普通車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造3

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題 目： 普通車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造 姓 名： 李亞輝 編 號(hào)： 5060612 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書姓名 李亞輝 專業(yè) 機(jī)電一體化（數(shù)控） 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）題目： 普通車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造 A·編制設(shè)計(jì) B·設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 劉東曉 系（部）主 任 張君 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄 機(jī)械工程 系 數(shù)控 專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日進(jìn)

2、行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 普通車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造 專題（論文）題目： 普通車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造 指導(dǎo)老師： 答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。答辯委員會(huì) 人，出席 人答辯委員會(huì)主任（簽字）： 答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 答辯委員會(huì)委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)第 頁(yè)共 頁(yè)學(xué)生姓名： 李亞輝 專業(yè) 機(jī)電一體化（數(shù)控） 年級(jí) 06級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 普通車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造 評(píng) 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績(jī)： 系（科）主

3、任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評(píng)語(yǔ)： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）摘要本次設(shè)計(jì)就數(shù)控車床兩個(gè)方向的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)查閱搜集資料，此次設(shè)計(jì)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)，考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，齒能傳動(dòng)采用了消除齒能間隙的結(jié)構(gòu)。為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量采用減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。與普通CA6140機(jī)床相比，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的大大簡(jiǎn)化，機(jī)床的功能擴(kuò)充，機(jī)床自身的精度、加工精度和加工效率得以顯著提高。關(guān) 鍵 詞：滾珠絲杠螺母副，交流伺服電機(jī)，伺服系統(tǒng)，造型。論文類型：基礎(chǔ)研究。

4、ABSTRACTThe design on the CNC lathe feeding system in both directions has been designed.Through access to gather information，the continuous control system design options， taking into account an economic high precision CNC machining，in order to simplify the structure，reduce costs， use of open-loop st

5、epper motor control system，gear to drive gear can be used to eliminate the gap structure To guarantee the transmission accuracy and smoothness，as far as possible to reduce friction，use ball screw pair. Compared with ordinary CA6140 machine，CNC machine tools economical than the traditional mechanical

6、 structure greatly simplified and expanded the functions of the machine，precision machine tool itself，processing accuracy and processing efficiency can be improved significantly .Keywords: ball screw pair, AC servo motors，servo systems， computing，modeling.Dissertation Type: Basic research .目 錄緒 論1第一

7、章 CA6140普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的選擇31.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與司服系統(tǒng)的選擇31.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)31.3機(jī)械傳動(dòng)式3第二章 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型42.1脈沖當(dāng)量和切削力的確定42.1.1脈沖當(dāng)量42.1.2切削力42.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型42.2.1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm52.2.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C52.2.3計(jì)算最大靜負(fù)載62.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算72.2.5剛度驗(yàn)算72.3穩(wěn)定性驗(yàn)算9第三章 交流伺服電機(jī)的計(jì)算和選型103.1初選步進(jìn)電機(jī)113.2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)距的校核計(jì)算123.2.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算123.2.2絲杠折算到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式123.2.3工作臺(tái)打算到

8、電機(jī)軸上的慣量123.2.4絲杠傳動(dòng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)量123.2.5電機(jī)轉(zhuǎn)距的計(jì)算13第四章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)計(jì)算154.1脈沖當(dāng)量的選擇和切削力的計(jì)算154.1.1選擇脈沖當(dāng)量：154.1.2 計(jì)算切削力154.2齒輪比的計(jì)算174.3縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)21第五章 結(jié)論23參考文獻(xiàn)24致謝25 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）緒 論我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，在新的國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中， 我國(guó)正逐漸成為全球制造業(yè)的重要基地之一。“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展”是國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，在這的新的概念下，生產(chǎn)組織的類型正向著“以市場(chǎng)需求為動(dòng)力；

9、以技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)”的柔性自動(dòng)化的方向發(fā)展。應(yīng)用高新技術(shù)，使各種生產(chǎn)類型的工藝過(guò)程都向著柔性化的方向發(fā)展。應(yīng)用高新技術(shù)，特別是信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)話升級(jí)，將成為今后一段時(shí)間制造業(yè)發(fā)展的主題之一。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，柔性化，集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是提高制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必可少的重要手段，數(shù)控機(jī)床也是國(guó)防工業(yè)現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略裝備，是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要標(biāo)志。在此次CA6140改造成經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床中，它不僅鍛煉個(gè)人的動(dòng)腦能力，而且還將用到在大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)以及課后讀的相關(guān)資料和工具書，所以此次設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)好數(shù)控有很大的提高。以普通CA6140機(jī)床

10、相比，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的大大簡(jiǎn)化，機(jī)床的功能擴(kuò)充，機(jī)床自身的精度，加工精度和加工效率的以顯著提高，數(shù)控機(jī)床的加工原理是機(jī)床刀具沿理想運(yùn)動(dòng)軌跡的直線和圓弧作插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，從而以提高精度來(lái)切削出零件形狀，在這里所謂的插補(bǔ)是將自由曲線近似地轉(zhuǎn)化成為也二組離散的簡(jiǎn)單曲線段稱為刀具插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡。數(shù)控機(jī)床綜合了精密機(jī)械、電子、電力托運(yùn)、自動(dòng)控制、故障診斷和計(jì)算機(jī)等多方面的技術(shù)，是典型的高精度、高效率及高柔性的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛，而數(shù)控車削加工是機(jī)械加工中最主要的數(shù)控加工方法之一。所以數(shù)控車床的設(shè)計(jì)與研究對(duì)制造業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。這次設(shè)計(jì)就數(shù)控車床兩個(gè)方向的進(jìn)給系

11、統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，由于時(shí)間有限，經(jīng)驗(yàn)不足，加之資料不全，確實(shí)存在錯(cuò)誤疏忽之處，希望老師給予指正。第一章普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的選擇1.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與司服系統(tǒng)的選擇由于改造的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有定位，直線插補(bǔ)，順圓和逆圓插補(bǔ)，站停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能；故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行器。1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由于MSC-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，速度快抗干擾能強(qiáng)。性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS-51系列的8052單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)有微機(jī)部分

12、組成，鍵盤及顯示器，IO接口及光隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。1.3機(jī)械傳動(dòng)式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒能減速在傳動(dòng)給絲杠。為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量采用減少摩擦力，選用滾珠絲杠 螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的機(jī)構(gòu)。齒能傳動(dòng)也要采用消除齒能間隙的結(jié)構(gòu)。 第二章 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型2.1脈沖當(dāng)量和切削力的確定 2.1.1脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床的精度要求確定脈沖當(dāng)量；橫向脈沖采用（半徑）。2.1.2切削力主切削力可取縱切的121縱向車外圓的主切削力的公

13、式： =0.67D1.5max （2-1）2橫切端面的主切削力公式的估算： Fz1=12X 0.67D1.5max （2-2） 式中：D-在床面上加工的最大直徑3此時(shí)的走刀抗力為：Fy1，吃刀抗力：Fx1，還按上述比例粗略計(jì)算： Fz1 ：Fy1 ：Fx1=1：0.25：0.4 2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型公稱直徑d指滾珠中心圓的直徑，d根據(jù)承受的載荷來(lái)選取。d越大，絲杠承載的能力和剛度就越大。為了滿足傳動(dòng)剛度和穩(wěn)定性的要求，通常d應(yīng)該大于絲杠長(zhǎng)度的1/301/35。絲杠長(zhǎng)度據(jù)加工要求：工件最大長(zhǎng)度750，來(lái)選1500。滾珠直徑承載能力有直接影響，應(yīng)盡可能取較大的數(shù)值。一般0.6 Lo，

14、其最后尺寸按滾珠標(biāo)準(zhǔn)選用。 2.2.1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給給牽引力主要包括：切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重要和切削力作用在導(dǎo)軌的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。導(dǎo)軌分為四種類型：距型導(dǎo)軌，燕尾形在導(dǎo)軌，三角形導(dǎo)軌或綜合導(dǎo)軌。采用導(dǎo)軌為燕尾形的公式：Fm=k + fFz1+2Fx1+G1 （2-3） K： 考慮復(fù)力影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)表1-1。 ： 端面的主切削力 ： 刀抗力： 抗力f ： 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同取0.2查表2-1。表2-1復(fù)力影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)表 類型Kf距型導(dǎo)軌1.10.15燕尾形在導(dǎo)軌1.40.2三角形導(dǎo)軌綜合導(dǎo)軌1.150.15-0.18鉆鏜

15、主軸圓導(dǎo)軌1.40.15注：上例摩擦系數(shù)f均指滑動(dòng)導(dǎo)軌，如果采用貼塑導(dǎo)軌：f=0.03-0.05；滑動(dòng)導(dǎo)軌：f=0.0025-0.005；靜壓導(dǎo)軌f=0.0052.2.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C選用滾珠絲杠螺母副的直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)106后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值。 (2-4) (2-5) (2-6)式中：Vs:橫向最大切削條件下的進(jìn)給速度可取最高進(jìn)給速度：L：壽命，以轉(zhuǎn)化為單位。n：絲杠轉(zhuǎn)速l0；絲杠導(dǎo)程mm。T：為使用壽命H對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000H。：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)查表2-2。表2-2滾珠絲杠螺母副的尺寸系列表運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無(wú)沖擊運(yùn)

16、轉(zhuǎn)1.0-1.2一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.2-1.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.5-2.5從手冊(cè)或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找出相應(yīng)的定負(fù)載CA的滾珠絲杠螺母副尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用是應(yīng)使CCA。2.2.3計(jì)算最大靜負(fù)載當(dāng)滾珠絲杠螺母副的靜態(tài)或低速n10 r/min情況下工作時(shí)，滾珠絲杠螺母副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生的塑性變形，當(dāng)塑性變形超過(guò)一定限度就會(huì)破壞滾珠絲杠螺母副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過(guò)滾珠直徑的萬(wàn)分之一。產(chǎn)生這樣大的塑性變形是的負(fù)載。 （2-7）靜態(tài)安全系數(shù)，當(dāng)為一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)： =1-2 有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) =2-3FMAX；滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷N； 2.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母

17、副傳動(dòng)效率計(jì)算= （2-8）：絲杠螺旋升角。：摩擦角滾珠絲杠螺母副的摩擦系數(shù)f=0.003-0.004， 摩擦系數(shù)約等于10。2.2.5剛度驗(yàn)算滾珠絲杠螺母副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：1滾珠絲杠的拉伸和壓縮變形量，在總的變形量中的比重最大。可以用計(jì)算方法或查圖表的方法決定。計(jì)算法：先用下式計(jì)算滾珠絲杠受工作負(fù)載Fm的作用引起的導(dǎo)程L0的變化量。Lmm在計(jì)算滾珠絲杠長(zhǎng)度的拉伸和壓縮變量。2滾珠和螺紋滾道間接觸變形，此項(xiàng)在變形量中的比重。當(dāng)對(duì)絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的1/3時(shí)的值可減少一半，若選用的滾珠絲杠螺母副不是圖表中的系列

18、則計(jì)算如下。無(wú)預(yù)緊力時(shí)：=0.00176有預(yù)緊力時(shí)：=0.0028Z： 2 X 圈數(shù) X 例數(shù) Z：外循環(huán) Z：-3內(nèi)循環(huán) Fm：軸向工作負(fù)載N d0：滾珠直徑 Z： 一圈的滾珠數(shù)： 預(yù)緊力N Z1：滾珠數(shù)量 D0：滾珠絲杠公稱直徑3支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形，一般占的比重也較大。不同類型的軸承的接觸變形量可用不同的公式計(jì)算：(1)推力球軸承 (2)推力調(diào)心球軸承 (3)圓錐滾子軸承 (4)推力圓柱滾子軸承 當(dāng)施加預(yù)緊力后： Fm：軸承所受軸向載荷N Z ：軸承的滾動(dòng)體數(shù)目DQ：軸承滾動(dòng)體直徑mm d ：軸承的接觸角0 ：軸承滾子有效長(zhǎng)度 ：滾子長(zhǎng)度 r ：滾子倒圓角半徑4滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)

19、變形允起導(dǎo)程變化量，一般的比重較小，常忽略不計(jì)。5螺母座及軸承座的變形，常為滾珠絲杠螺母副系統(tǒng)鋼度的薄弱環(huán)節(jié)。但變形量計(jì)算較為困難；一般根據(jù)取精度要求在結(jié)構(gòu)上盡量增加剛度而不作計(jì)算。因此滾珠絲杠螺母副鋼度的計(jì)算主要是驗(yàn)算和應(yīng)大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)考慮選用較大的滾珠絲杠螺母副，以上變量之和為：圖2-1滾珠絲杠 2.3穩(wěn)定性驗(yàn)算對(duì)于選定的尺寸絲杠在給定的支承條件下，最大軸向負(fù)載是，應(yīng)驗(yàn)算其沒有產(chǎn)生縱向彎曲的危險(xiǎn)。E：絲杠材料彈性模量N/cm2對(duì)剛20.6 X 106 N/cm2 I：面慣性距cm4 ，對(duì)于絲杠為為絲杠螺紋的底徑)L：絲杠兩支承端距離：絲杠的支承方式系數(shù)查表2-3

20、。表2-3滾珠絲杠選擇原則方式一端固定一端自由兩端簡(jiǎn)支一端固定一端簡(jiǎn)支兩端固定0.251.002.004.00臨界負(fù)載與最大工作負(fù)載之比為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果則絲杠不致失穩(wěn)為許用穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取。 第三章 交流伺服電機(jī)的計(jì)算和選型數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它由伺服電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)（或減速齒輪）、滾珠絲杠螺母副（含絲杠支承）、導(dǎo)軌副、傳動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)；或蝸輪蝸桿副傳動(dòng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或分度工作臺(tái)。這些環(huán)節(jié)的制造精度、摩擦阻尼特性和剛度對(duì)保證執(zhí)行件能否準(zhǔn)確及時(shí)實(shí)現(xiàn)最小設(shè)定單位的位移量起著決定作用。由伺服電機(jī)的速度控制、位置控制環(huán)節(jié)和各個(gè)機(jī)械環(huán)節(jié)互相配合，形成一個(gè)忠實(shí)執(zhí)行數(shù)控系

21、統(tǒng)命令并進(jìn)行功率放大和及時(shí)反饋的位置伺服控制系統(tǒng)。這樣，弄懂一個(gè)坐標(biāo)的控制，也就掌握了數(shù)控技術(shù)的關(guān)鍵所在。因?yàn)橛辛艘粋€(gè)坐標(biāo)，就很容易推廣到兩坐標(biāo)、三坐標(biāo)，以及由蝸桿蝸輪傳動(dòng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)坐標(biāo)控制；至于它們之間聯(lián)動(dòng)控制問題則由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)軟件來(lái)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)。另外，伺服進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載變化很大，響應(yīng)特性要求很高，故對(duì)剛度、慣量匹配都有很高的要求。選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)該首先根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，包括步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分別計(jì)算各種情況下所需的等效力距；在根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜負(fù)載轉(zhuǎn)距和啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率特性選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。為了滿足滑臺(tái)輕巧,簡(jiǎn)便,實(shí)用,我采用了交流伺服電機(jī).

22、交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1無(wú)電刷磨損，無(wú)火花產(chǎn)生，故壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期不須維修，工作安全可靠。2輸出轉(zhuǎn)矩高，包括高速下的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩能在很寬的范圍內(nèi)保持較大的轉(zhuǎn)矩。3交流伺服電機(jī)慣量小,轉(zhuǎn)速高。4伺服進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載來(lái)選取的。加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載有負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量。負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括切削轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩。負(fù)載慣量指由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的部件的慣量折算到伺服電機(jī)軸上的慣量總和。3.1初選步進(jìn)電機(jī) 1計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)距Tm交流伺服電機(jī)的計(jì)算和選型：Tm = （3-1）：電機(jī)絲杠的傳動(dòng)效率為齒輪軸承絲杠效率之積其中一對(duì)齒輪只效為0.98，一對(duì)軸承之效率為0.99

23、；：脈沖當(dāng)量2估算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)距 ：根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距除以一定的安全系數(shù)估算公式： = （3-2）橫向進(jìn)給司服系統(tǒng)取0.4-0.53計(jì)算最大負(fù)載轉(zhuǎn)距；表示步進(jìn)電機(jī)所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)距與啟動(dòng)轉(zhuǎn)距的關(guān)系如表3-1。和步進(jìn)電機(jī)通電方式有關(guān)，可根據(jù)在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)手冊(cè)中初選步進(jìn)電機(jī)。表3-1轉(zhuǎn)距與啟動(dòng)轉(zhuǎn)距的關(guān)系步進(jìn)電機(jī)相數(shù)三 相四 相五 相六 相排數(shù)3648510120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8664步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高起動(dòng)頻率HZ：運(yùn)動(dòng)部件最大快移速度m/min：脈沖當(dāng)量5初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)根據(jù)計(jì)算出最大靜轉(zhuǎn)距在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本中選出步進(jìn)電機(jī)型號(hào)。3.2步進(jìn)電

24、機(jī)轉(zhuǎn)距的校核計(jì)算3.2.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算3.2.2絲杠折算到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式Z1：Z2小齒輪及大齒輪的齒數(shù) ：滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg/cm23.2.3工作臺(tái)打算到電機(jī)軸上的慣量：工作臺(tái)的移動(dòng)速度cm/min n：絲杠的轉(zhuǎn)速r/minG：工作臺(tái)重量 kg g：重力加速度 ：絲杠導(dǎo)程cm 3.2.4絲杠傳動(dòng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)量步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一對(duì)齒輪降速傳到絲杠上，此傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)周上的傳動(dòng)慣量公式：J1：齒輪的傳動(dòng)慣量 kg.cm2 J2：齒輪的傳動(dòng)慣量 kg.cm2 J3：絲杠的傳動(dòng)慣量 kg.cm2 G：工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量N 注意：上式中沒有考慮電機(jī)本身的傳動(dòng)慣量，根據(jù)實(shí)踐

25、經(jīng)驗(yàn)。轉(zhuǎn)子慣量之間，有一個(gè)慣量匹配的問題，不能太小，否則機(jī)床動(dòng)態(tài)特性主要取決負(fù)載特性，此時(shí)不同重量和行程的各坐標(biāo)特性將有很大的區(qū)別，并且很容易手切削里摩擦力等干擾的影響。比值太大不經(jīng)濟(jì)，考慮轉(zhuǎn)子慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量。 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)二對(duì)齒輪降速后傳動(dòng)到絲杠，此系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量。3.2.5電機(jī)轉(zhuǎn)距的計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)距在各種情況下是不同的，按下列情況選擇蹦計(jì)算。1快速空載起動(dòng)所需的轉(zhuǎn)距公式：M=Mmax+Mf+M0 (3-3)：快速空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)距：空載起動(dòng)的折算到電機(jī)軸上的加轉(zhuǎn)距：折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)距：由于絲杠預(yù)緊是折算到電機(jī)周上的附加摩擦轉(zhuǎn)距2快速進(jìn)給是所需轉(zhuǎn)距M=

26、Mf+Mo3最大切削負(fù)載是所需轉(zhuǎn)距M"= Mf+Mo+Mt (3-4) ：傳動(dòng)系統(tǒng)折算電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)距。：傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)周上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm2：電機(jī)最大角加速度rad/s2：電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速r/min：運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度r/min： 脈沖當(dāng)量：步進(jìn)電機(jī)的步距角0：部件從停止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間s：導(dǎo)軌的嗎擦力N：垂直方向的切削力N：運(yùn)動(dòng)部件的總重量N：摩擦系數(shù)：齒輪降速比：傳動(dòng)連的總效率一般取0.7-0.85：滾珠絲杠預(yù)緊負(fù)荷一般取1/3：進(jìn)給牽引力：滾珠絲杠導(dǎo)程：滾珠絲杠末預(yù)緊時(shí)傳動(dòng)效率一般取0.9 第四章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)計(jì)算4.1脈沖

27、當(dāng)量的選擇和切削力的計(jì)算4.1.1選擇脈沖當(dāng)量：根據(jù)機(jī)床的精度要求確定脈沖當(dāng)量。橫向0.05mm。4.1.2 計(jì)算切削力1計(jì)算切削力 Fm=k×Fy+f×(z1+2Fx1+G1)=35431.4×670+0.2(2680+2×1072+800=2063N2計(jì)算最大負(fù)載 3選擇滾珠絲杠螺母副從附錄中查出W2005-2.5圈1例外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，而定動(dòng)載為8800N，可滿足要求選定精度為3級(jí)。4傳動(dòng)效率計(jì)算 =5橫向進(jìn)給絲杠支承式如圖，最大牽引力2063N，支承間距L=350mm，因絲杠長(zhǎng)度較短預(yù)緊。螺母及軸承預(yù)緊。圖4-1橫向進(jìn)給絲杠支承式(1)

28、絲杠的拉伸或壓縮變形量(mm) (2) 采用8102推力球軸承考慮到進(jìn)行預(yù)緊力： 顯然比變形量大于定位精度的要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的設(shè)施修改設(shè)計(jì)。因橫向溜板空間限制不宜在加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減少磨擦力，從而減少最大牽引力。=1162.96 N<0.015橫向進(jìn)給定位精度應(yīng)應(yīng)取縱向進(jìn)給定位精度的1/2，應(yīng)為±0.0075。(3)穩(wěn)定性校核 4.2齒輪比的計(jì)算 確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量滾珠絲杠導(dǎo)程初選步進(jìn)電機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比: 考慮到機(jī)構(gòu)上的原理，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，姑此處采用兩極齒輪變速。模數(shù)M取21步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型估算 計(jì)算如取5相10拍

29、 計(jì)算和 2初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)根據(jù)估算出的最大轉(zhuǎn)距在參考書中查出90BF002最大靜轉(zhuǎn)距位39.2可滿足要求，考慮到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床有較大的切削用量決定選用步進(jìn)電機(jī)。從參考書查出，130BF001 （1）校核電機(jī)轉(zhuǎn)距。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算參考同類型機(jī)床初選步進(jìn)電機(jī)130BF001，其轉(zhuǎn)子慣量考慮步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)慣量匹配問題。電機(jī)轉(zhuǎn)距計(jì)算?？焖倏蛰d啟動(dòng)轉(zhuǎn)距M。 （4-1） （4-2） 折算到電機(jī)周上的摩擦轉(zhuǎn)距M1附加摩擦轉(zhuǎn)距 （4-3） 快速2時(shí)所需轉(zhuǎn)距 最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)距 （4-4）從上面計(jì)算可以看出，和三中情況下，以快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)距最大，即項(xiàng)為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)距的依據(jù)。從參考書中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為

30、五相十拍時(shí)，則最大靜轉(zhuǎn)距為：從參考書中查出130BF-001型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)距為9.31N.CM大于所需最大靜轉(zhuǎn)距以滿足此要求。3校核步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)距起動(dòng)距頻率特性和運(yùn)行距頻率特性。前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移是需步進(jìn)電機(jī)的最高啟動(dòng)頻率為2500HZ，切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1000HZ。經(jīng)過(guò)計(jì)算和類比設(shè)計(jì)，查參考書，決定選用130BF-001型步進(jìn)電機(jī)。圖4-2 滾珠絲杠如圖圖4-3橫向電機(jī)參考立表4-1 SGMGH型伺服電機(jī)參數(shù)表（安川手冊(cè)摘錄） 4.3縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)其幾何參數(shù)見表4-2。表4-2 WD4006和WD2505滾珠絲杠幾何參數(shù) (單位：mm)參數(shù)名稱符號(hào)關(guān)系

31、式WD2505螺紋滾道公稱直徑25導(dǎo) 程5接觸角剛球直徑3.175滾道法面半徑R1.651偏 心 距E0.045螺紋升角螺桿外 經(jīng)24.365內(nèi) 經(jīng)21.788接觸直徑21.83螺母螺紋直徑D27.402內(nèi) 經(jīng)25.635第五章 結(jié)論緊張而有序的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本完成，在耗時(shí)將近三個(gè)月的設(shè)計(jì)中完成了“CA6140車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造”這一題目的設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲概括起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)： 1熟悉并實(shí)踐了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本思想和一般方法，以及具體設(shè)計(jì)的步驟。2完成機(jī)械部分設(shè)計(jì)，了解數(shù)控車床整體結(jié)構(gòu)，熟悉了其傳動(dòng)及工作原理，掌握了其主要部件的作用，數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)性能滿足加工要求，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的目的。3完成了數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)了交流伺服電機(jī)、滾珠絲杠螺母副、貼塑導(dǎo)軌等機(jī)床的主要部件的基本性質(zhì)及其工作原理。