數(shù)控機(jī)床橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計

1、數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)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)容數(shù)控橫向進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算數(shù)控機(jī)床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算第二章  數(shù)控進(jìn)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 概述數(shù)控橫向進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定第三章  機(jī)床進(jìn)給（直流、交流）伺服系統(tǒng)機(jī)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  

2、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算、和選型3.4  進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計算3.5  伺服電機(jī)的計算和選型第四章 數(shù)控機(jī)床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算4.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給（直流、交流）伺服系統(tǒng)組成4.2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給（直流、交流）伺服驅(qū)動器的選型4.3 數(shù)控機(jī)床進(jìn)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(xiàn) 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(yùn)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知

3、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(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊合作精神。1.2 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容數(shù)控橫向進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定1. 系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定。2. 伺服系統(tǒng)的選擇。3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定。4. 計算機(jī)的選擇。進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算1. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計方案的確定。2. 確定脈沖當(dāng)量。3. 滾珠絲杠螺母副的選型。4. 滾動導(dǎo)軌的選型。5. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計算。6. 步進(jìn)電機(jī)的計算和選用。7.

4、設(shè)計繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖。8. 設(shè)計繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一張或兩張零件圖。數(shù)控機(jī)床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算1. 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給（直流、交流）伺服系統(tǒng)組成。2. 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給（直流、交流）伺服驅(qū)動器的選型3. 數(shù)控機(jī)床進(jìn)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(jìn)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(jī)床橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計2.設(shè)計任務(wù):（1）根據(jù)機(jī)床總體布局,分析應(yīng)采用的機(jī)電一體化設(shè)計方案,確定橫向進(jìn)給系統(tǒng)的伺服控制方案；（2）進(jìn)行機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算,繪制機(jī)械傳動圖及相關(guān)裝配圖(12張)；（3）進(jìn)行

5、數(shù)控機(jī)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(biāo):（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(jìn)給速度（工進(jìn)速度） ；（5）可以車削柱面、平面、錐面，最大導(dǎo)程；（6）工作臺重量100公斤4.設(shè)計要求:（1）機(jī)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(biāo)準(zhǔn),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(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定概述從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)

6、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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 電機(jī)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(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)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

7、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(jìn)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(jī)床進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)，必須在進(jìn)給定位及進(jìn)給速度兩個方面同時實現(xiàn)自動控制。對于數(shù)控機(jī)床進(jìn)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(jī)床在進(jìn)給定位上的問題則屬于對運(yùn)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)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

8、而精確地到達(dá)指定位置。在機(jī)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(jī)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(zhǔn)確、快速的伺服運(yùn)動控制。伺服控制技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中用的最多也最為廣泛，各種機(jī)床運(yùn)動部分的速度控制、運(yùn)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(yùn)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(yùn)動控制，如仿型機(jī)床的加工軌跡、機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動控制等。它們可以完成的運(yùn)動控制精度高、速度快，遠(yuǎn)非一般工人操作所能達(dá)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

9、位置控制等；運(yùn)輸行業(yè)中的電氣機(jī)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(dá)天線的自動瞄準(zhǔn)跟蹤控制、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈自動跟蹤控制，防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)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(yùn)算放大器的精度限制，通常只能達(dá)到角分（）級。如要進(jìn)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(jī)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，自動控制技術(shù)和計算機(jī)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

10、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(jī)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(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，更加快了使伺服驅(qū)動技術(shù)進(jìn)入全數(shù)字化時期腳步，使伺服控制器的小型化指標(biāo)取得了很大的進(jìn)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(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)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(jìn)步，伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了全數(shù)字化和交流化的時代。圖2-1和圖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

11、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(jī)電流、電動機(jī)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(yùn)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(jī)來代替，作為數(shù)字控制器，這就構(gòu)成了計算機(jī)控制的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)。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

12、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(jìn)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： 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)。 在模擬伺服控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由運(yùn)算放大器通過不同電路元件的連接實現(xiàn)的，控

13、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(jī)控制器的算法程序，一般不用對硬件電路進(jìn)行改動，而且由于計算機(jī)具有豐富的指令系統(tǒng)和很強(qiáng)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。 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)字伺服控制系統(tǒng)中，由于數(shù)字控制器具有高速運(yùn)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。 采用數(shù)字方式進(jìn)行伺服系統(tǒng)的控

14、制，如分級數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、計算機(jī)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(jìn)一步提高。 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。 數(shù)控橫向進(jìn)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： 數(shù)控橫向進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定1.概述數(shù)控機(jī)床按控制方案可以分為二種，它們是步進(jìn)開環(huán)控制系案和伺服閉環(huán)控制方案，

15、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(jī)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(jī)床中已被淘汰。只有少數(shù)低端、低成本的數(shù)控機(jī)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)計問題的給出，本文決定采用*控制方案。1）.數(shù)控機(jī)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。.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

16、制。又稱為無反饋控制系統(tǒng)，在數(shù)控機(jī)床中由步進(jìn)電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動線路組成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入指令，經(jīng)過運(yùn)算發(fā)出脈沖指令給步進(jìn)電動機(jī)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(jì)型數(shù)控機(jī)床。.閉環(huán)控制（closed-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(jī)床中由伺服電動機(jī)、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(jìn)行自動檢測并與指

17、令值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)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(jī)床。.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(jī)的軸上。這種伺服系統(tǒng)所能達(dá)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)控機(jī)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(jī)、交流伺服電動機(jī)或液壓伺服馬達(dá)作為驅(qū)動元件。在負(fù)載較大的大型伺服系統(tǒng)中常采用液壓伺服馬達(dá)，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(jī)。由于直流電動機(jī)具有優(yōu)良的靜

18、、動態(tài)特性，并且易于控制，因而在20世紀(jì)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(jī)械換向裝置，存在電刷磨損問題，運(yùn)行時電機(jī)的換向器也會出現(xiàn)運(yùn)行火花，限制了直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出功率的提高，所以需要較多維護(hù)。因而，隨著微處理器技術(shù)和電力電子半導(dǎo)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，維修也方便，因此隨著價錢的逐年降低它在數(shù)控機(jī)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(dāng)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(jìn)電動機(jī)。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(jī)半閉環(huán)控制系統(tǒng)。2. 機(jī)床傳動

19、方式的擬定   為了實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用伺服電機(jī)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(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。第三章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)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。所以你必須圍繞著這個問題來進(jìn)行計算和論述伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動部件慣量計算，空載起動及切削力矩計算，確定伺服電機(jī)，繪制機(jī)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

20、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

21、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1671.00.75修 正 系 數(shù)工 件材 料4050506060707080809090100=0.840.900.951.01.041.09切 削速 度v=50100200300400500=1.00.900.820.770.740.71主 偏角=30°45°60°70°90°=1.081.00.940.940.89前 角=+20°+10°0°-10°-20°=0.901.01.11.21.3后刀面磨損

22、限度h=1.01.053.2 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(dāng)切削速度為已知時，切削功率可用下式計算： (3.4)在校驗機(jī)床選用的電動機(jī)功率時應(yīng)使 (3.5)式中 機(jī)床電動機(jī)名義功率（千瓦）；機(jī)床效率（一般齒輪機(jī)床=0.70.8）；電動機(jī)超載時容許的系數(shù)（一般=1.25） 57。如表3-1，取其中各參數(shù)的最大值進(jìn)行估算：取 =167， =1.0， ，=1.09， =1.08， =1.3， =1.05， =0.9取 切深t=5mm，進(jìn)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()(1.3.5)得:取

23、已知技術(shù)參數(shù)：橫向最大行程（X軸）180 mm；工作進(jìn)給速度為8000mm/min；橫向快速進(jìn)給速度：8 m/min；刀架估計質(zhì)量：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(jìn)行必在的校驗就可以了。所以：1. 不需你進(jìn)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(jìn)行校驗

24、，如校驗滿足要求則可用，如不滿足則要重新選擇。滾珠絲杠螺母副的計算1) 絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動比為，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導(dǎo)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(jìn)給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：最小進(jìn)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(fù)載工作負(fù)載是指機(jī)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(jìn)給牽引力的試驗公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)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

25、.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(fù)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(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時，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(dāng)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(fù)荷(N)；nm等效轉(zhuǎn)速(r/min)；Tn工作壽命

26、(h)。（查表得：數(shù)控機(jī)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(fù)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(jìn)行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(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(fù)荷按下式計算： (3.12)式中 E材料的彈性模量E鋼=2.1×1011(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(fù)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

27、稱直徑(mm)； dw滾珠直徑(mm)。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(yuǎn)大于，臨界壓縮負(fù)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(jìn)行絲杠的預(yù)選計算，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

28、的拉壓系統(tǒng)剛度(N/m)； KH螺母座的剛度(N/m)；Kc絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/m)；KS絲杠本身的拉壓剛度(N/m)；KB軸承的接觸剛度(N/m)。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： (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

29、的固有頻率： (3.17)式中 m絲杠末端的運(yùn)動部件與工件的質(zhì)量和(N/m)；Ke絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/m)。顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。4）絲杠扭轉(zhuǎn)剛度扭轉(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(yùn)動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)； JZ絲杠上傳動件的轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)； JS絲杠的轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)。由文獻(xiàn)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(yuǎn)大于1500r/min，可以滿足要求。5）

30、 傳動精度計算滾珠絲杠的拉壓剛度 (3.20)導(dǎo)軌運(yùn)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(jī)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(dǎo)程公差為 ，機(jī)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(jī)床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能進(jìn)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)該對預(yù)選絲杠型號進(jìn)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(jìn)行選擇?。?）計算作用在滾珠絲杠上的當(dāng)量動載荷Cm的數(shù)值：Cm=3L*Kp*Kr*F(2) 從滾珠絲杠產(chǎn)

31、品樣本中找出與當(dāng)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(jìn)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)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(dāng)n10r/min低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，滾珠絲杠需進(jìn)行靜強(qiáng)度運(yùn)算。3.4  進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計算支承軸承的設(shè)計查軸承表：對于的軸承，其，對于的軸

32、承，其，則 這段你想說明什么？3.5  伺服電機(jī)的計算和選型伺服電機(jī)的選型與它所要驅(qū)動的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)，你的機(jī)械轉(zhuǎn)矩應(yīng)該包括工作臺重量對絲杠所產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、絲杠傳動過程中所受到的摩擦轉(zhuǎn)矩等。當(dāng)這也負(fù)載轉(zhuǎn)矩加在一起時，就是伺服電機(jī)所要驅(qū)動的最大負(fù)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，一般伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)比計算值大1.52倍。找一些靠譜的資料來進(jìn)行參考！ 根據(jù)文獻(xiàn)1，扭矩的計算為：1. 理論動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩查文獻(xiàn)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(jī)的額定扭矩4. 電機(jī)的選擇根據(jù)以上計算的

33、扭矩及文獻(xiàn)2，選擇電機(jī)型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7N·m。第四章 數(shù)控機(jī)床（直流、交流）伺服控制方案分析與計算4.1  數(shù)控機(jī)床進(jìn)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(jī)?？煞譃橛来沤涣魍剿欧妱訖C(jī)，永磁無刷直流伺服電機(jī)、感應(yīng)伺服電機(jī)及磁阻式伺服電機(jī)；2）.PWM功率逆變器?？煞譃楣β示w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?？煞譃閱纹瑱C(jī)、DSP數(shù)字信號處理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS32

34、0F240）等。4）.位置傳感器（含速度）。可分為旋轉(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(hù)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(jī)床進(jìn)給交流伺服驅(qū)動器的選型交流伺服驅(qū)動器怎么選？學(xué)習(xí)變頻器沒有？變頻器怎么選，交流伺服電機(jī)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(jī)，因此，能量上要能滿足伺服電機(jī)的要求2. 額定電流3. 額定電壓呵呵，

35、說簡單點，你怎么選電器設(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(jìn)給驅(qū)動裝置的選型進(jìn)給系統(tǒng)的選型是以數(shù)控機(jī)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(jī)床的各軸的進(jìn)給速度、整機(jī)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(jī)的設(shè)計需要，從而滿足生產(chǎn)的需要。 2.經(jīng)濟(jì)性：在滿足加工要求的條件下，選型 要最經(jīng)濟(jì)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要符合本單位的使用和設(shè)計的習(xí)慣； b若出現(xiàn)故障易于排除。

36、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(jìn)給速度的要求選擇類型步進(jìn)電動機(jī)用于加工精度要求不高的機(jī)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(jī)用于加工精度要求較高的機(jī)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(jī)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(jī)床一般選用半閉環(huán)。 加工精度要求很高的高檔機(jī)床才選用全閉環(huán)和混合閉環(huán)。3.進(jìn)給系統(tǒng)的分辨率 根據(jù)機(jī)床的加工合理選擇其脈沖當(dāng)量。步進(jìn)電動機(jī)的步距角以及驅(qū)動裝置的細(xì)分倍數(shù)決定了步進(jìn)電動機(jī)的分辨率步距角一在1/400r1/1000r 左右。交流伺服驅(qū)動

37、裝置的分辨率受電動機(jī)的編碼器和驅(qū)動裝置的控制功能 的影響，一般可達(dá)1/10000r左右。4.電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速。 注意：選擇時應(yīng)保留一定的余量。5.電動機(jī)的扭矩的選擇 要根據(jù)負(fù)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)。 Nm 其中： F進(jìn)給方向的切削力(N)； ML工件和工作臺總質(zhì)量(Kg)；導(dǎo)軌的磨擦系數(shù)； 傳動總效率； Z1步進(jìn)電動機(jī)輸出軸齒數(shù)； Z2滾珠絲杠軸端齒輪數(shù)； 滾珠絲杠導(dǎo)程。產(chǎn)品概述：該交流伺服電機(jī)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)用于機(jī)床、紡織、印刷

38、、建材等領(lǐng)域。該電機(jī)采用自冷式，防護(hù)等級為IP64-IP67。GK6電機(jī)是三相交流永磁同步伺服電動機(jī)，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(yùn)行，具有良好的力矩性能和寬廣的調(diào)速范圍。電機(jī)帶有裝于定子繞組內(nèi)的溫度傳感器，具有電機(jī)過熱保護(hù)輸出。該交流伺服電機(jī)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(jī)，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(jìn)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(hù)裝置，與電網(wǎng)之間的隔離裝置、散熱裝置等從機(jī)械工程的角度上來看，你需要知道安裝

39、尺寸，安裝要求，比如需不需要安裝導(dǎo)軌等產(chǎn)品特點：l 力矩1.1Nm到70Nm                   l 正弦波交流伺服電機(jī)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：DC24Vl 超高矯頑力稀土永磁l 過熱保護(hù)：熱敏電阻輸出l 抗去磁能力強(qiáng)l 多種機(jī)座

40、安裝尺寸l 全密封設(shè)計產(chǎn)品參數(shù)：電機(jī)類型交流伺服電機(jī)（永磁同步電機(jī)）磁性材料絕緣等級 反饋系統(tǒng)  溫度保護(hù)超高矯頑力稀土永磁材料F級 環(huán)境溫度+40時，定子繞組溫升可達(dá)T=100K  可選H級、C級絕緣，定子繞組溫升分別達(dá)125K、145K標(biāo)準(zhǔn)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(xì)分分辨率可達(dá)220；3.絕對式編碼器PTC 正溫度系數(shù)熱敏電阻，20°時 R250 備選:熱敏開關(guān)安裝型式護(hù)保等級冷  卻表面漆IMB5  備選：IMV1、I

41、MV3、IMB35IP64  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 雙面密封深溝球軸承驅(qū)動端裝軸密封圈標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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GK60355dB(A);      GK60455dB(A);    GK60560dB(A);     GK60665dB(A);       GK60765dB(A);     GK60870dB(A);   GK61070dB(A);