0403021遲偉CNC數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)

《0403021遲偉CNC數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《0403021遲偉CNC數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)（26頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1前言 我國(guó)數(shù)控車床從20世紀(jì)70年代初進(jìn)入市場(chǎng)，至今通過各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例.但我國(guó)在五軸加工技術(shù)、高速加工技術(shù)、精密加工技術(shù)等方面與國(guó)外方面還有很大的差距。主要問題有：1缺乏系統(tǒng)深入的科研工作, 難以對(duì)各種技術(shù)資料進(jìn)行積累, 設(shè)計(jì)方法陳舊。2、缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神, 忽視了數(shù)控機(jī)床本身的技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律, 沒有實(shí)事求是地制定數(shù)控機(jī)床發(fā)展的規(guī)劃, 盲目性大。3、沒有合理地運(yùn)用資源。各個(gè)研究所孤軍奮戰(zhàn),不通力合作,并且

2、床行業(yè)人員素質(zhì)低, 缺乏各方面人才。4、我國(guó)制造業(yè)大環(huán)境的制約。我國(guó)依靠引進(jìn)和合作生產(chǎn)來發(fā)展各類主機(jī), 至今我國(guó)許多高性能、新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床大都為合作產(chǎn)品, 基本處于仿制階段。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床及其功能部件無(wú)論在技術(shù)參數(shù)上，還是在各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)上，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的同類產(chǎn)品均存在一定差距。目前，國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上成功開發(fā)出BW60HS／I型系列高速臥式加工中心，并已批量進(jìn)入市場(chǎng)。該機(jī)采用電主軸，主軸最高轉(zhuǎn)速16 000 r／min，由零至最高轉(zhuǎn)速的時(shí)間為l s，快速移動(dòng)速度60 m／min。寧江集團(tuán)開發(fā)的高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)40 000 r／min。 當(dāng)前，在數(shù)控機(jī)床精密化方面

3、，美國(guó)的水平最高，不僅生產(chǎn)中小型精密機(jī)床，而且由于國(guó)防和尖端技術(shù)的需要，研究開發(fā)了大型精密機(jī)床。其代表產(chǎn)品有LLL實(shí)驗(yàn)室研制成功的DTM一3型精密車床和LODTM大型光學(xué)金剛石車床，它們是世界公認(rèn)水平最高的、達(dá)到當(dāng)前技術(shù)最前沿的大型精密機(jī)床。其它國(guó)家也相應(yīng)研制成功各種類似的裝備，如英國(guó)的Cranfield、日本的東芝機(jī)械等。近年來我國(guó)對(duì)超精密機(jī)床的研制也一直在進(jìn)行。北京機(jī)床研究所研制成功了JCS一027型超精密車床、JCS一03型超精密銑床、JCS一035型數(shù)控超精密車床等。 - 26 - 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)

4、的目的 機(jī)床課程設(shè)計(jì)目的在于通過機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在結(jié)構(gòu)方案過程中，得到結(jié)構(gòu)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件設(shè)計(jì)、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料的等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算能力。 1.2數(shù)控機(jī)床的基本概念 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對(duì)機(jī)床設(shè)備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對(duì)其提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機(jī)床就是針對(duì)這種要求而產(chǎn)生的一種新型自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于

5、一體，是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機(jī)電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床體現(xiàn)了當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)步的主流，是衡量機(jī)械制造工藝水平的重要指標(biāo)，在柔性生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)集成制造等先進(jìn)制造技術(shù)中起著重要的基礎(chǔ)核心作用。 數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machine Tools）是指采用數(shù)字形式信息控制的機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量等記錄在程序介質(zhì)上送入計(jì)算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運(yùn)算及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床[1]。 數(shù)控機(jī)床的工

6、作原理就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、工件的松開與夾緊、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、自動(dòng)關(guān)停冷卻液）和步驟以及工件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼表示，通過控制介質(zhì)（如穿孔紙帶或磁盤等）將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件。所以，數(shù)控加工的關(guān)鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取，即數(shù)控編程。數(shù)控加工一般包括以下幾個(gè)內(nèi)容： （1）對(duì)圖紙進(jìn)行分析，確定需要數(shù)控加工的部分； （2）利用圖形軟件（如CAXA制造工程師）對(duì)需要數(shù)控加工的部分造型； （3）根據(jù)加工條件，選擇合適的加工參數(shù)，生成加工軌跡（包括

7、粗加工、半精加工、精加工軌跡）； （4）軌跡的仿真檢驗(yàn)； （5）生成G代碼； （6）傳給機(jī)床加工。 1.3數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體組成，如圖1.1所示為數(shù)控機(jī)床的組成的基本框圖。為了提高本機(jī)床的加工精度，達(dá)到高精度的設(shè)計(jì)要求，在上述系統(tǒng)中加入一個(gè)測(cè)量裝置，這樣構(gòu)成了由閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的框圖。開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程是：將控制機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的位移量、位移速度、位移方向、位移軌跡等參量通過控制介質(zhì)輸入給機(jī)床數(shù)控裝置，數(shù)控裝置根據(jù)這些參量指令計(jì)算機(jī)得出進(jìn)給脈沖序列（包含有上述四個(gè)參量），然后經(jīng)伺服系

8、統(tǒng)轉(zhuǎn)換放大，最后控制工作臺(tái)按所要求的速度、軌跡、方向和距離移動(dòng)。閉環(huán)控制：是在機(jī)床的最終的運(yùn)動(dòng)部件的相應(yīng)位置直接直線或回轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置，將直接測(cè)量到的位移或角位移值反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令移量進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件，使運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)格按實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)[2]。 圖1.1 數(shù)控機(jī)床的組成 1.3.1控制介質(zhì) 數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要工人去搖手柄操作機(jī)床，但又要自動(dòng)的執(zhí)行人們的意圖，這就必須在人和數(shù)控機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的媒介物稱為控制介質(zhì)（或稱程序介質(zhì)、輸入介質(zhì)、信息載體）[3]。 控制介質(zhì)又稱信息載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間的媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加

9、工中全部信息?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類型不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。還有的采用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接將程序及數(shù)據(jù)輸入。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(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。 1.3.2數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心?，F(xiàn)代的數(shù)控裝置普遍采用通用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置主要硬件：包括微型機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分，CPU、存儲(chǔ)器、局部總線以及輸入輸出接口等；軟件部分：就是我們所說的數(shù)控系統(tǒng)軟件基本功能：讀入零件加工程序，根據(jù)加工程序所指定零件形狀，計(jì)算出刀具

10、中心的移動(dòng)軌跡，并按照程序指定的進(jìn)給速度，求出每個(gè)微小的時(shí)間段（插補(bǔ)周期）內(nèi)刀具應(yīng)該移動(dòng)的距離，在每個(gè)時(shí)間段結(jié)束前，把下一個(gè)時(shí)間段內(nèi)刀具應(yīng)該移動(dòng)的距離送給伺服單元。 1.3.3伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間的電氣聯(lián)系環(huán)節(jié)。主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)與反饋裝置等組成。目前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的控制對(duì)象可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)（后兩者等帶有光電編碼器等位置測(cè)量元件）[4]。 1.3.4機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的本體是指機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體?？梢栽谄胀C(jī)床的基礎(chǔ)上改裝，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)通機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分有以下特點(diǎn)

11、： （1）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短，傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)。 （2）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。 （3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，一般采用滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副或塑料涂層導(dǎo)軌等。具有完善的刀具自動(dòng)交換及管理系統(tǒng)。 1.4數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床的品種規(guī)格很多，分類方法也各不相同。一般可根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)，按下面 4 種原則進(jìn)行分類[5]。 1.4.1按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類 （1） 點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制只要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求并不嚴(yán)格，

12、在移動(dòng)過程中不進(jìn)行加工，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)是不相關(guān)的。為了實(shí)現(xiàn)既快又精確的定位，兩點(diǎn)間位移的移動(dòng)一般先快速移動(dòng)，然后慢速趨近定位點(diǎn)，以保證定位精度。 具有點(diǎn)位控制功能的機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鑊床、數(shù)控沖床等。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格的降低，單純用于點(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)已不多見。 （2） 直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床也稱為平行控制數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線（軌跡），但其運(yùn)動(dòng)路線只是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行移動(dòng)，也就是說同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)（即數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)不必有插補(bǔ)運(yùn)算功能），在移位的過程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削

13、，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。 其有直線控制功能的機(jī)床主要有比較簡(jiǎn)單的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。這種機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也稱為直線控制數(shù)控系統(tǒng)。同樣，單純用于直線控制的數(shù)控機(jī)床也不多見。 （3） 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床也稱連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床，其控制特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以 h 的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行控制。為了滿足刀具沿工件輪廓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的位移控制和速度控制按照規(guī)定的比例關(guān)系精確地協(xié)調(diào)起來。因此在這類控制方式中，就要求數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算功能．所謂插補(bǔ)就是根據(jù)程序輸入的基本數(shù)據(jù)（如直線的終點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)和圓心坐標(biāo)或半徑

14、），通過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)插補(bǔ)運(yùn)算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或圓弧的形狀描述出來，也就是一邊計(jì)算，一邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)位移量與要求的輪廓相符合在運(yùn)動(dòng)過程中刀具對(duì)工件表面進(jìn)行連續(xù)切削，可以進(jìn)行各種直線、圓弧、曲線的加工．輪廓控制的加工。。 這類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)冰、加工中心等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)它所控制的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)不同，又可以分為下面幾種形式 ① 二軸聯(lián)動(dòng)：主要用于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。 ② 二軸半聯(lián)動(dòng)主要用于三軸以上機(jī)床的控制，其中兩根軸可以聯(lián)動(dòng)，而另外一根軸可以作周期勝進(jìn)給。 ③ 三軸

15、聯(lián)動(dòng)：一般分為兩類，一類就是 x 、 y 、 z 三個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等，用球頭銑刀銑切三維空間曲面．另一類是除了同時(shí)控制 x 、 y 、 z 中兩個(gè)直線坐標(biāo)外，還同時(shí)控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。如車削加工中心，它除了縱向（z軸）、橫向（x軸）兩個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，還需同時(shí)控制圍繞 z 軸旋轉(zhuǎn)的主軸（c軸）聯(lián)動(dòng)。 ④ 四軸聯(lián)動(dòng)：同時(shí)控制 x 、 y 、 z 三個(gè)直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)。 ⑤ 五軸聯(lián)動(dòng)：除同時(shí)控制 x 、 y 、 z 三個(gè)育線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外．還同時(shí)控制圍繞這這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的 a 、 b 、 c 坐標(biāo)軸中的兩個(gè)坐標(biāo)軸，形成

16、同時(shí)控制五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)這時(shí)刀具可以被定在空間的任意方向．比如控制刀具同時(shí)繞 x 軸和 y 軸兩個(gè)方向擺動(dòng)，使得刀具在其切削點(diǎn)上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，減小被加工表面的粗糙度 1.4.2按伺服控制的方式分類 （1） 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)是開環(huán)的，即沒有檢測(cè)反饋裝置，一般它的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的主要特征是控制電路每變換一次指令脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，并且電動(dòng)機(jī)本身就有自鎖能力．其控制系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)輸出的進(jìn)給指令信號(hào)通過脈沖分配器來控制驅(qū)動(dòng)電路，它以變換脈沖的個(gè)數(shù)來控制坐標(biāo)位移量，以變換

17、脈沖的頻率來控制位移速度，以變換脈沖的分配順序來控制位移的方向。因此這種控制方式的最大特點(diǎn)是控制方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜．?dāng)?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)流是單向的，所以不存在控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，但由于機(jī)械傳動(dòng)的誤差不經(jīng)過反饋校正，故位移精度不高。早期的數(shù)控機(jī)床均采用這種控制方式，只是故障率比較高，目前由于驅(qū)動(dòng)電路的改進(jìn)，使其仍得到了較多的應(yīng)用。尤其是在我國(guó)，一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和舊設(shè)備的數(shù)控改造多采用這種控制方式。另外，這種控制方式可以配置單片機(jī)或單板機(jī)作為數(shù)控裝置，使得整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格降低。 （2）閉環(huán)控制機(jī)床 這類數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)是按閉環(huán)反饋控制方式工作的，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可采用直流或

18、交流兩種伺服電機(jī)，并需要配置位置反饋和速度反饋，在加工中隨時(shí)檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量，并及時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng)中的比較器，它與插補(bǔ)運(yùn)算所得到的指令信號(hào)進(jìn)行比較，其差值又作為伺服驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)，進(jìn)而帶動(dòng)位移部件以消除位移誤差。 按位置反饋檢測(cè)元件的安裝部位和所使用的反饋裝置的不同，它又分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種控制方式． ① 全閉環(huán)控制 如圖1.2所示，其位置反饋裝置采用直線位移檢測(cè)元件（目前一般采用光柵尺），安裝在機(jī)床的床鞍部位，即直接檢測(cè)機(jī)床坐標(biāo)的直線位移量，通過反饋可以消除從電動(dòng)機(jī)到機(jī)床床鞍的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差，從而得到很高的機(jī)床靜態(tài)定位精度。但是，由于在整個(gè)控制環(huán)內(nèi)，許多機(jī)械

19、傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙均為非線性，并且整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間與電氣響應(yīng)時(shí)間相比又非常大．這為整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性校正帶來很大困難，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整也都相當(dāng)復(fù)雜因此，這種全閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的數(shù)控坐標(biāo)幢床、數(shù)控精密磨床等[6]。 圖1.2 閉環(huán)系統(tǒng)控制框圖 ② 半閉環(huán)控制 如圖1.3所示，其位置反饋采用轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件（目前主要采用編碼器等），直接安裝在伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠端部。由于大部分機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此叫獲得較穩(wěn)定的控制特性。絲杠等機(jī)械傳動(dòng)誤差不能通過反饋來隨時(shí)校正，但是可采用軟件

20、定值補(bǔ)償方法來適當(dāng)提高其精度．目前，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制方式[7]。 圖1.3 半閉環(huán)系統(tǒng)控制框圖 ⑶ 混合控制數(shù)控機(jī)床 將上述控制方式的特點(diǎn)有選擇地集中，可以組成混合控制的方案。如前所述，由于開環(huán)控制方式穩(wěn)定性好、成本低、精度差，而全閉環(huán)穩(wěn)定性差，所以為了互為彌補(bǔ)，以滿足某些機(jī)床的控制要求，宜采用混合控制方式。采用較多的有開環(huán)補(bǔ)償型和半閉環(huán)補(bǔ)償型兩種方式 1.4.3按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平，通常把數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高三類。這種分類方式，在我國(guó)用的較多。低、中、高三檔的界

21、限是相對(duì)的，不同時(shí)期，劃分標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不同。就目前的發(fā)展水平看，可以將各種類型的數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高檔三類。其中中、高檔一般稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控在我國(guó)還有經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的提法。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控屬于低檔數(shù)控，是指由單片機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)，或其他功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低的數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控主要用于車床、線切割機(jī)床以及舊機(jī)床改造等 1.4.4按加工工藝及機(jī)床用途的類型分類 ⑴ 金屬切削類 指采用車、銑、撞、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床。它又可被分為以下兩類。 ①普通型數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。 ② 加工中心 其主要特點(diǎn)是具有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)

22、的刀具庫(kù)，工件經(jīng)一次。裝夾后，通過自動(dòng)更換各種刀具，在同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)工件各加工面連續(xù)進(jìn)行銑（車）鍵、鉸、鉆、攻螺紋等多種工序的加工，如（幢／銑類）加工中心、車削中心、鉆削中心等。 ⑵ 金屬成型類 指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機(jī)床，常用的有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。 ⑶ 特種加工類 主要有數(shù)控電火花線切割機(jī)、數(shù)控電火花成型機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光加工機(jī)等。 ⑷ 測(cè)量、繪圖類 主要有三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、數(shù)控對(duì)刀儀、數(shù)控繪圖儀等[8]。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)書的分析 2設(shè)計(jì)任務(wù)書的分析 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)

23、任務(wù)書 該機(jī)床適合于復(fù)雜輪廓的高精度的回轉(zhuǎn)零件的加工，主軸采用伺服電機(jī)，進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲扛設(shè)計(jì)。X/Z軸行程250/400㎜,主軸轉(zhuǎn)速范圍100-4000rpm，床身上最大回轉(zhuǎn)直徑260㎜，最大切削直徑200㎜。 1縱向進(jìn)給裝配圖（Ao或加長(zhǎng)或2張） 2拆有關(guān)零件圖 3設(shè)計(jì)說明書一份（要求不少于12000字，英文摘要不少于300單詞） 4外文翻譯資料（要求不少于2000字符） 5圖紙工作量：不少于3.5張零號(hào)圖的繪圖量 1.2 總體方案的確定 本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，這樣就達(dá)到了精確進(jìn)給的目的，該機(jī)床適合于復(fù)雜輪廓的高精度的回裝零件的加工，主軸采用伺服電機(jī)，進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠設(shè)

24、計(jì)。在縱向進(jìn)給系統(tǒng)上采用閉環(huán)控制，適時(shí)的進(jìn)行進(jìn)給量的調(diào)整達(dá)到了較高的精度，傳動(dòng)效率大到96%。 數(shù)控系統(tǒng)：以單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)的控制，配合編碼器進(jìn)行精確進(jìn)給。 對(duì)于縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)控制絲杠的動(dòng)作，步進(jìn)電機(jī)通過一對(duì)齒輪鏈連接的齒輪來傳遞動(dòng)力，并且有復(fù)雜的液壓和電子回路，該系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床中精度更高的系統(tǒng)。 對(duì)于滾珠絲杠選取FD-3206—2型，其優(yōu)點(diǎn)是:螺母的軸向尺寸小，而且已經(jīng)預(yù)加載荷消除了間隙。 采用滾珠絲杠，絲杠兩端采用軸承支撐，共采用四個(gè)軸承進(jìn)行軸向固定，在左端用鎖緊螺母和軸肩來防止軸向竄動(dòng)，右端采用一對(duì)背靠背安裝的角接觸球軸承、螺母和軸肩來進(jìn)行軸向固定。

25、一級(jí)減速齒輪，采用帶連接傳動(dòng)，采用張緊輪來定期的調(diào)整帶的張緊，定期人工調(diào)整齒輪的中心距。 方案如下圖所示： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 伺服電機(jī)的選取 3伺服電機(jī)的選取 3.1伺服電機(jī)的工作原理 3.1.1伺服的定義 伺服：一詞源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；訊號(hào)來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名。 伺服系統(tǒng)：是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

26、伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。 3.1.2伺服電機(jī)工作原理 伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 伺服電機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，減速齒輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè)，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與

27、期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達(dá)到使伺服電機(jī)精確定位的目的。 伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同

28、時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。 3.2伺服電機(jī)的選擇原則 雖然選擇伺服電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是功率。但是大多

29、時(shí)候，選擇伺服電機(jī)并不功率，而是根據(jù)電機(jī)的負(fù)載條件進(jìn)行選擇的。加載電機(jī)軸上的負(fù)載共有兩種：負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量[9]。 3.2.1電機(jī)選擇 伺服電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是功率。大多時(shí)候，選擇伺服電機(jī)不按功率，而是根據(jù)負(fù)載條件進(jìn)行選擇的。加載電機(jī)軸上的負(fù)載有兩種：負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量[9]。 ⑴根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇電機(jī) 電動(dòng)機(jī)的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，將其折算至電動(dòng)機(jī)軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： ——滾珠絲杠的機(jī)械效率 ——絲杠導(dǎo)程 ——絲杠上的最大軸向載荷，等于最大軸向進(jìn)給力加導(dǎo)軌的摩擦力 ——因滾珠絲杠螺母預(yù)加載荷引起的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 ——滾珠絲杠軸承的摩

30、擦轉(zhuǎn)矩 I ——傳動(dòng)比 （2）根據(jù)負(fù)載慣量選擇電機(jī) 從牛頓第二定律我們可以看出，進(jìn)給系統(tǒng)所需要的加速轉(zhuǎn)矩Ta等于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量乘電動(dòng)機(jī)的角加速度a，即Ta=j*a。由此可以看出角加速度a影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)a越小的時(shí)候，計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令到伺服電機(jī)執(zhí)行完畢之間的時(shí)間越長(zhǎng)，也就是通常說的反應(yīng)慢；當(dāng)a變化時(shí)系統(tǒng)的反應(yīng)忽快忽慢，影響機(jī)床的加工精度；在Ta基本保持不變的情況下，如果想要a變化盡量小，就應(yīng)使慣量J變化也盡量小一些。 3.2.2選擇容量的基本原則： （1）工作溫度 電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)侯，一定要保證電機(jī)的實(shí)際最高溫度Qmax等于或者略微小于電機(jī)絕緣的允許的最高工作溫度Qa； （2

31、）過載能力 電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)侯，必須有要一定過載能力，尤其在短期工作的時(shí)侯，因?yàn)殡姍C(jī)的慣性很大，所以當(dāng)電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)承受了高于額定功率若干倍的負(fù)載功率時(shí)還可以保證Qmax≦Qa ,因此這時(shí)決定電動(dòng)機(jī)容量的主要的因素，不是電機(jī)的發(fā)熱能力而是電機(jī)的過載能力，也就是所需要的的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax必須大于運(yùn)行的過程中有可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tmax （3）啟動(dòng)能力 除了上述原則選擇容量外，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的要求，還應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)即工作環(huán)境等條件來選擇電動(dòng)機(jī)種類、轉(zhuǎn)速、電壓、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式等。 3.2.3伺服電機(jī)的選擇 考慮以上的多方面因素，通過查詢查電機(jī)手冊(cè)我選取交流伺服電機(jī)Y112M

32、-4-B5型，功率為4kw,轉(zhuǎn)速為1440 r/min。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 滾珠螺旋傳動(dòng) 4滾珠螺旋傳動(dòng) 4.1滾珠螺旋傳動(dòng)的原理和特點(diǎn) 滾珠螺旋傳動(dòng)就是在絲杠、螺母間放入適量的滾珠，使得絲杠同螺母之間的摩擦從普通螺旋滑動(dòng)摩擦變?yōu)榱藵L動(dòng)摩擦。它是由絲杠、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四個(gè)部分組成的。 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)侯，將帶動(dòng)滾珠沿著螺紋滾道滾動(dòng)。為了達(dá)到防止?jié)L珠從滾道面掉出的目地，應(yīng)在在螺母上裝上反向器，這樣就構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。使?jié)L珠從通道的一端滾出后，沿著通道進(jìn)入到另一端，然后又重新進(jìn)入到滾道，從而形成了一閉合回路。 滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)相比具有下列特點(diǎn)：

33、 (1)滾動(dòng)摩擦小，傳動(dòng)效率高； (2)傳動(dòng)精度高。經(jīng)調(diào)整預(yù)緊后，可消除軸向間隙，提高傳動(dòng)精度； (3)啟動(dòng)扭矩接近運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，工作較平穩(wěn)； (4)磨損小且壽命長(zhǎng)，可用調(diào)整裝置調(diào)整間隙，傳動(dòng)精度與剛度均得到提高； (5)不具有自鎖性，可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 4.2滾珠螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式 螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式有很多種，主要的區(qū)別在滾珠的循環(huán)方式、螺紋滾道的截面形狀和消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法這三方面。 4.2.1滾珠循環(huán)方式 按照滾珠在循環(huán)過程中和絲杠表面的接觸情況，可將其分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)這兩種。 (1)內(nèi)循環(huán)式 指的是滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠保持著接觸。內(nèi)循環(huán)式均采用

34、反向器來實(shí)現(xiàn)滾珠的循環(huán)。如圖4.1所示，反向器有這兩種型式，圖a是圓柱凸鍵反向器，圖b是扁圓鑲塊反向器。反向器的上面銑有S形的反向槽，將相鄰的兩螺紋滾道連接了起來，使?jié)L珠從螺紋滾道進(jìn)人反向器，借助著反向器使?jié)L珠越過絲杠頂牙進(jìn)入到相鄰滾道，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)。 圖 4.1 內(nèi)循環(huán)式原理圖 (a) 圓柱凸鍵反相器 （b）扁圓鑲塊反相器 1— 凸鍵 2.3— 反向槽 (2)外循環(huán)式 指滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸。該方式按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式又分為插管式和螺旋槽式，如圖4.2所示。圖4.2a為常用的插管式，它用彎管作為返回通道；圖4.2b為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出一

35、條螺旋槽，槽的兩端各鉆一通孔與螺紋滾道相切，形成返回通道。外循環(huán)式使用較廣，缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，從而影響滾珠滾動(dòng)的穩(wěn)定性。 圖 4.2 外循環(huán)原理圖 4.2.2螺紋滾道法向截面的形狀 螺紋滾道法向截面的形狀，常見的單圓弧和雙圓弧這兩種。在螺紋滾道法向截面內(nèi)，滾珠與滾道接觸點(diǎn)的公法線和絲杠軸線垂直線之間夾角a稱為接觸角，一般的取a=45。 單圓弧滾道加工用砂輪成型簡(jiǎn)單，容易得到較高加工精度。不過接觸角a隨間隙及軸向載荷而變化，所以傳動(dòng)效率、承載能力和軸向剛度均不穩(wěn)定。 雙圓弧滾道德接觸角a在工作過程中基本保持不變，所以其效率、承載能力和軸向剛度比較穩(wěn)定。滾道底部

36、與滾珠不相接觸，它的間隙可存儲(chǔ)一定量的潤(rùn)滑物和贓物，從而減小摩擦和磨損。不過磨削滾道砂輪修正、加工和檢驗(yàn)都比較困難。 滾道的半徑Ｒ滾珠直徑r0 R/ r0 =1.04和1.11兩種[10]。 4.2.3消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法 滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊，通常都是采用雙螺母預(yù)緊的方式，使兩個(gè)螺母之間產(chǎn)生軸向的位移，從而達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的 4.3材料和熱處理 滾珠螺旋傳動(dòng)的螺桿和螺母通常都采用相同的材料制造。選擇材料與熱處理的時(shí)候，應(yīng)考慮精度、長(zhǎng)度及直徑

37、和工藝性等因素。一般選用GCr15,9Mn2V和CrWMn,進(jìn)行整體淬火后回火達(dá)到HRC58~62，其中螺母應(yīng)取其上限。精密螺桿的材料可選用20CrM0A材料,進(jìn)行滲碳淬火；或選用4020CrM0A材料，進(jìn)行高頻或中頻表面淬火，進(jìn)行穩(wěn)定處理[11]。 4.4滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊和滾珠絲杠的預(yù)拉伸 要提高傳動(dòng)精度有兩個(gè)困難。一是光靠增大傳動(dòng)零件幾何尺寸雖然能夠提高剛度，然而也加大了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。二是一般傳動(dòng)件的受力與變形并不是呈線形關(guān)系，因此負(fù)載不同的時(shí)后，系統(tǒng)諧振頻率不是常數(shù)，這給閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試工作帶來了極其大困難。所以，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床要采用施加預(yù)緊力來消除間隙、提高傳動(dòng)剛度。這樣無(wú)需增大尺寸，

38、又能夠使剛度接近常數(shù)。這是伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的突出的特點(diǎn)。下面說明預(yù)緊力大小的確定[12]。 4.4.1滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)。為了使預(yù)緊后的雙螺母結(jié)構(gòu)在正向傳動(dòng)鏈?zhǔn)芰\(yùn)行的時(shí)侯其反向傳動(dòng)鏈仍能保證無(wú)間隙出現(xiàn)，就要求預(yù)緊力的數(shù)值應(yīng)大于最大軸向載荷的1/3倍[12]。 雙螺母結(jié)構(gòu)加了預(yù)載后會(huì)引起附加的摩擦力矩，這就要求考慮效率和壽命問題。則無(wú)預(yù)載時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩M1、加預(yù)載后的附加摩擦力矩M0和加預(yù)載后的效率分別為： （4.1） （4.2）

39、 （4.3） 式子中 P1——最大軸向載荷（kg f） P0——預(yù)緊力（kg f） S——導(dǎo)程（cm） ——未預(yù)緊時(shí)的效率 ——預(yù)緊系數(shù)， 按計(jì)算，當(dāng)，；并且時(shí)，（即 P0＜P1/3），增長(zhǎng)緩慢。所以一般取P0≈P1/3，此時(shí)滾珠絲杠與螺母的接觸變形量比無(wú)預(yù)緊力時(shí)減少一半。4.4.2滾珠絲杠的預(yù)拉伸與推力軸承的預(yù)緊力 滾珠絲杠預(yù)拉伸作用：補(bǔ)償絲杠的熱變形、提高絲杠的拉壓剛度、提高推力軸承軸向剛度、提高軸承座軸向剛度[13]。 決定絲杠預(yù)拉伸力時(shí)，要考慮下列

40、因素： （1）使絲杠在最大軸向載荷的作用下，在受力方向上仍保持受拉狀態(tài)。此時(shí)，預(yù)拉伸力應(yīng)為最大工作載荷的0．35倍，或近似為1/3倍。 （2）絲杠要能補(bǔ)償其熱變形。絲杠熱變形為： （4.4） 式子中 a——絲杠熱膨脹系數(shù)。對(duì)于合金鋼，取1.110-51℃-1 l——絲杠長(zhǎng)度 ——絲杠與床身之間的溫差。恒溫車間則取2~3℃； 對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸可以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)，絲杠兩端固定結(jié)構(gòu)，其一端軸承座軸向的位置可調(diào)，拉伸量等于或大于熱伸長(zhǎng)量。絲杠熱伸長(zhǎng)后，就會(huì)使預(yù)拉伸力下降以至

41、消失，但是卻不會(huì)產(chǎn)生行程誤差。 為了補(bǔ)償絲杠熱膨脹，絲杠預(yù)拉伸量應(yīng)該略大于熱膨脹量。發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分得預(yù)拉伸量，使絲杠內(nèi)拉應(yīng)力下降，但是長(zhǎng)度卻沒有什么變化。 絲杠預(yù)拉伸時(shí)引起絲杠伸長(zhǎng)為： (4.5) 式子中 P0——預(yù)拉伸力 l ——絲杠長(zhǎng)度 A——絲杠橫截面積 d1——絲杠螺紋底徑 E——彈性模量。對(duì)于鋼材 （3）考慮軸承允許的動(dòng)載荷。在校核軸承的計(jì)算中，必須考慮預(yù)拉伸力。 對(duì)預(yù)拉伸的滾珠絲杠，其螺距累積誤差應(yīng)規(guī)定為負(fù)值。在預(yù)拉伸絲杠的設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意： ① 增強(qiáng)絲杠兩端的

42、支承剛度。 ② 注意提高絲杠本身剛度，應(yīng)盡量的避免采用直徑大小相差懸殊的結(jié)構(gòu)，盡量的減少空刀槽。 ③ 預(yù)拉伸力是通過絲杠兩端的螺紋和螺母施加，絲杠的兩端應(yīng)造成方頭。通常采用測(cè)量絲杠仲長(zhǎng)量方法控制預(yù)拉伸力。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第五章 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1設(shè)計(jì)參數(shù) 工作臺(tái)重量：W=100㎏ 時(shí)間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6㎜ 行程：400㎜ 脈沖當(dāng)量： 步距角： 5.2切削力計(jì)算 該數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)選用Y112M-4-B5，功率為4kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min.。 切削功率

43、 (5.1) 式中 P——電機(jī)功率（kw）,4kw ——主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，取0.65 K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取0.96 則： 又 則： (5.2) 式中 ——主切削力，N ——切削線速度，取 代入上式得 通常，縱向切削

44、分力為： 橫向切削分力為： 5.3滾珠絲杠設(shè)計(jì) 機(jī)床絲杠的縱向軸向力為 （5.3） 式中 ——顛覆力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)，取1.15 ——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.17 ——工作臺(tái)作用在導(dǎo)軌上的重力，N ——工作

45、臺(tái)的質(zhì)量，， —— 重力加速度 將各個(gè)數(shù)值代入式中得 F=1.15748.5＋0.17(1497＋1009.8)≈1282N 強(qiáng)度計(jì)算 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速為: （5.4） 式子中 ——切削線速度，=100m/min ——進(jìn)給量，=0.3㎜ ——工件直徑，=80㎜ ——滾珠絲杠螺距，=6㎜ 以上數(shù)值代入上式得 取壽命時(shí)間,壽命值。取運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),硬度系數(shù)，則最大負(fù)載 ： 選取滾珠絲杠的公稱直徑為32㎜，型號(hào)為F

46、D3206-2 左，滾珠直徑4㎜，螺距為6㎜，其額定動(dòng)載荷是11995N＞Q=4088N,所以強(qiáng)度夠用。 效率計(jì)算： 滾珠絲杠的螺旋升角，摩擦角，滾珠絲杠傳動(dòng)效率 5.4步進(jìn)電機(jī)及齒輪的選用 5.4.1縱向步進(jìn)電機(jī)的選取 （1）確定步距角 取系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，選用步距角。 （2）啟動(dòng)力矩的計(jì)算， 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩M，負(fù)載力，則根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載所作的功關(guān)系為[14] [15] （5.5） 式子中 ——電機(jī)轉(zhuǎn)角，則

47、 ——移動(dòng)部件的現(xiàn)對(duì)位移，則 ——滾珠絲杠的傳動(dòng)效率，則 ——負(fù)載力 （5.6） 式子中 ——工作臺(tái)作用在導(dǎo)軌上的重力 ——機(jī)床導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， ——作用在工作臺(tái)上的切削力， ——縱向絲杠牽引力， W [14] （5.7） 式子中 ——縱向切削分力，則 ——當(dāng)量摩擦系數(shù)， 代入式（5.7）中得 將，,代入式（5-5）中得 如果不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，啟動(dòng)力矩,取安全系

48、數(shù)為0.3，則，工作方式為四相八拍的步進(jìn)電機(jī)，其 ③步進(jìn)電機(jī)的最高頻率 取Vmax=1/s 則： 根據(jù)以上，選用110BFG型步進(jìn)電機(jī)比較合適。該電機(jī)步距角為0.75/1.5，最大轉(zhuǎn)矩800N﹒cm,最高空載啟動(dòng)頻率為1800HZ。 5.4.2縱向齒輪設(shè)計(jì) 步距角為0.75/1.5，滾珠絲杠的螺距P=6mm，脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖。 在步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠之間所加的一對(duì)縱向齒輪的傳動(dòng)比I=Z1/Z2=0.8 考慮到機(jī)床的結(jié)構(gòu)尺寸的直徑，選取主動(dòng)輪Z1=48,從動(dòng)輪Z2=60，由指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)參考取模數(shù)為1.5mm 6結(jié)論 從三月底到答辯，整個(gè)設(shè)計(jì)

49、進(jìn)行了將近三個(gè)月的時(shí)間。 回想起這三個(gè)月的時(shí)光，有苦澀，也有甜蜜，有汗水，也有收獲，記得剛開始搞這個(gè)課題的時(shí)候，可以說，從理論到實(shí)際都是一片空白，是老師不厭其煩的給我們講解，不辭辛勞的帶我們到處參觀，讓我們從理性到感性有了一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)，隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的深入，我們一點(diǎn)點(diǎn)的理解課題。 在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到很多的東西，比如，從老師那學(xué)會(huì)分析思路和方案的解決，以及制定大致的設(shè)計(jì)框架，學(xué)會(huì)樂邊入手邊設(shè)計(jì)，并且知道了許多課本上沒有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。更值得一提的是，我從我的同學(xué)身上也學(xué)到許多的東西，他們的或細(xì)致，或嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。特別是一些細(xì)節(jié)的東西，他們都掌握得很清楚，從他們身上，我看到了未來工程師的影子。

50、畢業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)每個(gè)同學(xué)大學(xué)四年知識(shí)的總結(jié)，它覆蓋了近四年的知識(shí)，其中，既包括了專業(yè)理論知識(shí)，也包括了這些知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。他是對(duì)我們綜合素質(zhì)的一次真正的檢閱。同時(shí)他還培養(yǎng)了我們分析問題，解決問題的能力。正因?yàn)槿绱?，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)大學(xué)四年的課程內(nèi)容有了更深的認(rèn)識(shí)和理解。在我們離校的時(shí)候，跟近一步的鞏固了我們的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們能夠掌握一般設(shè)計(jì)的基本程序，為我們以后在自己的工作崗位上獨(dú)立搞設(shè)計(jì)打下了很好的基礎(chǔ)，從最初的方案，到大量查閱資料的理論知識(shí)及參觀實(shí)習(xí)的感性認(rèn)識(shí)，再到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算。每一步我們都深有體會(huì)和感觸，每一步我們都付出了辛勤的勞動(dòng)和汗水，而每一步我們都有喜

51、悅和收獲。 在這次的設(shè)計(jì)中，查閱了大量的資料，到許多的工廠參觀，無(wú)論是理論知識(shí)還是實(shí)踐都有了一個(gè)很大的提高。我們就要離校走上自己的工作崗位。畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我們進(jìn)入社會(huì)的敲門磚，我們會(huì)好好的珍惜這樣的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，發(fā)揮自己的專長(zhǎng)，彌補(bǔ)自己的不足。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們每個(gè)人都有很大的收獲。我相信，它也必將為我們的未來鋪上成功的基石。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機(jī)床.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1989:6-7. [2] 王博，《數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)

52、構(gòu)》課程教學(xué)改革探討. 高等職業(yè)教育—天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2008.6:12-13. [3] 任嘉卉，等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001:23-25. [4] 羅學(xué)科,謝富春主編.數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:18-19. [5] 張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994:22-23. [6] 文懷興,夏田主編.數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:15-17. [7] 朱志宏主編.金屬切削機(jī)床.南京:東南大學(xué)出版社,1995:25-26. [8] 何雪明，吳曉光，常興主編.數(shù)控技術(shù).華中科技大學(xué)出版社,

53、2006:18-19. [9] 文懷興,夏田主編.數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:14-16. [10] 范俊廣.數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1994:17-18. [11] 劉鴻文.材料力學(xué):上、下冊(cè).北京:高等教育出版社,1983:90-99. [12] Yiqiang Wang, Richard C.M. Yam, Ming J. Zuo. et.al. A comprehensive reliability allocation method for design of CNC lathes. Geneva: College of Mechanical

54、Engineering, 1970:8-9. [13] 羅圣國(guó)，吳宗澤主編.北京:高等教育出版社,2006:16-18. [14] Zin Ei Ei Win, Than Naing Win. Design of Hydraulic Circuit for CNC Lathe Machine Converted from Conventional Lathe Machine. Toronto: Mandalay Technological University ，2008:8-9. [15] 李福生主編.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè).北京:北京出版設(shè),1993:44-46. 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)

55、計(jì) 附錄 附 錄 常用量的名稱、單位、符號(hào)、及換算關(guān)系表 量的名稱（常用符號(hào)） 單位名稱 單位符號(hào) 其他表示 換算關(guān)系 力；重力 （F,P,W,G） 牛[頓] N 1N（≈0.1kgf） 力矩；轉(zhuǎn)矩 （M,T） 牛[頓]米 1（≈0.1kgf﹒m） 壓力；壓強(qiáng)；應(yīng)力 （p,P,σ,τ） 帕[斯卡] Pa 1Pa=kPa=MPa 能量；功；熱量 （E,W,Q） 焦（耳） J 1J[≈（1/4.187）cal] 功率（P） 瓦[特] W J/s 1W=Kw 密度（γ,ρ） 千克每立方米 1= （線）速度；圓周速度 （v,V,u,U） 米每秒 m/s 角速度（w） 弧度每秒 rad/s 1rad/s=（30/π）r/min 頻率（f） 赫[茲] Hz 加速度；重力加速度 （a,g） 米每二次方秒