買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 臂鉆床的數(shù)控化改造 F 2015 年 2 月 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 臂鉆床的數(shù)控化改造 摘要 ： 針對 公司 車間的 結合 電氣系統(tǒng)的組建與調試對 確定了鉆床的數(shù)控化改造方案， 介紹了機械的改造設計、 改造鉆床是為了提高了加工效率和加工精度 ， 取得了較好的應用效果 ， 而且也加深自 身對數(shù)控機床的認識 ， 并能夠初步掌握機電一體化系統(tǒng)的機械設計和自動化設計方 法 。 對于自己所學的知識進行可行性實 踐 ， 培養(yǎng)設計能力及獨立思考的能力 ， 鞏固 并強化理論知識 ， 為以后工作起到打基礎的作用 ， 培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和動手能 力。 關鍵詞 ：數(shù)控化改造；點位控制； 流程設計 in of 3063 of of of 3063 of of is to NC of of to of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 目 錄 第一章 . 前言 4 第二章 . 數(shù)控改造的目的 6 第三章 . 改造方案的確定 7 械部分的改造 7 控控制部分的改造 7 電氣控制系統(tǒng)中的應用 7 制系統(tǒng)設計的基本原則 8 坐標機械設計 8 工作臺設計 8 軌的設計選型 9 珠絲杠的設計計算 11 進電機的計算選型 14 軸器的選擇 16 杠軸承的 選擇 17 方向機械設計 20 方向步進電機的計算選型 20 軸器的選擇 21 方向機械設計 21 方向步進電機計算選型 22 軸器的選擇 22 第 四 章 24 3063 搖臂鉆床分析控制對象、確定控制要求 24 電動機 要求 24 電動機 要求 24 電動機 要求 24 動機 24 定 I/O 點數(shù) 24 制 I/O 端子接線圖 24 形圖設計 25 25 26 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 機控制系統(tǒng)及接口電路 27 工程序編制及計算機輔助編程 27 工試驗及結論 28 造后數(shù)控搖臂鉆床的結構特點 28 第 五 章 . 總結 30 第六 章 . 致謝 31 第七 章 . 參考文獻 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 第一章 前言 據(jù)資料介紹，我國 擁有 400 多萬臺機床，絕大部分都是多年累積生產的普 通機床。這些機床自動化程度不高，加工精度低，要想在短時期內用自動化程度高的設備大量更新，替代現(xiàn)有的機床，無論從資金還是從我國機床制造廠的生產能力都是不可行的。但盡快將我國現(xiàn)有的部分普通機床實現(xiàn)自動化和精密化改造又勢在必行。為此，如何改造就成了我國現(xiàn)有設備技術改造迫切要求解決的重要課題。在過去 的幾十年里，金屬切削機床的基本動作原理變化不大，但社會生產力特別是微電子技術、計算機技術的應用發(fā)展很快。反映到機床控制系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動化程度，又能提高加工的精度，現(xiàn)已有一些企業(yè)在這方 面做了有益的嘗試。實踐 證明，改造后的機床既滿足了技術進步和較高生產率的要求，又由于產品精度提高，型面加工范圍增多也使 改造后的設備適應能力加大了許多。這更加突出了在舊機床上進行數(shù)控技術改造的必要性和迫切性。 數(shù)控機床是綜合了微電子、計算機 、自動控制、自動檢測等先進技術的新型機床 ，最適宜加工小批量、高精度、品種多、生產周期要求短的零件。當變更 加工對象時只需要更換零件加工程序 ，無需對機床作任何調整，因此能很好地滿足 產品頻繁變化的加工要求。雖然數(shù)控機床的優(yōu)勢很大 ，但是對于制造企業(yè)，單純地 靠購買數(shù)控機床來解決現(xiàn)狀 ，一方面需要大量的資金投 入；另一方面，將原有的普 通機床閑置 ，勢必造成一種浪費。為了節(jié)約資金、降低成本，在原普通機床的基 礎上 ，進行數(shù)控化改造，是一種一舉兩得的有效途徑，既經(jīng)濟又快捷。 在美國、日本和德國等發(fā)達國家 ，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意 盎然 ，正處黃金時代。用數(shù)控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機 床及和生產線數(shù)控改造的新行業(yè)。數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的工作母機 ，是實現(xiàn)制造 技術和裝備現(xiàn)代化的基石。國際上一些國家一直把高性能數(shù)控機床作為戰(zhàn)略物資而嚴格控制 ，限制我國進口高性能數(shù)控機床。國外裝備制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗表明，發(fā) 展 裝備制造業(yè) ，數(shù)控機床是基礎。 總體來看 ，我國數(shù)控工業(yè)與世界先 進水平相比 ，差距十分明顯。一是國產高檔， 數(shù)控機床在品種水平和數(shù)量上遠遠滿足不了國內發(fā)展需求 ，高檔數(shù)控機床目前仍 然要大量依賴進口 。二是數(shù)控機床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為我國數(shù)控機 床產業(yè)發(fā)展的瓶頸 。三是機床制造企業(yè)技術水平不高，制造能力、綜合管理和服務 能力等方面不能滿足市場快節(jié)奏發(fā)展的要求 。四是大型國有企業(yè)的舊有設備比例 大 ，設備更新所需資金缺口大。 本文針對公司車間的 臂鉆床進行數(shù)控化改造。 采用機械預選變速機構，可節(jié)省輔助時間。 主 軸正反轉、停車、變速、空擋等動作，用一個手柄控制，操縱輕便夾緊。 主軸箱、搖臂、內外柱采用液壓驅動的菱形塊夾緊機構，夾緊可靠。 搖臂上導軌、主軸套筒及內外柱回轉滾道等處均進行淬火處理，可延長使用壽命。 主軸箱的移動除手動外，還能機動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 械型搖臂鉆床主要技術參數(shù)： 鉆孔最大直徑：鑄件 63 主軸中心線至立柱母線距離： 500軸箱水平移動距離： 1500 主軸端面至底座工作面距離： 680軸行程： 350 立柱直徑： 330 主軸錐孔： 5 主軸轉速范圍： 34、 47、 66、 90、 130、 180、 240、 340、 470、 650、 930、 1280 主軸轉速級數(shù)： 12 主軸進給量范圍： 軸進給級數(shù)： 6 主軸允許最大進給抗力： 17000N 搖臂升降速度： 臂順轉角度： 360 主電機功率： 降電機功率： 重： 3500 工作臺尺寸： 650*500*400（ 4 道 T 型槽） 外形尺寸： 26503063 搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機床，它可以進行多種形式的加工如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上 講，它需要機、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且要進行時間控制。它的調速是通過三相交流異步電動機 和變速箱來實現(xiàn)的。 也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構。搖臂鉆床的主軸旋轉運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉運動是通過機械轉換實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉方向。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺交流異步電動機拖動。 搖臂鉆床適合與在大、中型零件上進行鉆孔、擴口、絞孔及攻螺紋等工作 ，在具有工藝裝備的 條件下還可以進行鏜孔。 臂鉆床由底座、外立柱、內立柱 ，搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成。 內立柱固定在底座的一端 ，外立柱套在內立柱上，工作時用液壓夾緊機構與內立柱夾緊，松開后 可繞立柱回轉 360 度。搖臂的一端為套筒 ，它套在外立柱上，經(jīng)液壓夾緊機構可與外立柱夾緊。夾 緊機構松開后 ，借助升降絲桿的正、反向旋轉可沿外立柱上、下移動。由于升降絲桿與外立柱構成 一體 ，而升降螺母則固定在搖臂上，所以搖臂只能與外立柱一起繞內立柱買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 回轉。 主軸箱是一個復合部件 ，它由主傳動電動機。主軸和主軸傳動機構、進給和變速機構以及機床 的操作機構部分組成。主軸箱安裝與搖臂的水平導軌上 ，可以 通過手輪操作使主軸箱沿水平導軌移 動 ，通過液壓夾 緊機構固在搖臂在。鉆削加工時 ，主軸旋轉為主運動，而主軸的直線移動為進給運 動。即鉆孔使鉆頭一面做旋轉運動 ，同時做縱向進給運動，主軸變速和進給變速的機構在主 軸箱內， 用變速機構分別調節(jié)主軸轉速和上下進給量。搖臂鉆床的主軸旋轉運動和進給運動由一臺交流異步電動 拖到。 搖臂鉆床的輔助運動有 ，搖臂沿外立柱的上升、下降、立柱的夾緊和松開以及搖臂與外立柱一 起繞內立柱的回轉運動。搖臂的上升、下降由一臺交流電動機 動 ，立柱的夾緊和松開、搖臂 的夾緊與松開以及主軸箱的夾緊和松 開是有另一臺交流電動機 動一臺齒輪泵 ，供給夾緊裝置 所需的壓力油推動夾緊機構液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的。而搖臂的回轉和主軸箱沿搖臂水平導軌方向的左右移動。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 第二章 數(shù)控改造的目的 隨著石油化工、熱能工程等行業(yè)的發(fā)展，管板類零件的加工需求越來越多，要求越來越高。如換熱器管板和折流板上鉆有大量的孔，以便穿過換熱管。為了使換熱管能順利地插入管板，不僅要求每個孔有一定的尺寸精度，更重要的是孔間的相互位置精度 (誤差一般要求為 右 )。以往加工管板、折流板的工藝流程為：劃線 打洋沖 打 中心孔 檢驗鉆孔。這種方法不僅勞動強度大、工序多、每件加工需要百余個工時，而且加工精度低，經(jīng)常出晚換熱管插不進管板、折流板，造成工件報廢和返工。因此使用高精度、高自動化的數(shù)控機床加工已勢在必行。但是購置專用大型數(shù)控機床或加工中心價洛昂貴，如將工廠現(xiàn)有的普通搖臂鉆床 (如 )進行數(shù)控化改造，則是一項費用低、收效快、切實可行的方案。 同時也可以 加深對數(shù)控機床的認識 ， 鞏固加深自己所學的知識 ， 并能夠利用所學的專業(yè)理 論與實踐結合。同時進一步了解機電一體化的一些基本知識 ， 并能夠初步掌握機電 一體化系統(tǒng)的機械設計和自 動化設計方法 ， 培養(yǎng)設計能力及獨立思考的能力 ， 鞏固并強化理論知識 ， 為以后工作起到打基礎的 作用 ， 培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和動手能力。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 第三章 改造方案的確定 3. 1 機械部分的改造 根據(jù)搖臂鉆床布局 ，欲加工此類管板零件，只要控制鉆床主軸走出每個加工孔 的點位即可 ，為有直角坐標控制方式和極坐標控制方式兩種改造方案。后一種方 案結構緊湊 ，加工范圍能充分利用 (由于數(shù)控轉臺的回轉 ，其加工范圍擴大為 Y 向行程的一倍 )。只要將圖紙中孔的尺寸標注從直角坐標轉化為 極坐標即可 ，這對現(xiàn)今使 用計算機來說是極其簡單的事 ，因而被采用。 3. 2 數(shù)控 制系統(tǒng)部分的改造 根據(jù)校企合作開發(fā)系列教材電氣系統(tǒng)的組建與調試對 臂鉆床工作原理的學習和對車間老師的請教以及在車間工作時對 臂鉆床的操作 ，仔細閱讀、分析臂鉆床的電氣原理圖 ，確定各部分的要求，進行 臂鉆床的 制系統(tǒng)部分的改造 ，使機床實現(xiàn)自動化，數(shù)控化的改造。 3. 2. 1 電氣控制系統(tǒng)中的應用 現(xiàn)代工業(yè)生產中，中小批量零件的生產占產品數(shù)量的 比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通鉆床已經(jīng)越來越難以適應現(xiàn)代化生產的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業(yè)整體效率和質量的競爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產品的競爭，將面臨知識 技術 產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強，因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產重要基礎的“軟”控制系統(tǒng)機床，在生 產中所占比例將越來越高。 20世紀 70 年代以前，電氣自動控制的任務基本上是由繼電器控制系統(tǒng)來完成。繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單、價格低廉、抗干擾能力強， 所以當時應用的十分廣泛，至今仍在許多簡單的機械設備中應用。 但是，該類控制系統(tǒng)的缺點也十分明顯，它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機械性觸點的工作頻率低，易損壞，因此可靠性較差。 隨著信息化產業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機床的功能日趨完善，數(shù)控機床已經(jīng)完全取代了普通機床，而數(shù)控技術是機械加工自動化的基礎，是數(shù)控機床的核心技術，其水平高、 低關系到國家戰(zhàn)略地位、國民經(jīng)濟水平和體現(xiàn)國家綜合實力的水平。今后數(shù)控技術又將向著高精化，高速化，高效化，系統(tǒng)化，自動化，智能化，集體化方向發(fā)展，并注重工藝適用性和經(jīng)濟性。 應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化的主要設備之一。 軟件手段實現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器控制系統(tǒng)相比，靈活性大大提高；與普通的計算機相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、組合靈活、擴展方便、體積小等突出優(yōu)點，因而在機床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 制系統(tǒng)設計的基本原則 1. 最 大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計 制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。 2. 保證 制系統(tǒng)安全可靠 保證 制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選 擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證 序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。 3. 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效 益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在 滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和 維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 4. 適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 入 /輸出模塊、 I/O 點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。 坐標機械設計 X 方向是一個獨立的工作臺。機械改造設計的內容包括：確定工作臺尺寸及重量，導軌的設計選型，滾珠絲杠螺母副的設計計算選型，步進電機參數(shù)的計算選型，聯(lián)軸器的選型，絲杠支承軸承的選型。 工作臺設計 座在 X 方向尺寸為 1000軸箱在搖臂上行程，即 Y 方向行程為 900 毫米， 用于加工大型零件，現(xiàn)確定其加工零件的最大質量為 200 本方案設計的 X 工作臺是用螺栓和 工作臺的 T 型槽連接的，而不拆除原有工作臺。原工作臺 X， Y， Z 方向的尺寸為 500630500工作臺面到鉆床底座的距離，即 00面再增加一個滾珠絲杠驅動的工作臺，總體尺寸不會超過 1000方案相當于稍微增加了原工作臺的高度。 設計工作臺 X， Y， 5058050慮到對工作臺強度及剛度的要求，確定工作臺厚度即 0作臺上銑出 3條 樣能夠保證在加工最大尺寸工件時，能夠用 確定工作臺上 部寬度 B=25部寬度 A=14部高度 C=11=28間距 P=80 栓頭寬 S=22栓頭厚度 K=6文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 158 1996，如圖 3 3示 本標準等效采用國際標準 299機床工作臺 T 形槽和相應的螺栓并補充了 T 形槽不通端型式及尺寸、 工作臺的材料取 45 號鋼，表面熱處理使其硬度達到要求，密度為 =以，工作臺的質量： M= V M=58010 5010 010 =根據(jù)要求，加工零件的最大質量為 200估計一下工作臺上各種部件的質量， 00 軌的設計選型 原工作臺 X 方向尺寸 500Y 方向尺寸為 630計導軌 20軌 80種導軌的結構特點是承載能買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 力大，剛性較高，形狀規(guī)則，制造和維修方便；但矩形導軌側面有間隙，導向精度較低，適用于普通精度機床。為了降低摩擦系數(shù)，在導軌面上粘貼聚四氟乙烯薄片。 矩形導軌截面如圖 3 根據(jù) X 工作臺及原 作臺的尺寸，確定導軌的尺寸如下：導軌跨度 A=500軌寬度B=406H=25板厚度 h=16，鑲條厚度 b=8條寬度 矩形導軌需要在垂直和水平兩個方向上調整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調整它的低面間隙，其方法有：刮研或配磨下壓板的結合面；用螺釘調整鑲條位置；改變墊片的片數(shù)或厚度。在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調整它的側面間隙。 因為為了保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，而且導軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調整，故導軌應有間隙調整裝置。 間隙調整裝置 廣泛采用鑲條和壓板，設計時，除了考慮保證調整容易外，應該注意增強它們的剛性。鑲條裝在運動部件上并位于受力較小的一側。如果兩側受力都較大時，應選擇斜鑲條。但由于受力大的一側磨損大，間隙消除后，會使運動部件向裝鑲條的另一側移動。如果不允許有橫向移動 (例如用絲杠傳動會引起絲杠彎曲 )，可在導軌兩側各用一條鑲條，以保持間隙調整后中心位置不變。運動部件達到行程終點時，鑲條不許伸出過多。 綜合考慮各種因素，確定選擇平鑲條和矩形壓板。如圖 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 平鑲條結構說明：鑲條各面彼此平行，用均布的頂緊螺釘使鑲條橫 向移動來調整間隙。這種鑲條的特點是，制造簡單，調整麻煩，各處間隙很難調整到一致，沿鑲條全長只有幾點受力，接觸剛度差。這種平鑲條用于短的或受力不大的各種不太重要的場合。 矩形壓板結構說明：調整間隙時磨削或修刮壓板和工作臺下部的水平接合面，結構簡單，調整麻煩，要拆卸壓板，用于磨損較小或間隙對加工精度影響不大的場合。 壓板受力較大，或導軌工作長度較短時，壓板長度等于導軌長度。當壓板受力不大、或導軌工作長度較長時，只需在運動部件的兩端或中間 (受力區(qū) )裝短壓板，其長度可取為導軌工作長度的 1/3或 1/4。在此，取壓 板長度等于運動的工作臺 50條長度取相同的值 350 珠絲杠的設計計算 X 方向定位精度要求為 作臺快進速度定為 1m/速時間為 絲杠分為滑動絲杠和滾珠絲杠。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動轉變?yōu)樾D運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設備、精密儀器、精密數(shù)控機床 。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個方面的優(yōu)良特性：傳動效率高、定位精度高、傳動可逆性、使買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 用壽命長、同步性能好。由于滾珠絲杠副運轉順滑、消除軸向間隙以及制造的一致性，采用多套滾珠絲杠副方案驅動同一裝置或多個相同部件時，可獲得很好的同步工作。 滾珠絲杠與傳統(tǒng)滑動絲杠相比，有以下優(yōu)點：一，與滑動絲杠副相比驅動力矩為 1/3。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。 與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3，在省電方面很有幫助。 二，高精度的保證。三，微進給可能。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。四，無側隙，剛性高。滾珠絲杠副可以加預壓，由于預壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內通過給滾珠加預壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲杠螺母部的剛性增強 )。五，高速進給可能。滾珠絲杠由于運動效率高，發(fā)熱小，所以可實現(xiàn)高 速進給運動。 根據(jù)額定動載荷選擇 W 系列 W 型無襯套外循環(huán)單螺母 1 列滾珠絲杠副，絲杠副如圖 3示。 此型號滾珠絲杠副的主要參數(shù)如下： 滾珠絲杠副型號： 義直徑： 5距：買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 t=6螺旋升角： =3 7 滾珠直徑： 道半徑： R=心距： e=杠外徑： d=34螺母凸緣外徑： =86釘中心圓直徑： =72母凸緣厚度： T=12釘尺寸：28 螺釘個數(shù)： a=4 螺母配合外徑 ： D =65母長度： 8額定動載荷： C=1940定靜載荷： 110此型號滾珠絲副額定動載荷 1940足驅動能力要求。 進電機的計算選型 數(shù)控機床上可以用步進電機和伺服電機控制，這里先對兩者進行一下性能比較，以便更好的選擇合適的電機。 步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于 數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 第一，控制精度不同。兩相混合式步進電機步距角一般為 五相混合式步進電機步距角一般為 ，也有一些高性能的步進電機步距角更小，如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為 ；德國百格拉公司（ 產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為 、 、 、 、 、 、 ，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準 2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為 360 /10000=。對于帶 17位編碼器的電機而言，驅動器每接收 131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為 360 /131072 ，是步距角為 步進電機的脈沖當量的 1/655。 第二，低頻特性不同。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解 析機能（ 可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。 第三，矩頻特性不同。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在 300 600流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000000內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 第四，過載能力不同。步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 第五，運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理 好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 第六，速度響應性能不同。步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要 200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 00靜止加速到其額定轉速 3000用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電 機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。 步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰?，即給一個脈沖，步進電機就轉一個角度，因此非常合適單片機控制，在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，電機則轉過一個步距角，同時步進電機只有周期性的無累積誤差，精度高。 步進電動機有如下特點：第一，步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。因此，當它轉一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟 隨性；第二，由步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非?？煽浚瑫r，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；第三，步進電動機的動態(tài)響應快，易于啟停、正反轉及變速；第四，速度可在相當寬的范圍內平穩(wěn)調整，低速下仍能獲得較大轉距，因此一般可以不用減速器而直接驅動負載。第五，步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。第六，步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應措施。 步進電機有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進角 相混合式步 進電機為例，在整步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉 旋轉一周，則需要 200 個脈沖，在半步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉 旋轉一周，則需要 400 個脈沖?？刂撇竭M電機旋轉必須按一定時序對步進電機引線輸入脈沖。 步進電機在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。如果使用細分方式，就能很好的解決這個問題，步進電機的細分控制，從本質上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內部的合成磁場為均勻的圓形旋轉磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分，一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電機 旋轉力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小，步進電機半步工作方式就蘊涵了細分的工作原理。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 通過以上信息，可知本次設計的工作臺控制精度要求不需要很高，考慮成本因素等等，選擇步進電機控制。 下面對步進電機進行計算選型。 數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)按控制形式有開環(huán)，半閉環(huán)，以及閉環(huán)三種形式。在具體設計前，首先應根據(jù)對機床的性能要求選擇適當?shù)目刂菩问?。一般選擇原則為，精度要求高時應采用閉環(huán)控制方式，因為各種影響定位精度的因素都可以得到補償。而開環(huán)、半閉環(huán)存在著影響定位精度的各種因素，特別是頻 繁定位時。但與此同時，還必須考慮到穩(wěn)定性，成本，以及機床規(guī)格大小等其他因素。對于閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)，基設計計算主要是穩(wěn)定性問題，對于開環(huán)、半閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)，基設計計算主要是定位精度問題。 綜合各種因素考慮， 要使系統(tǒng)協(xié)調運轉，電機選型是比較重要的一環(huán)。由于電動機直接與外界負載相關聯(lián)，因此，可以先從電動機著手。選擇步進電動機大致可以分為以下幾個步驟：第一，計算負載轉矩；第二，計算傳動構件的轉動慣量；第三，計算傳動比；第四，計算電動機起動轉矩；第五，選取電動機。 X 工作臺精度要求 為 作臺定位精度通過電機的脈沖當量控制，脈沖當量是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離，脈沖當量必須小于等于要求的精度。 90 D=90B=90d=147b=40h=3L=17607軸器的選擇 固定式剛性聯(lián)軸器的結構最簡單，零件數(shù)量少，重量輕，制造容易，成本低。適用于轉速不高，載荷平 衡的場合。用固定式剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸可當作一個剛性的整體，當安裝時調整未達到對中要求或工作過程因軸承磨損等各種原因引起兩軸相對位移時，都將使聯(lián)軸器承受彎矩，產生買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 附加徑向力，增加軸和軸承上的作用力，縮短軸承的使用期。為了減輕這種附加載荷的影響，聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸應采用剛性大而且穩(wěn)固的軸承。同時，應調整至所聯(lián)兩軸的相對徑向位移在 軸長時取大值 )，相對角位移在 套筒式聯(lián)軸器是利用一公用套筒以銷、鍵或過盈配合等聯(lián)接方式與兩軸相聯(lián)。套筒式聯(lián)軸器制造容易，零件數(shù)量最少， 結構緊湊，徑向外形尺寸最小，但裝拆不方便，需要沿軸向移動較大的距離，一般可用于無軸肩的光軸或允許沿軸向移動的輕載荷傳動軸系。 X 方向步進電機和絲杠選用套筒式聯(lián)軸器聯(lián)接。所選擇的套筒聯(lián)軸器的基本參數(shù)和主要尺寸如下： 軸直徑： d=14用轉矩 16N m 5=45=10=1=圓錐銷： 4 25， 117 2000 套筒式聯(lián)軸器如圖 3 杠軸承的選擇 機器中的軸都以軸承為支承的。軸的支承結構設計對于保證軸的運轉精度， 發(fā)揮軸承的工作能力起著重要作用。支承結構的設計，需要綜合考慮軸承的配置、軸向位置的限定與調整、軸的熱膨脹補償、軸承游隙調整、軸承的緊固、軸承的潤滑和密封等問題。 軸一般采用雙支承結構，每個支承由 1 2個軸承組成。受純徑向載荷的軸，兩支承可取向心軸承對稱布置。受徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用的軸，兩支承通常選用同型號的角接觸軸承。此時，兩軸承的配置可?。罕硨Ρ撑帕?，面對面排列，串聯(lián)排列。 00于絲杠長度較長，根據(jù)采用一端，一端游動的支承結構。由于絲杠主要受徑向力，軸承選用既能承受徑向載 荷又能承受軸向載荷的角接觸球軸承串聯(lián)排列支承。所選型號軸承如圖 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 固定 實現(xiàn)軸在該方向上的軸向定位。而在軸的另一支承端，使軸承與軸或外殼孔間可以相對移動，以補償軸因熱變形及制造安裝誤差所引起的長度變化。 這種支承中，軸的軸向定位精度取決于固定端軸承軸向游隙量的大小。因此用一對角接觸球軸承或圓錐滾子軸承組成的固定端的軸向定位精度，要比深溝球軸承的精度高。固定端軸承的內外圈，應分別與軸和外殼孔作軸向定位和固定。 游動端對軸的長度變 化的補償，最簡單有效的方法是采用內圈無擋邊或外圈無擋邊的圓柱滾子軸承。當采用其他類型的軸承時，可根據(jù)載荷形式和工作條件，分別使內圈與軸或外圈與外殼孔成間隙配合，以滿足軸向游動的需要。固定 各種工作條件的適應性強，因此在各種機床主軸、工作溫度較高的蝸桿軸以及跨距較大的長軸支承中廣泛應用。 X 方向絲杠支承固定端的軸向緊固有多種方式可以選擇，在此選擇軸承內圈的緊固方式為一側靠軸肩定位如圖 3 另一側用鎖緊螺母與止動墊圈緊固，如圖 3示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 這種緊固方式結構簡單，裝拆 方便，占用空間小，緊固可靠。 固定端外圈的緊固方式，一側外圈采用端蓋緊固。如圖 3 這種緊固方式的特點是結構簡單，緊固可靠，調整方便。 另一側外圈采用定制的軸承座上的擋肩定位，如圖 3買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 這種方式特點同樣是結構簡單，工作可靠。 X 方向絲杠游動端緊固，只需緊固軸承內圈兩側，一側采用鎖緊螺母與止動墊圈緊固，另一側采用軸肩定位，和固定端軸承內圈采用同樣的緊固方式。 絲杠軸公稱直徑 35慮到軸承安裝尺寸等因素，軸承內徑設計為 25承選擇 7205接觸球軸承。圖如 3 具體參數(shù)如下： 軸承代號： 7205本尺寸： d=25本尺寸： D=52本尺寸： 2B=30安裝尺寸： da(31裝尺寸： Da(46裝尺寸： Db(裝尺寸：ra(1裝尺寸： rb(他尺寸： 他尺寸： 他尺寸： r(1 其他尺寸： r1(本額定載荷： 本額定載荷： 限轉速，脂： 8000 r/限轉速，油： 11000r/量： 方向機械設計 Y 方向改造是將滾珠絲杠通過絲杠螺母副和 軸箱連接，用滾珠絲杠驅動主軸箱在搖臂上移動。機械改造設計的內容包括：滾珠絲杠螺母副的設計計算選型，步進電機參數(shù)的計算選型，及聯(lián)軸器的選型，絲杠支承軸承的選型。 絲杠副 ，名義直徑 35型號滾珠絲杠副額定動載荷 C=1940足負載要求。即Y 方向滾珠絲杠螺母副的型號可以選擇和 X 工作臺上的滾珠絲杠螺母副型號一樣。根據(jù)搖臂 長度和主軸箱行程，并且考慮絲杠需要留下一定的富余長度，確定 307 方向步進電機的計算選型 Y 方向步進電機的選型和 X 工作臺步進電機選型方法基本一致，可以參考前面 X 方向步進電機選型的詳細說明來選擇 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 由于步進電機調速范圍較大，電機和絲杠之間暫時不考慮齒輪變速。取傳動比 i=1，步距角 = 轉動慣量的計