《數(shù)控機床橫向伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控機床橫向伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計（22頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、數(shù)控機床橫向進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計 目 錄 第一章緒論 1.1 畢業(yè)設(shè)計的目的 1.2 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容 1.2.1 數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 1.2.2 進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算 1.2.3 數(shù)控機床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算 第二章數(shù)控進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 2.1 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 2.2 總體方案的確定 2.2.1 概述 2.2.2 數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 第三章機床進給（直流、交流）伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算 3.1系統(tǒng)切削力的確定 3.2切削力的計算 3.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算、和選型 3.4進

2、給伺服系統(tǒng)傳動計算 3.5 伺服電機的計算和選型 第四章 數(shù)控機床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算 4.1 數(shù)控機床進給（直流、交流）伺服系統(tǒng)組成 4.2 數(shù)控機床進給（直流、交流）伺服驅(qū)動器的選型 4.3 數(shù)控機床進給（直流、交流）伺服驅(qū)動器主電路及輔助電路設(shè)計與選型 第五章畢業(yè)設(shè)計體會 第六章畢業(yè)設(shè)計感言 附錄 參考文獻 第一章緒論 1.1 畢業(yè)設(shè)計的目的 設(shè)計的目的是培養(yǎng)綜合運用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，解決工程實際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學研究工作的基本訓練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文

3、獻閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想、嚴肅認真的科學態(tài)度，加強團隊合作精神。 1.2 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容 1.2.1數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 1. 系統(tǒng)運動方式的確定。 2. 伺服系統(tǒng)的選擇。 3. 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定。 4. 計算機的選擇。 1.2.2 進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算 1. 進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計方案的確定。 2. 確定脈沖當量。 3. 滾珠絲杠螺母副的選型。 4. 滾動導軌的選型。 5. 進給伺服系統(tǒng)傳動計算。 6. 步進電機的計算和選用。 7. 設(shè)計繪制進給伺服系統(tǒng)一個坐標軸的機械裝配圖。 8.

4、設(shè)計繪制進給伺服系統(tǒng)的一張或兩張零件圖。 1.2.3 數(shù)控機床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算 1. 數(shù)控機床進給（直流、交流）伺服系統(tǒng)組成。 2. 數(shù)控機床進給（直流、交流）伺服驅(qū)動器的選型 3. 數(shù)控機床進給（直流、交流）伺服驅(qū)動器主電路及輔助電路設(shè)計與選型。 第二章 數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 2.1 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 1.題目: 《數(shù)控機床橫向伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計》 2.設(shè)計任務(wù): （1）根據(jù)機床總體布局,分析應(yīng)采用的機電一體化設(shè)計方案,確定橫向進給系統(tǒng)的伺服控制方案； （2）進行機械伺服機構(gòu)的設(shè)計計算,繪制機械傳動圖及相關(guān)裝配圖(1—2張)；

5、（3）進行數(shù)控機床伺服驅(qū)動器的主電路及輔助電路設(shè)備的設(shè)計與選型； （4）繪制控制系統(tǒng)原理框圖； （5）攥寫設(shè)計說明書一分（8000字以上） 3.主要技術(shù)指標: （1）床身最大加工直徑； （2）最大加工長度，橫向定位精度； （3）橫向最快移動速度； （4）橫向最快進給速度（工進速度）； （5）可以車削柱面、平面、錐面，最大導程； （6）工作臺重量100公斤 4.設(shè)計要求: （1）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,控制系統(tǒng)功能完備,原理正確,制圖符合國家標準,圖面整潔； （2）設(shè)計說明書論述清楚,計算無誤,數(shù)值單位明確,引用公式及資料有出處。 2.2 數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬

6、定 2.2.1概述 從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 電機應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直 伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 電機應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)

7、字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高[4]。 數(shù)控機床進給運動系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進給運動系統(tǒng)，必須在進給定位及進給速度兩個方面同時實現(xiàn)自動控制。對于數(shù)控機床進給速度控制方面的問題與本書前幾部分所討論過的調(diào)速控制系統(tǒng)相類似，而有關(guān)數(shù)控機床在進給定位上的問題則屬于對運動軌跡的跟蹤控制問題，而解決這個問題的控制系統(tǒng)就是通常 所說的伺服控制系統(tǒng)。 伺服控制系統(tǒng)也叫隨動控制系統(tǒng)，它屬于自動控制系統(tǒng)中的一種。與調(diào)

8、速系統(tǒng)不同，伺服控制系統(tǒng)要解決的主要問題是如何讓系統(tǒng)能精確跟蹤輸入指令的變化，按要求迅速而精確地到達指定位置。在機電設(shè)備中，伺服系統(tǒng)具有重要的地位，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、國防、機器人等的各個領(lǐng)域。高性能的伺服控制系統(tǒng)可以提供靈活、方便、準確、快速的伺服運動控制。 伺服控制技術(shù)在機械制造行業(yè)中用的最多也最為廣泛，各種機床運動部分的速度控制、運動軌跡控制、位置控制都是依靠各種伺服系統(tǒng)控制完成的。它們不僅能完成轉(zhuǎn)動控制、直線運動控制，而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合，完成復(fù)雜空間曲線的運動控制，如仿型機床的加工軌跡、機器人手臂關(guān)節(jié)的運動控制等。它們可以完成的運動控制精度高、速度快，遠非一般工人操作所

9、能達到。 在其它領(lǐng)域，伺服控制系統(tǒng)也有較為廣泛的應(yīng)用。如冶金工業(yè)中的電弧鋼爐、粉末冶金爐的電極位置控制等；運輸行業(yè)中的電氣機車自動調(diào)速、高層建筑物中電梯的升降控制、船舶的自動操舵等，以及軍事上的雷達天線的自動瞄準跟蹤控制、戰(zhàn)術(shù)導彈自動跟蹤控制，防空導彈的制導控制等等。 伺服控制系統(tǒng)大體上可以分為模擬式伺服控制系統(tǒng)和數(shù)字式伺服控制系統(tǒng)。模擬式伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度受到位置檢測元件和運算放大器的精度限制，通常只能達到角分（）級。如要進一步提高伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，就必須采用數(shù)字計算機控制器，用高精度數(shù)字式元件（如光電編碼器等）作位置反饋元件，實現(xiàn)模擬伺服系統(tǒng)的數(shù)字化。 從另一方面來看，自動控制

10、技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展也為伺服控制系統(tǒng)的數(shù)字化提供了必須的基礎(chǔ)。自動控制理論的高速發(fā)展，為數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的研制者提供了不少新的控制規(guī)律以及相應(yīng)的分析和綜合方法；計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，為數(shù)字伺服系統(tǒng)研制者提供了實現(xiàn)這些控制規(guī)律的可能性；尤其是半導體技術(shù)的發(fā)展，更加快了使伺服驅(qū)動技術(shù)進入全數(shù)字化時期腳步，使伺服控制器的小型化指標取得了很大的進步。IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的發(fā)展，使交流伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步超過直流伺服控制系統(tǒng)。可以這樣說：隨著自動控制、半導體技術(shù)、計算機技術(shù)和整個工業(yè)的不斷發(fā)展，伺服控制技術(shù)也取得了極大的進步，伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)進入了全數(shù)字化和交流化的時代。 圖2-1和圖

11、2-2是模擬伺服系統(tǒng)與數(shù)字伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)組成原理框圖。 圖2-1 模擬伺服控制系統(tǒng)的組成原理框圖 圖2-2 數(shù)字伺服控制系統(tǒng)的組成原理框圖 圖2-1中所示為由電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)所構(gòu)成的三環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)。這是一個模擬的或稱為連續(xù)信號的位置伺服系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各種物理量：電動機電流、電動機轉(zhuǎn)速、輸出的位置、給定信號等均為模擬量；電流控制器、速度控制器、位置控制器均為由運算放大器所構(gòu)成的模擬調(diào)節(jié)器。 圖2-2中所示的是數(shù)字伺服系統(tǒng)的組成原理框圖。從圖中可以看出，在模擬伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將模擬控制的控制功能用數(shù)字計算機來代替，作為數(shù)字控制器，這就構(gòu)成了計算機控制的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)

12、。而這一替換使伺服系統(tǒng)發(fā)生質(zhì) 的飛躍。 值得注意的是：數(shù)字伺服系統(tǒng)與普通模擬伺服系統(tǒng)一樣，都是閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。所不同的是，數(shù)字控制系統(tǒng)中不僅含有數(shù)字元件，而且也含有模擬元件。這也就是說信號在系統(tǒng)的傳遞過程中一部分是連續(xù)的模擬信號，一部分是離散的數(shù)字信號，數(shù)字信號與模擬 信號必須通過數(shù)-模（D/A）或模-數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換才能進行傳遞，這就須要在系統(tǒng)中加上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號相互轉(zhuǎn)換的接口裝置。綜上所述，比較模擬伺服系統(tǒng)與數(shù)字伺服系統(tǒng)，可以總結(jié)出以下特點： ① 在模擬控制伺服系統(tǒng)中，各處的信號都是連續(xù)的模擬信號；而數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中，除了含有連續(xù)模擬信號外，還含有離散信號、數(shù)字信號等

13、多種信號。因此，數(shù)字伺服控制系統(tǒng)是模擬信號和數(shù)字信號的混合控制系統(tǒng)。 ② 在模擬伺服控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由運算放大器通過不同電路元件的連接實現(xiàn)的，控制規(guī)律越復(fù)雜，所需要的模擬電路往往越多，如果要修改控制規(guī)律，一般必須改變原有的電路結(jié)構(gòu)；而在數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由數(shù)字控制器通過編寫算法程序?qū)崿F(xiàn)的，修改一個控制規(guī)律，只需要修改計算機控制器的算法程序，一般不用對硬件電路進行改動，而且由于計算機具有豐富的指令系統(tǒng)和很強的邏輯判斷能力，從而能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律，因此具有更好的靈活性與適應(yīng)性。 ③ 在模擬伺服控制系統(tǒng)中，一般一個控制器占用一套控制設(shè)備，控制一個回路；而在數(shù)

14、字伺服控制系統(tǒng)中，由于數(shù)字控制器具有高速運算能力，一個控制器可以包含多個數(shù)字控制程序，可以采用分時控制的方式，同時控制多個回路。 ④ 采用數(shù)字方式進行伺服系統(tǒng)的控制，如分級數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等，便于實現(xiàn)控制與管理的一體化，使得伺服控制系統(tǒng)的自動化水平進一步提高。 ⑤ 由于數(shù)字伺服控制系統(tǒng)需要同時處理數(shù)字信號與模擬信號，所以與模擬伺服控制系統(tǒng)相比，數(shù)字伺服控制電路需要額外的、能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號相互轉(zhuǎn)換的接口驅(qū)動電路，以保證信號的有效傳遞。 2.2.2 數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 1.（簡述數(shù)控伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制方案中的閉環(huán)與半閉環(huán)控制方案，然后選定控制

15、方案）。這部分的內(nèi)容是告訴你應(yīng)該寫，如何來闡明自己的觀點。給你一個范例： 2.2.2 數(shù)控橫向進給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定 1.概述 數(shù)控機床按控制方案可以分為二種，它們是步進開環(huán)控制系案和伺服閉環(huán)控制方案，其中伺服閉環(huán)控制方案又可以按其反饋元件的安裝位置，分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種控制方案， 由控制理論可知：開環(huán)控制的物點是工作狀態(tài)穩(wěn)定、對控制設(shè)備的要求比較簡單，但控制精度卻極大地依賴于機械傳動系統(tǒng)的制造精度，因此其控制精度不高。就目前來看，這在控制方式在中、高檔數(shù)控機床中已被淘汰。只有少數(shù)低端、低成本的數(shù)控機床中還有應(yīng)用。 伺服控制系統(tǒng)的控制特點是… … 綜上所述，并考慮到設(shè)計問

16、題的給出，本文決定采用**控制方案。 1）.數(shù)控機床按控制方式分類就包括開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三種。 ①.開環(huán)控制(Open -loop control system )指調(diào)節(jié)系統(tǒng)不接受反饋的控制，只控制輸出,不計后果的控制。又稱為無反饋控制系統(tǒng)，在數(shù)控機床中由步進電動機和步進電動機驅(qū)動線路組成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入指令，經(jīng)過運算發(fā)出脈沖指令給步進電動機驅(qū)動線路，從而驅(qū)動工作臺移動一定距離，這種伺服系統(tǒng)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。所以一般僅用于可以不考慮外界影響，或慣性小，或精度要求不高的一些經(jīng)濟型數(shù)控機床。 ②.閉環(huán)控制（close

17、d-loop control system）則是由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。在數(shù)控機床中由伺服電動機、比較線路、伺服放大線路、速度檢測器和安裝在工作臺上的位置檢測器組成。這種系統(tǒng)對工作臺實際位移量進行自動檢測并與指令值進行比較，用差值進行控制。這種系統(tǒng)定位精度高，但系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)試和維修困難，價格較貴，主要用于高精度和大型數(shù)控機床。 ③.半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理和閉環(huán)伺服系統(tǒng)相似，只是位置檢測器不是安裝在工作臺上，而是安裝在伺服電動機的軸上。這種伺服系統(tǒng)所能達以的精度、速度和動太特性優(yōu)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，其復(fù)雜性和成本低于閉環(huán)伺系統(tǒng)，主要用于大多數(shù)中小型數(shù)

18、控機床，且能滿足市場要求所以，目前應(yīng)用最為廣泛。 2）.半閉環(huán)控制系統(tǒng)中一般采用直流伺服電動機、交流伺服電動機或液壓伺服馬達作為驅(qū)動元件。在負載較大的大型伺服系統(tǒng)中常采用液壓伺服馬達，而在中小型伺服系統(tǒng)中，則多數(shù)采用直流或交流伺服電動機。由于直流電動機具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，并且易于控制，因而在20世紀90年代以前，一直是閉環(huán)系統(tǒng)中執(zhí)行元件的主流。但是因為其內(nèi)部有機械換向裝置，存在電刷磨損問題，運行時電機的換向器也會出現(xiàn)運行火花，限制了直流電動機的轉(zhuǎn)速與輸出功率的提高，所以需要較多維護。因而，隨著微處理器技術(shù)和電力電子半導體技術(shù)的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)的性能有了很大提高，它不存在電刷磨損問題，維

19、修也方便，因此隨著價錢的逐年降低它在數(shù)控機床中的應(yīng)用也越來越廣泛。不過根據(jù)設(shè)計任務(wù)，由于脈沖當量和定位精度并不是很高，空載最快移動速度也不算高，所以可以選用混合式步進電動機。以降低成本，提高性價比。 綜上所述，本次設(shè)計考慮采用交流伺服電機半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2. 機床傳動方式的擬定 為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用伺服電機和絲杠直接相連。為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負載荷的結(jié)構(gòu)。 第三章 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算這一章的內(nèi)容是你要告訴我，在給定條件下，你怎么選擇你所需要的絲杠型號。所以你必須圍繞

20、著這個問題來進行計算和論述 伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負載，確定系統(tǒng)脈沖當量，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩計算，確定伺服電機，繪制機械部分裝配圖及零件工作圖等。現(xiàn)分述如下： 3.1系統(tǒng)切削力的確定 主切削力計算及技術(shù)參數(shù) 切削力的大小可用各種測力儀測得，也可用實驗得出的近似公式計算： (3.1) (3.2) (3.3) 式中 ——系數(shù)。決定于工件材料和加工方法，在一定的切削條件（v、s、t固定）下，為一常數(shù)。大表示工件材料的加工性差；小表示工件材料

21、的加工性好。 k——總的修正系數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具幾何形狀等。 ——分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨損限度對P的修正系數(shù)。 、——指數(shù)。一般情況下>。這說明吃刀深度對切削力的影響要比走刀量對切削力的影響大。 下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。這些系數(shù)在下列條件下制定：刀片材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，，，，，，后刀面磨損限度，切削時不用冷卻液，車削外圓。 它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關(guān)手冊中查得。 表 3-1 系 數(shù) 及 指 數(shù) 工件材料 結(jié)構(gòu)鋼 167 1.0 0.75 修 正 系

22、數(shù) 工 件 材 料 4050 5060 6070 7080 8090 90100 = 0.84 0.90 0.95 1.0 1.04 1.09 切 削 速 度 v= 50 100 200 300 400 500 = 1.0 0.90 0.82 0.77 0.74 0.71 主 偏 角 φ= 30 45 60 70 90 = 1.08 1.0 0.94 0.94 0.89 前 角 γ= +20 +10 0 -10 -20 = 0.90 1.0 1.1 1.

23、2 1.3 后刀面磨損限度 h= 0.91.2 1.52.0 = 1.0 1.05 3.2 切削力計算 切削功率是切削時在切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。當切削速度為已知時，切削功率可用下式計算： (3.4) 在校驗機床選用的電動機功率時應(yīng)使 (3.5) 式中 ——機床電動機名義功率（千瓦）； ——機床效率（一般齒輪機床=0.70.8）； ——電動機超載時容許的系數(shù)（一般=1.25） [5][7]。 如表3-1，取其中各參數(shù)的最大值進行估算： 取

24、 =167， =1.0， ， =1.09， =1.08， =1.3， =1.05， =0.9 取 切深t=5mm，進給量s=0.3mm/r 則由公式(3.3)： 公斤力是什么單位？ (3.6) 切削功率：取切削速度為105m/min，由公式(1.3.4)(1.3.5)得: 取 已知技術(shù)參數(shù)： 橫向最大行程（X軸）180 mm； 工作進給速度為8000mm/min； 橫向快速進給速度：8 m/min； 刀架估計質(zhì)量

25、：150kg； 滑板的估計尺寸（長寬高）：400mm200mm80mm； 材料選為HT200為什么選擇這種材料？ 。 3.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算、和選型只需要計算參數(shù)，并按照你的計算參數(shù)選擇合適的絲杠型號，然后對選擇的絲械進行必在的校驗就可以了。所以： 1. 不需你進行設(shè)計計算 2. 計算出相應(yīng)參數(shù)后，可以去網(wǎng)絡(luò)上查找相關(guān)的絲杠制造公司，選擇出滿足計算參數(shù)要求的絲杠型號（絲杠的預(yù)選） 3. 對于所選型號，查詢其技術(shù)參數(shù)，然后根據(jù)給出的工作參數(shù)進行校驗，如校驗滿足要求則可用，如不滿足則要重新選擇。 3.3.1滾珠絲杠螺母副的計算 1) 絲杠導程的確定 在本設(shè)計中，電

26、機和絲杠直接相連，傳動比為，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導程為： （3.7） ，取 2）確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 (3.8) 由公式(2.2),最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 ） (3.9) ，——轉(zhuǎn)速，作用下的時間(s)。 3) 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重 刀架質(zhì)量： 滑板： 總質(zhì)量： 4) 確定絲杠的等效負載

27、 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.11.5，現(xiàn)取為1.1，則絲杠所受的力為（如圖3.1所示）： (3.10) 其等效負載可按下式估算 （取 ， ）： t1，t2——軸向載荷，作用下的時間(s)。 n1，n2——軸向載荷，作用下的轉(zhuǎn)速(r/min)。 5) 確定絲杠所受的最大動載荷 圖3.1 受力分析 (3.11) fw——負荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當一般運轉(zhuǎn)時，

28、fw 為1.21.5，取fw=1.5。） ft——溫度系數(shù)；（查表：） fh——硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度≥HRC58時，fh=1。） fa——精度系數(shù)；（查表：當精度等級為3時，fa=1.0。） fk——可靠性系數(shù)；(查表：可靠性為90%時，fk =1.00。) Fm——等效負荷(N)； nm——等效轉(zhuǎn)速(r/min)； Tn——工作壽命(h)。（查表得：數(shù)控機床：Th=15000。） 由公式(3.6) 3.3.2滾珠絲杠螺母副的校核 1）臨界壓縮負荷 絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預(yù)拉伸，可以最大限度

29、地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式[9]。 臨界壓縮負荷按下式計算： (3.12) 式中 E——材料的彈性模量E鋼=2.11011(N/m2)； L0——最大受壓長度(m)； K1——安全系數(shù)，取K1=1/3； Fmax——最大軸向工作負荷(N)； f1——絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙推——雙推時，見下圖，f1=4，f2=4.730) I——絲杠最小截面慣性矩(m4)： (3.13) 式中 d0——絲杠公稱直徑(mm)； dw——滾珠直徑(mm)。

30、 絲杠螺紋部分長度，取 支承跨距 ， 絲杠全長 由公式(3.7) 可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。 2）臨界轉(zhuǎn)速 (3.14) 式中 A——絲杠最小橫截面： ——臨界轉(zhuǎn)速計算長度： 取 ， ——安全系數(shù)，一般取 ； ——材料的密度：； ——絲杠支承方式系數(shù)，查表得， 滿足要求。 3） 絲杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式： 絲杠選型計算中是不需要計算振動頻率的。從這里開始到5），顯然不是絲杠預(yù)選參數(shù)的計算過程，你可以查閱一些資料，看看怎么來進行絲杠的預(yù)選計

31、算，最好是找一下書本，網(wǎng)上有些東西是不可靠的也是不太可信的。 兩端固定： (3.15) 式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)； KH——螺母座的剛度(N/μm)； Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)； KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。 1) 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本。 2) 軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。 3) 螺母座的剛度可近似估算為1000。 4) 絲杠本身的拉壓剛度： 對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式：

32、 (3.16) 式中 A——絲杠最小橫截面，； E——材料的彈性模量，E=2.11011(N/m2)； l——兩支承間距(m)； a——螺母至軸向固定處的距離(m)。 已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度（見后面計算）。螺母座剛度。 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率： (3.17) 式中 m——絲杠末端的運動部件與工件的質(zhì)量和(N/μm)； Ke——絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)。 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。 4）絲杠扭轉(zhuǎn)剛度

33、扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度按下式計算： (3.18) 式中 ——絲杠平均直徑： L——絲杠長度 扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率: (3.19) 式中 JW——運動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量(kgm2)； JZ——絲杠上傳動件的轉(zhuǎn)動慣量(kgm2)； JS——絲杠的轉(zhuǎn)動慣量(kgm2)。 由文獻[2，4]得： 平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為 絲杠轉(zhuǎn)動慣量： 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于1500r/min，可以滿足要求。 5

34、） 傳動精度計算 滾珠絲杠的拉壓剛度 (3.20) 導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為300mm和100mm。 由于機械傳動裝置引起的定位誤差為 (3.21) 對于3級滾珠絲杠，其任意300mm導程公差為 ，機床定位精度，所以，，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高[10]。 3.3.3滾珠絲杠螺母的選擇步驟這一部分應(yīng)該對

35、預(yù)選絲杠型號進行校驗，絲杠和它的螺母副是成套來賣的，所以你不須要也不用對其進行選擇??！ （1）計算作用在滾珠絲杠上的當量動載荷Cm的數(shù)值： Cm=3√L*Kp*Kr*F (2) 從滾珠絲杠產(chǎn)品樣本中找出與當量動載荷Cm相近的額定動載荷值Ca，并使Cm＜=Ca，初步選取幾個絲杠的型號和有關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 （3）根據(jù)具體共走要求，對于結(jié)構(gòu)尺寸，循環(huán)方式，調(diào)隙方法及傳動效率等方面進行初選，并從初選的幾個型號中選出比較合適的名義直徑D0，螺距Ph，滾珠工作圈數(shù)j，滾珠列數(shù)k等，再確定某一型號。 （4）根據(jù)被選出的型號，列出各參數(shù)的數(shù)值，并驗算其剛度及穩(wěn)

36、定性安全系數(shù)是否滿足要求，如不滿足要求，需另選其他型號。再作上述驗算，直至滿足要求為止。 （5）當n＜10r/min低速運轉(zhuǎn)時，滾珠絲杠需進行靜強度運算。 3.4進給伺服系統(tǒng)傳動計算 3.4.1支承軸承的設(shè)計 查軸承表： 對于的軸承，其， 對于的軸承，其， 則 這段你想說明什么？ 3.5 伺服電機的計算和選型伺服電機的選型與它所要驅(qū)動的機械負載轉(zhuǎn)矩有關(guān)，你的機械轉(zhuǎn)矩應(yīng)該包括工作臺重量對絲杠所產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩、絲杠傳動過程中所受到的摩擦轉(zhuǎn)矩等。當這也負載轉(zhuǎn)矩加在一起時，就是伺服電機所要驅(qū)動的最大負載轉(zhuǎn)矩。另外考慮到可能在加工過程中加零件重量及工件粗糙程度的影響，一般伺服

37、電機的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)比計算值大1.5～2倍。 找一些靠譜的資料來進行參考！！ 根據(jù)文獻[1]，扭矩的計算為： 1. 理論動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 查文獻[1]中表知3級滾珠絲杠 ， 而 (3.50) 2. 最大動態(tài)摩擦力矩 對于3級滾珠絲杠，， (3.51) 3. 電機的額定扭矩 4. 電機的選擇 根據(jù)以上計算的扭矩及文獻[2]，選擇電機型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.

38、7Nm。 第四章 數(shù)控機床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算 4.1 數(shù)控機床進給交流伺服系統(tǒng)組成說明為什么選用交流伺服不就行了嗎！ 交流伺服系統(tǒng)主要由下列幾個部分構(gòu)成。 1）.交流伺服電動機。 可分為永磁交流同步伺服電動機，永磁無刷直流伺服電機、感應(yīng)伺服電機及磁阻式伺服電機； 2）.PWM功率逆變器。 可分為功率晶體管逆變器、功率場效應(yīng)管逆變器、IGBT逆變器（包括智能型IGBT逆變器模塊）等。 3）.微處理器控制器幾邏輯門陣列。 可分為單片機、DSP數(shù)字信號處理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS320F240）等。 4）.位置傳感器（含速度）。 可分為

39、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器等； 5）.電源及能耗制動電路； 6）.鍵盤及顯示器； 7）.接口電路。包括模擬電壓、數(shù)字I/O及串口通訊電路； 8）.故障檢測，保護電路。 伺服驅(qū)動的控制技術(shù)主要包括：矢量控制技術(shù)、電流反饋跟蹤技術(shù)、實時PWM技術(shù)（一般采用滯環(huán)法、次諧法和空間矢量法）。 4.2 數(shù)控機床進給交流伺服驅(qū)動器的選型交流伺服驅(qū)動器怎么選？ 學習變頻器沒有？變頻器怎么選，交流伺服電機怎么選。如果不太明白，那就是： 1. 首先要計算功率，你的伺服驅(qū)動器是用來驅(qū)動伺服電機，因此，能量上要能滿足伺服電機的要求 2. 額定電流 3. 額定電壓 …呵呵，說簡單點，你怎么

40、選電器設(shè)備就怎么選擇驅(qū)動器??！ 計算完成后，去網(wǎng)上查找相關(guān)的設(shè)備，找到自己所需的驅(qū)動器型號。 進給驅(qū)動裝置的選型 進給系統(tǒng)的選型是以數(shù)控機床的設(shè)計要求為基礎(chǔ)，與數(shù)控裝置的選型有密切的關(guān)系，機床的各軸的進給速度、整機的加式精度、加工范圍、傳動方式等都直接對驅(qū)動系統(tǒng)的性能提出了要求。各生產(chǎn)廠家通常提供了與數(shù)控裝置配套的驅(qū)動裝置。 一、選型原則： 1.實用性：選型 的目是是為滿足整機的設(shè)計需要，從而滿足生產(chǎn)的需要。 2.經(jīng)濟性：在滿足加工要求的條件下，選型 要最經(jīng)濟或較為合理。 3.穩(wěn)定、可靠性：長時間無故障的工作。 4.可操作性： a要符合本

41、單位的使用和設(shè)計的習慣； b若出現(xiàn)故障易于排除。 二、選型內(nèi)容 1.驅(qū)動裝置的控制類型根據(jù)加工精度和進給速度的要求選擇類型步進電動機用于加工精度要求不高的機床，分辨率在0.01mm以下，最高快移速度在5m/min以下。伺服電動機用于加工精度要求較高的機床，其分辨率在0.001mm以上，最高快移速度在10m以上。 2.反饋類型 加工精度要求不高的簡易機床一般用開環(huán)控制系統(tǒng)。 加工精度要求高的中檔普及型機床一般選用半閉環(huán)。 加工精度要求很高的高檔機床才選用全閉環(huán)和混合閉環(huán)。 3.進給系統(tǒng)的分辨率 根據(jù)機床的加工合理選擇其脈沖當量。

42、步進電動機的步距角以及驅(qū)動裝置的細分倍數(shù)決定了步進電動機的分辨率步距角一在1/400r～1/1000r 左右。交流伺服驅(qū)動裝置的分辨率受電動機的編碼器和驅(qū)動裝置的控制功能 的影響，一般可達1/10000r左右。 4.電動機的轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)機床設(shè)計的最高快移速度、傳動比和絲杠螺距來選擇電動機的轉(zhuǎn)速。 注意：選擇時應(yīng)保留一定的余量。 5.電動機的扭矩的選擇 要根據(jù)負載的情況選擇，計算公式為 公式用編輯器自己編，不要復(fù)制成這種圖片。這樣一是不美觀，二是不專業(yè)。

43、 Nm 其中： F—進給方向的切削力(N)； ML—工件和工作臺總質(zhì)量(Kg)； μ—導軌的磨擦系數(shù)； η—傳動總效率； Z1—步進電動機輸出軸齒數(shù)； Z2—滾珠絲杠軸端齒輪數(shù)； ｈ—滾珠絲杠導程。 產(chǎn)品概述： 該交流伺服電機與伺服驅(qū)動裝置配套后構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于

44、機床、紡織、印刷、建材等領(lǐng)域。 該電機采用自冷式，防護等級為IP64-IP67。GK6電機是三相交流永磁同步伺服電動機，采用高性能稀土永磁材料形成氣隙磁場。由脈寬調(diào)制變頻器控制運行，具有良好的力矩性能和寬廣的調(diào)速范圍。電機帶有裝于定子繞組內(nèi)的溫度傳感器，具有電機過熱保護輸出。 該交流伺服電機由定子、轉(zhuǎn)子、高精度反饋元件（如：光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等）組成。 嘿嘿，這圖上所示的是伺服電機，不是伺服驅(qū)動器。 這一部分你應(yīng)該查一下伺服驅(qū)動器的安裝技術(shù)資料（按照你選定的型號進行查找）。 從電氣工程的角度上來說，你需要看看安裝驅(qū)動器時有什么要求，比如保護裝置，與電網(wǎng)之間的隔離裝置、散熱裝置等

45、 從機械工程的角度上來看，你需要知道安裝尺寸，安裝要求，比如需不需要安裝導軌等 產(chǎn)品特點： l 力矩1.1Nm到70Nm l 正弦波交流伺服電機 l 額定轉(zhuǎn)速1200、1500、2000、3000rpm l 結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高 l 光電編碼器：2500線 l 轉(zhuǎn)子慣量小，響應(yīng)速度快 l 失電制動器電源：DC24V l 超高矯頑力稀土永磁 l 過熱保護：熱敏電阻輸出 l 抗去磁能力強 l 多種機座安裝尺寸 l 全密封設(shè)計 產(chǎn)品參數(shù)： 電機類型 交流伺服電機（永磁同步電機） 磁性材料 絕緣等級 反饋系統(tǒng) 溫度保護 ●超高矯頑力稀土永磁

46、材料 ●F級 環(huán)境溫度+40℃時，定子繞組溫升可達△T=100K 可選H級、C級絕緣，定子繞組溫升分別達125K、145K ●標準型:方波光電編碼器（帶U、V、W信號） 備選型:1.旋轉(zhuǎn)變壓器，用于振動、沖擊較大的環(huán)境；2.正余弦光電編碼器，經(jīng)細分分辨率可達220；3.絕對式編碼器 ●PTC 正溫度系數(shù)熱敏電阻，20時 R≤250Ω 備選:熱敏開關(guān) 安裝型式 護保等級 冷 卻 表面漆 ●IMB5 備選：IMV1、IMV3、IMB35 ●IP64 備選：IP 65、IP67 ●自然冷卻 ●灰色無光漆 備選：根據(jù)用戶需要 軸 承 徑向軸密封 軸 伸 ●雙面密封深溝

47、球軸承 ●驅(qū)動端裝軸密封圈 ●標準型：a型 光軸、無鍵 備選：b型 有鍵槽、帶鍵、或根據(jù)要求定制詳見軸伸標準圖 振動等級 旋轉(zhuǎn)精度 ●N級 備選：R級，S級 ●N級 備選：R級，S級 噪 音 GK603≤55dB(A); GK604≤55dB(A); GK605≤60dB(A); GK606≤65dB(A); GK607≤65dB(A); GK608≤70dB(A); GK610≤70dB(A); GK613≤70dB(A); GK618≤76dB(A); 連 接 ●接插件（GK603-GK610） 備選：出線盒 ●出線盒(GK613以上) 備選：接插件 第五章 畢業(yè)設(shè)

48、計體會 經(jīng)過幾個月的奮戰(zhàn)，我的《數(shù)控機床橫向進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計》畢業(yè)論文設(shè)計終于完成了，雖然比較辛苦但是獲益也良多，畢業(yè)論文設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種體驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)論文設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學的東西還很多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)論文設(shè)計，我才明白，學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。 在這次畢業(yè)論文設(shè)計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間相互幫助，有什么不懂得大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識很有幫

49、助，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 總之，不管學會的還是學不會的，的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手，最后終于做完了，有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正用到的時候才發(fā)現(xiàn)時兩回事，所以我們認為只有到真正體會用的時候才是真的學會了。 在整個設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)成了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的工作、學習、生活有非常重要的影響，而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功的喜悅，雖然這個設(shè)計做的額不太好，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)論

50、文設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 第六章畢業(yè)設(shè)計感言 眨眼間，三年的大學生活就在本設(shè)計論文的完成之際即將宣告結(jié)束。由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。三年的不斷學習，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計，也是為今后走上工作崗位作了準備。 在六個月的畢業(yè)設(shè)計中，在指導老師李琳老師的嚴格要求及悉心指導下，按時完成了設(shè)計任務(wù)，并在此過程中鞏固了本專業(yè)的知識，分析解決問題的能力也得到了進一步的提高。在此，謹向馮本秀講師表示衷心的感謝和崇高的敬意！ 此外，在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了其他老師和同學的幫助，設(shè)計任務(wù)一

51、直在很好的氛圍中進行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！ 再次向設(shè)計中所有提供過幫助的人表示忠心的感謝！ 參考文獻 [1] 于駿一，鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004 [2] 艾興，孫家寧.切削用量簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994 [3] 成大先.機械設(shè)計手冊單行本機械傳動[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004 [4] 陸劍中，肖詩綱.切削用量簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994 [5] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2001 [6] 李琳.自動控制系統(tǒng)原理與應(yīng)用[J].北京：清華大學出版社，2010