數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 1 、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)概述 1.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置（直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)，電業(yè)脈沖馬達(dá)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、主軸刀架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速移動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)的差別，他能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律 所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 1.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類 數(shù)控私服進(jìn)

2、給系統(tǒng)按有無位置檢測(cè)和反饋進(jìn)行分類，有以下三種： (1) 開環(huán)伺服系統(tǒng) (2) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng) (3) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 1.3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 (1)精度要求 (2) 響應(yīng)速度 (3) 調(diào)速范圍 (4) 低速、大轉(zhuǎn)矩 2、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2. 1 傳動(dòng)方案擬定 數(shù)控機(jī)床按控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)，由于采用直流式交流 伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難，造 價(jià)也高。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中各種 誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響，一

3、般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于數(shù)控車床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。若 采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，精度較閉環(huán)控制的查，但是穩(wěn)定 性好，成本較低，調(diào)試維修較容易；但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說必要性不大。故在本次設(shè)計(jì)中，采用開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 確定設(shè)計(jì)任務(wù)后，初步擬定三種傳動(dòng)方案  即 1 電機(jī)直接與絲杠相 連； 2  電機(jī)通過同步帶的傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)；  3 電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲 杠轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)  : (1)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，

4、 故控制輸入步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)就能控制位移量； (2)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比， 與要控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； (3)停止送入脈沖時(shí)，只要維持繞組內(nèi)電流不變，電動(dòng)機(jī)軸可以保持在某個(gè) 固定位置上，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置； (4)變通電相序即可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向； (5)進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在齒間相鄰誤差，但是不會(huì)產(chǎn)生累積誤差； (6) 進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止迅速。滾珠絲杠副具有摩擦數(shù)小傳動(dòng)效率高，所需的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩小；靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；隨著精度和定位精度高，磨損小，壽命長，精度保持性好，可通過預(yù)緊間隙 消除

5、措施提高軸承剛度和反向精度，運(yùn)動(dòng)具有可性。 。 2. 2 降速比計(jì)算 2. 3 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算 2. 3. 1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 強(qiáng)度計(jì)算 3、動(dòng)力計(jì)算 3.1 傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 1 、傳動(dòng)比的計(jì)算 2、初步分配傳動(dòng)比 3、初步估計(jì)齒輪 4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 3.1.2 工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.1.3 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.1.4 負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.2 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 計(jì)算加速力矩 Ma 計(jì)算摩擦力矩 M f

6、 計(jì)算附加摩擦力矩 M 0 3.3 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的 傳動(dòng)剛度計(jì) 算 4、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 滾珠絲杠的支承 滾珠絲杠的主要 圖 5-1 偏心軸套調(diào)整法 載荷是軸向 載荷，徑向載荷主要是 臥式絲杠的 自重。因此對(duì)絲杠的軸 向精度和軸 向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿

7、進(jìn)行預(yù)拉 伸。因此在此設(shè)計(jì)中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為 60°角接觸軸承，在這兩種軸承中， 60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 4.2 滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，是數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動(dòng)裝置。 滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重接觸變形

8、，接觸剛度與接觸表面預(yù)緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較?。划?dāng)滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母不會(huì)立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動(dòng)精度。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。 滾珠絲杠螺母副采用偏心軸套式調(diào)整法達(dá)到消除齒輪間隙的目的 ,如圖 5- 1 所示： 1. 齒輪； 2. 偏心軸套； 3. 齒輪。 圖中 1 代表齒輪， 2 代表偏心軸套，電動(dòng)機(jī)通過偏心軸套 2 安裝在齒輪 箱上，偏心軸套可以在一定程度上消除因齒厚誤差和中心距誤

9、差引起的齒側(cè)間隙。 通過調(diào)整兩個(gè)螺母之間的軸向位置，使兩個(gè)螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個(gè)不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，以達(dá)到提高 軸向剛度的目的。調(diào)整預(yù)緊有多種方式，上圖所示的為墊片調(diào)整式，通過 改變墊片的厚薄來改變兩個(gè)螺母之間的軸向距離，實(shí)現(xiàn)軸向間隙消除和預(yù)緊。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、可靠性好。 5、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)分析 5.1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn) 如圖 5-2 所示，在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個(gè)圓 弧形槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)螺母旋 轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在螺旋滾道內(nèi)

10、滾動(dòng)，迫使二者發(fā)生軸向相對(duì)位移。為防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能返回 絲杠螺母之間構(gòu)成一個(gè)閉合回路。由于滾珠的存在，絲杠與螺母之間是滾動(dòng)摩擦，僅在滾珠之間存在滑動(dòng)摩擦。 圖 5-2 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有下列特點(diǎn)： （1）摩擦損失小、傳動(dòng)效率高； （2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無爬行； （3）軸向剛度高、反向定位精度高； （4）摩損小、壽命長、維護(hù)簡單； （5）傳動(dòng)具有可逆性、不能自鎖； （6）同步性好，用幾套相

11、同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或 裝置時(shí)，可獲得較好的同步性； （7）有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。 5.2 滾珠絲杠安裝方式特點(diǎn) 采用兩端固定的安裝方式，這種支承剛度最高，只要軸承無軸向間隙， 絲杠的拉壓剛度可提高四倍?？梢赃M(jìn)行預(yù)拉伸安裝，克服熱膨脹。當(dāng)溫升 超過預(yù)計(jì)的溫升時(shí)，不會(huì)像雙向游動(dòng)那樣產(chǎn)生軸向間隙，但實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸及 其調(diào)整方法 6 、設(shè)計(jì)體會(huì) 參考文獻(xiàn) 1. 簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)適用手冊(cè)胡家秀 主編 2. 數(shù)控車床 夏鳳芳 主編 3. 機(jī)械工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

12、 黃淑容 主編 4. 互換性與技術(shù)測(cè)量 屈波 主編 5. 機(jī)械零件手冊(cè) 周開勤 主編 出師表 兩漢：諸葛亮 先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。 宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。 侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是

13、以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。 將軍向?qū)櫍孕惺缇?，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。  “能 ”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中 親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之， 則漢室之隆，可計(jì)日而待也 。 臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)

14、世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。 先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，夙夜憂嘆，恐托付不效，以傷先帝之明；故五月渡瀘，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，當(dāng)獎(jiǎng)率三軍，北定中原，庶竭駑鈍，攘除奸兇，興復(fù)漢室，還于舊都。此臣所以報(bào)先帝而忠陛下之職分也。至于斟酌損益，進(jìn)盡忠言，則攸之、祎、允之任也。 愿陛下托臣以討賊興復(fù)之效，不效，則治臣之罪，以告先帝之靈。若無興德之言，則責(zé)攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自謀，以咨諏善道，察納雅言，深追先帝遺詔。臣不勝受恩感激。 今當(dāng)遠(yuǎn)離，臨表涕零，不知所言。