數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計

第一章、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖圖1-1所示：圖1-1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進(jìn)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(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。1.1、伺服系統(tǒng)對伺服電機(jī)的要求（1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)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(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)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(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。（4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)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(shù)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(gòu)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(shù)和改進(jìn)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(jìn)給傳動系統(tǒng)一般均采用進(jìn)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(jī)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(jī)械傳動部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動系統(tǒng)。檢測元件與反饋電路組成檢測系統(tǒng)。進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)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(guān)系，故必須對機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)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(jī)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(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價低等特點而被廣泛采用。直流伺服電動機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時機(jī)械換向器的換向能力，限制了電動機(jī)的容量和速度。電動機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電動機(jī)效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。1.3、主要設(shè)計任務(wù)參數(shù)車床控制精度：0.01mm（即為脈沖當(dāng)量）；最大進(jìn)給速度：Vmax=540mm/min。最大加工直徑為Dmax=400mm，工作臺及刀架重：110㎏；最大軸，向力=160㎏；導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)=0.2；行程=1280mm；步進(jìn)電機(jī)：110BF003；步距角：0.75°；電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量：J=1.8×10-2㎏.m2。第二章、數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)傳動的方案設(shè)計數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動對位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高的要求。實現(xiàn)進(jìn)給驅(qū)動的電機(jī)主要有三種：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。目前，步進(jìn)電機(jī)只適應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，直流伺服電機(jī)在我國正廣泛使用，交流伺服電機(jī)作為比較理想的驅(qū)動元件已成為發(fā)展趨勢。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)采用不同的驅(qū)動元件時，其進(jìn)給機(jī)構(gòu)可能會有所不同。電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖2-1所示。掙2.礎(chǔ)1、詢帶有片齒輪話傳動肌的進(jìn)萍給運床動浩數(shù)控濃機(jī)床屠在機(jī)櫻械進(jìn)銅給裝濫置中瞎一般顧采用宜齒輪頂傳動雜副來焰達(dá)到隸一定吵的降臟速比捕要求蓬，如臥圖2陣-1誦a魄）啦所示址。由赤于齒底輪在奧制造梳中不貪可能迫達(dá)到奔理想波齒面煩要求遷，總即存在修著一樸定的問齒側(cè)繡間隙機(jī)才能浸正常鴿工作冒，但尊齒側(cè)接間隙投會造駛成進(jìn)革給系趟統(tǒng)的瘡反向昏失動針量，隔對閉液環(huán)系吵統(tǒng)來答說，剛齒側(cè)襪間隙演會影脂響系窗統(tǒng)的盈穩(wěn)定堵性。去因此郵，齒川輪傳狗動副身常采睛用消迅除措帆施來囑盡量皮減小忙齒輪熊側(cè)隙喇。但淋這種蒜聯(lián)接罩形式偉的機(jī)支械結(jié)宵構(gòu)比帳較復(fù)末雜。胳圖2吹—匠1么電機(jī)碧與絲春杠間犯的聯(lián)瓜接形將式確2.欄2、沖經(jīng)同神步帶掃輪傳是動的才進(jìn)給貝運動偏如圖存2-可1b最）突所示辱，這閣種聯(lián)胡接形晚式的蘆機(jī)械澡結(jié)構(gòu)妻比較倍簡單揭。同疾步帶炕傳動升綜合劣了帶有傳動賺和鏈城傳動葡的優(yōu)公點，究可以騙避免企齒輪喇傳動紫時引籍起的竿振動賀和噪橫聲，謹(jǐn)?shù)圾B能適藥于低澤扭矩六特性桑要求樹的場墊所。寫安裝噴時中姓心距椅要求鼻嚴(yán)格付，且趴同步抵帶與路帶輪聽的制修造工秩藝復(fù)焦雜。勁2.迷3、兄電機(jī)吧通過土聯(lián)軸心器直碰接與矮絲杠呼聯(lián)接原艇如怪圖2羊-1域c拐）傲所示距，此扯結(jié)構(gòu)獵通?；褪请姅r機(jī)軸錘與絲內(nèi)杠之呼間采隸用錐乒環(huán)無卻鍵聯(lián)況接或事高精冬度十心字聯(lián)秋軸器壟聯(lián)接訓(xùn)，從玩而使吳進(jìn)給姥傳動網(wǎng)系統(tǒng)見具有另較高役的傳什動精葉度和尺傳動聚剛度抗，并訂大大途簡化巡了機(jī)含械結(jié)客構(gòu)。確在加坡工中潮心和柔精度虹較高掠的數(shù)攪控機(jī)燒床的癥進(jìn)給抹運動紡中，問普遍味采用燭這種庸聯(lián)接衰形式殲。希債根據(jù)弟進(jìn)給這系統(tǒng)備的要像求及住設(shè)計咱要求煎，選飲擇帶照有齒做輪傳逐動的畢進(jìn)給算運動怒，蹲選用杜最佳奸降速腔比，耐可以弱提高裹機(jī)床賺的分留辨率嗽，并族使系指統(tǒng)折釋算到國驅(qū)動垂軸上移的慣陰量減開少；姥盡量踐消除煌傳動閘間隙魄，減僚少反挑向死館區(qū)誤渣差，射提高薦位移自精度擋等投。便第三晌章桿、今運動師設(shè)計迎暗3.驗1、限降速北比計趕算臂功率留步進(jìn)零電動掛機(jī)型寶號為樣11哥0B斃F0師03搏，其渠主要翠技術(shù)歇參數(shù)檢為最延大靜競轉(zhuǎn)矩壩為7盜.8橋4軟,步汗距角厲0.悟75歇°惹,電動機(jī)轉(zhuǎn)院動慣援量：梁J=新1.淺8青×疼10虎-2炮緩㎏閉.m畫2柿；快仔速空慨載啟咽動時姓電動怕機(jī)轉(zhuǎn)睡速賣。法進(jìn)給梳傳動象鏈的候脈沖余當(dāng)量任.選蘿滾珠送絲杠灑的螺姿距為咱12烏mm葡.由恨地船盆（拜3評—國1）謎嚼珠沙劣踢睬使禍貨鼠交則式中寇孩——起步進(jìn)檢電動界機(jī)的溫步距著角上——述脈沖晨當(dāng)量顏，m米m速險紅揭褲S糖戒——研絲杠小螺距叮,藝mm犯3.遲2、棕減速犯齒輪深的確迫定真壯煮停選擇倡一級歡減速鋪器，軍選齒虛輪傳，凳，模其數(shù)奉，齒菜寬且。喜選擇棄斜齒添輪調(diào)靈隙，犬齒輪沒的參迎數(shù)如猛表3鞭—花1。臘3擔(dān)—微1齒辛輪參罰數(shù)表慢法向刑模數(shù)除2愈齒數(shù)傭20仁齒形既角燃齒頂戴高系汁數(shù)思螺旋拋角濱15馬o香徑向未變位禽系數(shù)掠0磚精度差等級斑配對陪齒輪逢圖號撓齒數(shù)輩50市公差租組姜檢驗亭項目臂代號該極限繼偏差閃值餡1燒0.請09互0斯2突0.返01爪6攏3毯0.叉01釀3舞4煎0.燒01甜6難第四藝章、丸絲杠催螺母四機(jī)構(gòu)瑞的選顏擇與胡計算回已知小條件依：駛工作氏臺及殼刀架葬重：炊11腸0㎏阻,所鍬以重叮量為彈最大繳行程非：1燒28青0m戲m，載失動沒量：教，工輸作臺浩最高情速度澡：睬筐查表照選擇柏絲桿絨預(yù)期比壽命聰：朝小時古，么摩獨擦系知數(shù)謎。謹(jǐn)則導(dǎo)方軌的停靜摩巴擦力膝F糧O。扔（4合—鋸1）愧最大枯軸向生負(fù)載息4.糾1、翻動載玉強度禮計算也選當(dāng)轉(zhuǎn)遲速五時，階滾珠進(jìn)絲杠食；螺決母的祥主要屯破壞陣形式宵是工聚作表晨面的膊疲勞劈點蝕爐，因惰此要融進(jìn)行繳動載稠強度驢計算歷，其任計算做動載城荷增應(yīng)小幫于或失等于深滾珠齊絲桿載螺母尤副的肅額定凈動負(fù)選荷，勿即拋拼牌努憲卸（精4啞—典2)絕式歸中孝庫豐——旦動載殼荷系瞇數(shù)，毯見表補3稈—爹1;膊——嫌硬度目影響吊系數(shù)例，見牧表3膽-2械;洲——蓬當(dāng)量萄動負(fù)時荷，粗N;汽——炭滾珠響絲杠先；螺外母副初的額咳定動公負(fù)荷泳，N霉；忙——姑壽命蝶，以篇r為坊一個溜單位宋。絹貧思亮璃芽店對匪摩朗膊(抖4鋤—釀3)聰糾式中舞削T占——抗使用違壽命目，h鍛；按吉設(shè)計避機(jī)床洲要求屯取T筐=1惕50刪00奏h螞拴懷鉗癥N簽——抵循環(huán)險次數(shù)泉：殘——秩滾珠滾絲杠萬的當(dāng)膝量轉(zhuǎn)里速，鑒r/濫mi牧n。掠旗浙廟嚇(4壞—增4）淘胡代入編上式訴得悲勸籮己黎記（覽4羞—怎5）兆表4孩-1乖咸動襪載荷喊系數(shù)療載荷遇性質(zhì)泳載荷鋸性質(zhì)果平穩(wěn)滑輕微揚沖擊燒較大處沖擊民和振雞動勿中等挪沖擊與表4厘-2坦纖硬邊度影域響系員數(shù)由、核硬度柿55宣52嗓.5孔50輸47沒.5伐45宗40站1.做0愿1.每11屢1.昌35貍1.秧56滿1.礙92叢2.茶40圍3.您85妥1.孝0數(shù)1.補11國1.桑40預(yù)1.津67集2.店10餡2.香64畢4.柿50票當(dāng)工滑作載隨荷單事調(diào)連如續(xù)或股周期溜行單它調(diào)連賭續(xù)變?；瘯r贊，則忘冤舒寒且蕉閑繩（線4盤—繁6）吹式中庸笑——幫最大摸和最響小工謠作載散荷，驚N。統(tǒng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n)算：磨抽損小密、壽牽命長繳；可葛消除穿軸向簡間隙填，提播高軸弦向剛云度等粒。跌第八家章、亦總結(jié)拐與體肆?xí)^開沙經(jīng)過柿為期載兩周窄的奮斧戰(zhàn)我熊的詢《息數(shù)控巡機(jī)床沿系統(tǒng)艷設(shè)計用》擊課程恢設(shè)計渴終于儲完成薄了。絡(luò)雖然樣比較滴辛苦遺但是性獲益片也良糊多。慰課程教設(shè)計茅不僅背是對榜前面露所學(xué)羨知識犁的一命種檢甲驗，衫而且壯也是屠對自允己能寄力的稼一種置提高茫。通修過這銷次課族程設(shè)森計使啊我明接白了賓自己真原來令知識筍還比價較欠允缺。閃自己睜要學(xué)衰習(xí)的幸東西銜還太匠多，謹(jǐn)以前層老是北覺得睜自己走什么忌東西遣都會諒，什報么東段西都鄭懂，撲有點慶眼高梁手低露。通滾過這幼次課難程設(shè)證計，萍我才懲明白還學(xué)習(xí)超是一翻個長晨期積爪累的衛(wèi)過程伸，在悼以后旁的工屑作、休生活亞中都疑應(yīng)該唱不斷置的學(xué)果習(xí)，笑努力響提高屯自己畏知識弦和綜舞合素參質(zhì)。逝暑冶蟲在這汗次課資程設(shè)先計中跟也使揉我們劃的同伸學(xué)關(guān)葬系更芒進(jìn)一惡步了