精品資料（2021-2022年收藏的）數(shù)控車(chē)床橫向進(jìn)給部件改進(jìn)設(shè)計(jì)及故障維修(1)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要本論文的課題是數(shù)控車(chē)床橫向進(jìn)給部件改進(jìn)設(shè)計(jì)及故障維修的。首先對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析，擬定總體方案。其次，對(duì)數(shù)控機(jī)床各功能部分計(jì)算和選型，并對(duì)橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后對(duì)橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障維修。主要設(shè)計(jì)原理，包含橫向進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)計(jì)與計(jì)算，滾珠絲桿螺母副、步進(jìn)電機(jī)的選型與計(jì)算，裝配圖等。關(guān)鍵詞：橫向進(jìn)給部件改進(jìn)；滾珠絲杠；步進(jìn)電機(jī)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractThe topic of this paper is the numerical control lathe transverse feed components to improve des

2、ign and fault maintenance. First analyze the design task, and formulate overall plan. Second, the nc machine tools each function part of the calculation and selection, and the mechanical part of transverse feed servo system structure design, finally, the transverse feed servo system fault maintenanc

3、e. Main design principle, including transverse feed system of dynamic design and calculation of ballscrew nut pair, the selection and calculation of step motor, assembly drawings, etc.Key words: traverse components for improvement; Ball screw; Stepper motor本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄第1章 緒 論11.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展11.2 數(shù)控機(jī)

4、床的發(fā)展趨勢(shì)21.3 數(shù)控機(jī)床的改造意義2第2章 設(shè)計(jì)參數(shù)及方案32.1設(shè)計(jì)參數(shù)32.2 進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案3第3章 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53.1 選擇脈沖當(dāng)量53.2 切削力的確定53.3 計(jì)算與選型滾珠絲桿螺母副63.4 齒輪減速器的設(shè)計(jì)103.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選擇113.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型113.5.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算11第4章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障及維修184.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障184.2 滾珠絲桿副的故障及維修204.3伺服電動(dòng)機(jī)故障維修21第五章 總 結(jié)23參考文獻(xiàn)24致謝25第1章 緒 論隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，制造企業(yè)需不斷提升自身制造自動(dòng)化水平以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)機(jī)床的需

5、求結(jié)構(gòu)已發(fā)生了很大的變化，普及型數(shù)控機(jī)床漸漸成為市場(chǎng)的主體。當(dāng)前數(shù)控化改造舊有機(jī)床是國(guó)情所需，數(shù)控化改造機(jī)床作為企業(yè)當(dāng)前發(fā)展階段的過(guò)渡型機(jī)床，順應(yīng)了制造企業(yè)的快速發(fā)展，彌補(bǔ)了資金短缺，又逐步提升了制造裝備水平。數(shù)控機(jī)床的維修是一門(mén)比較復(fù)雜的維修技術(shù)，隨著數(shù)控機(jī)床的廣泛使用，一些常見(jiàn)的故障的診斷、分析和維修排除技術(shù)成為制造行業(yè)十分重要和緊缺的技術(shù)。維修難度也很大。隨社會(huì)上不斷加強(qiáng)各種的產(chǎn)品的多樣化，使產(chǎn)品品種數(shù)量升高，加快時(shí)代的更新。一個(gè)歷史必然的選擇的趨勢(shì)主要是數(shù)車(chē)不斷改造而且被廣泛的應(yīng)用。制造行業(yè)柔性化、自動(dòng)化、集成化生產(chǎn)的基地的產(chǎn)生來(lái)自于數(shù)機(jī)的技術(shù)，也是制造行業(yè)的重要部分，反映一個(gè)國(guó)家技術(shù)

6、核心重要標(biāo)志之一主要在于數(shù)控機(jī)床的行業(yè)健康發(fā)展可以確保我國(guó)制造水平技術(shù)的重要條件。主要對(duì)數(shù)控車(chē)床的橫向的進(jìn)給部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)和故障維修，以原有的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)聯(lián)接加工零件，讓傳動(dòng)變得更加不復(fù)雜，傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度也會(huì)變短，從而使數(shù)控車(chē)床的加工精度更加精準(zhǔn)，但由于數(shù)車(chē)的結(jié)構(gòu)不簡(jiǎn)單，所以對(duì)其的結(jié)構(gòu)跟原理的熟悉后進(jìn)行故障排除。 在網(wǎng)上查閱大量的有關(guān)數(shù)車(chē)橫向的相關(guān)資料；還有在圖書(shū)館收集很多有關(guān)的書(shū)刊和文獻(xiàn)，也了解數(shù)控車(chē)床的相關(guān)知識(shí)，還有他們的發(fā)展歷史的概況及工作原理，同時(shí)也能夠?qū)?shù)控車(chē)床工作過(guò)程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行排查和維修。1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 1、數(shù)控車(chē)床的產(chǎn)生很早美國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床探索。于19

7、48年，美國(guó)研制加工出的直升機(jī)架葉輪廓，于1949年，對(duì)數(shù)控機(jī)床開(kāi)始研究和制造，到1952年，第一臺(tái)數(shù)控的驗(yàn)性樣機(jī)的產(chǎn)出，于1995年，開(kāi)進(jìn)入實(shí)用階段， 2、數(shù)控車(chē)床的發(fā)展在1952年中，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)誕生，數(shù)控機(jī)床也在發(fā)展和更新?lián)Q代。第一代數(shù)控，1952年-1959年電子管無(wú)件機(jī)構(gòu)的使用。第二代的數(shù)控：于1959年，NC系統(tǒng)的開(kāi)始使用。第三代的數(shù)控：于1965年，小中規(guī)模電路中的NC系統(tǒng)運(yùn)用。第四代的數(shù)控：1974年，微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。數(shù)車(chē)加工效率提升，、。數(shù)控車(chē)床的的技術(shù)很大取決于進(jìn)給部件的改善，并且數(shù)車(chē)對(duì)加工的伺系統(tǒng)位置的控制、制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)的等等方面都比普通的車(chē)

8、床要求不低。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子的成熟在各個(gè)領(lǐng)域中不斷滲透計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展。1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)于1958年，我國(guó)在研究和研制成了第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床，于1965年，開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段，直到二十世紀(jì)五十年代末，到六十年代，有晶體管的應(yīng)用。從而推動(dòng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，并且性能上、品種上、性能上以及水平上數(shù)機(jī)上都很好的，使數(shù)控機(jī)床更上一層樓。 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)前有幾出名的數(shù)控生產(chǎn)的廠(chǎng)家，例如：日本的FANCU，德國(guó)的SIEMENS，美國(guó)的A-B公司，模塊僅系列化，高性能的方向發(fā)展，都運(yùn)用十六位跟32位的微機(jī)處理器機(jī)硬件，標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)。有1MB以上的內(nèi)

9、存，分辨率非常小只有0.1um，軸數(shù)有16個(gè)，進(jìn)給速度達(dá)到100m/min。交流傳動(dòng)也有模擬式向數(shù)字方向的發(fā)展，微處理器為主的數(shù)字集成取代了運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器，從而克服溫度漂移零點(diǎn)，漂移的弱點(diǎn)。1.3 數(shù)控機(jī)床的改造意義數(shù)車(chē)以自有優(yōu)越柔性的自動(dòng)化性能、及靈敏操作的功能得到很多企業(yè)的信用，數(shù)車(chē)開(kāi)發(fā)了新一代改進(jìn)向朝機(jī)電一體化的發(fā)展，而且在世界中的先進(jìn)制造技術(shù)的一項(xiàng)核心技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展并成為數(shù)車(chē)的發(fā)展有利的條件。 1、數(shù)控車(chē)床慢慢走高速化發(fā)展道路，能有效提高加工效率、降低加工零件的成本，并且更能有效提高加工零件的表面的質(zhì)量及其加工的精度。數(shù)控加工的加工技術(shù)為一些

10、企業(yè)提供更有效的服務(wù)，能加工優(yōu)質(zhì)零件成品，降低了加工成本。 從當(dāng)前來(lái)看，有一些發(fā)達(dá)的國(guó)家的數(shù)控車(chē)床的主軸高速運(yùn)行能達(dá)到例如：德國(guó)、美國(guó)、日本等，切削進(jìn)給速度可達(dá)快移速度在的范圍內(nèi)，所以對(duì)數(shù)控車(chē)床的改進(jìn)是時(shí)代進(jìn)步要求，也是世界的要求。 2、改進(jìn)之后的數(shù)車(chē)比以前的普通加工車(chē)床的加工零件的精度精確，精密加工不斷的提高技術(shù)，而且從普通車(chē)床的絲級(jí)提升到當(dāng)前的數(shù)車(chē)的微米級(jí)，使加工精度跟精確。甚至有些零件的更高。通過(guò)對(duì)車(chē)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，且采用高精度的閉環(huán)控制，從而提高車(chē)床的加工的幾何精度，以及降低行為誤差和表面的粗糙度等等。3、數(shù)車(chē)智能化操作，普通設(shè)備的生產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)控設(shè)備。有自身的自行換速和

11、換刀以及其他的輔助操作等功，而且在工序上節(jié)省了輔助時(shí)間。有利于生產(chǎn)管理。第2章 設(shè)計(jì)參數(shù)及方案2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 最大加工直徑（mm）： 在床身上：400 在床鞍上：210 最大加工長(zhǎng)度（mm）： 1000 溜板及刀架重量（N）： 縱向：800 橫向：400 刀架快移速度（m/min）： 縱向：2 橫向：1 最大進(jìn)給速度（m/min）： 縱向：0.8 橫向：0.4 最小分辨率 （mm）： 縱向：0.01 橫向：0.005 定位精度（mm）： ±0.02mm 主電機(jī)功率（KW）：3 起動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 30 控制坐標(biāo)數(shù)： 22.2 進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案普通車(chē)床數(shù)控化改造主要是對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)

12、行改造，改造后主運(yùn)動(dòng)跟進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，改造的主要工作是對(duì)進(jìn)給部件改進(jìn)，因?yàn)楦脑爝M(jìn)給部件是機(jī)械裝置的一個(gè)核心1、改造橫向進(jìn)給系統(tǒng)的方案 原手動(dòng)操作沒(méi)變，微機(jī)進(jìn)給機(jī)床中的刀具對(duì)一些結(jié)構(gòu)也要保留，例如：對(duì)零件的操作、對(duì)支撐結(jié)構(gòu)及調(diào)整等。為了橫向溜板的有效行程沒(méi)有受到影響，在這里我要改齒輪的大小從而使齒輪箱不大，這樣目的就會(huì)達(dá)到。所以采用二級(jí)齒輪去降速。并且托板的后側(cè)安裝上步進(jìn)電機(jī)和齒輪箱。 2、電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)形式 主要有以下三種：（1）帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在數(shù)車(chē)中一般采用齒輪的傳動(dòng)副去降速。如圖2.1的a圖。在制造齒輪的時(shí)候達(dá)到理想的齒面是不會(huì)的，通常會(huì)存在齒側(cè)間隙，從而系統(tǒng)穩(wěn)定性就會(huì)受到影響。所以

13、，要采用相應(yīng)的措施去減小齒輪的測(cè)隙，比如齒輪傳動(dòng)副的消除。這種連接方式不簡(jiǎn)單。（2）通過(guò)同步帶輪傳動(dòng)。如圖2.1的圖b，這種聯(lián)接方式一點(diǎn)都不復(fù)雜，利用到鏈傳動(dòng)以及帶傳動(dòng)的一些優(yōu)點(diǎn)在同步帶輪上。這樣不僅可以減少噪音和振動(dòng)。不過(guò)這只適用于比較的扭矩特性的一些場(chǎng)所。而且很重視中心距在安裝的時(shí)候。在制造帶輪跟同步帶中工藝一點(diǎn)都不簡(jiǎn)單 （3)絲桿跟聯(lián)軸器的聯(lián)接。如圖2.1圖c，一般是電動(dòng)機(jī)跟絲桿通過(guò)十字聯(lián)軸器連接，有一些用錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器。通過(guò)這些聯(lián)接使傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度跟精度都很高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。并且在加工中心和較高精度的數(shù)控車(chē)床中普遍運(yùn)用這種連接方式。圖2.1 電動(dòng)機(jī)跟絲桿的聯(lián)接形式第3章 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的

14、設(shè)計(jì)最大加工直徑（mm）： 在床身上：400 在床鞍上：210最大加工長(zhǎng)度（mm）： 1000溜板及刀架重量（N）： 縱向：800 橫向：400 刀架快移速度（m/min）： 縱向：2 橫向：1 最大進(jìn)給速度（m/min）： 縱向：0.8 橫向：0.4 最小分辨率 （mm）： 縱向：0.01 橫向：0.005定位精度（mm）： ±0.02mm 主電機(jī)功率（KW）：3 起動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 30 控制坐標(biāo)數(shù)： 23.1 選擇脈沖當(dāng)量由給定的定位精度參數(shù)則可取橫向脈沖當(dāng)量為。3.2 切削力的確定1、主切削力（縱車(chē))=0.67其中 加工最大直徑（mm） 最大直徑為400=0.67

15、5;=5360N根據(jù)機(jī)床加工手冊(cè)得出：=(0.10.6) ；=(0.150.7)式中 進(jìn)給抗力（N） 走刀抗力（N） 吃刀抗力（N）按切削力各分力比例：=1：0.25:0.4=0.25×5360N=1340N=0.4×5360N=2144N 2、主切削力（橫切)=1/2Fz=5360×1/2=2680為進(jìn)給抗力，為切深抗力。仍按上述比列粗略計(jì)算：=1：0.25:0.4=0.25×2680N=670N=0.4×5360N=1072N3.3 計(jì)算與選型滾珠絲桿螺母副 1、的計(jì)算，選取橫向的導(dǎo)軌為燕尾型，燕尾導(dǎo)軌取，f可取0.2，G=400，由公式得

16、：Fm=+f×（+2Fx+G）Fm =1.4×670+0.2×（2680+2×1072+400）Fm =1982.8N f滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù) G溜板及刀架重力 2、計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C(N)=C=其中 工作壽命 以r為一單位 絲杠轉(zhuǎn)速（r/min） 最大切削力的進(jìn)給速度（m/min）=0.4/2m/min.=0.2m/min 導(dǎo)程（mm） 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 硬度系數(shù) 查表取=1壽命L，初選導(dǎo)程L0=6mm；取Vs=0.2m/min；T按15000h來(lái)計(jì)算；取，取。帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：最大動(dòng)負(fù)載為：3、滾珠絲桿螺母選型 由相關(guān)滾珠絲桿數(shù)據(jù)可得表3.1 滾珠絲桿螺母數(shù)據(jù) 4、

17、滾珠絲杠副的驗(yàn)算 (1)傳動(dòng)效率計(jì)算其中 升角； 絲杠基本導(dǎo)程（mm） 絲杠公稱(chēng)直徑（mm） 又因?yàn)?.956>0.9 滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。 5、剛度的驗(yàn)算（1）；滾珠絲桿受到工作負(fù)載引的變化量按 取Fm=1982.8N，=0.5cm，E=20.6× N/，。由公式公式中 ； 進(jìn)給牽引力（N） 滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm） 材料彈性模數(shù)，對(duì)于鋼=20.6× N/ 滾珠絲杠的截面積（）， 滾珠絲杠的截面半徑（mm）， 滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑（mm） 偏心距（mm） 接觸角（），= 45 螺紋滾道的半徑（mm），=0.510.56，取= 0.52 滾珠直徑（mm） ；= 0.52=0.5

18、2×5.56 mm =2.89mm=（2.895.56/2）sin45mm=0.078mm=202×0.0782×2.89 mm =14.376 mm= cm/m=2.97× mm壓縮的變形量：因?yàn)橛猛屏η虻妮S承，所以，實(shí)際變形量（2）。查閱有關(guān)的資料可得，滾珠接觸變形為因進(jìn)行了預(yù)緊，有（3) 絲桿軸承軸向的接觸變形。用8140型（新型號(hào)51104）推力球軸承，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體的數(shù)量Z=14，軸向力Fm=1982.8N，由公式可得，F(xiàn)m單位需換成，則Fm=196.08kgf，帶入計(jì)算得：其中 軸承所受軸向載荷（） 軸承的滾動(dòng)體數(shù)目 軸承的滾動(dòng)體直徑（m

19、m）因施加預(yù)緊力，故根據(jù)以上的計(jì)算，得:表3.2 行程偏差 （） 如表3.2可知，允許絲桿的偏差為21um，所以剛度滿(mǎn)足。6、滾珠絲杠副穩(wěn)定校核當(dāng)最大的軸向負(fù)載承受時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算有沒(méi)有產(chǎn)生失穩(wěn)的危險(xiǎn)。則失穩(wěn)的零界負(fù)載為：其中 絲桿的材料彈性模量，（N/）截面慣性矩（），=2095.57滾珠絲杠兩端的支承距離（mm），=1000 mm 如圖 取 表3.3 絲桿支承系數(shù) 方式 一端固定 一端自由 兩端簡(jiǎn)支一端固定一端簡(jiǎn)支 兩端固定0.251.002.004.00則=N=8512.53N若穩(wěn)定性安全系數(shù)則絲杠不失穩(wěn)。，一般可取=2.44> 固絲杠不失穩(wěn)3.4 齒輪減速器的設(shè)計(jì)1、齒輪傳動(dòng)比的確定其

20、中 ，初取=0.75 絲杠導(dǎo)程（mm），=5 mm ，0.005 mm/脈沖 為了橫向溜板的有效行程沒(méi)有受到影響，在這里我要求齒輪的大小從而使齒輪箱不大，這樣目的就會(huì)達(dá)到。所以采用二級(jí)齒輪去降速。 可選定的齒數(shù)為：表3.4齒輪傳動(dòng)參數(shù)表模數(shù)M=2齒 數(shù)Z24402025分度圓d=m z48804050齒頂圓da=d=2m52844454齒根圓df=d-2x1.25m43753545齒寬b20202020中心距A=60453.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選擇 3.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型表3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型從原理上來(lái)看混合式步（HS）進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式（VR）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式（PM）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特色種類(lèi)

21、平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)去控制角位移量，則可達(dá)到精準(zhǔn)的定位；控制轉(zhuǎn)動(dòng)加速度跟速度來(lái)控制脈沖頻率，調(diào)速目的就達(dá)到了。3.5.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算表3.6轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算簡(jiǎn)圖 種類(lèi)說(shuō)明計(jì)算公式簡(jiǎn)圖及符號(hào)意義總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/（N.cm²）J1、J2、J3齒輪Z1、Z2、Z3及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4齒輪Z4及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量L0絲桿導(dǎo)程G工件及工作臺(tái)重量如表3-2去計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)，其它傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由下式其中 圓柱體的直徑（cm） 零件軸向長(zhǎng)度（cm） 絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： kg·=0.828 kg· kg

22、3;=6.390 kg· kg·=0.399kg· kg·=0.975 kg·工作臺(tái)到絲桿軸上的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 其中 v移動(dòng)速度（mm/min） n絲桿轉(zhuǎn)速（r/min） G工作臺(tái)重量（N） g重力加速度，9.8m/s² L0絲桿導(dǎo)程（cm）則 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由下式計(jì)算：2、 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算（1）空載M起( 起動(dòng)時(shí)的力矩）其中 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩( N ·cm)。 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩( N ·cm)。附加摩擦力矩( N ·cm)。（2）M快（快速進(jìn)給所需力矩）（3）M切（最大切削負(fù)載的力矩)采用絲桿螺母

23、副傳動(dòng)時(shí)，可用下式進(jìn)行計(jì)算:其中 ； 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速（rad/min）； nmax電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）； 脈沖當(dāng)量（mm/步）； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角（°） 當(dāng)根據(jù)式當(dāng)，時(shí)，根據(jù)式 式中 F0導(dǎo)軌的摩擦力（N）； Fz垂直方向的切削力（N）； G運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）； 導(dǎo)軌摩擦因數(shù)； i齒輪降速比； 傳動(dòng)鏈總效率，的范圍為（0.70.85）一般取預(yù)加的負(fù)荷，根據(jù)其中 滾珠絲桿的預(yù)加負(fù)荷（N）； 滾珠絲桿導(dǎo)程（cm） 的傳動(dòng)效率取0.9。向切削力為軸向最大切削力，可根據(jù)公式，所以快速進(jìn)給時(shí)所需力矩為（4)電動(dòng)機(jī)的最高工作頻率（HZ）=3333.3H其中 為運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)給速度脈

24、沖當(dāng)量（5)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 表3.3 起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和最大的轉(zhuǎn)矩 選擇110BF003型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榉奖愕娜ピO(shè)計(jì)和購(gòu)買(mǎi)，最大轉(zhuǎn)矩為800N.cm，其起動(dòng)矩的特性如下a圖。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器DF3A-06對(duì)該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)有效的驅(qū)動(dòng)。運(yùn)行矩頻特性見(jiàn)圖b，同樣采用速度控制子程序，防止丟步。圖3.1a 起動(dòng)矩的特性圖3.1b矩頻特性26本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第4章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障及維修4.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障表41進(jìn)給系統(tǒng)的故障三種表現(xiàn)方式一在操作面板或CRT上可以看到報(bào)警信息和內(nèi)容二用數(shù)碼管或報(bào)警燈看出驅(qū)動(dòng)單元的故障三沒(méi)有報(bào)警信息表4-2常見(jiàn)的進(jìn)給伺服故障超 程 如果超過(guò)軟件設(shè)定的機(jī)

25、床把限位開(kāi)關(guān)壓下去然后也就發(fā)出超程報(bào)警，發(fā)生故障時(shí)通過(guò)指示燈顯示或在CRT上報(bào)警，運(yùn)用機(jī)床的操作面板中的“超程解鎖”鍵即可以排除觸硬限位超程的故障過(guò) 載 發(fā)生過(guò)載報(bào)警主要原因是1、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)正反向運(yùn)動(dòng)不良2、負(fù)載比較大3、傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑。報(bào)警就會(huì)在CRT中看到過(guò)流、過(guò)熱的信息。而且提示驅(qū)動(dòng)單元、指示燈的過(guò)載和過(guò)電流在數(shù)碼管上。竄 動(dòng)進(jìn)給時(shí)發(fā)生竄動(dòng)的原因是：1、由于接觸不良的接線(xiàn)端子，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的伺服系統(tǒng)增大，或者反向間隙增益過(guò)大，竄動(dòng)就會(huì)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)反方向運(yùn)動(dòng)中。2、速度控制信號(hào)沒(méi)有穩(wěn)定下來(lái)，而且速度控制信號(hào)還受到干擾；3、不穩(wěn)定的測(cè)速信號(hào)。爬 行主要發(fā)生在低速進(jìn)給或起動(dòng)加速段時(shí)，主要由于1

26、、外界負(fù)載變大2、不良的進(jìn)給傳動(dòng)鏈，增益過(guò)低的伺服系統(tǒng)等因素所致。造成伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，讓進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有時(shí)快有時(shí)慢，爬行也就會(huì)產(chǎn)生。振 動(dòng)1、如果跟進(jìn)給速度有關(guān)，可能與該軸的速度反饋故障或速度環(huán)增益太高有關(guān)；2、如果跟進(jìn)給速度無(wú)關(guān)，可能跟位置反饋故障或位置環(huán)增益太高有關(guān)；3、往往是由于系統(tǒng)的加減速時(shí)間設(shè)定超過(guò)而在加減速過(guò)程中產(chǎn)生造成的振動(dòng)。位置誤差的故障輪廓誤差、定位誤差和跟隨誤差。主要原因：1、所允差范圍過(guò)小；2、 伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；3、位置檢測(cè)裝置有污染；4、 傳動(dòng)鏈累積的誤差變大；5、 主軸箱的平衡裝置不穩(wěn)。漂移通過(guò)零速調(diào)整和漂移補(bǔ)償來(lái)去除指令值的位置誤差。回參考點(diǎn)故障

27、機(jī)床不準(zhǔn)或回參考點(diǎn)伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)除了速度控制信號(hào)外，還有控制信號(hào)，一般都是直流開(kāi)關(guān)量信號(hào)。(1)檢查使能信號(hào)是否接通。；(2)檢查電磁制動(dòng)是否釋放；(3) 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障；(4)伺服電動(dòng)機(jī)故障。表4-3 伺服系統(tǒng)故障實(shí)例序號(hào)1故障設(shè)備日本本田公司的數(shù)控車(chē)床，主要配置有FANUCA4系統(tǒng)故障的現(xiàn)象空載2小時(shí)運(yùn)行之后，主軸突然然發(fā)生停車(chē)，并且顯示出（AL-2或AL12）報(bào)警故障檢測(cè)與分析從所發(fā)生的報(bào)警號(hào)來(lái)看，主要引起該故障的原因可能1、是電動(dòng)機(jī)的偏離指令值（例如再回路的故障、電動(dòng)機(jī)的過(guò)載 、脈沖發(fā)生器故障等，）2、直流回路電流過(guò)大（例如晶體管模塊損壞，電動(dòng)機(jī)繞組短路等）。經(jīng)過(guò)檢查，上述的原因都可

28、以排除。從偶然停車(chē)入手，可以得出有一些器件還在處于零件狀態(tài)，有時(shí)好，有時(shí)不好，而這時(shí)就會(huì)想到應(yīng)該跟電源電壓相關(guān)，所以要重要檢查電源電壓。發(fā)現(xiàn)+5v、±15v都正常，然而+24v卻在1820之間，處于偏低的狀態(tài)。然后進(jìn)一步的區(qū)檢查之后發(fā)現(xiàn)，交流輸入電壓為190200v，電壓的開(kāi)關(guān)卻設(shè)制在220v的一檔故障處理把電壓的開(kāi)關(guān)設(shè)置在220v之后系統(tǒng)既就可以恢復(fù)到正常。4.2 滾珠絲桿副的故障及維修一、常見(jiàn)的滾珠絲桿副故障：（1）加工件表面質(zhì)量差（2）精度不穩(wěn)定，反向誤差變大（3）在運(yùn)轉(zhuǎn)的滾珠絲桿中轉(zhuǎn)矩變大（4）滾珠絲桿運(yùn)動(dòng)不靈活（5）滾珠絲桿副的噪聲 二、滾珠絲桿的故障維修實(shí)例：表44滾珠絲

29、桿的故障維修序號(hào)1故障現(xiàn)象某加工中心，數(shù)控系統(tǒng)主要A950MC，Y軸的珠絲桿發(fā)生的故障，開(kāi)始啟動(dòng)液壓之后，手動(dòng)移動(dòng)y軸時(shí)，CRT發(fā)生報(bào)警，然后液壓自動(dòng)中斷，驅(qū)動(dòng)失敗。故障原因分析這故障涉及到了機(jī)械、電氣、液壓等部分，按照故障的檢查順序：伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)到電動(dòng)機(jī)及測(cè)量元件到電動(dòng)機(jī)與絲桿聯(lián)接部分到液壓平衡裝置到開(kāi)口螺母和滾珠絲桿到滾針排到其他的機(jī)械部分故障排除方法（1)通過(guò)檢查驅(qū)動(dòng)的裝置內(nèi)部元件及外部接線(xiàn)的狀態(tài)還好，測(cè)量系統(tǒng)跟電動(dòng)機(jī)均正常（2）Y軸被拆下時(shí)液壓系統(tǒng)抱閘后情況均正常然后有以下形式1、把絲桿跟電動(dòng)機(jī)的同步傳動(dòng)帶脫離；2、手搖Y軸時(shí)絲桿感覺(jué)非常吃力.（3）通過(guò)檢查Y軸調(diào)節(jié)閥、液壓平衡缸等，均

30、正常，還有滾珠絲桿上的軸承座也正常.(4）Y軸螺母脫開(kāi)后，手搖絲桿仍很緊（5）滾珠絲桿下軸承座拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，由于軸瓦與軸向推力軸承的緊固螺母抱住，導(dǎo)致手搖絲桿很吃力。在正常狀態(tài)下，左右轉(zhuǎn)動(dòng)的絲桿應(yīng)力大致均衡，而且較省力。故障原因確認(rèn)（1）因?yàn)榫o固螺母的松動(dòng)，所以滾珠絲桿的上下竄動(dòng)，導(dǎo)致伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿空轉(zhuǎn)了一圈。（2）數(shù)控系統(tǒng)中，當(dāng)NC的指令發(fā)出之后，測(cè)量系統(tǒng)就會(huì)有反饋信號(hào)，如果間隙的距離超過(guò)了數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的范圍之內(nèi)，電動(dòng)機(jī)空走許多個(gè)脈沖信號(hào)后光柵尺沒(méi)有反饋信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，機(jī)床不能運(yùn)行，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)失敗。（3）故障處理排除故障必須把緊固螺母擰好，讓滾珠絲桿不在竄動(dòng)。4.3伺服電動(dòng)機(jī)故障維

31、修伺服系統(tǒng)的最終的執(zhí)行元件是伺服電動(dòng)機(jī)，它又可以分為交流電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)。直流伺服電動(dòng)機(jī)采用換向環(huán)和電刷，所以容易出現(xiàn)問(wèn)題比較容易，而且要經(jīng)常維護(hù)和換電刷。具有免維護(hù)的特點(diǎn)的交流伺服電動(dòng)機(jī)，不容易損壞。發(fā)那科系統(tǒng)使用的交流伺服電動(dòng)機(jī)。而西門(mén)子系統(tǒng)中使用的是1FT5與1FT6系列永磁伺服電動(dòng)機(jī)。一、伺服電機(jī)的維修案例示例：一臺(tái)數(shù)控車(chē)床出現(xiàn)報(bào)警“421 SERVO ALARM：Z-AXIS EXCESS ”，“421 SERVO ALARM：Z-AXIS” 數(shù)控系統(tǒng)：FANUC 0iTC系統(tǒng)。1、故障現(xiàn)象：這臺(tái)機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)突然出現(xiàn)，指示Z軸移動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。2、故障分析與檢查：根據(jù)報(bào)警信

32、息的提示，411號(hào)報(bào)警指示Z軸移動(dòng)過(guò)程中偏差過(guò)大，414號(hào)報(bào)警指示伺服系統(tǒng)出錯(cuò)，都是指示Z軸伺服系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。3、這臺(tái)機(jī)床采用了FANUC 的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，進(jìn)行對(duì)Z軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊檢查，然而發(fā)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)碼管顯示的報(bào)警碼為“9.”，“9.”號(hào)報(bào)警指示Z軸IPM過(guò)熱。4、系列伺服驅(qū)動(dòng)模塊“9.”報(bào)警原因如下。（1）電樞相間短路或者對(duì)地短路（2）錯(cuò)誤連接伺服電機(jī)相序（3）伺服電機(jī)過(guò)載（4）控制板或SVM功率輸出模塊故障（5）散熱不好或者環(huán)境溫度過(guò)高（6）加減速過(guò)于頻繁調(diào)出系統(tǒng)診斷數(shù)據(jù)DGN 200,指示Z軸驅(qū)動(dòng)器過(guò)濾。為此，首先懷疑機(jī)床負(fù)載過(guò)大，對(duì)Z軸滑臺(tái)、絲桿進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)有問(wèn)題。 故障處理：對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整