CK516立式數(shù)控車床Z向進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文 ）題 目 函授站（學(xué)習(xí)中心）北京學(xué)習(xí)中心 專業(yè) 06 級（春、秋）層次 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 年 月 日 目 錄 第一章 概述 1.1數(shù)控機床的概念·······························

2、;····1.2 數(shù)控機床的組成分類及特點························1.3 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀················

3、83;·······1.4 CK516立式數(shù)控車床的總體方案設(shè)計················1.5 本設(shè)計的主要內(nèi)容和方法····················&#

4、183;····第二章 縱向進給傳動系統(tǒng)總體方案的確定2.1 進給傳動系統(tǒng)的組成及其原理····················2.2進給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇················

5、3;···2.3進給驅(qū)動電動機類型的確定······················2.4確定脈沖當(dāng)量··················2.5進給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類

6、型的選擇·······2.6電機與絲杠聯(lián)接方式的選擇·······················2.7 進給系統(tǒng)的一些其它要求··············&#

7、183;········· 第三章 伺服電動機的具體計算選擇3.1電動機的選型要求······························3.2 電動機工作方式的確定···&#

8、183;·····················3.3 電動機型號的確定··························&#

9、183;··3.4運動部件慣量及扭矩計算·······················第四章 滾珠絲杠螺母副的計算和選型4.1 滾珠絲杠螺母副的種類·············4.2 滾珠絲杠支承方式的確定·&#

10、183;··········4.3 計算進給牽引力Fm(N)·············4.4 計算最大動負載 C···············4.5 滾珠絲杠螺母副的選型····&

11、#183;········4.6 傳動效率計算·································4.7 穩(wěn)定性校核·····

12、············· 第五章 聯(lián)軸器的具體確定5.1聯(lián)軸器的種類和特性··············5.2聯(lián)軸器選擇的標(biāo)準···············5.3聯(lián)軸器型號的確定&

13、#183;··············  第六章 進給系統(tǒng)其他部件的確定及機床噪聲控制 6.1導(dǎo)軌的確定·····························

14、;····· 6.2刀架的選擇6.3機床噪聲的控制······························結(jié) 論···········&

15、#183;···························第一章 概述1.1數(shù)控機床的概念數(shù)控機床是綜合應(yīng)用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設(shè)備。它與普通機床相比，其優(yōu)越性是顯而易見的，不僅零件加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動化程度極高，可減輕工人的體力

16、勞動強度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。1.2 數(shù)控機床的組成分類及特點1.2.1 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體組成。1.控制介質(zhì)：以指令的形式記載各種加工信息；2.數(shù)控裝置：接受輸入的加工信息，經(jīng)數(shù)控裝置運算處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖；3.伺服系統(tǒng)：把數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床運動部件的機械位移；用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。4.機械系統(tǒng)：包括，主軸部分、進給系統(tǒng)、刀庫和自動換刀裝置(ATC)、自動托盤交換裝置(A

17、PC)等。1.2.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的品種和規(guī)格繁多，分類方法不一。根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有近500種數(shù)控機床。根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成，一般分為以下幾類： 按坐標(biāo)軸數(shù)分類：一般數(shù)控機床，數(shù)控加工中心機床，多坐標(biāo)軸數(shù)控機床；按特點分類：點位控制數(shù)控機床，直線控制數(shù)控機床，輪廓控制數(shù)控機床；按有無測量裝置分類：開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；按功能水平分類：經(jīng)濟型，普及型，高級型。1.2.3 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動化機床，尤其對于約占機械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。

18、概括起來，數(shù)控機床有以下幾方面的特點：1.提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；2.提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率3-5倍，使用數(shù)控加工中心機床則可提高生率5-10倍；3.可加工形狀復(fù)雜的零件；4.減輕了勞動強度，改善了勞動條件；5.有利于生產(chǎn)管理和機械加工綜合自動化的發(fā)展。1.3 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀1.3.1 數(shù)控機床在我國的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀 我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外機床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控

19、機床在我國市場的占有率僅達15%左右，而95年已達77%。嚴重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外，一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進，新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機床)的開發(fā)周期長，從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說，這個問題反映在下列五個方面： 1.我國機床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為1518個月，其中設(shè)計時間約為58個月，占總周期的40%左右。而國外一些先進機床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為69個月，其中設(shè)計約1.52個月，只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計所占的時間比例均與國外

20、先進水平有很大的差距。 2.我國工廠由于缺乏設(shè)計的科學(xué)分析工具(如分析和評價軟件、整機結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機床性能測試裝置等)，自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設(shè)計，使設(shè)計一次成功的把握性降低，往往需要反復(fù)試制才能定型，從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。 3.用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求，甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求，這就需要迅速變型設(shè)計和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外，這項修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國機床廠用手工操作就至少需12個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門，常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。 4.

21、現(xiàn)在我國工廠設(shè)計和工藝人員中青年占多數(shù)，他們的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗不足，又擔(dān)負著開發(fā)的重任。 5.由于長期以來形成的設(shè)計、工藝和制造部門分立，缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式，不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改，延長了開發(fā)的周期。 為解決這些問題，必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應(yīng)用計算機技術(shù)，發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù)，提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益。1.3.2 數(shù)控機床在國外的

22、發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀無人化，規(guī)?；a(chǎn)對加工設(shè)備提出了高速度，高精度，高效率的要求，交流伺服系統(tǒng)具有高響應(yīng)，免維護（無碳刷，換向器等磨損元部件），高可靠性等特點，正好適應(yīng)了這一需求。例如，日本法努克公司，三菱電機公司，安川電機公司，德國西門子公司，aeg公司，力士樂indramat公司，美國抗體公司，通用電氣公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實用。進入20世紀90年代，微電子制造工藝的日臻完善，使得DSP運算速度呈幾何數(shù)上升，達到了伺服環(huán)路高速實時控制的要求，一些運動控制芯片制造商還將電機控制所必需的外圍電路(如A/D轉(zhuǎn)換器、位置/速度檢測倍頻計數(shù)器、PWM發(fā)生器等)與DSP內(nèi)核集成于一

23、體，使得伺服控制回路采樣時間達到100?s以內(nèi)，由單一芯片實現(xiàn)自動加、減速控制，電子齒輪同步控制，位置、速度、電流三環(huán)的數(shù)字化補償控制。一些新的控制算法如速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等得以實現(xiàn)。目前一些工業(yè)發(fā)達國家的伺服系統(tǒng)生產(chǎn)廠家基本上均能夠提供全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)或者可以與自己的CNC系統(tǒng)相配套，如日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、松下公司、山洋電機公司、德國Siemens公司、力士樂Indramat公司、Lenze公司、美國A.B公司、Kollmorgen公司、Relliance公司、Baldor公司、Pacific Scientific公司等。

24、0;在1987年，由德國機床協(xié)會和德國電力電子協(xié)會聯(lián)合提出數(shù)字驅(qū)動接口國際標(biāo)準，即SERCOS(SerialReal-time Communication System串行實時通信系統(tǒng))接口作為高性能運動控制系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)串行實時通信接口， 這兩個協(xié)會將電機、驅(qū)動系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)的主要制造商組成一個聯(lián)合工作組。最初加入SERCOS工作組的公司有AEC、ABB、AMK、Banmuller、Bosch、Indramat、Siemens、Pacific Scientific等幾家公司。與此同時，開發(fā)了相應(yīng)的ASIC芯片、SERCON816，傳輸速度為2/4/8/

25、16 Mbit/s，SERCOS與其它串行現(xiàn)場總線相比，有效數(shù)據(jù)傳輸率高，例如Ethement以100Mbit/s速度傳輸數(shù)據(jù)時，有效數(shù)據(jù)傳輸率為510Mbit/s；SERCOS以16Mbit/s速度傳輸數(shù)據(jù)時，有效數(shù)據(jù)傳輸率為11Mbit/s。CAN(controller Area Network)用于運動控制時，必須提供額外的存儲緩沖器及信號管理資源，其成本大約是SERCOS接口的2倍，另一個特點是它的光纖噪聲抑制能力強、傳輸可靠性高。雖然SERCOS接口初終是為CNC與數(shù)字伺服接口而開發(fā)，迄今已被廣泛應(yīng)用于通用運動控制器與數(shù)字伺服之間的接口。目前已能滿足在2

26、ms內(nèi)，使一臺控制器與多達32個伺服系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。SERCOS為數(shù)字伺服網(wǎng)絡(luò)化鋪就了一條寬闊大道，可以預(yù)見，在不遠的將來，帶有SERCOS接口的伺服系統(tǒng)將會進入家庭、辦公室、工廠車間乃至各個與伺服應(yīng)用相關(guān)的領(lǐng)域。1.4 CK516立式數(shù)控車床的總體方案設(shè)計CK516立式數(shù)控車床具有高轉(zhuǎn)速、大扭矩、高剛性等特點，主要用于加工輪轂、剎車轂等各類短軸類、盤類零件，車削螺紋、圓弧、圓錐、回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面、端面溝槽、鉆、擴、鉸等，適用于形狀復(fù)雜的中小批量零件，以及精度、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工。CK516立式數(shù)控車床的機械傳動部分設(shè)計，可以分為主軸組件設(shè)計、主傳動設(shè)計、變速箱中傳動軸和齒輪

27、設(shè)計、X、Z向進給伺服系統(tǒng)設(shè)計等小題目，由6名同學(xué)共同完成。我們6位同學(xué)經(jīng)過調(diào)查研究，分析討論，反復(fù)論證，最終確定了機床的總體方案。1.機床總體尺寸參數(shù)的選定根據(jù)設(shè)計要求并參考實際情況，初步選定機床主要參數(shù)如下：床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 800 最大車削直徑 mm 600最大車削高度 mm 600主軸轉(zhuǎn)速范圍（四段無級） r/min 45-1000主軸孔前端錐度 mm 120主電機功率 kw 15X/Z軸伺服電機 N.m 222.機床主要部件及其運動方式的選定(1) 主運動的實現(xiàn)采用主軸箱與變速箱分離的傳動布局。主傳動由變頻電機經(jīng)四級變速箱、三角帶窄V帶傳至主軸。 (2) 進給運動的實現(xiàn)機床進

28、給運動均采用半閉環(huán)伺服控制，因此在X、Z兩個方向上，進給運動均采用滾珠絲杠螺母副，其動力由伺服電機通過聯(lián)軸器傳遞。(3) 數(shù)字控制的實現(xiàn)控制系統(tǒng)采用FANUC-0i系統(tǒng)。(5) 機床其它零部件的選擇考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟性，機床附件如油管、行程開關(guān)等，以及標(biāo)準件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。1.5 本設(shè)計的主要內(nèi)容和方法 本設(shè)計為縱向進給運動的設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容主要包括：確定系統(tǒng)的負載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩機計算，確定伺服電機等。設(shè)計時要求電機與絲杠采用柔性連接，電機選用伺服電機對電機的大小選擇進行驗證，對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進行強度較核。設(shè)計與生

29、產(chǎn)實際相結(jié)合，既要滿足理論要求，又要滿足生產(chǎn)現(xiàn)實實際。設(shè)計應(yīng)遵循先易后難、先局部后全局的規(guī)律，確定設(shè)計步驟時，應(yīng)把整個CK516立式數(shù)控車床Z向進給傳動系統(tǒng)分成若干個子系統(tǒng)進行，待各系統(tǒng)基本合理后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)高效經(jīng)濟。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，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產(chǎn)力水平，減輕勞動強度，提高經(jīng)濟效益。第2章 縱向進給傳動系統(tǒng)總體方案的確定 2.1 進給傳動系統(tǒng)的組成及其原理數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的關(guān)鍵組成部分。一般由控制電路、電器驅(qū)動部件和執(zhí)行部件組成。進給傳動部件一般認為是從電機

30、到工作臺之間的傳動鏈。進給傳動部件的動態(tài)特性的好壞直接影響到一臺機床的工作性能和加工精度。進給傳動部件的振動會影響進給系統(tǒng)的定位精度。另外，機械傳動部件的設(shè)計好壞對進給伺服系統(tǒng)的伺服性能的影響也很大?，F(xiàn)代數(shù)控機床日益向著高速、高效率、高精度方向發(fā)展。對機床進給傳動部件的設(shè)計要求也越來越高。數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，與普通機床不同。數(shù)控機床的進給指令，來自數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)進給電動機和驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行部件如刀架、工作臺、主軸箱等按程序的規(guī)定運動。進給傳動系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，決定了數(shù)控機床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進給驅(qū)動系統(tǒng)的研制和發(fā)展總是放在首要的位置。數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的

31、控制指令，是通過進給驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動機械執(zhí)行部件，最終實現(xiàn)機床精確的進給運動的。數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)是一種位置隨動與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運動命令，精確地控制機床進給傳動鏈的坐標(biāo)運動。它的性能決定了數(shù)控機床的許多性能，如最高移動速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。2.2進給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇1.開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步進電機。開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進電動機性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場合中得到較廣泛的應(yīng)用。 2.閉環(huán)控制系統(tǒng) 因為開環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機床的要求

32、，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測裝置對數(shù)控機床工作臺位移進行直接測量并進行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。3.半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電動機按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機軸端。根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟的效益，故選擇半閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.3進給驅(qū)動電動機類型的確定早期的數(shù)控機床采用電液伺服驅(qū)動的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機床基本上都采用全電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。它可分為步

33、進電機，直流伺服電動機和交流伺服電動機伺服驅(qū)動系統(tǒng)三類。步進電動機：步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進電動機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。在電動機定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別

34、稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場，當(dāng)A、B、C三個磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。直流伺服電動機具有：穩(wěn)定性好；轉(zhuǎn)向取決于控制電壓的極性，控制電壓為零時，轉(zhuǎn)子慣性很小，能立即停止； 響應(yīng)迅速，機械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；控制功率低，損耗??；轉(zhuǎn)矩大；機械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象等特點。交流伺服電動機：輸出或輸入為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為交流電機，它實際上就是兩相異步電動機，所以有時也叫兩相伺服電動機。交流伺服電動機

35、的機械特性是非線性的，電容移相控制時非線性更為嚴重，而且斜率隨控制電壓的變化而變化，這會給系統(tǒng)的穩(wěn)定和校正帶來困難。機械特性很軟，低速段更軟，負載轉(zhuǎn)矩變化對轉(zhuǎn)速影響很大，而且機械特性軟會使阻尼系數(shù)減小，時間常數(shù)增大。從而降低了系統(tǒng)品質(zhì)。若交流伺服電動機設(shè)計參數(shù)選擇不當(dāng)，或制造工藝不良，在單相狀態(tài)下會產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”而失控，而且其電動機的轉(zhuǎn)子電阻相當(dāng)大，所以損耗大，效率低，電動機的利用程度差。除此之外交流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，運行可靠，適宜于不易檢修的場合使用。伺服電機是根據(jù)負載條件來選取的。加在電機軸上的負載主要有兩種:負載扭矩和負載慣量，其中負載扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。負載扭矩應(yīng)小于

36、所選擇電機的額定扭矩，負載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于所選擇電機的最大扭矩。加速扭矩應(yīng)考慮負載慣量和電機慣量的匹配，同時還應(yīng)考慮連續(xù)過載時間在所選電機的允許范圍內(nèi)，負載快速運動時所需的電機轉(zhuǎn)速應(yīng)在電機的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使電機在機床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。從上述三種電動機的比較可知，直流伺服電動機是自動控制系統(tǒng)中具有很高的優(yōu)越性。所以在CK516立式數(shù)控車床的進給系統(tǒng)中使用直流伺服電動機。2.4確定脈沖當(dāng)量脈沖增量插補是行程標(biāo)量插補，每次插補結(jié)束產(chǎn)生一個行程增量，以脈沖的方式輸出。一個脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸移動量叫做脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是脈沖分配的基本單位，它是衡量數(shù)控機床加工精度的一個技術(shù)

37、參數(shù)。立式數(shù)控車床常采用的脈沖當(dāng)量是0.010.005mm/step。根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/step。2.5進給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇2.5.1進給系統(tǒng)的傳動要求數(shù)控機床進給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)必須滿足:（1）傳動精度高；（2）摩擦阻力小；（3）運動部件慣量小。 2.5.2傳動類型的選擇數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本傳動方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。1.滾珠絲杠螺母副在數(shù)控機床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點是：傳動效率高，一般為=0.9

38、20.98；傳動靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命長；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，亦可將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動；軸向運動精度高，施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時無空行程；因此，在數(shù)控機床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機床的常見的傳動方式。2.靜壓絲杠螺母副其特點是：摩擦系數(shù)小，僅為0.0005，；平穩(wěn)性高；反向間隙??；但是，靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對有的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。由以上比較，根據(jù)要求，縱向進給傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。2.6電機與絲杠聯(lián)接方式的選擇滾珠絲杠螺母副與電動機的聯(lián)接的型式主要有三種：

39、1.聯(lián)軸器直聯(lián)接這是一種最簡單的連接型式.這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點是:具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動機構(gòu)本身無間隙,傳動精度高,而且結(jié)構(gòu)簡單,安裝、調(diào)整方便，適用于像中小型號的數(shù)控車床。聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器，它能補償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象.采用這種撓性聯(lián)軸器把電動機與絲杠直接聯(lián)接，不僅可以簡化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消除傳動間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差,提高傳動剛度。2.通過齒輪聯(lián)接 這種調(diào)整方法的優(yōu)點是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下,保持齒輪的無間隙嚙合；但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,軸向尺寸大、傳動剛度低、傳動平穩(wěn)性較差，一般用于精度要求低的機床中。3.通過同步齒形帶聯(lián)接 同步齒輪帶傳動

40、具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點,與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便。并且傳動不打滑、不需要大的張緊力； 但是在同步齒形傳動設(shè)計時對材料的要求很高。在滿足機床要求的前提下，通過對比本課題采用通過聯(lián)軸器聯(lián)接電機與絲杠副，這是一種簡單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動精度高，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。2.7 進給系統(tǒng)的一些其它要求滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進入，因此必須裝有防護裝置。如果滾珠絲杠副在機床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時將防護罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固

41、定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護裝置，防護裝置一有損壞應(yīng)及時更換。另外對滾珠絲杠安裝處應(yīng)進行削邊。 第三章 伺服電動機的具體計算選擇在第二章初步確定了進給驅(qū)動電動機的類型為：直流伺服電動機?，F(xiàn)在具體確定其型號規(guī)格。3.1電動機的選型要求伺服電

42、動機的選擇是根據(jù)負載條件來進行的，加在電動機軸上的負載有負載轉(zhuǎn)距和負載慣量兩種，負載轉(zhuǎn)距包括切削轉(zhuǎn)距和摩擦轉(zhuǎn)距。選擇伺服電動機應(yīng)能滿足下述條件：1.根據(jù)負載轉(zhuǎn)距選擇電機，負載轉(zhuǎn)距應(yīng)小于或等于電動機額定轉(zhuǎn)距。最大切削負載轉(zhuǎn)距不得超過電動機的額定轉(zhuǎn)距折算到電動機軸上的最大切削負載轉(zhuǎn)距。2.電動機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配，通常要求轉(zhuǎn)子慣量不小于負載慣量。但也不是轉(zhuǎn)子慣量越大越好，因轉(zhuǎn)子慣量越大，總的慣量就越大，加速性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏度，將不得不采用轉(zhuǎn)距過大的電動機和它的控制系統(tǒng)。3.快速移動時，轉(zhuǎn)距不得超過電動機的最大轉(zhuǎn)距，當(dāng)執(zhí)行部件從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最大移動

43、速度時，所需要的轉(zhuǎn)距最大。但選擇電機時，是按照負載轉(zhuǎn)距小于額定轉(zhuǎn)距，電動機轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量的合理匹配，執(zhí)行部件的快速轉(zhuǎn)距小于電動機的最大轉(zhuǎn)距三個要素來考慮的。根據(jù)負載轉(zhuǎn)距的計算，切削轉(zhuǎn)距加上摩擦轉(zhuǎn)距，應(yīng)小于或等于電動機的額定轉(zhuǎn)距。4.加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去負載轉(zhuǎn)距。在空載時，加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去摩擦轉(zhuǎn)距，其差值等于全部慣量（電動機+負載慣量）乘于加速度斜率。3.2 電動機工作方式的確定電動機工作時會發(fā)熱，它不僅取決于負載的大小，也和負載持續(xù)的時間的長短密切相關(guān)，這是選擇額定功率時必須考慮的。按電動機的不同發(fā)熱情況，可以分為三種工作方式（或稱工作制），即連續(xù)工作方式、短時工作方式和斷

44、續(xù)周期性工作方式。 CK516立式數(shù)控車床其工作時間一般較長，溫升可以達到穩(wěn)定值，電機的負載可能是恒定或大小基本恒定的常值負載或變化負載，因此屬于連續(xù)工作方式。3.3 電動機型號的確定伺服電機是根據(jù)負載條件來選取的。加在電機軸上的負載主要有兩種:負載扭矩和負載慣量,其中負載扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。負載扭矩應(yīng)小于所選擇電機的額定扭矩,負載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于所選擇電機的最大扭矩。加速扭矩應(yīng)考慮負載慣量和電機慣量的匹配,同時還應(yīng)考慮連續(xù)過載時間在所選電機的允許范圍內(nèi),負載快速運動時所需的電機轉(zhuǎn)速應(yīng)在電機的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使電機在機床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。根據(jù)其負載特性和快速

45、性，CK516系列加工中心Z軸的伺服電動機選用AC數(shù)字經(jīng)濟型電機C22/1500驅(qū)動，該電機的具體規(guī)格及參數(shù)如下所示：型號：A06B-0145-B177；轉(zhuǎn)速：1500rpm；額定轉(zhuǎn)矩：22Nm；功率：1.5KW。 3.4運動部件慣量及扭矩計算3.4.1 機床主要參數(shù)主切削力： P=1500Kg=15000N縱向進給力： PX =1500×0.4=600Kg=6000N縱向快速： V=1.2m/min動件總重量： W=250Kg絲杠螺距： S=8mm加減速時間： t=0.03s3.4.2 慣量計算由已知以下數(shù)據(jù)：05027絲杠 J1=0.006306Kg.m205026套 J2=0.

46、000164Kg.m2聯(lián)軸器 J3=0.00026Kg.m2軸承 =0.000715 Kg.m2滑板 =0.00042 Kg.m2得：其中：i為降速比；i=1.查電機C22/1500慣量J電=0.012 Kg.m2慣量比：J總/J電=0.00796/0.012=0.663結(jié)論：慣量比對立式車床可用。3.4.3快速進給所需扭矩計算1.克服磨擦力所需扭矩 其中： 導(dǎo)軌磨檫力，=mgf m 質(zhì)量（Kg），m=250 Kg f 磨檫系數(shù)，f=0.018 g = 傳動鏈效率， =0.8 i為降速比；i=12.加速力矩其中： 要求電機快速進給轉(zhuǎn)速（r/min），=VI/P V 快速進給速度，V=12m/m

47、in i 降速比,i=1 P 絲桿螺距（m），P=0.008 m =VI/P=12/0.008=1500r/min J 總慣量，J=0.00796 Kg.m2 t 加速時間，t=0.03s3.附加磨擦力所需扭矩 其中： 縱向進給力，=6000N P 絲桿螺距（m），P=0.008 m 傳動鏈效率， =0.8 i 降速比,i=1 總快速結(jié)論：查電機在1500r/min進扭矩為9N.m 可用3.4.4重切時所需扭矩1.最大切削負載時的切削扭矩其中： Z向最大切削力（N），=6000N P 絲桿螺距（m），P=0.008 m 傳動鏈效率， =0.8 i 降速比,i=12.加速扭矩計算其中： 要求電機

48、重切時的進給轉(zhuǎn)速，=70r/min J 總慣量，J=0.00796 Kg.m2t 加速時間，t=0.03s重切時所需總扭矩 其中：結(jié)論：查電機在低速時扭矩為22N.m 可用。綜上，通過運動部件慣量及扭矩計算，說明所選電機C22/1500滿足要求，選擇正確可用。 第四章 滾珠絲杠螺母副的計算和選型在第二章初步選擇了進給飼服系統(tǒng)的傳動類型為：滾珠絲杠螺母副。現(xiàn)在具體對其進行設(shè)計，計算和選型。4.1 滾珠絲杠螺母副的種類絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精

49、度較高的零件加工。因此滑動絲杠常用在加工精度要求不是很高的普通車床中。     滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。在數(shù)控化改造的車床中，應(yīng)把原來的滑動絲杠換為滾珠絲杠，以降低摩擦力，提高加工精度。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。珠絲杠滾副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊，雙螺母螺紋式預(yù)緊，雙螺母齒差式預(yù)緊，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等幾種。4.2 滾珠絲杠支承方式的確定數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度

50、，除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，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。在設(shè)計中，我采用推力軸承和向心

51、軸承組合使用。4.3 計算進給牽引力Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切屑時的走刀抗力以及移動件的重量和切屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)?？v向進給為三角形導(dǎo)軌Fm=kFZ+f(FY+G)=1.15×15000+0.04×(6000+2500)= 172840 N式中: K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù).三角形導(dǎo)軌取k=1.15f貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.030.05G溜板及刀架重力,取250kg×10N/kg =2500N4.4 計算最大動負載 C 選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬（106）

52、轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載 C，計算如下：C = fwFmL =（60nT）/106n =（1000Vs）/LoLo為滾珠絲杠導(dǎo)程,選絲杠名義直徑為40,查滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量表,初選出Lo=6 Vs最大切削力下的進給速度,可取最高進給速度的1/21/3,此處為0.15m/min; T使用壽命,按15000h; fw運轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運轉(zhuǎn)取1.21.5; L壽命以轉(zhuǎn)106為1單位.n=(1000Vs)/Lo=(1000×0.555×0.15)/6=12.5r/minL=(60×n×T)/106=(6

53、0×12.5×15000)/106=11.25C= fwFm= ×1.2×1775=4772.7N運 轉(zhuǎn) 系 數(shù)運轉(zhuǎn)狀態(tài) 運轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊運轉(zhuǎn) 1.01.2一般運轉(zhuǎn) 1.21.5有沖擊運轉(zhuǎn) 1.52.5 4.5 滾珠絲杠螺母副的選型查閱表A-1，可采用W1L4006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動負載為16400N，精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(大致相當(dāng)于老標(biāo)準E級)4.6 傳動效率計算 =tan/tan(+)式中：螺旋升角,W1L4006 =2°44摩擦角取10滾動摩擦系數(shù)0.0030.004=tan/ta

54、n(+)=tan2°44/tan(2°44+10)=0.944.7 穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需作穩(wěn)定性校核。 第五章 聯(lián)軸器的具體確定在第二章可知電機與絲杠的聯(lián)接方式為：聯(lián)軸器聯(lián)接，現(xiàn)在確定聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件，他們聯(lián)接軸與軸，以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，有時候也可以用做安全裝置，由于機器的工況各異，因而對聯(lián)軸器提出了各種不同的要求，如傳遞轉(zhuǎn)矩的大小、轉(zhuǎn)速高低、扭轉(zhuǎn)剛度的變化情況、體積大小、吸震能力等等，出現(xiàn)了許多新的類型。5.1聯(lián)軸器的種類和特性聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能

55、保證嚴格的對中，而是存在這某種程度的相對位移，這就要求設(shè)計聯(lián)軸器時，要從結(jié)構(gòu)上采用各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對位移的性能。根據(jù)聯(lián)軸器對各種相對位移有無補償能力，可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩類。撓性聯(lián)軸器又可分為是否具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個類別。 5.2聯(lián)軸器選擇的標(biāo)準選擇合適的聯(lián)軸器要考慮以下幾點：1.所需要傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求。2.聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起離心力的大小。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。5.3聯(lián)軸器型號的確定根據(jù)此次設(shè)計的要求，參照以上標(biāo)準，應(yīng)選用T

56、L6型彈性聯(lián)軸器，它的許用轉(zhuǎn)矩為250 N.m，需用的最大轉(zhuǎn)速為3800r/min,軸徑為3242mm之間，故合用。第6章   進給系統(tǒng)其他部件的確定及機床噪聲控制6.1導(dǎo)軌的確定數(shù)控機床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機床在高速進給時不振動、低速進給時不爬行等特性。目前數(shù)控機床使用的導(dǎo)軌主要有3種：塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。 目前滾動導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器上。下面著重介紹下滾動導(dǎo)軌副。滾動導(dǎo)軌有多種形式，目前數(shù)控機床常用的滾動導(dǎo)軌為直線滾動導(dǎo)軌。 直線滾動導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾柱或滾珠、保持器、端蓋等組成。

57、0;當(dāng)滑塊與導(dǎo)軌體相對移動時，滾動體在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負荷區(qū)到非工作負荷區(qū)，然后再滾動回工作負荷區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動變成滾動體的滾動。為防止灰塵和臟物進入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊上還有潤滑油杯。最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動潤滑的滾動導(dǎo)軌，使用時無須再配潤滑裝置。由于滾動導(dǎo)軌的諸多優(yōu)點, 綜合考慮，CK516的縱向進給系統(tǒng)采用直線滾動導(dǎo)軌。6.2刀架的選擇選用選用LD4-ICK0625型電動刀架。 因為設(shè)計要求刀架的最大回轉(zhuǎn)直徑為120mm，而最小的三角刀架的設(shè)計高度大大超過60mm，故選用最小的刀架型號