數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文I摘要數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好的解 決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密，批量小，多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加 工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。本論文主要對(duì)數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械部分這一課題 進(jìn)行探討，文中詳細(xì)描述了數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，滾珠絲杠副的選擇，伺服電動(dòng)機(jī)的選擇，精度和剛度驗(yàn)算。同時(shí)運(yùn)用軟件Solidworks做 出伺服進(jìn)給系統(tǒng)的零部件，以及將各個(gè)零部件進(jìn)行裝配，二維工程圖出圖。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；伺服電動(dòng)機(jī)；伺服進(jìn)給系統(tǒng)；滾珠絲杠副沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2AbstractNC machine tools as typical electromechanical products, plays an enormous role inmachinery manufacturing, it solutes the problems of modern machinery manufacturing complex,precision, small batches, changeable parts processing, also it can be able to stable quality ofproducts, in crease productivity greatly .In this paper, it mai nly explore to the topic ofmechanical parts of NC machine toolsservo feed system, This article describes the designingmethod of the NC machine toolsservo feed system , including designing the transmissionsystem, choosing Ball Screws, servo motor, checking the accuracy and rigidity. Make out partsof NC machine toolsservo feed system and assemble the parts with solidworks. Export 2Dengin eeri ng draw ing and make the ani mati ons of feed system, produce three-dime nsio nalcutaway views of Ball Screws and Rolli ng Guides矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴(lài)。Key word: NC machi ne;Servo motor; Servo feed system; Ball Screw聞 創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3目錄摘要.殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。Abstract.釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1緒論.1.彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1數(shù)控機(jī)床的概念. .1.謀蕎摶篋飆鐸懟類(lèi)蔣薔。1.2數(shù)控機(jī)床的組成分類(lèi)及特點(diǎn) . .1廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。4.1.8數(shù)控機(jī)床的組成 .1煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。4.1.9數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) . .1鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴(lài)。4.1.10數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) .2籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史及國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 . .2預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。1.4我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) .3滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。4.2.1數(shù)控技術(shù)狀況. .3鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。4.2.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) .4擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。1.5伺服系統(tǒng)的特點(diǎn). .4贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。1.6本課題的研究?jī)?nèi)容和方法 .6壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。1.7本章小結(jié). .7.蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。2進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) .7買(mǎi)鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文42.1機(jī)床的主要性能. .8綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.2進(jìn)給系統(tǒng)的精度要求. .8驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂(yōu)錦。2.3進(jìn)給傳動(dòng)控制伺服系統(tǒng)的選擇 . .8貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。2.4進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求及傳動(dòng)類(lèi)型的選擇 . .9鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。2.4.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求. .9構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。2.4.2傳動(dòng)類(lèi)型的選擇. .9輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。2.5電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇. .10堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。2.6進(jìn)給傳動(dòng)方案設(shè)計(jì).11識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。3數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)X軸選型.1 2凍鈹鋨勞臘錯(cuò)癇婦脛糴。3.1滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算選型 . .13恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。4.2.4精度等級(jí)選定 .14鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。4.2.5導(dǎo)程的計(jì)算和選定 . .15碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。4.2.6絲桿支承方式選定 .15閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。3.1.5絲桿外徑選定及校核. .1 5氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。3.1.6計(jì)算最大軸向載荷 .16釷鵒資贏車(chē)贖孫滅獅贅。3.1.7軸向允許載荷計(jì)算 . .16慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫(huà)長(zhǎng)涼。3.1.8絲杠允許轉(zhuǎn)速計(jì)算及校核 .1 7諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類(lèi)。3.1.9壽命計(jì)算及校核. .19嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。3.%2電機(jī)的選型 .19熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù)。5.2.1轉(zhuǎn)速的計(jì)算. .1.9鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文55.2.2驅(qū)動(dòng)扭矩計(jì)算 .20紂憂(yōu)蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。323計(jì)算角加速度. .21穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。324電機(jī)所需的加速扭矩. .2 1濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。325計(jì)算各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下點(diǎn)檢所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩.21銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。3.2.6電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求.22擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類(lèi)。3.3滾珠絲杠副的支承的設(shè)計(jì) .22賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。3.4同步齒輪帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì). .24塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù)。3.5導(dǎo)軌的選擇.25裊樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。4數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)Z軸選型.26倉(cāng)嫗盤(pán)紲囑瓏詁鍬齊驚。5.2.5滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算選型 .26綻萬(wàn)璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。4.1.1載荷的確定.27驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。5.3精度等級(jí)選定.27瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。5.4導(dǎo)程的計(jì)算和選定.28鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類(lèi)。5.5絲桿支承方式選定 .29櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。5.6絲桿外徑選定及校核 .29轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。5.7計(jì)算最大軸向載荷 .29峴揚(yáng)爛滾澗輻灄興渙藺。4.1.7軸向允許載荷計(jì)算 . .30詩(shī)叁撻訥燼憂(yōu)毀厲鋨驁。1絲杠允許轉(zhuǎn)速計(jì)算及校核 .3 1則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。2壽命計(jì)算及校核.33脹鏝彈奧秘孫戶(hù)孿釔賻。5.2.6電機(jī)的選型 .33鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文61轉(zhuǎn)速的計(jì)算 .33稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。2驅(qū)動(dòng)扭矩計(jì)算 . .34陽(yáng)簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。423計(jì)算角加速度. .35溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。1電機(jī)所需的加速扭矩 .35鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。4.2.5計(jì)算各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下點(diǎn)檢所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩.35懨俠劑鈍觸樂(lè)鷴燼觶騮。4.2.6電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求. .36謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別濾。1滾珠絲杠副的支承的設(shè)計(jì) .37咼鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺。4.4聯(lián)軸器傳動(dòng)的設(shè)計(jì).39瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。4.5導(dǎo)軌的選擇. .39麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。5伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). .40納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。5.1 solidworks實(shí)體設(shè)計(jì)的特征功能及其在本次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用40風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。5.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)主要零件的設(shè)計(jì)及裝配 . .41滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹。導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) .41鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。Z軸絲杠螺母的設(shè)計(jì) .45攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。添加軸承 .46趕輾雛紈顆鋝討躍滿(mǎn)賺。5.2.4添加緊固件. .46夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。X軸滑塊的設(shè)計(jì) .47視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。絲杠的設(shè)計(jì) .47偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。伺服進(jìn)給系統(tǒng)零件的裝配 .48緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖. .49騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7結(jié) 論 .51癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。致謝寸.52鏃鋝過(guò)潤(rùn)啟婭澗駱讕濾。參考文獻(xiàn).5.3榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。附錄A.54邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。附錄B. 69嶁硤貪塒廩袞憫倉(cāng)華糲。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11 緒論1.1 數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物， 是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比，其優(yōu) 越性是顯而易見(jiàn)的，不僅零件加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動(dòng)化程度極高，可減輕 工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī) 床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來(lái)愈顯得重要。該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。1.2 數(shù)控機(jī)床的組成分類(lèi)及特點(diǎn)1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。1、 控制介質(zhì)：以指令的形式記載各種加工信息；2、 數(shù)控裝置：接受輸入的加工信息，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng) 的脈沖；3、 伺服系統(tǒng)：把數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械位移；用于實(shí)現(xiàn) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。劇妝諢貰攖蘋(píng)塒呂侖廟。4、 機(jī)械系統(tǒng)：包括，主軸部分、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置(ATC)、自動(dòng)托盤(pán) 交換裝置(APC)等。1.2.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)數(shù)控機(jī)床的品種和規(guī)格繁多，分類(lèi)方法不一。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有近500種數(shù)控機(jī)床。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能和組成，一般分為以下幾類(lèi)：臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。1、按坐標(biāo)軸數(shù)分類(lèi)：一般數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工中心機(jī)床，多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床；沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文22、按特點(diǎn)分類(lèi)：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，直線控制數(shù)控機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)床；3、按有無(wú)測(cè)量裝置分類(lèi)：開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；4、按功能水平分類(lèi)：經(jīng)濟(jì)型，普及型，高級(jí)型。1.2.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問(wèn)題，是一種靈活的、 高效能的自動(dòng)化機(jī)床，尤其對(duì)于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來(lái)，數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的特點(diǎn)：鰻順褸悅漚縫輾屜鴨騫。1、提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；2、提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率35倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生率510倍；3、可加工形狀復(fù)雜的零件；4、減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；5、有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史及國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀1949年美國(guó)帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)一電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20世紀(jì)50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所 組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)一一晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以 推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，1965年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)一一 集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上， 首次展出了第四代數(shù)控 系統(tǒng)一一小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計(jì)算機(jī)以其無(wú)法比擬的性能價(jià)格比滲透 各個(gè)行業(yè)，1974年，第五代數(shù)控系統(tǒng)一一微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。 綜上所述,由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展 非常迅速，幾乎5年左右時(shí)間就更新?lián)Q代一次。穡釓虛綹滟鰻絲懷紆濼。數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機(jī) 電一體化產(chǎn)品。歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程，1990年日本沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)75%，美國(guó)達(dá)70.1%,德國(guó)達(dá)57%。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超 過(guò)15萬(wàn)臺(tái)，品種超過(guò)1500多種2。隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。1.4 我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1.4.1數(shù)控技術(shù)狀況目前，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開(kāi)發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期，也是 由封閉型向開(kāi)放型過(guò)渡的時(shí)期。我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)（包括核心技術(shù)），已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。自“七五”以來(lái)，國(guó)家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來(lái)支持，現(xiàn)已開(kāi) 發(fā)出具有中國(guó)版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國(guó)外一直對(duì)我國(guó)封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾 長(zhǎng)期困擾我國(guó)、并受到西方國(guó)家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)技術(shù)對(duì)我們已不再是難題，0.1m 當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多 任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于PC機(jī)的開(kāi)放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能既可作為獨(dú)立產(chǎn)品，又是一代開(kāi)放式的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為機(jī)床廠 及軟件開(kāi)發(fā)商二次開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提 高，MPBF值可以在15000h以上。同時(shí)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能?chē)?guó)內(nèi)生產(chǎn)，自我 配套率超過(guò)60%。這些成功為中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的自行開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ) 。浹繢膩叢著駕 驃構(gòu)碭湊。我國(guó)進(jìn)行改革開(kāi)放后，由于政策的開(kāi)放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進(jìn)的機(jī)床制 造國(guó)家進(jìn)行技術(shù)交流，并通過(guò)引進(jìn)技術(shù)，到80年代初，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化階段，1991年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率為14.3%,到1997年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率為24.5%。 目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床（包括經(jīng)濟(jì)型機(jī)床）品種約有500個(gè)2。鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。但是，與國(guó)外數(shù)控車(chē)床相比，在性能、質(zhì)量設(shè)計(jì)、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機(jī)械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在 一定差距；主軸及卡盤(pán)剛性差，主軸定位準(zhǔn)停不好；安全性較差，軟硬件保護(hù)功能不夠； 刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計(jì)方面不規(guī)范，不符合國(guó)標(biāo)，比如使用電壓 等級(jí)、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機(jī)床廠家甚至仍然停留在 十年二十年前的設(shè)計(jì)思想；程序設(shè)計(jì)方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不規(guī)范，邏輯性不強(qiáng)，故障率高， 在使用過(guò)程中需不斷對(duì)程序進(jìn)行修改；外圍元件布置及沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4走線不規(guī)范，標(biāo)牌線號(hào)不清，圖 紙與實(shí)物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機(jī) 床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國(guó)產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電 器、接近開(kāi)關(guān)等元件，在生產(chǎn)過(guò)程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品種生產(chǎn)困難。 而國(guó)外數(shù)控車(chē)床無(wú)論是設(shè)計(jì)水平，還是制造水平，都要高出國(guó)內(nèi)數(shù)控車(chē)床。機(jī)械件材質(zhì)、 加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)規(guī)范合理，配 套件齊全，標(biāo)牌標(biāo)示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術(shù)的應(yīng)用及時(shí)領(lǐng) 先；概括來(lái)說(shuō)，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低 。愜執(zhí)緝蘿紳頎陽(yáng)灣愴鍵。142數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 日益擴(kuò)大。為了滿(mǎn)足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要， 數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、 高可靠性、多功能、智能化及開(kāi)放性等方向發(fā)展。貞廈給鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。1.5 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)字控制，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。 數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是典型 的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成。嚌鰭級(jí)廚脹鑲銦礦毀蘄。1、信息載體信息載體又稱(chēng)控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床上加工一個(gè)零件所必需的各種信息，以 控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過(guò)相應(yīng)的輸入 裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤(pán)將加工信息 直接輸入，或通過(guò)竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。 高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng) 可能還包含一套自動(dòng)編程機(jī)或者CAD/CAM系統(tǒng)。薊鑌豎牘熒浹醬籬鈴騫。2、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來(lái)的加工信息，經(jīng)計(jì)算 和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。它由硬件和軟件組成。硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要 包括光電閱讀機(jī)、CRT、鍵盤(pán)、面板、機(jī)床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。 數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5概括為：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、刀具的選擇和刀具 的補(bǔ)償、其它輔助運(yùn)動(dòng)等。齡踐硯語(yǔ)蝸鑄轉(zhuǎn)絹攤濼。3、伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的各 種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電 機(jī)或交流伺服電機(jī)。紳藪瘡顴訝標(biāo)販繯轅賽。4、機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但也 做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺 服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機(jī) 床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱 變形較小；更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機(jī)床 還采用了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床工作效率 。飪籮獰屬諾釙誣苧徑凜。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬(wàn)能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高 精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴(lài)于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性 的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電 機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。烴斃潛籬賢擔(dān)視蠶賁粵。伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來(lái)自CNC裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。這些軸有的帶動(dòng)工作臺(tái)， 有的帶動(dòng)刀架，通過(guò)幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn) 動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。鋝豈濤軌躍輪蒔講嫗鍵。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)（早期產(chǎn)品還包含液壓）等各種部件，并涉及到強(qiáng)電與 弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個(gè)既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工 作，又能滿(mǎn)足相當(dāng)高的技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，的確是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。提高伺 服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對(duì)于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開(kāi)發(fā)高性能的伺服系 統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6擷偽氫鱧轍冪聹諛詼龐。由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)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\(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的 速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。蹤飯夢(mèng)摻釣貞綾賁發(fā)蘄。伺服系統(tǒng)對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。婭鑠機(jī)職錮夾簣軒蝕騫。2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿(mǎn)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(guò)載46倍而不損壞。譽(yù)諶摻鉺錠試監(jiān)鄺儕瀉。3）為了滿(mǎn)足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)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?xún)?nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。儔聹執(zhí)償閏號(hào)燴鈿膽賾。4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)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(kāi)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?？b電悵淺靚蠐淺錒鵬凜。1.6 本課題的研究?jī)?nèi)容和方法本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、縱向及橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制及外文資料文獻(xiàn)翻譯，并撰寫(xiě) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。驥擯幟褸饜兗椏長(zhǎng)絳粵。在設(shè)計(jì)中通過(guò)查閱資料確定數(shù)控車(chē)床的切削力，由切削力的大小來(lái)確定數(shù)控車(chē)床伺 服進(jìn)給系統(tǒng)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)及傳動(dòng)方案，然后通過(guò)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠，通過(guò) 計(jì)算最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7矩，負(fù)載慣量選擇伺服電動(dòng)機(jī)。癱噴導(dǎo)閽騁艷搗靨驄鍵。1.7 本章小結(jié)本章先介紹了數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)，特點(diǎn)與研究現(xiàn)狀，介紹了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，以 及伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)。最后介紹了本課題研究的主要內(nèi)容和研究方法。鑣鴿奪圓鯢齙慫餞離龐。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文82 進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)床的主要性能本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該車(chē)床主要用于小尺寸的軸類(lèi)零件和盤(pán) 類(lèi)零件的精密加工。該數(shù)控車(chē)床具有剛度高、排屑功能流暢、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、傳動(dòng)效率高、精度保持性好、 有效壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。為保證機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，采用了高精密孔式主軸結(jié)構(gòu)和大功率交 流伺服主軸電機(jī)，并具備良好的抗振性設(shè)計(jì)。欖閾團(tuán)皺鵬緦壽驏頦蘊(yùn)。車(chē)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用精密數(shù)控系統(tǒng)，并合理選用高精 度元器件，保證了伺服系統(tǒng)達(dá)到要求的精度、重復(fù)定位精度，并使其具有高剛度和良好 的穩(wěn)定性。遜輸吳貝義鰈國(guó)鳩猶騙。2.2 進(jìn)給系統(tǒng)的精度要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度對(duì)機(jī)床的加工精度有很大的影響，良好的電氣部件設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。幘覘匱駭儺紅鹵齡鐮瀉。本設(shè)計(jì)著重進(jìn)行進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)。本車(chē)床精度較高，能進(jìn) 行微米級(jí)加工，能獲得高質(zhì)量的加工表面。進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)，Z、X兩軸聯(lián)動(dòng)，單軸具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。誦終決懷區(qū)馱倆側(cè)澩賾。2.3 進(jìn)給傳動(dòng)控制伺服系統(tǒng)的選擇1、開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中最簡(jiǎn)單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步進(jìn)電機(jī)。開(kāi)環(huán)進(jìn) 給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于 調(diào)整，在精度要求不太高的場(chǎng)合中得到較廣泛的應(yīng)用。醫(yī)滌侶綃噲睞齒辦銩凜。2、閉環(huán)控制系統(tǒng)因?yàn)殚_(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的要求，所以為了保證精度，最根本 的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測(cè)裝置對(duì)數(shù)控機(jī)床工作 臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。臚當(dāng)為遙頭韙鰭啰暈糞。3、半閉環(huán)控制系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)型角度測(cè)量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電 動(dòng)機(jī)按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱(chēng)作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的 檢測(cè)裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測(cè)裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位 移檢測(cè)裝置安裝在電動(dòng)機(jī)軸端。鴣湊鸛齏嶇燭罵獎(jiǎng)選鋸。數(shù)控機(jī)床要求達(dá)到預(yù)定的精度要求以外，根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，還要 求具有良好的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力?；谶@些要求，本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制方式，包含 位置反饋環(huán)合速度反饋環(huán)閉環(huán)控制能夠較好地減小誤差，有利于提高機(jī)床性能.筧驪鴨櫨懷鏇頤嶸悅廢。2.4 進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求及傳動(dòng)類(lèi)型的選擇2.4.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為 此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿(mǎn)足：（1）傳動(dòng)精度高；（2）摩擦阻力??；（3）運(yùn) 動(dòng)部件慣量小。韋鋯鯖榮擬滄閡懸贖蘊(yùn)。2.4.2傳動(dòng)類(lèi)型的選擇數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本傳動(dòng)方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。1、滾珠絲杠螺母副在數(shù)控機(jī)床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置一般采用滾珠絲杠螺母 副。其特點(diǎn)是：傳動(dòng)效率高，一般為n=0.920.98;傳動(dòng)靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬 行；使用壽命長(zhǎng)；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，亦可將直線運(yùn)動(dòng) 變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；軸向運(yùn)動(dòng)精度高，施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時(shí)無(wú)空行程； 因此，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)的傳動(dòng)方式。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10濤貶騙錟晉鎩錈撳憲騙。2、靜壓絲杠螺母副其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，僅為0.0005,;平穩(wěn)性高；反向間隙小；但是，靜壓絲杠 螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對(duì)有的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將 造成不良后果。鈿蘇饌?cè)A檻榪鐵樣說(shuō)瀉。由以上比較，根據(jù)要求，縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)和橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)都采用滾珠絲杠螺 母副的傳動(dòng)方式。2.5 電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種：1、聯(lián)軸器直接聯(lián)接這是一種最簡(jiǎn)單的連接型式.這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是：具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)本身無(wú)間隙，傳動(dòng)精度高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)整方便，適用于像中小型號(hào)的數(shù)控車(chē) 床。聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的干涉”現(xiàn)象.采用這種撓性聯(lián)軸器把電動(dòng)機(jī)與絲杠直接聯(lián)接，不僅可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消 除傳動(dòng)間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來(lái)的傳動(dòng)誤差，提高傳動(dòng)剛度。戧礱風(fēng)愴澆鄖適濘嚀贗。2、通過(guò)齒輪聯(lián)接這種調(diào)整方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下，保持齒輪的無(wú)間隙嚙合；但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，軸向尺寸大、傳動(dòng)剛度低、傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，一般用于精度要 求低的機(jī)床中。購(gòu)櫛頁(yè)詩(shī)燦戶(hù)踐瀾襯鳳。3、通過(guò)同步齒形帶聯(lián)接同步齒輪帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn)，與齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，制 造成本更低,安裝調(diào)整更方便。并且傳動(dòng)不打滑、不需要大的張緊力；但是在同步齒形傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料的要求很高。囁奐闃頜曖躑谫瓚獸糞。在滿(mǎn)足機(jī)床要求的前提下，通過(guò)對(duì)比本課題Z軸采用通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)與絲杠副，這是一種簡(jiǎn)單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動(dòng)精度高，而且結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，安裝沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11調(diào)整方便。虛齬鐮寵確嶁誄禱臚鋸。X軸采用同步帶連接電動(dòng)機(jī)與絲杠副的方式，同步齒輪帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn)，與齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，制造成本更低，安裝調(diào)整更方便。與頂鍔筍類(lèi)謾蠑紀(jì) 黽廢。2.6 進(jìn)給傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)本車(chē)床具有較高的精度要求，為了保證精度，在選用精密元器件和精密數(shù)控系統(tǒng)的 同時(shí)，應(yīng)盡量減小傳動(dòng)鏈，并需要保證較高的剛度，提高傳動(dòng)系統(tǒng)效率，以減小溫升的 影響。用滾珠絲杠螺母副直連電機(jī)傳動(dòng)的方案。并采用“雙推一支承”絲杠支承方式?！半p推一支承”方式能夠避免絲杠自重引起的彎曲，以及高速回轉(zhuǎn)時(shí)自由端的晃動(dòng)，符 合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)條件。X、Z兩軸分別用獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)。結(jié)釋鏈蹌絞塒繭綻綹蘊(yùn)。滾珠絲杠螺母副是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的理想傳動(dòng)件，因其具有螺紋絲杠無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，更是普通數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床不可或缺的零 部件。兼具高效率、高精度、可逆性的特點(diǎn)。滾珠絲杠螺母副具有驅(qū)動(dòng)力矩小、 精度高、 可實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給、無(wú)側(cè)隙、剛度高、告訴等優(yōu)點(diǎn)。餑詘鉈鯔縹評(píng)繒肅鮮驃。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于系統(tǒng)要求精度高，不宜采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此選用交流伺服 電機(jī)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體的重要部分，在設(shè)計(jì)中，在伺服方 式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。采用螺旋傳動(dòng)，計(jì)算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進(jìn) 行絲杠的校核并進(jìn)行精度等驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算的扭矩選擇伺服電機(jī)。爺纜鉅摯騰廁綁藎箋潑。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文123 數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給系統(tǒng) X 軸選型伺服進(jìn)給系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)行程X軸：350mm Z軸：950mm進(jìn)給速度范圍X軸：1-5000mm/min Z軸：1-5000mm/min快速移動(dòng)速度X軸：12m/minZ軸：12m/min沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13定位精度X軸：0.008mm/300mm Z軸：0.008mm/300mm3.1 滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算選型3.11載荷的確定載荷確定由solidworks重量計(jì)算功能確定，如右圖3.1所示X軸：W=124.8kg*9.8N/kg=1223.04N圖 3.1 滑塊重量確定查常用材料的摩擦系數(shù)，鑄鐵-鑄鐵在有潤(rùn)滑的靜摩擦系數(shù)是0.18，導(dǎo)軌接觸面的摩擦阻力 f =0.18 1223.04N =220.15N3.1.2精度等級(jí)選定根據(jù)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)在具體使用場(chǎng)合所需要提供的定位精度（允許誤差）。按照其具 體長(zhǎng)度，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14對(duì)照不同等級(jí)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)程累積誤差表。判定選擇軋制滾珠絲杠 還是磨制滾珠絲杠，選擇能滿(mǎn)足定位精度的最低等級(jí)，也就是選用最經(jīng)濟(jì)的精度等級(jí)。錁熾邐繒薩蝦竇補(bǔ)飆贗。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的精度應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求來(lái)選用，不要盲目地選用過(guò)高的精度，使用軋 制滾珠絲杠能夠滿(mǎn)足使用要求時(shí)就不必使用磨制滾珠絲杠。 因?yàn)榫鹊燃?jí)越高， 制造成 本也越高。 價(jià)格越貴，應(yīng)盡可能選用價(jià)格低廉的軋制滾珠絲杠，以降低設(shè)備制造成本。通常情況下各種典型設(shè)備所選用的精度參考等級(jí)如下圖.3.2所示。曠戧輔鑽襉倆瘋謅琿鳳。4 K-4 呂車(chē):mi公固涼冷垃杠機(jī)- 建杠摟別廉制笊fit軸杠軋制滾眸竝杠精度等緩C0C1C2C3C5C7C8揺紋K/mmE電Ee士Ee士EeEr士EE3151一 -寶S5B712823盤(pán)3丄540053+37597131Q25204005006485715ID2720500630G496】盲16123023-6308007S107U181335258001QQQ甘61115li21154027毎毎300 mm士口一05 mm1000125096139U112K164&:駅毎300 mn + 0.1 mm125010011715m211329i.S54351600200018ii25153521S540200025002213他J84124774石25003)502&15215019?35431504UOQ亠-115fib*0005000-177i圖 3.2 精度等級(jí)選定X軸需要滿(mǎn)足的定位精度是0.008mm/300mm我們選擇THK公司精度等級(jí)為C2的磨 制滾珠絲桿，器導(dǎo)程誤差范圍e= 0.007mm/300mm。轉(zhuǎn)庫(kù)蹺僉詘腳瀕諮閥糞。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文153.1.3導(dǎo)程的計(jì)算和選定導(dǎo)程表示絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)螺母沿軸向移動(dòng)的距離，單位：mm。導(dǎo)程的計(jì)算與驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否帶減速器有關(guān)，下面以典型的安裝情況電機(jī)帶減速器通過(guò)彈性聯(lián)軸器與絲杠連接（即直聯(lián)）的情況為例，說(shuō)明導(dǎo)程的具體計(jì)算方法。假設(shè)電 機(jī)所帶減速器的減速比為i。嬤鯀賊灃謁麩溝賚淶鋸。根據(jù)導(dǎo)程的定義，電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速Nm、與最大進(jìn)給速度Vmax、絲杠導(dǎo)程Pb、減速比i之間的關(guān)系為(3.1)其中Vmax，單位m/s。在X軸中，最大進(jìn)給速度是0.2m/s,選用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為Nm=3000r/min，使用 帶輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比i=1訊鎬謾蟈賀綜樞輒鎖廩。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，需要選用4mm或更大導(dǎo)程的滾珠絲桿。3.1.4絲桿支承方式選定絲桿支承方式主要根據(jù)絲桿長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、定位精度來(lái)選定，在絲桿長(zhǎng)度較短、轉(zhuǎn)速較低尤其是垂直提升負(fù)載的場(chǎng)合則可以選用一端固定一端游動(dòng)的簡(jiǎn)單安裝方式，我們選用這種方式。兒躉讀閌軒鯀擬釔標(biāo)藪。3.1.5絲桿外徑選定及校核間隙絲杠外徑主要按以下條件來(lái)進(jìn)行初選：Vmax10360PbiPbVmaxI。60-Nmi0.2 103603000 1=4(mm)沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文16在按定位精度選定的滾珠絲杠系列（磨制滾珠絲杠或軋制滾珠絲杠）中選定，在相應(yīng)的精度等級(jí)及絲杠長(zhǎng)度下，絲杠外徑的大小必須滿(mǎn)足所要求的軸向在標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)程-絲杠外徑組合中選定絲杠外徑?，F(xiàn)初選外徑為50mm,型號(hào)為FFZD5006-3。3.1.6計(jì)算最大軸向載荷在一定的絲杠外徑下，絲杠有可能無(wú)法承受使用條件下的最大軸向載荷而發(fā)生彎 曲，因此還必須對(duì)初選的絲杠外徑進(jìn)行軸向允許載荷校核，使絲杠直徑具有足夠的剛度，保證在最大軸向載荷下絲杠不會(huì)發(fā)生彎曲變形。因此首先要計(jì)算最大軸向載荷?？壧A詞嗇適籃異銅鑑驃。計(jì)算最大軸向載荷的另一作用為：軸向載荷是汁算扭矩載荷的基礎(chǔ)，只有計(jì)算出軸向載 荷后才能計(jì)算扭矩載荷，而扭矩載荷是進(jìn)行電機(jī)選型的重要依據(jù)。鮒簡(jiǎn)觸癘鈄餒嬋鏘戶(hù)潑。根據(jù)力學(xué)原 理，可知各種工 作情況下 的軸向載荷 最大是加 速前進(jìn)時(shí)，此時(shí)F =mg f ma =0.003 124.8 9.8220.15 124.8 0.1 = 236.30Nm-負(fù)載滑塊的質(zhì)量，kg；a負(fù)載滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度，m/sT;J直線導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)，取0.003;f-導(dǎo)軌無(wú)載荷時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力，N;3.1.7軸向允許載荷計(jì)算計(jì)算出最大軸向載荷后，就可以直接進(jìn)行軸向允許載荷計(jì)算及校核了，校核的原則 為：在最大軸向載荷作用下絲杠不會(huì)發(fā)生彎曲；在最大軸向載荷作用下絲杠不會(huì)發(fā)生屈 月服。瞇毆蠐謝銀癩嘮閣蹺贋。 絲杠在不發(fā)生彎曲的前提下所允許的最大軸向載荷計(jì)算沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文17這種軸向允許載荷與絲杠安裝方法、絲杠安裝間距、絲杠溝槽最小直徑等因素有關(guān)，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文18P最大軸向允許載荷，N;L-絲桿安裝間距，mm；dr-絲桿溝槽最小直徑，mm；2與安裝方式有關(guān)的系數(shù)，取1.2；絲杠在不發(fā)生屈服前提下的最大允許軸向載荷計(jì)算絲杠在不發(fā)生屈服的前提下所允許的最大軸向拉伸或壓縮載荷按以下公式計(jì)算;P2d；N = 116 252N =72500 N4B最大軸向允許載荷，N;dr-絲桿溝槽最小直徑，mm；-絲杠材料的允許拉伸壓縮應(yīng)力（通常情況下為147 N/mmA2）0計(jì)算所得最大軸向載荷均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩個(gè)軸向允許載荷。3.1.8絲杠允許轉(zhuǎn)速計(jì)算及校核絲杠允許轉(zhuǎn)速必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：絲杠最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速；絲杠最高轉(zhuǎn)速不 超過(guò)DN值。臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算選定絲杠外徑除需要進(jìn)行彎曲及屈服校核外，還必須保證絲杠在不發(fā)生共振的前提下使用。隨著絲杠轉(zhuǎn)速的提高，逐漸接近絲杠固有頻率時(shí)，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)生共振而 不能使用。計(jì)算公式為:d：410 N,2 竺 10：N= 52083N300沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文19該固有頻率與絲杠的個(gè)臨界轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)，而絲杠的外徑與此固有頻率密切相關(guān)， 因此需要進(jìn)行校核，確保絲杠在固有頻率（臨界轉(zhuǎn)速）以下運(yùn)行，即絲杠最高轉(zhuǎn)速不能 超過(guò)其臨界轉(zhuǎn)速。閔屢螢馳鑷雋劍頌崗鳳。臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：602E 103Jn,：2-，-：0.8 =3257r/min12二L2IAn,-臨界轉(zhuǎn)速，r/min；E楊氏彈性模量（通常情況下絲杠材料的E =2.06 105N/mm2）；J-絲桿斷面與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的參數(shù)，Jdr4，mm464?絲杠材料的密度（7.8 106kg/mm3）；A絲杠溝槽最小直徑所在剖面的面積，Ad；mm2；4與安裝方式有關(guān)的系數(shù)，取1.875；DN值絲杠允許轉(zhuǎn)速除不得超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速外，還必須不超過(guò)DN允許值所謂DN值是指絲杠公稱(chēng)直徑（即滾珠中心位置所在圓的直徑）D與絲杠轉(zhuǎn)速N的 乘積。絲杠轉(zhuǎn)速N增大時(shí)，絲杠公稱(chēng)直徑必須減小，絲杠公稱(chēng)直徑太小又會(huì)造成系統(tǒng)剛 性差、易變形、影響加工精度等問(wèn)題。此外，過(guò)度提高絲杠的轉(zhuǎn)速N還會(huì)引起絲杠發(fā)熱、 機(jī)構(gòu)共振等問(wèn)題，國(guó)際上一般DN70000-100000,少數(shù)制造商（例如口本NSK公司、 德國(guó)Bosch公司）已將DN值提高到150000。具體大小參照制造商提供的數(shù)據(jù)， 通常的 設(shè)計(jì)規(guī)范為：檁傷葦開(kāi)閾燈傘饉諧糧。磨制滾珠絲杠及軋制大導(dǎo)程滾珠絲杠：DN70000軋制滾珠絲杠：DN50000沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文203.1.9壽命計(jì)算及校核即使是合理地設(shè)計(jì)、選用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行后，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)都 會(huì)因?yàn)槟p而不能繼續(xù)使用，從開(kāi)始使用直至不能使用前的使用時(shí)間稱(chēng)為滾珠絲杠的壽 命。造成滾珠絲杠壽命有限的原因除磨損造成的精度下降外，還有因?yàn)槠谠斐傻钠?壽命，工程上主要以滾珠絲杠的疲勞壽命來(lái)推算其額定壽命。鄭餼腸絆頎鎦鷓鮞嚶錳。滾珠絲杠的疲勞壽命可以由實(shí)際運(yùn)行時(shí)間來(lái)表示，計(jì)算公式為：Lh壽命時(shí)間，h;C基本動(dòng)額定負(fù)載，N;Pm軸向平均負(fù)載，N;Nm-平均轉(zhuǎn)速，r/min；Fw-運(yùn)行系數(shù)，正常運(yùn)行時(shí)fw=1.2-1.5；壽命計(jì)算大于一般數(shù)控機(jī)床的使用壽命標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間20000h,符合條件。3.2 電機(jī)的選型由于滾珠絲杠機(jī)構(gòu)一般都用于精密的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，所以在使用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)時(shí)，通常 都通過(guò)伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)其中伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般應(yīng)用在要求高精度、高效 率、高可靠性的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般應(yīng)用在要求比伺服電機(jī)稍低的場(chǎng)合 使用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)時(shí)，電機(jī)的選型方法和要求又有所區(qū)別。這里我們選用伺服電 機(jī)。棄鈾縫遷馀氣鰷鸞覲廩。3.2.1轉(zhuǎn)速的計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須能夠滿(mǎn)足負(fù)載最高工作速度的需要，即在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的 運(yùn)動(dòng)速度必須高于所需要的最高速度?？梢郧蟪鲭姍C(jī)所需要的最低額定轉(zhuǎn)速：Lh10610660Nm60 x3000 1236.3I.2丿4400弋20782.7h調(diào)誶續(xù)鷚髏鋮沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文21隨著滾珠絲杠轉(zhuǎn)速的提高，其工作頻率接近絲杠的固有頻率時(shí)將導(dǎo)致共振，因此一 定要在絲杠的臨界轉(zhuǎn)速以下使用。如前所述，在選定絲杠外徑時(shí)需要根據(jù)安裝條件、材 料特性、直徑等參數(shù)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)絲杠最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)其臨界轉(zhuǎn)速，否則 必須重新選擇絲杠外徑，直到滿(mǎn)足要求為止。這里的額定轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足條件。厲聳紐楊鱔晉頇兗蓽驃。3.2.2驅(qū)動(dòng)扭矩計(jì)算因?yàn)檫M(jìn)行電機(jī)選型時(shí)需要以電機(jī)所需的最大扭矩及扭矩的有效值為依據(jù)，所有需要對(duì)加速狀態(tài)下電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩進(jìn)行計(jì)算。苧曖蘿藶黃邏閂巹東澤。根據(jù)力學(xué)原理，加速扭矩等于機(jī)構(gòu)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與角加速度的乘積，所以首先要計(jì)算 所有部件的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并折算到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上?？傓D(zhuǎn)動(dòng)慣量包括絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、工作臺(tái) 與工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。鴿攝禱鋅儀憚銼嚕緡贊。等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩TL= 22.5N m絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2 2J 15 45 kg cm / m 1.5m = 23.175 kg cm工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JT工作臺(tái)與工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2；饅喪劉藪VmaxI。60PBi0.2 103604匯1=3000r / minJT10 = 124.85.0610-5kg m2PBI2兀沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文22m工作臺(tái)與工件的總質(zhì)量，kg；沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文23PB絲桿導(dǎo)程，mm折算到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL折算到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2；JS絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2；JT工作臺(tái)與工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2；電機(jī)至絲杠的減速比3.2.3計(jì)算角加速度2兀nmax2兀江4000 ccc c/2角加速度計(jì)算公式：廠209 Brad / s601160江2；-角加速度，rad/sA2；nmax-電機(jī)工作的最高轉(zhuǎn)速，r/min；t1加速時(shí)間，s。3.2.4電機(jī)所需的加速扭矩T廠JLJm二7.38 1 10_22.09二15.4 N mTa-加速扭矩，N m；Jm-電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m23.2.5計(jì)算各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下點(diǎn)檢所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩JLJsJT.2i23.17510-65.0610-57.38 kg m沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文24加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的扭矩:TK二TLT廠22.515.4N m = 37.9N m等速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的扭矩：二TL二22.5N m減速速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的扭矩：Tg二TL- Ta= 22.5-15.4N m二7.1N m加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩TK最大，只要以這種情況下的最大驅(qū)動(dòng)扭 矩進(jìn)行計(jì)算就可以了。3.2.6電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求慣量比應(yīng)滿(mǎn)足以下關(guān)系： =JL-10Jm慣量比；JL-折算到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2；Jm-電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)選用電機(jī)型號(hào)為松下MSMA102P1H，參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速：3000r/mi n最高轉(zhuǎn)速：6000r/mi n額定轉(zhuǎn)矩：90N.m最高轉(zhuǎn)矩：150N.m額定輸出功率：3kw慣量比：30倍以下3.3 滾珠絲杠副的支承的設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的支承為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，不僅應(yīng)選用高精度、高剛 度的滾珠沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文25絲杠副，而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設(shè)計(jì)。我們選擇的支撐結(jié)構(gòu)形式選沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文26用一端固定一端游動(dòng)的方式，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度、臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性低， 設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲桿受拉伸。簞嗇癲剴凈趕鉤嬙鱷鳧。自由端的軸承主要承受徑向的載荷，軸向的載荷的載荷很小，在這里我們預(yù)選角接 觸球軸承B6901ZZ來(lái)計(jì)算。頑鷲瑪濱廈峴轆庫(kù)糞糧。已知徑向負(fù)載1223.04N,軸向負(fù)載50N，額定轉(zhuǎn)速3000r/min,計(jì)算公式為P = XFrYFaPr軸承負(fù)載，動(dòng)態(tài)等效負(fù)載，N；Fr徑向負(fù)載，N；Fa軸向負(fù)載，N；X、丫一一系數(shù)。F50軸向負(fù)載比為0.11，查表得e值為0.3，e 500.04，所以X=1,Y=0,Fr1233.04Pr=1 1223.04 =1223.04N，再由基本額定壽命計(jì)算公式：Lh基本額定壽命，h；Cr基本動(dòng)態(tài)額定負(fù)載;Pr軸承負(fù)載，動(dòng)態(tài)等效負(fù)載，N；n-轉(zhuǎn)速，r/min。壽命計(jì)算大于一般數(shù)控機(jī)床的使用壽命標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間20000h,符合條件(3.2)10=24293h660 n6盧310迸20000!603000 272i500G屮g6n8lfl1230i:.63CB007571358133E即8UC伽 086Uis.j031l&10毎 300 rumiooo12509e13區(qū)1134L&仆昭毎初（1 HIEdto, l mm0. 05 mm1600117152113:M3520001811蹣1535ElI：-402000緲Q,221330181124?74C2500315026IS21S0IS54315040001一1J56S40005600一I=一14077H= r土：不洋評(píng)黑朗漠帯* 求脅站址一圖 4.2 精度等級(jí)確定X軸需要滿(mǎn)足的定位精度是0.008mm/300mm,我們選擇THK公司精度等級(jí)為C2的磨制滾珠絲桿，器導(dǎo)程誤差范圍e= 0.007mm/300mm。綏驊懸縉澀鷂禍紳撻糧。4.1.3導(dǎo)程的計(jì)算和選定導(dǎo)程表示絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)螺母沿軸向移動(dòng)的距離，單位：mm。導(dǎo)程的計(jì)算與驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否帶減速器有關(guān)，下面以典型的安裝情況電機(jī)帶減速器通過(guò)彈性聯(lián)軸器與絲杠連接（即直聯(lián)）的情況為例，說(shuō)明導(dǎo)程的具體計(jì)算方法。假設(shè)電 機(jī)所帶減速器的減速比為i。饅鎖開(kāi)鑰燜緒玨編軻錙。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文32根據(jù)導(dǎo)程的定義，電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速Nm與最大進(jìn)給速度Vmax絲杠導(dǎo)程Pb、減沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文33其中Vmax單位m/s。在Z軸中，最大進(jìn)給速度是0.2m/s,選用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速Nm=3000r/min，使用聯(lián) 軸器直聯(lián)傳動(dòng)，傳動(dòng)比i=1獄質(zhì)嶇僅痺鮚潰脫幀開(kāi)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，需要選用4mm或更大導(dǎo)程的滾珠絲桿。4.1.4絲桿支承方式選定絲桿支承方式主要根據(jù)絲桿長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、定位精度來(lái)選定，在絲桿長(zhǎng)度較短、轉(zhuǎn)速 較低尤其是垂直提升負(fù)載的場(chǎng)合則可以選用一端固定一端自由的簡(jiǎn)單安裝方式，我們選用這種方式。鍥莧娛殫穢籩殤蕢謬蘚。4.1.5絲桿外徑選定及校核間隙絲杠外徑主要按以下條件來(lái)進(jìn)行初選：在按定位精度選定的滾珠絲杠系列（磨制滾珠絲杠或軋制滾珠絲杠）中選定，在相應(yīng)的精度等級(jí)及絲杠長(zhǎng)度下，絲杠外徑的大小必須滿(mǎn)足所要求的軸向在標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)程-絲杠外徑組合中選定絲杠外徑?，F(xiàn)初選外徑為50mm,型號(hào)為FFZD5006-3.4.1.6計(jì)算最大軸向載荷在一定的絲杠外徑下，絲杠有可能無(wú)法承受使用條件下的最大軸向載荷而發(fā)生彎 曲，因此還速比i之間的關(guān)系為Nm103 60Pbi(4.1)PbVmaxI。6030.2 10 603000 1=4(mm)沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文34必須對(duì)初選的絲杠外徑進(jìn)行軸向允許載荷校核，使絲杠直徑具有足夠的剛度，保證在最大軸向載荷下絲杠不會(huì)發(fā)生彎曲變形。因此首先要計(jì)算最大軸向載荷。雜磚墳雖紜飯曇覡墾騾。計(jì)算最大軸向載荷的另一作用為：軸向載荷是汁算扭矩載荷的基礎(chǔ)，只有計(jì)算出軸向載荷后才能計(jì)算扭矩載荷，而扭矩載荷是進(jìn)行電機(jī)選型的重要依據(jù)。軾梔嗶鑊繃瘍懔諍訝澤。根據(jù)力學(xué)原 理，可知各種工作情 況下的軸向載荷最大是加速前進(jìn)時(shí)，此時(shí)F =mg f ma =0.003 540.04 9.8952.63540.04 0.1 = 1022.51Nm-負(fù)載滑塊的質(zhì)量，kg；a負(fù)載滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度，m/sT;J直線導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)，取0.003;f-導(dǎo)軌無(wú)載荷時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力，N。4.1.7軸向允許載荷計(jì)算計(jì)算出最大軸向載荷后，就可以直接進(jìn)行軸向允許載荷計(jì)算及校核了，校核的原則 為：在最大軸向載荷作用下絲杠不會(huì)發(fā)生彎曲；在最大軸向載荷作用下絲杠不會(huì)發(fā)生屈 月服。尋頭厭嗆羈陰帥讕匭贊。 絲杠在不發(fā)生彎曲的前提下所允許的最大軸向載荷計(jì)算這種軸向允許載荷與絲杠安裝方法、絲杠安裝間距、絲杠溝槽最小直徑等因素有關(guān)，計(jì)算公式為：生104N =1.2104N=5787NL29002R最大軸向允許載荷，N；沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文35L絲桿安裝間距，mm；dr-絲桿溝槽最小直徑，mm；2與安裝方式有關(guān)的系數(shù)，取1.2;絲杠在不發(fā)生屈服前提下的最大允許軸向載荷計(jì)算絲杠在不發(fā)生屈服的前提下所允許的最大軸向拉伸或壓縮載荷按以下公式計(jì)算；P2d2N = 116 252N= 72500N4B最大軸向允許載荷，N;dr-絲桿溝槽最小直徑，mm；匚絲杠材料的允許拉伸壓縮應(yīng)力（通常情況下為147 N/mmA2）0計(jì)算所得最大軸向載荷均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩個(gè)軸向允許載荷。4.1.8絲杠允許轉(zhuǎn)速計(jì)算及校核絲杠允許轉(zhuǎn)速必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：絲杠最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速；絲杠最高轉(zhuǎn)速不 超過(guò)DN值。臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算選定絲杠外徑除需要進(jìn)行彎曲及屈服校核外，還必須保證絲杠在不發(fā)生共振的前提下使用。隨著絲杠轉(zhuǎn)速的提高，逐漸接近絲杠固有頻率時(shí)，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)生共振而 不能使用。該固有頻率與絲杠的個(gè)臨界轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)，而絲杠的外徑與此固有頻率密切相關(guān), 因此需要進(jìn)行校核，確保絲杠在固有頻率（臨界轉(zhuǎn)速）以下運(yùn)行，即絲杠最高轉(zhuǎn)速不能 超過(guò)其臨界轉(zhuǎn)速。訪齣剛璽蘇濫夾趕螢憑。臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文36ni-臨界轉(zhuǎn)速，r/min；E楊氏彈性模量（通常情況下絲杠材料的 E=2.06 105N/mm2）；J絲桿斷面與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的參數(shù)，Jdr4，mm464r絲杠材料的密度（7.8 106kg/mm3）；A絲杠溝槽最小直徑所在剖面的面積，Ad2mm2；4-與安裝方式有關(guān)的系數(shù)，取1.875；DN值絲杠允許轉(zhuǎn)速除不得超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速外，還必須不超過(guò)DN允許值所謂DN值是指絲杠公稱(chēng)直徑（即滾珠中心位置所在圓的直徑）D與絲杠轉(zhuǎn)速N的 乘積。絲杠轉(zhuǎn)速N增大時(shí)，絲杠公稱(chēng)直徑必須減小，絲杠公稱(chēng)直徑太小又會(huì)造成系統(tǒng)剛 性差、易變形、影響加工精度等問(wèn)題。此外，過(guò)度提高絲杠的轉(zhuǎn)速N還會(huì)引起絲杠發(fā)熱、 機(jī)構(gòu)共振等問(wèn)題，國(guó)際上一般DN70000-100000,少數(shù)制造商（例如口本NSK公司、 德國(guó)Bosch公司）已將DN值提高到150000。具體大小參照制造商提供的數(shù)據(jù)， 通常的 設(shè)計(jì)規(guī)范為：寫(xiě)韞僂諶虛鍤囈辮褻糝。磨制滾珠絲杠及軋制大導(dǎo)程滾珠絲杠：DN70000軋制滾珠絲杠：DN1圖 5.3 草圖 3燕尾槽導(dǎo)軌三維繪制1、在剛剛建立的三維模型上繪制草圖并拉伸，如圖5.4沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文51圖 5.4 草圖 42、繪制草圖拉伸并切除，如圖5.5圖 5.5 草圖 5沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文52經(jīng)過(guò)其他步驟的制作，最后大溜板如圖5.6所示圖 5.6 大溜板5.2.2Z軸絲杠螺母的設(shè)計(jì)利用草圖來(lái)繪制絲杠螺母的外輪廓，然后進(jìn)行拉伸，如圖5.7所示。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文53添加緊固件以M6圓柱頭螺釘為例，如上所說(shuō)，亦可直接導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)件。圖圖 5.7 絲杠螺母523添加軸承軸承的添加可以自行繪制也可直接調(diào)入標(biāo)準(zhǔn)件，如圖5.85245.9所示圖 5.8 軸承沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文54圖 5.9 圓柱頭螺釘5.2.5 X軸滑塊的設(shè)計(jì)依舊利用草圖拉伸命令，得到大體輪廓，然后再繪制細(xì)節(jié)，如圖5.10圖 5.10 滑塊實(shí)體5.2.6絲杠的設(shè)計(jì)可以直接創(chuàng)建圓柱體， 輸入?yún)?shù)也可草圖拉伸繪制。由于螺紋在出工程圖是一般都 是簡(jiǎn)化的，所以這里便不再繪制出螺紋。如圖5.11所示撾鉬轍魘僑絢綰來(lái)誄緊。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論