振動(dòng)攻絲機(jī)床設(shè)計(jì)方案

1 振動(dòng)攻絲機(jī)床設(shè)計(jì)方案 1 緒論 言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械零件的精度要求越來越高，也出現(xiàn)了大量新材料，這些材料用傳統(tǒng)的方法很難加工。目前，在機(jī)械制造業(yè)中， 以絲錐攻絲內(nèi)螺紋的加工方法，加工質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低，尤其在難加工材料上攻絲， 如在粘而韌的不銹鋼零件上攻絲 ，加工更加困難。在加工過程中切削扭矩大，易產(chǎn)生有害振動(dòng)，導(dǎo)致絲錐崩刃、斷裂或磨損，而 且加工后的螺紋輪廓形狀嚴(yán)重失真 ，尺寸精度低，表面粗糙度大，這是目前 普通攻絲技術(shù)存在的缺點(diǎn) 。 本課題旨在通過一種新的加工方法 解決 上述存在的問題。本人應(yīng)用單片機(jī)來控制振動(dòng)的頻率、正反轉(zhuǎn)，一改過去機(jī)械裝置既笨重又難操作的特點(diǎn)，同時(shí)又降低成本，另一方面本項(xiàng)研究充分利用舊有的設(shè)備而加以改造就可以取得好的加工效果，從而使振動(dòng)攻絲能真正得到推廣和應(yīng)用。 內(nèi)外振動(dòng)攻絲研究的現(xiàn)狀 外振動(dòng)攻絲研究的現(xiàn)狀 二十世紀(jì)五十年代，日本學(xué)者宇都宮大學(xué)博士隈部淳一郎教授首次提出了振動(dòng)切削新概念，振動(dòng)切削在螺紋加工中的應(yīng)用就是振動(dòng)攻絲。其實(shí)質(zhì)就是在原有攻絲的基礎(chǔ)上，疊加一個(gè)一定頻率、振幅的周向振動(dòng)，把傳統(tǒng)攻絲的連續(xù)切削變?yōu)橐环N斷續(xù)的反 復(fù)切削，在抑制系統(tǒng)原有振動(dòng)的同時(shí)，讓振動(dòng)發(fā)揮作用，達(dá)到改善攻絲狀況、降低攻絲扭矩、提高攻絲質(zhì)量和效率的目的，從而在攻絲加工中實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)切削。隈部淳一郎教授在 70年代左右研究造制出了多種振動(dòng)攻絲機(jī)床，它們的主要型號(hào)有： 10實(shí)用振動(dòng)攻絲機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)為：振動(dòng)頻率為 100幅為 出切削速度應(yīng)滿足 T=v/f 一要求， 2 按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來選取，用機(jī)械式振動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)；臺(tái)鉆式 10是利用臺(tái)式鉆床附加振動(dòng)機(jī)構(gòu)形成的 振動(dòng)攻絲機(jī)，基本工作形式和 10實(shí)用振動(dòng)攻絲機(jī)一樣；單頭多軸 10要是單頭三軸），成功開展振動(dòng)切削及振動(dòng)攻絲加工的理論與實(shí)驗(yàn)研究，獲得了一定的研究成果，其應(yīng)用取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 1。 前蘇聯(lián)早在 50 年代末開始振動(dòng)切削方面的研究，并發(fā)表了一些很有價(jià)值的振論文。前蘇聯(lián)在振動(dòng)攻絲方面主要研究的是高頻振動(dòng)攻絲，研制有專用軸向超聲動(dòng)攻絲機(jī)床和相應(yīng)的超聲振動(dòng)頭。他們做了大量的超聲振動(dòng)攻絲試驗(yàn)，結(jié)果表明超聲振動(dòng)攻絲在加工不銹鋼和鈦合金時(shí)與傳統(tǒng)攻絲相比絲錐耐用度提高 310倍，在加工鈦合金 時(shí)扭矩降低 40% 50%，表面粗糙度提高 1 印度的 也對(duì)振動(dòng)攻絲進(jìn)行了大量的研究并得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。他們認(rèn)為：降低攻絲扭矩和軸向力的最佳振動(dòng)頻率因條件而異。對(duì)鑄鐵而言 0 85幅 166*1則為 50幅 10*鋁材料， 1幅是 135反小于 螺紋不適合使用振動(dòng)攻絲。采用振動(dòng)攻絲可減小攻絲扭矩達(dá) 8% 14%，降低軸向力達(dá) 16% 56%們認(rèn)為，對(duì)于振動(dòng)攻絲存在一個(gè)臨界切削厚度（螺紋深度）值，在臨界切削厚度的范圍內(nèi)，振動(dòng)攻絲能降低攻絲扭矩。而其臨界切削厚度與材料的硬度有關(guān)。且最佳的振動(dòng)頻率與切削厚度有關(guān)，隨著切削厚度的減小，最佳振動(dòng)頻率反而增加，而最佳的振幅（對(duì)于同一種尺寸或同一種切削厚度）也與材料的硬度有關(guān)。 在美國，振動(dòng)切削也作為一個(gè)重點(diǎn)課題來研究。振動(dòng)切削系統(tǒng)也部分應(yīng)用于工業(yè)。 歐洲發(fā)達(dá)國家，如英國、前西德等國家對(duì)振動(dòng)切削的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)和振動(dòng)切削機(jī)理也有較多的研究，也取得一些可觀的成果。 內(nèi)振動(dòng)攻絲研究的現(xiàn)狀 我國對(duì)振動(dòng)攻絲方面的研究工作開始于 60 年代末。華中理工大學(xué)的王立平和楊叔子對(duì)變參數(shù)振動(dòng)攻絲提高微小孔加工精度進(jìn)行了深入的研究。 北京航空航天大學(xué)的陳鼎昌教授和青島大學(xué)的茍琪博士從動(dòng)態(tài)振動(dòng)攻絲扭矩出發(fā)，探討了影響動(dòng)態(tài)切削力變化的因素，從而得到動(dòng)態(tài)攻絲扭矩功率譜可以反映攻絲過程，可以用信號(hào)功率譜峰變化和信號(hào)能量變化對(duì)攻絲過程進(jìn)行監(jiān)控的結(jié)論。另外，通過回歸分析，建立了鈦合金振動(dòng)攻絲的扭矩模型 3 統(tǒng)揭示了攻絲扭矩 a 的關(guān)系。認(rèn)為用此模型可預(yù)測(cè)振動(dòng)攻絲加工的切削模型，還可以用于振動(dòng)攻絲加工過程中的優(yōu)化控制。 北京航空航天大學(xué)的張德遠(yuǎn)等人應(yīng)用彈塑性理論對(duì)振動(dòng)攻絲減小鈦合金攻絲扭矩進(jìn)行了理論分析，認(rèn)為后刀面對(duì)已加工表面的重復(fù)熨壓，是減小攻絲中的磨擦扭矩及提高已加工表面精度的主要原因，并 利用彈塑性理論推導(dǎo)出了振動(dòng)攻絲中絲錐后刀面上產(chǎn)生的磨擦扭矩計(jì)算公式。據(jù)此公式可以計(jì)算要獲得最小扭矩的最佳熨壓次數(shù)，這對(duì)指導(dǎo)振動(dòng)攻絲中切削參數(shù)的選擇有一定的指導(dǎo)意義 2。 山東工業(yè)大學(xué)張勤河等人通過對(duì)超聲振動(dòng)鉆削加工陶瓷的研究 ,認(rèn)為是靜態(tài)負(fù)載的接觸力與沖擊力同時(shí)作用在工件上 得出金剛石刀具顆粒如同一個(gè)個(gè)小壓頭 ,在作用于工件表面瞬間產(chǎn)生裂紋與裂紋的擴(kuò)展 振動(dòng)切削不同于常規(guī)切削 刀具擠壓工件 ,使工件產(chǎn)生塑性變形 ,振動(dòng)切削在一個(gè)周期 內(nèi)切削長度小 ,刀具切削工件的瞬時(shí)速度較高 ,切削時(shí)間短 ,刀具與工件間斷分離 ,切削液能進(jìn)入切削區(qū) ,切削溫度降低 ,破壞了積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生 ,即便產(chǎn)生積屑瘤也難以附在刀具上 正是這一特點(diǎn)才使得刀尖每次能以極大的加速度沖擊工件進(jìn)行切削。 南京理工大學(xué)芮小健等人從切削過程分析著手 ,研究了振動(dòng)切削過程中刀具與被切削工件之間的力學(xué)作用規(guī)律 ,得出如下結(jié)論 :1)刀具以沖擊載荷作用于被切材料 ,其動(dòng)態(tài)應(yīng)力波作用是改善切削效果的一個(gè)主要因素； 2)振動(dòng)切削中摩擦力降低是前刀面和剪切面的內(nèi)摩擦 向外摩擦轉(zhuǎn)換所致； 3)振動(dòng)切削中 ,前刀面正應(yīng)力減小 ,對(duì)材料破壞的斷裂抑制作用減弱 ,利于切削； 4)振動(dòng)切削中 ,材料破壞過程與普通切削的擠壓滑移過程有區(qū)別 ,它由每次沖擊都產(chǎn)生微細(xì)破壞而完成切削 3。 究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù) 究的主要內(nèi)容 通過現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行相應(yīng)的改造，在原有普通攻絲技術(shù)基礎(chǔ)上完成機(jī)械的振動(dòng)攻絲。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械單元的改造設(shè)計(jì)振動(dòng)攻絲機(jī)床的設(shè)計(jì) 4 究的關(guān)鍵技術(shù) （ 1）步進(jìn)電機(jī)的正 反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，步進(jìn)電機(jī)一方面是攻絲的動(dòng)力源，另一方面又是振動(dòng)攻絲的振源，這是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)振動(dòng)攻絲關(guān)鍵技術(shù)，良好的控制能讓步進(jìn)電機(jī)充分發(fā)揮性能優(yōu)勢(shì)。 （ 2）計(jì)算機(jī)的硬件接口（如模數(shù)轉(zhuǎn)換等）和軟件編程技術(shù)，涉及振動(dòng)攻絲的工藝參數(shù)的設(shè)置、步進(jìn)電機(jī)的輸出控制和攻絲扭矩的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)的前期處理等多個(gè)關(guān)鍵部分。系統(tǒng)性能的完善程度與這一部分有很大的關(guān)系。 （ 3）故障診斷技術(shù)，一個(gè)功能全面的攻絲系統(tǒng)，應(yīng)該具備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的能力，特別是攻絲系統(tǒng)，攻絲過程很容易發(fā)生絲錐折斷故障，而絲錐折斷則導(dǎo)致 工件報(bào)廢、效率降低，因此利用故障診斷技術(shù)，在攻絲過程中對(duì)絲錐折斷進(jìn)行診斷和預(yù)報(bào)，有效地防止絲錐折斷。 2 總體方案的選定 動(dòng)攻絲的原理 本次設(shè)計(jì)的是一臺(tái)可由單片機(jī)控制的振動(dòng)攻絲機(jī)床，因此，對(duì)于設(shè)計(jì)方案的選擇，應(yīng)該考慮到其加工原理的確定。所謂振動(dòng)攻絲就是在普通攻絲的基礎(chǔ)上，給絲錐或工件施加有規(guī)律的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，成脈沖式間斷切削。在每一次扭振過程中，絲錐的切削用量按某種規(guī)律變化，同時(shí)絲錐切入時(shí)，提高了瞬時(shí)切削速度，絲錐后退時(shí)，起到斷削作用，并且改善了切削環(huán)境提高加工質(zhì)量。 從絲錐與工件的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)振動(dòng)設(shè)計(jì)方按角度分析，一般可分為四種： 1）工件固定，絲錐旋轉(zhuǎn)并形成沿螺旋升角方向的振動(dòng)； 2）工件回轉(zhuǎn)，絲錐沿螺旋升角方向振動(dòng)； 3）工件沿螺旋升角方向振動(dòng)，絲錐做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 4）工件沿螺旋升角方向振動(dòng)并同時(shí)回轉(zhuǎn)，絲錐則固定不動(dòng)。 四種方案的示意圖如圖 1所示： 5 錐既回轉(zhuǎn)又振動(dòng)； 錐振動(dòng)； 錐回轉(zhuǎn)； 錐不動(dòng) 圖 2動(dòng)攻絲的 4種形式 案分析 在上述 4 種形式中， b、 c 和 d 三種方式中工件都有運(yùn)動(dòng)，這就使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)必然特別的龐大，故不宜采用。而對(duì)于方式 而可通過簡單機(jī)構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)，所以經(jīng)過比較分析在四種振動(dòng)加工方式中 實(shí)現(xiàn)起來其結(jié)構(gòu)也較為簡單。 案的類型 1)切削主動(dòng)力源和振源合一 本方案只以 1 個(gè)步進(jìn) 電機(jī)為動(dòng)力源 ,通過控制系統(tǒng)輸出有規(guī)律的脈沖序列，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)后輸入電機(jī)，使其做進(jìn)多退少的運(yùn)動(dòng) ,再通過絲桿 螺母副的作用，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成螺旋運(yùn)動(dòng)，并把沿圓周方向振動(dòng)轉(zhuǎn)化為沿螺旋方向振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)攻絲。此方案以功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)源，把切削主動(dòng)力源和振源合為一體，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)精度高且便于控制 般只用作小孔加工。 2)切削主動(dòng)力源和振源分離 此方案必須使用 2個(gè)電機(jī)，通常 1個(gè)為普通電機(jī)，另 1 個(gè)為步進(jìn)電機(jī) 后通過一定的機(jī)械機(jī) 構(gòu)（行星輪機(jī)構(gòu)）進(jìn)行合成，再經(jīng)過絲杠螺母副作用，就得到振動(dòng)攻絲所需的運(yùn)動(dòng)。這一方案將切削主動(dòng)力源和振源分開 ,綜合利用了普通電機(jī)具有較大的功率和步進(jìn)電機(jī)易于控制的特點(diǎn) 但因其使用了中間合成機(jī)構(gòu)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教為龐大，進(jìn)而使其運(yùn)動(dòng)精度降低了。 6 案的特點(diǎn) 上述 2 種方案中都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：為了將圓周方向的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺旋方向的振動(dòng)，使用絲杠螺母副機(jī)構(gòu)。這就給系統(tǒng)帶來了以下 3個(gè)不良的影響： 1）在攻制不同螺距的螺紋時(shí)，必需同時(shí)更換絲錐和絲杠螺母副； 2）由于絲杠螺母副的相互摩擦，不但消耗系統(tǒng)一部分能量，而且因摩檫發(fā)熱還會(huì)影響系統(tǒng)的工作精度； 3）因增加了這一高精度的絲杠螺母副機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)系統(tǒng)的制造成本增加。 計(jì)方案的確定 由分析可知在上述兩方案中使用靠模，其作用有： 1）轉(zhuǎn)換振動(dòng)方向； 2）在攻絲開始時(shí)給絲錐施加一定的預(yù)壓力以便導(dǎo)入 . 而實(shí)際上，當(dāng)絲錐的切削部分切入工件后，工件內(nèi)就有部分螺紋形成 相當(dāng)于上述兩方案中絲 杠螺母副、內(nèi)的絲桿與螺母 掉攻絲絲杠螺母副，讓絲錐自導(dǎo)，同樣也可以滿足轉(zhuǎn)換振動(dòng)方向的要求。 基于上述分析，考慮到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況 ,本設(shè)計(jì)采用一種新型的振動(dòng)攻絲系統(tǒng) ,即以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力源，把振動(dòng)源與切削主動(dòng)力源合為一體，省掉靠模，讓絲錐自導(dǎo) 時(shí)檢測(cè)攻絲扭矩，并利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集 ,可以方便地更改振動(dòng)攻絲工藝參數(shù)，并能實(shí)時(shí)檢測(cè)攻絲扭矩值，及時(shí)對(duì)加工過程進(jìn)行控制。 動(dòng)攻絲的特點(diǎn) 絲錐切削時(shí)有切削力為零， 攻絲過程按切削 空切斷屑 切削的循環(huán)過程。絲錐的切削力便成為脈沖切削力。攻絲的過程可以通過控制數(shù)控攻絲機(jī)的控制系統(tǒng)自為進(jìn)行控制，因此，脈沖切削力的脈沖可以通過人為調(diào)整控制，來取得不同的攻絲效果。綜上分析，振動(dòng)攻絲與普通攻絲不同，它是一種間斷的有規(guī)律的過程。 在間斷攻絲的過程中，可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)： 1）促進(jìn)切屑的順利排除。采用振動(dòng)攻絲，可以較好地解決普通攻絲切屑難折斷、切屑易劃傷工件等問題，尤其在難加工材料上攻絲效果更明顯。 2）切削力、切削扭矩小。振動(dòng)切削時(shí)，切削速度的大小和方向 產(chǎn)生周期性的變化，刀具在每一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的切削時(shí)間短，實(shí)際切削速度高，切削變形小 7 同時(shí)也使切削摩擦系數(shù)大大降低，同時(shí)使得切削時(shí)的切削力、切削扭矩顯著降低。 3）延長絲錐壽命。振動(dòng)攻絲時(shí)，作用在零件上的脈沖切削力小，切削溫度低冷卻充分，在絲錐切削刃上可以消除傳統(tǒng)攻絲時(shí)容易產(chǎn)生的積屑瘤，熱磨損等現(xiàn)象，從而延長絲錐的壽命。 4）提高加工精度。由于振動(dòng)攻絲切削扭矩小，排屑流暢，絲錐前刀面和切削刃上沒有黏結(jié)任何雜物，切削刃輪廓清晰，所以加工出的螺紋齒形誤差小，外觀整齊規(guī)則 6。 8 3 振動(dòng)攻絲機(jī)床的設(shè)計(jì) 普通攻絲是在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下進(jìn)行連續(xù)攻絲切削，這種方法的主要缺點(diǎn)是絲錐連續(xù)切削發(fā)熱大，攻絲過程不易排屑，易發(fā)生切屑堵塞和絲錐折斷現(xiàn)象，而振動(dòng)攻絲則采用絲錐不斷進(jìn)行正反轉(zhuǎn)振動(dòng)，克服常規(guī)攻絲的不足，減少切削發(fā)熱，增加散熱時(shí)間，為充分潤滑和冷卻提供條件。另一方面，振動(dòng)攻絲正如手動(dòng)攻絲一樣也是用正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)斷屑的。 所謂振動(dòng)攻絲就是在普通攻絲的基礎(chǔ)上，給絲錐或工件施加一個(gè)有規(guī)律的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，使絲錐做脈沖式間斷切削。 根據(jù)振動(dòng)攻絲機(jī)研究的需要，結(jié)合其特點(diǎn)，對(duì)沈陽機(jī)床股份有限公司生產(chǎn)的進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)包括機(jī)械單元（傳動(dòng)部分、動(dòng)力部分）和控制單元兩大部分。其傳動(dòng)部分為在 的基礎(chǔ)上改裝而成，在立柱上添加絲杠經(jīng)電機(jī)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。其動(dòng)力單元由步進(jìn)電機(jī)及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成：步進(jìn)電機(jī)采用混合式步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)具有輸出扭矩大、外特性硬、空載啟動(dòng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。 動(dòng)攻絲機(jī)床系統(tǒng)的機(jī)械單元 術(shù)參數(shù)的擬定 1）主參數(shù) 通用振動(dòng)攻螺紋機(jī)床的主參數(shù)原則上按“金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法” ( 94) 選擇即可。專用振動(dòng)攻螺紋機(jī)床的主參數(shù)根據(jù)被加工工件確定。但要注意 , 振動(dòng)攻螺紋技術(shù)是針對(duì)難切削材料小螺孔攻螺紋存在的困難而發(fā)展起來的 , 對(duì)中大型螺紋孔或易切削材料 , 使用普通攻螺紋工藝就可以滿足生產(chǎn)實(shí)際需要 7。 2）基本參數(shù) 由于振動(dòng)攻絲機(jī)是在 立式鉆床的基礎(chǔ)上加以改造的，所以機(jī)床的基本參數(shù)為 立式鉆床的主要技術(shù)參數(shù)見表 3 3立式鉆床的主要技術(shù)參數(shù) 最大鉆孔孔直徑 50軸中心線至立柱母線距離（最大） 1600軸中心線至立柱母線距離（最?。?350軸端面至底座工作面距離（最大） 1220軸端面至底座工作面距離（最小） 3209 續(xù)表 3軸行程 315軸錐孔（莫氏） 5 主軸轉(zhuǎn)速范圍 25 2000r/軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 16 主軸進(jìn)給量范圍 r 主軸進(jìn)給級(jí)數(shù) 16 工作臺(tái)尺寸 500*630軸箱水平移動(dòng)距離 1250電動(dòng)機(jī)功率 4筒升降距離 主軸箱傾斜度 滑座移動(dòng)距離 機(jī)床 重量 3500床外形尺寸（長 *寬 *高） 250010702840 機(jī)床工作臺(tái)的選擇 對(duì)于工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)控制滾珠絲杠來帶動(dòng)工作臺(tái)來運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方案?？紤]到機(jī)床加工精度不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用模塊化結(jié)構(gòu)的伺服系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng) X 滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、步進(jìn)電、主軸驅(qū)動(dòng)等部件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，鉆頭主軸以及攻絲部分主軸的上下運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主軸在主軸箱內(nèi)滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 其主要技術(shù)參數(shù)為： 510 510 寬 高為： 1170 606 300 寬 高為： 1170 606 400 珠絲杠的選擇 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的牙面之間置入滾動(dòng)體，滾動(dòng)體大多數(shù)采用鋼珠，也有采用滾子，螺旋副的旋合運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)摩擦，摩擦因數(shù)低，傳動(dòng)效率高。滾動(dòng)螺旋應(yīng)軸向預(yù)緊以獲得較高的傳動(dòng)精度。 根據(jù)用途，滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)分為傳力和定位兩類：傳力滾動(dòng)螺旋（ 要用于傳遞動(dòng)力，定位滾動(dòng)螺旋（ 于通過轉(zhuǎn)角或?qū)С炭刂戚S向位置 8。 整臺(tái)攻絲機(jī)的傳動(dòng)方案方面以主軸箱的移動(dòng)和 X Y 向工作臺(tái)的移動(dòng)要求較 10 抵于其它部分，從結(jié)構(gòu)的簡便方面以及經(jīng)濟(jì)性方面最終確定為由電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒 輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)工作部件的移動(dòng)。滾珠絲杠的外形結(jié)構(gòu)如圖 2 所示： 圖 3珠絲杠的外形結(jié)構(gòu) 現(xiàn)選擇 滾珠絲杠，其主要安裝尺寸及性能參數(shù)可在表 1 中查得。 確定滾珠絲杠的型號(hào)后，就是其支承方式的選擇，一般來說滾珠絲杠的支承方式有四種： （ 1） 一端固定一端自由； （ 2） 一端固定一端游動(dòng)； （ 3） 兩端支承； （ 4） 兩端固定 由于本次設(shè)計(jì)要求的是一個(gè)可由單片機(jī)控制的工作臺(tái)，所以對(duì)于支承方式的選擇可選第 四種兩端固定的安裝支承方式，如下圖 3所示： 圖 3珠絲杠安裝支撐方式 11 選擇兩端固定的方式其特點(diǎn)是： （ 1）壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高 （ 2）絲杠的軸向剛度為一端固定的 4倍 （ 3）絲杠可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減小自重下垂和補(bǔ)償熱膨脹 （ 4）軸承組合的剛度高 所示： l:導(dǎo)程 徑 N:珠圈數(shù) K:剛性 (m) 額定負(fù)荷 (額定負(fù)荷 ( 型 號(hào) 滾珠螺桿 , 螺帽之基準(zhǔn)數(shù)據(jù) d l A B L W H X Y Z Q n 6 4 0 49 10 50 39 34 6 4 625 1254 22 0 49 10 50 39 34 6 4 888 1525 22 0 4 58 10 57 45 34 6 3 716 1232 17 0 4 4 57 11 46 45 40 6 4 693 1584 27 4 57 11 51 45 40 6 4 999 1995 27 4 57 11 51 45 40 6 4 999 1995 27 5 4 0 63 11 46 51 46 6 4 775 2046 33 0 63 11 51 51 46 8 4 1119 2581 34 0 6 72 12 85 58 52 1 6 4 1903 3953 35 2 4 6 72 12 47 58 52 1 6 4 868 2640 43 6 72 12 52 58 52 1 8 4 1450 4150 43 0 4 88 15 90 70 62 9 14 8 4 102 44 0 5 6 90 15 55 72 64 9 14 8 4 1407 4342 53 0 10 2 104 18 93 82 70 11 1 3480 7979 55 0 10 2 114 18 93 92 82 11 1 3898 10326 68 3 10 5 131 22 98 107 95 14 20 13 4402 13611 81 0 10 05 150 22 98 127 115 14 20 13 4900 17366 106 圖 3珠絲杠的技術(shù)參數(shù) 12 820 6501= 700 771= 56 56珠絲杠額定動(dòng)載荷，靜載荷的計(jì)算： (1)計(jì)算所需的已知條件及參數(shù) 滾珠直徑 ( 滾珠絲杠副的節(jié) 圓直徑（ E 材料的彈性模量；對(duì)于鋼， E =105 M i 承載滾珠圈數(shù)； 公稱導(dǎo)程（ 接觸角；一般為 45 螺紋導(dǎo)程角； 滾珠絲杠的導(dǎo)程角公式可通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2卷 r c t a n DP h 式（ 1z 每圈承載滾珠數(shù)目 ；查表獲得如下公式： 式（ 對(duì)外循環(huán)時(shí)， 1Z =0；對(duì)內(nèi)循環(huán)時(shí)，為反向器中的滾珠數(shù)，一般取 1Z =3。 根據(jù)上面的公式結(jié)合圖 4中滾珠絲杠的各項(xiàng)參數(shù)。將其代入，可求得滾珠絲杠的參數(shù)為： d= 40 E = M i = 5 6 = 45 。r c t a n o 0z 1 。 13 （ 2）滾珠絲杠副軸向靜剛度 R 的計(jì)算 1）材料常數(shù) 材料常數(shù)為滾珠絲杠選用的一重要參數(shù)，由該參數(shù)可以確定滾珠絲杠的合理材料。 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得滾珠絲杠的材料常數(shù)的計(jì)算公式為： 0201020111550 式（ 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得滾珠絲杠的彈性模量的計(jì)算公式為： 20 11 式（ 已知滾珠絲杠和螺母材料均為鋼，其彈性模量 ；泊松比 10/3；根據(jù)上述公式可求的 2）材料參數(shù) 幾何參數(shù)為滾珠絲杠選用的一個(gè)重要參數(shù)，由該參數(shù)可以確定滾珠絲杠的合理幾何形狀。 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得滾珠絲杠的幾何參數(shù)的計(jì)算公式為： 33 其中：滾動(dòng)體與螺桿滾道的綜合曲率 1121 滾動(dòng)體與螺母滾道的綜合曲率 1121 D r r 14 式中： 結(jié)構(gòu)系數(shù) 滾珠螺桿滾道適應(yīng)度 滾珠螺母滾道適應(yīng)度 通過機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查的： 入上式求的滾珠絲杠的幾何參數(shù)為： 8 9 3 3）滾珠絲杠副一圈受載螺紋的剛度特性系數(shù) k 23剛性特性參數(shù)為滾珠絲杠選用的一重要參數(shù)，由該參數(shù)可以確定滾珠絲杠的剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求。 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得滾珠絲杠 副一圈受載螺紋的剛度特性系數(shù) 的計(jì)算公式為： c o ss i 式（ 由于滾珠絲杠與螺母材料均 為鋼，將上面已求得參數(shù)代入公式得： 4）螺母無預(yù)緊有間隙，滾珠絲杠副在承受軸向力 F 時(shí)，滾道 3 22n 式（ 當(dāng)不考慮滾珠絲杠和螺母本身的拉壓變形 時(shí)， 2 。 滾珠絲杠的接觸剛度作為選用的滾珠絲杠的依據(jù)，要求小于絲杠的接觸剛度參數(shù)。 （ 3）滾珠絲杠副軸向額定靜載荷 0 N） 軸向額定靜載荷的定義：滾動(dòng)螺旋副在轉(zhuǎn)速 條件下，受接觸應(yīng)力最大的鋼球和滾道接觸面產(chǎn)生的塑性變形量之和為鋼球直徑萬分之一時(shí)的軸向載荷。 1）軸向額定靜載荷特性數(shù)該參數(shù)可以確定滾珠絲杠的軸向安全載荷范圍。 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得滾珠絲杠 副的軸向額定載荷的特性系數(shù) 的計(jì)算公式為： 15 式（ 根據(jù)上述求的參數(shù)，代入公式得 2）軸向額定靜載荷 0 N） 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得滾珠絲杠副的軸向額定靜載荷的計(jì)算公式為： c o ss i 1式（ 根據(jù)上述代入數(shù)據(jù)，即： 3 1 3 i 9 8 2 。C（ N） 滾珠絲杠的靜載荷同樣是選擇滾珠絲杠的重要技術(shù)參數(shù)，額定靜載荷小于滾珠絲杠的額定靜載荷即可選用。 （ 4）滾珠絲杠副軸向額定動(dòng)載荷 N） 軸向額定動(dòng)載荷的定義：一組相同參數(shù)的滾動(dòng)螺旋副，在相同條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)610 轉(zhuǎn)， 90%（即可靠度 效率 螺旋副（滾動(dòng)體或滾道表面）不發(fā)生疲勞剝傷所能承受的純軸向載荷。 螺桿單圈軸向額定動(dòng)載荷 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得其公式為： t a nc o sc o s 式（ 螺桿單圈軸向軸向額定動(dòng)載荷為其強(qiáng)度選用的重 要依據(jù)之一，額定動(dòng)載荷小于滾珠絲杠的允許值即可。 2）幾何系數(shù) 滾珠絲杠的幾何系數(shù)為滾珠絲杠的重要參數(shù)，幾何參數(shù)若在滾珠絲杠幾何參數(shù)選擇范圍內(nèi)即可。 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得滾珠絲杠副的幾何系數(shù)的計(jì)算公式為： f 式（ 3）滾珠絲杠軸向額定動(dòng)載荷械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得滾珠絲杠 副 的軸向額定動(dòng)載荷的計(jì)算公式為： 其中，參數(shù) 式（ 16 通過上述求的參數(shù)，代入公式可得 ： C（ N） 滾珠絲杠的軸向額定動(dòng)載荷為其強(qiáng)度選用的重要依據(jù)，由上述數(shù)據(jù)選擇絲杠滿足要求。 在設(shè)計(jì)的一致性與機(jī)構(gòu)的簡便性以及設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性方面考慮確定 Y 向工作臺(tái)的參數(shù)如下。 在選擇 撐方式采用兩端固定方式的基礎(chǔ)上。 820 6501= 700 771= 56 56算參數(shù)與 上述給出的 代入公式（ ，可得到： d= 40 E = M i = 5 6 = 45 。r c t a n 01 。設(shè)計(jì)的一致性與機(jī)構(gòu)的簡便性以及設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性方面考慮，最終確定沿橫梁方向移動(dòng)的滾珠絲杠，其參數(shù)如下： 型號(hào)： 支承方式：兩端固定 主軸箱沿橫梁方向移動(dòng)所選用的絲杠的長度和尺寸為： 1000 7001= 800 771= 56 5617 線導(dǎo)軌的選擇 （ 1） 概述 直線 動(dòng)領(lǐng)域中，直線導(dǎo)軌副一直是關(guān)鍵性的產(chǎn)品，目前已成為各種機(jī)床、數(shù)控加工中心、精密電子機(jī)械中不可缺少的重要功能部件。隨著直線導(dǎo)軌副應(yīng)用的范圍日益擴(kuò)大，使技術(shù)提升和產(chǎn)品細(xì)分已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，高速化與環(huán)?；呀?jīng)成為直線導(dǎo)軌副的發(fā)展方向。為了適應(yīng)各種機(jī)床設(shè)備對(duì)其直線導(dǎo)軌副的耐沖擊性、較高的剛度、運(yùn)行順暢度、適當(dāng)摩擦力等要求，合理選擇直線導(dǎo)軌副是必須首先解決的技術(shù)問題 。 (2)常用結(jié)構(gòu) 根據(jù)滾珠 在導(dǎo)軌和滑塊之間的接觸牙型 可以將其分為 歌德式（ 型和圓弧式牙型 ， 如圖 5所示： 圖 3其中， 圓弧式也稱 為 四列式 ， 歌德式也稱 為二 列式。 相比而言， 圓弧式牙型的 接觸角在傳動(dòng) 過程 中 容 易 產(chǎn)生 變動(dòng)， 使得 間隙與側(cè)向力 發(fā)生 變動(dòng)， 但是易于安裝 。而歌德式牙型 在傳動(dòng)過程中 其接觸角能保持不變，剛性 也相對(duì) 穩(wěn)定。一般而言直線導(dǎo)軌的常用結(jié)構(gòu)以這兩種類型為主 ， 兩者主要區(qū)別如 表 39。 18 表 3哥德式接觸牙型 圓弧式接觸牙型 當(dāng)承受 側(cè)向負(fù)荷時(shí)，鋼珠完全被束制住，無偏移現(xiàn)象發(fā)生，剛性較強(qiáng)。 珠卷數(shù)只需使用雙卷設(shè)計(jì)即能承受上、下、側(cè)向方向上的負(fù)荷。 當(dāng)承受側(cè)向負(fù)荷時(shí)，鋼珠在與受力垂直的方向沒有被束制住，因而產(chǎn)生很大的位置偏移。 卷珠數(shù)必須使用四卷設(shè)計(jì)方能承受上、下、側(cè)向方向上的負(fù)荷。 （ 3） 主要性能指標(biāo) 通常，直線導(dǎo)軌副的選用必須根據(jù)使用條件、負(fù)載能力和預(yù)期壽命選用。但由于直線導(dǎo)軌的壽命分散性較大，為了便于選用直線導(dǎo)軌副，必須先清楚以下幾個(gè)重要概念。 額定壽命：所謂額定壽命 就 是指 相同的一批 產(chǎn)品，在 一樣 條件及 相同的 負(fù) 載下，有 90%的產(chǎn)品沒有 發(fā)生表面 被 剝離 的 現(xiàn)象 而能運(yùn)行的最大距離 。直線導(dǎo)軌副是 用鋼 球 作為滾動(dòng)體的額定壽命 在 基本動(dòng)額定負(fù)荷下 一般 為 50 基本動(dòng)額定負(fù)荷（ C） ： 所謂基本動(dòng)額定負(fù)荷是指一批相同規(guī)格的直線導(dǎo)軌副，在負(fù)荷方向和大小均等的狀態(tài)下，經(jīng)過運(yùn)行 50， 90%的直線導(dǎo)軌其滾道表面不產(chǎn)生疲勞損壞（剝離或點(diǎn)蝕）時(shí)的最高負(fù)荷。 基本靜額定負(fù)荷 ( 所謂基本靜額定負(fù)荷是指在負(fù)荷方向和大小均等的狀態(tài)下，在受到最大應(yīng)力的接觸面處，鋼珠與滾道表面的總永久變形量恰為鋼珠直徑萬分之一時(shí)的靜負(fù)荷 10。 預(yù)壓力：所謂預(yù)壓力是預(yù)先給予鋼珠負(fù)荷力，利用鋼珠與珠道之間負(fù)向間隙給予預(yù)壓，這樣能夠提高直線導(dǎo)軌的剛性和消除間隙。按照預(yù)壓力的大小可以分為不同的預(yù)壓等級(jí)。如臺(tái)灣上銀公司（ 供六種標(biāo)準(zhǔn)預(yù)壓，預(yù)壓力從有間隙到 詳細(xì)的預(yù)壓力數(shù)值和應(yīng)用范圍如 表 3 19 表 3預(yù)壓等級(jí) 標(biāo)記 預(yù)壓力 精度等級(jí) 適用范圍 普通間隙 隙值 搬送裝置，自動(dòng)包裝機(jī) 無預(yù)壓 隙值 動(dòng) 化產(chǎn)業(yè)機(jī)械 輕預(yù)壓 般工具機(jī)的 ，焊接機(jī)，熔鍛機(jī) 中預(yù)壓 般工具機(jī)的 電加工機(jī)， 床，精密 臺(tái) 重預(yù)壓 械加工中心，磨床，立式或臥式銑床，機(jī)床的 超重預(yù)壓 切削加工機(jī) 由于在機(jī)械加工方面的精度要求愈來愈高，使得對(duì)加工機(jī)械上的重要組件直線導(dǎo)軌的精度等級(jí)劃分也越來越細(xì)。一般直線導(dǎo)軌副的精度分為普通級(jí)、高級(jí)、精密級(jí)、超精密級(jí)和超高精密級(jí)五種。 其 主要檢測(cè)指標(biāo)一般有 三個(gè) ： 一是滑塊 面的平行度，二是滑塊 面的平行度，三是行走平行度 11。 如下圖 3 圖 3線導(dǎo)軌的檢測(cè)指標(biāo) 20 不同的精度等級(jí)對(duì)應(yīng)滑軌的行走平行度誤差如下圖 3 圖 3同精度等級(jí)對(duì)應(yīng)滑軌的行走平行度誤差 （ 4）直線導(dǎo)軌副的選用 通常，直線導(dǎo)軌副的選用必須根據(jù)使用條件：安裝空間及方式（水平或立式、導(dǎo)軌及滑塊個(gè)數(shù)）；作用載荷的大小、方位及坐標(biāo)；行程的長度及坐標(biāo)；運(yùn)行的速度及加速度；要求的壽命、剛度及精度；環(huán)境要求（溫度、材料等）來選擇合適的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的類型。各個(gè)直線導(dǎo)軌的生產(chǎn)廠家都對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了合適的系列劃分。如臺(tái)灣 司的直線導(dǎo)軌主 要分為 列、 具體的選用過程如圖 3 圖 3線導(dǎo)軌的選用流程圖 21 在選用的過程中可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果隨時(shí)返回到前面的步驟進(jìn)行重新選擇和設(shè)定。計(jì)算滑塊最大負(fù)荷時(shí)要確認(rèn)選用的直線導(dǎo)軌靜安全系數(shù)（靜安全系數(shù)定義為靜額定負(fù)荷與工作負(fù)荷的比值）應(yīng)該超過推薦表中所列值（見表 3如果所選用的直線導(dǎo)軌副剛性不足，可以提高預(yù)壓力，加大選用尺寸或增加滑塊數(shù)來提高剛性。 表 3負(fù)載條件 靜安全系數(shù) 一般負(fù)荷狀況 沖擊、振動(dòng) 取沈陽歐申科技有限公司的直線導(dǎo)軌介紹編號(hào)事項(xiàng)，如圖 3 圖 3 22 值得提到的是兩列歌德式結(jié)構(gòu)的直線導(dǎo)軌副能承受各個(gè)方向的力和力矩，在輕負(fù)載或中負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合較多，尤其在側(cè)向力負(fù)載較大時(shí)。而四列圓弧式結(jié)構(gòu)的直線導(dǎo)軌在重負(fù)載或超重負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合較多，圓弧型有吸收裝配面誤差的能力。但若有沖擊負(fù)載的情況發(fā)生時(shí)，宜選用歌德型結(jié)構(gòu)的直線導(dǎo)軌副。 根據(jù)上述規(guī)定結(jié)合圖 3選用的沈陽歐申科技有限公司的直線導(dǎo)軌確定直線導(dǎo)軌 的型號(hào)： 動(dòng)攻絲機(jī)床系統(tǒng)的動(dòng)力單元 振動(dòng)攻絲系統(tǒng)的動(dòng)力單元是由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。 進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移或者直線位移的執(zhí)行元件。電脈沖由專用電源供給。每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，故又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將脈沖信號(hào)變換成角位移或者直線位移的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它每接受一個(gè)電脈沖信號(hào)，所轉(zhuǎn)過的角度，稱為步距角，步距角一般為 00 3電動(dòng)機(jī)的步距角用 表示，其相關(guān)表達(dá)式為： 式中： P 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)； Z 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的步數(shù)； K 通電方式（當(dāng)三相三拍導(dǎo)電方式時(shí) K=1，三相六拍導(dǎo)電方式時(shí) K=2）。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位移量與脈沖數(shù)成正比，速度與脈沖頻率成正比；在其負(fù)載能力范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而發(fā)生變化；可以在寬廣的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)；在一相繞組長期通電時(shí)具有自鎖能力 12。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是沒有 累積誤差，結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，制造成本低，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載慣量能力大，被廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動(dòng)記錄儀、軋鋼機(jī)的自動(dòng)控制以及數(shù)模轉(zhuǎn)換。其缺點(diǎn)是效率低，發(fā)熱大，有時(shí)會(huì)“失步”。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)： 23 （ 1） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角位移與控制脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，改變脈沖頻率可實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)； （ 2）由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單，廉價(jià)，又非?？煽浚瑫r(shí)，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)； （ 3）步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停，正反轉(zhuǎn)及變速； （ 4）步 進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源； （ 5）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載； （ 6）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在振動(dòng)和失步現(xiàn)角，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施； （ 7）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差 13。 常用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式、永磁感應(yīng)子式和直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)四類，其特點(diǎn)如表 3示： 表 3分類 特點(diǎn) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步距角從零點(diǎn)幾度到幾度；起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高；斷電時(shí)無定位扭矩，消耗功率大 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 消耗功率比 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)小，但需要供給正、負(fù)脈沖電流，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，有定位扭矩 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 有較高的運(yùn)行和起動(dòng)頻率，需要正、負(fù)脈沖供電，消耗功率較小，有定位扭矩，是具有反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者優(yōu)點(diǎn)的一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，但其結(jié)構(gòu)和制造都比較復(fù)雜 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 可直接提供直線運(yùn)動(dòng)，而不必像其他旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)那樣需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，慣量減小，提高了系統(tǒng) 的快速性和精度，顯著改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求以及對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求較低，所以 本設(shè)計(jì)在 X 向和 用 列四相異步電動(dòng)機(jī) ,選取型號(hào)為 120 查現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)冊(cè)第 2卷 相數(shù)： 4 額定電壓： 50V 靜態(tài)電流： 6A 步距角： 3/ 保持轉(zhuǎn)距： 空載起動(dòng)頻率： 1000載運(yùn)行頻率： 1300形尺寸：總長 170 外徑 120 軸徑 1724 動(dòng)系統(tǒng) 該單元 重點(diǎn)在于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中受控電機(jī)為四相的步進(jìn)電機(jī) 。 （ 1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案的擬定 方案 1： 使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī) 通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相 的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 方案 2： 使用 片驅(qū)動(dòng)電機(jī) 圖 3，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 且電路簡單，使用比較方便。 圖 3298（ 2） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 通過比較，使用 穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高；而且在使用 ，可以用 提供時(shí)序信號(hào)，可以節(jié)省單片機(jī) 的使用；也可以直接用單片機(jī)模擬出時(shí)序信號(hào)，由于控制并不復(fù)雜，故選用第 2種方案， 使用 14。 25 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路主要由脈沖發(fā)生器，環(huán)形分配器和功率放大器三部分組成。其主 要功能是：按一定順序接通和關(guān)斷步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制繞組，使其按要求起動(dòng)，運(yùn)行和停止；供給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)足夠的功率、使其能帶動(dòng)負(fù)載；提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的快速性和平穩(wěn)性。 其系統(tǒng)框架如圖 3 圖 3進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)框架圖 通過 成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，電路圖如圖 3示：該電路通過單片機(jī)的 298時(shí)序圖如圖 3 圖 3進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 圖 3進(jìn)電機(jī)起時(shí)序圖 脈沖 發(fā)生器 環(huán)形 分配器 步進(jìn) 電動(dòng)機(jī) 功率 放大器 26 4 振動(dòng)攻絲機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 動(dòng)攻絲控制流程的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求及參考相關(guān)資料設(shè)計(jì)出振動(dòng)攻絲機(jī)的控制流程圖如圖4 圖 4統(tǒng)控制流程圖 進(jìn)電機(jī)的控制 對(duì)于控制方式的選擇，一般從成本和工作要求兩方面考慮。目前，主要的控制方法有單片機(jī)控制， 工控機(jī)控制三種常用的方法，考慮到振動(dòng)攻絲機(jī)床的特點(diǎn)在此選用單片機(jī)控制系統(tǒng)。 27 進(jìn)電機(jī)的控制原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 混合式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作， 控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。 其基本原理作用如下： （ 1）控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：四相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?D,通電控制脈