數控車床橫向進給系統(tǒng)設計

1 、數控機床進給系統(tǒng)概述1.1伺服進給系統(tǒng)概述數控機床的伺服進給系統(tǒng)由伺服驅動電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構和執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數控系統(tǒng)發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅動電路作轉換和放大后，經伺服驅動裝置（直流、交流伺服電動機，功率步進電機，電業(yè)脈沖馬達等）和機械傳動機構，驅動機床的工作臺、主軸刀架等執(zhí)行部件實現工作進給和快速移動。數控機床的伺服進給系統(tǒng)與一般機床的進給系統(tǒng)有本質的差別，他能根據指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定運動規(guī)律所合成的運動軌跡。1.2伺服進給系統(tǒng)分類數控私服進給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋進行分類，有以下三種：(1)開環(huán)伺服系統(tǒng)(2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)1.3伺服進給系統(tǒng)的基本要求(1)精度要求(2)響應速度(3)調速范圍(4)低速、大轉矩2、運動設計2. 1 傳動方案擬定數控機床按控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)，由于采用直流式交流伺服電機的閉環(huán)控制方案，結構復雜，技術難度大，調試和維修困難，造價也高。閉環(huán)控制可以達到很好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響，一般應用于要求高的數控設備中，由于數控車床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。若采用直流或交流伺服電機的半閉環(huán)控制，精度較閉環(huán)控制的查，但是穩(wěn)定性好，成本較低，調試維修較容易；但是對于經濟型數控機床來說必要性不大。故在本次設計中，采用開環(huán)控制步進電機驅動。確定設計任務后，初步擬定三種傳動方案即 1 電機直接與絲杠相連； 2電機通過同步帶的傳動帶動絲杠轉動；3 電機通過齒輪傳動帶動絲杠轉動。步進電機具有如下優(yōu)點:(1)電動機的輸出轉角與輸入的脈沖個數嚴格成正比，故控制輸入步進電動機的脈沖個數就能控制位移量；(2)電動機的轉速與輸入的脈沖頻率成正比，與要控制脈沖頻率就能調節(jié)步進電動機的轉速；(3)停止送入脈沖時，只要維持繞組內電流不變，電動機軸可以保持在某個固定位置上，不需要機械制動裝置；(4)變通電相序即可以改變電動機的轉向；(5)進電動機存在齒間相鄰誤差，但是不會產生累積誤差；(6) 進電動機轉動慣量小，啟動、停止迅速。滾珠絲杠副具有摩擦數小傳動效率高，所需的傳動轉矩小；靈敏度高，傳動平穩(wěn)，不易產生爬行；隨著精度和定位精度高，磨損小，壽命長，精度保持性好，可通過預緊間隙消除措施提高軸承剛度和反向精度，運動具有可性。2. 2 降速比計算2. 3 絲杠螺母機構的選擇與計算2. 3. 1 確定滾珠絲杠副的導程強度計算3、動力計算3.1 傳動件轉動慣量的計算齒輪轉動慣量的計算1 、傳動比的計算2、初步分配傳動比3、初步估計齒輪4、轉動慣量的計算3.1.2工作臺的轉動慣量3.1.3絲杠的轉動慣量3.1.4負載折算到電動機軸上的轉動慣量3.2 電動機力矩計算計算加速力矩 Ma計算摩擦力矩 M f計算附加摩擦力矩 M 03.3 絲杠螺母機構的傳動剛度計算4、機構設計4.1 滾珠絲杠的支承滾珠絲杠的主要圖 5-1 偏心軸套調整法載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預拉伸。因此在此設計中采用兩端固定的方式，以實現高剛度、高精度以及對絲杠進行拉伸。絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為 60°角接觸軸承，在這兩種軸承中， 60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數控機床中被廣泛應用。滾針圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。4.2 滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置，是數控機床伺服進給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產生嚴重接觸變形，接觸剛度與接觸表面預緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較??；當滾珠絲杠反向旋轉時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動精度。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。滾珠絲杠螺母副采用偏心軸套式調整法達到消除齒輪間隙的目的,如圖 5-1 所示：1. 齒輪； 2. 偏心軸套； 3. 齒輪。圖中 1 代表齒輪， 2 代表偏心軸套，電動機通過偏心軸套2 安裝在齒輪箱上，偏心軸套可以在一定程度上消除因齒厚誤差和中心距誤差引起的齒側間隙。通過調整兩個螺母之間的軸向位置，使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個不同的側面接觸，產生一定的預緊力，以達到提高軸向剛度的目的。調整預緊有多種方式，上圖所示的為墊片調整式，通過改變墊片的厚薄來改變兩個螺母之間的軸向距離，實現軸向間隙消除和預緊。這種方式的優(yōu)點是結構簡單、剛度高、可靠性好。5、主要結構性能及特點分析5.1 滾珠絲杠螺母機構工作原理及特點如圖 5-2 所示，在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個圓弧形槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內裝入滾珠。當絲杠相對螺母旋轉時，滾珠在螺旋滾道內滾動，迫使二者發(fā)生軸向相對位移。為防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構成一個閉合回路。由于滾珠的存在，絲杠與螺母之間是滾動摩擦，僅在滾珠之間存在滑動摩擦。圖 5-2 滾珠絲杠螺母機構滾珠絲杠螺母機構具有下列特點：（1）摩擦損失小、傳動效率高；（2）運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行；（3）軸向剛度高、反向定位精度高；（4）摩損小、壽命長、維護簡單；（5）傳動具有可逆性、不能自鎖；（6）同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性；（7）有專業(yè)廠生產，選用配套方便。5.2滾珠絲杠安裝方式特點采用兩端固定的安裝方式，這種支承剛度最高，只要軸承無軸向間隙，絲杠的拉壓剛度可提高四倍?？梢赃M行預拉伸安裝，克服熱膨脹。當溫升超過預計的溫升時，不會像雙向游動那樣產生軸向間隙，但實現預拉伸及其調整方法6 、設計體會參考文獻1. 簡明機械零件設計適用手冊胡家秀 主編2. 數控車床 夏鳳芳 主編3. 機械工程設計基礎 黃淑容 主編4. 互換性與技術測量 屈波 主編5. 機械零件手冊周開勤主編出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費祎、董允等，此皆良實，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補闕漏，有所廣益。將軍向寵，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所?！澳?”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中親賢臣，遠小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當世之事，由是感激，遂許先帝以驅馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆，恐托付不效，以傷先帝之明；故五月渡瀘，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，當獎率三軍，北定中原，庶竭駑鈍，攘除奸兇，興復漢室，還于舊都。此臣所以報先帝而忠陛下之職分也。至于斟酌損益，進盡忠言，則攸之、祎、允之任也。愿陛下托臣以討賊興復之效，不效，則治臣之罪，以告先帝之靈。若無興德之言，則責攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自謀，以咨諏善道，察納雅言，深追先帝遺詔。臣不勝受恩感激。今當遠離，臨表涕零，不知所言。