091125第4章 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第4章 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述4.1.1 機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)主要內(nèi)容在構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的要素中，幾個(gè)部分并不是并列的，機(jī)械部分是主體，而且系統(tǒng)的主功能必須由機(jī)械裝置來完成 構(gòu)成：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 支承與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 軸系、 機(jī)座機(jī)架 （l） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能是傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)作用機(jī)械傳動(dòng)部件對(duì)伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動(dòng)類型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對(duì)系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速性有很大影響。（2） 支承與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供支承和導(dǎo)向。（3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)

2、下，完成預(yù)定的操作。一般要求它具有較高的靈敏度、精確度、重復(fù)性和可靠性等。（4） 軸系 作用傳遞轉(zhuǎn)矩及精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它直接承受外力（力矩） （5） 機(jī)座機(jī)架作用承重、支撐、保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。 4.1.2 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動(dòng)力件、傳動(dòng)件、執(zhí)行件三部分加上電器、液壓和機(jī)械控制等部分組成機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)組成，其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)需使伺服電機(jī)和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及慣量得到匹配，即在滿足伺

3、服系統(tǒng)高精度、高響應(yīng)速度、良好穩(wěn)定性的前提下，還應(yīng)該具有較大的剛度、較高的可靠性和重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) （1） 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 傳動(dòng)鏈短、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、線性傳遞、無間隙傳遞等（2） 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)滿足伺服系統(tǒng)對(duì)其穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求精密化、高速化、小型化和輕量化應(yīng)綜合考慮各個(gè)零部件的制造安裝精度、結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性以及動(dòng)作的靈敏性和易控性，對(duì)具體零部件的設(shè)計(jì)提出了更高、更嚴(yán)的要求 4.2 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) （1） 無（?。﹤鲃?dòng)間隙開環(huán)或閉環(huán)之外的傳動(dòng)間隙不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，但影響伺服精度（逆運(yùn)行時(shí)的回程誤差）；閉環(huán)之內(nèi)的傳動(dòng)間隙不影響系統(tǒng)靜態(tài)精度，但影響穩(wěn)定性；若閉環(huán)系統(tǒng)

4、的穩(wěn)定裕度較小，則會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩。 （2） 慣量小大慣量會(huì)使系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)增大，固有頻率降低，從而使系統(tǒng)負(fù)載大，響應(yīng)慢，靈敏度低，易產(chǎn)生諧振 4.2.l 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能要求（3） 摩擦小大摩擦?xí)斐蓜?dòng)態(tài)滯后，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和低速爬行 （4） 剛度大 大剛度利于：減小機(jī)構(gòu)彈性變形，從而減小伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失；提高機(jī)構(gòu)固有頻率，避開機(jī)構(gòu)的伺服帶寬，不易產(chǎn)生共振；增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （5） 阻尼適中大阻尼能抑制振動(dòng)的最大振幅，且使振動(dòng)快速衰減，但同時(shí)也會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低，因此阻尼要適中 （6） 縮短傳動(dòng)鏈 采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠

5、螺母副連接，以減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。 4.2.2 無側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 齒輪傳動(dòng)消齒側(cè)間隙的方法：中心距調(diào)整法雙圓柱薄齒輪錯(cuò)齒消隙法齒輪增寬消隙法等。中心距調(diào)節(jié)消隙法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需反復(fù)調(diào)試 雙圓柱薄齒輪錯(cuò)齒消隙 齒側(cè)間隙可自動(dòng)補(bǔ)償，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜齒輪增寬消隙法 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但墊片的厚度需要反復(fù)調(diào)整4.2.3 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換：傳遞能量為主（如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)龋?、傳遞運(yùn)動(dòng)為主的（如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠）、調(diào)整零件之間相對(duì)位置為主。根據(jù)摩擦副不同：滑動(dòng)摩擦絲杠、滾動(dòng)摩擦絲杠；根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式不

6、同： 螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) ；絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng) ；螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng) ；絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) ；差動(dòng)傳動(dòng)方式 絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式 螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng) 螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng) 絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 差動(dòng)傳動(dòng)方式 微動(dòng)機(jī)構(gòu)、快進(jìn)機(jī)構(gòu)4.2.3.1 滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副特點(diǎn)： 傳動(dòng)效率高：9296 ，耗費(fèi)的能量?jī)H為滑動(dòng)絲打的l/41/3 運(yùn)動(dòng)具有可逆性：需設(shè)置制動(dòng)裝置 軸向剛度好 傳動(dòng)精度高，使用壽命長(zhǎng)：低速時(shí)無爬行現(xiàn)象，能始終保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏性；摩擦小，絲杠副工作時(shí)溫升和熱變形小，可獲得較高的傳動(dòng)精度；由于磨損小，長(zhǎng)期使用后仍

7、能保持其精度，因而壽命長(zhǎng) 制造工藝復(fù)雜 4.2.3.2 滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 螺紋滾道形狀單圓弧形接觸角隨軸向載荷而變化，易加工成精度高，成本低雙圓弧形接觸角不隨軸向載荷而變化，不易加工成精度高，成本高滾珠內(nèi)循環(huán)固定反向器式循環(huán)回路短，流暢性好，效率高，螺母徑向尺寸小；反向器加工難，裝配調(diào)整不便，不適合重載浮動(dòng)反向器式滾珠外循環(huán)螺旋槽式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，裝配調(diào)整方便，適合重載；循環(huán)回路長(zhǎng)，螺母徑向尺寸大插管式間隙調(diào)整與預(yù)緊雙螺母墊片預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度高，預(yù)緊可靠單螺母變位預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)剛度低，預(yù)緊可靠，用于較小直徑絲杠單螺母增大滾珠直徑預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)剛度低，預(yù)緊可

8、靠，用于較小直徑絲杠支承方式一端固定一端自由(F-O)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛度較兩端固定低，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速較低，用于較短和豎直的絲杠一端固定一端支承(F-S)兩端與螺母要同軸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，剛度同(F-O)相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速較(F-O)高，用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠支承方式兩端固定(F-F)兩端與螺母要同軸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，軸承無間隙時(shí)剛度為(F-S)的4倍，無壓桿穩(wěn)定性問題，固有頻率高，適用于剛度和精度要求較高的場(chǎng)合潤(rùn)滑潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑脂90180透平油，鋰基油脂密封絲杠波紋管，伸縮罩螺母,螺母兩端用密封圈一端固定一端自由式支承一端固定一端游動(dòng)式支承 兩端固定式支承 絲杠螺

9、母密封 4.2.3.3 滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 滾珠絲杠副的精度GB/T17587.3-1998標(biāo)準(zhǔn):定位滾珠絲杠幅（P）、傳動(dòng)滾珠絲杠副（T）兩類精度：1、2、3、4、5、6、7、10七個(gè)等級(jí)級(jí)，1級(jí)最高，依次降低。 （2） 絲杠螺母副導(dǎo)程計(jì)算（mm） 機(jī)械最高運(yùn)動(dòng)速度（mm/min） 傳動(dòng)比電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速（3） 絲杠轉(zhuǎn)速計(jì)算 （r/min） （4） 行程補(bǔ)償值 熱膨脹系數(shù)（12.010-6）；溫升（一般取24）；Lu有效行程 或Lx機(jī)械最大行程； La安全行程；Ln螺母長(zhǎng)度；L1螺紋全長(zhǎng)；Le余程 （ Vimm/min） 公稱導(dǎo)程 Ph/mm456810121620余程 Le/mm1

10、620243240455060熱變形的補(bǔ)償行程偏差與預(yù)拉伸力行程偏差C目標(biāo)行程和公稱行程之差，為了補(bǔ)償熱變形的影響，行程偏差C=t并取負(fù)值。預(yù)拉伸固定-固定安裝方式時(shí)，還可以采用預(yù)拉伸絲杠的方法來進(jìn)一步補(bǔ)償熱變形，預(yù)拉伸力Ft： E彈性模量 2.1105Mpa（即2.1105N/mm2）；d2絲杠底徑（mm）；t溫升（一般取24）（5） 基本額定載荷Coa 軸向基本額定靜載荷Coa滾珠絲杠副在承受最大接觸應(yīng)力處產(chǎn)生不大于0.0001倍的鋼球直徑的永久變形時(shí)，所能承受的最大軸向載荷軸向基本額定動(dòng)載荷Ca一組（相當(dāng)數(shù)量）相同參數(shù)的滾珠絲杠副，在相同的條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)10e6轉(zhuǎn)時(shí)，90%的滾珠絲杠副的螺

11、紋滾道的表面或鋼球的表面不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕所能承受的最大軸向載荷。 （6） 滾珠絲杠副的軸向載荷計(jì)算 水平安裝 鉛垂安裝（7） 預(yù)期壽命用預(yù)期運(yùn)行時(shí)間表示（h）。用預(yù)期運(yùn)行距離表示（km） 表4-3 常用設(shè)備推薦壽命（小時(shí)）機(jī)床20000生產(chǎn)機(jī)械10000自動(dòng)化設(shè)備15000測(cè)試設(shè)備15000（8） 滾珠絲杠副的當(dāng)量載荷Fm及當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm（9） 額定動(dòng)載荷下限值Cam的計(jì)算按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間Lh 按滾珠絲杠副的預(yù)期運(yùn)行距離Ls Fm當(dāng)量載荷fa精度系數(shù) fw載荷系數(shù)表4-4 精度系數(shù)fa精度等級(jí)1、2、3、4、56、710精度系數(shù)fa1.00.90.7表4-5 載荷系數(shù)fw負(fù)荷性質(zhì)平穩(wěn)沖擊

12、振動(dòng)載荷系數(shù)fw11.21.21.51.52（10） 額定靜載荷下限值Coamfs安全系數(shù)，一般為1.22，有沖擊、震動(dòng)的運(yùn)動(dòng)1.53 Fmax是外加在滾珠絲杠副上的最大軸向載荷 （11） 滾珠絲杠副的預(yù)緊與軸向接觸剛性 滾珠絲杠副的預(yù)緊滾珠絲杠軸向載荷與彈性變形：1無預(yù)緊；2有預(yù)緊預(yù)緊就是在滾珠絲杠副內(nèi)，預(yù)先施加軸向載荷表4-6 軸向載荷與彈性變形有無預(yù)緊Fa軸向剛度K（以Fp/為1）無Fp01增大而減小約3Fp203/2有Fp0 /33是常數(shù)約3Fp03 滾珠絲杠副的軸向接觸剛性a. 不預(yù)緊的滾珠絲杠副軸向接觸剛性 b. 預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向接觸剛性 預(yù)緊力Ka不是樣本上的數(shù)值時(shí) (12)

13、 滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)矩（13） 滾珠絲杠副的安裝方式（14） 滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向剛性（15） 滾珠絲杠副的許用轉(zhuǎn)速、Dn值（16） 滾珠絲杠副的臨界壓縮載荷、強(qiáng)度計(jì)算（17） 滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算（18） 交流伺服電機(jī)選擇（19） 步進(jìn)電機(jī)選擇（20） 設(shè)計(jì)計(jì)算流程設(shè)計(jì)計(jì)算流程4.2.4 同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：（1） 傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高 ；（2） 工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)；（3） 不需潤(rùn)滑，耐油、耐水、耐高溫、耐腐蝕，維護(hù)保養(yǎng)方便；（4） 中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高；（5） 制造工藝復(fù)雜，成本高?？蓞⒖紘?guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11616-89和相關(guān)參考資料 4.2.5 聯(lián)軸器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常見新型聯(lián)軸

14、器：彈性膜片聯(lián)軸器 波紋管聯(lián)軸器 交錯(cuò)切口聯(lián)軸器彈性膜片聯(lián)軸器傳遞較大扭矩；波紋管聯(lián)軸器和交錯(cuò)切口聯(lián)軸器傳遞較小扭矩 （a）Z1型 （b）Z14型彈性脹緊聯(lián)結(jié)套Z1型：結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，它由兩個(gè)分別帶內(nèi)、外錐面的薄壁環(huán)組成，通過多套錐環(huán)的串聯(lián)即可適應(yīng)傳遞不同扭矩的要求。這種脹緊套所占的徑向尺寸最小，但軸向加壓結(jié)構(gòu)需要自行設(shè)計(jì)；Z14型：內(nèi)套帶有法蘭凸緣，只要在輪轂端面設(shè)置相應(yīng)的螺孔即可實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)套的脹緊，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較緊湊 4.3 支承與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可分為：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)支承、直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向支承 4.3.1 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)支承的性能及特點(diǎn)作用是支承做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸或絲杠；常用滾動(dòng)軸承、靜壓軸承，也用磁軸承和特制的滑動(dòng)軸承機(jī)

15、電一體化系統(tǒng)常用軸承性能及特點(diǎn) 種類性能滾動(dòng)軸承靜壓軸承磁軸承液體靜壓軸承氣體靜壓軸承精度無預(yù)緊時(shí)一般；在預(yù)緊無間隙的情況下較高，可達(dá)11.5 m高，可達(dá) 0.1m,精度保持性好高，可達(dá)0.020.12 m，精度保持性好一般，精度可達(dá)到1.53 m剛性滾珠軸承預(yù)緊后較高，短圓柱和圓錐軸承預(yù)緊后高高較差較差抗震性較差，阻尼比 0.020.04好好較好速度性能用于低中速，特殊軸承可用于較高速使用于各種速度適用于超高速80000160000r/min用于高速3000050000r/min摩擦損耗較小， 0.0020.008小小很小壽命抗疲勞強(qiáng)度較低長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)制造難易軸承生產(chǎn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化需復(fù)雜供油系統(tǒng)，

16、工業(yè)要求高需復(fù)雜供氣系統(tǒng)，工業(yè)要求高結(jié)構(gòu)相對(duì)較大，系統(tǒng)復(fù)雜使用維護(hù)簡(jiǎn)單，用油脂潤(rùn)滑供油系統(tǒng)要清潔，較難供氣系統(tǒng)清潔度高，但使用維護(hù)容較難成本低較高較高高4.3.2 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向支承的性能及特點(diǎn)主要是指直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。基本要求：導(dǎo)向精度高剛度大耐磨運(yùn)動(dòng)靈活和平穩(wěn)等直線滾動(dòng)導(dǎo)軌分類 按滾動(dòng)體的形狀：滾珠式、滾柱式 按導(dǎo)軌截面形狀：矩形、梯形 按軌道溝槽形狀：?jiǎn)螆A弧、雙圓弧直線滾動(dòng)導(dǎo)軌形式（a）滾珠式、 （b）滾柱式 導(dǎo)軌截面形狀 （a）矩形、 （b）梯形直線滾動(dòng)導(dǎo)軌溝槽形狀 （a）單圓弧 （b）雙圓弧4.3.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌選擇計(jì)算4.3.3.1 載荷計(jì)算4.3.3.2 計(jì)算靜態(tài)安全系數(shù)4.3.3

17、.3 計(jì)算平均載荷4.3.3.4 額定壽命計(jì)算靜態(tài)安全系數(shù)參考值使用導(dǎo)軌副設(shè)備類型載荷條件靜態(tài)安全系數(shù)下限一般工業(yè)設(shè)備無外部振動(dòng)或沖擊11.3有外部振動(dòng)或沖擊23機(jī)床無外部振動(dòng)或沖擊11.5有外部振動(dòng)或沖擊2.574.4 機(jī)座機(jī)架特點(diǎn)尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常有較多的加工面和加工孔；作用支承和連接一定的零部件，使這些零部件之間保持規(guī)定的尺寸和形位公差要求4.4.1 機(jī)座機(jī)架的基本要求（1） 保證剛度 ：動(dòng)剛度、靜剛度（2） 減少熱變形 ： 減少發(fā)熱 ； 散熱良好 ； 恒溫控制 ； 選擇熱變形對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式 ；（3） 提高抗震性 ： 提高靜剛度 ； 增加阻尼 ； 減輕重量 ； 隔振 （4） 良好的結(jié)

18、構(gòu)工藝性 ：機(jī)械加工工藝性和裝配工藝性 4.4.2 材料和熱處理機(jī)座機(jī)架的常用材料：鑄鐵合金鑄鐵鋼板花崗巖石等；4.5 數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.5.1 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 主軸系統(tǒng)主要參數(shù)（2） 數(shù)控機(jī)床常用主軸系統(tǒng)主軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)械：主軸齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)械主軸齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)交流伺服主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速電主軸無變頻驅(qū)動(dòng)調(diào)速磁浮主軸無變頻或交流伺服驅(qū)動(dòng)調(diào)速（3） 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) (a) 機(jī)械主軸 (b) 電主軸圖4-32 主軸電主軸技術(shù)參數(shù)速度范圍最高40000(rpm)（采用高壓油氣潤(rùn)滑）功率13(kW)（連續(xù)負(fù)載）轉(zhuǎn)矩m)（連續(xù)負(fù)載）靜剛度徑向130(N/m)，軸向106 (

19、N/m)主軸潤(rùn)滑方式軸承潤(rùn)滑脂，最高速度低于40000(rpm)（也可以采用高壓油氣潤(rùn)滑）安裝方式法蘭垂直或水平安裝編碼器內(nèi)嵌編碼器，用于主軸矢量控制和定向刀具裝卸液壓裝夾4.5.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 主軸系統(tǒng)主要參數(shù)4.5.1 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2） 數(shù)控機(jī)床常用主軸系統(tǒng)主軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)械主軸齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)械主軸齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)交流伺服主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速電主軸無變頻驅(qū)動(dòng)調(diào)速磁浮主軸無變頻或交流伺服驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)械主軸由專業(yè)制造商生產(chǎn)，配以主軸箱體、傳動(dòng)系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。而電主軸和磁浮主軸則完全由專業(yè)制造商生產(chǎn) （3） 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) (a) 機(jī)械主軸 (b) 電主軸高速機(jī)械

20、主軸需要高速交流主軸伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配以同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是較為經(jīng)濟(jì)，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；電主軸需要配以變頻驅(qū)動(dòng)調(diào)速器，其優(yōu)點(diǎn)是主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但經(jīng)濟(jì)性稍差，最高速度有富余 瑞士IBAG公司的HF120.2A32CVFHP型電主軸，其主要技術(shù)參數(shù)速度范圍最高40000(rpm)（采用高壓油氣潤(rùn)滑）功率13(kW)（連續(xù)負(fù)載）轉(zhuǎn)矩4.2(N.m)（連續(xù)負(fù)載）靜剛度徑向130(N/m)，軸向106 (N/m)主軸潤(rùn)滑方式軸承潤(rùn)滑脂，最高速度低于40000(rpm)（也可以采用高壓油氣潤(rùn)滑）安裝方式法蘭垂直或水平安裝編碼器內(nèi)嵌編碼器，用于主軸矢量控制和定向刀具裝卸液壓裝夾4.5.2 進(jìn)給傳

21、動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳見P1264.5.3 導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)導(dǎo)軌系統(tǒng)所承受的質(zhì)量、工作載荷、導(dǎo)軌配置、工作速度、行程等計(jì)算導(dǎo)軌系統(tǒng)的作用載荷和工作壽命，從而選擇導(dǎo)軌系統(tǒng)。1、滑座受力計(jì)算 2、徑向載荷和橫向載荷的等效載荷 3、靜態(tài)安全系數(shù)計(jì)算 4、平均載荷計(jì)算 5、額定壽命計(jì)算 導(dǎo)軌承受的質(zhì)量 導(dǎo)軌工作條件參數(shù) 工件質(zhì)量 m1(kg)200勻速行程 s2(mm)575夾具和工作臺(tái)質(zhì)量 m2(kg)220減速行程 s3(mm)12.5進(jìn)給速度 V(m/s)0.17導(dǎo)軌行程 ls(mm)600加速時(shí)間 t1(s)0.15X向切削力 F1(N)800勻速時(shí)間 t2(s)3.38Y向切削力 F

22、3(N)800減速時(shí)間t3(s)0.15Z向切削力 F2(N)200加減速度a1、a3 (m/s2)10重力加速度g( m/s2)9.8加行程s1 (mm)12.54.6 機(jī)電一體化新機(jī)械裝置4.6.1 鋼帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)的變換鏈輪鏈條傳動(dòng)工作不平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量大；同步齒形帶工作質(zhì)量比鏈輪有了很大的提高，但仍屬“有齒嚙合”傳動(dòng)的范疇，諸如齒距誤差、齒形誤差等因素還是對(duì)傳動(dòng)過程的平穩(wěn)性有一定影響。另外，同步齒形帶自身的彈性也使其傳動(dòng)剛度有所減弱。高強(qiáng)度的鋼帶承受張拉力大，厚度最薄、柔韌性最好、質(zhì)量最輕，比較適合高速、重載傳動(dòng)。現(xiàn)代鋼帶傳動(dòng)產(chǎn)品的特點(diǎn)強(qiáng)度高，縱向彈性變形小，傳動(dòng)剛度大、精度

23、高；抗高溫，耐腐蝕，具有導(dǎo)電性，容易結(jié)合，適用于高溫、有腐蝕性，或者環(huán)境潔凈度要求十分嚴(yán)格（如醫(yī)藥、半導(dǎo)體集成電路制造）的場(chǎng)合；運(yùn)動(dòng)質(zhì)量極輕，空間體積極小，工作平穩(wěn)無振動(dòng)；可以直接在鋼帶上沖壓出定位孔和各種附帶或輸送專用物品的空及型腔，使鋼帶同時(shí)具有準(zhǔn)確定位、物品輸送等功能。 4.6.2 諧波減速器諧波傳動(dòng)是依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形，引起齒間的相對(duì)位移來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的。柔輪的變形是一個(gè)基本對(duì)稱的和諧波，故稱為諧波傳動(dòng)。3個(gè)基本構(gòu)件：波發(fā)生器H、柔輪1和剛輪2 。剛輪的齒數(shù)柔輪齒數(shù)多。波發(fā)生器、柔輪、鋼輪三構(gòu)件中可任意固定一個(gè)，其余兩個(gè)一個(gè)為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)減速或增速（固定傳動(dòng)比），也可變換成兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，組成差動(dòng)傳動(dòng)。雙波發(fā)生器剛輪與柔輪的齒數(shù)相差為2，周長(zhǎng)相差兩個(gè)齒距的弧長(zhǎng)。若采用三波時(shí)，齒數(shù)差為3 諧波傳動(dòng) 諧波傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 傳動(dòng)比大; 承載能力大 ; 傳動(dòng)