熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)【進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)】

熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)【進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)】,進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì),熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)【進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì),電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)】,加工,專用,機(jī)床,設(shè)計(jì),進(jìn)給,系統(tǒng) 編號(hào)無(wú)錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)學(xué) 號(hào)： 0923243學(xué)生姓名： 張 丞 指導(dǎo)教師： 張大駿（職稱：高級(jí)工程師） （職稱： ）2013年5月25日XXXVI無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng) 信 承 諾 書(shū)本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械95 學(xué) 號(hào)： 0923243 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日無(wú)錫太湖學(xué)院信 機(jī)系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)一、題目及專題：1、題目 熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì) 2、專題 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 本課題為橡膠機(jī)械中的一個(gè)重要部件，該工件為迷宮形的通道，內(nèi)通蒸汽。而熱盤(pán)就是作為蒸汽通道用的。 本課題的背景是廠方已簽訂了兩年（每件1000件）熱盤(pán)的加工協(xié)議。如能按質(zhì)按量完成。前景是可以簽訂長(zhǎng)期（不少于5年） 的加工協(xié)議。 以每只零件通道加工800元計(jì)。每年可有80萬(wàn)加工費(fèi)。如長(zhǎng)期加工建議采用立式鏜銑床加工中心（售價(jià)約160萬(wàn)元）。 目前廠方要求設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)渡加工機(jī)床，等取得了長(zhǎng)期合同后再進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)立式鏜銑床加工中心。廠方目前流動(dòng)資金不是很充裕，故要求以低廉的價(jià)格制造出加工機(jī)床，要求穩(wěn)定性好，加工精度要求不是很高。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：I 對(duì)總體加工方案的比較及數(shù)控編程。 進(jìn)給系統(tǒng)部件圖、電控系統(tǒng)部件圖、零件圖（折合0號(hào)圖紙不少于三張）。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于1萬(wàn)字）。 專業(yè)英語(yǔ)翻譯一份（不少于1萬(wàn)字）。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械95 班 姓名 張 丞 五、開(kāi)始及完成日期：自2012年11月12日 至2013年5月25日六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教研室主任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)簽名 系主任 簽名 2012年11月12日I摘 要鑒于我國(guó)目前資金短缺，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，用較小資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度保證生產(chǎn)質(zhì)量，減輕勞動(dòng)程度提高經(jīng)濟(jì)效益。而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)有效的、基本的途徑就是普及以及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。此次設(shè)計(jì)的熱盤(pán)加工專用機(jī)床就是把普通機(jī)床和數(shù)控技術(shù)結(jié)合在一起。機(jī)床的設(shè)計(jì)參考了立式銑床和龍門(mén)鏜銑床的床身和加工方式，同時(shí)附加了數(shù)控技術(shù)。可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，提高了加工的效率。在熱盤(pán)加工專用機(jī)床的設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)進(jìn)給系統(tǒng)和電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。進(jìn)給系統(tǒng)是采用，步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲杠副和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌相結(jié)合的傳遞方式，利用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)沿導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)。電控系統(tǒng)主要是采用8031芯片，構(gòu)成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，利用芯片控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。這次設(shè)計(jì)的機(jī)床雖然加工精度不是很高，但穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，設(shè)備費(fèi)用投入較少，滿足企業(yè)發(fā)展初期的需要，適合我國(guó)目前國(guó)情。關(guān)鍵詞：數(shù)控化;步進(jìn)電機(jī);滾珠絲杠IIIABSTRACT In view of the shortage of funds, and small-scale industrial production, smaller funds rapidly changing the face of Machinery Industry backward production, so as much as possible to improve the degree of automation to ensure production quality, reduce the degree of labor to improve economic efficiency. Effective to achieve this task, the basic way is universal and application of economical CNC. The design of the hot plate special machine is ordinary machine tools and CNC technologies together. The design of the machine reference bed and processing of vertical milling machine and gantry milling machine, and additional CNC technology. Can realize the automation of the processing, improve the processing efficiency. Hot plate special machine design, is mainly responsible for the feed system and electric control system design. The feed system is used, the stepper motor, ball screw and linear rolling guide rail combining the transfer mode, the use of stepper motor rotation, driven by the rotation of the ball screw, in order to achieve the direction of movement of the table along the guide rails. The electronic control system is using the 8031 chip, constitute the open-loop system, take advantage of the speed and direction of the chip stepper motor control, automated processing. The design of the machine is not very high machining accuracy, good stability, low prices, equipment costs less input, to meet the needs of the early development of enterprises, suited to Chinas national conditions.Key words: CNC ;stepper motor ;ball screwI目 錄摘 要IIIABSTRACTIV目 錄V1 緒論11.1概述11.2 課題源公司的簡(jiǎn)介11.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)要求11.4 熱盤(pán)工件圖樣12 加工方法選擇32.1 工藝方案的制定32.2 采用立式銑削加工的理由32.3 數(shù)控機(jī)床42.3.1 數(shù)控機(jī)床工作原理42.3.2 數(shù)控機(jī)床的組成42.3.3 數(shù)控編程坐標(biāo)系的選取53 機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案的擬定64 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)94.1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)94.1.1 傳動(dòng)部件的選擇和分析94.1.2 導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計(jì)104.1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇和分析124.1.4 軸承的選擇164.1.5 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)184.2 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)194.2.1 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)194.2.2 橫梁結(jié)構(gòu)的分析204.2.3 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)零部件選擇205 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)215.1工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)215.1.1 滾珠絲杠的機(jī)械特性計(jì)算215.1.2 導(dǎo)軌副的作用、計(jì)算與選擇235.1.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇235.1.4 聯(lián)軸器的選擇255.1.5 軸承的選擇255.2橫梁進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)256 電控系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)26V6.1 控制形式的選擇和分析266.1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)266.1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)266.1.3 半閉環(huán)控制系統(tǒng)266.2 控制系統(tǒng)方案確定276.2.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成276.2.2 總體組成276.3 軟、硬件任務(wù)合理分配276.4 主控器286.4.1 主控芯片選擇286.4.2 MCS-51系列單片機(jī)介紹286.4.3 三總線結(jié)構(gòu)296.4.4 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)296.4.5 時(shí)序296.4.6 中斷功能316.4.7 MCS-51單片機(jī)常用系統(tǒng)擴(kuò)展芯片316.5 存儲(chǔ)系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)316.5.1 芯片選擇316.5.2 地址分配及譯碼326.6 機(jī)床中部分電機(jī)控制電路346.6.1 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路346.6.2 冷卻泵的控制電路357 結(jié)論與展望377.1結(jié)論377.2不足之處及未來(lái)展望37致 謝38參考文獻(xiàn)39I 熱盤(pán)加工專機(jī)設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 緒論1.1概述畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)每個(gè)即將畢業(yè)的大學(xué)生在校四年學(xué)習(xí)情況的綜合測(cè)評(píng)和考量，對(duì)每個(gè)要走向社會(huì)的我們具有非常重要的意義，是對(duì)學(xué)校和家長(zhǎng)做出一次總結(jié)性的匯報(bào)，是對(duì)自我能力的一次展示，還是對(duì)自我不足的一種審查。更是非常有用的一次實(shí)踐機(jī)會(huì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是“橡膠輪胎硫化機(jī)熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)”專題是“進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課題來(lái)源于昌明橡膠機(jī)械制造有限公司的熱盤(pán)加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)，對(duì)于橡膠產(chǎn)業(yè)中所使用的熱盤(pán)加工及機(jī)械產(chǎn)業(yè)中的零部件的加工均有一定的參考價(jià)值。本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求：1.對(duì)熱盤(pán)加工工藝（經(jīng)簡(jiǎn)化）方案的簡(jiǎn)要分析比較；2.完成本設(shè)計(jì)的機(jī)床總圖及床身部件圖；3.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，要求對(duì)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)部分詳細(xì)分析說(shuō)明，并包括必要的計(jì)算，文字簡(jiǎn)潔通順，重要公式數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處；4.對(duì)制造廠家調(diào)研，了解其對(duì)質(zhì)量、成本要求，索設(shè)計(jì)的專機(jī)要結(jié)合廠方具體生產(chǎn)條件。1.2 課題源公司的簡(jiǎn)介 江陰昌明橡膠機(jī)械有限公司,位于風(fēng)景秀麗的江蘇省無(wú)錫市江陰祝塘鎮(zhèn)文林社區(qū)，距無(wú)錫市五十公里,水陸交通十分便利。該公司專門(mén)從事橡膠機(jī)械的生產(chǎn).其各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平， 目前，該公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的產(chǎn)品已為國(guó)內(nèi)外幾十家生產(chǎn)廠家配套。該公司除對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品精益求精外,還可根據(jù)用戶需要專業(yè)設(shè)計(jì),制造特殊的產(chǎn)品。公司秉承“創(chuàng)新理念、追求卓越、迅速改善、永續(xù)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)營(yíng)理念”，并以“質(zhì)量是第一工作”，“顧客的滿意是我們的榮譽(yù)”作為我們永遠(yuǎn)不變的質(zhì)量政策；以愛(ài)護(hù)環(huán)境、回報(bào)社會(huì)、關(guān)愛(ài)雇員等社會(huì)責(zé)任為己任；把“誠(chéng)信、負(fù)責(zé)、創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)”作為公司不斷的追求和目標(biāo)，愿與廣大朋友攜手共創(chuàng)美好的明天！1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)要求 廠方要求盡量降低造價(jià)，力爭(zhēng)造價(jià)在5萬(wàn)元以內(nèi)。并且本設(shè)計(jì)于四月初定稿，五月開(kāi)始試制，七月裝配完成并放入生產(chǎn)。因?yàn)槟戤a(chǎn)1000件并簽訂了兩年的合同，但顧慮到今后如長(zhǎng)期合同，則購(gòu)入大型立式鏜銑加工中心加工，但該機(jī)床售價(jià)160萬(wàn)左右，目前經(jīng)濟(jì)上不可能，如這兩年合同完成，又有（三年以上）加工合同，則可以考慮購(gòu)買(mǎi)立式加工中心。（現(xiàn)每只零件銑加工費(fèi)用為800元到900元）1.4 熱盤(pán)工件圖樣圖1.1 熱盤(pán)工件圖樣2 加工方法選擇2.1 工藝方案的制定機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法的工藝文件。生產(chǎn)規(guī)模的大小，工藝水平的高低以及解決各種工藝問(wèn)題的方法和手段都要通過(guò)機(jī)械加工工藝規(guī)程來(lái)體現(xiàn)。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而又嚴(yán)肅的工作。為能具體確切地說(shuō)明工藝過(guò)程，一般將機(jī)械加工工藝過(guò)程分為工序、安裝、工位、工步和走刀。這是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的一步。工藝方案制定得正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定的合理，先進(jìn)，必須從認(rèn)真的分析被加工的零件（或同類零件）圖紙開(kāi)始，深入現(xiàn)場(chǎng)全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位夾緊方式工藝方法和加工過(guò)程所采用的刀具，輔具，切屑用量情況及產(chǎn)生率要求高，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)，制造，使用單位和操作者的豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以求理論緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從而確定零件在組合機(jī)床上完成的工藝（工序）內(nèi)容及方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)型式，數(shù)量及切屑用量等。根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)率；又要考慮機(jī)床的操作方便可靠，易于維修，且冷卻，排屑情況良好。以上兩個(gè)步驟是十分重要的。對(duì)于同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，決不能草率，要全面地看問(wèn)題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案對(duì)比，從中選擇最佳方案。2.2 采用立式銑削加工的理由由于銑削具有工藝范圍廣、生產(chǎn)效率高、容易產(chǎn)生振動(dòng)、刀齒散熱條件好等特點(diǎn)，所以立式銑床的銑削加工時(shí)中小零件的加工中非常普遍。立式銑床銑削加工的特點(diǎn)：銑刀是典型的多刃刀具， 加工過(guò)種有幾個(gè)刀齒同時(shí)參加切削， 點(diǎn)的切削寬度較大，銑削時(shí)的主運(yùn)動(dòng)是銑刀的旋轉(zhuǎn)，有利于進(jìn)行高速切削，故銑刀的生產(chǎn)率高于刨削加工。 銑削加工范圍廣，可以加刨削無(wú)法加工或難以加工的表面。立式銑床銑削過(guò)程中，就每個(gè)刀齒而言是依次參加切削，刀齒在離開(kāi)工件的一段時(shí)間內(nèi)，可以得到 一次冷卻，因此，刀齒散熱條件好，有利于減少銑刀的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。由于是斷續(xù)切削，刀齒在切入切出工件時(shí)產(chǎn)生沖擊，而且每個(gè)刀齒的切削厚度也時(shí)刻在變化，這就引起切削面積和切削力的變化，因此銑削過(guò)程不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生振動(dòng)，直接影響工件表面粗糙度。立式銑床銑刀比刨床刨刀結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，銑刀的制造與刃磨比刨刀困難，所以銑削成本比刨削高。銑削與刨削的加工質(zhì)量大致相同，經(jīng)粗精加工后都可達(dá)到中等精度，但在加工大平面時(shí)， 刨削后明顯接刀痕，而且直徑小于工件寬度的端銑刀加工時(shí)，各次走刀間有明顯的接刀痕，影響表面質(zhì)量，銑削加工用于單件小批量生產(chǎn)，也造用于大批量生產(chǎn)。2.3 數(shù)控機(jī)床2.3.1 數(shù)控機(jī)床工作原理數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，在由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度、位移大小以及其它諸如刀具選擇交換、工件加緊松開(kāi)和冷卻液的啟、停等工作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格按照數(shù)控程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度復(fù)合要求的零件。2.3.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的機(jī)床上講，一般由，控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床本體五大部分及輔助設(shè)備組成。如圖2.1圖2.1 數(shù)控機(jī)床的組成2.3.2.1 控制介質(zhì)控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體。控制介質(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類型不同而不同，常有的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤(pán)等。除了上述幾種控制介質(zhì)外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼盤(pán)、數(shù)碼插銷或利用鍵盤(pán)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技術(shù)在其它計(jì)算機(jī)上編程，然后通過(guò)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。2.3.2.2 數(shù)控裝置數(shù)控裝置時(shí)數(shù)控機(jī)床的控制中心，現(xiàn)在的數(shù)控裝置通常由一臺(tái)通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)構(gòu)成。它由輸入裝置、控制運(yùn)算器和輸出裝置等構(gòu)成。輸入裝置接受控制介質(zhì)上的信息競(jìng)購(gòu)識(shí)別和譯碼之后，送到運(yùn)算控制器。這些信息將最為控制和運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)?？刂七\(yùn)算器根據(jù)輸入裝置送來(lái)的信息進(jìn)行運(yùn)算，并將控制命令送往輸出裝置。輸出裝置將控制運(yùn)算器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。2.3.2.3 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或畸形部分動(dòng)作，一加工出復(fù)合要求的零件。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫脈沖當(dāng)量（常用的脈沖當(dāng)量為0.0010.01）。目前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)是功率步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)，后兩者都帶有電光編碼器等位置測(cè)量組件。2.3.2.4 機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削工作的機(jī)械部分，它是在原普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的，具有以下優(yōu)點(diǎn)：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。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.更多的采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。2.3.2.5 檢測(cè)反饋裝置檢測(cè)反饋裝置由檢測(cè)元件和相應(yīng)的測(cè)量電路組成。其作用是檢測(cè)速度、位移或工件尺寸，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制。沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置的數(shù)控系統(tǒng)被稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；直接從工作臺(tái)或工件獲取反饋信息的數(shù)控系統(tǒng)被稱為閉環(huán)系統(tǒng)；從伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸獲取反饋信息的數(shù)控系統(tǒng)被稱為半閉環(huán)系統(tǒng)（檢測(cè)反饋裝置包括在伺服系統(tǒng)中）。常用的檢測(cè)元件有脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、電感應(yīng)傳感器、光柵和磁尺等。除上述五個(gè)部分外，數(shù)控機(jī)床還有一些輔助裝置及附屬設(shè)備，如電源、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等裝置以及編程機(jī)、對(duì)刀儀等。2.3.3 數(shù)控編程坐標(biāo)系的選取機(jī)床中使用順時(shí)針?lè)较虻闹苯亲鴺?biāo)系（右手笛卡爾直角坐標(biāo)系），機(jī)床中的運(yùn)動(dòng)是指刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是道具相對(duì)于靜止工件的運(yùn)動(dòng)。直角坐標(biāo)系的編程程序更加適用于縱向工作臺(tái)。縱向工作臺(tái)由縱向絲杠帶動(dòng)在轉(zhuǎn)臺(tái)的導(dǎo)軌上作縱向移動(dòng)，以帶動(dòng)臺(tái)面上的工件作縱向進(jìn)給。臺(tái)面上的 T形槽用以安裝夾具或工件。根據(jù)工件加工的需要，在機(jī)床上各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)字控制可以是相互獨(dú)立的，也可以是聯(lián)動(dòng)的?？v向工作臺(tái)在精度，穩(wěn)定和快速相應(yīng)等方面十分配合系統(tǒng)，且縱向工作臺(tái)價(jià)格較低，設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單，使用更加便捷。在數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)系是由極點(diǎn)、極軸和極角組成，然而在數(shù)控車銑加工中心上的極坐標(biāo)系的概念與數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)系完全不同，在車銑加工中心上的極坐標(biāo)系是在與機(jī)床Z軸垂直的平面內(nèi)，由相互垂直的實(shí)軸（第一軸）X和虛軸（第二軸）C組成，極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)與程序原點(diǎn)重合，且虛軸C的單位不是度或弧度，而是與實(shí)軸X軸的單位一樣，均為毫米。極坐標(biāo)系編程適應(yīng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，用于鏜床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件。分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)操作不便，而且分度只限于某些規(guī)定的角度，難以滿足一些特殊分度工件的加工要求，而且由于分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)繁瑣，造價(jià)比較昂貴并且不便于大型工件裝夾。綜上所述，所以由于造價(jià)成本的需求，此次選用直角坐標(biāo)系進(jìn)行編程。3 機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案的擬定由于此次要加工的零件為熱盤(pán)，加工以銑削為主。因此，此次的機(jī)床設(shè)計(jì)參考銑床的樣式。在日常生活中常用的銑床為立式銑床，臥式銑床和龍門(mén)銑床。立式銑床（見(jiàn)圖3.1）與臥式銑床（見(jiàn)圖3.2）相比較，主要區(qū)別是主軸垂直布置，除了主軸布置不同以外，工作臺(tái)可以上下升降， 立式銑床用的銑刀相對(duì)靈活一些，適用范圍較廣?？墒褂昧姷?、機(jī)夾刀盤(pán)、鉆頭等?？摄婃I槽、銑平面、鏜孔等。臥式銑床也可使用上面各種刀具，但不如立銑方便，主要是可使用掛架增強(qiáng)刀具（主要是三面刃銑刀、片狀銑刀等）強(qiáng)度。可銑槽、銑平面、切斷等。臥式銑床一般都帶立銑頭，雖然這個(gè)立銑頭功能和剛性不如立式銑床強(qiáng)大，但足以應(yīng)付立銑加工。這使得臥式銑床總體功能比立式銑床強(qiáng)大。立式銑床沒(méi)有此特點(diǎn)，不能加工適合臥銑的工件。生產(chǎn)率要比臥式銑床高。立式銑床是一種通用金屬切削機(jī)床。本機(jī)床的主軸錐孔可直接或通過(guò)附件安裝各種圓柱銑刀、成型銑刀、端面銑刀、角度銑刀等刀具。產(chǎn)品用途：適用于加工各種零部件的平面、斜面、溝槽、孔等，是機(jī)械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業(yè)的理想加工設(shè)備。所以現(xiàn)在很多廠家，都選用臥式銑床加立銑頭，節(jié)省設(shè)備投資。但是由于立銑的零活多，這種臥式銑床加立銑頭的方式，實(shí)際上是天天掛著立銑頭，當(dāng)立銑用，反而不如立式銑床更適合。 臥銑多用于齒輪,花鍵,開(kāi)槽,切割等加工,立式銑床除多用于平面加工方面外,平面有高低曲直幾何形狀的工件,如模具類,立銑也可以發(fā)揮很大的作用。龍門(mén)銑床簡(jiǎn)稱龍門(mén)銑（見(jiàn)圖3.3），是具有門(mén)式框架和臥式長(zhǎng)床身的銑床。龍門(mén)銑床上可以用多把銑刀同時(shí)加工表面，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，適用于在成批和大量生產(chǎn)中加工大型工件的平面和斜面。數(shù)控龍門(mén)銑床還可加工空間曲面和一些特型零件。龍門(mén)銑床的外形與龍門(mén)刨床相似，區(qū)別在于它的橫梁和立柱上裝的不是刨刀刀架而是帶有主軸箱的銑刀架，并且龍門(mén)銑床的縱向工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不是主運(yùn)動(dòng)，而是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。且龍門(mén)銑床具有足夠的剛性，效率高，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能全面性等特點(diǎn)。另外，由于龍門(mén)銑床的特殊結(jié)構(gòu)，十分便于大型工件的裝夾。圖3.1 立式銑床 圖3.2 臥式銑床 圖3.3 龍門(mén)銑床通過(guò)對(duì)于立式銑床與龍門(mén)銑床的性能分析，本次設(shè)計(jì)將龍門(mén)銑床與立式銑床相結(jié)合，工作臺(tái)通過(guò)滾珠絲杠的帶動(dòng)進(jìn)行Y軸方向的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力頭固定在橫梁上通過(guò)滾珠絲杠的帶動(dòng)進(jìn)行X軸方向的運(yùn)動(dòng)。圖3.4 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)圖如圖3.4，圖中1為工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)，2為橫梁進(jìn)給系統(tǒng)，在此次的設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)這兩個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1.1 傳動(dòng)部件的選擇和分析4.1.1.1 齒輪傳動(dòng)裝置齒輪傳動(dòng)式應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種機(jī)床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采用齒輪傳動(dòng)裝置的目的有兩個(gè)。一時(shí)將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流和交流伺服電機(jī)等）的輸出改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸入；另一個(gè)是使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。此外，對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運(yùn)動(dòng)精度。為了盡量減小齒側(cè)間隙對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯(cuò)齒法、利用偏心套調(diào)整齒輪副中心距或采用軸向墊片調(diào)整法消除齒輪側(cè)隙。與采用同步齒形帶相比，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈中采用齒輪減速裝置，更容易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機(jī)構(gòu)中常配置阻尼器來(lái)改善動(dòng)態(tài)性能。4.1.1.2 帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用很廣泛的機(jī)械傳動(dòng)。帶傳動(dòng)又主動(dòng)輪，從動(dòng)輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)傳動(dòng)帶組成，它是利用傳動(dòng)帶作為中間的擾性件，依靠傳動(dòng)帶與帶輪之間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的。4.1.1.3 鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng)是由閉合的撓性環(huán)形兩條和主，從動(dòng)輪組成，鏈輪是特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒的鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，鏈傳動(dòng)時(shí)屬于帶有中間撓性的嚙合運(yùn)動(dòng)。4.1.1.4 蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)是用來(lái)傳遞空間年交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，一般兩咒夾角為90度。4.1.1.5 滾珠絲杠螺母副為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差。因此形成不太長(zhǎng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá)85%-98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的24倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)（如主軸箱或升降臺(tái)的升降），則必須有制動(dòng)裝置。滾珠絲杠的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)實(shí)際上巨虎沒(méi)有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預(yù)載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專門(mén)工廠制造。數(shù)控加工時(shí)，需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，故采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床上一般采用滾珠絲杠，它可將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，滿足進(jìn)給系統(tǒng)減少摩擦的基本要求。該傳動(dòng)副傳動(dòng)效率高，摩擦力小，并可消除間隙，無(wú)反向空行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給?；瑒?dòng)絲杠螺母副用于舊機(jī)床的數(shù)控改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；滾珠絲杠螺母副用于中高檔數(shù)控機(jī)床；靜壓絲杠螺母副用于高精度 數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。滾珠絲杠螺母副滾珠循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)。（a）外循環(huán) (b) 內(nèi)循環(huán) 圖4.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)及原理 1）內(nèi)循環(huán)滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。喂了保證承載能力，一個(gè)螺母中要保證有34圈滾珠工作。內(nèi)循環(huán)滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸緊湊，軸向剛度高。但此種循環(huán)方式不能用于多頭螺紋傳動(dòng)，回珠槽形狀復(fù)雜，需要用三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工。適用于各種高靈敏、高剛度的精密進(jìn)給定位系統(tǒng)。重載荷、多頭螺紋、大導(dǎo)程不宜采用。2）外循環(huán)滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。根據(jù)滾珠循環(huán)回路結(jié)構(gòu)形式的不同可分為螺旋槽式、插管式和蓋板式等。螺旋槽式的結(jié)構(gòu)在螺母體上的回珠螺旋槽與回珠孔不易準(zhǔn)確平滑連接，拐彎處曲率變化較大，滾珠運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)。擋珠機(jī)構(gòu)剛性差，易磨損，適用于一般機(jī)床，在高剛度傳動(dòng)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合不宜采用。插管式滾珠螺母是利用插入螺母的管道作為回珠槽，分為凸出式插管型和內(nèi)包式插管型。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性優(yōu)良，適合成批生產(chǎn)?；刂楣芸稍O(shè)計(jì)制造成較理想的運(yùn)動(dòng)管道。適用于重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)。在大導(dǎo)程、小導(dǎo)程、多頭螺紋中顯示出獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。此次的設(shè)計(jì)是依靠步進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)減速，帶動(dòng)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)移動(dòng)，所以選擇齒輪傳動(dòng)和滾珠絲杠傳動(dòng)部件。滾珠絲杠用內(nèi)循環(huán)單螺母式1。4.1.2 導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的主要功能是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而保證各部件之間的相對(duì)位置精度。導(dǎo)軌主要由機(jī)床上兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合而組成一對(duì)導(dǎo)軌副，其中，不動(dòng)的配合面成為支承導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)的配合面稱為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。按接觸面的摩擦性質(zhì)可分為：1） 滑動(dòng)導(dǎo)軌副：滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻尼系數(shù)大，剛度大；但易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，易磨損?；瑒?dòng)導(dǎo)軌是金屬對(duì)金屬型式，目前在數(shù)控機(jī)床上很少采用。摩擦系數(shù)較大，而且變化范圍也大，對(duì)于精度高的工件加工心有余而力不足。承載能力中等。接觸剛度高?；瑒?dòng)導(dǎo)軌一般僅用于普通精度的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床已不采用。圖4.2 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)2） 滾動(dòng)導(dǎo)軌副：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由導(dǎo)軌和滑塊兩部分組成。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支撐件上，每根導(dǎo)軌上有2個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件導(dǎo)軌體上。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的工作原理就是滑塊中裝有四組滾珠，在導(dǎo)軌條的滑塊的斷點(diǎn)，就經(jīng)合成樹(shù)脂制造的端面擋板和滑塊中的回珠孔回到另一端，經(jīng)另一端端面擋板再進(jìn)入循環(huán)。四組滾珠各有自己的回株孔，分別處于滑塊的四角。四組滾珠和滾道相當(dāng)于四個(gè)直線運(yùn)動(dòng)角接觸滾珠軸承。接觸角為45度時(shí)，四個(gè)方向具有相同的承載能力。圖4.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu)3） 液體靜壓導(dǎo)軌：無(wú)磨損，無(wú)靜摩擦，無(wú)低速爬行現(xiàn)象，阻尼系數(shù)大；但設(shè)計(jì)、制造、使用較復(fù)雜。圖4.4 開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌4） 氣浮導(dǎo)軌：無(wú)磨損，無(wú)靜摩擦，無(wú)低速爬行現(xiàn)象，無(wú)需回行管道，不產(chǎn)生污染；但剛度小，阻尼系數(shù)很小，容易引起振蕩。通過(guò)綜合比較，此次設(shè)計(jì)中選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副2。 4.1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇和分析機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)一般是通過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂齐姍C(jī)一般是指用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離測(cè)量、隨動(dòng)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)裝置中的微特電機(jī)。它是構(gòu)成開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、同步連接等系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，根據(jù)它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的職能可分為測(cè)量元件、放大元件、執(zhí)行元件和校正元件四類?？刂齐姍C(jī)主要用來(lái)完成控制信號(hào)的傳遞和變換，要求它們技術(shù)性能穩(wěn)定可靠、動(dòng)作靈敏、精度高、體積小、重量輕、耗電少。控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)控制信號(hào)，能量的轉(zhuǎn)換是次要的?？刂齐姍C(jī)的類型很多，常用的有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)3。 4.1.3.1 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，是伺服電機(jī)的一種。步進(jìn)電機(jī)可按照輸入的脈沖指令一步步的旋轉(zhuǎn)，即可將輸入的數(shù)字指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移。因此它實(shí)際上是一種數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置。由于步進(jìn)電機(jī)成本較低，易于控制，因而被廣泛應(yīng)用于開(kāi)環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)按照產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為永磁式（PM）、可變磁阻式（VR） 和混合式（HB）三種。 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用圓柱形永磁鐵制作的，定子上有通電繞組。定子繞組通電勵(lì)磁后，與轉(zhuǎn)子永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩小，步距角為7.59，廣泛用于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和儀器儀表行業(yè)?？勺兇抛枋讲竭M(jìn)電機(jī)也叫反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子和定子由鐵芯制作，定子上繞組有通電線圈。定子通電勵(lì)磁與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的吸引力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)中始終專項(xiàng)磁阻最小的位置。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有永磁鐵，因此在斷電后沒(méi)有保持力?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)則綜合了永磁式步進(jìn)電機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，永磁鐵轉(zhuǎn)子和定子有軸向齒槽，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理同永磁式步進(jìn)電機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，斷電時(shí)具有保持力，步距角為0.915。步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)。輸出角與輸入脈沖嚴(yán)格成比例，且在時(shí)間上同步。步進(jìn)電機(jī)的步距角不受各種干擾因素，如電壓的大小、電流的強(qiáng)弱、波形等的影響，轉(zhuǎn)子的速度主要取決于脈沖信號(hào)的頻率，總的位移量則取決于總脈沖的個(gè)數(shù)。轉(zhuǎn)子慣量小，啟、停時(shí)間短。輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無(wú)累積誤差。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際步距角與理論步距角總有一定的誤差，且誤差可以累加，但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一周后，總的誤差又回到零。易于計(jì)算機(jī)控制，維修方便，壽命長(zhǎng)。步進(jìn)電機(jī)本身就是一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，能夠直接接受計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量。容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和啟、停控制。能量效率低，存在失步現(xiàn)象。 4.1.3.2 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、高速范圍寬、負(fù)載能力大、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。其缺點(diǎn)就是轉(zhuǎn)子上安裝了具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的電刷和換向器，需要定期維修和更換電刷，使用壽命短、噪聲大，電機(jī)功率不能太大等。直流伺服電機(jī)按定子磁場(chǎng)產(chǎn)生方式可分為永磁式和他勵(lì)式兩類，它們的性能相近。由于永磁式直流伺服電機(jī)不需要外加勵(lì)磁電源，因而在機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)中應(yīng)用較多。直流伺服電機(jī)按電樞的結(jié)構(gòu)與形狀可分為平滑電樞型、空心電樞型和有槽電樞型等。平滑電樞型的電樞無(wú)槽，其繞組用環(huán)氧樹(shù)脂粘固在電樞鐵芯上，因而轉(zhuǎn)子形狀細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小?？招碾姌行偷碾姌袩o(wú)鐵芯，且常做成杯形，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。有槽電樞型的電樞與普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞相同，因而，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。 4.1.3.3 交流伺服電機(jī)兩相交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)差不多，其定繞組則與單相電容式異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)相類似。定子用硅鋼片疊成，在定子鐵芯的內(nèi)圓表面上嵌入相差90電角度的繞組，一個(gè)叫勵(lì)磁繞組WF，另一個(gè)叫控制繞組WC。兩相交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子一般分為籠式轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)形式。區(qū)分步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的依據(jù)條件主要視具體應(yīng)用情況而定，簡(jiǎn)單地說(shuō)要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等），轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對(duì)端口界面和通訊方面的要求），主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，亦或電池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號(hào)。還可以按照下表區(qū)別選擇步進(jìn)系統(tǒng)還是伺服系統(tǒng)（步進(jìn)電機(jī)的負(fù)荷及扭矩計(jì)算）:表4-1 步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的比較步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 伺服電機(jī)系統(tǒng)力矩范圍中小力矩（一般在20Nm以下） 小、中、大，全范圍速度范圍 低（一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM）高（可達(dá)5000RPM）,直流伺服電機(jī)更可達(dá)12萬(wàn)轉(zhuǎn)/分控制方式主要是位置控制多樣化智能化的控制方式，位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式平滑性低速時(shí)有振動(dòng)（但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器則可明顯改善）好，運(yùn)行平滑精度一般較低，細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高高矩頻特性高速時(shí)，力矩下降快力矩特性好，特性較硬過(guò)載特性過(guò)載時(shí)會(huì)失步可310倍過(guò)載（短時(shí)）反饋方式大多數(shù)為開(kāi)環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步閉環(huán)方式，編碼器反饋編碼器類型光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對(duì)值型）旋轉(zhuǎn)變壓器型旋轉(zhuǎn)變壓器型一般快溫升運(yùn)行溫度高一般維護(hù)性基本可以免維護(hù)較好價(jià)格低較高所以考慮到這次設(shè)計(jì)的要求，為了在不影響工作精度條件下，我選擇了步進(jìn)電機(jī)。 4.1.3.4 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)能將脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成角位移（或直線位移），這在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中特別方便，使用它可能省去數(shù)模轉(zhuǎn)換接口。步進(jìn)電機(jī)的角位移是一個(gè)步距一個(gè)步距（對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖）移動(dòng)的，所以稱為步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)已確定，控制方式也選定后，步距角的大小是固定的，所以可以對(duì)它進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的定子上有若干對(duì)極，極上有繞組，相對(duì)極上的繞組連在一起，作為一相。轉(zhuǎn)子有幾個(gè)凸出的齒，下圖是步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)化模型，圖中定子上有三對(duì)極，三相繞組有一端均連在一起，另一端A、B、C引入控制信號(hào)，形成星形接法。轉(zhuǎn)子上有四個(gè)齒。這種為三相步進(jìn)電機(jī)3。圖4.5為步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)化模型 圖4.5 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)化模型設(shè)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的1、3齒在A相繞組極的附近，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖通往A相，則磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合，在此磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子的1、3齒要和A極對(duì)齊。下一個(gè)脈沖通入B相，則磁通要按磁阻最小的路徑閉合，即2、4齒要和B極對(duì)齊，也即轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜃吡艘粋€(gè)一步。在下一個(gè)脈沖通入C相，根據(jù)磁通沿磁阻最小的路徑閉合原理，1、3齒要和C極對(duì)齊，也即轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針走了一步。依次不斷地給A、B、C相以脈沖，則步進(jìn)電機(jī)就一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。若通電脈沖的次序?yàn)锳、C、B、A不難推出，轉(zhuǎn)子將以順時(shí)針?lè)较蛞徊讲叫D(zhuǎn)。這樣，用不同的分配脈沖次序的方式就可以方便地實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)的目的。 4.1.3.5 步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的特性與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源（驅(qū)動(dòng)器）有密切關(guān)系。驅(qū)動(dòng)電源由脈沖分配器、功率放大器等組成，如下圖所示。驅(qū)動(dòng)電源是將變頻信號(hào)源（微機(jī)或數(shù)控裝置等）送來(lái)的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)循環(huán)供給電機(jī)各相繞組，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。變頻信號(hào)源是可提供從幾赫茲到幾萬(wàn)赫茲的頻率信號(hào)連續(xù)可調(diào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器。因此，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量及頻率就可精確控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速3。圖4.6為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源組成圖4.6 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源組成 4.1.3.6 步進(jìn)電機(jī)的選型選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，通常需要考慮的問(wèn)題有：步進(jìn)電機(jī)的種類、步距角、運(yùn)行頻率、轉(zhuǎn)矩等。目前市場(chǎng)上提供了很多步進(jìn)電機(jī)品種，但在我國(guó)最常用的步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（BC或BF系列）和混合式步進(jìn)電機(jī)（BYG系列）兩種。在電機(jī)體積相同的條件下，混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩比反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)大，同時(shí)混合式步進(jìn)電機(jī)步距角可以做的較小。在外形尺寸上受到限制、又需要小步距角和大轉(zhuǎn)矩的情況下，選擇混合式步進(jìn)電機(jī)。在需要快速移動(dòng)大距離的條件下，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣量小、運(yùn)行頻率高、價(jià)格較低的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。另外，混合式步進(jìn)電機(jī)在斷電時(shí)有自定位轉(zhuǎn)矩，而反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在停止供電后，轉(zhuǎn)子處在自由位置。通過(guò)比較，我們選用混合式步進(jìn)電機(jī)1。4.1.4 軸承的選擇軸承是機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的基礎(chǔ)傳動(dòng)部件，其加工質(zhì)量直接影響傳動(dòng)性能。它具有摩擦力小、升速迅速等特點(diǎn)，其制造水平影響主機(jī)性能。源于其特有的傳動(dòng)性能，從而廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。軸承的種類主要分為以下幾種：1.角接觸球軸承角接觸球軸承可同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會(huì)增大。主要用于機(jī)床主軸、高頻馬達(dá)、燃汽輪機(jī)、離心分離機(jī)、小型汽車前輪、差速器小齒輪軸、油泵、空氣壓縮機(jī)、各類變速器、燃料噴射泵、印刷機(jī)械。2.深溝球軸承深溝球軸承是滾動(dòng)軸承中最為普通的一種類型。基本型的深溝球軸承由一個(gè)外圈，一個(gè)內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。深溝球軸承類型有單列和雙列兩種，單列深溝球軸承類型代號(hào)為6，雙列深溝球軸承代號(hào)為4。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，是生產(chǎn)最普遍，應(yīng)用最廣泛的一類軸承。主要用于汽車的后輪、變速器、電氣裝置、儀表以及各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械。3.四點(diǎn)接觸球軸承四點(diǎn)接觸球軸承是一種分離型軸承，也可以說(shuō)是一套軸承可承受雙向軸向載荷的角接觸球軸承。其內(nèi)、外圈滾道是桃型的截面，當(dāng)無(wú)載荷或是純徑向載荷作用時(shí)，鋼球和套圈呈現(xiàn)為四點(diǎn)接觸，這也是這個(gè)名稱的由來(lái)。四點(diǎn)接觸球軸承可以承受徑向負(fù)荷、雙向軸向負(fù)荷。4.調(diào)心球軸承由于外圈滾道面呈球面，具有調(diào)心性能，因此可自動(dòng)調(diào)整因軸或外殼的撓曲或不同心引起的軸心不正，圓錐孔軸承通過(guò)使用緊固件可方便地安裝在軸上。主要用于木工機(jī)械、紡織機(jī)械傳動(dòng)軸、立式帶座調(diào)心軸承。5.圓柱滾子軸承圓柱滾子與滾道呈線接觸，徑向負(fù)荷能力大，即適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷，也適用于高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，大多用于機(jī)床主軸。主要用于中型及大型電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃汽輪機(jī)、機(jī)床主軸、減速裝置、裝卸搬運(yùn)機(jī)械、各類產(chǎn)業(yè)機(jī)械。6.實(shí)體型滾針軸承采用滾針，體積可以縮小，并可承受大徑向負(fù)荷無(wú)內(nèi)圈軸承要把具有合適精度和硬度的軸的安裝面作為滾道面使用。主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、泵、挖土機(jī)履帶輪、提升機(jī)、橋式起重機(jī)、壓縮能限制兩個(gè)方向的軸向位移，但比現(xiàn)規(guī)格的雙列角接觸球球軸承占用的軸向空間少。7.圓錐滾子軸承該類軸承裝有圓臺(tái)形滾子，滾子由內(nèi)圈大擋邊引導(dǎo)，外圈與內(nèi)組件(內(nèi)圈與滾子和保持架組件)可分離，便于裝拆。主要用于汽車的前輪、后輪、變速器、機(jī)床主軸、建筑機(jī)械、大型農(nóng)業(yè)機(jī)械、鐵路車輛齒輪減速裝置、軋鋼機(jī)輥頸及減速裝置。8.調(diào)心滾子軸承該類軸承在球面滾道外圈與雙滾道內(nèi)圈之間裝有球面滾子，具有調(diào)心性能，因此可自動(dòng)調(diào)整因軸或外殼的撓曲或不同心引起的軸心不正，可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷。特別是徑向負(fù)荷能力大，適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷，圓錐孔軸承通過(guò)使用緊固件或退卸套可便于軸上的裝拆。主要用于造紙機(jī)械、減速裝置、鐵路車輛車軸、軋鋼機(jī)齒輪箱座、軋鋼機(jī)輥道子、破碎機(jī)、振動(dòng)篩、印刷機(jī)械、木工機(jī)械、各類產(chǎn)業(yè)用減速機(jī)、立式帶座調(diào)心軸承。9.推力球軸承由帶滾道的墊圈形滾道圈與球和保持架組件構(gòu)成，與軸配合的滾道圈稱做軸圈，與外殼配合的滾道圈稱做座圈。雙向軸承則將中圈秘軸配合，單向軸承可承受單向軸向負(fù)荷，雙向軸承可承受雙向軸向負(fù)荷(二者均不能承受徑向負(fù)荷)。主要用于汽車轉(zhuǎn)向銷、機(jī)床主軸。10.推力圓柱滾子軸承由墊圈形滾道圈(軸圈、座圈)與圓柱滾子和保持架組件構(gòu)成。圓柱滾子采用凸面加工，因此滾子與滾道面之間的壓力分布均勻，可承受單向軸向負(fù)荷，軸向負(fù)荷能力大，軸向剛性也強(qiáng)。主要用于石油鉆機(jī)、制鐵制鋼機(jī)械。11.推力滾針軸承分離型軸承由滾道圈與滾針和保持架組件構(gòu)成，非分離型軸承是由經(jīng)精密沖壓加工的滾道圈與滾針和保持架組件構(gòu)成的整體型軸承，可承受單向軸向負(fù)荷，該類軸承占用空間小，有利于機(jī)械的緊湊設(shè)計(jì)。主要用于汽車、耕耘機(jī)、機(jī)床等的變速裝置。12.推力調(diào)心滾子軸承該類軸承中球面滾子傾斜排列，由于座圈滾道面呈球面，具有調(diào)心性能，因此可允許軸有若干傾斜，軸向負(fù)荷能力非常大，在承受軸向負(fù)荷的同時(shí)還可承受若干徑向負(fù)荷，使用時(shí)一般采用油潤(rùn)滑。主要用于水力發(fā)電機(jī)、立式電動(dòng)機(jī)、船舶用螺旋槳軸、軋鋼機(jī)軋制螺桿用減速機(jī)、塔吊、碾煤機(jī)、擠壓機(jī)、成形機(jī)。在我們的設(shè)計(jì)中，軸承主要用于機(jī)床的主軸，所以我們選擇角接觸球軸承11。4.1.5 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4.7所示，步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠通過(guò)聯(lián)軸器相結(jié)合，工作臺(tái)與滾珠絲杠通過(guò)托板相結(jié)合。工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使?jié)L珠絲杠上的托板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。圖4.7 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)示意圖圖4.8 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.2 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖4.9 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)示意圖如圖4.9所示，其實(shí)橫梁的進(jìn)給系統(tǒng)和工作臺(tái)的進(jìn)給系統(tǒng)幾乎是一樣的，只不過(guò)，工作臺(tái)換成了滑板。滑板上連有連接板，連接板上安裝了動(dòng)力頭。如果說(shuō)工作臺(tái)的進(jìn)給系統(tǒng)為工件提供了Y軸方向的運(yùn)動(dòng)，那么橫梁進(jìn)給系統(tǒng)就是帶動(dòng)動(dòng)力頭做X軸方向運(yùn)動(dòng)，相對(duì)與工件做X軸方向運(yùn)動(dòng)，這樣就滿足了加工熱盤(pán)所需的運(yùn)動(dòng)。圖4.10 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.2.2 橫梁結(jié)構(gòu)的分析由于這次的機(jī)床設(shè)計(jì)制造要求造價(jià)低廉且制造的周期越短越好，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)這臺(tái)機(jī)床橫梁結(jié)構(gòu)的時(shí)候決定省去動(dòng)力頭整體可上下移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。把橫梁直接給做死了，只是在機(jī)床的設(shè)計(jì)上存在了不合理性。由于橫梁是固定的，不能上下移動(dòng)，所以銑刀上下移動(dòng)只能靠動(dòng)力頭主軸的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)力頭主軸移動(dòng)的距離只有70mm，即前備量和后備量加起來(lái)只有70mm，這樣如果刀具壞了，要拆卸的話很不方便，為了克服這個(gè)問(wèn)題，我們決定在工作臺(tái)的中心，開(kāi)一個(gè)直徑300mm深50mm的槽，這樣動(dòng)力頭的損壞，刀具的拆卸就方便多了。在橫梁進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，動(dòng)力頭靠連接板連在滑板的一側(cè)，這樣重量不平衡，在銑削的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)跑位，使加工出來(lái)的零件達(dá)不到預(yù)期的要求，所以要在滑板的另一端焊接一個(gè)平衡塊以達(dá)到平衡的目的。4.2.3 橫梁進(jìn)給系統(tǒng)零部件選擇由于橫梁進(jìn)給系統(tǒng)和工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，運(yùn)動(dòng)傳遞方式相同，所以同樣采用內(nèi)循環(huán)單螺母式滾珠絲桿，角接觸球軸承，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌和混合式步進(jìn)電機(jī)。5 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)5.1工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)5.1.1 滾珠絲杠的機(jī)械特性計(jì)算5.1.1.1 軸向負(fù)荷F (5.1)式中：外力N，因?yàn)橹恍杩紤]臺(tái)面、夾具的重量，所以=0 W工作臺(tái)的總重量N；這里估算工作臺(tái)重量約為8000N W=mg8000N 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，視導(dǎo)軌形式而定。我們這里采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，取0.05 F=0+0.05（0+8000）=400N5.1.1.2 最大動(dòng)負(fù)荷C (5.2)絲杠轉(zhuǎn)速：命 值：載荷系數(shù)：=1.5 （一般運(yùn)動(dòng)）其中：T=15000h =6mm查實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)表2-3-4得：絲杠直徑=50mm，滿足條件，所以選擇型號(hào)50063內(nèi)循環(huán)單螺母式滾珠絲杠。5.1.1.3 傳動(dòng)效率計(jì)算根據(jù)傳動(dòng)效率計(jì)算公式： (5.3)式中：=10，為摩擦角； 絲杠螺旋升角，查實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)表2-3-4得：50063型號(hào)滾珠絲杠螺旋升角為211。=92.9%90%所以滾珠絲杠的傳遞效率，我們?nèi)?.91。5.1.1.4 滾珠絲杠承受的扭矩 （5.4）式中：滾珠絲杠的摩擦系數(shù)0.2 預(yù)壓負(fù)荷 （為絲杠的額定動(dòng)載荷，查實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)表2-3-4得： 50063型號(hào)滾珠絲杠的額定動(dòng)載