刀具刃磨中心Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模畢業(yè)設(shè)計(jì)

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目刀具刃磨中心Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模

刀具刃磨中心Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模[摘要]本文主要闡述了刀具刃磨中心工具磨床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模，數(shù)控磨床是利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床，是高效高精度的刀具刃磨機(jī)床，特別是五軸聯(lián)動的數(shù)控工具磨床，是刀具刃磨機(jī)床發(fā)展的方向?？梢杂脕砑榆嚨叮榛ㄣ@，工立銑刀，球頭銑刀，階梯鉆，鉸刀，成形銑刀，深孔鉆，三角鑿刀和牛頭刨刀具等。進(jìn)給系統(tǒng)采用全封閉結(jié)構(gòu)，無外掛裝置，內(nèi)置切削液冷卻循環(huán)裝置及油霧回收裝置。進(jìn)給軸由單元電機(jī)通過高精度無間隙聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠副直聯(lián)，無間隙誤差。且運(yùn)動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。導(dǎo)軌全部采用燕尾型精密滾珠直線導(dǎo)軌，具有精密高，摩擦系數(shù)小，壽命長等特點(diǎn)。導(dǎo)軌、滾珠絲杠副采用具有冷卻裝置的全自動定時定量潤滑系統(tǒng)。并在PROE中畫出Z軸進(jìn)給系統(tǒng)三維模型圖，生成二維工程圖。[關(guān)鍵詞]刃磨中心Z軸進(jìn)給系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)滾珠絲杠直線型滾動導(dǎo)軌

WithgrindingcenterZaxisfeedsystemdesignandmodelingJiangPengFei(Grade08,Class1,MajorMechanicaldesignandmanufactureofextremelyautomation，MechanicalEngineeringCollegeDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723003，Shaanxi)Tutor：ZhangJunfengAbstract：ThispapermainlyexpoundsWithgrindingcenterToolgrindingmachineZaxisfeedsystemdesignandmodelingNcgrinderisuseabrasivetothesurfacegrindingofmachinetoolsThehighprecisioncuttingtoolsisefficientmachinetools,especiallyforfiveaxisofjointnctoolgrindingmachine,cuttingmachinetoolisthedirectionofdevelopment.Canbeusedtoaddlathetools,manualtwistdrill,theworkersendmill,theballmillingcutterhead,ladderdrill,reamer,formingcutter,deepholedrilling,trianglechiselandshapetools,etc.Feedingsystemadoptsfullyclosedstructure,nohackingdevice,built-inliquidcoolingcycledeviceandcuttingoilmistrecyclingequipment.Themotorshaftbyunitbyhighprecisionnoclearancecouplingandprecisiontheballscrewvicestraightleague,noclearanceerror.Thesmoothmovementandhighdrivingaccuracy,noteasywearandlongservicelife.Guidealladoptthecoattails"typeprecisionballlinearguide,withhighprecision,smallfrictioncoefficient,lifeislong,etc.Guide,theballscrewviceusingacoolingdeviceofautomatictimingquantitativelubricationsystem.AndinPROEdrawintheZaxisinto3dmodelpicturetothesystem,andtogeneratetwo-dimensionalengineeringgraphics.Keywords：GangcenterZ-axisfeedsystemClosedloopsystemTheballscrewLinearrollingguide第Ι頁共2頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

目錄31434引言 1148251.概述 2253211.1數(shù)控機(jī)床的概念 274841.2數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點(diǎn) 2217561.2.1數(shù)控機(jī)床的組成 295991.2.2數(shù)控機(jī)床的分類 222751.2.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 3274901.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀 3152481.4本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法 5191842.Z向進(jìn)給傳動系統(tǒng)總體方案的確定 6103112.1進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成及其原理 631552.2進(jìn)給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇 6129192.3進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)電動機(jī)類型的確定 8129192.4進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇 9129192.4.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求 9129192.4.2進(jìn)給系統(tǒng)的傳動類型的選擇 9129192.5電動機(jī)與絲杠連接方式的選擇 13129192.6進(jìn)給系統(tǒng)的一些其他要求 14197623.滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 143.1滾珠絲杠螺母副的種類31525 14315253.2滾珠絲杠支承方式的確定 14315253.3運(yùn)動部件的主要參數(shù) 16315253.4滾珠絲杠的計(jì)算與選擇 17315253.4.1滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 17315253.4.2滾珠絲杠的等效轉(zhuǎn)速 18315253.4.3導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 19315253.4.4算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 20315253.4.5確定所絲杠受的最大載荷 21315253.4.6根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形 22315253.4.7估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 22315253.4.8初步確定滾珠絲杠螺母副的型號 22315253.5滾珠絲杠螺母副承載能力校核 23315253.6計(jì)算器械傳動剛度 23315253.7傳動精度計(jì)算 24199064.滾珠絲杠螺母副支撐用的軸承 2569704.1支撐方式 2569704.2失效形式 27第Ⅱ頁共2頁2165.伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 292165.1電動機(jī)的選擇 292165.2伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 30194905.2.1脈沖當(dāng)量的計(jì)算 308385.2.2步進(jìn)電機(jī)的選型與計(jì)算 308385.2.3電動機(jī)參數(shù)驗(yàn)證 34108846.聯(lián)軸器的選擇 36183656.1選擇聯(lián)軸器的類型 3631756.2計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 36107126.3確定聯(lián)軸器的型號 3635586.4校核最大轉(zhuǎn)速 37288116.5協(xié)調(diào)軸孔直徑 3741896.6規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度 37156346.7進(jìn)行必要的校核 37102796.8聯(lián)軸器參數(shù) 3846697.進(jìn)給系統(tǒng)其他部件的確定 4054167.1導(dǎo)軌的確定 4154167.2導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 4154167.3導(dǎo)軌的選用 4254167.4機(jī)床的噪聲控制 43162148.滾珠絲杠的保護(hù) 441198總結(jié)與體會 454847致謝 4621525參考文獻(xiàn) 47第1頁共47頁引言在機(jī)械加工中，金屬切削刀具是切削加工必不可少的重要工具之一，在機(jī)械制造、汽車、模具、醫(yī)療器械、國防工業(yè)和航空航天等行業(yè)中占有十分重要的地位。其質(zhì)量好壞直接影響到加工對象的表面質(zhì)量、精度及加工效率。采用先進(jìn)的刀具刃磨機(jī)床和有效經(jīng)濟(jì)的工藝方法，刃磨出高效率、高精度、高可靠性的刀具，是切削加工技術(shù)水平提高的一個重要保證。刀具成本在綜合加工成本中占有重要的位置，如何利用刀具刃磨機(jī)床修磨好磨損到用鈍標(biāo)準(zhǔn)的刀具，延長刀具的壽命，提高刀具的利用率，降低刀具成本，是企業(yè)降低生產(chǎn)成本的有效途徑之一。高質(zhì)量、高耐用度刀具的生產(chǎn)需求，高效的、高精度的刀具修磨要求，促使刀具刃磨機(jī)床的功能結(jié)構(gòu)由簡單到復(fù)雜，自動化程度由低到高不斷發(fā)展。在國內(nèi)，數(shù)控工具磨床的發(fā)展基本上還停留在對普通工具磨床或原有的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造來滿足特定刀具的制造刃磨的水平上。最近幾年國內(nèi)也有一些廠家研制開發(fā)了數(shù)控工具磨床，但由于采用的是主機(jī)自行制造、數(shù)控系統(tǒng)靠引進(jìn)，這種數(shù)控工具磨床產(chǎn)品不但成本很高，而且由于通用的CNC系統(tǒng)沒有集成刀具磨削加工技術(shù)和編程軟件，難以實(shí)現(xiàn)刀具的磨削加工。來提高刀具刃磨效率和精度，減少廢品率，降低刀具生產(chǎn)和修磨成本，是未來很值得研究的方向。刀具在整個加工制造成本中，看似只占很小的比例。但在整個加工效率方面，恰恰是刀具起舉足輕重的作用。隨著對加工精度的提高，對刀具的要求也更高，相對刀具的成本也在增加，所以刀具的重新修磨就顯得尤為重要！以往的刀具刃磨僅僅只限于人工在砂輪上修磨，或者由刀具廠家回收修磨，這些方式就談不上效率可言了。現(xiàn)在，加工中心的技術(shù)工人們，不可能在工作初期，用大量的時間來修磨刀具。刀具的精度、使用壽命和刀具結(jié)構(gòu)越來越成為影響加工能力和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，昂貴的刀具成為生產(chǎn)成本的重要組成部分。因此，用于刀具修磨的刃磨機(jī)行業(yè)就越來越受到加工制造業(yè)的認(rèn)可。在實(shí)際中，提高機(jī)床的傳動精度，高效率，穩(wěn)定的進(jìn)給系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)刀具刃磨的精度，減低成本。因而，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要圍繞如何提高機(jī)床刃磨刀具的精度，設(shè)計(jì)合適的刃磨機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)來提高精度，主要以Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例來說明研討，選擇相應(yīng)的傳動方式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并在proe中進(jìn)行模型設(shè)計(jì)生成二維工程圖。第2頁共47頁1.概述1.1數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)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(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)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，可減輕工人的體力勞動強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)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(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。 數(shù)控工具磨床是精度效率高、制造修磨范圍廣的刀具刃磨機(jī)床。數(shù)控工具磨床與手動工具磨床最大區(qū)別是拋棄了手動工具磨床上的手搖滑臺、以及特制的復(fù)雜工藝裝備附件，機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化。手動工具磨床上的特殊機(jī)構(gòu)和通過人為操縱所實(shí)現(xiàn)的刀具刃磨形式，在數(shù)控工具磨床上則通過數(shù)控系統(tǒng)控制的聯(lián)動軸之間的柔性協(xié)調(diào)運(yùn)動來輕松地實(shí)現(xiàn)。1.2數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點(diǎn) 1.2.1數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)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(yùn)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(jī)床運(yùn)動部件的機(jī)械位移；用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。4.機(jī)械系統(tǒng)：包括，主軸部分、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫和自動換刀裝置(ATC)、自動托盤交換裝置(APC)等。1.2.2數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)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(jì)，目前已有近500種數(shù)控機(jī)床。第3頁共47頁 根據(jù)數(shù)控機(jī)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(jī)床，數(shù)控加工中心機(jī)床，多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床； 按特點(diǎn)分類：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，直線控制數(shù)控機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)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(jì)型，普及型，高級型。1.2.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)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(jī)床，尤其對于約占機(jī)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。概括起來，數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的特點(diǎn)：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(jī)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(qiáng)度，改善了勞動條件；5.有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動化的發(fā)展。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀在國外，手動工具磨床已經(jīng)只是作為數(shù)控工具磨床的輔助。從目前國內(nèi)市場來看，相對價格昂貴的數(shù)控工具磨床，手動工具磨床在我國相對占主導(dǎo)地位，它適合目前我國的國內(nèi)市場需求和實(shí)際情況。主要應(yīng)用于專業(yè)刀具生產(chǎn)企業(yè)作為數(shù)控工具磨床的輔助，和大中型企業(yè)車間中小批量刀具修磨，及結(jié)構(gòu)較簡單的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)刀具的生產(chǎn)制造。數(shù)控工具磨床已經(jīng)經(jīng)歷了幾代的產(chǎn)品發(fā)展過程。初期是對普通工具磨床進(jìn)行數(shù)控改造，用CNC軟件來簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。第二代產(chǎn)品是數(shù)控萬能刀具“磨削中心”，它適用于刀具的連續(xù)加工，使刀具制造工藝高度集成，工件一次裝夾，通過幾組獨(dú)立砂輪的轉(zhuǎn)塔磨頭來完成多道工序復(fù)合加工，加工過程中自動更換砂輪，因而刀具制造精度高，適用于復(fù)雜形狀型面刀具的精密磨削。MichaelDeekel公司研發(fā)的S20E-turbo磨削中心自帶砂輪庫，并且砂輪庫由獨(dú)立的伺服軸控制，完全實(shí)現(xiàn)砂輪的自動更換，可以實(shí)現(xiàn)高效率的自動化生產(chǎn)；采用生產(chǎn)、修磨一體化設(shè)計(jì)磨削軟件，實(shí)現(xiàn)對程序的編輯、修改、編譯、檢查等；還集成了砂輪的自動測量、修整和刀具測量系統(tǒng)的全自動校準(zhǔn)等輔助功第4頁共47頁能。適用于各種標(biāo)準(zhǔn)刀具、復(fù)雜刀具(非標(biāo)準(zhǔn))的生產(chǎn)和修磨。S20E磨削中心，還可以集成全自動拾取式上料系統(tǒng)，容納多達(dá)16支自由尺寸的各種刀具。第三代產(chǎn)品是生產(chǎn)刀具的自動化工廠、自動化生產(chǎn)線和柔性制造單元，它代表刀具刃磨機(jī)床的最專業(yè)、最前沿的制造生產(chǎn)技術(shù)。它由一組只需完成單一加工工序的2-4軸簡易型CNC工具磨床組成，機(jī)床問由傳輸線和機(jī)械手連接，用于磨削刀具的外圓、溝槽、刃背和端面，適用于刀具的大批量生產(chǎn)。采用數(shù)控工具磨床對刀具進(jìn)行磨削加工必須依靠刀具磨削加工技術(shù)和編程技術(shù)，而各種復(fù)雜形狀刀具的磨削加工技術(shù)和編程軟件，目前在國外也屬于專利技術(shù)或保密技術(shù)。正因?yàn)槿绱?，目前世界上也只有少?shù)廠商能夠生產(chǎn)高性能的數(shù)控工具磨床。在國內(nèi)，數(shù)控工具磨床的發(fā)展基本上還停留在對普通工具磨床或原有的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造來滿足特定刀具的制造刃磨的水平上。國內(nèi)的數(shù)控工具磨床基本上靠進(jìn)口，價格昂貴，并且這些數(shù)控機(jī)床經(jīng)過相當(dāng)長時間的使用后，其主機(jī)性能基本完好，仍可使用，而其數(shù)控系統(tǒng)則已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，屬于已淘汰產(chǎn)品。最近幾年國內(nèi)也有一些廠家研制開發(fā)了數(shù)控工具磨床，但由于采用的是主機(jī)自行制造、數(shù)控系統(tǒng)靠引進(jìn)，這種數(shù)控工具磨床產(chǎn)品不但成本很高，而且由于通用的CNC系統(tǒng)沒有集成刀具磨削加工技術(shù)和編程軟件，難以實(shí)現(xiàn)刀具(特別是復(fù)雜刀具)的磨削加工。但總的來說我國在近幾年來，在數(shù)控工具磨床上不斷地努力，也取得了一定的發(fā)展，逐步縮小與世界先進(jìn)水平的差距。如在第九屆中國國際機(jī)床展覽會(CIMT2005)上，中國武漢機(jī)床廠還展出了MK6030五軸數(shù)控工具磨床，可用于生產(chǎn)和修磨各種金屬切削刀具，以上所述的刀具刃磨機(jī)床均是萬能型的，其實(shí)刀具刃磨機(jī)床發(fā)展過程中還有另一重要分支，那就是專用刀具刃磨機(jī)床。專用刀具刃磨機(jī)床是為特定刀具批量化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)制造，如，滾刀刃磨床、拉刀刃磨床、鉆頭刃磨床、鋸片刃磨床等。這些機(jī)床通用性雖然沒有萬能型刀具刃磨機(jī)床好，但它具有效率高、適用于大批量生產(chǎn)、能有效降低刀具制造生產(chǎn)成本等特點(diǎn)，適用于專業(yè)刀具生產(chǎn)廠特定刀具的大批量生產(chǎn)，也是刀具刃磨機(jī)床的重要組成部分和發(fā)展方向。未來數(shù)控工具磨床的主要研究發(fā)展方向還有如下幾個方向：1)高速磨削是世界上正大力研究并逐漸推廣的一種先進(jìn)的機(jī)械加工方法，與普通磨削相比，其效率可提高1～3倍，工件表面光潔度可提高1～3小級，砂輪耐用度可提高1倍左右。隨著電主軸技術(shù)、直線電機(jī)技術(shù)、大導(dǎo)程高速精密滾珠絲杠副和新型高精度導(dǎo)軌的發(fā)展，高速和超高速數(shù)控工具磨床也是未來發(fā)展的一個重要方向。2)產(chǎn)品的小型化和加工過程的微細(xì)化是全球加工制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，微細(xì)切削第5頁共47頁加工在模具、汽車、電子、生物、醫(yī)療、航空航天等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，是切削加工技術(shù)的一個發(fā)展方向。高精密微細(xì)刀具的生產(chǎn)制造是微細(xì)切削加工技術(shù)得以發(fā)展的重要保證。因此，研發(fā)刃磨微細(xì)刀具的數(shù)控工具磨床也是未來數(shù)控工具磨床的發(fā)展方向。3)砂輪是工具磨床制造生產(chǎn)和修磨刀具的“刀具”，是工具磨床的關(guān)鍵部分。砂輪的設(shè)計(jì)，其截面形狀的優(yōu)化、粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度及其適用性、砂輪基體的材料、砂輪的制造技術(shù)，以及全自動的砂輪修整、檢測控制技術(shù)也是未來工具磨床發(fā)展的一個重要方向。4)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及模擬技術(shù)，開發(fā)能對刀具刃磨過程、排屑過程、磨削力變化、磨削區(qū)溫度、磨削精度和磨削表面質(zhì)量進(jìn)行仿真的數(shù)控工具磨床軟件，也是未來數(shù)控工具磨床很好的一個發(fā)展方向。1.4本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法 本設(shè)計(jì)為縱向進(jìn)給運(yùn)動的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：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(jì)算，空載起動及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)等。設(shè)計(jì)時要求電機(jī)與絲杠采用柔性連接，電機(jī)選用伺服電機(jī)對電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核。設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，既要滿足理論要求，又要滿足生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)實(shí)際。設(shè)計(jì)應(yīng)遵循先易后難、先局部后全局的規(guī)律，確定設(shè)計(jì)步驟時，應(yīng)把整個數(shù)控工具磨床Z向進(jìn)給傳動系統(tǒng)分成若干個子系統(tǒng)進(jìn)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(jì)的產(chǎn)品應(yīng)高效經(jīng)濟(jì)。本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)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(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。第6頁共47頁2.Z向進(jìn)給傳動系統(tǒng)總體方案的確定2.1進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成及其原理數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)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(jìn)給傳動部件一般認(rèn)為是從電機(jī)到工作臺之間的傳動鏈。進(jìn)給傳動部件的動態(tài)特性的好壞直接影響到一臺機(jī)床的工作性能和加工精度。進(jìn)給傳動部件的振動會影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。另外，機(jī)械傳動部件的設(shè)計(jì)好壞對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的伺服性能的影響也很大?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床日益向著高速、高效率、高精度方向發(fā)展。對機(jī)床進(jìn)給傳動部件的設(shè)計(jì)要求也越來越高。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，與普通機(jī)床不同。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給指令，來自數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)進(jìn)給電動機(jī)和驅(qū)動機(jī)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(yùn)動。進(jìn)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(jī)床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進(jìn)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)出的控制指令，是通過進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動機(jī)械執(zhí)行部件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動的。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)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(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)動命令，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的坐標(biāo)運(yùn)動。它的性能決定了數(shù)控機(jī)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(jìn)給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇1.開環(huán)控制系統(tǒng):這類數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進(jìn)電動機(jī)為驅(qū)動元件.CNC裝置輸出的指令進(jìn)給脈沖經(jīng)驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大，轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電動機(jī)各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)(齒輪箱，絲杠等)帶動工作臺移動。這種方式控制簡單，價格比較低廉，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中。第7頁共47頁圖2.1開環(huán)控制系統(tǒng)2.半閉環(huán)控制系統(tǒng):位置檢測元件被安裝在電動機(jī)軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計(jì)算出機(jī)床工作臺的實(shí)際運(yùn)行位置(直線位移)，并將其與CNC裝置計(jì)算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進(jìn)行控制，其控制框圖如圖4所示。由于閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及機(jī)床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)，由這些環(huán)節(jié)造成的誤差不能由環(huán)路所矯正，其控制精度不如閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，但其調(diào)試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，因此在實(shí)際應(yīng)用中，這種方式被廣泛采用。用的最多。圖2.2半開環(huán)控制系統(tǒng)3.閉環(huán)控制系統(tǒng):位置檢測裝置安裝在機(jī)床工作臺上，用以檢測機(jī)床工作臺的實(shí)際運(yùn)行位置(直線位移)，并將其與CNC裝置計(jì)算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進(jìn)行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機(jī)床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，調(diào)試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)試比較麻煩。高檔精密機(jī)床使用。數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床組成機(jī)床本體的各機(jī)械部件組成。圖2.3閉環(huán)控制系統(tǒng)4.數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動部件的要求消除傳動系統(tǒng)中的傳動間隙，提高傳動剛度，減少運(yùn)動件的摩擦阻力，減小運(yùn)動第8頁共47頁慣量，系統(tǒng)要有適當(dāng)阻尼，提高系統(tǒng)傳動件傳動精度。根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，故選擇半閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.3進(jìn)給驅(qū)動電動機(jī)類型的確定早期的數(shù)控機(jī)床采用電液伺服驅(qū)動的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床基本上都采用全電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。它可分為步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)三類。步進(jìn)電動機(jī)：步進(jìn)電動機(jī)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(jī)。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入肘步進(jìn)電動機(jī)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(jìn)電動機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)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(jī)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(jī)定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個帶齒的鐵心，這種步進(jìn)電動機(jī)稱之為三相步進(jìn)電動機(jī)。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(jī)具有：①穩(wěn)定性好；②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；③響應(yīng)迅速，機(jī)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；④控制功率低，損耗?。虎蒉D(zhuǎn)矩大；⑥機(jī)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(diǎn)。交流伺服電動機(jī)：輸出或輸入為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為交流電機(jī)，它實(shí)際上就是兩相異步電動機(jī)，所以有時也叫兩相伺服電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是非線性的，電容移相控制時非線性更為嚴(yán)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(jī)械特性很軟，低速段更軟，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化對轉(zhuǎn)速影響很大，而且機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)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(jī)的轉(zhuǎn)子電阻相當(dāng)大，所以損耗大，效率低，電動機(jī)的利用程度差。除此之外交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，適宜于不易檢修的場合使用。伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載條件來選取的。加在電機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種:負(fù)載扭矩和負(fù)載慣量，其中負(fù)載扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。負(fù)載扭矩應(yīng)小于所選擇電機(jī)的額定第9頁共47頁扭矩，負(fù)載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于所選擇電機(jī)的最大扭矩。加速扭矩應(yīng)考慮負(fù)載慣量和電機(jī)慣量的匹配，同時還應(yīng)考慮連續(xù)過載時間在所選電機(jī)的允許范圍內(nèi)，負(fù)載快速運(yùn)動時所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使電機(jī)在機(jī)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(jī)的比較可知，步進(jìn)電動機(jī)是自動控制系統(tǒng)中具有很高的優(yōu)越性。所以在刀具刃磨中心Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)中使用步進(jìn)電動機(jī)。2.4進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇2.4.1進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求數(shù)控機(jī)床進(jìn)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(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)必須滿足:（1）傳動精度高；（2）摩擦阻力??；（3）運(yùn)動部件慣量小。2.4.2進(jìn)給系統(tǒng)的傳動類型的選擇數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本傳動方式常用的有三種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副和滑動絲杠螺母副。1.靜壓絲杠螺母副其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，僅為0.0005，；平穩(wěn)性高；反向間隙?。坏?，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(yùn)動中供油忽然中斷，將造成不良后果。2.滑動絲杠螺母副結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，在一定條件下能自鎖，廣泛用于一般的機(jī)床進(jìn)給，調(diào)整和定位機(jī)構(gòu)。3.滾珠絲杠螺母副一．概述在數(shù)控機(jī)床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)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(diǎn)是：傳動效率高，一般為η=0.92～0.98；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(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，亦可將直線運(yùn)第10頁共47頁動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；軸向運(yùn)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；珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。因此，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機(jī)床的常見的傳動方式。二．滾珠絲杠副的工作原理：滾珠絲杠螺母副工作原理，如圖所示。圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對運(yùn)動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導(dǎo)裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個閉合的回路。圖2.4滾珠絲杠螺母副工作原理圖圖2.5螺紋滾道法向截面形式三．常用的循環(huán)方式有兩種：（1）外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠間重新進(jìn)入循環(huán)。如圖2.6a）所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種形式結(jié)構(gòu)工藝性好，但由于管道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖2.6b）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種形式的結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。（2）內(nèi)循環(huán)這種循環(huán)靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道,使?jié)L珠成單圈環(huán),如圖2.7所示,滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器,借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道,實(shí)現(xiàn)循環(huán)。一般一個螺母上裝有2～4個反向器，反向器沿螺母圓周等分分布。其優(yōu)點(diǎn)是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短，摩擦損失小。缺點(diǎn)是反向器加工困難。第11頁共47頁圖2.6外循環(huán)滾珠絲杠圖2.7內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠四．滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動精度和絲杠的剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。此外還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙。常用的螺母絲杠消除間隙方法有：1、墊片調(diào)隙式。如圖2.8所示，調(diào)整墊片厚度使左右兩螺母不能相對旋轉(zhuǎn)，只產(chǎn)生軸向位移，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，調(diào)整時需要卸下調(diào)整墊圈修磨，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。第12頁共47頁圖2.8墊片調(diào)隙式圖2.9螺紋調(diào)隙式2、螺紋調(diào)隙式。如圖2.9所示，滾珠絲杠左右兩螺母副以平鍵與外套相聯(lián)，用平鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，只要擰動圓螺母1即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺母2鎖緊。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)緊量不很準(zhǔn)確。3、齒差調(diào)隙式。如圖2.10所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為z1和z2，并相差一個齒。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉(zhuǎn)動一個齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移，其軸向位移量。例如，z1=81，z2=80，滾珠絲杠的導(dǎo)程為t=6mm時，s=6/6480≈0.001mm。這種調(diào)整方法能精確調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動。圖2.10齒差調(diào)隙式圖2.11單螺母變位螺距式4.單螺母變位螺距預(yù)加負(fù)荷。如圖2.11所示，它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間使用螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個△L0的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但負(fù)荷量須預(yù)先設(shè)定且不能改變。第13頁共47頁4特點(diǎn)：與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3-由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動,所以能得到較高的運(yùn)動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。高精度的保證-滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。3、微進(jìn)給可能-滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。4、無側(cè)隙、剛性高-滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。5、高速進(jìn)給可能-滾珠絲杠由于運(yùn)動效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動)。由以上比較，根據(jù)要求，Z向進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。2.5電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種：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(diǎn)是:具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動機(jī)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(bǔ)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(jī)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(diǎn)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(jī)床中。第14頁共47頁3.通過同步齒形帶聯(lián)接同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點(diǎn),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(jì)時對材料的要求很高。機(jī)床主要用機(jī)械聯(lián)軸器連接，機(jī)械聯(lián)軸器分剛性與彈性，剛性又分固定式剛性聯(lián)軸器與可移式聯(lián)軸器，如套筒聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器等。彈性又分金屬彈性聯(lián)軸器與非金屬彈性聯(lián)軸器，如簧片聯(lián)軸器，輪胎聯(lián)軸器等。在滿足機(jī)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(jī)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。2.6進(jìn)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(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)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(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固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(hù)，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(hù)裝置，防護(hù)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(jìn)行削邊。3.滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型在第二章初步選擇了進(jìn)給飼服系統(tǒng)的傳動類型為：滾珠絲杠螺母副?，F(xiàn)在具體對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算和選型。 3.1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(yùn)動時力矩相接近，可以降低電機(jī)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。3.2滾珠絲杠支承方式的確定 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)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(jī)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(qiáng)度，新設(shè)計(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機(jī)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。1、一端固定——一端自由絲杠一端固定，另一端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式用于行程小的短絲杠或者用于全閉環(huán)的機(jī)床，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的機(jī)械定位精度是最不可靠的，特別是對于長徑比大的絲杠(滾珠絲杠相對細(xì)長)，熱變性是很明顯的，1.5m長的絲杠在冷、熱的不同環(huán)境下變化0.05~0.10mm是很正常的。但是由于他的結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，許多高精度機(jī)床仍然采用這種結(jié)構(gòu)，但是必須加裝光柵，采用全閉環(huán)反饋。2、一端固定——另一端支承絲杠一端固定，另一端支承。固定端同時承受軸向力和徑向力;支承端只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以減少或避免因絲杠自重而出現(xiàn)的彎曲，同時絲杠熱變形可以自由的向一端伸長。這種結(jié)構(gòu)使用最廣泛，目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結(jié)構(gòu)。3、兩端固定絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，提高絲杠支承剛度，可以部分補(bǔ)償絲杠的熱變形。絲杠軸承的載荷主要是軸向的，徑向除臥式絲杠的自重外，一般無載荷，因此對絲杠軸承軸向精度和剛度要求較高。進(jìn)給系統(tǒng)對微小的位移要響應(yīng)靈敏，股軸承的摩擦力矩要小。絲杠軸承種類很多，但從目前的情況來看，占優(yōu)勢的兩種是：接觸角為60度的推理角接觸球軸承和滾針一雙推理滾子組合軸承，如下圖3.1所示：圖3.1滾珠絲杠的支撐方式在設(shè)計(jì)中，我采用雙列接觸角為60度的角接觸球軸承組合使用。安裝方式如圖3.2所示：圖3.2軸承之撐3.3運(yùn)動部件的主要參數(shù) 已知技術(shù)參數(shù)：縱向最大行程（Z軸）180/mm;工作給速度為1--8000mm/min;縱向快速進(jìn)給速度：1.0m/min;總體估計(jì)質(zhì)量：50kg;磨削深度2mm；進(jìn)給量0.4mm;磨削系數(shù)300；；材料選為：HT200；3.4滾珠絲杠的計(jì)算與選擇導(dǎo)程就是絲桿轉(zhuǎn)動一周,滑塊的位移.

因此導(dǎo)程越小,同樣軸徑的情況下扭矩就可以越大,當(dāng)然滑塊的位移則較慢,在一定軸徑的情況下,導(dǎo)程越小,可以驅(qū)動的工件越大

就是轉(zhuǎn)速一定,滑塊位移速度不一樣,導(dǎo)程小的扭矩大。3.4.1滾珠絲杠導(dǎo)程的確定本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動比為i=1，設(shè)電機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速在為，則絲杠導(dǎo)程為：取3.4.2確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速可知最大進(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：（?。┘僭O(shè)一般磨削力的公式為：式中;F為磨削力(N)為切削系數(shù)；為工件圓周進(jìn)給速度m/min；為磨削深度mm；軸向進(jìn)給量mm/r； 在一般磨削中；Fx=(0.1~0.6)FcFy=(0.15~0.7)Fc3.4.3導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算導(dǎo)軌受到移動部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量）m=50kg所受重力W=500N)，查表知緊固件的重力為f=1000N,取導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)，則:計(jì)算在不磨削削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和3.4.4算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力計(jì)算最大軸向負(fù)載力計(jì)算最小軸向負(fù)載力絲杠的平均載荷Fm3.4.5確定所絲杠受的最大載荷—負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)（查表可知，當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時，為1.2，1.5取為1.4。）—溫度系數(shù)(查表取為1.0。)—硬度系數(shù)（查表滾到實(shí)際硬度》HRC58取為1.0。）—可靠性系數(shù)（查表可靠性為90%，取為1.0。）—等效負(fù)載荷（N）—精度系數(shù)（查表精度為3級取為1.0。）—等效轉(zhuǎn)速r/min——工作壽命h（查表可知=15000h）則：3.4.6根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形已知本機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為40,重復(fù)定位精度為16，則有取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。3.4.7估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用兩端固定支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為：L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承≈（1.2～1.4）行程+（25～30）Ph取L=(1.4×200+30×6)mm=460mm3.4.8初步確定滾珠絲杠螺母副的型號根據(jù)以上計(jì)算所得的Ph、Cat、dm和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇型號為FF3206-5，其公稱直徑、基本導(dǎo)程P0、額定動載荷和螺紋底徑如下表3.1：表3.1滾珠絲杠螺母副型號偏心距R/r=1.143.5珠絲杠螺母副承載能力校核已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑，已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度，絲杠豎直安裝時，取，查表得，則有本機(jī)床Z向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為Fmax=1694N，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度，其彈性模量，密度：重力加速度滾珠絲杠的最小慣性矩為滾珠絲杠的最小截面積為：取，查表得，則有進(jìn)給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為166.67r/m，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核,滾珠絲杠的額定動載荷，已知其軸向載荷Fmax=1694N，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速nmax=166.67r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=1.4，則有本機(jī)床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命Lh=61411h>15000，故滿足要求。3.6計(jì)算器械傳動的剛度已知滾珠絲杠的彈性模量，滾珠絲杠的底徑。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度當(dāng)時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度已知滾動體直徑dq=6.75mm，滾動體個數(shù)Z=15.軸承接觸角。軸承最大軸向工作載荷。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為：查表得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動載。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷則進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故。3.7傳動精度計(jì)算由機(jī)械傳動裝置引起的定位誤差為：對于3級滾珠絲杠。其任意300mm導(dǎo)程公差為正負(fù)12，機(jī)床定位精度為40,重復(fù)定位精度為16，則有：，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的誤差小于（1/3~1/5)機(jī)床的定位進(jìn)度要求。再加閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位進(jìn)度能進(jìn)一步提高。第25頁共47頁4.滾珠絲杠螺母副支撐用的軸承絲杠的設(shè)計(jì)可知，絲杠兩端的軸承主要承受軸向力，徑向力，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，可知用角接觸球軸承。4.1支撐方式1、一端固定——一端自由絲杠一端固定，另一端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式用于行程小的短絲杠或者用于全閉環(huán)的機(jī)床，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的機(jī)械定位精度是最不可靠的，特別是對于長徑比大的絲杠(滾珠絲杠相對細(xì)長)，熱變性是很明顯的，1.5m長的絲杠在冷、熱的不同環(huán)境下變化0.05~0.10mm是很正常的。但是由于他的結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，許多高精度機(jī)床仍然采用這種結(jié)構(gòu)，但是必須加裝光柵，采用全閉環(huán)反饋。2、一端固定——另一端支承絲杠一端固定，另一端支承。固定端同時承受軸向力和徑向力;支承端只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以減少或避免因絲杠自重而出現(xiàn)的彎曲，同時絲杠熱變形可以自由的向一端伸長。這種結(jié)構(gòu)使用最廣泛，目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結(jié)構(gòu)。3、兩端固定絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，提高絲杠支承剛度，可以部分補(bǔ)償絲杠的熱變形。絲杠軸承的載荷主要是軸向的，徑向除臥式絲杠的自重外，一般無載荷，因此對絲杠軸承軸向精度和剛度要求較高。進(jìn)給系統(tǒng)對微小的位移要響應(yīng)靈敏，股軸承的摩擦力矩要小。絲杠軸承種類很多，但從目前的情況來看，占優(yōu)勢的兩種是：接觸角為60度的推理角接觸球軸承和滾針一雙推理滾子組合軸承。如表4.1所示第26頁共47頁表4.1軸承的選用與支撐支承方式簡圖K2λf一端固定

一端自由0.251.8753.4一端固定

一端游動23.92715.1二端支承13.1429.7二端固定44.73021.9絲杠兩端的尺寸Ф27.9mm,可知軸承內(nèi)徑d=25mm軸承采用成對安裝方式，軸承不宜過厚，選擇厚度較小的，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選60度角接觸球軸承厚度為12mm.絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量的熱，為了具有更好的潤化性和散熱性，應(yīng)選用外徑/內(nèi)徑較大的軸承。這種軸承承載能力強(qiáng)，變形系數(shù)小，橫向空間大，有利于潤滑油的流動帶走產(chǎn)生的熱量，減少熱變形和磨損，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，選角接觸球軸承外徑為52mm。軸承承受的軸向載荷Fmax=1694N.預(yù)緊力Fp=1050N,第27頁共47頁滾珠絲杠支撐形式采用兩端固定式，所選用的軸承型號為：(GB/T292-1994)7205C如下圖所示圖4.17205C軸承參數(shù)加工定制否品牌NACHI型號7205C舊型號36205類型角接觸球軸承內(nèi)徑25（mm）外徑52（mm）厚度15（mm）重量0.12（kg）用途通用其額定動載荷為16.5KN。軸承的壽命：參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（13-5）可知，故所選軸承符合要求。4.2失效形式角接觸球軸承可能出現(xiàn)的實(shí)效形式主要有：主要有因疲勞強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的疲勞斷裂、因靜強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的塑性變形或脆性斷裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等。軸承在安裝、潤滑、維護(hù)良好的條件下工作時，各承載元件（包括內(nèi)、外圓及滾動體）在周期性變應(yīng)力的作用下，主要實(shí)效形式是解除表面材料的疲勞點(diǎn)蝕、軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕后，通常會在運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的震動，噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象，軸承的旋轉(zhuǎn)精度逐第28頁共47頁漸下降，直至喪失正常的工作能力。疲勞點(diǎn)蝕是軸承最常見的失效形式。塑性變形。在過大的靜載荷或者沖擊載荷下，軸承元件間的接觸應(yīng)力超過了元件材料的屈服極限，接觸部位發(fā)生塑性變形，形成凹坑，是軸承性能下降、摩擦阻力距增大。這種實(shí)效多發(fā)生在轉(zhuǎn)速很低的重載或者往復(fù)擺動的軸承中。磨粒磨損。對于潤滑不充分，密封不好或者潤滑油不清潔，以及在多塵環(huán)境中工作的軸承，將會發(fā)生磨粒磨損，導(dǎo)致軸承因內(nèi)、外圓與滾動體的間隙增大、振動加劇及旋轉(zhuǎn)精度降低而報廢。膠合。在高速重載條件下工作的軸承，因摩擦面發(fā)熱而使溫度急劇升高，軸承材料回火軟化，潤滑實(shí)效而發(fā)生膠合。5.伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1電動機(jī)的選擇伺服電動機(jī)的選擇是根據(jù)負(fù)載條件來進(jìn)行的，加在電動機(jī)軸上的負(fù)載有負(fù)載轉(zhuǎn)距和負(fù)載慣量兩種，負(fù)載轉(zhuǎn)距包括切削轉(zhuǎn)距和摩擦轉(zhuǎn)距。選擇伺服電動機(jī)應(yīng)能滿足下述條件：1.根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距選擇電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)距應(yīng)小于或等于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)距。最大切削負(fù)轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距折算到電動機(jī)軸上的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)距。2.電動機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配，通常要求轉(zhuǎn)子慣量不小于負(fù)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(jī)和它的控制系統(tǒng)。3.快速移動時，轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距，當(dāng)執(zhí)行部件從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最大移動速度時，所需要的轉(zhuǎn)距最大。但選擇電機(jī)時，是按照負(fù)載轉(zhuǎn)距小于額定轉(zhuǎn)距，電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量的合理匹配，執(zhí)行部件的快速轉(zhuǎn)距小于電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距三個要素來考慮的。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距的計(jì)算，切削轉(zhuǎn)距加上摩擦轉(zhuǎn)距，應(yīng)小于或等于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距。4.加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去負(fù)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(jī)+負(fù)載慣量）乘于加速度斜率。5.2伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算包括脈沖當(dāng)量的計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)的選型和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和聯(lián)軸器的選擇。下面詳細(xì)闡述一下設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容。5.2.1脈沖當(dāng)量的計(jì)算參照普通工具磨床的參數(shù)，其定位精度一般在±0.01mm～±0.005mm，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)第30頁共47頁構(gòu)的要求，刃磨裝置對定位精度要求不高，故可選脈沖當(dāng)量QUOTE=0.01mm/step。初選步進(jìn)電機(jī)的步距角為QUOTE=0.9°,步進(jìn)電機(jī)每發(fā)一個脈沖（0.9°），因此，步進(jìn)電機(jī)和軸之間無需減速裝置，脈沖當(dāng)量QUOTE可以滿足所需精度。5.2.2步進(jìn)電機(jī)的選型與計(jì)算步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)步進(jìn)電機(jī)的常用術(shù)語及主要性能指標(biāo)是：步距角指每給一個電脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度的理論值，可有下列公式來計(jì)算：式中，m為電動機(jī)相數(shù)；z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k為通電方式系數(shù)，當(dāng)采用單三拍或雙通電方式，k=1；而采用三相六拍通電方式時，k=2。(2)精度通常步進(jìn)電機(jī)的精度有兩種表示方法：一種用步距誤差的最大值來表示；一種用步距累積誤差最大值表示。前者是指電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈內(nèi)相鄰兩步之間最大步距和理想步距的差值，用理想步距的百分?jǐn)?shù)表示；后者是指任意位置開始經(jīng)過任意步之后，角位移誤差的最大值。(3)轉(zhuǎn)矩保持轉(zhuǎn)矩(或定位轉(zhuǎn)矩)，是指繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值，或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。通常反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩為零，而若干類型的永磁式步進(jìn)電機(jī)具有一定的保持轉(zhuǎn)矩。靜轉(zhuǎn)矩是指不改變控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。它是繞組內(nèi)第31頁共47頁的電流及失調(diào)角(轉(zhuǎn)子偏離空載時的初始穩(wěn)定平衡位置的電度角度)的函數(shù)。當(dāng)繞組內(nèi)的電流值不變時，靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。對應(yīng)于某一失調(diào)角時，靜轉(zhuǎn)矩的值為最大，稱之為最大靜轉(zhuǎn)矩Tk，它的值取決于通電狀態(tài)及繞組內(nèi)電流的值。動轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩值，它與運(yùn)行頻率有關(guān)。(4)響應(yīng)頻率在某一個頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以任意運(yùn)行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。通常用啟動頻率QUOTE后作為衡量指標(biāo)。它是指在一定負(fù)載下直接起動而不丟步的極限頻率。(5)運(yùn)行頻率和矩頻特性運(yùn)行頻率是指頻率連續(xù)上升時，電動機(jī)能不失步運(yùn)行的極限頻率。它的值也與負(fù)載的大小有關(guān)。在相同負(fù)載情況下，連續(xù)頻率QUOTE的值高于響應(yīng)頻率或起動頻率QUOTE的值。運(yùn)行矩頻特性是指在負(fù)載慣量不變時，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，稱之為運(yùn)行矩頻特性。起動矩頻特性是指在給定的驅(qū)動條件下，負(fù)載慣量一定時，起動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為起動矩頻特性。它們之間的關(guān)系典型曲線如圖5.1所示，起動矩頻特性是牽入轉(zhuǎn)矩與頻率之間的關(guān)系曲線，運(yùn)行矩頻特性是失步轉(zhuǎn)矩與頻率之間的關(guān)系曲線。圖5.1起動矩頻特性與運(yùn)行矩頻特性曲線圖圖中當(dāng)工作在I區(qū)范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以直接停止和再起動，或者反向轉(zhuǎn)動，而不會失步。步進(jìn)電機(jī)在I區(qū)的工作動矩速度上所產(chǎn)生的最大力矩坐標(biāo)位于起動矩頻特性曲線上，起頻特性曲線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為最大靜力矩，與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為最大起動頻率。第32頁共47頁II區(qū)為單向工作區(qū)，在此區(qū)電機(jī)不能直接啟動，若電機(jī)不停止、起動和換向，在此區(qū)域內(nèi)工作，電機(jī)不會失步。為了在II區(qū)內(nèi)工作，電機(jī)必須首先在I區(qū)內(nèi)工作，然后利用控制加速度斜坡，轉(zhuǎn)變到lI區(qū)。若達(dá)到不失步停止時，也要在限制加速度的條件下，由II區(qū)轉(zhuǎn)移到I區(qū)，在減速時慣性反作用力矩為負(fù)，對電機(jī)有利。III區(qū)為失步區(qū)域，在任何情況下都是不允許的。(6)起動慣頻特性起動慣頻特性是指負(fù)載力矩一定時，起動頻率與負(fù)載慣量之間的關(guān)系稱為起動慣頻特性或牽入慣頻特性，如圖5.2所示。圖5.2慣性特性曲線上述各項(xiàng)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的綜合指標(biāo)，是生產(chǎn)廠家產(chǎn)品出廠時提供的。這些指標(biāo)是步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器選用和靜動態(tài)特性計(jì)算的重要依據(jù)。步進(jìn)電機(jī)的選取原則步進(jìn)電機(jī)在工作中要求能嚴(yán)格跟隨指令脈沖，不發(fā)生失頻、振蕩；能快速起動、停止、正反轉(zhuǎn)和高效運(yùn)轉(zhuǎn)；能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)且具有良好的動態(tài)特性。步進(jìn)電機(jī)在選用時首先必須保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，使電動機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定余量以保證運(yùn)行可靠，一般來說，最大靜轉(zhuǎn)矩QUOTE缸大的電動機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大，通常取QUOTE～T=0.2～0.5。此外在選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。因此，步進(jìn)電機(jī)的合理選擇是保證電機(jī)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。步進(jìn)電機(jī)的選取計(jì)算步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩和相電流三大要素組成。三大要素確定下來，步進(jìn)電機(jī)的型號就能確定下來了?？紤]到步進(jìn)電機(jī)的步距角要第33頁共47頁小，且有較高的起動和運(yùn)行頻率。初步選用型號為57BYGH203兩向混合式步進(jìn)電機(jī)，如圖所示57BYGH203型混合式步進(jìn)電機(jī)外形圖。如圖5.3所示：57BYGH203型混合式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是步距角較小，有較高的起動和運(yùn)行頻率，消耗功率小，有定位力矩，兼有永磁式和反應(yīng)式兩種步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。同時還具有良好的內(nèi)部阻尼特性，因而運(yùn)行平穩(wěn)，無明顯的低頻振蕩區(qū)，噪音小，可靠性高。既可用于組建穩(wěn)定、可靠的開環(huán)系統(tǒng)，也可用于組建閉環(huán)系統(tǒng)。其主要性能參數(shù)如表5．1所示：圖電5.3動機(jī)外形圖表5.157BYGH203型步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)表型號相數(shù)電壓

（V）額定電流

(A)電阻

(Ω)電感

(mH)靜轉(zhuǎn)矩

(Kg.cm)定位轉(zhuǎn)矩

（kg.cm）重量

(Kg)機(jī)身長

(mm)出軸長

(mm)接線圖57BYGH101454521a57BYGH10225.10.756.812.550.30.454521b57BYGH2014120.717.555521a57BYGH204.080.70.655521b第34頁共47頁57BYGH203455521a57BYGH20455521a57BYGH205890.70.655521b57BYGH206455521a57BYGH2074321.555521a57BYGH20855521b57BYGH20924.51.535.490.70.655521b57BYGH30143.031.01.8140.91.07621a57BYGH301.9140.91.07621a57BYGH3036.8140.91.07621a57BYGH3044140.91.07621a57BYGH30622.730.92.2150.91.07621b57BYGH30842.430.81.7140.91.07621a57BYGH40142.730.91.9201.11.59621a選擇電動機(jī)型號：57BYGH10225.10.756.812.550.30.454521b5.2.3電動機(jī)參數(shù)驗(yàn)證：1.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。最大載荷Fmax=1694N，絲杠導(dǎo)程Ph=6mm=0.006m，3級滾珠絲杠η=0.9，F(xiàn)p=Fmax/3=1694/3=564N2.驅(qū)動最大摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩3.最大動態(tài)摩擦力矩對于3級絲杠，ΔP=+40%或-40%支撐軸承所需的啟動轉(zhuǎn)矩查軸承表：對于Φ25的軸承，其T4=0.2N.m驅(qū)動滾珠絲杠福所需的轉(zhuǎn)矩6.電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩綜上所述電動機(jī)選擇根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，選擇電動機(jī)型號如表5.2表5.2滿足要求的電動機(jī)參數(shù)型號相數(shù)電壓

（V）額定電流

(A)電阻

(Ω)電感

(mH)靜轉(zhuǎn)矩

(Kg.cm)定位轉(zhuǎn)矩

（kg.cm）重量

(Kg)機(jī)身長

(mm)出軸長

(mm)接線圖57BYGH10225.10.756.812.550.30.454521b取滿足要求。第36頁共47頁6.聯(lián)軸器的選擇6.1選擇聯(lián)軸器的類型選擇一種合用的聯(lián)軸器類型可以考慮一下幾點(diǎn)：所需傳遞的扭矩大小和性質(zhì)以及緩沖振動功能的要求。聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起離心的大小。對于高速轉(zhuǎn)動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選擇存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。兩軸相對位移的大小和方向。在安裝調(diào)整過程中，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時，應(yīng)選用繞性連接器。聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需要潤滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能容易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境，含有橡膠等覅經(jīng)書元件的聯(lián)軸器對溫度.腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光燈比較銘感，而且容易老化。5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足使用性能的條件下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速剛性大的傳動軸。一般非金屬彈性元件聯(lián)軸器（例如彈性套件聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等），由于具有良好的綜合性能，廣泛運(yùn)用于一般小功率的傳動。6.2計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩由于機(jī)器啟動時的動載負(fù)荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca。計(jì)算轉(zhuǎn)矩按照下式計(jì)算；Tca=KAT式中，T稱為公稱轉(zhuǎn)矩，N.m;KA為工作系數(shù)。表14-1（《機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社》KA取值；KA=1.3Tca=1.3×5N·mm=6.5N·m6.3確定聯(lián)軸器的型號根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩以Tca及所選聯(lián)軸器為剛性套柱銷聯(lián)軸器，按照TcaQUOTE的條件由聯(lián)軸第37頁共47頁器標(biāo)準(zhǔn)中選擇該聯(lián)軸器的型號。上式中QUOTE為該型號聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。6.4校核最大轉(zhuǎn)速被連接軸的轉(zhuǎn)速n不應(yīng)超過所選聯(lián)軸器的最高轉(zhuǎn)速nmax,即nQUOTEnmax。6.5協(xié)調(diào)軸孔直徑多參數(shù)情況下，每一型號的聯(lián)軸器適用的軸的型號都有一個范圍。標(biāo)準(zhǔn)中或者給出軸直徑最大和最小值，或者適用直徑的尺寸系列，別連接的兩個軸的直徑應(yīng)當(dāng)再此范圍之內(nèi)。一般情況下被連接兩軸的直徑是不同的，兩個軸端的形狀也可能是不同的，如主動軸端是圓柱形，所連接的從動軸軸端是圓錐形。6.6規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度根據(jù)聯(lián)軸器允許的相位偏差，規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度，通常標(biāo)準(zhǔn)中只會給出單項(xiàng)位移偏差的允許值，如果有多項(xiàng)位移偏差的存在，則必須根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸大小計(jì)算出相互影響的關(guān)系，以此作為規(guī)定部件安裝精度的依據(jù)。6.7進(jìn)行必要的校核如果有必要，應(yīng)對聯(lián)軸器的主要承載零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。適用非金屬彈性元件的聯(lián)軸器時，還應(yīng)注意聯(lián)軸器所在部位的工作問溫度不要超過彈性元件材料允許的最高溫度。6.8聯(lián)軸器參數(shù)如下圖所示圖6.1和表6.1第39頁共47頁圖6.1GYS型凸緣聯(lián)軸器表6.1GYS型凸緣聯(lián)軸器參數(shù)（單位：毫米）從GB/T5843--2003中查到得GYS1剛性凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為25N·m，軸徑為12-19mm之間。第40頁共47頁7.進(jìn)給系統(tǒng)其他部件的確定7.1導(dǎo)軌的確定數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時不振動、低速進(jìn)給時不爬行等特性。目前數(shù)控機(jī)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(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)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(jī)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。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(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動回工作負(fù)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(jìn)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(diǎn),綜合考慮，磨床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用直線