數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)

1、摘要此設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)。面對(duì)我國(guó)目前機(jī)床數(shù)量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的面貌。而數(shù)控車床（及其系統(tǒng)）已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。所以，實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服電機(jī)經(jīng)滾珠絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)來(lái)完成的所以設(shè)計(jì)涉及伺服電機(jī)的選擇，滾珠絲杠設(shè)計(jì)等。目前絕大部分的機(jī)床的橫向進(jìn)給均是采用滾珠絲杠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的，傳動(dòng)的精確性主要取決于絲杠支承形式，絲杠與伺服電機(jī)的聯(lián)接方式。在設(shè)計(jì)中充分考慮到這兩個(gè)問(wèn)題，并且，設(shè)計(jì)精度須達(dá)原始數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠伺服電機(jī)橫向進(jìn)給數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)

2、目錄0,，11國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹,22 總體方案論證，,，42.1 選擇傳動(dòng)系統(tǒng),42.2 選擇傳動(dòng)裝置,53 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明,63.1 橫向進(jìn)給滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)選擇，,，63.1.1 確定滾珠絲杠的支承方式,63.1.2 1.2滾珠絲杠副額定載荷，73.1.3 滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定，,，83.1.4 滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接,123.2 伺服電機(jī)型號(hào)選擇,153.2.1 進(jìn)給電機(jī)功率的確定，,，153.2.2 伺服電機(jī)型號(hào),153.2.3 同步帶輪的選擇,154 結(jié)論,，175 參考文獻(xiàn),186 設(shè)計(jì)工作小節(jié)，,，197 附件清單,200、緒論本設(shè)計(jì)課題為：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床橫向進(jìn)給系

3、統(tǒng)設(shè)計(jì)。因?yàn)槲覀儧](méi)有精良的加工工具或者是自動(dòng)化系數(shù)等各方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不及西歐等國(guó)家。所以我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)與他們的有著很大的差距的原因，。制造業(yè)是關(guān)系到國(guó)際民生的大事，是富民強(qiáng)國(guó)的必要因素，我國(guó)要有更好的發(fā)展，必須形成我們自己富有特色的現(xiàn)代化制造體系。隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的日新月異，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機(jī)器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。面對(duì)我國(guó)目前機(jī)床擁有量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(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，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。“橫向進(jìn)給系統(tǒng)”“主傳動(dòng)系統(tǒng)”和“縱向進(jìn)給系統(tǒng)”被稱為車床的

4、三大核心系統(tǒng)，其重要地位是不言而喻了。三大系統(tǒng)的精確性、準(zhǔn)確性、必將影響加工產(chǎn)品的性能。而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，并對(duì)原有的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。而這就是我們課題的目的。前提條件：1.床身上最大回轉(zhuǎn)直徑?400mm2 .快移速度x軸4m/min3 .定位精度x軸0.035mm4 .重復(fù)定位精度x軸0.0075mm刀架0.010mm數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)課題要求：橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)與絲杠采用柔性結(jié)構(gòu)，電機(jī)選用伺服電機(jī)，對(duì)電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，及對(duì)滾珠絲杠直徑和支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核，設(shè)計(jì)精度達(dá)原始數(shù)據(jù)。本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)

5、控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，將使工廠的生產(chǎn)的數(shù)字化水平加強(qiáng)，生產(chǎn)力水平顯著提高，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，經(jīng)濟(jì)效益得到提高。根據(jù)自己三個(gè)多月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫了這本設(shè)計(jì)說(shuō)明書，其中，書中肯定存在著相當(dāng)?shù)囊恍﹩?wèn)題，期望領(lǐng)導(dǎo)、老師給予批評(píng)，指正。1、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹從上世紀(jì)五十年代數(shù)才$技術(shù)開始發(fā)展到1965年，數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計(jì)算機(jī)和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。世界主要工業(yè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床己進(jìn)入了指生產(chǎn)階段。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。我國(guó)從1958看開始研究數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，60年代針對(duì)壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形

6、狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銃床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來(lái)組織了數(shù)控機(jī)床攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)三年努力，到1975年己研制出了40多個(gè)品種300多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過(guò)30年的努力，我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從1975年到1979年，7年內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床4108臺(tái)（其中約3/4以上的數(shù)控線切割機(jī)床）。進(jìn)入80年代，我國(guó)重新重視發(fā)展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國(guó)外引進(jìn)控制機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)主機(jī)配套的方針。1981年，我國(guó)從日本

7、FANV蟲司引進(jìn)了FANVC3系列、5系列、7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)技術(shù)，并在北京機(jī)床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠。于1981年底開始驗(yàn)收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電機(jī)與主軸電機(jī)也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國(guó)70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機(jī)床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機(jī)床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國(guó)的主機(jī)品種與技術(shù)水平都有圈套的發(fā)展與提高。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點(diǎn)位式經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置三種。對(duì)于數(shù)控車床改造一般選用步電機(jī)驅(qū)動(dòng)開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時(shí)主要考慮以下性能：C

8、PU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動(dòng)軸數(shù)、設(shè)定單位、插補(bǔ)類型、編程尺寸及編程標(biāo)準(zhǔn)，G、M、S、T、F功能、刀補(bǔ)功能、間隙補(bǔ)償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對(duì)編程、增量編程、程序輸入方式以及報(bào)警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應(yīng)的性數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的性能參數(shù)：步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機(jī)的接線型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動(dòng)頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時(shí)間，起動(dòng)矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性、運(yùn)行矩頻特性。驅(qū)動(dòng)電路的型式：高低壓驅(qū)動(dòng)電路、斬波驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路、細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。刀架控

9、制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動(dòng)刀架，或轉(zhuǎn)塔六位刀架。定位精度及重復(fù)定位精度，換刀時(shí)間、刀具選擇時(shí)刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構(gòu)型式等性能參數(shù)。我國(guó)己有少數(shù)產(chǎn)品開始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機(jī)床返銷國(guó)外。目前，我國(guó)除了能獨(dú)立地設(shè)計(jì)與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機(jī)床外，還能生產(chǎn)五坐標(biāo)數(shù)控銃床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機(jī)床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=,1JCS=FMC-臻性力口工單元，XH715型立式加工中心，民明機(jī)床古物THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽(yáng)中捷友誼廠的TK66100臥式銃削加工中心，青海第一機(jī)床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說(shuō)明，我國(guó)的

10、機(jī)床數(shù)控技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)趕上或超過(guò)世界先進(jìn)國(guó)家水平。2.總體方案論證2. 1選擇動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床動(dòng)力系統(tǒng)可分為三類1 .步進(jìn)電機(jī)式采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)限于造價(jià)，不再采用其它措施補(bǔ)償位置誤差。由于目前功率步進(jìn)電機(jī)力矩還不太大，所以機(jī)床的空選種速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有2-3種插補(bǔ)功能，通過(guò)軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡(jiǎn)單外形的曲面等十分靈活。由于性價(jià)比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財(cái)力上都比較容易實(shí)現(xiàn)，因此在全國(guó)較容易推廣，普及。2 .交流點(diǎn)位式采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制，與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度。光柵

11、分辨率可達(dá)0.001mm重復(fù)定位精度為0.005mm所以加工精度較高。由于采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率大，可進(jìn)行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點(diǎn)式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋功能上有限，而且成本高，使性能價(jià)格比相對(duì)下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠使用，國(guó)內(nèi)用的很少。3 .半閉環(huán)連續(xù)控制式采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以脈沖編碼器檢測(cè)位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，過(guò)載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削。當(dāng)絲杠螺在6mmfe右時(shí)，快速可達(dá)89m/min,且不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強(qiáng)電計(jì)大大簡(jiǎn)化。以上三種驅(qū)動(dòng)方式而言，各有利

12、弊。經(jīng)過(guò)比較選擇直流伺服數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)因?yàn)樗俣雀?，過(guò)載能力強(qiáng)，且擁有可編程序控制器，易學(xué)易用，在機(jī)床伺服控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)人微言輕執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價(jià)格低，且適合于開環(huán)控制等特點(diǎn)，因此在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)步距角、功率較小，存在振蕩等弱點(diǎn)的限制，在高精大功率應(yīng)用場(chǎng)合并不很合適，故考慮采用伺服電機(jī)控制。4 .2選擇傳動(dòng)裝置數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪副（或同步齒形帶副），滾珠絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)。反饋裝置與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)，發(fā)出反饋信號(hào)（亦可把反饋裝置裝在絲杠的端部）；伺服電機(jī)可直接與絲杠聯(lián)接數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線

13、運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬結(jié)構(gòu)。包括齒輪減速機(jī)，絲杠螺母副，導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)儀式，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置與普通機(jī)床中傳動(dòng)裝置上有重要差別，故它的設(shè)計(jì)與通機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無(wú)間隙，低磨擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率心臟有適應(yīng)阻尼比的要求。設(shè)計(jì)任務(wù)要完成的設(shè)計(jì)是橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)此種系8統(tǒng)的傳動(dòng)裝置采用螺旋傳動(dòng)。螺旋傳動(dòng)主要用

14、來(lái)把旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或把直線傳動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主,并要求有較高的傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋，還有調(diào)節(jié)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母，滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu)之別。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，螺旋傳動(dòng)主要來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。選用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇朔N機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)：(a)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。(b)給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。(c)啟動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高，同步性好。(d)有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為

15、直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。(e)磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好。(f)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值別別小，故制造成本高。(g)不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于中立的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，所以需要添加制動(dòng)裝置。數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)3、具體設(shè)計(jì)說(shuō)明3. 1橫向進(jìn)給滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)選擇：在一般情況下，設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，必須知道下列條件：最大工作負(fù)載Fmax（或平均工作負(fù)載Fm）作用下的使用壽命T,絲杠的工作長(zhǎng)度L（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速n（平均轉(zhuǎn)速n）,滾道的硬度HRC及絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，

16、然后按下列步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。1、計(jì)算作用在滾珠絲杠上的最大動(dòng)負(fù)載Ca的數(shù)值。2、從滾珠絲杠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，找出相應(yīng)尺寸系列對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)載荷Ca的相近值，并初選型號(hào)。3、根據(jù)具體工作要求，對(duì)于結(jié)果尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面的要求，從初選的幾個(gè)型號(hào)中再挑選出比較合適的公稱直徑d0、導(dǎo)程L0、滾珠列數(shù)k、滾珠圈數(shù)j等確定某一型號(hào)。4、根據(jù)所選出的型號(hào)，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗(yàn)算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號(hào)，再做上述的計(jì)算和驗(yàn)算直至滿足要求為止。4. 1.1確定滾珠絲杠的支承方式：為了滿足高精度、高剛度進(jìn)給系統(tǒng)的需要，必須充分重視滾珠絲杠副支承的設(shè)計(jì)

17、。（a）一端固定一端自由絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都很低。10結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單軸向剛度小適用于較短的滾珠絲杠安裝和垂直的滾珠絲杠安裝(b)兩端錢支結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單軸向剛度小適用于對(duì)剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝對(duì)絲杠的熱伸長(zhǎng)較敏感適用于中等回轉(zhuǎn)速度(c)一端固定一端錢支絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉(zhuǎn)速度結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜軸向剛度大適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠安裝推力球軸承應(yīng)安置在離熱源(步進(jìn)電機(jī))較遠(yuǎn)的一端(d)兩端固定絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力軸向剛度最大適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的滾

18、珠絲杠安裝適用于較長(zhǎng)的絲杠安裝數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)詳見(jiàn)表3.2表3.2滾珠絲杠副的支承形式支承形式雙推-自由特點(diǎn)1 .剛度、臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性低2 .設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲杠受拉伸3 .適用于較短和垂直安裝的絲杠1 .臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性較高2 .絲杠有熱膨脹的余地3 .適用于較長(zhǎng)的臥式安裝的絲杠可根據(jù)預(yù)計(jì)溫升產(chǎn)生的熱膨脹量進(jìn)行預(yù)拉伸1 .絲杠的軸向剛度高2 .絲杠一般不會(huì)受壓，無(wú)壓桿穩(wěn)定性問(wèn)題3 .可用預(yù)拉伸減小因絲杠自重引起的下垂4 .適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的場(chǎng)合綜上所述，本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠副支承方式由原來(lái)的一端固定、一端懸空，變成一端固定一端簡(jiǎn)支的支撐結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。為

19、了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過(guò)大，預(yù)緊力大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。止匕外，還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙12滾珠絲杠都用滾動(dòng)軸承支承。可用的滾動(dòng)軸承種類很多。從目前情況看來(lái)，本課題可選用角接觸球軸承:(a)這種軸承可以組配。（a）圖為一對(duì)背靠背，（b）圖為一以面對(duì)面。都承受兩個(gè)方向的載荷。由于螺母（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床身上）的同軸度難免有某些誤差，希

20、望軸承有一定的自動(dòng)調(diào)心作用。面對(duì)面組配時(shí)，兩接觸線與軸線交點(diǎn)之間的距離比背靠背時(shí)小，調(diào)心較易。所以絲杠軸承面對(duì)面配用得比較多。這種軸承是在預(yù)加載荷的條件下組配的。背靠背組配時(shí)，內(nèi)圈端面各磨去S裝配時(shí)壓緊內(nèi)圈。就可施加預(yù)加載荷。簡(jiǎn)支端常用深溝球軸承，不預(yù)緊。本課題設(shè)計(jì)采用的是角接觸球軸承，原因在于：1 .橫向進(jìn)給系統(tǒng)既承受縱向的力，又要承受橫向進(jìn)給力，考慮到系統(tǒng)受力情況;13數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)2 .為了保證加工精度，橫向進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡范圍決定了采用角接觸球軸承。3.1.2 滾珠絲杠副額定載荷：(1)額定動(dòng)載荷Ca即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中，把90%達(dá)到106轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞剝傷所能承受

21、的純軸向載荷稱為額定動(dòng)載，以Ca表示。(2)額定靜載荷Cao:在滾珠絲杠副靜止(或轉(zhuǎn)速10r/min狀態(tài)下，承受最大接觸應(yīng)力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量只和為滾珠直徑0.00001倍時(shí)的軸向載荷，稱為額定靜載荷，以Cao表示。3.1.3 滾珠絲杠幅主要參數(shù)的確定：(1)按預(yù)期壽命Ln及軸向載荷Fa進(jìn)行選擇：Ln=(Ca/Fa)3x106(轉(zhuǎn))1(3-1)一般情況下，F(xiàn)a可以用平均載荷Fm予以代替：Fm=2Fmax+Fmin1(3-2)3式中；Ln為預(yù)期設(shè)計(jì)壽命，F(xiàn)max為最大軸向載荷，14Fmin為最小軸向載荷。對(duì)于機(jī)床Ln通常取Ln=20Xl06(轉(zhuǎn))貝U:Ca=V20Fm:2.71Fm1

22、(3-3)本課題設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)最大進(jìn)給力為2750N,橫向進(jìn)給為一半即1375N,所以得：Fmax=680N(經(jīng)驗(yàn)值)Fmin=35%Fmax=238N1375238所以Fm=537.7N故：Ca=2.71Fm=2.71X237.7=644.2N(2)按承受的最大軸向力Fmax確定參數(shù)計(jì)算靜負(fù)荷Cmo：Cmo=KfKhFmax即CmoCmo=1.5X2乂680=2062.5N故；絲杠的額定動(dòng)載荷Can644.2N絲杠的額定靜載荷Ca2062.5N選擇：代號(hào)為2005-4型的滾珠絲杠，其基本直徑20mm,大徑19.5mm基本導(dǎo)程5mm4.對(duì)選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進(jìn)行核算：(1)最大軸向壓縮載荷F

23、滾珠絲杠受壓力作用后，在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷Fc由下式計(jì)15數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)算:4Fc=rn(dc-db)(3-4)L2式中：m=20x104(N/mm2)dc為公稱直徑(mm).db為滾珠直徑(mmLs為絲杠軸的支撐距離(mm則：器至n水平安置時(shí)ny=4n許用穩(wěn)定安全系數(shù)4(20-3.175)45mFc=20104r，=5.3105N550F-Fc=1.32105N4即F為最大載向壓縮載荷Fa(2).極限轉(zhuǎn)速的計(jì)算為使絲杠副在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生共振現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時(shí)轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以Nc表示:Nc=12106(dc-db)?(r/min)4(3-5)式中：

24、dc為公稱直徑；db為滾珠直徑k0為支承結(jié)構(gòu)系數(shù)K=2.5極限轉(zhuǎn)速n滿足：n0.8Nc16Nc=121x105(20-3.175)士=1.05104r/min550_3,.n:0,8Nc=8.410r/min(3)滾珠絲杠副的預(yù)加副載為了消除螺母間隙，提高滾珠絲杠副的剛性，與定位精度，在絲杠和螺母間施加預(yù)加載荷Fp,其預(yù)加載荷大小為:(3-6)Fp=Fmax/3=229N4(4)滾珠絲杠副的剛度滾珠絲杠副的剛度K:11+十KiKg式中：K為滾珠絲杠副的剛度；Kj為滾珠的軸向接觸剛度；K1為螺母的安裝剛度；Kg為絲杠軸的安裝剛度當(dāng)有預(yù)加負(fù)荷Fp且為額定動(dòng)載荷的1/10時(shí)，Kj可近似的以下式表不：

25、Kj=0.54*db(Z2(n/Nm)4(3-7)式中：F為軸向工作載荷(N)db為滾珠直徑，(mm17數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)Z=Zx圈數(shù)x列數(shù)Z為一圈滾珠數(shù)內(nèi)循環(huán)Z=ck/db-(35)粒d0為公稱直徑210為滾子數(shù)Kj=0.543/1.32-105M3.175父(210)2=5.2X103N/m、螺母支撐剛度K1:K1=*4(n/)5(3-8)ln10其中：A為螺母橫截面積_5E=2.1X10Ln為螺母支承面至有效滾延間的長(zhǎng)度A=0.4X103mm2故，K1=(0.4X103X2.1x105)/(1000X103)=0.85X103(n/pm心、絲杠軸的支承剛性Kg當(dāng)采用圖示的支承方式:Kg

26、二A*EIn108=(A*E)/(1546X108)=0.7X103(N/小項(xiàng)10(3-9)滾珠絲杠副的剛度K:18因?yàn)?1111=十十KKjK1Kg所以K=1/()=2.3X103(N/pmKjK1Kg(5)驅(qū)動(dòng)力矩及驅(qū)動(dòng)功率使絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力矩：Ma=(FxPh)/(2000X兀X刀)(N.m)10公稱導(dǎo)程Ph=2.5mm(3-10)T=0.9所以Ma=0.61N.m由預(yù)緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩Mf=KXFp*Ph8(N.m)102二*102295Mf=2.3x103x22958N.m2v108總驅(qū)動(dòng)力矩：M=Ma+MfM=Ma+Mf=0.63N.m10(3-11)(3-12)所需功率W

27、(3-13)M95500Kw1W=0.630.8995500=5.87.10(kw)式中：F為軸向載荷Ph為公稱直徑19數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)X為效率3.1.4滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接滾珠絲可通過(guò)齒輪副或步齒形帶與伺服電機(jī)相接；也可通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與伺服電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接。為了消除絲杠與電機(jī)軸之間的同軸度和垂直誤差，可用撓性聯(lián)軸節(jié)或波紋管聯(lián)軸節(jié)。一般為撓性聯(lián)軸節(jié)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套相聯(lián)。通過(guò)柔性片傳遞力矩。柔性片由不銹鋼制成,每片厚0.25mm這種聯(lián)軸節(jié)已由專門工廠生產(chǎn)，其性能尺寸見(jiàn)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第3冊(cè)P496。伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流兩類。直流伺服電動(dòng)機(jī)開發(fā)較早。交流伺服電動(dòng)機(jī)國(guó)外于

28、70年代末期開始應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)沒(méi)有電刷，因此壽命長(zhǎng)，允許的轉(zhuǎn)速高，還適當(dāng)宜于易燃易爆的環(huán)境中使用。交流伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)展得快，在國(guó)外已基本上取代了直流伺服電動(dòng)機(jī)。在我國(guó)，交流服電動(dòng)機(jī)也已采用，直流伺服電動(dòng)機(jī)仍有應(yīng)用仍較多。伺服控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)：20伺服電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制對(duì)象圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個(gè)三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度控制精度；電壓控制環(huán)可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服放大器的電壓控制。半閉環(huán)控制:工作臺(tái)半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測(cè)元件

29、輸出的反饋控制通道，而檢測(cè)元件是安裝在絲杠軸或電機(jī)軸上的，檢測(cè)同角位移后，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移。以偏差值實(shí)現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測(cè)元件檢測(cè)的反饋信號(hào)不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動(dòng)補(bǔ)償。21數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)因此這種由等效反饋信號(hào)組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制：閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺(tái)（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號(hào)，即要求測(cè)量元件安裝在工作臺(tái)上，而不是安裝在絲杠或電機(jī)軸上。但因直接測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，需配備如光柵、磁柵或感應(yīng)同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測(cè)元件，這使整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)

30、格提高。由于閉環(huán)控制能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測(cè)元件的測(cè)量精度。總之，這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜，適宜于大型和精密的數(shù)控機(jī)床。3.2.伺服電機(jī)型號(hào)選擇：3.2.1進(jìn)給電機(jī)功率的確定在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低的情況下，空載功率很小，計(jì)算時(shí)可以略去，進(jìn)給電機(jī)的功率可根據(jù)進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械22效率來(lái)計(jì)算:即:(3-14)NsQ*Vs6120*Ys(*)ii式中：Ns進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率（KWQ進(jìn)給抗力（公斤力）Vs-進(jìn)給速度（米/分）Ys進(jìn)給傳動(dòng)的總機(jī)械效率（一般可取0.150.20)根據(jù)資料顯示，CDJK6140系列車床

31、的最大切削主力F=2750N即Pz=2750N故進(jìn)給力Px=0.5Pz=1375NYs取0.2Vs=0.4m/min代入（*）式13754一一Ns=4=0.46.kw61200.23.1.2伺服電機(jī)型號(hào)考慮到進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)載現(xiàn)象，選擇的電機(jī)功率應(yīng)該大于選擇的電機(jī)功率。（根據(jù)參照電機(jī)手冊(cè).南京蘇強(qiáng)數(shù)控機(jī)電有限公司）所以，選擇型號(hào)為110SNMA6I型的永磁無(wú)刷伺服電機(jī)。23數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)額定功率額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速額定電流轉(zhuǎn)子慣量機(jī)械時(shí)間常數(shù)電機(jī)時(shí)間常數(shù)1.256kw6N.m2000r.Pm5.0A0.718X10kg.m20.8ms6.14ms3.1.3同步帶輪的選擇為了保證傳動(dòng)精度，本設(shè)計(jì)采

32、用同步帶輪來(lái)傳動(dòng)。同步帶輪傳動(dòng)不僅能夠保證良好的傳動(dòng)精度，還能降低傳動(dòng)產(chǎn)生的噪音，對(duì)磨損的要求也同時(shí)符合要求。一般同步帶輪有統(tǒng)一生產(chǎn)，本課題設(shè)計(jì)選用的是慈溪恒力同步帶輪有限公司生產(chǎn)，規(guī)格如下：24標(biāo)準(zhǔn)皮帶寬度0256,4mr,外徑公差L31齒-72齒1925.4-50.8+0.08-0W11150.8-101.6+0.10-0X4101,6-177.+0.13-04、結(jié)論至今為止，基本上完成了本課程的設(shè)計(jì)要求，課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)與絲杠的連接形式設(shè)計(jì)、絲杠與床鞍的連接設(shè)計(jì)、絲杠的支承方式設(shè)計(jì)、伺服電機(jī)的選擇。進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度、直接將導(dǎo)致整個(gè)機(jī)床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關(guān)鍵性問(wèn)題是急需解決的。由于自身的經(jīng)驗(yàn)有限，面對(duì)這些關(guān)鍵性問(wèn)題只能從理論上去尋求解決的方法。因此，自己所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中仍相距甚遠(yuǎn)。電機(jī)的選擇也相當(dāng)重要，對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的來(lái)說(shuō)，要求嚴(yán)格。25數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)5、參考文獻(xiàn)1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，1994.72李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社1999.13陳宏鈞，馬素敏.金