自動(dòng)涂膠機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)涂膠機(jī)設(shè)計(jì)[摘要]自動(dòng)涂膠機(jī)是一個(gè)擬人密封機(jī)械裝置，它綜合了人類(lèi)和機(jī)器專(zhuān)長(zhǎng)，是工業(yè)和非產(chǎn)業(yè)界關(guān)鍵生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是優(yōu)異制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺乏自動(dòng)化設(shè)備。本課題研制數(shù)控涂膠機(jī)是為一汽集團(tuán)變速箱廠設(shè)計(jì)涂膠樣機(jī)，要求自動(dòng)涂膠機(jī)X、Y兩軸由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)；Z軸氣動(dòng)，關(guān)鍵用于作業(yè)工位轉(zhuǎn)換，以調(diào)整涂膠槍嘴和涂膠平面距離，而且編寫(xiě)數(shù)控程序完成對(duì)變速箱前殼體涂膠工作。該系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)典機(jī)電一體化系統(tǒng)。所以，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵由機(jī)械、電氣、控制三大部分組成。其機(jī)械部分關(guān)鍵是控制行程X-Y-Z軸機(jī)械裝置，它關(guān)鍵由驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行X-Y軸方向運(yùn)動(dòng)實(shí)施裝置、氣缸、導(dǎo)軌等實(shí)施機(jī)構(gòu)組成。電氣部分是由交流伺服電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、多種檢測(cè)傳感器、電磁控制閥等組成。控制部分關(guān)鍵由日本FANUC企業(yè)研制FANUC0數(shù)控系統(tǒng)組成。[關(guān)鍵詞]密封裝置變速箱X-Y-ZFANUC0TheDesignoftheAutomaticGluingMachine[Abstract]Automaticcoatingmachineisamechanicaldeviceintendedtosealpeople,whichcombinesthestrengthsofhumansandmachines,industrialandnon-industrialsectorisanimportantproductionandserviceequipment,advancedmanufacturingtechnologyisalsoindispensableautomationequipment.ThetopicsdevelopedbytheNCcoatingmachineisdesignedFAWGroupgearboxfactoryprototypeglue,requiringautomaticcoatingmachineX,Ytwo-axisdrivenbyACservomotorscanachievelinearandcircularinterpolation;Zaxispneumatic,mainlyforthejobofconvertingthestationtoadjustthedistancebetweenthemuzzleandtheadhesiveglueplane,andwritetheNCprogramtocompletetheworkofgluingthefrontgearboxhousing.

Thesystemisatypicalmechatronicsystems.Thus,thesystemdesignedtobemainlycomposedofmechanical,electrical,controlofthreemajorcomponents.ThemechanicalpartisamechanicaldevicecontrolXYZaxistravel,itismainlydrivenbyballscrewXY-axismotionactuators,cylinders,railsandotherexecutiveagencies.ElectricalpartbyACservomotors,opticalencoders,variousdetectionsensors,solenoidcontrolvalve.ControlofsomeofthemajordevelopedbytheJapanesecompanyFANUC0FANUCCNCsystem.[Keywords]SealingmeansTransmissionX-Y-ZFANUC0目錄第1章緒論………………………11.1引言………………………11.2用于密封涂膠發(fā)展概況…………11.3課題起源、研究及意義……………21.4課題研究?jī)?nèi)容……………………3第2章自動(dòng)涂膠機(jī)總體設(shè)計(jì)方案……………42.1概述……………………42.2系統(tǒng)組成……………………42.3系統(tǒng)功效…………42.4密封膠類(lèi)型選擇…………………4第3章自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………63.1傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)………63.1.1概述……………63.1.2滾珠絲杠副設(shè)計(jì)……………73.1.3滾珠絲杠副選擇方法……………3.2導(dǎo)向部件設(shè)計(jì)………93.2.1概述……………93.2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)…………103.2.3滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副安裝尺寸…………………3.3支承件設(shè)計(jì)……………………113.3.1概述………………113.3.2支承件選擇……………………113.4涂膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………123.4.1Z軸驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)………123.4.2涂膠裝置設(shè)計(jì)………………123.5夾具設(shè)計(jì)……………123.5.1概述…………123.5.2夾具設(shè)計(jì)…………………133.5.3定位誤差計(jì)算……………133.5.4氣動(dòng)系統(tǒng)圖……………………14第4章自動(dòng)涂膠機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………154.1概述…………………154.1.1伺服系統(tǒng)及其分類(lèi)………………154.1.2伺服系統(tǒng)電機(jī)分類(lèi)及其特點(diǎn)……………164.2電機(jī)選擇……………174.3伺服系統(tǒng)計(jì)算………194.3.1.關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定………………194.3.2X向伺服進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算……194.4伺服電機(jī)計(jì)算………224.4.1慣量計(jì)算………224.4.2轉(zhuǎn)矩匹配計(jì)算………………4.4.3檢測(cè)裝置選擇………………致謝……………25結(jié)論………………………26參考文件……………………第1章緒論1.1引言現(xiàn)今，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域全部離不開(kāi)膠接技術(shù)，膠粘劑已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)學(xué)、國(guó)防、和人民生活各個(gè)方面，它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來(lái)越關(guān)鍵作用。在很多領(lǐng)域內(nèi)，膠接已經(jīng)逐步替換傳統(tǒng)連接技術(shù)——焊接、鉚接和螺栓連接，成為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科。伴隨科技發(fā)展，新產(chǎn)品不停出現(xiàn)，產(chǎn)品市場(chǎng)壽命日益縮短，使大量生產(chǎn)方法碰到挑戰(zhàn)，這就要求提升制造業(yè)生產(chǎn)設(shè)備柔性和對(duì)產(chǎn)品更新適應(yīng)性，以縮短生產(chǎn)周期，確保產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，從而造成制造業(yè)出現(xiàn)一系列改變。所以機(jī)械部件中密封面涂膠技術(shù)和異種材料部件間粘接劑涂膠技術(shù)自動(dòng)化和柔性化成為肯定。當(dāng)今世界汽車(chē)生產(chǎn)數(shù)以千萬(wàn)計(jì)，是耗能大戶(hù)。國(guó)外對(duì)所生產(chǎn)汽車(chē)耗油量逐年全部有明確限制。又伴隨汽車(chē)制造工藝水平提升、新材料新技術(shù)應(yīng)用，和用戶(hù)對(duì)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性、舒適性要求提升，粘接劑、密封膠新品種、新工藝在汽車(chē)上應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了汽車(chē)輕量化，汽車(chē)廠盡可能采取多種工程塑料、復(fù)合材料等替換部分金屬材料。而采取膠接密封技術(shù)不僅有利于減輕車(chē)重，并能提升耐腐蝕性和降低生產(chǎn)費(fèi)用。1.2用于涂密封膠涂膠機(jī)發(fā)展概況密封在汽車(chē)、摩托車(chē)、拖拉機(jī)、飛機(jī)、化工設(shè)備等產(chǎn)品機(jī)械部件中含有極其關(guān)鍵作用。它關(guān)鍵作用是使得部件在裝配后和外界隔絕并預(yù)防泄漏。此作用不僅對(duì)零部件良好性能至關(guān)關(guān)鍵，而且是評(píng)價(jià)設(shè)備質(zhì)量和完整性一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)志。最初通用密封墊或密封圈是由很多材料按著預(yù)定形狀切割成型并安裝到特定裝配表面。密封墊或密封圈直接承受振動(dòng)載荷、溫度改變、液體浸泡等多種惡劣工況，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪箱這么應(yīng)用場(chǎng)所，環(huán)境最為惡劣。通用密封墊或密封圈最顯著缺點(diǎn)以下:應(yīng)用此種密封場(chǎng)所，法蘭間不會(huì)產(chǎn)生金屬一金屬間直接接觸，所以這種密封不會(huì)使作用于法蘭上夾緊力達(dá)成最大值。只有看成用在密封墊或密封圈上壓縮載荷高于“最小密封應(yīng)力”時(shí)，聯(lián)接螺栓才能被擰緊。這個(gè)“最小密封應(yīng)力”值是封堵微結(jié)構(gòu)孔隙并預(yù)防液體外漏最小許用應(yīng)力。伴隨時(shí)間推移，密封墊或密封圈就會(huì)松弛并展現(xiàn)一個(gè)因?yàn)槊芊鈮|或密封圈原始厚度改變引發(fā)永久變形。而且，因?yàn)槊芊鈮|或密封圈在載荷作用下不能產(chǎn)生彈性，密封墊或密封圈有破裂可能。為了處理這些對(duì)產(chǎn)品壽命和質(zhì)量至關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題，研究人員逐步地將眼光投向利用液體膠涂膠技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期研究和嘗試，最終研制成功一個(gè)在無(wú)空氣環(huán)境中能夠固化液體膠，通常稱(chēng)為厭氧膠。這種液體膠能夠經(jīng)過(guò)一個(gè)很細(xì)涂膠頭噴涂到法蘭密封面上，不會(huì)出現(xiàn)膠液沉降而且法蘭裝配前膠液不會(huì)流。只有在法蘭裝配后，此膠液將流向展現(xiàn)在法蘭密封面上微觀不規(guī)則區(qū)域，以后在短時(shí)間內(nèi)，膠液開(kāi)始反應(yīng)而形成一個(gè)堅(jiān)固聚合物。它這一性質(zhì)為涂膠工藝提供了有利條件。固化后密封膠將兩法蘭緊緊地密封在一起，既不能相互移動(dòng)又不能有泄漏。研究人員發(fā)覺(jué)此聚合物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下潤(rùn)滑油及其它液體含有極強(qiáng)耐蝕性。所以，它在發(fā)動(dòng)機(jī)場(chǎng)所應(yīng)用尤為適宜。涂膠密封是應(yīng)用在特定場(chǎng)所、只有法蘭裝配后才產(chǎn)生效果一個(gè)密封工藝。作用于這類(lèi)密封上夾緊力能夠達(dá)成最大值，增大了法蘭間金屬一金屬接觸。和通用密封墊或密封圈相比，此密封無(wú)永久變形和破裂現(xiàn)象發(fā)生。所以，涂膠技術(shù)為剛性法蘭間密封提供了最有效、功效最強(qiáng)方法。70年代早期，涂膠工藝以人工或涂膠槍涂膠形式出現(xiàn)在法國(guó)，伴隨單、雙組分密封膠深入開(kāi)發(fā)和電子產(chǎn)品不停發(fā)展，自動(dòng)涂膠機(jī)很快就出現(xiàn)在歐美汽車(chē)制造業(yè)中。和人工涂膠或涂膠槍涂膠相比，自動(dòng)涂膠有很多優(yōu)點(diǎn):愈加安全工作環(huán)境，更高精度及復(fù)用性，更高處理能力，同一設(shè)備能夠用于很多不一樣應(yīng)用場(chǎng)所。在過(guò)去幾年中，美國(guó)工業(yè)發(fā)展對(duì)密封膠在制造業(yè)中應(yīng)用提出更高要求。為了降低密封墊和密封圈庫(kù)存成本及產(chǎn)品裝配過(guò)程中相關(guān)勞動(dòng)內(nèi)容，要求新研發(fā)密封材料固化工藝應(yīng)有所發(fā)展。尤其地，汽車(chē)工業(yè)出臺(tái)了涂膠密封材料應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)，而且還制訂了密封部位防泄漏標(biāo)準(zhǔn)，和和密封相關(guān)降噪音等標(biāo)準(zhǔn)。這些要求和標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)密封材料研發(fā)商和自動(dòng)設(shè)備制造商合作，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)新形勢(shì)涂膠設(shè)備。國(guó)外機(jī)器人生產(chǎn)廠商各自推出了涂膠機(jī)，如日本莫托曼機(jī)器人、安川機(jī)器人、美國(guó)ABB機(jī)器人等，中國(guó)機(jī)器人發(fā)展較晚，有北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所工業(yè)機(jī)器人和應(yīng)用技術(shù)工程研究中心“自動(dòng)化涂膠工作站”，濟(jì)南未來(lái)之路信息工程“金未來(lái)自動(dòng)涂膠機(jī)”，另外，還有和國(guó)外合資企業(yè)也推出對(duì)應(yīng)產(chǎn)品。以上涂膠機(jī)器人產(chǎn)品全部是在機(jī)器人基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，即用機(jī)器人作為軌跡控制，附加供膠系統(tǒng)。1.3課題起源、研究目標(biāo)及意義作為機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)生，選擇課題應(yīng)以表現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及各方面內(nèi)容為關(guān)鍵依據(jù)。這么能更有利于自己熟悉本專(zhuān)業(yè)具體應(yīng)用。所以，我結(jié)合自己研究方向，選擇了自動(dòng)涂膠機(jī)研究作為我本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。本課題起源是一汽變速箱廠。變速箱箱體前后殼體在汽車(chē)生產(chǎn)中是很關(guān)鍵零部件使用密封膠關(guān)鍵是為了預(yù)防“三漏”——漏油、漏氣和漏水問(wèn)題?，F(xiàn)在，密封膠工作是由工人手動(dòng)操作完成。不過(guò)有很多弊端。關(guān)鍵有：①由氣動(dòng)或機(jī)械力驅(qū)動(dòng)施膠槍?zhuān)瑥哪z筒中擠出膠，靠人工進(jìn)行軌跡控制，會(huì)使材料涂布位置和數(shù)量有很大改變；②涂布好壞很大程度上取決于操作者技術(shù)，對(duì)于大批量生產(chǎn)要求，手工極難確保產(chǎn)品質(zhì)量一致性；③浪費(fèi)大量人力，延誤生產(chǎn)自動(dòng)化。為了立即消除這些弊端，急于尋求處理措施，必需用自動(dòng)化機(jī)械以處理問(wèn)題。所以，選擇自動(dòng)化程度較高自動(dòng)涂膠機(jī)，消除以上這些弊端，確保涂膠均勻、無(wú)污染、無(wú)傷害、節(jié)省人力，提升效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。1.4課題關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容本課題研制數(shù)控涂膠機(jī)是為一汽集團(tuán)變速箱廠設(shè)計(jì)涂膠樣機(jī)，要求自動(dòng)涂膠機(jī)X、Y兩軸由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)；Z軸氣動(dòng)，關(guān)鍵用于作業(yè)工位轉(zhuǎn)換，以調(diào)整涂膠槍嘴和涂膠平面距離，而且編寫(xiě)數(shù)控程序完成對(duì)變速箱前殼體涂膠工作（變速箱前殼體零件圖圖1.1所表示）。為實(shí)現(xiàn)涂膠機(jī)良好控制，本設(shè)計(jì)關(guān)鍵做了以下工作:①涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包含X、Y方向伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，Z方向氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；②涂膠機(jī)供膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包含膠槍及其驅(qū)動(dòng)氣缸設(shè)計(jì)；③涂膠機(jī)夾具設(shè)計(jì)；④涂膠機(jī)數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。圖1.1變速箱前殼體零件圖第2章自動(dòng)涂膠機(jī)總體設(shè)計(jì)方案2.1概述本課題所設(shè)計(jì)這個(gè)自動(dòng)涂膠機(jī)是一個(gè)經(jīng)典機(jī)電一體化系統(tǒng)。所謂機(jī)電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)主功效，信息處理功效和控制功效等方面引進(jìn)了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、實(shí)施部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備和軟件等有機(jī)結(jié)合而組成系統(tǒng)。即機(jī)械、實(shí)施、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)支配下，以系統(tǒng)見(jiàn)解進(jìn)行組合而形成一個(gè)新型機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)(機(jī)構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計(jì)算機(jī))、動(dòng)力系統(tǒng)(動(dòng)力源)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)(傳感器)、實(shí)施元件系統(tǒng)(如電機(jī))等五大子系統(tǒng)組成。2.2系統(tǒng)組成在2.1中講到，該系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)典機(jī)電一體化系統(tǒng)。所以，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵由機(jī)械、電氣、控制三大部分組成。其機(jī)械部分關(guān)鍵是控制行程X-Y-Z軸機(jī)械裝置，它關(guān)鍵由驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行X-Y軸方向運(yùn)動(dòng)實(shí)施裝置、氣缸、導(dǎo)軌等實(shí)施機(jī)構(gòu)組成。電氣部分是由交流伺服電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、多種檢測(cè)傳感器、電磁控制閥等組成?？刂撇糠株P(guān)鍵由日本FANUC企業(yè)研制FANUC0數(shù)控系統(tǒng)組成。2.3系統(tǒng)功效1.輸入已編制完成程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)變速箱殼體自動(dòng)涂膠過(guò)程，以適應(yīng)不一樣型號(hào)變速箱前殼體自動(dòng)涂膠工作；2.檢測(cè)和控制功效。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多種傳感器自動(dòng)檢測(cè)膠槍中膠量多少和膠槍位置，由數(shù)控系統(tǒng)依據(jù)所測(cè)多種位置信號(hào)來(lái)控制涂膠機(jī)開(kāi)啟、運(yùn)行和停機(jī)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)供電電源情況，在電源嚴(yán)重過(guò)壓或欠壓時(shí)停機(jī)。3.報(bào)警功效。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，均同時(shí)進(jìn)行報(bào)警:工作臺(tái)未回歸原點(diǎn)位置時(shí)進(jìn)行開(kāi)啟;膠槍未回歸上限位置時(shí)進(jìn)行開(kāi)啟;工件沒(méi)有定位時(shí)進(jìn)行開(kāi)啟；工作臺(tái)超出行程；系統(tǒng)供電電源嚴(yán)重過(guò)壓或欠壓等。2.4密封膠類(lèi)型選擇因?yàn)镽TV硅酮密封膠含有優(yōu)良耐熱、耐油、耐寒性，其密封填隙能力很強(qiáng)，同時(shí)不含溶劑，膠固化后形成膜含有很好彈性，所以廣泛應(yīng)用于零部件產(chǎn)品防漏密封。采取RTV硅銅膠替換紙墊，能夠處理困擾汽車(chē)零部件生產(chǎn)企業(yè)“三漏”問(wèn)題。所以本設(shè)計(jì)選擇RTV硅酮密封膠。它能夠降低接合面加工精度1-2級(jí)。RTV硅酮膠含有優(yōu)異填隙功效，能夠有效填滿(mǎn)箱體在搬運(yùn)、裝配過(guò)程中對(duì)接合面造成磕碰、劃傷等痕跡，而對(duì)于上述缺點(diǎn)采取紙墊或帶膠墊紙墊極難確保零部件裝配完成后不發(fā)生滲漏現(xiàn)象。RTV硅酮膠接觸空氣中濕氣即固化，所以不會(huì)出現(xiàn)厭氧膠那種零部件接合面溢出膠一直固化不了而致使外觀污染現(xiàn)象。涂膠施工是將膠從膠槍嘴中擠出，以膠帶形式按要求涂在工件確實(shí)定位置上，涂在工件上膠帶要含有均勻一致截面形狀和尺寸。因?yàn)槭窃谀z流動(dòng)狀態(tài)下施工，所以要想達(dá)成上述要求，必需滿(mǎn)足以下多個(gè)條件：①所用膠含有均勻一致性能。如粘度，固化特征等等；②膠槍擠出膠帶形狀尺寸均勻一致；③膠槍嘴和工件保持恒定間隙；④膠槍出膠速度（流量Q）和膠槍運(yùn)行速度（V）相匹配，即QV；⑤膠槍擠出膠帶流線(xiàn)方向和工件上涂膠軌跡曲線(xiàn)切線(xiàn)方向應(yīng)保持確定夾角。第3章自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)3.1.1概述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)伺服進(jìn)給系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)。伺服進(jìn)給系統(tǒng)作用是依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來(lái)信息，進(jìn)行放大以后控制實(shí)施部件運(yùn)動(dòng)，不僅控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)還要正確控制刀具相對(duì)于工件移動(dòng)位置和軌跡。所以，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，尤其是輪廓控制系統(tǒng)，必需對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)位置和運(yùn)動(dòng)速度兩方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。一個(gè)經(jīng)典數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)，通常由位置比較、放大元件、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成，而其中機(jī)械傳動(dòng)裝置是位置控制步驟中一個(gè)關(guān)鍵步驟（這里所說(shuō)機(jī)械傳動(dòng)裝置是指將驅(qū)動(dòng)源旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變位工作臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈）。為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性等，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)提出以下要求[5]：(1)高傳動(dòng)精度和定位精度數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置傳動(dòng)精度和定位精度對(duì)零件加工精度起著關(guān)鍵性作用。所以，傳動(dòng)精度和定位精度是數(shù)控機(jī)床最關(guān)鍵，也是最含有該類(lèi)機(jī)床特征指標(biāo)，不管對(duì)點(diǎn)位、直線(xiàn)控制系統(tǒng)，還是輪廓控制系統(tǒng)，該項(xiàng)精度部很關(guān)鍵。(2)寬進(jìn)給調(diào)速范圍伺服進(jìn)給系統(tǒng)在承受全部工作負(fù)載條件下，應(yīng)含有很寬調(diào)速范圍，以適應(yīng)多種工件材料、尺寸和刀具等改變需要。(3)響應(yīng)速度要快所謂快速響應(yīng)特征是指進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)響應(yīng)速度及瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束快速程度，即跟蹤指令信號(hào)響應(yīng)要快；定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度要滿(mǎn)足要求；工作臺(tái)應(yīng)能在要求速度范圍內(nèi)靈敏而正確地跟蹤指令，進(jìn)行單步或連續(xù)移動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)不出現(xiàn)丟步或多步現(xiàn)象。進(jìn)給系統(tǒng)響應(yīng)速度大小不僅影響機(jī)床加工效率，而且影響加工精度。(4)無(wú)間隙傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)間隙通常指反向間隙，它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈各傳動(dòng)副中，直接影響數(shù)控機(jī)床加工精度；所以應(yīng)盡可能消除傳動(dòng)向隙，減小反向死區(qū)誤差。設(shè)計(jì)中可采取消除間隙聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙方法傳動(dòng)副等方法。(5)穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性是伺服進(jìn)給系統(tǒng)能夠正常工作最基礎(chǔ)條件，尤其是在低速進(jìn)給情況下，不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加負(fù)載改變而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性和系統(tǒng)慣性、剛性、阻尼及增益等全部相關(guān)系，合適選擇各項(xiàng)參數(shù)。并能達(dá)成最好工作性能，是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。為此，組成進(jìn)給機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)部件應(yīng)選擇適宜材料及合理加工工藝和熱處理方法，以延長(zhǎng)其壽命。(6)使用維護(hù)方便最大程度地減小維修工作量，以提升機(jī)床利用率。3.1.2滾珠絲杠副設(shè)計(jì)滾珠絲杠副工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副是一個(gè)新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在含有螺旋槽絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件，以降低摩擦。圖3.1所表示。圖中絲杠和螺母上全部磨有圓弧形螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線(xiàn)滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上軌道滾動(dòng)，所以絲杠和螺母之間基礎(chǔ)上為滾動(dòng)摩擦。為了預(yù)防滾珠從螺母中滾出來(lái)，在螺母螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。滾珠絲杠副特點(diǎn)是：①傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副傳動(dòng)效率η＝0.92～0.96，比常規(guī)絲杠螺母副提升3—4倍。所以，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副1/4～1/3。②給合適預(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，反向時(shí)就能夠消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。③運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。④有可逆性，能夠從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)絲杠和螺母全部能夠作為主動(dòng)件，也能夠從直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母全部能夠作為主動(dòng)件。⑤磨損小，使用壽命長(zhǎng)。⑥制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。3.1.3滾珠絲杠副選擇方法(1)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)選擇滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)類(lèi)型能夠從螺紋滾道截面性狀、滾珠循環(huán)方法和軸向間隙調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)分。依據(jù)防塵條件和對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊要求，可選擇合適結(jié)構(gòu)型式。因?yàn)樵撟詣?dòng)涂膠機(jī)工作性能要求，其工作環(huán)境應(yīng)含有良好防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力。因?yàn)殡p螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛性好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好，應(yīng)用廣泛，所以本設(shè)計(jì)選擇雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副。(2)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸選擇①選擇絲杠公稱(chēng)直徑和基礎(chǔ)導(dǎo)程選擇滾珠絲杠副時(shí)通常關(guān)鍵選擇絲杠公稱(chēng)直徑和基礎(chǔ)導(dǎo)程。公稱(chēng)直徑應(yīng)依據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長(zhǎng)度在許可情況下要盡可能短，通常取小于30為宜；基礎(chǔ)導(dǎo)程應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選擇，大承載能力大，小傳動(dòng)精度較高、要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選擇大導(dǎo)程滾珠絲杠副。依據(jù)該自動(dòng)涂膠機(jī)性能要求，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織中要求，可選擇，基礎(chǔ)導(dǎo)程，工作圈數(shù)取為3。②滾珠絲杠副支承方法選擇螺母座、絲杠軸承及其支架等剛度不足將嚴(yán)重地影響滾珠絲杠副傳動(dòng)剛度。所以，螺母座應(yīng)有加強(qiáng)肋，以降低受力變形，螺母和床身接觸面積宜大部分，其連接螺釘剛度也應(yīng)高，定位銷(xiāo)要緊密配合。最近出現(xiàn)一個(gè)滾珠絲杠專(zhuān)用軸承，這是一個(gè)能夠承受很大軸向力特殊角接觸球軸承，和通常角接觸球軸承相比，采取特殊設(shè)計(jì)尼龍成形保持架，接觸角增大到60o，增加了滾珠數(shù)目并對(duì)應(yīng)減小滾珠直徑。這種新結(jié)構(gòu)軸向比通常軸承軸向剛度提升兩倍以上，同時(shí)不需要預(yù)調(diào)整，開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩小，使用極為方便。其產(chǎn)品通常成對(duì)出售，而且在出廠時(shí)已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)厚度，裝配調(diào)試時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能取得出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好預(yù)緊力。通常需要把2個(gè)以上軸承組合起來(lái)，且施加預(yù)緊力來(lái)使用?？偠灾驹O(shè)計(jì)選擇專(zhuān)用軸承作為絲杠支承元件，同時(shí)因?yàn)橐欢斯潭ǎ欢算q支支承方法，絲杠靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性全部較高，適適用于中等回轉(zhuǎn)速度，而且軸向剛度大，所以采取一端固定，一端鉸支支承方法。滾珠絲杠副滾珠螺母安裝連接尺寸依據(jù)JB/T9893-1999確定安裝尺寸以下表：圖3.2滾珠螺母表3.2安裝尺寸規(guī)格代號(hào)公稱(chēng)直徑公稱(chēng)導(dǎo)程滾珠螺母安裝、連接尺寸32103210539071159159④滾珠絲杠精度滾珠絲杠副制造成本，關(guān)鍵取決于制造精度和長(zhǎng)徑比。因?yàn)橹圃炀仍礁?、長(zhǎng)徑比越大，工藝難度越大，成品合格率越低。精度標(biāo)準(zhǔn)分為1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級(jí)，1級(jí)最高，10級(jí)最低。依據(jù)精度選擇推薦表選定精度為3級(jí)。任意內(nèi)導(dǎo)程誤差為。⑤循環(huán)滾珠絲杠副系列性能參數(shù)本文選擇南京工藝裝備制造廠生產(chǎn)FFZD系列滾珠絲杠，其性能參數(shù)以下表：表3.2FFZD系列滾珠絲杠規(guī)格代號(hào)絲杠底徑螺母長(zhǎng)度額定載荷動(dòng)載靜載3210-327.314625.649.53.2導(dǎo)向部件設(shè)計(jì)3.2.1概述導(dǎo)軌關(guān)鍵起導(dǎo)向定位作用，以確保各部件正確相互位置及運(yùn)動(dòng)。機(jī)電產(chǎn)品對(duì)導(dǎo)軌要求關(guān)鍵是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度改變影響小和結(jié)構(gòu)工藝性好。3.2.2滾動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)滾動(dòng)導(dǎo)軌特點(diǎn)導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面之間摩擦為滾動(dòng)摩擦性質(zhì)，這種導(dǎo)軌稱(chēng)為滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌種類(lèi)很多，按運(yùn)動(dòng)軌跡分有直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、反向器、保持架、密封端蓋及擋板組成。當(dāng)導(dǎo)軌和滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球沿著導(dǎo)軌上經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又經(jīng)過(guò)反向器進(jìn)入反向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就周而復(fù)始地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，反向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地預(yù)防灰塵進(jìn)入滑塊內(nèi)部。和一般滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)軌有下列優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)動(dòng)靈敏度高，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.0025～0.005，遠(yuǎn)小于滑動(dòng)導(dǎo)軌。不管在作高速或作低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其摩擦系數(shù)基礎(chǔ)不變，故在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生爬行。②定位精度高。其定位誤差為。③牽引力小，移動(dòng)輕便。④滾動(dòng)體通?？蛇\(yùn)行，含有較高耐磨性，磨損小。⑤潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維修方便。在該自動(dòng)涂膠機(jī)中，滾動(dòng)導(dǎo)軌副作用關(guān)鍵是支承工作臺(tái)和限制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向。該導(dǎo)軌副沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以依據(jù)此系統(tǒng)工作具體條件及上述滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇了滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副。3.2.3滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副安裝尺寸依據(jù)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)選擇四方向等載荷滾動(dòng)導(dǎo)軌副，其具體安裝尺寸為：圖3.3滾動(dòng)導(dǎo)軌副表3.3荷滾動(dòng)導(dǎo)軌副安裝尺寸表型號(hào)裝配組合后滑塊導(dǎo)軌HWCLMΦBFd203021.55340M66206063.3支承件設(shè)計(jì)3.3.1概述機(jī)床支承件關(guān)鍵指床身、立柱、橫梁、底座等大件，它作用是支承零部件并確保它們相互位置及承受多種作用力。承受加工時(shí)靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力，如重力、切削力、摩擦力、夾緊力和慣性力等。支承件種類(lèi)很多，它們形態(tài)、幾何尺寸和材料是多個(gè)多樣，但它們?nèi)繎?yīng)滿(mǎn)足下列基礎(chǔ)要求；1.剛度支承件剛度是指支承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵御變形能力。前者稱(chēng)為靜剛度，后者稱(chēng)為動(dòng)剛度。靜剛度取決于支承件本身結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。動(dòng)剛度不僅和靜剛度相關(guān)，而且和支承件系統(tǒng)阻尼、固有頻率相關(guān)。支承件要有足夠剛度，即在外載荷作用下，變形量不得超出許可值；2.抗振性支承件抗振性是指其抵御受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)能力。機(jī)床在切削加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，將會(huì)影響加工質(zhì)量和刀具壽命，影響機(jī)床生產(chǎn)率。振動(dòng)常常成為機(jī)床噪聲關(guān)鍵原因之—。所以，支承件應(yīng)有足夠抗振性，含有合乎要求動(dòng)態(tài)特征；3.熱變形和內(nèi)應(yīng)力支承件應(yīng)含有較小熱變形和內(nèi)應(yīng)力。3.3.2支承件選擇（1）形狀和尺寸確實(shí)定支承件尺寸大小、，結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)滿(mǎn)足工作要求。機(jī)床類(lèi)型、用途和規(guī)格不一樣，支承件形狀和尺寸也不一樣。床身、立柱及底座等支承件．因?yàn)槠浒惭b部位和作用不一樣．所以截面形狀也不一樣。依據(jù)該涂膠機(jī)結(jié)構(gòu)形式選擇圖3.2所表示床身形式和圖3.3所表示立柱形狀。這種類(lèi)型床身內(nèi)空間可用于存放潤(rùn)滑油，立柱內(nèi)有肋板，抗彎剛度高。圖3.2床身截面形狀圖3.3立柱截面形狀（2）支承件材料選擇支承件材料通常應(yīng)用鑄鐵、鋼和混凝土等。因?yàn)殍T鐵鑄造性能好，輕易取得復(fù)雜結(jié)構(gòu)支承件，同時(shí)鑄鐵內(nèi)摩擦系數(shù)大，阻尼系數(shù)大，使振動(dòng)衰減性能好，成本低。所以本設(shè)計(jì)選擇鑄鐵作為支撐件材料。3.4涂膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1Z軸驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)因?yàn)闅鈩?dòng)裝置氣源輕易取得，機(jī)床能夠無(wú)須再單獨(dú)配置動(dòng)力源，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作介質(zhì)不污染環(huán)境，工作速度快和動(dòng)作頻率高，適合于完成頻繁開(kāi)啟輔助工作。過(guò)載時(shí)比較安全，不易發(fā)生過(guò)載嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)件等事故。所以Z軸運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)，關(guān)鍵用于涂膠槍上下移動(dòng)，以調(diào)整涂膠嘴和涂膠平面距離。因?yàn)橥磕z運(yùn)動(dòng)和工件不接觸，之間沒(méi)有相互作用力，氣缸只需要克服移動(dòng)部件重力。所以，依據(jù)移動(dòng)部件質(zhì)量，選擇QGAⅡ系列氣缸（外觀圖3.4所表示）。3.4.2涂膠裝置設(shè)計(jì)涂膠裝置由兩部分組成，上半部分為氣缸，下半部分為料缸，氣缸通氣則頂桿下壓，打開(kāi)料缸內(nèi)閥門(mén)出膠，經(jīng)過(guò)對(duì)氣缸流量控制實(shí)現(xiàn)對(duì)出膠量控制。圖3.4QGAⅡ系列前法蘭式氣缸外觀圖

3.5夾具設(shè)計(jì)3.5.1概述在機(jī)床上加工工件時(shí)，為了使工件在該工序所加工表面能達(dá)成要求尺寸精度和位置公差要求。在開(kāi)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工之前，必需首先使工件占有一個(gè)正確位置。通常把確定工件在機(jī)床上或夾具中占有正確位置過(guò)程稱(chēng)為定位。當(dāng)工件定位后，為了避免在加工中受到切削力、重力等作用而破壞定位，還應(yīng)該用一定機(jī)構(gòu)或裝置將工件加以固定。工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變操作稱(chēng)為夾緊。工件裝夾是否正確、快速、方便和可靠，將直接影響工件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本和操作安全。按夾具應(yīng)用范圍可將其分為通用夾具、專(zhuān)用夾具、組合夾具、成組夾具和隨行夾具。按夾具動(dòng)力源可將其分為手動(dòng)夾緊夾具、氣動(dòng)夾緊夾具、液壓夾緊夾具、氣液聯(lián)動(dòng)夾緊夾具、電磁夾具和真空夾具。夾具關(guān)鍵由定位元件、夾緊裝置和夾具體等基礎(chǔ)元件組成。3.5.2夾具設(shè)計(jì)（1）定位方法選擇工件定位方法不一樣，夾具定位元件結(jié)構(gòu)形式也不一樣。依據(jù)變速箱前殼體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇“一面兩孔”定位方法。一個(gè)平面限制三個(gè)自由度，一個(gè)短圓柱銷(xiāo)限制兩個(gè)自由度，一個(gè)削邊銷(xiāo)限制一個(gè)自由度，共限制六個(gè)自由度，使工件完全定位。（2）夾緊方法選擇夾緊裝置由動(dòng)力裝置、夾緊元件和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。同時(shí)夾緊裝置應(yīng)滿(mǎn)足夾緊時(shí)不破壞工件在夾具中占有正確位置；夾緊力合適，既要確保工件在加工過(guò)程中定位穩(wěn)定性，又要預(yù)防因夾緊力過(guò)大損傷工件表面及產(chǎn)生夾緊變形；夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)該操作安全、省力、夾緊快速；夾緊機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度、工作效率和生產(chǎn)類(lèi)型相適應(yīng)等基礎(chǔ)要求。因?yàn)殂q鏈夾緊機(jī)構(gòu)是一個(gè)增力機(jī)構(gòu)，它含有增力倍數(shù)大，摩擦損失小優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氣動(dòng)夾緊。所以本設(shè)計(jì)采取氣缸驅(qū)動(dòng)鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)。同時(shí)本設(shè)計(jì)應(yīng)用CATIA軟件建立夾具裝配體三維模型（見(jiàn)附圖1）。3.5.3定位誤差計(jì)算因定位不正確而引發(fā)誤差稱(chēng)為定位誤差，其值為工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上最大變動(dòng)量。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不正確誤差組成。本設(shè)計(jì)中，涂膠平面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)即為底平面，所以定位元件——平面定位誤差為零；定位元件——短圓柱銷(xiāo)基準(zhǔn)不重合誤差為該圓柱銷(xiāo)中心線(xiàn)對(duì)底面垂直度誤差，則，因?yàn)槎ㄎ桓敝圃觳徽_誤差和工序尺寸方向相垂直，則；定位元件——削邊銷(xiāo)基準(zhǔn)不重合誤差為該削邊銷(xiāo)中心線(xiàn)對(duì)底面垂直度誤差，則，定位副制造不正確誤差和工序尺寸方向相垂直，則。所以總定位誤差為，在公差許可范圍之內(nèi)，所以該定位方案是合理。3.5.4氣動(dòng)系統(tǒng)圖圖3.5所表示，閥A通電，活塞右移，壓住工件。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達(dá)成繼電器YJ調(diào)定壓力時(shí)，活塞返回。當(dāng)活塞壓住行程換向閥D后，空氣泵卸荷。圖3.5夾具驅(qū)動(dòng)氣缸氣動(dòng)回路第4章自動(dòng)涂膠機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1概述4.1.1伺服系統(tǒng)及其分類(lèi)伺服系統(tǒng)亦稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，是一個(gè)能夠跟蹤輸入指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而取得正確位置、速度或力輸出自動(dòng)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床位置和速度為控制量，接收來(lái)自插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件生成進(jìn)給脈沖指令，經(jīng)過(guò)一定信號(hào)變換及電壓、功率放大、檢測(cè)反饋，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。它通常由比較組件、調(diào)整組件、實(shí)施組件、被控對(duì)象及測(cè)量反饋組件組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)高性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床高效率、高精度。所以，數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面全部有很高要求。如高精度、穩(wěn)定性、快速對(duì)應(yīng)無(wú)超調(diào)、寬調(diào)速范圍等等。從位置控制角度可將伺服系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：①開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（圖4.1所表示），它不需要位置檢測(cè)和反饋，實(shí)施組件多采取步進(jìn)電機(jī)，系統(tǒng)位置正比于指令脈沖個(gè)數(shù)，位移速度取決于指令脈沖頻率。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，不過(guò)精度低，低速平穩(wěn)性差，高速扭矩小，通常見(jiàn)于輕載、負(fù)載改變不大或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。圖4.1開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖②閉環(huán)伺服系統(tǒng)（圖4.2所表示），是誤差控制隨動(dòng)系統(tǒng)，通常有位置環(huán)和速度環(huán)組成。在位置環(huán)中，依據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算得到位置指令，和位置檢測(cè)裝置反饋回來(lái)機(jī)床坐標(biāo)軸實(shí)際位置相比較，形成位置誤差，經(jīng)變換到速度給定電壓。在速度控制中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置依據(jù)速度給定電壓和速度檢測(cè)裝置反饋實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以驅(qū)動(dòng)機(jī)床傳動(dòng)部件，從而把速度量變?yōu)槲恢昧?。閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈誤差，環(huán)內(nèi)組件誤差和運(yùn)動(dòng)中造成誤差全部能夠得到賠償，從而大大提升位移精度和定位精度，系統(tǒng)精度只取決于裝置制造精度和安裝精度。圖4.2閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖③半閉環(huán)伺服系統(tǒng)（圖4.2）所表示，位置檢測(cè)反饋組件沒(méi)有直接安裝在進(jìn)給坐標(biāo)最終運(yùn)動(dòng)部件上，將部分機(jī)械勾踐封閉在反饋控制環(huán)之外，其性能介于開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。圖4.3半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.1.2伺服系統(tǒng)電機(jī)分類(lèi)及其特點(diǎn)①步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)位置伺服系統(tǒng)亦叫步進(jìn)式伺服系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)盛行于20世紀(jì)70年代，且控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、控制最輕易，維修最方便，控制為全數(shù)字化。數(shù)控系統(tǒng)和步近電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路結(jié)為一體。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它硬件電路均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，提升了系統(tǒng)可靠性。而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)耗能太多，速度也不高。日前步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在脈沖當(dāng)量為時(shí)，最高移動(dòng)速度僅有，且功率越大，移動(dòng)速度越低，改關(guān)鍵用于速度和精度要求不高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造中。②直流伺服電機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)含有良好開(kāi)啟、制動(dòng)和調(diào)速特征，可很方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速．故多采取在對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能要求較高生產(chǎn)設(shè)備中。③交流伺服電機(jī)長(zhǎng)久以來(lái)，在要求調(diào)速性能較高場(chǎng)所，一直占據(jù)主導(dǎo)地位是應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，但直流電動(dòng)機(jī)全部存在部分固有缺點(diǎn)，如電刷和換向器易磨損，需常常維護(hù)；換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電功價(jià)最高速度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；而且直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高。而交流電動(dòng)機(jī)，尤其是鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)愈加好。在一樣體積下，交流電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提升10%-70%。另外，交流電動(dòng)機(jī)容量可比直流電動(dòng)機(jī)造得大，達(dá)成更高電壓和轉(zhuǎn)速。伴隨新型大功率電力電子器件、新型變頻技術(shù)、現(xiàn)代控制理論和微機(jī)數(shù)控等在實(shí)際應(yīng)用中取得關(guān)鍵進(jìn)展，到了20世紀(jì)80年代，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展。在日本、歐、美等國(guó)形成了一個(gè)生產(chǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)新興產(chǎn)業(yè)。德國(guó)1988年機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)已占80%，日本1985年銷(xiāo)售交流和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之比為3：1。機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)中，采取交流電動(dòng)機(jī)占銷(xiāo)售總量90%。交流伺服電機(jī)可分為異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)和同時(shí)交流伺服電動(dòng)機(jī)。異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)其定子由繞組組成，通入交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子電路產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁力線(xiàn)而產(chǎn)生電流，電流和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子受到磁力，使之轉(zhuǎn)動(dòng)，其方向和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致。異步交流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子重量輕，對(duì)應(yīng)速度快。同時(shí)型交流伺服電動(dòng)機(jī)和異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)區(qū)分：同時(shí)型交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)磁極，它受到定子電路旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸引，和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一直保持同時(shí)。當(dāng)電源電壓和頻率固定不變時(shí)，同時(shí)型交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是固定不變得。由變頻電源供電時(shí)，能夠方便地取得和頻率成正比可變轉(zhuǎn)速，可得到很硬機(jī)械特征及寬調(diào)速范圍。4.2電機(jī)選擇由前面所述交流伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合本設(shè)計(jì)特點(diǎn)，選擇交流伺服電機(jī)作為進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)采取半閉環(huán)控制方法。BA系列交流伺服電機(jī)是北京機(jī)床研究所開(kāi)發(fā)換代產(chǎn)品，是為了驅(qū)動(dòng)機(jī)床伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。同時(shí)也適適用于其它多種驅(qū)動(dòng)裝置。關(guān)鍵特點(diǎn)為：最好磁路設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕；采取了最新高性能磁性材料，承受過(guò)載能力強(qiáng)；采取高可靠性脈沖編碼器，運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)。其關(guān)鍵參數(shù)以下表：表4.1電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)電機(jī)型號(hào)對(duì)應(yīng)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)輸出功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子慣量最大轉(zhuǎn)矩重量0145SJT/M000.652.90.0015269交流伺服電機(jī)控制采取正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變額器。SPWM變頻器屬于交一直一交靜止變頻裝置，它先將50HZ交流市電經(jīng)整流變壓器變到所需電壓后，經(jīng)二極管可控整流和電容濾波，形成恒定直流電壓，再送入常見(jiàn)6個(gè)大功率晶體管組成逆變器主電路，輸出三相頻率和電壓均可調(diào)整等效于正弦波脈寬調(diào)制波(SPWM波)，即可拖動(dòng)三相異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電網(wǎng)功率因數(shù)靠近于1，且不受逆變器負(fù)載大小影響，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，輸出波形好，使電機(jī)可在近似正弦波交變電壓下運(yùn)行，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，擴(kuò)展了調(diào)速范圍，提升了調(diào)速性能，所以在數(shù)控機(jī)床交流驅(qū)動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用[20]。SPWM逆變器用來(lái)產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波即SPWM波形。其工作原理是把1個(gè)正弦半波分成N等分，然后把每一等分正弦曲線(xiàn)和橫坐標(biāo)軸所包圍面積全部用1個(gè)和此面積相等等高矩形脈沖來(lái)替換，這么可得到N個(gè)等高而不等寬脈沖序列。它對(duì)應(yīng)著1個(gè)正弦波半周，對(duì)正負(fù)半周全部這么處理．即可得到對(duì)應(yīng)2N個(gè)脈沖，這就是和正弦波等效正弦脈寬調(diào)制波。其波形圖4.4所表示。SPWM變頻器主電路原理及電機(jī)線(xiàn)電壓波形圖如4.5所表示。圖（a）中V1-V6為6個(gè)大功率晶體管，并各有1個(gè)二極管和之反并聯(lián)，作為續(xù)流用。來(lái)自控制電路SPWM波形作為基極控制電壓加于各功率管基極。按相序要求和頻率要求，從參考信號(hào)振蕩器上產(chǎn)生頻率和電壓協(xié)調(diào)控制三路正弦波電路，和等腰三角波發(fā)生器來(lái)載波信號(hào)一同送入電壓比較器，產(chǎn)生三路SPWM波形，經(jīng)各相分路后可得到六路SPWM信號(hào)．加于V1-V66個(gè)功率晶體管基極，作為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)、當(dāng)逆變器工作于雙極性工作方法時(shí)，可得到圖4.5所表示線(xiàn)電壓波形。圖4.4和正弦波等效SPWM波圖4.5SPWM主電路工作原理圖4.3伺服系統(tǒng)計(jì)算4.3.1.關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定直線(xiàn)工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)寬高）：71040050；材料為鋁；工件及夾具最大重量為100kg；X向工作行程為400，Y向工作行程為300；工作進(jìn)給速度為200-4000，快速進(jìn)給速度為20。4.3.2X向伺服進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算（1）工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重計(jì)算直線(xiàn)工作臺(tái)質(zhì)量工作臺(tái)承重為依據(jù)以上估算得總質(zhì)量為（2）切削力估算因?yàn)槟z槍和工件不接觸，二者之間沒(méi)有相互作用力，所以切削力為零。（3）滾珠絲杠副驗(yàn)算①滾珠絲杠副導(dǎo)程由3.1.2.2所述，滾珠絲杠導(dǎo)程②絲杠等效轉(zhuǎn)速最大進(jìn)給時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)速為最小進(jìn)給時(shí)，絲杠轉(zhuǎn)速為則得到絲杠等效轉(zhuǎn)速（估算）為③絲杠等效載荷動(dòng)作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上軸向壓力，它數(shù)值可用進(jìn)給牽引力試驗(yàn)公式計(jì)算。因?yàn)檫x定為滾動(dòng)導(dǎo)軌，而通常情況下，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.003—0.005，取摩擦系數(shù)為0.003，則絲杠所受最大牽引力為：而絲杠最小工作負(fù)載為摩擦力，和最大值一致。故其等效負(fù)載④絲杠所受最大動(dòng)載荷驗(yàn)算查表，取絲杠工作壽命為15000h，同時(shí)取精度系數(shù)，負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，溫度系數(shù)，硬度系數(shù)，可靠性系數(shù)；如前所述FFZD3210系列滾珠絲杠額定動(dòng)載荷為25.6KN，遠(yuǎn)大于最大動(dòng)載荷，符合要求。⑤臨界壓縮載荷驗(yàn)算式中E—材料彈性模量，；I—絲杠最小截面慣性矩：—最大受壓長(zhǎng)度，；—安全系數(shù)，通常?。弧z杠支承方法系數(shù)，查表得；可見(jiàn)遠(yuǎn)大于最大負(fù)載，符合要求。⑥臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算式中A—絲杠最小橫截面：—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度—安全系數(shù)，通常取0.5；可見(jiàn)大于最高轉(zhuǎn)速，符合要求。⑦驗(yàn)算軸承動(dòng)載荷本設(shè)計(jì)采取一端固定一端游動(dòng)支承方法，型號(hào)為20TAC47A，其額定動(dòng)載荷，預(yù)緊力。式中—壽命系數(shù)—轉(zhuǎn)速系數(shù)；可見(jiàn)等效動(dòng)載荷遠(yuǎn)小于額定動(dòng)載荷，選擇軸承合理。同時(shí)應(yīng)用C語(yǔ)言編制了計(jì)算程序用以驗(yàn)算結(jié)果（程序詳見(jiàn)附件A），結(jié)果和計(jì)算所得相同。⑧絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率驗(yàn)算已知：軸承接觸剛度，絲杠螺母接觸剛度，絲杠最小拉壓剛度，見(jiàn)后面(5)處計(jì)算。螺母座剛度。則軸向拉壓剛度為：計(jì)算得絲杠拉壓振動(dòng)固有頻率為：由計(jì)算可知，絲杠拉壓振動(dòng)固有頻率遠(yuǎn)大于r/min，所以符合要求。（3）傳動(dòng)精度計(jì)算滾珠絲杠拉壓剛度當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為400mm和75mm，則滾珠絲杠螺母接觸剛度；滾珠絲杠用軸承軸向接觸剛度。最小機(jī)械傳動(dòng)剛度為：所以得到因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)裝置所引發(fā)定位誤差為：其中，為空載時(shí)導(dǎo)軌靜摩擦力。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選擇是4級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)承公差為，機(jī)床定位精度0.012mm/300mm。所以，，可滿(mǎn)足因?yàn)閭鲃?dòng)剛度改變引發(fā)定位誤差小于(1/3-1/5)機(jī)床定位精度要求。再加上半閉環(huán)反饋系統(tǒng)得賠償，定位精度能深入提升。5.導(dǎo)軌強(qiáng)度校核采取兩根滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副，每根導(dǎo)軌上由兩塊滑塊，每分鐘往返4次，每日平均開(kāi)機(jī)時(shí)間為6小時(shí)，使用年限為五年以上。所以需要校核導(dǎo)軌額定動(dòng)載荷是否符合要求。校核過(guò)程應(yīng)用C語(yǔ)言編制程序計(jì)算（程序詳見(jiàn)附錄B），結(jié)果符合要求?？偠灾?，X軸伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合工作要求。因?yàn)閅軸伺服系統(tǒng)計(jì)算過(guò)程和X軸相同，結(jié)果也符合工作要求，所以在這里不再贅述。4.4伺服電機(jī)計(jì)算

4.4.1慣量計(jì)算由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得平移物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為螺母轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為負(fù)載及機(jī)械傳動(dòng)裝置總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為滿(mǎn)足慣量匹配條件。4.4.2轉(zhuǎn)矩匹配計(jì)算對(duì)數(shù)控機(jī)床，因?yàn)閯?dòng)態(tài)響應(yīng)特征要求高，所以，電機(jī)力矩關(guān)鍵是用來(lái)產(chǎn)生加速度。滿(mǎn)足轉(zhuǎn)矩匹配要求。4.4.3檢測(cè)裝置選擇傳感器是將機(jī)電一體化系統(tǒng)中被檢測(cè)對(duì)象多種物理改變量變?yōu)殡娦盘?hào)一個(gè)變換器。它關(guān)鍵被用于檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)本身和作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)動(dòng)作提供信息。傳感器種類(lèi)繁多，按其作用可分為檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)內(nèi)部信息傳感器和檢測(cè)作業(yè)對(duì)象和外部環(huán)境狀態(tài)外部信息傳感器。內(nèi)部信息傳感器包含檢測(cè)位置、速度、力、力矩、溫度和異常改變傳感器。而外部信息傳感器有和人體互感相對(duì)應(yīng)，也有純工程性。按輸出信號(hào)性質(zhì)可將傳感器分為開(kāi)關(guān)型(二值型)、模擬型和數(shù)字型。開(kāi)關(guān)型傳感器分為接觸型和非接觸型。模擬型傳感器分為電阻型，電壓、電流型，電感、電容型。數(shù)字型可分為計(jì)數(shù)型和代碼型。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)傳感器基礎(chǔ)要求:體積小、重量輕、對(duì)整機(jī)適應(yīng)性好;精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高;安全可靠、壽命長(zhǎng);便于和計(jì)算機(jī)連接;不易受被測(cè)對(duì)象性(如電阻、導(dǎo)磁率)影響，也不影響外部環(huán)境;對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)；現(xiàn)場(chǎng)處理簡(jiǎn)單、操作性能好;價(jià)格廉價(jià)。在伺服控制系統(tǒng)中，檢測(cè)裝置是關(guān)鍵組成部分。它作用是將被檢測(cè)量轉(zhuǎn)換成等效電信號(hào)(如直流電流、直流電壓、脈沖信號(hào)等)，用來(lái)檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，組成半閉環(huán)、閉環(huán)控制。對(duì)數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)位