2021年車床進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、車床進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 車床機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可分為主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)床刀架、機(jī)床車身、機(jī)床輔助裝置。該數(shù)控車床的設(shè)計(jì)是改造了普通車床,以適應(yīng)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。它是對(duì)數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)。由機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)電路、機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器、機(jī)床驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)用來接收來自cnc裝置系統(tǒng)的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)主要是依據(jù)原始數(shù)據(jù)的一部分來確定，然后根據(jù)生產(chǎn)條件來確定車床參數(shù)，并且傳動(dòng)方案是基于上面車床設(shè)計(jì)參數(shù)的確定來完成的。并且通過計(jì)算機(jī)床的傳動(dòng)副的傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)，再估計(jì)齒輪模數(shù)，并確定齒輪的強(qiáng)度和剛度。此外，設(shè)計(jì)了機(jī)柜的結(jié)構(gòu)和某些零件的選型

2、，從而對(duì)整個(gè)主軸和進(jìn)給系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。然后再用cad和ug等二維和三維軟件畫出零件圖紙并進(jìn)行裝配圖的組裝。關(guān)鍵詞 數(shù)控車床；進(jìn)給系統(tǒng)；二維設(shè)計(jì)；不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印 目 錄 摘要 i 第1章 緒論 1 1 背景 1 2 目的和意義 1 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 4 1 數(shù)控車床設(shè)計(jì)的基本要求 4 1 工藝范圍 4 2 加工精度 4 3 開放性 4 4 生產(chǎn)率和自動(dòng)化 5 5 可靠性 5 2 數(shù)控車床設(shè)計(jì)方法和理論 5 1 車床設(shè)計(jì)方法 5 2 數(shù)控車床設(shè)計(jì)的步驟 6 3 車床設(shè)計(jì)的基本理論 6 4 數(shù)控車床總體方案設(shè)計(jì) 6 1 幾何運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 6 2 車床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7

3、第3 章 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 6 1 切削力的計(jì)算 6 2 絲杠螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6 1 強(qiáng)度驗(yàn)算 6 2 效率計(jì)算 7 3 剛度驗(yàn)算 7 4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 8 3 電機(jī)的選擇 9 1 計(jì)算傳動(dòng)比 9 2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 1 3 所需傳動(dòng)力矩計(jì)算 1 4 電機(jī)的選擇 11 4 軸承的選用與校核 12 1 角接觸球軸承的選擇 12 2 深溝球軸承的選擇 13 第4 章 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 14 1 切削力的計(jì)算 14 2 絲杠螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算 14 1 強(qiáng)度驗(yàn)算 14 2 效率計(jì)算 15 3 剛度驗(yàn)算 15 4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 16 3 電機(jī)的選擇 18 1 計(jì)算傳動(dòng)比 18 2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 18

4、 3 所需傳動(dòng)力矩計(jì)算 19 4 電機(jī)的選擇 2 4 軸承的選用與校核 2 1 角接觸球軸承的選擇 2 2 深溝球軸承的選擇 21 第5 章 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 1數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)法的結(jié)構(gòu)和工作原理22 2數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的基本要求22 3數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)22 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“abstract”這一行后加一空行 第1章 緒論 1 背景 數(shù)控車床因?yàn)槭菣C(jī)床里面常用而典型的一種設(shè)備，所以該設(shè)備用于各種生產(chǎn)行業(yè)的加工中。這在數(shù)控技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的例子。因此，此

5、次設(shè)計(jì)將選擇cnc車床作為設(shè)計(jì)對(duì)象。本次將會(huì)設(shè)計(jì)數(shù)控車床的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)、輔助零部件的選用，使其的加工能力可以達(dá)到國際上的先進(jìn)水平。在最近幾年里，伴隨著國內(nèi)制造業(yè)的良好發(fā)展，中國越來越多的機(jī)械加工生產(chǎn)企業(yè)也得到了如日中天的發(fā)展，這些加工生產(chǎn)企業(yè)對(duì)數(shù)控設(shè)備有著很大的需求。那么可想而知，數(shù)控行業(yè)的快速發(fā)展肯定促使先進(jìn)數(shù)控設(shè)備需求量得上漲。然而，在其火熱發(fā)展的背后，卻出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床量的不足，不得不靠進(jìn)口國外設(shè)備來滿足國內(nèi)的市場(chǎng)，而國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床卻無法滿足某些中小生產(chǎn)行業(yè)的需求，導(dǎo)致國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床損失了自己該有的市場(chǎng)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本次將設(shè)計(jì)一種相對(duì)先進(jìn)的小型數(shù)控車床，它具有較高速度和精度。根據(jù)市場(chǎng)分析和調(diào)

6、查研究，中小企業(yè)生產(chǎn)的零件較精密、形狀較復(fù)雜、零件可變、體積小、品種多、批量小、產(chǎn)品更換周期快。此次設(shè)計(jì)就是基于對(duì)上述產(chǎn)品的加工需求，并模仿國外先進(jìn)小型數(shù)控車床的新設(shè)計(jì)。2 目的和意義 數(shù)控車床又稱為cnc裝置車床，它們是通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)字化控制的車床。與數(shù)控車床相比較，普通臥式車床通過人為純手工作動(dòng)機(jī)床來完成各種切削動(dòng)作，而數(shù)控車床通過將編好的數(shù)控語言手動(dòng)輸入到計(jì)算機(jī)中，由控制系統(tǒng)通過控制坐標(biāo)軸和伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向及位置量去控制車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而使工件出現(xiàn)了動(dòng)作順序的先后、移動(dòng)位置的遠(yuǎn)近和移動(dòng)速度的快慢，再配以主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就會(huì)加工出各種形狀的零件。因而，數(shù)控車床是現(xiàn)在我們

7、使用最為廣泛的機(jī)床。國家制造業(yè)的強(qiáng)大是基于這個(gè)國家的工業(yè)發(fā)展程度和工業(yè)先進(jìn)程度。在工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代有些人把制造業(yè)作為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的“引擎”。作為制造業(yè)中最常用也是最常見的制造工具，機(jī)床反映出了制造業(yè)的水平。其中，數(shù)控機(jī)床結(jié)合現(xiàn)今各種各樣的先進(jìn)數(shù)字化電子技術(shù)，更是代表機(jī)床和尖端制造行業(yè)中的最高水平。數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代制造行業(yè)的重要設(shè)備，一個(gè)國家數(shù)控機(jī)床的年均產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上就代表著這個(gè)國家的制造業(yè)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。此次我設(shè)計(jì)的數(shù)控車床，具備以下特點(diǎn)調(diào)速范圍寬、主軸傳動(dòng)平穩(wěn)、加工精度高、采用閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高。第2章 總體方案設(shè)計(jì) 1 數(shù)控車床設(shè)計(jì)的基本要求 1 工藝范圍 數(shù)控車床的加

8、工工藝范圍指車床在不同生產(chǎn)要求條件下能按時(shí)完成任務(wù)的能力，它主要包括以下的內(nèi)容完成的工序種類、所加工零件的類別,加工材料類型、要求的尺寸范圍、實(shí)際生產(chǎn)效率、加工成本、毛胚件的種類、零件生產(chǎn)規(guī)模、零件的加工精度、零件的表面粗糙度等。我們一般通過加工的對(duì)象來選擇數(shù)控車床的功能。哪些通常只是為了批量生產(chǎn)的車床其功能常常設(shè)置的比較少,只需讓其到達(dá)加工工藝范圍即可,以此來達(dá)到高效率和減少制造時(shí)間并降低生產(chǎn)成本。對(duì)于在同一個(gè)機(jī)床上就能完成不同工作的小批量單件生產(chǎn)用的通用車床，它的加工工藝范圍就顯現(xiàn)的廣泛了。數(shù)控車床是通過數(shù)字來控制的，其優(yōu)越性不可替代,其加工工藝范圍也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通車床,適合于大批量工件生產(chǎn)

9、的制造行業(yè)當(dāng)中。2 加工精度 加工精度是機(jī)床必一項(xiàng)必須保證的可靠性能指標(biāo)，是用來保障加工零件在形狀、尺寸、相互位置的準(zhǔn)確性。所以，機(jī)床的加工精度受很多的因素影響，如機(jī)床作幾何運(yùn)動(dòng)的精度、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的精度、工件的形狀尺寸、機(jī)床夾具的定位、機(jī)床換刀具系統(tǒng)、以及數(shù)控編程錯(cuò)誤等。我們?cè)谲嚧膊季蛛A段必須要注意采取一些方法來保證加工出的工件具有可靠的精度，如提升機(jī)床的傳動(dòng)精度和剛度，減少機(jī)床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的震動(dòng)和熱變形。我們通常選擇的傳動(dòng)件應(yīng)具有較高加工精度并可縮短傳動(dòng)件間的傳動(dòng)鏈, 以提升機(jī)床的傳動(dòng)精度,完成主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間的零傳動(dòng)。3 開放性 對(duì)于那種簡(jiǎn)單的單機(jī)工作的車床，一般都是由人力來完成物料的交接

10、，這就要求車床要使用方便、操作簡(jiǎn)單、清理簡(jiǎn)潔和維護(hù)容易。4 生產(chǎn)率和自動(dòng)化 為了提升數(shù)控車床的生產(chǎn)率，我們應(yīng)縮短車床工作時(shí)間。即，用較為先進(jìn)的刀具、提高車床的切削速度、進(jìn)給速度和加大切車床的削深度等方法可實(shí)現(xiàn)。5 可靠性 能在規(guī)定的加工條件下和加工時(shí)間內(nèi)，機(jī)床能獨(dú)立完成加工任務(wù)的能力。一般來說數(shù)控車床是由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體等三大主體部分構(gòu)成。2 數(shù)控車床設(shè)計(jì)方法和理論 1 車床設(shè)計(jì)方法 對(duì)數(shù)控車床的研究是一個(gè)從靜到動(dòng)、從定性到定量、從線性到非線性、從安全設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、從人工計(jì)算到數(shù)字化控制的發(fā)展過程。隨著數(shù)字化控制系統(tǒng)的不斷完善與強(qiáng)大,數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)組成也得到了越來越多的

11、改變。伺服系統(tǒng)的建立能使機(jī)床更加可靠完成單軸運(yùn)動(dòng)和多軸聯(lián)動(dòng),從而省去了許多復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)。2 數(shù)控車床設(shè)計(jì)的步驟 數(shù)控車床設(shè)計(jì)的步驟首先是通過查找資料進(jìn)行調(diào)查研究分析，再進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)收益論證是否可行，然后確定機(jī)床總體的方案設(shè)計(jì)，再次對(duì)技術(shù)的深入研究設(shè)計(jì)，確認(rèn)可行后開始進(jìn)行機(jī)床工作結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最后做出樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果選擇是否決定投入生產(chǎn)。3 車床設(shè)計(jì)的基本理論 剛度指車床在受到外來載荷的作用時(shí)，能保持自身結(jié)構(gòu)完整性的能力。載荷按照其性質(zhì)可以分為靜載荷與動(dòng)載荷。靜載荷會(huì)對(duì)車床的抗振性、生產(chǎn)率有影響，所以提升車床的剛度是重中之重。精度指機(jī)床上面零部件的形狀、位置和幾何運(yùn)動(dòng)的精確度

12、，它分為了幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度等。為了提高車床的精度，我們需要考慮如何進(jìn)行精度的分配、部件的選型和材料選擇等?？拐鹦允窃诮蛔冚d荷作用下數(shù)控車床能夠抵抗變形的能力。它分為了受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致工件精度變低、表面質(zhì)量變差，使機(jī)床刀具的壽命減短,讓機(jī)床的生產(chǎn)效率低下，加快了機(jī)床的破損程度,嚴(yán)重的還使機(jī)床發(fā)出巨大的噪音。所以我們必須提高車床抗振性。4 數(shù)控車床總體方案設(shè)計(jì) 1 幾何運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 數(shù)控車床通過刀具和工件之間的發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出具一定幾何形狀和尺寸精度的工件表面。為了獲得圓柱面，車床應(yīng)具備一定的主軸回轉(zhuǎn)速度和刀架的縱向移動(dòng)，而在進(jìn)行車端面時(shí)，刀架應(yīng)該作橫向的進(jìn)給運(yùn)

13、動(dòng)。為完成工件表面的加工工藝，車床上還應(yīng)設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)之間的功能應(yīng)該是不一樣的。一般我們把它分成了成形運(yùn)動(dòng)和不成形運(yùn)動(dòng)。在工件的表面上完成一個(gè)加工工藝所需要的最基本運(yùn)動(dòng)，就是成形運(yùn)動(dòng)。在對(duì)數(shù)控機(jī)床幾何運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)時(shí)我們分了五個(gè)部分,第一部分為對(duì)機(jī)床加工工藝的分析、第二部分為選擇機(jī)床原點(diǎn)坐標(biāo)、第三為列出機(jī)床幾何運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式、第四部分是對(duì)車床運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和車床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理圖繪制。2 車床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 在進(jìn)行了有關(guān)數(shù)控車床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)后,需要對(duì)數(shù)控車床運(yùn)動(dòng)功能的研究設(shè)計(jì),以此來找到支撐件的位置。然后，把數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系經(jīng)反復(fù)測(cè)試研究后，選出并保留下最佳的運(yùn)動(dòng)方案，即可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方

14、案的分配設(shè)計(jì),再對(duì)一些車床運(yùn)動(dòng)的分配式進(jìn)行計(jì)算和測(cè)試,去掉不合理的設(shè)計(jì),得出合理方案設(shè)計(jì)。常見的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)布局有立式機(jī)床、臥式機(jī)床和斜置式機(jī)床,在這中間按支撐件的形式又可分為有底座式、立柱式、龍門式。此次是對(duì)臥式數(shù)控車床的設(shè)計(jì),主要是對(duì)數(shù)控車床主軸與進(jìn)給系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第3章 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1 切削力的計(jì)算 根據(jù)公式，切削力 其中 工件最大回轉(zhuǎn)直徑，=32mm，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行車削外圓加工工藝時(shí)， 徑向載荷軸向載荷取, 2 絲杠螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 強(qiáng)度驗(yàn)算 計(jì)算車床絲杠的軸向工作負(fù)載采用下面公式（4-1） 查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)知顛覆力矩影響系數(shù)，在使用雙三角形導(dǎo)軌時(shí)，一

15、般取=2；當(dāng)量摩擦因數(shù)，在使用雙三角形導(dǎo)軌時(shí)，一般取=.1；導(dǎo)軌承受的重力，估計(jì)重為8kg，故 由公式（41）得計(jì)算最大動(dòng)載荷ca（4-2） 其中，壽命值，當(dāng)量轉(zhuǎn)速，由公式計(jì)算得（4-3） （4-4） 式中 數(shù)控機(jī)床絲杠推薦壽命；查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-55，取數(shù)控車床壽命；滾珠絲杠導(dǎo)程，mm；初選=1mm；在切削力達(dá)到最大時(shí)的進(jìn)給速度，一般等于最大進(jìn)給速度的1/2至1/3，這里取1/2，=6；表示負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，查看了實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-53（按通常運(yùn)轉(zhuǎn)情況取25）這里令=2；絲杠壽命，取l=16轉(zhuǎn)為單位。所以通過公式（42），（43），（44）計(jì)算得=22kn（額定最大動(dòng)載荷） 根據(jù)計(jì)算結(jié)

16、果，選取滾珠絲杠型號(hào)，再查看實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-61，決定選取雙螺母滾珠絲杠副的型號(hào)為fd41-4-p2，其公稱直徑，滾珠絲杠導(dǎo)程長(zhǎng)度1mm，額定最大動(dòng)載荷等于4kn，22kn。所以滿足其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。2 效率計(jì)算 由教材中機(jī)械原理的公式，計(jì)算絲杠螺母副傳動(dòng)效率（4-5） 式中 摩擦角， ；螺旋升角，由下面公式計(jì)算得到其中，=32mm為滾珠絲杠公稱直徑，=1mm為滾珠絲杠導(dǎo)程。由公式（45）得。3 剛度驗(yàn)算 在軸向力作用下滾珠絲杠會(huì)發(fā)生拉伸或壓縮變形，在扭矩的作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，這兩者都會(huì)引起滾珠絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響滾珠絲杠的傳動(dòng)精度與定位精度，所以對(duì)滾珠絲杠驗(yàn)算時(shí)應(yīng)該取滿載時(shí)的變形量。

17、在軸向力作用下絲杠變形量的計(jì)算式為（4-6） 式中 工作負(fù)載，單位n；絲杠的導(dǎo)程；=1mm；絲杠材料的彈性模量；絲杠內(nèi)徑截面積,單位mm2。絲杠滾珠直徑滾道半徑偏心距滾珠絲杠內(nèi)徑滾珠絲杠截面積由公式（46）得mm 扭矩m引起的滾珠絲杠導(dǎo)程變形量很小，所以我們一般都省略不計(jì)，即， 當(dāng)絲杠長(zhǎng)度是1mm，絲桿導(dǎo)程總變形的量: m/m 滾珠絲杠精度等級(jí)可分為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)，通過查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-22，絲杠每1m上所允許的變形量不大于5m/m、1m/m、15m/m、3m/m、6m/m，對(duì)于未達(dá)到剛度要求，我們可以采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)或增大絲杠直徑等方法來解決剛度要求。此次設(shè)計(jì)我們采用的是4

18、級(jí)精度的滾珠絲杠，因，所以剛度滿足要求。4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 因縱向進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，所以其受到力也比較大，為了使車床的剛度提升并使車床的誤差得到變小，我們選擇兩端軸向固定的支撐方式，如下圖4-1示絲杠螺紋部分長(zhǎng)度等于工作臺(tái)最大行程加上螺母長(zhǎng)度再加上兩端余程。工作臺(tái)行程等于65mm，螺母長(zhǎng)度等于15mm，查看了實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)7-25，導(dǎo)程等于1mm，余程等于4mm，計(jì)算出絲杠螺紋部分mm。絲杠支撐跨距，應(yīng)略大于，取為=11mm 其中 核算壓桿穩(wěn)定性的支承距離,單位是mm；核算臨界轉(zhuǎn)速的支承距離,單位是mm。查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-45及表7-61得: 圖4-1 絲杠兩端固定支撐方式 等于工作

19、行程加上絲杠螺母尺寸的一半再加上固定端支撐距離的二分之一， 等于游動(dòng)端支撐距離的二分之一與工作行程和絲杠螺母的二分之一的總和，則, 臨界轉(zhuǎn)速校核對(duì)于長(zhǎng)絲杠來說，在其高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，所以我們要對(duì)其臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行驗(yàn)證，來保證其不會(huì)產(chǎn)生共振，設(shè)剛剛發(fā)生共振現(xiàn)象的最高臨界轉(zhuǎn)速是式中 表示絲杠絲杠支承方式系數(shù)的大小，查看了實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-37，=927；表示受壓面直徑的大小， 其當(dāng)量轉(zhuǎn)速，故，值均滿足規(guī)定條件，因而絲杠不會(huì)發(fā)生共振和失穩(wěn)。3 電機(jī)的選擇 1 計(jì)算傳動(dòng)比 閉環(huán)傳動(dòng)比（4-7） 式中 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速,r/min；=2r/min；工作臺(tái)最大進(jìn)給速度,mm/min；=6m/mi

20、n=76mm/min；絲杠導(dǎo)程,mm；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選大些,選=1mm。由公式（47）得取，根據(jù)傳動(dòng)功率，已知v=6m/s。擬訂減速齒輪副的齒數(shù)，模數(shù)mm。故可取齒輪為=2，=5，=2， ， 其分度圓直徑中心距。齒輪經(jīng)校核,滿足要求。2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中 絲杠的長(zhǎng)度。工作臺(tái)，工件等折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=式中 工作臺(tái)重量，取=8kg；齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲杠傳動(dòng)時(shí)，一級(jí)齒輪降速時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3 所需傳動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩式中 空載啟動(dòng)時(shí)，折算到電機(jī)軸上的加速力矩；折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，；由絲杠預(yù)緊引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力, ；采用滾珠絲杠

21、時(shí)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩式中 折算到電機(jī)軸上的總慣量，kg.m2；系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，=25ms；電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；當(dāng)時(shí)計(jì)算時(shí)計(jì)算；摩擦力矩式中 導(dǎo)軌摩擦力,n；等于橫向進(jìn)給系統(tǒng)重力乘以摩擦系數(shù)；絲杠螺距，mm；降速比；傳動(dòng)鏈總效率，.75.85，取.8。附加摩擦力矩式中 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率一般，??；最大軸向負(fù)載，n；切削力矩對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，其動(dòng)態(tài)性能要求比較高，所以其電動(dòng)機(jī)力矩主要用來產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩占比重較小，一般大多小于電動(dòng)機(jī)力矩的 13，因此按計(jì)算。4 電機(jī)的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)，因其快速空載啟動(dòng)力矩小于電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，即，為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，即峰值轉(zhuǎn)矩， ，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，為

22、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)過載系數(shù)(交流伺服電機(jī)=52) 。故選擇fanuc交流伺服電機(jī)s其最高轉(zhuǎn)速為2r/min，最大轉(zhuǎn)矩16 ，額定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，重量為5kg。交流伺服電機(jī)的電機(jī)慣量與負(fù)載慣量的匹配關(guān)系式中 負(fù)載慣量折算到電機(jī)軸上的總和， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量， 滿足慣量匹配。4 軸承的選用與校核 1 角接觸球軸承的選擇 縱向進(jìn)給系統(tǒng)承受著軸向力與徑向力，且承受的軸向力不大，所以我們選用角接觸球軸承。根據(jù)軸的尺寸，查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-5，選用76c gb/t292-94 角接觸球軸承，其基本參數(shù)見下表4-1所示。表4-1 76c角接觸球軸承的基本參數(shù) d(mm) d(mm) b(mm) cr(

23、kn) cor(kn) 極限轉(zhuǎn)速（r/min） 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 3 55 13 12 15 95 14 軸承壽命校核計(jì)算根據(jù)教材機(jī)械設(shè)計(jì)中滾動(dòng)軸承壽命的校核條件（4-8）式中 軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷，n；軸承所受的載荷，n；（4-9）， 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-5，得，其中e為判斷系數(shù)。故取。由公式（49）得式中 軸承的轉(zhuǎn)速，r/min；等于絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速r/min；軸承預(yù)期計(jì)算壽命，h；h；壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承。由公式（48）得nkn 此次設(shè)計(jì)中所用軸承基本額定動(dòng)載荷為12kn，滿足其要求。2 深溝球軸承的選擇 因?yàn)樯顪锨蜉S承是用在游動(dòng)端，所以軸承的軸向力可以忽略不計(jì)，因此我們只需要考慮徑

24、向力。由軸的尺寸，查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-44，選636深溝球軸承，其基本參數(shù)如下表4-2所示。表4-2 636深溝球觸球軸承的基本參數(shù) d(mm) d(mm) b(mm) cr(kn) cor(kn) 極限轉(zhuǎn)速（r/min） 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 3 72 19 2 12 9 12 游動(dòng)端徑向力，根據(jù)公式（4-9）x=1,y=, n, ,同上，故由公式（4-8）得，軸承承受的基本動(dòng)載荷為此次設(shè)計(jì)我們用的軸承基本額定動(dòng)載荷為18kn，滿足其使用的要求。第4章 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1 切削力的計(jì)算 在進(jìn)行橫向切割端面時(shí)，主切削力取縱向主切削力的一半，即 按切削力各分力的比例徑向載荷軸向載荷2 絲杠螺

25、母的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 強(qiáng)度驗(yàn)算 在計(jì)算車床絲杠的軸向工作負(fù)載時(shí)，我們通常選下面公式進(jìn)行計(jì)算（5-1） 查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)知式中 顛覆力矩影響系數(shù)，取=4；當(dāng)量摩擦因數(shù)， 一般=.3.5，此處取滾動(dòng)導(dǎo)軌=.4；為工作重力，估計(jì)為6n。由公式得計(jì)算最大動(dòng)載荷（5-2） 其中，壽命值，單位是16轉(zhuǎn), 當(dāng)量轉(zhuǎn)速（5-3） （5-4） 式中 滾珠絲杠導(dǎo)程，單位是mm；初選=6mm；最大切削力下的進(jìn)給速度，；可取最高進(jìn)給速度的1/21/3，此處取1/3，=8 數(shù)控機(jī)床絲杠推薦壽命，查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-55得，數(shù)控車床壽命；負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，查看實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-53，=25，此處=2， 由前面的計(jì)算式（

26、52）、（53）、（54）得=44kn 由計(jì)算所得的額定最大動(dòng)載荷ca=44kn，查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-61，選出滾珠絲杠型號(hào)為ffzd型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，它的型號(hào)是fd25-4-p2，其絲杠公稱直徑2mm，絲杠導(dǎo)程5mm，額定動(dòng)載荷1kn，大于44kn,所以滿足設(shè)計(jì)要求。2 效率計(jì)算 由教材中計(jì)算絲杠螺母副傳動(dòng)效率的公式，可以計(jì)算得（5-5） 式中 摩擦角，；螺旋升角， 故由公式（55）得3 剛度驗(yàn)算 在軸向力作用下絲杠發(fā)生拉伸變形或壓縮變形，在扭矩的作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，這些都將造成絲杠導(dǎo)程的改變，從而造成傳動(dòng)精度及定位精度不準(zhǔn)確，所以在對(duì)滾珠絲杠驗(yàn)算時(shí)，我們?nèi)M載時(shí)

27、的變形量。對(duì)軸向力作用下的絲桿計(jì)算其變形量為（5-6） 式中 工作負(fù)載，n；滾珠絲杠的導(dǎo)程，mm；絲杠材料的彈性模量,；滾珠絲杠內(nèi)徑截面積，mm2。絲杠滾珠直徑:， 滾道半徑: 偏心距: 滾珠絲杠內(nèi)徑滾珠絲杠截面積由公式（56）得mm 因?yàn)榕ぞ豰造成的絲桿導(dǎo)程變形量很小，一般我們都不考慮，即， 當(dāng)絲杠長(zhǎng)度等于1mm，絲桿導(dǎo)程的總變形量為一般來說對(duì)于絲杠的精度，我們可以分為1-5級(jí)，在查看實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-22，了解到對(duì)于絲杠，每1m長(zhǎng)度上允許的最大變形量不高于5-6。對(duì)于哪些沒有達(dá)到剛度條件的，我們可以采取預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)和加大絲杠直徑來使其達(dá)到我們的要求。此次論文設(shè)計(jì)我們選擇2級(jí)，641，滿足

28、其剛度的要求。4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 對(duì)于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，我們要求其由較高的傳動(dòng)精度的同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)絲杠螺母機(jī)構(gòu)本身剛度的要求，另外對(duì)于如何進(jìn)行滾珠絲杠的安裝于支撐結(jié)構(gòu)的剛度也是我們必須要重視的東西。如果絲杠螺母機(jī)構(gòu)安裝錯(cuò)誤或支撐結(jié)構(gòu)的剛度達(dá)不到要求的話，絲杠的使用時(shí)間會(huì)大大降低。橫向進(jìn)給系統(tǒng)一般使用兩端軸向固定的支撐方式，其特點(diǎn)為在安裝時(shí)要保證螺母與兩端支撐是在同一根軸上，所以其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工藝要求較高;對(duì)絲杠軸向剛度要求很高;壓桿穩(wěn)定性與臨界轉(zhuǎn)速比的相同長(zhǎng)度的一端則要求固定在一起，另外一端則是自由的;對(duì)于絲杠，要求受熱變形小、精度高等,如圖5-1所示。絲杠螺紋部分長(zhǎng)度等于工作臺(tái)最大行程和

29、螺母長(zhǎng)度及兩端余程之和。絲杠螺母行程為最大回轉(zhuǎn)直徑的一半，絲杠螺母的長(zhǎng)度等于12mm，導(dǎo)程等于6mm，兩端余程等于24mm。得:mm 支撐跨距，應(yīng)略大于，取為=45mm 圖5-1橫向絲杠兩端固定支撐 注:表示壓桿穩(wěn)定性的支承距離,mm；表示臨界轉(zhuǎn)速的支承距離,mm。查看實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-45和表7-61: 等于工作行程與二分之一的絲杠螺母尺寸和，再加上固定端支撐距離的二分之一，即等于游動(dòng)端支撐距離的二分之一與工作行程的和，再加上絲杠螺母的二分之一，即臨界轉(zhuǎn)速校核因?yàn)樵诟咚龠\(yùn)行時(shí)長(zhǎng)絲杠可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，所以我們要計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速來保證不會(huì)發(fā)生共振，假設(shè)絲杠剛好產(chǎn)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速則有式中

30、 絲杠絲杠支承方式系數(shù)，查看實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表 7-37，取=927；受壓面直徑，。當(dāng)量轉(zhuǎn)速， 都滿足設(shè)計(jì)要求，所以絲杠不會(huì)出現(xiàn)共振與失穩(wěn)。3 電機(jī)的選擇 1 計(jì)算傳動(dòng)比 閉環(huán)傳動(dòng)比（5-8） 式中 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速,r/min， 工作臺(tái)的最大進(jìn)給速度,mm/min；絲杠螺距,mm；由于設(shè)計(jì)要更加合理和優(yōu)化，所以對(duì)于螺距我們應(yīng)該取較大些,。由閉環(huán)傳動(dòng)比（58）得取i=5，根據(jù) 其分度圓直徑中心距, 該齒輪經(jīng)人工校核,達(dá)到設(shè)計(jì)條件。2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其他零部件（如工作臺(tái)、工件自身）折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在絲杠傳動(dòng)和一級(jí)齒輪降速時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3

31、所需傳動(dòng)力矩計(jì)算 電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)快速運(yùn)行所啟動(dòng)需的力矩式中 電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)的加速力矩，；電機(jī)軸上的摩擦力矩，；把滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上面的附加摩擦力矩，；切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩，；電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩，。采用滾珠絲杠時(shí)式中 電動(dòng)機(jī)軸上面折算的總慣量，；系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)， ms；電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min;當(dāng) r/min時(shí)計(jì)算；切削時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min。摩擦力矩式中 導(dǎo)軌摩擦力,；絲杠螺距,mm；降速比, ；傳動(dòng)鏈總效率，取。附加摩擦力矩式中 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率（），??；最大軸向負(fù)載，。切削力矩單單就數(shù)控機(jī)床來說，其動(dòng)態(tài)性能的要求比較高，電動(dòng)機(jī)的力矩一般是用來產(chǎn)生加速度的，且電動(dòng)

32、機(jī)的負(fù)載力矩往往比較小，通常小于電動(dòng)機(jī)力矩的13，所以我們一般按照計(jì)算。4 電機(jī)的選擇 對(duì)于電動(dòng)機(jī)的選擇，第一在電動(dòng)機(jī)空載時(shí)進(jìn)行快速運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動(dòng)力矩要遠(yuǎn)比電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小，即，表示最大輸出轉(zhuǎn)矩，即峰值轉(zhuǎn)矩，我們常常用，表示額定轉(zhuǎn)矩，表示轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)過載系數(shù)，(交流伺服電機(jī)=52)，所以我們采用fanuc交流伺服電機(jī)s它的最高轉(zhuǎn)速2r/min，最大轉(zhuǎn)矩16，額定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，質(zhì)量5kg。電機(jī)慣量與負(fù)載慣量的匹配交流伺服電機(jī)式中 折算到到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量總和，；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，。滿足慣量匹配。4 軸承的選用與校核 1 角接觸球軸承的選擇 在橫向進(jìn)給系統(tǒng)中固定端不僅受到軸向力作用，還受到徑向力的作

33、用，因其軸向力很小，所以我們選擇角接觸球軸承。根據(jù)軸的尺寸，并查看了實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-5，初步選擇型號(hào)為73c gb/t292-94的 角接觸球軸承，它的基本參數(shù)見下表5-1示。表5-1 73c角接觸軸承的基本參數(shù) d(mm) d(mm) b(mm) cr(kn) cor(kn) 極限轉(zhuǎn)速（r/min） 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 17 35 1 6 85 16 22 軸承壽命校核計(jì)算由教材機(jī)械設(shè)計(jì)中滾動(dòng)軸承壽命的校核計(jì)算式（5-9） 式中 軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷，單位為n；軸承所受載荷，單位為n；（5-1） ， 查看了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-5可計(jì)算出，e表示判斷系數(shù)。所以取。由公式（51）得式中 軸

34、承轉(zhuǎn)速，等于絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速r/min；軸承預(yù)期壽命， h；壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承。由公式（59）得kn 因?yàn)槲覀冞x用的軸承的基本額定動(dòng)載荷為6kn4 kn，滿足其使用條件。2 深溝球軸承的選擇 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的深溝球軸承在游動(dòng)端使用，所以對(duì)于軸承的軸向力我們不考慮，只需計(jì)算徑向力。根據(jù)軸的尺寸，查看實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表8-44，初步?jīng)Q定選63深溝球軸承，其基本參數(shù)如下表5-2示。表5-2 63深溝球軸承的基本參數(shù) d(mm) d(mm) b(mm) cr(kn) cor(kn) 極限轉(zhuǎn)速（r/min） 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 17 35 1 25 16 22 游動(dòng)端徑向力，根據(jù)公式（5-1）x=1,y=,

35、n,同上，所以由公式（5-9）計(jì)算得，軸承承受的基本動(dòng)載荷為此次設(shè)計(jì)用的軸承基本額定動(dòng)載荷為18kn，滿足其條件。第5章 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指以位置和速度作為控制對(duì)象的一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱拖動(dòng)系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。它包括了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、機(jī)床和驅(qū)動(dòng)控制單元等元件構(gòu)成。伺服電動(dòng)機(jī)為車床的進(jìn)給系統(tǒng)提供動(dòng)力，同時(shí)也為執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，其中伺服電動(dòng)機(jī)分為了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)等。2數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的基本要求 伺服系統(tǒng)是指通過計(jì)算機(jī)來調(diào)節(jié)數(shù)控車床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的不可或缺的結(jié)構(gòu)，也是一般機(jī)床

36、所不具備的結(jié)構(gòu)之一。步進(jìn)伺服系統(tǒng)的性能可概括如下幾點(diǎn)較高的定位精度、跟蹤指令信號(hào)響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性可靠。精度高數(shù)控機(jī)床不可能像傳統(tǒng)機(jī)床那樣用手動(dòng)操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種誤差，因此它要求很高的定位精度和重復(fù)定位精度。所謂精度是指伺服系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入量的精確程度。脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的精度越高。一般脈沖當(dāng)量為.1 .1mm?？焖儆袘?yīng)特性好快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之”。它要求伺服系統(tǒng)跟隨指令信號(hào)不僅跟隨誤差小，而且響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。即系統(tǒng)在給定輸人后，能在短暫的調(diào)節(jié)之后達(dá)到新的平衡或受外界千擾作用下能迅速恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)。一般是在2ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒。調(diào)速范圍要大由于工件材料、刀具

37、以及加工要求各不相同，要保證數(shù)控機(jī)床在任何情況下都能得到最佳切削條件，伺服系統(tǒng)就必須有足夠的調(diào)速范圍，既能滿足高速加工要求，又能滿足低速進(jìn)給要求。調(diào)速范圍一般大于1:1。而且在低速切削時(shí)，還要求伺服系統(tǒng)能輸出較大的轉(zhuǎn)矩。系統(tǒng)可靠性要好數(shù)控機(jī)床的使用率要求很高， 常常24h連續(xù)工作不停機(jī)。因而要求其工作可靠。系統(tǒng)的可靠性常用發(fā)生故障時(shí)間間隔的長(zhǎng)短的平均值作為依據(jù)，即平均無故障時(shí)間，這個(gè)時(shí)間越長(zhǎng)可靠性越好。3數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 1數(shù)控車床的步進(jìn)伺服系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)及要求 主軸電機(jī)功率3kw x軸方向絲桿最大行程3mm z軸方向絲桿最大行程11mm x軸方向進(jìn)給速度25mm/min

38、z軸方向進(jìn)給速度21mm/min x軸脈沖當(dāng)量.5mm z軸脈沖當(dāng)量.1mm x軸快速進(jìn)給速度3mm/min z軸快速進(jìn)給速度6mm/min 橫向移動(dòng)部件質(zhì)量3kg 縱向移動(dòng)部件質(zhì)量1kg 材料選用ht2 每當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)后經(jīng)過1倍頻的伺服放大，即將一個(gè)脈沖信號(hào)分為1個(gè)脈沖信號(hào)，然后作用于車床電機(jī)，根據(jù)絲桿導(dǎo)程、步距角和脈沖當(dāng)量的關(guān)系。由公式x=p,p（絲桿導(dǎo)程）， (步距角) 計(jì)算出數(shù)控車床x軸脈沖當(dāng)量為.2mm.5mm，z軸脈沖當(dāng)量為.3mm.1mm，脈沖當(dāng)量滿足設(shè)計(jì)。2滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì) 它是一種把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，現(xiàn)今被用于很多數(shù)控車床上。3系統(tǒng)方案涉及

39、 1、 伺服驅(qū)動(dòng)元件方案的選擇 一般在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中我們通常選擇直流伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、交流伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或液壓伺服電機(jī)當(dāng)做車床的驅(qū)動(dòng)裝置。我們常常選擇液壓伺服電機(jī)用于大功率大負(fù)載的大型伺服系統(tǒng)，而直流伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、交流伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常常用于在中小型伺服系統(tǒng)。然而因數(shù)控車床里面的機(jī)械換向裝置有電刷磨損問題，所以在運(yùn)行時(shí)電機(jī)里面的換向器會(huì)出現(xiàn)火花，這就使得直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出功率的下降，并且常常人工進(jìn)行保養(yǎng)；但因?yàn)橹绷麟姍C(jī)由良好的靜動(dòng)態(tài)特征、方便控制，所以一直在閉環(huán)系統(tǒng)中充當(dāng)執(zhí)行元件的主流。此次設(shè)計(jì)選用直流脈寬調(diào)制型（pwm）伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2、 pwm直流脈寬伺服電機(jī)調(diào)速原理 在變換器中，

40、pwm是我們常常采用的一種控制方式，其基本工作原理是調(diào)節(jié)脈沖寬度以達(dá)到對(duì)占空比的改變，它是一種是采用固定開關(guān)頻率的脈寬調(diào)速方式，pwm的基本控制原理是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載等一系列變化的情況下，機(jī)床電路通過控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的差值來進(jìn)行閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，讓開關(guān)電源的輸出電壓或電流達(dá)到穩(wěn)定值。其原理圖及波形如圖2所示 3、 檢測(cè)反饋原件的選擇 對(duì)于位置檢測(cè)傳感器，我們常見的分類有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光脈沖編碼器、光柵尺等元件。在滿足設(shè)計(jì)要求同時(shí)，還需選用低精度傳感器，這樣可以節(jié)約費(fèi)用，在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，常常用光電脈沖傳感器，它通過測(cè)量電動(dòng)機(jī)的角位移和計(jì)時(shí)獲得速度。光電編碼器的原理圖如圖3所示 4、 半閉環(huán)直流位置伺服控制電路圖 圖4為單片機(jī)控制的直流位置伺服控制原理圖。伺服電機(jī)的控制電壓是經(jīng)過單片機(jī)輸出并送入832完成d/a的轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換得到的模擬信號(hào)經(jīng)放大和電平轉(zhuǎn)換送入pwm供放電路，產(chǎn)生的pwm波驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)；再使用測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并放大后送入89進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后就可以送入單片機(jī)；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角位移有光電編碼器直接送入8751的端口，進(jìn)行位置反饋。速度調(diào)節(jié)器上面的位置調(diào)節(jié)器由應(yīng)用程序8751來完成。結(jié)論 花費(fèi)了許多時(shí)間的專心研究和查看了大量相關(guān)的學(xué)習(xí)資料,最后完成對(duì)數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)