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鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 1 0 緒論 本設(shè)計課題為 經(jīng)濟型數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng)設(shè)計 因為我們沒有精良的 加工工具或者是自動化系數(shù)等各方面遠遠的不及西歐等國家 所以我國的機械 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)系到國際民生的大事 是 富民強國的必要因素 我國要有更好的發(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)用范圍日益擴大 數(shù)控 機床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分 面對我國目前 機床擁有量少 工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點 突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變 機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌 使之盡可能地提高自動化程度 保證加工質(zhì)量 減 輕勞動強度 提高經(jīng)濟效益 橫向進給系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng) 和 縱向進給系統(tǒng) 被稱為車床的三大核 心系統(tǒng) 其重要地位是不言而喻了 三大系統(tǒng)的精確性 準確性 必將影響加 工產(chǎn)品的性能 而實現(xiàn)這一任務(wù)的有效的 基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù) 控機床 并對原有的機床進行數(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 400mm 2 快移速度 x 軸 4m min 3 定位精度 x 軸 0 035mm 4 重復定位精度 x 軸 0 0075mm 刀架 0 010mm 設(shè)計要求 設(shè)計課題要求 橫向進給運動設(shè)計時 電機與絲杠采用柔性結(jié) 構(gòu) 電機選用伺服電機 對電機的大小選擇進行驗證 及對滾珠絲杠直徑和支 承形式選擇進行強度較核 設(shè)計精度達原始數(shù)據(jù) 本課題所設(shè)計的進給系統(tǒng)是針對經(jīng)濟型中檔數(shù)控車床的 該系統(tǒng)設(shè)計成功 一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中 將使工廠的生產(chǎn)的數(shù)字化水平加強 生產(chǎn)力水平顯著 提高 勞動強度減輕 經(jīng)濟效益得到提高 根據(jù)自己三個多月來的設(shè)計過程 編寫了這本 設(shè)計說明書 其中 書 中肯定存在著相當?shù)囊恍﹩栴} 期望領(lǐng)導 老師給予批評 指正 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 2 1 國內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 從上世紀五十年代數(shù)控技術(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算機和微處理器 共經(jīng)歷了五代的發(fā)展 世界主要工業(yè)國家的數(shù)控機床己進入了指生產(chǎn)階段 數(shù) 控機床的產(chǎn)量 擁有量 數(shù)控化率都在急速上升 我國從 1958 看開始研究數(shù)控機械加工技術(shù) 60 年代針對壁錐 非圓齒輪 等復雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床 數(shù)控非圓齒輪插齒機等設(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 年代針對航空 工業(yè)等加工復雜形狀零件的急需 從 1973 年以來組織了數(shù)控機床攻關(guān)會戰(zhàn) 經(jīng) 過三年努力 到 1975 年己研制出了 40 多個品種 300 多臺數(shù)控機床 經(jīng)過 30 年 的努力 我國數(shù)控機床和數(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)累計生產(chǎn) 數(shù)控機床 4108 臺 其中約 3 4 以上的數(shù)控線切割機床 進入 80 年代 我國重 新重視發(fā) 展數(shù)控技術(shù) 采取了暫從國外引進控制機和伺服驅(qū)動系統(tǒng) 為國內(nèi)主機配 套的方針 1981 年 我國從日本 FANVC 公司引進了 FANVC3 系列 5 系列 7 系 列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機 直流主軸電機 技術(shù) 并在北京機床研究所建 立了數(shù)控設(shè)備廠 于 1981 年底開始驗收投產(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) 伺服電機與主軸電機也配套 生產(chǎn) 這些系統(tǒng)是外國 70 年代的水平 功能較全 可靠性能比較高 這樣就使 機床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機床有了可靠的基礎(chǔ) 使我國的主機品種與技術(shù)水平都有圈 套的發(fā)展與提高 經(jīng)濟型數(shù)控裝置有步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控裝置 直流電 機驅(qū)動的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點位式經(jīng)濟型數(shù)控裝置三種 對于數(shù)控車床改造一 般選用步電機驅(qū)動開環(huán)數(shù)控裝置 選擇時主要考慮以下性能 CPU 類型 用戶 容量 控制軸或聯(lián)動軸數(shù) 設(shè)定單位 插補類型 編程尺寸及編程標準 G M S T F 功能 刀補功能 間隙補償功能及循環(huán)功能 顯示方式及顯示 信息的形式 絕對編程 增量編程 程序輸入方式以及報警 診斷等 根據(jù)需 要選擇相應(yīng)的性能 步進電機驅(qū)動單元的性能參數(shù) 步進電機性能參數(shù)及安裝尺寸 控制箱與 電機的接線型式 系統(tǒng)的快速度給速度 空載起動頻率 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 系統(tǒng)升頻 降頻時間 起動矩頻特性 起動慣頻特性 運行矩頻特性 驅(qū)動電路的型式 高低壓驅(qū)動電路 斬波驅(qū)動電路 調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電路 細分驅(qū)動電路 電流檢 測型功率放大電路等 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 刀架控制與驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮刀架型式 如四位或八位電動刀架 或轉(zhuǎn)塔 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 3 六位刀架 定位精度及重復定位精度 換刀時間 刀具選擇時刀架的轉(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) 我國己有少數(shù)產(chǎn)品開始進入 國際市場 還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機床返銷國外 目前 我國除了能獨立地設(shè) 計與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機床外 還能生產(chǎn)五坐標數(shù)控銑床 加工中心以及柔性制 造系統(tǒng) 如北京機床研究所開發(fā)研制的 JCS FMC 1 JCS FMC 2 柔性加工單元 XH715 型立式加工中心 民明機床古物 THK4680 型全閉環(huán)精密加工中心 沈陽 中捷友誼廠的 TK66100 臥式銑削加工中心 青海第一機床廠的 XH754 臥式加工 中心等 這一切都說明 我國的機床數(shù)控技術(shù)進入新的發(fā)展時期 預計在不遠 的將來會趕上或超過世界先進國家水平 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 4 2 總體方案論證 2 1 選擇動力系統(tǒng) 經(jīng)濟型的數(shù)控機床動力系統(tǒng)可分為三類 1 步進電機式 采用步進電機驅(qū)動與定位 是開環(huán)系統(tǒng) 同時限于造價 不再采用其它 措施補償位置誤差 由于目前功率步進電機力矩還不太大 所以機床的空選 種速度較低 一般用于半精加工 這種系統(tǒng)具有 2 3 種插補功能 通過軟件 控制接口 可加工錐面 螺紋 簡單外形的曲面等十分靈活 由于性價比較 恰當 一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財力上都比較容易實現(xiàn) 因此在全國較 容易推廣 普及 2 交流點位式 采用交流電機變頻驅(qū)動 用光柵數(shù)字點位控制 與步進電機相比 提高 了定位精度 光柵分辨率可達 0 001mm 重復定位精度為 0 005mm 所以加 工精度較高 由于采用交流電機驅(qū)動 功率大 可進行大切屑量加工零件加 工中 效果尤為顯著 目前 交流點式系統(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 使性能價格比相對下降 一般用于大企業(yè)或 專業(yè)化工廠使用 國內(nèi)用的很少 3 半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機驅(qū)動 以脈沖編碼器檢測位置 實現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制 由于采用高性能直流伺服電機驅(qū)動 扭矩大 速度高 過載能力強 可進行 強力切削 當絲杠螺在 6mm 左右時 快速可達 8 9m 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 使強電計大大簡化 以上三種驅(qū)動方式而言 各有利弊 經(jīng)過比較選擇直流伺服電機驅(qū)動因 為速度高 過載能力強 且擁有可編程序控制器 易學易用 在機床伺服控 制系統(tǒng)中 步進電機人微言輕執(zhí)行單元 具有控制方便可靠 價格低 且適 合于開環(huán)控制等特點 因此在簡易數(shù)控機床中得到廣泛的應(yīng)用 但由于步進 電機步距角 功率較小 存在振蕩等弱點的限制 在高精大功率應(yīng)用場合并 不很合適 故考慮采用伺服電機控制 2 2 選擇傳動裝置 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 5 數(shù)控機床半閉環(huán)進給系統(tǒng)中伺服電動機經(jīng)齒輪副 或同步齒形帶副 滾珠 絲杠拖動工作臺 反饋裝置與電動機相聯(lián) 發(fā)出反饋信號 亦可把反饋裝置裝 在絲杠的端部 伺服電機可直接與絲杠聯(lián)接 數(shù)控機床的傳動裝置是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個 機械傳動鏈及其附屬結(jié)構(gòu) 包括齒輪減速機 絲杠螺母副 導軌 工作臺等 在數(shù)控機床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)儀式 傳動裝置是伺服系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié) 因此 數(shù)控機床的傳動裝置與普通機床中傳動裝置上有重要差別 故它的設(shè)計與通機 床傳動裝置的設(shè)計不同 數(shù)控機床傳動裝置的設(shè)計要求除了有較高的定位精度 外 還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性 即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快 穩(wěn)定性 要好 為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性 在設(shè)計機械傳動裝 置時 通常提出了無間隙 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)計任務(wù)要完成的設(shè)計是橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計 一般來說此種系統(tǒng)的傳動 裝置采用螺旋傳動 螺旋傳動主要用來把旋轉(zhuǎn)傳動變?yōu)橹本€運動 或把直線傳動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動 其中 有傳遞能量為主的傳力螺旋 有以傳遞運動為主 并要求有較高的傳動 精度的傳動螺旋 還有調(diào)節(jié)整零件相互位置的調(diào)整螺旋 螺旋傳動機構(gòu)又有滑 動絲杠螺母 滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機構(gòu)之別 在經(jīng)濟型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中 螺旋傳動主要來實現(xiàn)精密的進給運動 并廣泛采用滾珠絲杠副傳動機構(gòu) 選用滾珠絲杠副傳動機構(gòu) 因為此種機構(gòu)有如下特點 1 傳動效率高 磨擦損失小 滾珠絲杠副的傳動效率為 0 92 0 96 比常規(guī)的絲杠螺母副提高了 3 4 倍 滑動絲杠效率為 0 2 0 4 因此 功率消耗只相當于常規(guī)絲杠副的 1 4 1 3 2 給予適當預緊 可消除絲杠和螺母的螺紋間隙 反向時就可以消除 空程死區(qū) 定位精度高 剛度好 3 有可逆性 可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線傳動 也可以從直線傳動轉(zhuǎn) 換為旋轉(zhuǎn)運動 即絲杠和螺母都可以作為主動件 4 磨損小 使用壽命長 精度保持性好 3 具體設(shè)計說明 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 6 3 1 橫向進給滾珠絲杠副的設(shè)計選擇 在一般情況下 設(shè)計滾珠絲杠時 必須知道下列條件 最大工作負載 Fmax 或平均工作負載 Fm 作用下的使用壽命 T 絲杠的工作長度 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 及絲杠的運轉(zhuǎn)情 況 然后按下列步驟進行設(shè)計 1 計算作用在滾珠絲杠上的最大動負載 Ca 的數(shù)值 2 從滾珠絲杠設(shè)計標準中 找出相應(yīng)尺寸系列對應(yīng)的最大動載荷 Ca 的相 近值 并初選型號 3 根據(jù)具體工作要求 對于結(jié)果尺寸 循環(huán)方式 調(diào)隙方法及傳動效率等 方面的要求 從初選的幾個型號中再挑選出比較合適的公稱直徑 d0 導程 L0 滾珠列數(shù) k 滾珠圈數(shù) j 等確定某一型號 4 根據(jù)所選出的型號 列出 或算出 其主要參數(shù)的數(shù)值 驗算其剛度及 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 再做上述的 計算和驗算直至滿足要求為止 3 1 1 確定滾珠絲杠的支承方式 一 滾珠絲杠常用的支承方式見下圖 圖 a 為一端軸向固定一端自由 常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠 圖為一 端固定一端簡支 常用于較長的臥式安裝絲杠 圖 c 為兩端固定 常用于長絲 杠或高轉(zhuǎn)速 要求高速精度 高剛度的地方 這種方式還可以預拉伸 這種安 裝方式雖優(yōu)點顯著 但工藝比較困難 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 7 滾珠絲杠都用滾動軸承支承 可用的滾動軸承種類很多 從目前情況看來 本課題可選用角接觸球軸承 這種軸承可以組配 a 圖為一對背靠背 b 圖為一以面對面 都承受兩 個方向的載荷 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 希望軸承有一定的自動調(diào)心作用 面對面組配時 兩接觸線與軸線交點之間的距離比背靠背時小 調(diào)心較易 所 以絲杠軸承面對面配用得比較多 這種軸承是在預加載荷的條件下組配的 背靠背組配時 內(nèi)圈端面各磨去 裝配時壓緊內(nèi)圈 就可施加預加載荷 簡支端常用深溝球軸承 不預緊 本課題設(shè)計采用的是角接觸球軸承 原因在于 1 橫向進給系統(tǒng)既承受縱向的力 又要承受橫向進給力 考慮到系 統(tǒng)受力情況 2 為了保證加工精度 橫向進給系統(tǒng)的運動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 額定動載荷 Ca 即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中 把 90 達到 10 轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞剝6 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 8 傷 所能承受的純軸向載荷稱為額定動載 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 按預期壽命 Ln 及軸向載荷 Fa 進行選擇 Ln Ca Fa 10 轉(zhuǎn) 1 3 1 36 一般情況下 Fa 可以用平均載荷 Fm 予以代替 Fm 1 3 2 3minax2F 式中 Ln 為預期設(shè)計壽命 Fmax 為最大軸向載荷 Fmin 為最小軸向載荷 對于機床 Ln 通常取 Ln 20 10 轉(zhuǎn) 6 則 Ca Fm 2 71Fm 1 3 3 320 本課題設(shè)計的要求 系統(tǒng)最大進給力為 2750N 橫向進給為一半即 1375N 所以得 Fmax 680N 經(jīng)驗值 Fmin 35 Fmax 238N 所以 Fm 537 7N328175 故 Ca 2 71Fm 2 71 237 7 644 2N 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 9 2 按承受的最大軸向力 Fmax 確定參數(shù)計算靜負荷 Cmo Cmo K K FmaxFH 即 CmoCmo 1 5 2 680 2062 5N 故 絲杠的額定動載荷 Ca 644 2N 絲杠的額定靜載荷 Ca 2062 5N 選擇 代號為 2005 4 型的滾珠絲杠 其基本直徑 20mm 大徑 19 5mm 基本導程 5mm 4 對選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進行核算 1 最大軸向壓縮載荷 F 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 由下式計算 Fc 4 3 4 2 4 Ldbcm 式中 m 20 10 N mm 42 dc 為公稱直徑 mm d 為滾珠直徑 mm b Ls 為絲杠軸的支撐距離 mm 則 水平安置時 n 4 nFc y n 許用穩(wěn)定安全系數(shù) Nc 5244 103 50 17 120 F 3 即 F 為最大載向壓縮載荷 Fa 2 極限轉(zhuǎn)速的計算為使絲杠副在高速運轉(zhuǎn)時不發(fā)生共振現(xiàn)象 應(yīng)對其極 限轉(zhuǎn)速進行核算 當絲杠發(fā)生共振時轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速 以 Nc 表示 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 10 Nc 121 4 3 5 min 1026rLkdbc 式中 為公稱直徑 cd d 為滾珠直徑b 為支承結(jié)構(gòu)系數(shù)0k K 2 5 極限轉(zhuǎn)速 n 滿足 n 0 8Nc Nc 121x10 20 3 175 6 min 105 24r min 104 8 03rNcn 3 滾珠絲杠副的預加副載 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 間施加預加載荷 Fp 其預加載荷大小為 Fp Fmax 3 229N 4 3 6 4 滾珠絲杠副的剛度 滾珠絲杠副的剛度 K gj11 式中 K 為滾珠絲杠副的剛度 K j 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 當有預加負荷 Fp 且為額定動載荷的 1 10 時 Kj 可近似的以下式表示 1 4 3 7 54 032mnZdFKjb 式中 F 為軸向工作載荷 N db 為滾珠直徑 mm Z Z 圈數(shù) 列數(shù) 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 11 Z 為一圈滾珠數(shù) 內(nèi)循環(huán) Z d 0 db 3 5 粒 d0為公稱直徑 210 為滾子數(shù) Kj 0 54 5 2 10 3 N m3 2517 312 螺母支撐剛度 K1 2 K1 5 3 8 10ln 8mNEA 其中 A 為螺母橫截面積 E 2 1 10 5 Ln 為螺母支承面至有效滾延間的長度 A 0 4 10 3 mm2 故 K1 0 4 10 3 2 1 105 1000 10 3 0 85 10 3 N m 絲杠軸的支承剛性 Kg 3 當采用圖示的支承方式 Kg A E 1546 10 8 0 7 10 3 N m 10 3 9 810ln EA 滾珠絲杠副的剛度 K 因為 gj1 所以 K 1 2 3 103 N m j1 5 驅(qū)動力矩及驅(qū)動功率 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 12 使絲杠旋轉(zhuǎn)運動所需驅(qū)動力矩 Ma F Ph 2000 N m 10 3 10 公稱導程 Ph 2 5mm 0 9 所以 Ma 0 61N m 由預緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩 Mf K N m 10 3 11 810 2 PhFp Mf 2 3 103 N m59 v 總驅(qū)動力矩 M Ma Mf M Ma Mf 0 63N m 10 3 12 所需功率 W Kw 1 3 13 950 W 10 87 636kw 式中 F 為軸向載荷 Ph 為公稱直徑 為效率 3 1 4 滾珠絲杠與伺服電動機的聯(lián)接 滾珠絲可通過齒輪副或步齒形帶與伺服電機相接 也可通過聯(lián)軸節(jié)與伺服 電動機直接聯(lián)接 為了消除絲杠與電機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 機床設(shè)計手冊 第 3 冊 P496 伺服電動機有直流和交流兩類 直流伺服電動機開發(fā)較早 交流伺服電動 機國外于 70 年代末期開始應(yīng)用于數(shù)控機床 由于交流伺服電動機沒有電刷 因 此壽命長 允許的轉(zhuǎn)速高 還適當宜于易燃易爆的環(huán)境中使用 交流伺服電動 機發(fā)展得快 在國外已基本上取代了直流伺服電動機 在我國 交流服電動機 也已采用 直流伺服電動機仍有應(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) 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 13 圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖 這是一個三環(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)用于實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度控制精度 電壓控制環(huán)可實 現(xiàn)對伺服放大器的電壓控制 半閉環(huán)控制 半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道 而且有檢測元件輸出的反 饋控制通道 而檢測元件是安裝在絲杠軸或電機軸上的 檢測同角位移后 推算出工作臺的實際位移 以偏差值實現(xiàn)位置控制 此系統(tǒng)由于檢測元件檢 測的反饋信號不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺之間的傳動鏈的誤差 這部分誤差將 不能被自動補償 因此這種由等效反饋信號組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系 統(tǒng) 閉環(huán)控制 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 14 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 或刀架 的最終控制輸出作為反饋信號 即要求測量元件 安裝在工作臺上 而不是安裝在絲杠或電機軸上 但因直接測量工作臺的實際 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 測元件 這使整個系統(tǒng)的價格提高 由于閉環(huán)控制能對整個系統(tǒng)誤差進行自動 補償 因此 其精度比半閉環(huán)控制要高 精度取決于位置檢測元件的測量精度 總之 這種控制方式的優(yōu)點是精度高 速度快 但調(diào)試和維修比較復雜 適宜 于大型和精密的數(shù)控機床 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 15 3 2 伺服電機型號選擇 3 2 1 進給電機功率的確定 在進給運動的速度較低的情況下 空載功率很小 計算時可以略去 進 給電機的功率可根據(jù)進給的有效功率和傳動件的機械效率來計算 即 11 3 14 YsVQNs 6120 式中 Ns 進給電動機功率 KW Q 進給抗力 公斤力 Vs 進給速度 米 分 Ys 進給傳動的總機械效率 一般可取 0 15 0 20 根據(jù)資料顯示 CDJK6140 系列車床的最大切削主力 F 2750N 即 Pz 2750N 故進給力 Px 0 5Pz 1375N Ys 取 0 2 Vs 0 4m min 代入 式 kwNs 4602 61375 3 1 2 伺服電機型號 考慮到進給系統(tǒng)的過載現(xiàn)象 選擇的電機功率應(yīng)該大于選擇的電機功率 根據(jù)參照電機手冊 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 所以 選擇型號為 110SNMA6 I 型 的永磁無刷伺服電機 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 16 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 轉(zhuǎn)子慣量 機械時間常數(shù) 電機時間常數(shù) 1 256kw 6N m 2000r Pm 5 0A 0 718 1 0 3 kg m 2 0 8ms 6 14ms 3 1 3 同步帶輪的選擇 為了保證傳動精度 本設(shè)計采用同步帶輪來傳動 同步帶輪傳動不僅能夠 保證良好的傳動精度 還能降低傳動產(chǎn)生的噪音 對磨損的要求也同時符合要 求 一般同步帶輪有統(tǒng)一生產(chǎn) 本課題設(shè)計選用的是慈溪恒力同步帶輪有限公 司生產(chǎn) 規(guī)格如下 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 17 4 結(jié)論 至今為止 基本上完成了本課程的設(shè)計要求 課題的主要設(shè)計內(nèi)容包括 絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計 伺服電機與絲杠的連接形式設(shè)計 絲杠與床鞍的連接設(shè)計 絲 杠的支承方式設(shè)計 伺服電機的選擇 進給系統(tǒng)運轉(zhuǎn)精度 直接將導致整個機床的加工精度 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)鍵性問題是急需解決的 由于自 身的經(jīng)驗有限 面對這些關(guān)鍵性問題只能從理論上去尋求解決的方法 因此 自己所設(shè)計的結(jié)構(gòu)和運用到生產(chǎn)實踐中仍相距甚遠 電機的選擇也相當重要 對于整個進給系統(tǒng)的來說 要求嚴格 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 18 5 參考文獻 1 張新義 經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計 北京 機械工業(yè)出版社 1994 7 2 李 洪 實用機床設(shè)計手冊 沈陽 遼寧科學技術(shù)出版社 1999 1 3 陳宏鈞 馬素敏 金屬速查速算手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1994 7 4 范云漲 陳兆年 金屬切削機床設(shè)計簡明手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1994 7 5 王啟義 蔡群禮 胡寶珍 金屬切削機床設(shè)計 東北工學院出版社 1989 10 6 黃祖德 機械設(shè)計 北京理工大學出版社 1992 6 7 吳宗澤 機械設(shè)計禁忌 500 例 北京機械出版社 1996 8 黃鶴訂 國家機械工業(yè)局 中國機電產(chǎn)品目錄第 10 冊 北京機械出版社 2000 7 9 滾珠絲杠 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 10 同步帶輪 慈溪恒力同步帶輪有限公司 11 電機手冊 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 19 6 設(shè)計工作小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是對我四年來學習和實踐的一個綜合鍛煉和考核 是踏上社會前 在學校的一次磨練 要充分發(fā)揮自己的知識 在設(shè)計中 我基本將四年來所學 知識進行了綜合運用 并了解了本專業(yè)方面最新科技動態(tài)和發(fā)展趨勢 經(jīng)過這 次畢業(yè)設(shè)計 進一步加強了對以前學習的把握 增長了見識 也充分展示了自 己的專業(yè)基礎(chǔ)和設(shè)計能力 在畢業(yè)設(shè)計過程中 經(jīng)歷了實際考察 資料收集 方案論證 工程圖的繪 制 說明書的書寫等設(shè)計過程 這使我掌握了設(shè)計的一般步驟 為以后走上工 作崗位進行其它方面的工作奠定了結(jié)實的基礎(chǔ) 從這次設(shè)計中體會到 在平時要搞好 搞懂每個知識點 要虛心并誠心地向老師 同學請教 做事需要講團體協(xié)作 考慮問題應(yīng)該多方面 多角度 力爭按最嚴格的工作要 求做事 培養(yǎng)設(shè)計能力與嚴謹細致的工作作風 體會到了工程技 術(shù)人員所應(yīng)該具備的基本素質(zhì) 由于本人理論及實踐水平有限 設(shè)計圖樣 設(shè)計說明書定有許多錯誤和 不妥之處 敬請各位老師和同學指出 提出批評和修改意見 最后 向在設(shè)計期間給予關(guān)心指導的沙愛民老師謹以最誠摯的謝意 同時 也謝謝幫助我的同學 數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 20 7 附件清單 橫向進給系統(tǒng)裝配圖 CJK40000 A0 1 張 刮削板 CJK40101 A4 1 張 把手 CJK40102 A3 1 張 套筒 CJK40103 A3 1 張 絲杠 CJK40104 A3 1 張 橫滑板 CJK30105 A1 1 張 螺母座 CJK30106 A3 1 張 壓板 CJK30107 A4 1 張 墊板 CJK30108 A4 1 張 外殼護罩 CJK30109 A3 1 張 同步帶輪 CJK30111 A4 1 張 軸套 CJK30114 A4 1 張 調(diào)整螺釘 CJK30117 A4 1 張 鋃條 CJK30118 A3 1 張 擋板 CJK30119 A4 1 張 法蘭座 CJK30122 A3 1 張 擋邊 CJK30123 A4 1 張 同步帶輪 CJK30111 A4 1 張 電纜罩 CJK30156 A3 1 張 壓板 CJK30162 A4 1 張 擋塊 CJK30169 A4 1 張 橫向電機支架 CJK30170 A1 1 張 床鞍 CJK50000 A0 1 張