、滾動，也就實現(xiàn)了滾珠螺母相對滾珠絲杠的直線位移。滾珠絲杠螺母副的特點是摩擦系數(shù)小，傳動效率可達90%以上，是普通螺母副的34倍，它能在低速微動情況下產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，并能實現(xiàn)你運動。滾珠絲杠副工作外表硬度高、磨損小、壽命長、精度高。其缺點是制造本錢高，不能實現(xiàn)自鎖。滾珠絲杠的參數(shù)有：螺距t、名義直徑、滾珠直徑、工作滾珠總數(shù)N、滾珠圈數(shù)j及滾珠列數(shù)k等。螺距的大小是根據(jù)機床的加工精度要求來確定的。精度要求高時，螺距應取小些。1精度要求定位精度為0.012/300mm。絲杠的任意300mm行程內(nèi)的行程動量V取為定位精度的1/31/2，即,由3表7-3,1級精度的絲杠V=。故應取1級精度。2疲勞強度絲杠

58、的最大載荷為最大進給力加摩擦力，最小載荷即摩擦力。最大進給力為1265N。工作臺質(zhì)量為500kg。摩擦力 F=F=5000.00359.8=17 N F=1265+17=1282N F= n= 取絲杠的工作壽命為T=15000h,f=1,f=1.5 滾珠絲杠壽命為(單位為110轉次)L=67510 r 代入,絲杠的當量載荷 從P778,選擇FC4010-2.5型內(nèi)循環(huán)浮動式雙螺母齒差預緊滾珠絲杠副。直徑40mm，導程10mm，額定動負荷，預緊力 符合要求。3絲杠支撐根據(jù)產(chǎn)品樣本或標準JB/T3162.4-93?滾珠絲杠副絲杠軸端型式尺寸?這種絲杠軸徑為30mm，故采用內(nèi)徑為30mm的軸承及以下

59、圖所示的支撐方式。一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮。 4電機的選取電動機的選擇主要是容量的選擇。我們選擇進給系電動機-控制電機。他一般應滿足自動控制自動調(diào)節(jié)遠距離測量隨動系統(tǒng)以及計算裝置中的微特電機?？刂齐姍C是在一般旋轉電機的根底上開展起來的小功率電機。控制電機主要用來完成控制信號的傳遞和變換，要求他們的技術性能穩(wěn)定可靠，動作靈敏，精度高，體積小，重量輕，耗電少。交流伺服電機，它的最大特點是可控。在有控制信號輸入十四幅電動機就轉動，沒有控制信號時，那么停止轉動；改

60、變控制電壓的大小和相位就可以改變伺服電動機的轉速和方向。步進電機是一種電脈沖信號變換成相應的角位移或直線位移的機電執(zhí)行元件。每當輸入一個電脈沖時，它便轉過一個固定的角度。這個角度稱為步距角，簡稱為步距。脈沖一個一個的輸入，電機便一步一步的轉動，步進電機因此得名。步進電機位移量與輸入脈沖嚴格成比例，這就不會因其誤差的積累，其轉速與脈沖頻率和步距有關。可以得到各種需要的運行特性。尤其是與各種數(shù)字系統(tǒng)配套時，泰將顯示出更大的優(yōu)越性，因而，廣泛用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。例如，在數(shù)控機床中，將零件加工的要求變成一定符號的加工指令，或編成程序軟件存放在磁帶上，然后送入到數(shù)控機床的控制箱，其中的數(shù)字計算時機根據(jù)紙