數(shù)控車床縱向進給系統(tǒng)傳動的方案設計

第一章、數(shù)控機床進給系統(tǒng)概述數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結構如圖圖1-1所示：圖1-1數(shù)控機床進給系統(tǒng)伺服由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應并無超調(diào)；高精度；低速大轉矩。1.1、伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求（1）從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。（2）電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。（3）為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉速。（4）電機應能隨頻繁啟動、制動和反轉。隨著微電子技術、計算機技術和伺服控制技術的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)一般均采用進給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個特殊部分。1.2、伺服系統(tǒng)的分類

數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)。檢測元件與反饋電路組成檢測系統(tǒng)。

進給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機械傳動部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上，機械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。

開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結構簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。

全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機械傳動部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結構和參數(shù)，而且還與機械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關系，故必須對機電部件的結構參數(shù)進行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比較高，且造價也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有：脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。

數(shù)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。交流伺服電機由于具有可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用。征直流礙伺服揪電動子機引弦入了闖機械企換向授裝置鹽。其次成本紀高，富故障那多，化維護遷困難囑，經(jīng)住常因養(yǎng)碳刷蘇產(chǎn)生鄉(xiāng)的火較花而影影響番生產(chǎn)既，并伯對其晨他設感備產(chǎn)跟生電素磁干壓擾。牢同時趟機械保換向姜器的閑換向概能力莖，限自制了肥電動夸機的茅容量扎和速伸度。煙電動萍機的延電樞樂在轉回子上享，使很得電菌動機汪效率禁低，均散熱歲差。賓為了貓改善漢換向決能力等，減揀小電盾樞的蛇漏感尊，轉普子變滿得短于粗，完影響論了系屋統(tǒng)的厚動態(tài)瞞性能鵝?？褰涣髋芩欧梢颜紮C據(jù)了償機床爐進給摸伺服拿的良主導績地位繼，并符隨著逆新技峽術的術發(fā)展果而不陰斷完茄善，配具體弓體現(xiàn)柱在三腳個方睛面。敗一是潤系統(tǒng)奶功率哨驅(qū)動智裝置戶中的蠢電力鑼電子名器件刊不斷啟向高列頻化乒方向夜發(fā)展孕，驕智能況化功攜率模我塊得希到普些及與書應用察；二幅是基屠于微病處理鄉(xiāng)器嵌常入式剃平臺青技術靈的成慰熟，恐將促影進先葡進控里制算應法的排應用躍；三錘是網(wǎng)繪絡化遼制造粒模式涌的推若廣及盯現(xiàn)場累總線僑技術溜的成樓熟，謹將使環(huán)基于駕網(wǎng)絡阿的伺痛服控劣制成源為可狗能燦。亭1.漫3結、警主要暮設計停任務艙參數(shù)側車床刮控制塘精度復：乒0.賭01腥m歇m侮（即咐為脈疼沖當環(huán)量）溪；最響大進凳給速黨度：橡V竄ma餃x模=5膜40者mm謝/m燭i居n突。步最大允加工么直徑針為沾D符ma婚x診=4影00睬m派m蠢，工首作臺羞及刀像架重纏：廈11鏟0雨㎏；擾最選大笨軸廣，向尊力宿=1這6糕0練㎏；慌導軌若靜摩呈擦系狐數(shù)秋=0授.某2蔥；行椒程汽=1右28燃0m類m飽；步階進電踢機參：眼11扣0B段F0妻0塔3涉；步另距角片：榜0.花75基°寒；電噴機轉覺動慣螞量副：汪J=黃1.丟8善×僻10睜-2煩㎏至.m束2通。菊第二殖章、鞋數(shù)控星車床橡縱向焦進給儉系統(tǒng)暖傳動佛的方展案設覺計惕數(shù)控賞機床講進給際驅(qū)動餃對位樂置精兇度、案快速朋響應潛特性違、調(diào)包速范躍圍等畢有較玉高的女要求縣。實從現(xiàn)進日給驅(qū)睡動的螞電機慕主要綿有三吧種：助步進偏電機賀、直西流伺磁服電拾機和牽交流漆伺服竹電機顧。目偷前，罪步進臉電機礎只適庭應用享于經(jīng)濾濟型獻數(shù)控耗機床氣，直棋流伺堵服電漸機在裝我國池正廣花泛使吐用，溜交流挎伺服弊電機揮作為豎比較陶理想酷的驅(qū)新動元瓦件已矩成為趣發(fā)展美趨勢橡。數(shù)山控機鞭床的朝進給荒系統(tǒng)顏當采吩用不園同肥的驅(qū)撐動元冒件時敞，其鼻進給膚機構珍可能爺會有成所不謊同。分電機業(yè)與絲挑杠間廟的聯(lián)哄接主膜要有旗三種分形式控，如臣圖薄2-辨1牽所示霧。肝2.訂1忍、帶雪有齒奏輪傳追動的堪進給搏運動屠數(shù)控廟機床悅在機鐮械進鐮給裝莫置中藏一血般采鴿用齒巧輪傳器動副揀來達黑到一勿定的備降速羽比要累求，智如霸圖鋪2-禁1a闊）裳所示謎。由峽于齒妨輪在覽制造倆中不傅可能毯達到劈理想丹齒面旅要求漂，總揉存在唯著一顏定的肌齒側贊間隙咽才能暴正常仇工作鹿，但習齒側辛間隙旋會造萍成進繼給系宰統(tǒng)的授反向輸失動山量，唯對閉穿環(huán)系犧統(tǒng)來灑說，討齒側途間隙自會影懂響系允統(tǒng)的寨穩(wěn)定壽性。要因此叼，齒秀輪傳認動副順常采脫用消憶除措毀施來恭盡量牌減小患齒輪轉側隙眨。但呼這種太聯(lián)接命形式燒的機飲械結潔構比玻較復元雜。財圖腫2戒—后1碌電機以與絲見杠間害的聯(lián)漠接弱形式替2.研2會、經(jīng)罵同步歲帶輪次傳動障的進犯給運送動策如店圖貞2-里1b糠）滑所示埋，這參種聯(lián)續(xù)接形石式的揀機械浮結構攻比較默簡單厭。同株步帶捐傳動惱綜合屯了帶業(yè)傳動新和鏈剃傳動猾的優(yōu)處點，灣可以鞠避免焦齒輪潛傳動甚時引未起的襯振動竄和噪劫聲，莖但只煩能適援于低喪扭矩殿特性宅要求丙的場叛所。樂安裝選時中奉心距遙要求狡嚴格澇，且兄同步謹帶與東帶輪攔的制百造工悉藝復揀雜。能2.袍3余、電精機通拿過聯(lián)伯軸器籠直接稠與絲仔杠聯(lián)練接園如巴圖渴2-兄1c展）悶所示舉，此鉗結構踩通常委是電巖機軸姿與絲奉杠之至間采謎用錐肢環(huán)無摧鍵聯(lián)或接或暑高精掃度十蒼字聯(lián)蛙軸器桃聯(lián)接迷，從雕而使屋進給蛇傳動孫系統(tǒng)蹤具有紐較高脾的傳吊動精藏度和厚傳動第剛度參，并踏大大礎簡化顫了機壁械結廟構。叉在加阿工中奇心和施精度捎較高母的數(shù)弱控效機床謎的進英給運遞動中仁，普揮遍采戲用這稼種聯(lián)鑰接形輩式。身根據(jù)淺進給子系統(tǒng)印的要妥求及箏設計蕩要求造，選制擇帶鼻有齒液輪傳冰動的紡進給哥運動觸，急選用滾最佳窄降速拜比，嬌可以送提高萄機床廉的分蜂辨率孟，并浸使系非統(tǒng)昆折算茫到驅(qū)棉動軸耐上的歲慣量換減少陪；盡起量消理除傳浮動間興隙，免減少輩反向盾死區(qū)頸誤差瓣，提套高位盞移精僻度等括。踐第三叉章裝、解運動研設旋計侄3.訓1嚼、速降速調(diào)比計念算刻功率書步進仔電動歇機型違號裝為違11放0B摔F0緒0澆3勒，其樹主要關技術肝參數(shù)夫為最序大靜傾轉矩暗為智7.悔84蝕,律步距迫角示0.蘆75心°病,美電機邁轉動嚴慣量劃：掌J=讀1.滾8毀×貞10姓-2卸禁㎏其.m股2活；快粱速空窗載啟衫動時渾電動炎機轉盲速巖。懶進給廚傳動貞鏈的沙脈沖缺當量改.增選滾李珠絲際杠的票螺距基為恰12廚mm揮.案由褲（柔3士—秒1縮）猜式鄉(xiāng)中凈—面—旺步進雞電動妻機的緒步距憤角筍—刑—吃脈沖齡當量蹈，疤mm赴燦守鄉(xiāng)蘇S始場—劫—背絲杠鉆螺匯距約,做mm型3.辦2鄙、減表速齒犁輪的邊確定述選擇割一級基減速誼器，痰選齒巖輪扒，杯，模網(wǎng)數(shù)慌，齒脈寬燈。對選擇苗斜齒崇輪調(diào)借隙，代齒輪變的參脅數(shù)如蓋表捷3掙—顛1脖。之3群—踢1交齒輪向參數(shù)溝表誰法向獵模數(shù)姜2樹齒數(shù)俱20脖齒形割角留齒頂攏高系浴數(shù)騾螺旋遇角葡15偽o凍徑向胖變位百系數(shù)衫0混精度經(jīng)等級逝配對院齒輪那圖號饅齒數(shù)佛50瓶公差奇組結檢驗奉項目重代號看極限鄰偏差腹值休1掏0.摩09賴0題2形0.井01協(xié)6謙3業(yè)0.菌01購3暖4響0.龍01炒6文第四罪章、讓絲杠辣螺母唱機構稍的選皮擇與纖計算思已知僚條件器：駛工作壤臺及紡刀架研重域：狐11蓋0藥㎏英,它所以覺重量超為賄最大悉行程原：禿12灶80戴m搏m俯，失控動量喘：述，工毛作臺女最高首速欲度：峽查表潤選擇繁絲桿泄預期催壽命傘：概小偏時莊，顯摩擦循系數(shù)額。窩則導漿軌的言靜摩長擦哄力稻F碰O堂。忙（伏4膀—咸1像）襲最大消軸向慮負載挑4.先1扇、動我載強遺度計廁算際當轉烈速兵時，茫滾珠辦絲杠松；螺棟母的賽主要灶破壞她形式無是工侮作表旁面的沿疲勞壺點蝕機，因培此要們進行進動載笑強度彎計算掙，其豐計算皆動載估荷壤應小桃于或折等于洋滾珠鞠絲桿般螺母努副的溝額定臟動負燙荷，卵即億（額4慣—褲2)兇式羊中闊—針—逢動載過荷系膀數(shù)，華見奮表里3虎—搞1;承—悶—雁硬度瞧影響串系數(shù)梯，見現(xiàn)表鴉3-都2;扶—鋪—歉當量男動負績荷較，盛N;振—罵—刊滾珠茄絲杠散；螺普母副電的額還定動樓負荷屑，尖N妹；鞠—賤—完壽命刪，以奶r巨為一撈個單醬位。僵搖(為4塑—譜3)羅式恰中癥T適—鋒—押使用偉壽命民，約h磁；按掃設計劫機床冊要求咳取屠T=喬15株00培0h諒N搞—魚—均循環(huán)敘次數(shù)燈：順—除—溪滾珠傲絲杠丘的當剃量轉谷速懲，帶r/踩mi鈔n哈。磁幟餐指我(摩4編—鄉(xiāng)4陷）哈代入霉上式踢得零（洗4炊—頃5翻）耀表卵4-貼1脫初動載淹荷系叔數(shù)連載荷掃性質(zhì)北載荷推性質(zhì)竹平穩(wěn)正輕微妖沖擊島較大導沖擊顧和振顯動材中等那沖擊衫表或4-夫2娛澇硬度阻影響期系數(shù)邁、臥硬度蛋55逆52剪.5榮50聚47上.5舟45脾40泛1.拆0濃1.性11違1.略35塌1.俊56譜1.狐92么2.鹽40押3.宇85農(nóng)1.麥0白1.關11秒1.患40婚1.們67裝2.搞10盾2.默64蕉4.鉗50悼當工香作載宜荷單握調(diào)連吹續(xù)或孝周期怨行單庭調(diào)連躺續(xù)變蹲化時亂，則盼（相4啞—測6類）螞式饞中搏—淘—忙最大揭和最秀小工乓作載牽荷投，耀N賴。梁查章表求4嗓—懂1務4煙—王2稠取貪=1魔.5芬染=1債.5煤6職代入拆上式至得惑（焰4拔—袖7厘）把4魔.伶2暖、靜喘強度驗計算島當轉清速印時，勺滾珠洋絲杠純螺母份的主延要破兔壞形籍式為草滾珠洽接觸迫面上興產(chǎn)生釣較大載的塑默性變糖形，失影響柳正常噸工作籍。因璃此，肆應進鑄行靜叢強度餓計算插，最飾大計害算靜擱載荷欺為每（詠1民—鈴1攪0嚴）勒式倍中厲—膽—杜硬度堂硬度鏈影響淹系數(shù)幕，見誕表面5慌—稠2艱；取棚=1杯.6抬7.螞—教—也滾珠斜絲杠全螺母逮副的暑額定柔靜負拉荷鉛，村N鄰。揉代入抱得摸（午4驢—秘8霧）鉆根據(jù)戲計算更額定榆動負勁載荷貓和額艷定靜張負荷粗初選穩(wěn)滾珠件絲杠蠶副型寧號為原。稱其基蛋本參桃數(shù)為尤公稱投直徑省，導酸程失，滾精珠直皂徑多。額單定動粒負荷誼，額樸定靜衰負荷芹。動久載荷偷與靜扎載荷仔載均析滿足悶要求只。鐘4.就3績、臨忍界轉適速校礦核均對于晴高速尾長絲亞杠有構可能米發(fā)生看共振掛，需臨要算販其臨裕界轉抹速溝，不施會發(fā)測生共異振的晃最高注轉速帝為臨豪界腿轉速侮（耽4燃—斑9縮）聽（怖4濁—惜1得0送）貍式班中炒—扔—損臨界鐮轉速均計算旋長度兩，因m刻；樹—交—丟絲杠伍支撐擴方式押系數(shù)孕。兩朗端質(zhì)固定朱時，撞代入谷數(shù)據(jù)止得譽遠遠禍小于摟其最稍大速誼度，市故臨尊界轉舉速滿殺足。膛4.慣4羽、額者定壽膛命的套校核沒滾珠罪絲杠釣的額殖定動極載荷征，已唇知其監(jiān)軸向巡載荷貪，滾慕珠絲啊杠的造轉速紐，運海轉條忽件系材數(shù)院，則奮有破（郊4?！?繼1載）賞（票4棉—員1跳2紫）歉滾珠勇絲杠漿螺母稱副的站總工芬作壽途命短，故諷滿足使要求母。找第五砍章、敏動力模計算妄5.摔1赴、傳眠動件賭轉動誼慣量的的計闖算奧呢5.珍1獻1遺、小滑齒輪甲的轉羊動慣沃量郊（卻5禾—唇1攻）腐式中禍—呀—清齒輪廣分度浩圓直徹徑盒，絡m鉗m振，冬；燃（恭5侮—缺2征）裕—飽—祖齒輪艙寬度殿，安m纖m些。螺佩5.共1襲2糾、大導齒輪階轉動寄慣量暗（盯5玉—銹3棚）植式漆中別—詳—溪齒輪拉分度漆圓直冠徑企，作m壯m岡（稠5殲—糾4慌）怠脆5.神1般3牌、計南算工怨作臺鑼的轉合動慣勸量騾J選W將（菜5腔—狐5)框式療中性W伯—信—肅工作適臺（墳包括據(jù)工件呢）的王質(zhì)量凳，色k扭g蓋；案S翻—石—虧絲杠槐螺距災，飄m牲m鼠。犯返5.圍1姐4匹、計礦算絲梳杠的忽轉動釀慣虎量鏈Js難竄秀臣(之5賽—刊6醬）闊式潔中封L正—斷—躺支撐歐距炕，那m么m欄。厲5.狗1嗎5養(yǎng)、負識載折擋算到冤電動夾機軸貿(mào)上的蘇轉動袍慣量餃為：脾（基5充—同7弓）測5.底2件、電錢動機仿力矩漂的計費算房慈5夏.2凍.暴1姑、計捉算加撤速力造矩浙Ma幅（陡5宰—組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