買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 引 言 從基本結(jié)構(gòu)的工作原理而言，雕銑機是數(shù)控鉆銑組合機床，但由于其應(yīng)用目標(biāo)是 “ 雕刻 ” ，因而其機床結(jié)構(gòu)、雕刻加工工藝及雕刻 件的功能與面向傳統(tǒng)工業(yè)制造行業(yè)的數(shù)控銑床都有很大的差異， “銑 ” 是一項獨特的新型數(shù)控加工技術(shù)。 （ 1） 使用小刀具進行精細(xì)雕刻 刻對象的特點是圖案復(fù)雜、細(xì)節(jié)豐富、造型奇特、成品精細(xì)，如果要實現(xiàn)這樣的加工要求，則必須使用小尺寸的刀具作為基本加工刀具，在很多情況下，雕刻刀具的刀尖直徑不足 用小刀具進行精細(xì)雕刻是 本的特征， （ 2） 使用高速精密電主軸 由于 工中為保證刀具的切削線速度和切削能力，勢必要提高刀具的旋轉(zhuǎn)速度，使用具有高轉(zhuǎn)速能力的電主軸，除高速特性外，還要求電主軸非常精密，經(jīng)保持較高的旋轉(zhuǎn) 精度和較強的軸系剛性，減少震動和跳動，降低小刀具雕刻的斷刀概率 ， 提高加工精度。 （ 3） 輕型精密的機床結(jié)構(gòu) 銑適合于小工件、小加工量并能滿足一定加工精度要求的輕型加工，所以雕銑機的整體結(jié)構(gòu)較為精巧，具有較強的剛性和齊全 的配置：在導(dǎo)軌、防護、冷卻等多個部件和結(jié)構(gòu)上均進行了特殊設(shè)計和處理。 （ 4） 高效平穩(wěn)的控制系統(tǒng) 床運動高速平穩(wěn)，分辯率高，性能穩(wěn)定。該系統(tǒng)為 供接口，可支持多種 件。根據(jù)小刀具雕刻的基本特點，并結(jié)合當(dāng)前制造業(yè)先進的高速銑削（ 念，提出了小刀具高速雕刻思想，主要目標(biāo)是提高雕刻效率 和 雕刻精度，減少小刀具的磨損率，在實際加工中的表現(xiàn)為 “ 高轉(zhuǎn)速、快進給、小進給、勻切削、穩(wěn)切削、高效率 ” 。此項技術(shù)是一項整體的系統(tǒng)技術(shù)，其實現(xiàn)除了要求雕銑 機具有高性能的硬件支持外，更需要 銑系統(tǒng)的其他組成部分的協(xié)同配合。 銑機從加工原理上講是一種鉆銑加工，同其它機加工手段一樣存在著特有的長處 和 天生的短處！若 銑對象選擇正確，工藝使用合理， 銑可以成為賺錢的職業(yè)！若 銑入錯了行，陷入弱勢， 銑就會 “ 勉為其難 ” ，投資者的回報將會很低。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 銑 特有的專業(yè)優(yōu)勢為： “ 小刀具的快速銑削 ” ，擅長做 “ 常規(guī)大刀具無法加工的業(yè)務(wù) ” 。目前，在下述行業(yè)中 模具雕刻業(yè)和廣告雕刻業(yè)。 （ 1） 模具行業(yè) 風(fēng)騷 銑在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的是模具業(yè)，在模具生產(chǎn)過程中 銑不是主要加工方式和生產(chǎn)手段，但其作用卻非同一般，可謂是 “ 畫龍點睛 ” ，這是由雕刻對象的 “ 圖案、文字和復(fù)雜的曲面 ” 特點所決定，當(dāng)前 1)紫銅和石墨電極加工 2)五金沖模和精密沖頭加工 3)鞋材模具和鞋底模型加工 5)鐘表零件加工和輕型 工 6)壓花（皮紋、花紋）輥輪和圓柱體工件雕刻 7)首板（手板、樣板）模型加工 （ 2） 廣告雕刻 求創(chuàng)意 刻在廣告主要應(yīng)用于沙盤模型、 廣告標(biāo)牌和文字標(biāo)志的制作，這些業(yè)務(wù)在雕刻工藝上相對簡單，關(guān)鍵是在效果表現(xiàn)上，而且主要突出的是 “ 精雕細(xì)刻和求新創(chuàng)異 ” 。 由于本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計 以，其主要的研究方向便是如何進給，即絲杠的計算與選型、絲杠支撐方式和軸承的選型以及電動機的計算與選型。 影響運動穩(wěn)定和定位精度的關(guān)鍵部件就是絲杠和電動機，因此，本次畢業(yè)設(shè)計針對絲杠與電動機的選型與計算部分較為詳細(xì)。 第一章主要介紹了 銑機的組成。 第二章 闡述了 銑機控制方式的選擇和 這部分是對本次設(shè)計的總體控制方式和傳動方式的方 案說明 。經(jīng)過對幾種方案的比較，最后決定采用開環(huán)控制方式和滾珠絲杠螺母副傳動方式。本章還 給出了本次設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)，這些數(shù)據(jù)都來自設(shè)計任務(wù)書，由于本人只需設(shè)計 并沒有完全使用以上數(shù)據(jù)。有些數(shù)據(jù)后面的設(shè)計計算用到了，但是任務(wù)書未給， 本人就結(jié)合文獻、資料以及指導(dǎo)老師和工程師的指導(dǎo)做了假定。這一點，我在此先做說明。第三章是本論文的一個重點部分，內(nèi)容是滾珠絲杠螺母副的計算與選型。在 后，在 珠絲杠螺母副的選型、傳動效率 、剛度、穩(wěn)定性五個方面來計算、選擇和校核滾珠絲杠副，使其保證達到預(yù)定要求。第四章內(nèi)容是絲杠軸承的計算與選型。通過查閱一些資料和網(wǎng)頁，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 了解到滾珠絲杠副的支承方式主要有四種，便一一列出并作了簡要說明。最后選擇了一端固定一端簡支的方式。 根據(jù)絲杠 被支承部分的直徑選取了軸承型號，并做了簡單計算。第五章內(nèi)容是電動機的計算與選型，這又是一個重點部分。本次設(shè)計動力采用步進電動機。在 ，我先說明了步進電動機的性能特點，這也就是選用步進電動機的原因。在 據(jù)資料，對電動機型號進行了初選。之后又 在 行了校核 計算。第六章 對聯(lián)軸器進行了計算與選型。 第一章 銑機介紹 銑機 的組成 雕刻用戶最終能夠高效地完成實際產(chǎn)品雕刻制作，必須有一個完整的實用 （ 1）雕銑 體造型以及計算雕銑產(chǎn)品的加工刀具路徑數(shù)據(jù)，輸出可由 釋并最終完成產(chǎn)品雕刻加工的 銑機數(shù)控系統(tǒng)可被 多種 件支持，用戶可根據(jù)自己熟悉的 件選用。 （ 2） 以解釋由雕銑 件輸出的 工代碼，執(zhí)行加工代碼所描述的各種復(fù)雜加工動作，完成雕銑產(chǎn)品的加工。 控柜、數(shù)控系統(tǒng)三個基本部分組成，如下圖 1 圖 1買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 數(shù)控系統(tǒng) 處理解釋雕銑 出加工控制指令，指揮雕銑機進行各種復(fù)雜 的加工動作，完成雕銑產(chǎn)品的加工。 電控柜 雕銑機的驅(qū)動和信號檢測部分，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送的控制的控制指令連 接驅(qū)動雕銑機本體產(chǎn)生機械運動，并對雕銑機的各種狀態(tài)進行檢測、反 饋 給數(shù)控系統(tǒng)進行識別和處理。 雕銑機床 雕銑機的機械設(shè)備部分，通過它完成雕刻、銑削、切割和鉆孔等各種加工方式的機械加工。 銑機的床體結(jié)構(gòu) 圖 1體正面外觀部件圖 各部件的說明如下 : （ 1）地腳：機床底座下面有四個地腳，在安裝調(diào)試機床時，必須調(diào)整地腳把機床床體調(diào)平，使工作臺處在水平面上。 （ 2） 工作臺：其由 X 軸滾珠絲杠及直線導(dǎo)軌驅(qū)動，其上有 T 型槽，可以安裝臺鉗進行裝卡、定位。 （ 3）電主軸：電主軸可高速旋轉(zhuǎn)，帶動刀具進行雕刻。 （ 4） 止灰塵或雕刻碎末進入橫梁內(nèi)。 （ 5）照明開關(guān)：使用照明燈時，按下此開關(guān)即可。 （ 6）冷卻液管：冷卻液管下端是可變方向油嘴，使用冷卻液時要把油嘴對準(zhǔn)刀具，使冷卻液沿刀柄流下。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 圖見圖 1 圖 1雕銑機床體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖 各部件的說明如下： (1)直線導(dǎo)軌：機床的三個方向運動全部采用直線導(dǎo)軌，充分保證了機床的剛性和機床的運動速度。 （ 2） 聯(lián)軸器： 步進 電機與滾珠絲杠的聯(lián)接部件，保證了 步進 電機與滾珠絲杠的同步運轉(zhuǎn)。 (3)機床 電機：機床的三個方向運動均采用 步進 電 動機 ，與數(shù)控系統(tǒng)配套采購，是機床的動力保證。 (4)限位開關(guān)，遇到撞塊后，電路斷開，正常運動時為通路。 (5)塊有兩個，限制 。 (6)滾珠絲杠：機床三個方向的運動均采用滾珠絲杠進行帶動，是影響機床精度的重要部件。 (7)立柱：橫梁的下面，左右各一。 (8)橫梁：在立柱上面，其上有 主軸沿橫梁左右運動。 (9)用同 (10)用同 (11)用同 (12)用同 (13)刀具夾頭：裝卡刀具的地方，不同的電主軸卡頭不同，但是上刀具時，一定要按規(guī)范進行上刀和卸刀，要檢查刀具是否被卡緊。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 第二章 銑機控制方式的選擇和 X 向進給機構(gòu)方案確定 X 雕銑機控制方式的選擇 由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床按進給伺服系統(tǒng) 控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制 系統(tǒng)。 1）開環(huán)控制系統(tǒng) ： 這種控制系統(tǒng)采用步進電機，無位置測量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進電機工作，如圖 2種控制方式對執(zhí)行機構(gòu)不檢測，無反饋控制信號，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng) （又稱為 步進式伺服驅(qū)動系統(tǒng) ） 。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試 方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進電機的限制。 圖 2開環(huán)控制系統(tǒng) 示意圖 2）閉環(huán)控制系統(tǒng) ： 這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機，有位置測量元件和位置比較電路。如圖 2量元件安裝在工作臺上，測出工作臺的實際位移值反饋給數(shù)控裝置。位置比較電路將測量元件 反饋的工作臺實際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作，直至到達實際位置，誤差值消除，此稱之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機床的剛性好，對機床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復(fù)雜，而且設(shè)備的成本高。 圖 2閉環(huán)控制系統(tǒng) 示意圖 3）半閉環(huán)控 制系統(tǒng)： 比較電路 ,與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償數(shù)控機床傳動鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 圖 2綜上所述， 由于 銑機 X 向進給機構(gòu)需要 較為 精確的定位和平穩(wěn)的運動 ， 而且該機床是一種小型鉆銑加工設(shè)備，不需要太復(fù)雜的控制裝置，同時要盡量降低成本，并減少設(shè)備調(diào)試的工作量，所以本次設(shè)計采用開 環(huán)控制系統(tǒng)。 步進式伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一個開環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進電機的質(zhì)量、機械傳動部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及控制電路的完善與否，均 會 影響到系統(tǒng)的工作精度。要提高系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)從這幾個方面考慮：如改善步進電機的性能，減少步距角；采用精密傳動副，減少傳動鏈中傳動間隙等。但這些因素往往由于結(jié)構(gòu) 和工藝的關(guān)系而受到一定的限制。為此，需要從控制方法上采取一些措施，彌補其不足。 （ 1） 細(xì)分線路 所謂細(xì)分線路，是把步進電機的一步再分得細(xì)一些。如十細(xì)分線路，將原來輸入一個進給脈沖步進電機走一步變?yōu)檩斎?10個脈沖才走一步。換句話說，采用十細(xì)分線路后，在進給速度不變的情況下，可使脈沖當(dāng)量縮小到原來的 1/10 。 若無細(xì)分，定子繞組的電流是由零躍升到額定值的，相應(yīng)的角位移如圖 2a） 所示。采用細(xì)分后，定子繞組的電流要經(jīng)過若干小步的變化，才能達到額定值，相應(yīng)的角位移如 圖2b)所示。 O - 1 5 細(xì) 分 前 后 一 步 角 位 移 波 形 圖 Ot( a ) 無 細(xì) 分 ( b ) 細(xì) 分 后(a) (b) 圖 2細(xì)分前后一步角位移波形圖 （ a） 無細(xì)分 （ b） 細(xì)分后 （ 2） 齒隙補償 齒隙補償又稱反向間隙補償。機械傳動鏈在改變轉(zhuǎn)向時，由于齒隙的存在，會引起步進電機的空走，而無工作臺的實際移動。在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，這種齒隙誤差對于機床加工精度具有很大的影響，必須加以補償。齒隙補償?shù)脑硎牵合葴y出齒隙的大小，設(shè)為加工過程中，每當(dāng)檢測到工作臺的進給方向改變時，在改變后的方向增加買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 以克服因步進電機的空走而造成的齒隙誤差。 （ 3） 螺距誤差補償 在步進式開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，絲杠的螺距積累誤差直接影響著工作臺的位移精度，若想提高開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精度，就必須予以補償。補償原理如圖 2示。通過對絲杠的螺距進行實測，得到絲杠全程的誤差分布曲線。誤差有正有負(fù)，當(dāng)誤差為正時，表明實際的移動距離大于理論的移動距離，應(yīng)該采用扣除進給脈沖指令的方式進行誤差的補償，使步進電機少走一步；當(dāng)誤差為負(fù)時，表明實際的移動距離小于理論的移動距離，應(yīng)該采取增加進給脈沖指令的方式進行誤差 的補償，使步進電機多走一步。具體的做法是： 1) 安置兩個補償桿分別負(fù)責(zé)正誤差和負(fù)誤差的補償； 2) 在兩個補償桿上，根據(jù)絲杠全程的誤差分布情況及如上所述螺距誤差的補償原理，設(shè)置補償開關(guān)或擋塊； 3) 當(dāng)機床工作臺移動時，安裝在機床上的微動開關(guān)每與擋塊接觸一次，就發(fā)出一個誤差補償信號，對螺距誤差進行補償，以消除螺距的積累誤差。 圖 2螺距誤差補償原理 曲線 1 理想的移動（沒有螺距誤差） 曲線 2 實際的移動（有螺距的誤差） 曲線 3 補償前的誤差曲線 曲線 4 補償 后的誤差曲線 控機床 對進給傳動系統(tǒng)的基本要求 進給傳動系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數(shù)控機床的定位精度和輪廓加工精度。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 從系統(tǒng)控制的角度分析，其中起決定性作用的因素主要有 ：（ 1）傳動系統(tǒng)的剛度和慣量，它直接影響進給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度。（ 2）傳動部件的精度與傳動系統(tǒng)的非線性，它直接影響系統(tǒng)的位置精度和輪廓加工精度。 傳動系統(tǒng)的剛度和慣性主要取決于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，而傳動系統(tǒng)的間隙、摩擦死區(qū)則是造成傳動系統(tǒng)非線性的主要原因。因此，數(shù)控機床對機械傳動系統(tǒng)的要求可以概括如下： （ 1） 提高傳動部件的剛度； （ 2） 減小傳 動部件的慣量； （ 3） 減小傳動部件的間隙； （ 4） 減小系統(tǒng)的摩擦阻力。 X 向進給傳動方案的選擇 控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 數(shù)控機床的進給運動可以分為直線運動和圓周運動兩大類。直線進給運動包括機床的基本坐標(biāo)（ X、 Y、 Z 軸）以及和基本坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸（ U、 V、 W 軸）的運動；圓周進給運動是指繞基本坐標(biāo)軸 X、 Y、 次設(shè)計的 在數(shù)控機床上，實現(xiàn)直線進給運動主要有三種形式：（ 1）通過絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副，將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)?直線運動。（ 2）通過齒輪、齒條副，將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。（ 3）直接采用直線電動機進行驅(qū)動。 以上幾 種傳動方案的簡介和比較 （ 1）滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副具有以下特點： 1）摩擦損失小，傳動效率高； 2）絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以消除間隙，提高了傳動剛度； 3）摩擦阻力小，而且 幾乎與運動速度無關(guān)，動、靜摩擦力的變化也很小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象； 4）長期工作磨損小，使用壽命長，精度保持性好。 因此，在數(shù)控機床上得到了廣泛應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機床最為常見的傳動形式。 但由于它有運動的可逆性 ，即一方面能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，反過來也能將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，不能實現(xiàn)自鎖。當(dāng)用在垂直傳動或水平放置的高速大慣量 傳動中必須裝有制動裝置，使用具有制動裝置的伺服驅(qū)動電動機是最簡單的方法。另外，為了防買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 止安裝、使用時螺母脫離絲杠滾道，在機床上還必須配置超程保護裝置，這一點對于高速加工數(shù)控機床來說尤為重要。 （ 2）靜壓絲杠螺母副 靜壓絲杠螺母副是通過油壓在絲杠和螺母接觸面之間，產(chǎn)生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母由邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時通過油膜推動螺母 直線運動，反之， 螺母轉(zhuǎn)動也可以使絲杠直線移動。靜壓絲杠螺母的特點是： 1）摩擦系數(shù)很小，僅為 滾珠絲杠的摩擦損失更小，因此，其起動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行。 2）油膜可以吸振，提高了運動的平穩(wěn)性。 3）由于油液的不斷流動，有利于散熱和減少 熱變形，提高了 機床的加工精度和光潔度。 4）油膜層具有一定剛度，減少了反向間隙。 5）油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動誤差小于絲杠本身的制造誤差。 6）承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。但靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要 求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 （ 3）齒輪齒條副 大型數(shù)控機床不宜采用絲杠傳動，因長絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動精度；同時軸向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度也難提高。如果加大絲杠直徑，則轉(zhuǎn)動慣量增大，伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性不易保證，故常用齒輪齒條副。 齒輪齒條副傳動用于行程較長的大型機床上，可以得到較大的傳動比，進行高速直線運動，剛度及機械效率也高。但其傳動不夠平穩(wěn)，傳動精度不高，而且還不能自鎖。采用齒輪齒條副傳動時，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動負(fù)載小時，也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法 ，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。當(dāng)傳動負(fù)載大時，可采用雙厚齒輪傳動結(jié)構(gòu)。 (4) 直線電動機驅(qū)動 采用直線電動機驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動相比，它具有以下優(yōu)點： 1） 采用直線電動機驅(qū)動，不需要絲杠、齒輪齒條等轉(zhuǎn)換裝置 即能直接實現(xiàn)直線運動，因此，它大大簡化了進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了傳動 效率。 2）旋轉(zhuǎn)電動機本身機械結(jié)構(gòu)由于受到離心力的作用，其旋轉(zhuǎn)速度受到限制；滾珠絲杠又受轉(zhuǎn)速特征值的約束，轉(zhuǎn)速不能太高。對于高速加工機床來說，雖然可以通過加大螺距提高進給速度，但是難以提高加速度 。采用直線電動機驅(qū)動時， 則可以不受此限制。 3）旋轉(zhuǎn)電動機必須通過絲杠、齒條等轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運動，傳動環(huán)節(jié)對精度、買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響無法避免；并且， 這些轉(zhuǎn)換機構(gòu)在運動中必然會帶來噪聲。直線電動機從根本上消除傳動環(huán)節(jié)，故進給系統(tǒng)的精度高、剛度、快速性和穩(wěn)定性好，噪聲很小或無噪聲。 直線電動機的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1） 與同容量旋轉(zhuǎn)電動機相比，直線電動機的效率和功率因數(shù)要低，特別在低速時更明顯。 2）直線電動機，特別是直線感應(yīng)電動機的起動推力受電源電壓的影響較大，故對驅(qū)動器的要求較高，應(yīng)采用措施保證或改變電動 機的有關(guān)特性來減少或消除這種影響。 3）在金屬加工機床上，由于電動機直接和導(dǎo)軌、工作臺做成一體，必須采取措施以防止磁力和熱變形對加工的影響。 綜上所述，本次 本次設(shè)計主要技術(shù)參數(shù) （ 1） 主要規(guī)格 ： 400 2） 工作臺 ： 工作臺尺寸 ： 475 75 工作臺平面度 ： 符合要求。絲杠0D=20d= 程 4 球直徑 個螺母滾珠有 3 列。預(yù)加載荷 ，即 1525N，遠大于最大載荷的 1/3。絲杠副精度為 動效率計算 ,t a n t a n 3 3 9t a n t a n ( 3 3 9 1 0 )= （ 3 度計算 畫出此 圖 3 最大牽引力為 718 N，支承間距 L=530杠螺母及左端（實際是右端）兩個軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。 (1)絲 杠的拉伸或壓縮變形量1根據(jù)18 N，0D=20得 L/L=1 510 ，可算出 1= 535 3 0 ( 1 1 0 5 3 0 ) 5 . 3 1 0L m m m （ 3 由于兩端均采用角接觸球軸承，且絲杠又進行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高 4倍，其實際變形量 （ ： 1 =14 1 =310 （ 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 （ 2） 滾珠與螺紋滾道間接觸變形2列 螺旋 滾道接觸變形 Q=3.8 m ， 因進行了預(yù)緊， 所以 2=12 Q =12 3.8 m =1.9 m （ 3 (3)滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形3采用 3346302型推力角接觸球軸承，1d=15動體直徑動體數(shù)量 z=12， 2 233 22 7180 . 0 0 0 5 2 0 . 0 0 0 5 2 0 . 0 0 4 07 . 6 8 1 2 （ 3 因施加預(yù)緊力，故 3=12 c=12 （ 3 根據(jù)以上計算： 1 2 3 = （ 3 可見總變形量小于定位精度。 定性校核 產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載 2272222 2 . 0 6 1 0 1 . 96453 = （ 3 此時穩(wěn)定性安全系數(shù) 2 5 6 1 3 . 0 7 3 6 . 6 7718 （ 3 可見該絲杠穩(wěn)定性滿足要求。 第四章 絲杠軸承的計算與選型 滾珠絲杠的支承方式簡介 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度之買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設(shè)計的機床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機床本體做成整體來增大剛度。 為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)雖簡單，但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一種滾珠絲杠專用軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的特殊向心推力球軸承，與一般的向心推力球軸承相比，接觸角增大到 60，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提 高了兩倍以上，而且使用極為方便，產(chǎn)品成對出售，而且在出廠時已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。 滾珠絲杠副支承方式通常有以下幾種： (1)雙推一自由方式 即絲杠一端固定，另一 端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力。這種支承方式用于行程小的短絲杠。 (2)雙推一支承方式 即絲杠一端固定，另一端支承。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力；支承端軸承只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以避免或減少絲杠因自 重而出現(xiàn)的彎曲 。同時絲杠熱變形可以自由地向一端伸長。 (3)雙推一雙推方式 即絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。 (4)采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式 即螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動。由于絲杠不動，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長滾珠絲杠高速運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。此種方式可以對絲杠施加較大的預(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，補償絲杠的熱變形。 絲杠軸承的選擇與計算 本次設(shè)計中的滾珠 絲杠采取一端固定， 另 一端簡支的方式 ，如圖 3 固定端采用一對推力角接觸球軸承，面對面組配。型號為 3346302 。內(nèi)徑 外徑 寬為 15 42 13。額定動載荷 C=6100 N。預(yù)加載荷0F=400 N。平均載荷18N。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 軸承壽命： L=0 F 36100400 518=610h （ 4 661 0 4 5 3 9 . 4 1 0 219546 0 2 6 7 6 0 2 6 7Lh h h h （ 4 能滿足要求。簡支端軸承只承受絲杠的部分重量，不需計算，也選擇 3346302 型推力角接觸球軸承。 第五章 電動機的計算與選型 步進電動機的性能特點 步進電動機是一 種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的機電元件。每輸出一個脈沖，步進電動機轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一定角度。這種控制電動機的運動方式與普通勻速旋轉(zhuǎn)的電動機不同，它是步進式運動的，所以稱為步進電動機。步進電動機角位移量與電脈沖數(shù)成正比，電動機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成比。改變脈沖頻率的高低就可以在很大范圍內(nèi)調(diào)速，并能迅速起動、制動、反轉(zhuǎn)。若用同一頻率的脈沖源控制幾臺步進電動機，它們可以同步運行。 步進電動機用作驅(qū)動 元件具有以下優(yōu)點：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)相對應(yīng)，每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，在不丟步的情況下運 行，步矩誤差不會長期積累，同時在負(fù)載能力范圍內(nèi)，步矩角和轉(zhuǎn)速僅與脈沖頻率高低有關(guān)，不受電源電壓波動或負(fù)載變 化 的影響，也不受環(huán)境條件的影響，因而可以組成結(jié)構(gòu)簡單而精度高的開 環(huán)控制系統(tǒng)。 初選步進電動機 （ 1）計算步進電動機負(fù)載轉(zhuǎn)矩 6 0 . 0 1 7 1 8 5 8 . 9 72 2 0 . 7 5 0 . 9 9 0 . 9 4 c m （ 5 （ 2）估計步進電動機起動轉(zhuǎn)矩 . 9 7 1 9 6 . 60 . 3 0 . 5 0 . 3T N c m （ 5 （ 3）計算最大靜轉(zhuǎn)矩 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 m a x 2 0 6 . 70 . 9 5 1 c m （ 5 （ 4）計算步進電動機運行頻率 0 0 0 0 . 4 6 6 6 . 76 0 6 0 0 . 0 1se z （ 5 m a 0 0 0 1 . 6 2 6 6 6 . 76 0 6 0 0 . 0 1 z （ 5 （ 5）初選步進電動機型號 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩045以滿足要求。 核步進電動機轉(zhuǎn)矩 前面所述為初選步進電動 機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算。初選之后，應(yīng)該進行校核計算。 （ 1） 等效轉(zhuǎn)矩慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 J可由下式計算： 202 J g （ 5 參考同類型機床，初選步進電動機 90轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 kg ， 3 4 2 20 . 7 8 1 0 2 4 9 0 . 6 1 1 5 2sJ k g c m k g c m （ 5 代入上式，得 202 J g 23 0 0 0 . 41 . 7 6 4 0 . 6 1 1 5 29 . 8 2 =kg （ 5 考慮步進電動機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。 = （ 5 基本滿足慣量匹配的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 (2)電動機轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算。 1） 快速空載起動轉(zhuǎn)矩 M 在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算公式如下， m a x 0 M M （ 5 22m a x m a xm a 01060 602 J （ 5 m a xm a x 360（ 5 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。 m a xm a x 4 0 0 0 0 . 7 5 8 3 3 . 33 6 0 0 . 0 1 3 6 0 r/ （ 5 起動加速時間0 2m a 060= 22 8 3 3 . 3 1 02 . 4 9 9 76 0 0 . 0 3= （ 5 折算到電動機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 00022 G 0 . 1 6 5 0 0 3 0 0 0 . 4 1 0 . 1 92 0 . 8 N c m （ 5 附加摩擦轉(zhuǎn)矩0M 00 20012 24 0 0 0 . 4 1 0 . 9 6 . 0 52 0 . 8 （ 5 上述三項合計， m a x 0 M M = （ 5 2）快速移動時所需轉(zhuǎn)矩 M 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 0 1 0 . 1 9 6 . 0 5 1 6 . 2 4 M N c m （ 5 3）最大切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩 M m a x 000 2f t f M M M M i 7 1 8 0 . 41 0 . 1 9 6 . 0 5 7 3 . 7 12 0 . 8 N c m （ 5 從上面計算可以看出， M 、 M 和 M 三種工況下，以快速空載起動所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為校核步進電動機的依據(jù)。 當(dāng)步進電動機為五相十拍時， m a x/ 0 . 9 5 1（ 5 則最大靜轉(zhuǎn)矩為 m a x 8 8 . 9 1 / 0 . 9 5 1 9 3 . 4 9 c m （ 5 9045，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。 核電動機的起動矩頻特性 和運行矩頻特性 前面已經(jīng)計算出此機床 X 切削進給時所需步進電動機運行頻率 90步進電動機允許的最高空載起動頻率為 4000運行頻率為 16000該電動機起動矩頻特性曲線 和 運行矩頻特性 曲線 如圖 5 圖 50步進電動機的 起動矩頻特性 曲線 和運行矩頻特性 曲線 由上圖可以看出，當(dāng)步進電動機起動，快速運動和切削進給運行時都可以滿足工作需要，所以， 90 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 第六章 聯(lián)軸器的計算與選型 軸器的類型 和選擇時的考慮因素 聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件，其主要用來連接軸與軸（或連接軸與其他回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。根據(jù)聯(lián)軸器對各種相對位移有無補償能力，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補 償能力）兩大類。撓性聯(lián)軸器又可按是否有彈性元件分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。 選擇一種合用的聯(lián)軸器類型可以考慮以下幾點： 1） 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振 的要求； 2） 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小； 3） 兩軸相對位移的大小和方向 ； 4） 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境 ； 5） 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。 軸器