多功能數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)Designoffeedsystemofmulti-functionCNClathe摘要對(duì)于生產(chǎn)類型的行業(yè)來(lái)說(shuō)，其產(chǎn)品質(zhì)量的五大控制手段分為：人、機(jī)、料、法、環(huán)。而作為其中的重要一環(huán)，設(shè)備的好壞也直接影響著產(chǎn)品的最終形態(tài)。對(duì)于車床行業(yè)而言，發(fā)展數(shù)控車床是重中之重，而這其中，發(fā)展多功能數(shù)控機(jī)床——即斜床身臥式數(shù)控車床尤為關(guān)鍵。斜床身數(shù)控車床因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它在數(shù)控車床行業(yè)中占有非常重要的位置。斜床身臥式數(shù)控車床的主要特點(diǎn)在于：1、可配備多工位刀塔或者動(dòng)力刀塔，可以用于各類復(fù)雜零件的加工；2、具備直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)的各項(xiàng)補(bǔ)償功能，加工精度高。本課題設(shè)計(jì)的多功能數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)，它作為承載需加工零件的重要部分，它的精度等級(jí)也影響著產(chǎn)品成型后的尺寸。因此需要對(duì)其運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行綜合考量，查閱相關(guān)資料，在對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行計(jì)算校核。本設(shè)計(jì)首先對(duì)多功能數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)包含的零部件進(jìn)行了明確，然后對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了確定，選擇了合適的滾珠絲杠和伺服電機(jī)，再對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行選擇，最后對(duì)軸承進(jìn)行選型和校核。本設(shè)計(jì)在對(duì)各部件的合理的計(jì)算，保證了進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高精度，完成了對(duì)多功能數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以期為相關(guān)設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)參考。關(guān)鍵詞多功能數(shù)控車床；進(jìn)給系統(tǒng)；關(guān)鍵部件全套圖紙加V信153893706或扣3346389411徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書AbstractFortheproductiontypeoftheindustry,itsproductqualitycontrolmeansisdividedintofive:people,machine,material,law,ring.Andasoneoftheimportantlinks,thequalityofequipmentalsodirectlyaffectsthefinalformoftheproduct.FortheLatheIndustry,thedevelopmentofnumericalcontrollatheisthemostimportant,andamongthem,thedevelopmentofmulti-functionalnumericalcontrolmachinetool——Thehorizontalnumericalcontrollathewithinclinedbedisthekey.Becauseofitsuniqueadvantages,CNClathewithinclinedbedoccupiesaveryimportantpositioninCNClatheindustry.ThemainfeaturesofthehorizontalCNClathewithslantingbedare:1.Itcanbeequippedwithmulti-positiontooltowersorpowertooltowers,whichcanbeusedformachiningvariouscomplicatedparts;2.Ithasthecompensationfunctionsoflinearinterpolationandcircularinterpolation,highmachiningaccuracy.Themulti-functionalCNClathefeedsystemdesignedinthispaper,asanimportantpartofbearingpartstobeprocessed,itsaccuracylevelalsoaffectsthesizeoftheproductafterforming.Therefore,itisnecessarytocarryonthecomprehensiveconsiderationtoitsoperatingenvironment,consulttherelevantdata,andcarryonthecalculationchecktoitskeycomponents.Thisdesignfirstclarifiedthepartsincludedinthefeedsystemofthemulti-functionCNClathe,thendeterminedtherelevantparameters,selectedtheappropriateballscrewandservomotor,thenselectedthecoupling,andfinallycarriedoutthebearingSelectionandverification.Inthisdesign,thereasonablecalculationofeachcomponentensuresthestabilityandhighprecisionofthefeedsystem,andcompletesthedesignofthemulti-functionCNCmachinetoolfeedsystem,inordertoprovideadesignreferencefortherelevantdesign.Keywordsmulti-functionCNClathefeedsystemcoupling目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1研究意義 11.2數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 21.2.1數(shù)控機(jī)床的組成和分類 21.2.2伺服控制系統(tǒng)的分類 21.2.3伺服進(jìn)給系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用 31.2.4數(shù)控車床對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求 41.3本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 52多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 62.1多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的工作機(jī)理 62.2多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定 72.3有關(guān)參數(shù)的確定 73進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì) 83.1X軸進(jìn)給系統(tǒng)和Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的導(dǎo)軌選用 93.1.1X軸向滾珠絲杠的計(jì)算 113.1.2Z軸向滾珠絲杠的計(jì)算 143.2伺服電機(jī)的計(jì)算和選型 164聯(lián)軸器 215軸承的選擇 28結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33緒論研究意義作為機(jī)械制造行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是及其重要的。從國(guó)民經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)講，機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與提升，也意味著綜合國(guó)力也得到了提升，因此發(fā)展高新產(chǎn)業(yè)都有著深遠(yuǎn)的意義。頂尖機(jī)床的發(fā)展思路是精度高、生產(chǎn)效率高、柔性化生產(chǎn)、智能制造以及自動(dòng)生產(chǎn)。與國(guó)外工業(yè)大國(guó)相比較，我國(guó)的機(jī)床行業(yè)整體的設(shè)計(jì)制造水平還有很大的差距，主要表現(xiàn)得方面在設(shè)計(jì)方法和思路落后、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，與國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)相比較無(wú)法同步接軌。在機(jī)械加工行業(yè)中，由于復(fù)雜工件加工的特殊性，因此一般的加工機(jī)床已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際的使用需求，由此衍生出數(shù)控機(jī)床，用來(lái)加工復(fù)雜的工件，因此得到了飛速的發(fā)展。多功能數(shù)控機(jī)床因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，成為數(shù)控車床中比較優(yōu)秀的床種，是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來(lái)一直受到世界各國(guó)的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。車床，是屬于金屬加工行業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的一類機(jī)床，其歷史悠久。作為現(xiàn)代車床雛形出現(xiàn)的車床，自1797年被發(fā)明以來(lái)，距今已有223年，因此其發(fā)展極為成熟。而數(shù)控車床，則是在普通車床的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展得來(lái)的。在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上，數(shù)控機(jī)床引入了數(shù)字指令操控的概念。而數(shù)控機(jī)床一般都是采用由計(jì)算機(jī)控制，執(zhí)行計(jì)算機(jī)編譯完成的機(jī)床操控指令，因此也成為CNC。日前，數(shù)控車床已經(jīng)發(fā)展到可以使用專業(yè)的三維制圖軟件，設(shè)計(jì)完成要加工部件的三維模型，設(shè)定該部件加工的各項(xiàng)參數(shù)：如對(duì)刀點(diǎn)、主軸轉(zhuǎn)速、切削量等；然后用三維軟件對(duì)設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行編譯，最后生成加工程序，將加工程序?qū)霐?shù)控機(jī)床后，有數(shù)控機(jī)床內(nèi)嵌的加工軟件依據(jù)加工程序進(jìn)行加工，完成三維模型的加工。目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的差距主要體現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)上，國(guó)際知名的數(shù)控系統(tǒng)主要有FANUC、SIMENS等。目前主流的數(shù)控機(jī)床有多種，其中以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和多功能數(shù)控機(jī)床最具代表性。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主要特征體現(xiàn)在：具有針對(duì)性的加工功能的機(jī)床，其功能簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；多功能數(shù)控機(jī)床——即斜床身臥式數(shù)控車床，斜床身數(shù)控車床因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它在數(shù)控車床行業(yè)中占有非常重要的位置。斜床身臥式數(shù)控車床的主要特點(diǎn)在于：1、可配備多工位刀塔或者動(dòng)力刀塔，可以用于各類復(fù)雜零件的加工；2、具備直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)的各項(xiàng)補(bǔ)償功能，加工精度高。數(shù)控機(jī)床加工精度高低的影響主要體現(xiàn)在以下多個(gè)方面：1、數(shù)控車床刀具幾何參數(shù)的誤差帶來(lái)的影響；2、加工線路帶來(lái)的影響；3、加工現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)的影響、4、編程數(shù)據(jù)處理帶來(lái)的影響。其中與編程數(shù)據(jù)處理的影響直接關(guān)聯(lián)的則是數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)。數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)誤差，主要體現(xiàn)在伺服系統(tǒng)的延遲、參數(shù)變化、等問(wèn)題項(xiàng)上。本設(shè)計(jì)研究的多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)，它的工作臺(tái)是由X軸和Z軸兩部分的滾珠絲杠完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，其滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)裝置則是伺服電機(jī)。因此，當(dāng)伺服系統(tǒng)內(nèi)的伺服電機(jī)在驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠時(shí)，工作臺(tái)的位移差量直接影響到數(shù)控車床的定位精度，而這最終就會(huì)導(dǎo)致零部件加工精度的下降。數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀數(shù)控機(jī)床的組成和分類數(shù)控機(jī)床的整體構(gòu)造主要由如下多個(gè)部分組成：數(shù)控裝置、包含伺服電機(jī)、用于后臺(tái)監(jiān)測(cè)的伺服系統(tǒng)以及機(jī)床本體的結(jié)構(gòu)。數(shù)控裝置是整個(gè)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)控制的核心所在，它可以實(shí)時(shí)讀取零件的加工程序、處理、自我計(jì)算，以及加工過(guò)程中的實(shí)時(shí)后臺(tái)控制等功能。機(jī)床本體指的是數(shù)控機(jī)床的整體機(jī)械構(gòu)造實(shí)體。伺服系統(tǒng)則是數(shù)控裝置與機(jī)床本體之間相互聯(lián)系的樞紐。目前市面上的數(shù)控機(jī)床的種類有很多種，規(guī)格大有不同，因此可以進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的劃分：(1)按照數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分類可分為：點(diǎn)控制、直線控制以及連續(xù)不斷控制；(2)按照伺服控制系統(tǒng)的控制方式可分類為：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)；(3)按照機(jī)床實(shí)際可以控制的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)量可以分成：二軸數(shù)控機(jī)床、三軸數(shù)控機(jī)床、四軸數(shù)控機(jī)床以及五軸數(shù)控機(jī)床。伺服控制系統(tǒng)的分類作為影響數(shù)控機(jī)床加工精度的重要部分，伺服控制系統(tǒng)它是以位置作為實(shí)際的自動(dòng)控制對(duì)象的。對(duì)于移動(dòng)位置的控制的前提則是速度的實(shí)時(shí)控制，而在其中，針對(duì)伺服電機(jī)以及其配置的速度控制模塊只是整個(gè)伺服控制中的一小部分。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給控制伺服系統(tǒng)的組成包括了：伺服電路、機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及命令執(zhí)行元件。它的作用在于：由數(shù)控系統(tǒng)給出指定的進(jìn)給指令以及位移指令，經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)電路一定的轉(zhuǎn)換放大之后，再經(jīng)過(guò)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)、主軸等執(zhí)行部件進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行劃分的話，可以分為以下幾類：(1)依據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)劃分，可以分為：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；(2)按照系統(tǒng)的組成的元器件特性可分為：電氣伺服控制系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)以及電液控制伺服系統(tǒng)等；(3)依照實(shí)際的信號(hào)處理的方式的不同，可以劃分為模擬信號(hào)控制系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)控制系統(tǒng)這兩大類；(4)按照信號(hào)反饋的比較方式進(jìn)行分類，可以分為：脈沖數(shù)字信號(hào)比較伺服控制系統(tǒng)、相位信號(hào)比較伺服控制系統(tǒng)、幅值比較伺服控制系統(tǒng)和全數(shù)字信號(hào)比較伺服控制系統(tǒng)；(5)從伺服控制系統(tǒng)的控制方式來(lái)看，主要有三種結(jié)構(gòu)類型：開(kāi)環(huán)伺服控制系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)、閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。不同類的伺服控制系統(tǒng)也會(huì)直接影響了數(shù)控機(jī)床的加工精度。對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言，它主流采用的控制系統(tǒng)只有閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)中引入了角位移的檢測(cè)裝置，原理是通過(guò)監(jiān)測(cè)滾珠絲杠的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角，間接反應(yīng)了工作臺(tái)的位移量，最后反饋到控制器內(nèi)的比較器中，與原給定的位移參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，使用比對(duì)后確認(rèn)的位移差值進(jìn)行控制，對(duì)工作臺(tái)的位移誤差進(jìn)行補(bǔ)償。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有將滾珠絲杠中螺母的位移誤差引入控制系統(tǒng)內(nèi)，因此滾珠絲杠中螺母的位移誤差也會(huì)影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)與之不一樣的關(guān)鍵點(diǎn)在于，將數(shù)控車床中所有能影響加工精度的位移誤差都導(dǎo)入至控制器內(nèi)部的比較器，根據(jù)給定的位移參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，以此來(lái)控制位移的差值，補(bǔ)償相應(yīng)地誤差。因此合理的設(shè)計(jì)數(shù)控車床工作臺(tái)的進(jìn)給系統(tǒng)以及進(jìn)給系統(tǒng)的反饋信號(hào)措施，按需選擇控制系統(tǒng)中滾珠絲杠的型號(hào)，降低安裝誤差對(duì)數(shù)控車床加工精度的影響，對(duì)提升車床的加工精度，有著舉足輕重的意義。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種，伺服控制系統(tǒng)是伴隨著電的廣泛應(yīng)用，并且有著良好的發(fā)展前景。伺服控制系統(tǒng)的使用范圍非常的廣泛，在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，如機(jī)械制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等。向大的場(chǎng)景追溯的話可以在雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行應(yīng)用，用于及時(shí)的追蹤人造衛(wèi)星的位置；向小的應(yīng)用場(chǎng)景的追溯的話可以在放像機(jī)上的激光頭上見(jiàn)到它的存在。有很多行業(yè)需要人工操作，但人工操作往往不夠精確，而伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用就可以解決這一問(wèn)題，它有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用最多的領(lǐng)域在機(jī)械制造行業(yè)，在該行業(yè)中，很多數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制、部件運(yùn)動(dòng)軌跡的控制、位置的控制等，都少不了伺服控制系統(tǒng)的助力。它們不僅僅可以完成常規(guī)的控制，還能通過(guò)多套的伺服控制系統(tǒng)的配合使用，完成對(duì)于空間特殊形狀的加工，如多自由度的機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)控制等等。伴隨著如電子技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)技術(shù)和精密測(cè)試技術(shù)等帶動(dòng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展高性能、高效率的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)成為了未來(lái)的趨勢(shì)。從上個(gè)世紀(jì)五十年代伊始，伺服控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有，從簡(jiǎn)單的液壓伺服控制系統(tǒng)到開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)再到直流伺服電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)的發(fā)展歷程。近幾年，隨著高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)值、性能優(yōu)異的交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件所驅(qū)動(dòng)的伺服控制進(jìn)給系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。從直流到交流，使得伺服控制進(jìn)給系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)：位置環(huán)節(jié)、速度環(huán)節(jié)、電流環(huán)節(jié)逐漸數(shù)字信號(hào)，得以實(shí)現(xiàn)在無(wú)載荷影響的情況下的高響應(yīng)速度的伺服控制進(jìn)給系統(tǒng)。而且，通過(guò)使用先進(jìn)又高效的控制理論：例如可以減少系統(tǒng)誤差的前反饋補(bǔ)償技術(shù)、適量誤差控制理論、直接轉(zhuǎn)矩控制理論等。為了加快伺服控制系統(tǒng)的響應(yīng)過(guò)程，還可以使用非線性的控制補(bǔ)償功能來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)械摩擦和粘性阻力值帶來(lái)的誤差的變化。伺服系統(tǒng)指的是控制對(duì)象為機(jī)械位置或者角度的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服控制系統(tǒng)指的是標(biāo)定各坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)后所在的位置。伺服系統(tǒng)可以接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給脈沖以及位移量信息，經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)電路一定的信號(hào)轉(zhuǎn)換和電壓、功率的放大之后，再由伺服電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，最后轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)相對(duì)于刀具的直線位移或回轉(zhuǎn)位移。通過(guò)多個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，來(lái)完成對(duì)復(fù)雜零件的表面加工。伺服系統(tǒng)中的進(jìn)給系統(tǒng)則是數(shù)控裝置與數(shù)控車床工作臺(tái)的中間聯(lián)系環(huán)節(jié)，它是整機(jī)的重要組成部分。它包含了機(jī)械、電子、電機(jī)等多專業(yè)的部件，并且其中還涉及到了強(qiáng)弱電的控制，整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜。要使整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)能夠統(tǒng)一協(xié)調(diào)的動(dòng)作，并且技術(shù)性能指標(biāo)還得滿足要求，這是相當(dāng)復(fù)雜的一個(gè)任務(wù)。在目前行業(yè)已有的技術(shù)條件下，CNC的裝置性能已經(jīng)非常優(yōu)異，并且技術(shù)還在不斷地發(fā)展，也有相應(yīng)的提高，并且數(shù)控車床內(nèi)的最高運(yùn)動(dòng)速度、定位精度、表面加工精度等技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)異與否，其依靠于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能的好壞。常規(guī)數(shù)控車床常見(jiàn)的故障點(diǎn)在于伺服控制系統(tǒng)上，因此提高伺服系統(tǒng)下進(jìn)給系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對(duì)于數(shù)控車床的技術(shù)發(fā)展有著極其重要的意義。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展代表著現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平，與傳統(tǒng)零部件加工機(jī)械相比較，數(shù)控機(jī)床有著得天獨(dú)道的優(yōu)勢(shì)。它能夠精準(zhǔn)、高效的解決各類復(fù)雜零部件的加工，而且也有利于柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的搭建。數(shù)控車床對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求伺服進(jìn)給系統(tǒng)的被控量是機(jī)械參數(shù)，它所需的基本要求則是系統(tǒng)要能夠迅速準(zhǔn)確地相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)給出的指令的變化，基本要求主要有以下幾點(diǎn)：1)高的穩(wěn)定性穩(wěn)定性指的是面對(duì)外界或者系統(tǒng)給定的輸入條件產(chǎn)生的干擾作用是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品的加工精度產(chǎn)生影響，該系統(tǒng)是否能在短暫的自我調(diào)節(jié)后回歸到干擾前的平衡狀態(tài)。2)高的精度高的精度指的是輸出量于輸入量之間的精確程度。作為精密加工的數(shù)控車床而言，要求的定位精度或者輪廓加工精度比較高。3)快速響應(yīng)性好作為評(píng)判伺服進(jìn)給系統(tǒng)好壞的依據(jù)之一，快速響應(yīng)性能越好，說(shuō)明跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)速度也快，其過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間越短。4)靈敏度，對(duì)于參數(shù)的變化，系統(tǒng)的靈敏度要小，不會(huì)因?yàn)閰?shù)的變化而造成很大的影響。而且系統(tǒng)也要有很好的抗干擾性，能夠抵御外部負(fù)載的干擾和高頻噪音干擾的能力。5)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求：為了保證數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，因此在對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，提出下列的要求：(1)高的傳動(dòng)精度與定位精度：數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度直接影響著零件最后成型的精度。無(wú)論是哪類控制系統(tǒng)，其考核標(biāo)準(zhǔn)都是傳動(dòng)精度和定位精度是否達(dá)到使用需求。(2)響應(yīng)速度要快：工作臺(tái)能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏地正確的跟隨操作指令，進(jìn)行準(zhǔn)確的單步或者多步移動(dòng)，在工作中不能出現(xiàn)指令缺失的情況。(3)無(wú)間隙傳動(dòng)：在進(jìn)給系統(tǒng)中，存在一個(gè)反向間隙，即反向死區(qū)的誤差，它存在于整個(gè)傳動(dòng)鏈中各個(gè)運(yùn)動(dòng)副中，直接會(huì)影響到數(shù)控車床的加工精度。因此，對(duì)于傳動(dòng)間隙，應(yīng)當(dāng)盡可能的消除，減少反向死區(qū)誤差帶來(lái)的影響。(4)穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)：穩(wěn)定性是進(jìn)給系統(tǒng)能夠安穩(wěn)運(yùn)行的正常條件，尤其是在低速條件下的爬行，并且不會(huì)和外部的負(fù)載影響產(chǎn)生共振。而進(jìn)給系統(tǒng)的壽命則是指高傳動(dòng)精度于定位精度能保持的時(shí)間的長(zhǎng)短。(5)使用維護(hù)方便：數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)便于維護(hù)保養(yǎng)，而且最大程度的削減維護(hù)的工作量，以提高機(jī)床的利用率。本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)旨在根據(jù)數(shù)控車床的工作環(huán)境，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，明確各部件的型號(hào)與其的精度等級(jí)，了解相應(yīng)的部件的安裝誤差的產(chǎn)生原因，并對(duì)安裝方法進(jìn)行合理的解決，以期為進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)參考。（1）通過(guò)電機(jī)的計(jì)算和選型、軸承的計(jì)算和選型、滾珠絲杠的計(jì)算和合理的選型等，來(lái)提高多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)效率和精度，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行最優(yōu)化。（2）確定多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、定位精度及速度的精確性。（3）對(duì)X軸、Z軸選用的滾珠絲杠進(jìn)行有效的校核，確定滾珠絲杠在運(yùn)行時(shí)的受力情況，保證其能夠穩(wěn)定、高精度的運(yùn)行。（4）對(duì)數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的軸承進(jìn)行選擇，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的載荷的校核，來(lái)保證進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定和高的精度。多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的工作機(jī)理多功能數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的工作機(jī)理如下所示：由數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的數(shù)控裝置在識(shí)別用戶發(fā)出的指令后，讀取工作臺(tái)所要位移的位移量。數(shù)控裝置控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和圈數(shù)傳遞給滾珠絲杠，由滾珠絲杠將其本身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的直線移動(dòng)。在這里，工作臺(tái)位移的位移量是有限制的、工作臺(tái)的位移量的大小是由滾珠絲杠的導(dǎo)程決定的，即與螺栓類似，絲杠每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，導(dǎo)程量就有多少，工作臺(tái)就位移一個(gè)導(dǎo)程量的距離。因此，在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)前，充分考慮本進(jìn)給系統(tǒng)適用的零部件加工范圍，將數(shù)控車床刀塔的運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行充分考慮后，確定本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案涉及的部件如下：1、伺服電機(jī)：它的作用是在數(shù)控裝置的控制下，輸出運(yùn)動(dòng)方向與動(dòng)力；2、聯(lián)軸器：它的作用是連接伺服電機(jī)與滾珠絲杠，作為動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)方向傳遞的重要部位，它的性能的好壞也影響著數(shù)控車床的加工精度；3、滾珠絲杠：它的作用是帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，在本進(jìn)給系統(tǒng)中分成兩個(gè)部分，X軸方向上的進(jìn)給系統(tǒng)和Z軸方向上的進(jìn)給系統(tǒng)。在螺旋傳動(dòng)中，有多種螺紋方式可以選擇，例如矩形螺紋、梯形螺紋或者滾珠螺旋。而在其中考慮到螺紋和螺母之間摩擦系數(shù)以及螺旋效率的影響，因此最終選擇了成本昂貴的滾珠絲杠。使用滾珠絲杠的好處在于可以顯著的減少螺紋與螺母之間的摩擦，其兩者之間可以近似的看做是點(diǎn)接觸的接觸形式。當(dāng)然，由于螺紋被加工成適合滾珠體滾珠的彎弧狀，因此其熱處理的方式比較復(fù)雜，需要淬火+高溫回火，以提高它的硬度和耐磨性，并且經(jīng)過(guò)打磨的工序，因此整體的成本會(huì)比較高。當(dāng)然其摩擦系數(shù)也與滾珠軸承類似，可以做的比較低，而帶來(lái)的就是傳動(dòng)效率的提高。因?yàn)闈L珠螺旋的特殊性，它的摩擦系數(shù)比較低，同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，就是它無(wú)法實(shí)現(xiàn)自鎖的功能，依據(jù)使用的情況則需要決定是否增加制動(dòng)器。當(dāng)然，滾珠絲杠還有個(gè)好處就是承載能力大，它的載荷傳遞能力與上述的另外兩種螺旋傳動(dòng)相比較要高，而且連接件之間也不會(huì)存在粘滑的問(wèn)題。滾珠絲杠的因其精度高，能夠滿足各方面的需求，因此在精度要求高的機(jī)床設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。而滾珠絲杠有以下的一些特性。1）驅(qū)動(dòng)力矩低滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩與傳統(tǒng)的螺旋傳動(dòng)的方式相比較的話，它的驅(qū)動(dòng)力矩僅僅達(dá)到傳統(tǒng)方式的，因此使用較小的驅(qū)動(dòng)力矩就能獲得同樣好的效果。2）微進(jìn)給由于滾珠絲杠與其他螺旋傳動(dòng)的方式不一樣，因此它可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的微進(jìn)給，避免出現(xiàn)爬行等特殊情況，保證了傳動(dòng)的平穩(wěn)性。4、軸承：軸承在進(jìn)給系統(tǒng)中起的作用是支承作用，它是安裝在滾珠絲杠兩端的，用來(lái)支承滾珠絲杠，保障工作臺(tái)平穩(wěn)的直線移動(dòng)。多功能數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如下：X軸方向上動(dòng)力裝置選擇伺服電機(jī)，與其同一軸線上的部件有聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠、工作臺(tái)、工作臺(tái)導(dǎo)軌和其他緊固用結(jié)構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)件；Z軸方向上動(dòng)力裝置選擇伺服電機(jī)，與其同一軸線上的部件有聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠、工作臺(tái)導(dǎo)軌和其他緊固用結(jié)構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)件。如下圖2-1（a）（b）所示為X軸、Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)：（a）X軸向進(jìn)給系統(tǒng)（b）Z軸向進(jìn)給系統(tǒng)圖2-1X軸和Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的確定（1）移動(dòng)對(duì)象：工作臺(tái)；（2）進(jìn)給系統(tǒng)特性：X軸坐標(biāo)進(jìn)給速度：，Z軸坐標(biāo)進(jìn)給速度，定位精度X/Z軸，重復(fù)定位精度。進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)在開(kāi)始對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的各部分進(jìn)行計(jì)算前，首先需要明確本次設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)的部件排布形式。本進(jìn)給系統(tǒng)的各部件是沿著伺服電機(jī)電機(jī)軸的軸線進(jìn)行一次排布的。與其同一排布的位置上還有聯(lián)軸器、軸承、滾珠絲杠、工作臺(tái)等。在進(jìn)行前，需要考慮到進(jìn)給系統(tǒng)上的工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍和工作臺(tái)上的導(dǎo)向槽的選型，這是至關(guān)重要的。明確了適用的工件的尺寸范圍，才能夠保證好的車削效果。本進(jìn)給系統(tǒng)分成兩大塊：X軸方向的進(jìn)給系統(tǒng)和Z軸方向的進(jìn)給系統(tǒng)，因此本文的所有涉及均是圍繞這兩塊內(nèi)容進(jìn)行延伸設(shè)計(jì)和關(guān)鍵部件的選型的。圖3-1X軸進(jìn)給系統(tǒng)總體方案示意圖如圖3-1所示，X軸的進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置從左往右分別為：1——伺服電機(jī)、2——進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)軸器、3——軸承、4——滾珠絲杠、5——導(dǎo)軌、6——工作臺(tái)。如圖3-2所示，Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置從左往右分別為：1——伺服電機(jī)、2——進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)軸器、3——軸承、4——滾珠絲杠、5——導(dǎo)軌、6——工作臺(tái)。圖3-2Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)圖X軸進(jìn)給系統(tǒng)和Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的導(dǎo)軌選用除了滾珠絲杠以外，工作臺(tái)還需要直線導(dǎo)軌來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向。因此，本設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)需要對(duì)直線導(dǎo)軌進(jìn)行選用。直線導(dǎo)軌能夠適用在往復(fù)直線移動(dòng)的場(chǎng)合，可以在高負(fù)載的情況下傳遞高精度的運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌如下所示為各類型導(dǎo)軌的不同之處：滾輪直線導(dǎo)軌：這類直線導(dǎo)軌的顯著特點(diǎn)就是速度快，傳遞的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，并且根據(jù)實(shí)際的要求可以對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行拼接，以獲得長(zhǎng)的行程；也可以對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行二次加工，以期演變成一體式帶齒條導(dǎo)軌，更加方便使用者的使用，滿足特殊的需求。滾輪直線導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)如下：1、運(yùn)行速度高但是產(chǎn)生的噪音少滾輪直線導(dǎo)軌內(nèi)部是滾輪式的軸承結(jié)構(gòu)，它的接觸是線接觸，因此接觸處的摩擦力很小，滑動(dòng)時(shí)很流暢，噪音也很低，能夠?qū)崿F(xiàn)高的運(yùn)行速度。2、抗腐蝕能力很強(qiáng)不容易產(chǎn)生銹痕滾輪直線導(dǎo)軌的制造材料是鋁合金，而且表面經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理工藝，保證有高的耐腐蝕性，而且不容易生銹。3、更換維護(hù)容易由于滾輪直線導(dǎo)軌內(nèi)部的滾輪軸承在出廠前已經(jīng)經(jīng)過(guò)了密封處理，內(nèi)部含有大量的潤(rùn)滑油脂，因此在日常的使用中無(wú)需在進(jìn)行潤(rùn)滑油脂的加注操作，使用維護(hù)也極其的方便，而且滑塊和導(dǎo)軌都能夠單獨(dú)進(jìn)行購(gòu)買更換，降低了維護(hù)成本。4、工作誤差小，有較高的運(yùn)動(dòng)精度滾輪直線導(dǎo)軌的工作誤差很小，能夠在的誤差范圍內(nèi)進(jìn)行控制，而且直線度也能在的誤差范圍內(nèi)進(jìn)行控制，所以精度高。5、承載能力低滾輪直線導(dǎo)軌一般用于輕負(fù)載的場(chǎng)合，不適合承受運(yùn)用在大型機(jī)床上，只適合負(fù)載在一百公斤以內(nèi)的場(chǎng)合，因此這也是滾輪直線導(dǎo)軌的缺點(diǎn)之一。6、最高的精度值不夠雖然滾輪直線導(dǎo)軌的精度也比較高，但是它的極限精度還是不夠的好，也就是說(shuō)，在精度要求特別高的場(chǎng)合，它并不能夠很好的適用，比如精度要求低至以下的。7、能夠應(yīng)用的范圍還需要不斷地?cái)U(kuò)展因?yàn)橹髁鞯臋C(jī)床設(shè)備上應(yīng)用的都是滾珠直線導(dǎo)軌，滾輪直線導(dǎo)軌反而很少使用。所以實(shí)際的互換性并不高。圓柱直線導(dǎo)軌：1、圓柱直線導(dǎo)軌能適應(yīng)特殊用途的場(chǎng)合。即使?jié)L珠導(dǎo)軌的技術(shù)層次比較高，而且導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度也很高，但是在特殊的場(chǎng)合，圓柱直線導(dǎo)軌還是占了一定的市場(chǎng)地位。由于某些特性的獨(dú)特性以及相應(yīng)的應(yīng)用的合理性，所以圓柱直線導(dǎo)軌還是使用很廣泛的。2、具備一定的調(diào)心功能。由于圓柱直線導(dǎo)軌上包含了很多部件，其中包括了含有滾珠的襯套直線軸承，它可以適用在各類的工作環(huán)境下。由于本身的軸是圓柱狀的，所以在圍繞軸進(jìn)行滾珠的過(guò)程中滾珠襯套能自由的旋轉(zhuǎn)。因此兩個(gè)相近的導(dǎo)軌的安裝高度可以有一定的誤差，如果兩根導(dǎo)軌之間的相隔距離超過(guò)左右的話，允許的高度落差為。并且，大多數(shù)的滾珠襯套的軸承座的圈的設(shè)計(jì)允許的傾斜處的偏滑角在二分之一度左右，能夠適應(yīng)對(duì)中的誤差。3、價(jià)格低廉。圓柱直線導(dǎo)軌它的構(gòu)造相對(duì)而言是很簡(jiǎn)單的，技術(shù)要求比較低，所以制造成本不是很大，與另外兩種相比，售價(jià)是最低的。4、精度低。圓柱直線導(dǎo)軌它的自身基本的精度相對(duì)而言低，主要使用在精準(zhǔn)定位要求不高的場(chǎng)合。滾珠直線導(dǎo)軌：1、精度高因?yàn)樵跈C(jī)床的使用中，直線導(dǎo)軌起的作用是線性的引導(dǎo)，因此它能夠?qū)⒅本€導(dǎo)軌的接觸形式由面接觸變?yōu)榫€接觸，帶來(lái)的顯著特點(diǎn)就是摩擦變?yōu)榱藵L珠摩擦。所以相應(yīng)地摩擦系數(shù)也就有了顯著的降低，能夠降低至原先的，所以動(dòng)摩擦力與靜摩擦力之間的數(shù)值差距也可以進(jìn)一步的縮小。而且，在運(yùn)行時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，其定位精度可以達(dá)到級(jí)，而且，由于在實(shí)際的使用時(shí)的摩擦非常的小，因此良好維護(hù)條件下的話壽命長(zhǎng)。2、承重能力比較高與滾輪直線導(dǎo)軌不一樣的是，滾珠直線導(dǎo)軌的導(dǎo)軌制造材料通常都是采用高碳鋼，因此本身的硬度比較高、而且能夠耐得住磨損，所以它能夠很好地滿足實(shí)際的應(yīng)用需求，比如需要高的剛度和載荷；當(dāng)然，也能夠使用在有預(yù)加的載荷的情況，各種輕載荷或者重的載荷都能夠適用。而且，因?yàn)樗木雀?，能夠很好地在高的精度要求的儀器或者機(jī)床設(shè)備中使用，如數(shù)控機(jī)床。3、方向上都有高的剛性因?yàn)槭褂昧怂牧械牡?5度的接觸的角度，因此內(nèi)部的鋼珠有理想狀態(tài)下的接觸構(gòu)造，也能夠承受各個(gè)方向上施加的載荷，而且可以在必要的情況下施加相應(yīng)的預(yù)加的壓力來(lái)提升相應(yīng)的剛性。4、抗細(xì)微物體干擾能力差由于滾珠直線導(dǎo)軌內(nèi)部的滾珠與導(dǎo)軌是直接進(jìn)行接觸的，因此粉塵等細(xì)微干擾物的抵抗能力很差，易被直接帶進(jìn)入軸承中，造成相應(yīng)的滑塊的卡頓、滑動(dòng)不暢等問(wèn)題。因此，滾珠直線導(dǎo)軌需要配備相應(yīng)的防塵罩進(jìn)行使用，來(lái)保證滾珠直線導(dǎo)軌的使用壽命。5、使用成本很高滾珠直線導(dǎo)軌本身的機(jī)械構(gòu)造很復(fù)雜，對(duì)于安裝的要求也比較的高，所以在使用環(huán)境下的保養(yǎng)要求也比較高、維護(hù)難度也大，所以整體的使用成本也比上述的兩種直線導(dǎo)軌要高。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中，結(jié)合本設(shè)計(jì)使用的場(chǎng)景，選擇了滾珠直線導(dǎo)軌作為X軸、Z軸的導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌的生產(chǎn)廠商選擇了南京工藝，依據(jù)該公司的技術(shù)手冊(cè)，選擇的型號(hào)如下：其中X軸的導(dǎo)軌選用的型號(hào)為，Z軸的導(dǎo)軌選用的型號(hào)為。X軸向滾珠絲杠的計(jì)算在滾珠絲杠中，首先需要確定的是進(jìn)給時(shí)的牽引力：（3-1）式中——數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中所受到得切削力（N）；——滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所需拖動(dòng)的部件的重量（N）；——考慮到滾珠絲杠中的作用力所帶來(lái)的一定的影響的系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中，考慮到實(shí)際的工作情況，；——在直線導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中，摩擦系數(shù)的取值。將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入后，得到：（3-2）對(duì)滾珠絲杠上的最大的動(dòng)載荷進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，滾珠絲杠承載的最大動(dòng)載荷為：（3-3）式中——代表的是滾珠絲杠的使用壽命，計(jì)算公式如下所示：（3-4）式中——代表的時(shí)滾珠絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，計(jì)算公式如下所示：（3-5）式中——代表的是最大的切削力下工作臺(tái)的進(jìn)給速度，在本設(shè)計(jì)中，進(jìn)給速度的取值為0.6；——滾珠絲杠本身的導(dǎo)程，（導(dǎo)程：指的是螺紋旋轉(zhuǎn)一周，物體沿軸向方向所移動(dòng)的舉例，單位：），本設(shè)計(jì)中，；——數(shù)控車床的實(shí)際的使用壽命，數(shù)值單位按照小時(shí)來(lái)計(jì)，因此本設(shè)計(jì)中；——滾珠絲杠的運(yùn)行時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，考慮到本設(shè)計(jì)的實(shí)際使用情況，因此根據(jù)相應(yīng)的機(jī)械設(shè)計(jì)資料——《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，對(duì)該值選取為1.3。將上述的參數(shù)進(jìn)行帶入后，可以對(duì)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算明確：（3-6）所以可以求得滾珠絲杠的實(shí)際工作壽命：（3-7）此時(shí)，滾珠絲杠所承受的最大的動(dòng)載荷如下所示：（3-8）在查詢了相應(yīng)的選型資料后，選擇了外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母的滾珠絲杠，該型號(hào)的滾珠絲杠可以承受的額定的動(dòng)載荷為，絲桿的公稱直徑，它的精度等級(jí)為3級(jí)。對(duì)滾珠絲杠的傳動(dòng)效率進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算：（3-9）式中——代表的是滾珠絲杠的螺旋升角，本設(shè)計(jì)所選型的滾珠絲杠的；——代表的是滾珠絲杠的摩擦角，又因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中，滾珠絲桿的滾筒摩擦系數(shù)，因此摩擦角的話。在對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行帶入后可以得到：（3-10）對(duì)滾珠絲杠的剛度有效性進(jìn)行核驗(yàn)：1、滾珠絲杠在受力狀態(tài)下的拉伸形變量或者壓縮形變量在查的相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)資料——《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》內(nèi)的表，在根據(jù)，滾珠絲杠的公稱直徑，可以得到：那么：（3-11）式中：代表的是滾珠絲杠的長(zhǎng)度。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)X軸滾珠絲杠的兩端應(yīng)用了角接觸球軸承和深溝球軸承，所以針對(duì)滾珠絲杠的螺母進(jìn)行了拉伸處理，剛度也相應(yīng)地提高了近四倍，而滾珠絲杠的形變量則相應(yīng)地縮小為：（3-12）2、滾珠絲杠內(nèi)的滾珠與絲杠上的螺紋滾道上存在的接觸形變量在查得相應(yīng)的機(jī)械設(shè)計(jì)資料——《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》內(nèi)的表后，明確了本設(shè)計(jì)所選型的滾珠絲杠的接觸形變量，因?yàn)閷?duì)其進(jìn)行預(yù)緊，所以。3、軸承在支撐狀態(tài)下的軸向接觸形變量在本設(shè)計(jì)中，X軸方向的軸承選用了角接觸球軸承，軸承代號(hào)，它的軸承內(nèi)徑，內(nèi)部的滾珠體——鋼球的直徑，其數(shù)量為18個(gè)，因此（3-13）因?yàn)榇嬖诹讼鄳?yīng)的預(yù)緊方式，所以由于預(yù)緊的存在，。根據(jù)上述所計(jì)算的數(shù)據(jù)，可以得到最終的滾珠絲杠的形變量為：（3-14）因此，本設(shè)計(jì)選用的型滾珠絲杠符合實(shí)際的使用要求。Z軸向滾珠絲杠的計(jì)算對(duì)Z軸方向運(yùn)動(dòng)所需要的牽引力：（3-15）對(duì)Z軸的滾珠絲杠所能承受的最大的負(fù)荷進(jìn)行核算在本設(shè)計(jì)中，滾珠絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為：（3-16）使用壽命為：（3-17）因此所能承受的最大負(fù)載為：（3-18）依據(jù)所求出的數(shù)值，根據(jù)X軸的條件查詢方法，對(duì)其進(jìn)行查詢可得：在滾珠絲杠的型號(hào)的選擇上選擇了，該滾珠絲杠所能承受的額定的動(dòng)載荷為，該滾珠絲杠的公稱直徑，精度等級(jí)達(dá)到3級(jí)。對(duì)滾珠絲杠的傳動(dòng)效率進(jìn)行計(jì)算：傳動(dòng)效率為：（3-19）式中——代表的是滾珠絲杠的螺旋升角，本設(shè)計(jì)所選型的滾珠絲杠的；——代表的是滾珠絲杠的摩擦角，摩擦角的話。所以：（3-20）本設(shè)計(jì)的Z軸方向的進(jìn)給系統(tǒng)的支承方式如圖3-3所示：圖3-3Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的支承方式因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中的最大的牽引力在上述計(jì)算中為，本身所需支承的距離，而且滾珠絲杠的跨度距離比較長(zhǎng)，所以要增加螺母與軸承對(duì)于進(jìn)行預(yù)緊。1、滾珠絲杠在受力狀態(tài)下的拉伸變形量或者壓縮變形量在查得相應(yīng)的表后，根據(jù)，，得到相應(yīng)的：，那么：（3-21）2、滾珠絲杠內(nèi)的滾珠與絲杠上的螺紋滾道上存在的接觸形變量在查得相應(yīng)的機(jī)械設(shè)計(jì)資料——《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》內(nèi)的表后，明確了本設(shè)計(jì)所選型的滾珠絲杠的接觸形變量，因?yàn)閷?duì)其進(jìn)行預(yù)緊，所以。3、軸承在支撐狀態(tài)下的軸向接觸形變量在本設(shè)計(jì)中，X軸方向的軸承選用了角接觸球軸承，軸承代號(hào)，它的軸承內(nèi)徑，內(nèi)部的滾珠體——鋼球的直徑，其數(shù)量為12個(gè)，因此：（3-22）因?yàn)榇嬖诹讼鄳?yīng)的預(yù)緊方式，所以由于預(yù)緊的存在，。根據(jù)上述所計(jì)算的數(shù)據(jù)，可以得到最終的滾珠絲杠的形變量為：（3-23）（3-24）因此，本設(shè)計(jì)選用的型滾珠絲杠符合實(shí)際的使用要求。對(duì)滾珠絲杠運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行核驗(yàn)，首先對(duì)產(chǎn)生失去穩(wěn)定性的狀態(tài)的臨界點(diǎn)的負(fù)載進(jìn)行計(jì)算：（3-25）式中——表示的是滾珠絲杠的材料的彈性模量，此處為；——表示的是滾珠絲杠的截面上的慣性矩，計(jì)算公式如下所示：（3-26）式中——表示的是滾珠絲杠所制成的距離；——表示的是滾珠絲杠所支撐的長(zhǎng)度支撐系數(shù)，在本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠是兩端固定，。所以滾珠絲杠的截面慣性矩為：（3-27）接近臨界點(diǎn)的負(fù)載力為：（3-28）其中，臨界點(diǎn)的最大負(fù)載力與最大的負(fù)載力之間的比值指的是穩(wěn)定性的安全系數(shù)，如果計(jì)算的比值超過(guò)許用值的話，則滾珠絲杠運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性無(wú)法進(jìn)行保證。一般情況下，該比值的取值范圍在2.5-4之間。在進(jìn)行計(jì)算后，本設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性系數(shù)比值為2.83，在許用的范圍內(nèi)，因此本設(shè)計(jì)選用這種滾珠絲杠不會(huì)失去運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。伺服電機(jī)的計(jì)算和選型作為各類機(jī)電設(shè)備中常用到的一種裝置，電機(jī)的主要作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，滿足各類設(shè)備的需要，保障設(shè)備的運(yùn)行。對(duì)于電機(jī)而言，如果按照它的供能電源來(lái)進(jìn)行區(qū)分的話可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種。按照機(jī)床類設(shè)備的使用場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行區(qū)分的話常用的可以分為兩種：步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，而這兩者的區(qū)別主要在控制原理上有所不同：圖3-4伺服電機(jī)如圖3-4所示，步進(jìn)電機(jī)的控制原理是通過(guò)將控制系統(tǒng)給出的電脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行執(zhí)行轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的角位移或者直線位移的裝置。在收到控制系統(tǒng)發(fā)出的一個(gè)脈沖信號(hào)后，電機(jī)便會(huì)隨之按既定的方向而轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的角度（稱之為步距角）。假設(shè)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所處的情況是不超載的狀況，那么相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是一步一步進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，它能夠通過(guò)控制電脈沖發(fā)送的個(gè)數(shù)來(lái)對(duì)電機(jī)的角位移量進(jìn)行一定的控制，從而能夠保證準(zhǔn)確的定位。并且，能夠?qū)ο鄳?yīng)的電脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行控制，從而能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度進(jìn)行進(jìn)一步的控制，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。伺服電機(jī)整體不僅僅只有一個(gè)電機(jī)系統(tǒng)，其內(nèi)部也包含了其他的部件，如伺服馬達(dá)，伺服控制器以及相應(yīng)的編碼器（編碼器主要是安裝在伺服電機(jī)上，作用是用來(lái)檢測(cè)伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電機(jī)磁極所在的位置以及電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速）。當(dāng)然，為了達(dá)到能夠?qū)λ欧姍C(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，因此伺服電機(jī)內(nèi)有三個(gè)閉環(huán)反饋組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這三個(gè)系統(tǒng)從內(nèi)而外進(jìn)行區(qū)分的話分別是電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán)。其中電流環(huán)的主要作用是用來(lái)檢測(cè)伺服電機(jī)工作時(shí)，電路系統(tǒng)內(nèi)流入的電流的閾值是否許用，因?yàn)樵谒欧姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出動(dòng)力的時(shí)候，會(huì)驅(qū)動(dòng)并產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩，導(dǎo)致伺服電機(jī)內(nèi)部的電流不斷地增大。如果流入的電流過(guò)大的話，極容易導(dǎo)致電機(jī)的燒毀。該電流環(huán)的運(yùn)行完全是在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)完成的，主要依靠在每相上安裝的霍爾傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)，然后進(jìn)行相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)。速度環(huán)的主要作用是用來(lái)監(jiān)測(cè)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速是否符合指令給定的轉(zhuǎn)速，通過(guò)監(jiān)測(cè)編碼器內(nèi)相應(yīng)的信號(hào)來(lái)對(duì)負(fù)反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)，該環(huán)的輸出環(huán)節(jié)就是對(duì)電流環(huán)的控制；位置環(huán)的主要作用是監(jiān)測(cè)在控制系統(tǒng)輸出了相應(yīng)的控制指令后，是否達(dá)到了指定的位置，它的構(gòu)建位置主要是在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器與編碼器之間，該環(huán)的輸出控制則是速度環(huán)。伺服電機(jī)內(nèi)置的控制方式有三種，分別是扭矩模式、速度模式以及位置模式。在這其中，速度模式和扭矩模式的控制是依靠模擬量來(lái)進(jìn)行完成的，位置模式則是通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖量來(lái)進(jìn)行控制，依靠外部所輸入的脈沖的頻率來(lái)對(duì)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小進(jìn)行確定，脈沖的個(gè)數(shù)則是決定了伺服電機(jī)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。位置模式主要是靠的定位控制，它能夠嚴(yán)格的控制伺服電機(jī)的速度和位置，在其行業(yè)內(nèi)部使用非常廣泛。而這種模式在系統(tǒng)計(jì)算發(fā)出脈沖前，先根據(jù)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)條件，綜合考量了所需的精度與速度要求，對(duì)伺服電機(jī)的電子齒數(shù)比進(jìn)行設(shè)定。以控制滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)為例，在應(yīng)用前首先需要對(duì)伺服電機(jī)的電子齒數(shù)比進(jìn)行設(shè)定，然后按照實(shí)際的需求發(fā)送脈沖至伺服電機(jī)當(dāng)滾珠絲杠所驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)位移了，在對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)與頻率進(jìn)行計(jì)算。如果每分鐘發(fā)送1000個(gè)脈沖至伺服電機(jī)，那么整個(gè)工作臺(tái)的移動(dòng)速度就為；此時(shí)，要想工作臺(tái)能夠位移的話，就需要給伺服電機(jī)發(fā)送5000個(gè)脈沖。并且，伺服電機(jī)的編碼器也能夠收到相應(yīng)的5000個(gè)反饋脈沖，來(lái)達(dá)到精準(zhǔn)的閉環(huán)環(huán)節(jié)控制。伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間的性能比較：步進(jìn)電機(jī)這種裝置是以離散運(yùn)動(dòng)的方式存在的，它的本質(zhì)聯(lián)系則是現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)。實(shí)際上，在很多設(shè)備的數(shù)字控制系統(tǒng)中，都能夠見(jiàn)到它的身影。伴隨著伺服控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，伺服電機(jī)的使用也越來(lái)越廣泛。未能跟隨發(fā)展的趨勢(shì)，因此執(zhí)行電機(jī)一般是步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。兩者在控制方式上有著相似的存在（都是依靠脈沖信號(hào)或者方向信號(hào)進(jìn)行控制的），但在實(shí)際的性能使用以及場(chǎng)合應(yīng)用上還是有著很大的差異。（1）控制精度的不同：一般兩相的混合式的步進(jìn)電機(jī)它本身的步距角通常有、；五相的混合式的步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有、。當(dāng)然，還有些性能更好的步進(jìn)電機(jī)，它的步距角能夠更小。例如，有公司生產(chǎn)的用于慢走絲的數(shù)控機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的步距角能夠達(dá)到；而德國(guó)的生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)如下的多個(gè)檔位的步距角的切換：含括了多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的步距角。在伺服電機(jī)當(dāng)中，區(qū)分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。交流伺服電機(jī)的控制精度的保障來(lái)源主要是依靠位于電機(jī)軸端的旋轉(zhuǎn)編碼器。以松下公司生產(chǎn)的全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，整機(jī)附帶了標(biāo)準(zhǔn)的2500線的編碼器，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器內(nèi)部涵蓋了四倍頻的技術(shù)，那么整機(jī)的脈沖當(dāng)量就可以達(dá)到。（2）低頻環(huán)境下的特性不同步進(jìn)電機(jī)在低速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)的現(xiàn)象。而它的振動(dòng)的頻率與負(fù)載的狀況以及驅(qū)動(dòng)器的性能息息相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)振動(dòng)頻率為電機(jī)空載狀態(tài)下的起跳頻率的，而這種由于步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生不利的狀況。一般克服這類現(xiàn)象有效的措施是運(yùn)用阻尼技術(shù)，比如在電機(jī)上增設(shè)阻尼器等。與之對(duì)比的話交流伺服電機(jī)就相對(duì)而言比較平穩(wěn)，即使處于低速的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)本身就具備了共振抑制的特性，能夠保證在設(shè)備的剛性不足的狀態(tài)下，系統(tǒng)內(nèi)部具有相應(yīng)的頻率解析的功能，便于系統(tǒng)的自我調(diào)整。（3）矩頻特性的不同在步進(jìn)電機(jī)中，輸出力矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而減弱，并且會(huì)在較高轉(zhuǎn)速的情況下急劇下降，適宜的工作轉(zhuǎn)速在。（4）受載能力的不同步進(jìn)電機(jī)本身不具備很好的過(guò)載能力，而交流伺服電機(jī)則不一樣，它的過(guò)載能力很強(qiáng)。以松下公司生產(chǎn)的交流伺服系統(tǒng)為例，它具備了速度過(guò)載與扭矩過(guò)載的能力。其最大扭矩值能夠達(dá)到額定扭矩的3倍，能夠克服慣性負(fù)載的情況下，系統(tǒng)啟動(dòng)瞬間的慣性力矩；而步進(jìn)電機(jī)則沒(méi)有這種過(guò)載能力，因此在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)需要對(duì)慣性力矩進(jìn)行考慮，需要選擇大扭矩的電機(jī)。在機(jī)床穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程中，又不需要這么多的扭矩，因此產(chǎn)生了浪費(fèi)的現(xiàn)象。（5）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)性能的區(qū)別因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)本身的控制為開(kāi)環(huán)控制，如果電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的頻率過(guò)高或者本身的負(fù)載過(guò)大的情況下極易造成丟步或者堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，并且在其停止轉(zhuǎn)動(dòng)前轉(zhuǎn)速過(guò)高的話會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖的現(xiàn)象，在為了保證控制精度的情況下，需要對(duì)升、降速的問(wèn)題進(jìn)行處理解決。交流伺服電機(jī)則是閉環(huán)控制，因此對(duì)于電機(jī)的編碼器所反饋的信號(hào)能夠進(jìn)行直接的采集，并且在其內(nèi)部搭建相應(yīng)的位置環(huán)和速度環(huán)，也不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)所出現(xiàn)的類似狀況，運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定可靠。（6）系統(tǒng)響應(yīng)的性能區(qū)別步進(jìn)電機(jī)在從靜止的狀態(tài)短時(shí)間內(nèi)加速至所需的工作轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下的話，所需要的加速時(shí)間一般為。而與之對(duì)比的話，交流伺服系統(tǒng)的加速性能就很好，本身所需的加速時(shí)間就很低，從靜止?fàn)顟B(tài)到額定的的情況下只需要幾毫秒的時(shí)間，能夠用在需要快速進(jìn)行啟停的場(chǎng)合。綜上所示，伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比較的話有很多優(yōu)勢(shì)，因此在本設(shè)計(jì)中，選用伺服電機(jī)作為進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力輸出裝置。等效狀態(tài)下的伺服電機(jī)的計(jì)算：伺服電機(jī)的電機(jī)軸所需經(jīng)過(guò)的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，能夠依據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算：（3-29）式中——表示的是齒輪在運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由于本設(shè)計(jì)中的伺服電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠通過(guò)聯(lián)軸器進(jìn)行相連，因此兩齒輪的比值為1；——表示的是伺服電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；——表示的是滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在數(shù)控車床的不同的使用狀態(tài)下，其所需要的轉(zhuǎn)矩也有很大的不同，因此需要依據(jù)不同的階段進(jìn)行計(jì)算。首先是X軸向進(jìn)給系統(tǒng)的快速空啟動(dòng)階段：（3-30）（3-31）因此：（3-32）現(xiàn)將上述內(nèi)容中求得的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，得：（3-33）伺服電機(jī)啟動(dòng)的加速時(shí)間，得：（3-34）所以求得伺服電機(jī)的電機(jī)軸上的摩擦力矩：（3-35）還有附加摩擦力矩為：（3-36）如上所示：（3-37）而在快速移動(dòng)階段所需要的力矩為：（3-38）完成切削的最大的負(fù)載時(shí)所需要的力矩：（3-39）通過(guò)上述的計(jì)算可以得出，在上述的三種情況下，快速啟動(dòng)階段所需要的力矩最大，能夠作為伺服電機(jī)選型的重要依據(jù)。在查得相關(guān)的資料——《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，伺服電機(jī)為：（3-40）（3-41）此時(shí)，最大的靜力矩為：（3-42）依據(jù)此數(shù)據(jù)，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行選型，選擇的型號(hào)為，該電機(jī)許用的最大的靜力矩為，空載情況下最高的許用頻率為，允許的運(yùn)行頻率為，滿足實(shí)際的使用需求。同理，對(duì)Z軸的伺服電機(jī)進(jìn)行選型，型號(hào)為，該電機(jī)許用的最大的靜力矩為，空載情況下最高的許用頻率為，允許的運(yùn)行頻率為。聯(lián)軸器作為用來(lái)連接主動(dòng)軸與從動(dòng)軸，傳遞相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的重要裝置，聯(lián)軸器在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中起著極其重要的作用。它的主要功能是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)方向和扭矩，而部分聯(lián)軸器還起到保護(hù)的作用。如果機(jī)械設(shè)備內(nèi)部存在過(guò)載的情況，那么就會(huì)影響到動(dòng)力裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，如果聯(lián)軸器不具備相應(yīng)的保護(hù)能力的話，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的損毀，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。按有無(wú)彈性來(lái)進(jìn)行區(qū)分的話可以分成剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器不具備彈性，也沒(méi)有相應(yīng)的安裝誤差的補(bǔ)償能力，因此對(duì)于安裝精度的要求比較高，而且只適用于振動(dòng)比較低的場(chǎng)合；彈性聯(lián)軸器具備相應(yīng)的彈性，也能對(duì)設(shè)備的安裝誤差進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，還不會(huì)影響實(shí)際的運(yùn)動(dòng)和扭矩的傳遞，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)的綜合的動(dòng)態(tài)性能作有效的提升，緩沖吸振。接下來(lái)對(duì)兩種聯(lián)軸器進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)本設(shè)計(jì)所用到的聯(lián)軸器進(jìn)行選型。剛性聯(lián)軸器：這是一種剛性的傳遞扭矩的聯(lián)軸器。在其傳動(dòng)時(shí)，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸必須有好的安裝精度，如果安裝誤差比較大的話，會(huì)在不斷地使用過(guò)程中導(dǎo)致軸、支承軸承或者聯(lián)軸器產(chǎn)生相應(yīng)的磨損而損壞，也就意味著該種聯(lián)軸器無(wú)法運(yùn)用在高速的環(huán)境下，無(wú)法對(duì)高速的運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的軸向位移。剛性聯(lián)軸器主要有套筒式、凸緣式、夾殼聯(lián)軸器這幾種。圖4-1凸緣式聯(lián)軸器凸緣式聯(lián)軸器如圖4-1所示，主要是通過(guò)將兩半的凸緣聯(lián)軸器聯(lián)接在一起，用于對(duì)于運(yùn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)矩的傳遞。凸緣式聯(lián)軸器的材料主要是以灰鑄鐵或者碳鋼為主。因?yàn)橥咕壥铰?lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器，因此相連兩軸需要相對(duì)的安裝誤差時(shí)無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)償，因此對(duì)于安裝時(shí)的對(duì)中性要求非常的高。它的優(yōu)點(diǎn)在于：聯(lián)軸器本身的機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)單、生產(chǎn)制造的成本低、傳遞的扭矩比較大，因此在傳遞的轉(zhuǎn)速低、運(yùn)行時(shí)無(wú)沖擊、軸的剛性大的情況下適用。套筒式聯(lián)軸器如圖4-2所示，是通過(guò)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸共用一個(gè)套筒，通過(guò)使用銷、鍵等剛性的零部件對(duì)其進(jìn)行連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸之間的連接。當(dāng)使用鍵連接時(shí)可以傳遞較大的扭矩，不過(guò)需要對(duì)鍵進(jìn)行軸向固定；當(dāng)使用銷時(shí)只能傳遞較小的扭矩。圖4-2套筒式聯(lián)軸器夾殼聯(lián)軸器，如圖4-3所示這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)是有兩個(gè)沿著軸向方向進(jìn)行剖分的夾殼，當(dāng)需要安裝時(shí)就通過(guò)兩塊夾殼對(duì)向安裝，并通過(guò)緊固螺栓進(jìn)行加緊。依靠聯(lián)軸器表面的摩擦力來(lái)對(duì)扭矩實(shí)現(xiàn)傳遞，并且使用平鍵做輔助連接。在對(duì)夾殼聯(lián)軸器進(jìn)行安裝和拆解時(shí)，不需要對(duì)兩連接軸進(jìn)行軸向移動(dòng)，因此裝拆很方便。當(dāng)然，夾殼聯(lián)軸器的缺點(diǎn)在于，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的對(duì)中性要求比較高，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此相應(yīng)的制造精度等比較低，只能適用在低速而且負(fù)載平穩(wěn)的場(chǎng)合。一般來(lái)說(shuō)，它的外緣的線速度不得超過(guò)。如果超過(guò)的話，就需要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的平衡校驗(yàn)。圖4-3夾殼式聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器指的是能夠補(bǔ)償兩軸間相對(duì)位移的聯(lián)軸器的統(tǒng)稱。決定聯(lián)軸器整體性能的主要部件就是聯(lián)軸器內(nèi)部的彈性元件，彈性元件存在著一定的彈性和阻尼，因?yàn)閺椥孕阅艿拇嬖?，所以它能夠允許主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間存在著一定的誤差，其對(duì)中性允許有所偏移，而它所能夠補(bǔ)償?shù)膮?shù)包括：中心線方向上的軸向位移誤差補(bǔ)償、軸直徑方向上的位移誤差補(bǔ)償、角度方向上的位移誤差補(bǔ)償、彎曲的位移誤差補(bǔ)償和復(fù)合型的誤差補(bǔ)償，滿足了主從軸在不同的環(huán)境因素的影響下，有效的傳遞運(yùn)動(dòng)方向和扭矩，而且還能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的有害振動(dòng)進(jìn)行吸振，防止其對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。彈性聯(lián)軸器按照其彈性元件的材料可以進(jìn)一步的細(xì)分，可分為金屬類彈性聯(lián)軸器和非金屬類彈性聯(lián)軸器。金屬類彈性聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)在于其本身的強(qiáng)度高、能夠傳遞的載荷大、并且循環(huán)的使用壽命也比較長(zhǎng)，受環(huán)境內(nèi)的溫度影響較少，但是該類聯(lián)軸器的生產(chǎn)和制造成本比較高，而且本身的阻尼比較小，日常維護(hù)保養(yǎng)也很困難。非金屬類的彈性聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)在于其內(nèi)部的摩擦比較大、整體的質(zhì)量比較輕、阻尼性能也更好，但是缺點(diǎn)同樣存在，聯(lián)軸器本身的強(qiáng)度比較低、容易老化，受到溫度的影響比較大、且無(wú)法很好地耐油污的腐蝕。因此在不同的工作環(huán)境下選取合適的彈性聯(lián)軸器是十分重要的。該類聯(lián)軸器可以依據(jù)內(nèi)部有無(wú)彈性元件進(jìn)行相應(yīng)的區(qū)分，如下所示：1、無(wú)彈性元件的彈性聯(lián)軸器這種彈性聯(lián)軸器內(nèi)部雖然無(wú)彈性元件，但是仍是具備部分彈性的，可以對(duì)兩軸間的相對(duì)位移進(jìn)行補(bǔ)償，但是無(wú)法進(jìn)行緩沖吸振，主要有以下的幾種：（1）十字滑塊聯(lián)軸器如圖4-4所示，這類聯(lián)軸器是由兩個(gè)在端面處開(kāi)有凹槽的半聯(lián)軸器以及一個(gè)兩面都開(kāi)有凸牙的中間盤組成。由于凸牙能夠在凹槽之間進(jìn)行滑動(dòng)，因此能對(duì)兩軸間的相對(duì)位移進(jìn)行一定的補(bǔ)償。這類聯(lián)軸器在材料的選擇上可以選擇45鋼，為了提高表面的硬度可以對(duì)其采用熱處理的方式。當(dāng)然如果需求較低的話也可以選擇Q275鋼，不進(jìn)行熱處理。為了使聯(lián)軸器在長(zhǎng)時(shí)間的使用中不產(chǎn)生磨損，因此需要在中間盤的油孔中注入潤(rùn)滑油，使其能夠進(jìn)行潤(rùn)滑。由于半聯(lián)軸器與中間盤之間有相對(duì)的移動(dòng)，形成了移動(dòng)副，會(huì)存在一定的相對(duì)移動(dòng)，因此主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的角速度應(yīng)當(dāng)相等。但是在相對(duì)位移的情況下運(yùn)行時(shí)，容易產(chǎn)生很大的離心力，導(dǎo)致聯(lián)軸器的動(dòng)載荷的增大，并且會(huì)對(duì)聯(lián)軸器產(chǎn)生一定的磨損，因此，在選用此類聯(lián)軸器時(shí)，工作轉(zhuǎn)速不得超過(guò)給定的規(guī)定值。圖4-4十字滑塊聯(lián)軸器（2）滑塊聯(lián)軸器如圖4-5所示，這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與上述的十字滑塊聯(lián)軸器類似，只是位于兩半聯(lián)軸器上的溝槽非常的寬，并且將原先的中間盤改形，使其成為兩面不帶突出埡口的方形滑塊，而且一般是由膠木等材料制成。由于膠木這些材料比較輕，因此聯(lián)軸器能夠具備高的極限轉(zhuǎn)動(dòng)速度。當(dāng)然，這類聯(lián)軸器的中間滑塊材質(zhì)也可以使用尼龍，并在尼龍中添加少量的石墨等材料，方便其自我進(jìn)行潤(rùn)滑。這類聯(lián)軸器的主要優(yōu)點(diǎn)在于：機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)單，整體的尺寸十分緊湊，適合運(yùn)用在傳動(dòng)系統(tǒng)功率小、轉(zhuǎn)速高且載荷沖擊不強(qiáng)烈的地方。圖4-5滑塊聯(lián)軸器（3）十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器如圖4-6所示，這類聯(lián)軸器它允許需傳遞動(dòng)力的兩軸之間存在一定的夾角，并且，如果在其運(yùn)行時(shí)，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的夾角發(fā)生改變的話，仍然可以實(shí)現(xiàn)正常的傳動(dòng)。不過(guò)，當(dāng)夾角變動(dòng)過(guò)大的話，容易導(dǎo)致傳動(dòng)效率的明顯降低。這類聯(lián)軸器的缺點(diǎn)在于：如果主動(dòng)軸的角速度屬于常數(shù)的話，從動(dòng)軸的角速度與其不一致，會(huì)在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)，因此會(huì)在傳動(dòng)中產(chǎn)生附加的載荷。為了改善這種狀況，在實(shí)際的使用中這類聯(lián)軸器需要成對(duì)的使用。這類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，在汽車等傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛的使用。并且，小型的十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化，可以按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選用。圖4-6十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器（4）齒式聯(lián)軸器如圖4-7所示，這類聯(lián)軸器本身能夠傳遞的扭矩比較大，而且安裝誤差允許的偏移量比較大，因此對(duì)于安裝精度的要求也不是很高。但是缺點(diǎn)也存在，聯(lián)軸器本身的質(zhì)量比較大，使用成本也很高，主要使用在重型機(jī)械上。圖4-7齒式聯(lián)軸器2、有彈性元件的彈性聯(lián)軸器這類聯(lián)軸器由于內(nèi)部安裝有彈性的元件，所以能夠?qū)奢S間的相對(duì)的位移進(jìn)行補(bǔ)償，還具備了一定的緩沖吸振能力。并且，當(dāng)其內(nèi)部所儲(chǔ)存的能量也愈多時(shí)，整個(gè)聯(lián)軸器的緩沖吸振的能力也越強(qiáng)。（1）彈性套柱銷聯(lián)軸器如圖4-8所示這類聯(lián)軸器的內(nèi)部構(gòu)造與凸緣式的聯(lián)軸器差不多，只是將安裝有彈性套的柱銷作為聯(lián)接螺栓的替代品。由于彈性套能夠傳遞扭矩，因此能夠緩沖吸振。這類聯(lián)軸器制造簡(jiǎn)單成本低，容易裝拆，但是本身彈性套容易磨損，因此壽命較短。主要適用于載荷平穩(wěn)、需頻繁啟動(dòng)的中小扭矩的場(chǎng)合。圖4-8彈性套柱銷聯(lián)軸器（2）彈性柱銷聯(lián)軸器如圖4-9所示，這類聯(lián)軸器的機(jī)構(gòu)與彈性套柱銷聯(lián)軸器相類似，但是本身能傳遞扭矩很大，而且結(jié)構(gòu)相比彈性套柱銷聯(lián)軸器來(lái)的更加簡(jiǎn)單，安裝、制造也更加的方便，使用壽命長(zhǎng)，本身也具備了一定的緩沖和吸振的能力，而連接的兩軸能夠有一定的位移偏差，能夠很好地適用在軸向傳動(dòng)大、頻繁啟動(dòng)或者正反轉(zhuǎn)變化的場(chǎng)合。圖4-9彈性柱銷聯(lián)軸器（3）梅花形彈性聯(lián)軸器如圖4-10所示這類聯(lián)軸器的半聯(lián)軸器與主動(dòng)軸或者從動(dòng)軸的配合孔可以加工為圓柱形或者圓錐形，當(dāng)需要進(jìn)行裝配時(shí)，先將梅花狀的彈性元件的花瓣部分加緊在聯(lián)軸器的端面凸齒交錯(cuò)的空間內(nèi)，方便在聯(lián)軸器的工作中緩沖吸振。圖4-10梅花形彈性聯(lián)軸器綜上所述，在本設(shè)計(jì)中，參考已有的設(shè)計(jì)資料，結(jié)合本設(shè)計(jì)使用的場(chǎng)景，選擇了波紋管脹套聯(lián)軸器，如圖4-11所示。這類聯(lián)軸器的材質(zhì)使用的是不銹鋼，傳遞的扭矩值可以很高，而且能有很好地綜合偏差補(bǔ)償性能，所需的安裝空間小，并且安裝也很方便。圖4-11波紋管脹套聯(lián)軸器它的優(yōu)點(diǎn)主要在于：聯(lián)軸器之間無(wú)間隙、兩軸之間連接可靠，耐腐蝕，也能夠經(jīng)受住高溫的影響；不需要維護(hù)，不受油污的影響，其上的波紋管結(jié)構(gòu)能對(duì)徑向偏差、角向偏差、軸向偏差進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，即便存在相應(yīng)的偏差也能夠很好地傳動(dòng)；傳遞扭矩大；能夠在精度或者穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)內(nèi)使用。接下來(lái)，對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行選型計(jì)算。因?yàn)樵谶M(jìn)給系統(tǒng)的工作過(guò)程中，有可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)載的狀況，因此需要按照系統(tǒng)傳遞的扭矩作為聯(lián)軸器計(jì)算選型的重要指標(biāo)。計(jì)算公式為：（4-1）式中——聯(lián)軸器的計(jì)算選型的轉(zhuǎn)矩；——系統(tǒng)傳遞的公稱轉(zhuǎn)矩；——聯(lián)軸器的工作情況對(duì)應(yīng)的系數(shù)?？紤]到本設(shè)計(jì)的X軸上的聯(lián)軸器是直接與伺服電機(jī)連接的，且系統(tǒng)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩的變化比較小。因此。工作轉(zhuǎn)矩為：（4-2）（4-3）通過(guò)計(jì)算后的扭矩，所需要連接的兩軸的軸徑，在聯(lián)軸器的型號(hào)選擇上選擇了：?？紤]到本設(shè)計(jì)的Z軸上的聯(lián)軸器是直接與伺服電機(jī)連接的，且系統(tǒng)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩的變化比較小。因此。工作轉(zhuǎn)矩為：（4-4）（4-5）通過(guò)計(jì)算后的扭矩，所需要連接的兩軸的軸徑，在聯(lián)軸器的型號(hào)選擇上選擇了：。軸承的選擇軸承，是一種能夠?qū)C(jī)械系統(tǒng)中在運(yùn)轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的零部件，它的作用是減少機(jī)械系統(tǒng)的摩擦損失。軸承主要有四部分組成，包括內(nèi)圈、外圈、滾珠體和保持架。內(nèi)圈的作用是與軸進(jìn)行配合，然后一起旋轉(zhuǎn)；外圈的作用是與軸座相配合，起到支撐的作用。滾珠體是依靠保持架按距離分布固定在內(nèi)圈和外圈之間，軸承的實(shí)際使用性能和使用壽命是由滾動(dòng)體直接影響的，而保持架的作用是使?jié)L動(dòng)體均勻分布，并起到潤(rùn)滑的作用。對(duì)于軸承而言，它按照內(nèi)部的滾動(dòng)體和本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以做出如下的區(qū)分：深溝球軸承，滾針軸承，角接觸軸承，調(diào)心球軸承，調(diào)心滾子軸承，推力球軸承，推力滾子軸承，圓柱滾子軸承，圓錐滾子軸承等等。各類軸承的區(qū)別如下所示：（1）深溝球軸承作為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，使用方便且批量生產(chǎn)數(shù)最大的一類軸承，它的實(shí)際用途也非常的廣泛。對(duì)于深溝球軸承而言，它主要是用來(lái)承受軸直徑方向的載荷，一定條件下也可以承受一定的軸線方向的載荷。當(dāng)軸承內(nèi)部的徑向間隙增大時(shí)，也能兼具角接觸球軸承的共軛能，承受較大的軸向載荷。（2）滾針軸承顧名思義，滾針軸承即內(nèi)部的滾珠體為針狀（一般來(lái)說(shuō)，滾針的長(zhǎng)度為它的直徑的3-10倍，而它的直徑一般情況下不會(huì)超過(guò)），因此滾針軸承的徑向尺寸相對(duì)而言比較小，在內(nèi)徑尺寸等條件相同的情況下，滾針軸承的外徑尺寸遠(yuǎn)比其他軸承來(lái)的小，特別適合各類徑向尺寸受限制的支承構(gòu)造。滾針軸承只能承受徑向的載荷。（3）角接觸球軸承對(duì)于角接觸球軸承而言，它的極限轉(zhuǎn)速比較高，而且能夠同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，當(dāng)然也可以只承受軸向載荷，它的載荷的承受能力由它的接觸角來(lái)進(jìn)行決定，接觸角越大，承載能力越大。（4）調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承內(nèi)部具有兩列的鋼球，也就意味著它的內(nèi)圈和外圈都具備了兩列滾道，其中外圈的滾道為內(nèi)球面型，因此它具備了自動(dòng)調(diào)心的功能。對(duì)于它而言，能夠?qū)S的彎曲或者殼體的變形而導(dǎo)致的同軸度的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，適用于軸承孔不能嚴(yán)格保證同軸度的部位上。這類軸承主要承受的載荷是徑向載荷，也能夠承受一定的軸向載荷，通常在純軸向載荷上不會(huì)應(yīng)用，只有其中的一列鋼球受