經(jīng)濟型中擋精度數(shù)控機床橫向進給設計

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黃河科技學院畢業(yè)設計（文獻翻譯） 第10 頁 單位代碼 0 2 學 號 080105655 分 類 號 TH6 密 級 秘密 畢業(yè)設計 文獻翻譯 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 金賀 指導教師 薛東彬 2012年 3 月 10 日  針對不同的數(shù)控機床一個基于互聯(lián)網(wǎng)的機床檢查計劃 Dong-ttoon Kim 情報和精密機械部門，韓國機械和材料研究所,大田305 - 343,韓國 Sun-Ho Kim 機電工程專業(yè)本科工程,東義大學，Busan 614 - 714釜山、韓國 Kwang-SIK KOH 電氣工程和計算機科學學院，慶北國立大學，大邱廣域市702-701，韓國 摘要 本文提出了一個基于互聯(lián)網(wǎng)的機床檢查與數(shù)字控制機床(CNC)技術。根據(jù)其體系結(jié)構的不同，數(shù)控機床分為兩種類型：一種是封閉式控制結(jié)構（CAC），它是傳統(tǒng)的數(shù)控機床；一種是開放式控制結(jié)構（OAC），這是最近推出的PC-based控制器。由于CAC有一個封閉的架構，所以它依賴于數(shù)控機床供應商制定的規(guī)格。而因為這一點，它的應用程序很難在數(shù)控領域為用戶所實現(xiàn)。近日，傳統(tǒng)的數(shù)控機床已被基于PC的開放式數(shù)控機床所取代。然而，現(xiàn)在還有很多傳統(tǒng)的數(shù)控機床在OAC配備不足的車間工作。對于CAC和OAC數(shù)控機床基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查，一個合適的系統(tǒng)環(huán)境是必要的。通過這項研究，對包括CAC和OAC在內(nèi)的各種CNC在專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)進行全球化管理，對各種CNC基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查設計一個合適的環(huán)境，并對CAC和OAC檢查方法作比較。這項研究成果可作為一個數(shù)控機床集成制造系統(tǒng)的全球監(jiān)測和遠程控制的基本模型。在本研究中定義的檢查點分為兩類：結(jié)構性點和操作點。前者包括軸承的振動，主軸單元的溫度，和其他期刊管理點，而后者則包括油檢查，夾具鎖/開鎖，加工開/關狀態(tài)。 關鍵詞：基于Internet的檢查方法，變式數(shù)控，CAC，0AC 1導言 電腦和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，導致一個基于Internet的數(shù)控機床的控制和監(jiān)測的全球化管理在專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)的需求不斷增加。在過去，利用可編程邏輯控制器（PLC）的接觸點，監(jiān)測做為數(shù)控機床和制造系統(tǒng)外圍設備的I / O信號。 但是，這個程序已經(jīng)被限制到CNC內(nèi)部信息的監(jiān)測。它很難執(zhí)行用戶在數(shù)控領域定義的程序，這個程序包括檢查有關CNC的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，外圍設備和其他外部單位（Rober and Shin, 1995；Lee et.al.,2004）。而所需的用戶自定義程序是數(shù)控機床監(jiān)測與遠程站點的通信應用程序模塊。近日，基于PC的開放式結(jié)構數(shù)控機床取代了傳統(tǒng)的數(shù)控機床，從而提供了一個方便的環(huán)境來實現(xiàn)用戶定義的用于遠程監(jiān)視和控制的數(shù)控程序（Rober and Shin, 1995；Kwon et.al.,2000；Hong et.al.,2003）。然而，很多傳統(tǒng)的數(shù)控機床在OAC配備不足的車間工作。為了做到對這種變式數(shù)控機床遠程檢查，應對每個CAC和OAC構建合適的環(huán)境。 現(xiàn)在，我們簡要的概述下相關的研究。關于機床的開放式數(shù)控制造系統(tǒng)管理的研究，已經(jīng)快速的實現(xiàn)了在柔性制造系統(tǒng)和自動配置（Wright，1995）和動態(tài)重新配置（Oldknow and Yellowley，2001）的研究。一個開關函數(shù)發(fā)生器的研究解決了在開放式結(jié)構機床的維修機制（Kim et al.，2002）。 機床的遠程控制和監(jiān)測客戶端 - 服務器環(huán)境也一直被研究（Oldknow and Yellowley，2003）。這種關于遠程服務的代表性例子是由CNC供應商開發(fā)的工廠窗口和遠程系統(tǒng)（Kim et al.，2000;Kang and Kang，1999）。然而，這些系統(tǒng)的特點是當?shù)氐挠颦h(huán)境提高基本的技術支持。此外，這些研究還包括基于互聯(lián)網(wǎng)的機床管理，CNC故障診斷的實現(xiàn)和基本的遠程服務（Kim et al.，2003）。在柔性制造系統(tǒng)中基于Web的監(jiān)控也進行了研究（Jung et al.，2001）。此外，還研究了維護數(shù)控機床的公共交換電信電話網(wǎng)（PSTN）和數(shù)字I / O模塊（Hyun et al.，1998）。 然而，這些研究都集中在CAC機除外的OAC機上，而研究的大多數(shù)的服務功能是通過電話線或外部網(wǎng)絡（如Internet）傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)。盡管是基于互聯(lián)的應用程序，仍要安裝一個開發(fā)商依賴的特殊的客戶端，因為大多數(shù)情況下是基于客戶-服務器的配置。在某些特殊情況下，一個額外的內(nèi)核是必需的。此外，優(yōu)越的數(shù)控廠商，如西門子的第三方支持通過互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡服務。然而，在這情況下，非常困難的是服務的功能往往不適合車間修改功能。在國內(nèi)，甚至有部分數(shù)控廠商無法服務一般商用的基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查服務，如通過lnternet的監(jiān)測。出現(xiàn)這種情況是因為大部分的運營商和數(shù)控廠商都集中在國內(nèi)數(shù)控市場的穩(wěn)定性和原創(chuàng)能力上面。也就是說，大部分的數(shù)控廠商都害怕數(shù)控機床因過載而崩潰或因故障造成額外軟件安裝或升級，所以他們支持遠程服務功能?？傊?，雖然對OAC有一些研究，但是少有滿意的設計，而對CAC的研究更是非常缺乏。尤其是，基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查與CAC和OAC的變種數(shù)控機床沒有得到充分的研究報告，由于不便開發(fā)環(huán)境和較差的軟件可移植性。 本文調(diào)查申請的方法是基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查技術，對OAC和CAC兩個變式數(shù)控機床進行比較。通過這項研究建議通過基于Internet檢查變式數(shù)控機床的有效計劃。首先，遠程檢查和控制與CAC的機床和零部件相關的數(shù)字信號，通過使用I / O的嵌入式模塊介紹網(wǎng)頁；其次，本文認為模擬和數(shù)字遠程檢查OAC的機器通過實施相關的信號用戶定義的應用程序能夠接口與外部服務器的數(shù)控域，并通過數(shù)據(jù)采集單元（DAU），能夠獲得與連接的數(shù)據(jù)機及周邊設備的聯(lián)系點。 CAC有一個封閉的架構，它是依賴數(shù)控協(xié)力廠商規(guī)范。由于這一點，就已經(jīng)很困難，為用戶實施在數(shù)控應用程序。因此，一個特殊的，額外的模塊需要基于互聯(lián)網(wǎng)的應用程序（塞納科技，2002年）。對于這一點，一個網(wǎng)絡的I / O嵌入式模塊適用于本研究基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查。模塊直接連接到TCP/ IP網(wǎng)絡與遠程通信網(wǎng)站。為了獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)控機床，模塊的I / O信號在數(shù)控被分配到PLC的I / O信號。另一方面，OAC有一個基于PC的開放式架構，運作獨立于數(shù)控供應商的規(guī)范并沒有額外的模塊是必要的，用于連接遠程站點。正因為如此，一個簡單的DAU，這是不直接連接到OAC的主要電路板，而不是直接影響到數(shù)控穩(wěn)定，用于信號傳感和數(shù)據(jù)通過RS232/422行收購無需額外通信設備模塊。基于Internet的遠程機器檢查與OAC，用戶定義的守護進程的工具通信和應用程序Web服務的形式實現(xiàn)OAC和內(nèi)部功能內(nèi)外部服務器?；ヂ?lián)網(wǎng)通信之間進行數(shù)控領域的守護程序外部服務器和網(wǎng)絡腳本程序。 2基于Internet檢查OAC的方法 在OAC的情況，不需要網(wǎng)絡支持附加設備模塊，OAC有一個方便的結(jié)構，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡應用程序。檢查和獲得機床I / O信號的數(shù)據(jù)，只需要信號處理板或外部的DAU數(shù)據(jù)采集。由于大多數(shù)OAC是基于單板計算機上的DAU一個緊湊的結(jié)構，比板型（Advantech，2002）更有效可以簡單地連接I / O信號。試圖通過監(jiān)測加工狀態(tài)，應用程序通過DAU零部件溫度和振動的檢查方法，可以通知檢查時間和零部件的更換時間。通過這個應用，數(shù)控機床及周邊設備的模擬和數(shù)字接觸點監(jiān)測使用的DAU。在實驗中，使用外部的I / O的DAU模塊，以減少硬件設備的大小，并盡量減少負荷。基于Internet的檢查OAC機床配置使用的DAU如圖1RS485通訊內(nèi)部通過RS232/485轉(zhuǎn)換規(guī)范。0V至1.5V的范圍內(nèi)分配一個采樣周期為每秒10次，以獲取模擬傳輸值。為獲取軸承的振動和主軸溫度的實驗，傳輸?shù)哪M值在OAC和DAU之間的通信協(xié)議實時監(jiān)控，如圖2所示Subsequently，也進行檢查開/關狀態(tài)的石油和鉗的基本實驗，如圖3所示功能的應用程序代碼，實現(xiàn)在OAC數(shù)控域的內(nèi)部功能。 基于Internet的檢查應用，通訊發(fā)達的守護程序在數(shù)控領域?qū)嵤谕獠糠掌饔蒞eb服務的Web scr.ipt方案實施，使用vbscrip，JavaScript和活動服務器頁面（ASP），如圖4守護程序之間的網(wǎng)絡通信可以在數(shù)控域和外部Web腳本程序。因此，多個客戶端可以監(jiān)控檢查的數(shù)據(jù)和機器的狀態(tài)，通過收購數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)傳輸從外部數(shù)據(jù)庫的OAC。數(shù)控通信服務程序采用標準的開放式數(shù)據(jù)庫連接（ODBC）和數(shù)據(jù)處理，利用結(jié)構化查詢語言（SQL）查詢。通過這個過程，檢查數(shù)據(jù)傳輸相關的表中的信息構建在數(shù)據(jù)庫表中。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的遠程檢查，實現(xiàn)了通過設計的應用程序，如圖5所示結(jié)果表明，這種檢查方法是有利的，在其方便的開發(fā)環(huán)境在軟件方面，可以很容易地實現(xiàn)用戶定義的應用程序。 圖1基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查OAC的機器配置使用的DAU 圖2通信協(xié)議之間的OAC的DAU模 圖3模擬輸入（0-1.5V的范圍）的收購和數(shù)字輸入（8位直接投資） 圖4 OAC和應用程序之間的接口網(wǎng)站SEVER 圖5 檢查OAC的機器所使用的DAU和應用程序  3基于Internet的檢查計劃和變式數(shù)控機床的例子 基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查的計劃變型數(shù)控機床的建議圖6CAC機區(qū)旨在檢查通過下載腳本代碼的數(shù)字數(shù)據(jù)和嵌入式設備服務器的I / O接口機制。在OAC機區(qū)檢查所使用的DAU和應用程序，如數(shù)據(jù)采集模塊，通信守護進程模塊，和一個web腳本模塊的模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的變種數(shù)控機床的遠程檢查，通過擬議的計劃表見圖7 在CAC的機床的情況下，一個Java applet被編碼和下載，以檢查機床的I / O數(shù)據(jù)和通過網(wǎng)絡瀏覽器向客戶提供檢查結(jié)果。在I / O地址的Java applet代碼和真正的I / O點的機床之間分配，監(jiān)視和控制遠程站點。展示的內(nèi)容是對監(jiān)測結(jié)果 I / O的接觸點與當前加工/關狀態(tài)。 CAC的機床運作周期的啟動按鈕正在網(wǎng)頁瀏覽器上。 在OAC機床的情況下，收購的DAU監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到在遠程站點，外部服務器和通信守護進程服務。它通過網(wǎng)絡瀏覽器激活油傳感器，主軸溫度是0.0007（這是從0至1.5 V范圍內(nèi)的模擬值）。 結(jié)果表明，在前一種情況下，CAC是有利的，它可以很容易地利用網(wǎng)絡功能的嵌入式設備，在硬件實現(xiàn)基于lnternet的檢查系統(tǒng)。然而，用戶定義的應用程序和下載數(shù)據(jù)的最大尺寸被限制在512字節(jié)；后者的情況下，在其方便的開發(fā)環(huán)境，可以方便地實現(xiàn)在數(shù)控領域的許多不同的應用程序，無需額外設備的優(yōu)點。然而，用戶定義的應用程序編程工作需要比在前者的情況下實施通信和網(wǎng)絡服務。 圖6基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查環(huán)境變異數(shù)控機床 圖7 例如基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程檢查變種數(shù)控機床  4結(jié)論 本文提出了一種新的研究基于Internet檢查傳統(tǒng)的CAC和最近推廣的OAC兩種變式數(shù)控機床。為了實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)高效的檢查CAC機，，使用信號檢測方法，通過網(wǎng)絡I / O嵌入式設備模塊，可以支持互聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境，因為在CAC的環(huán)境執(zhí)行用戶定義的應用程序，是依賴于數(shù)控廠商規(guī)范了的數(shù)控領域。 為了實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)檢查OAC機床，數(shù)字和模擬信號的檢查方法，它不需要額外的網(wǎng)絡I / O的互聯(lián)網(wǎng)應用的嵌入式設備，有人建議，因為數(shù)控域執(zhí)行用戶定義的應用程序很容易因方便OAC的環(huán)境。這種方法只需利用的DAU取得的I / O硬件方面的數(shù)據(jù)和采集到的數(shù)據(jù)傳送到外部服務器通過在遠程站點上的網(wǎng)頁瀏覽器的遠程檢查。 隨后，對CAC和OAC機的檢查方法進行了比較。通過這項研究，為數(shù)控機床與數(shù)控變種的CAC和OAC在制造系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)的變型數(shù)控機床的檢查，被設計為一體的綜合經(jīng)營的一個合適的環(huán)境，如建筑的全球管理。這項研究的結(jié)果可能是一個全球監(jiān)測和遠程控制在變種數(shù)控機床集成制造系統(tǒng)的基本模型。 在今后的工作中應解決以下問題：首先，研究人員應該調(diào)查優(yōu)越的遠程檢查環(huán)境的設計和實現(xiàn)，可以在嵌入式設備利用足夠的上下載的代碼；其次，還需要進一步研究，可以更簡單地對集成和經(jīng)營變式數(shù)控機床的標準化和優(yōu)化應用程序進行開發(fā)。 感謝 感謝工業(yè)改造技術項目（商務部，工業(yè)和能源）提供的財政支持。 畢業(yè)論文任務書 課題： 經(jīng)濟型數(shù)控機床橫向進給系統(tǒng)設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 李 浩 班 級 B材機002 學 號 B0012218 指 導 教 師 沙 愛 民 教 研 室 主 任 徐 文 寬 系 主 任 葛 友 華 發(fā) 放 日 期 2004.1 一、設計（論文）內(nèi)容 本數(shù)控車床為經(jīng)濟型中檔精度機床，橫向進給運動要求用伺服電機通過柔性聯(lián)結(jié) 帶動滾珠絲杠螺母副實現(xiàn)，設計精度須達原始數(shù)據(jù)，絲杠要有安全防護罩。 二、設計（論文）依據(jù) 1、床身上最大回轉(zhuǎn)直徑φ400 mm； 2、快移速度 X軸4/min； 3、定位精度 X軸 0.035mm； 4、重復定位精度 X軸 0.0075mm，刀架0.010mm。 三、技術要求 1、橫向進給運動設計時，電機和絲杠聯(lián)結(jié)采用柔性結(jié)構； 2、須對電機大小選擇進行驗證； 3、對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇，進行強度、剛度校核； 四.畢業(yè)設計（論文）物化成果的具體內(nèi)容及要求 (具體內(nèi)容參照機械工程系畢業(yè)設計<論文>大綱及實施細則的有關要求填寫) 設計說明書的字數(shù)絲不少于一萬字，內(nèi)容包括總體方案，有關設計依據(jù)及數(shù)據(jù)選 擇計算及必要的校核計算等。 完成的圖紙有： 1、經(jīng)濟型數(shù)控車床總體圖 A3 1張 2、橫向進給系統(tǒng)裝配圖 A0 1張 3、床鞍零件圖 A0 1張 4、橫滑板零件圖 A1 1張 5、 電機支架零件圖 A1 1張 6、橫向滾珠絲杠副零件圖 A3 1張 7、其他零件圖 A3～A4 3～5張 繪圖總量大于3A0，全部計算機繪圖。 3、其它要求 五. 畢業(yè)設計（論文）進度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 04.2.16-04.2.28 在實習單位和現(xiàn)場搜集設計課題的第一手資料 要有現(xiàn)場記錄和草圖 04.3.01-04.3.02 整理畢業(yè)實習資料，交實習報告一份 04.3.03-04.3.25 完成設計方案的論證及結(jié)構設計的算書草稿和草圖 交指導教師初審 04.3.26-04.4.26 在計算機中繪制所有工程圖樣 總裝圖、部裝圖須附草圖 04.4.27-04.4.30 自查和交指導教師審查 04.5.03-04.5.10 修改圖樣 04.5.11-04.5.20 整理計算書，并全部用計算機打印 04.5.21-04.5.25 審查計算書內(nèi)容及格式 交指導老師審查 04.5.26-04.5.31 修改計算書，并交全套畢業(yè)設計資料 04.6.01-04.6.07 準備答辯、參加答辯 六. 主要參考文獻： 1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 2 范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7。 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 李 洪.實用機床設計手冊. 沈陽：遼寧科學技術出版社 1999.1 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機床設計. 東北工學院出版社 1989.10 6 成大先.機械設計手冊--單行本潤滑與密封. 北京化工出版社 2004 1 7 黃祖德. 機械設計. 北京理工大學出版社 1992.6 8 吳宗澤. 機械設計禁忌500例. 北京機械出版社 1996 9 黃鶴訂. 國家機械工業(yè)局--中國機電產(chǎn)品目錄第10冊. 北京機械出版社 2000 10 滾珠絲杠. 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 11 同步帶輪.慈溪恒力同步帶輪有限公司。 12 電機手冊 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 七、其他 5 畢業(yè)論文任務書 課題： 經(jīng)濟型數(shù)控機床橫向進給設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 李 浩 班 級 B材機002 學 號 B0012218 指 導 教 師 沙 愛 民 教 研 室 主 任 徐 文 寬 系 主 任 葛 友 華 發(fā) 放 日 期 2004.1 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 經(jīng)濟型中擋精度數(shù)控機床橫向進給設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 李 浩 班 級 B材機002 學 號 B0012218 指導教師 沙 愛 民 完成日期 二00四年五月二十日 畢業(yè)設計開題報告 課題： 經(jīng)濟型數(shù)控機床橫向進給系統(tǒng)設計 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 學生姓名 李 浩 班 級 材機002 學 號 B0012218 指導教師 沙 愛 民 完成日期 2004-4-25 課題名稱：經(jīng)濟型數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng)設計 課題類型： √工程設計型 □ 工程技術研究型 □ 軟件開發(fā) □理論研究 （請在對應類型前面打√） 一、課題簡介（課題含義、課題來源、需要解決的問題、已知條件）： 本課題是中檔數(shù)控車床進行縱向進給系統(tǒng)以及潤滑系統(tǒng)設計?？v向進給要求用伺服電機通過柔性聯(lián)接帶動滾珠絲杠螺母副實現(xiàn)，設計精度須達原始數(shù)據(jù)，絲杠要有安全防護罩。 課題來源于市場的需要，隨著社會發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，原始的車床已無法滿足市場的需要。故產(chǎn)生了本課題。 課題要求：橫向進給系統(tǒng)設計時電機與絲杠采用柔性結(jié)構，電動機選伺服電機對電機的大小選擇進行驗證。對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇，進行強度校核 已知條件： 1. 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑400mm 2. 快移速度 X軸4/min； 3. 定位精度 X軸 0.035mm； 4. 重復定位精度 X軸 0.0075mm，刀架0.010mm。 二、本課題國內(nèi)外發(fā)展概況： 數(shù)控技術從二十世紀五十年代開始發(fā)展至今，數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計算機和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)有多種類型。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)主要包括數(shù)控裝置、坐標軸驅(qū)動(或伺服)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、刀架及輔助功能的強電控制與驅(qū)動系統(tǒng)、接口等。 　　經(jīng)濟型數(shù)控裝置有步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機驅(qū)動的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點位式經(jīng)濟型數(shù)控裝置三種。對于數(shù)控車床改造一般選用步電機驅(qū)動開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時主要考慮以下性能：CPU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動軸數(shù)、設定單位、插補類型、編程尺寸及編程標準，G、M、S、T、F功能、刀補功能、間隙補償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對編程、增量編程、程序輸入方式以及報警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應的性能。 　　步進電機驅(qū)動單元的性能參數(shù)：步進電機性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機的接線型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時間，起動矩頻特性、起動慣頻特性、運行矩頻特性。驅(qū)動電路的型式：高低壓驅(qū)動電路、斬波驅(qū)動電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電路、細分驅(qū)動電路、電流檢測型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。 　　刀架控制與驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動刀架，或轉(zhuǎn)塔六位刀架。定位精度及重復定位精度，換刀時間、刀具選擇時刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構型式等性能參數(shù)。 　　強電接口及弱電接口、主要根據(jù)工作需要選擇。如工件自動夾緊。加工螺紋時，主軸的脈沖編碼器與數(shù)控裝置的接線。程序輸入接口等。 　　國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的類型有：BCK2—001，BKC2—005，GWK—1A／Ⅱ/Ⅲ,JWK—20T，BKC2—8A，GSK—928，2385—1T等系列產(chǎn)品。廣泛應在數(shù)控改裝及老產(chǎn)品改型車床中。在選擇時，除性能參數(shù)外，還要考慮其外型，安裝形式等因素。結(jié)合設計計算選擇合適的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。 ，如北京機床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，民明機床古物 THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數(shù)控技術進入新的發(fā)展時期，預計在不遠的將來一定會趕上甚至超過世界先進水平。 三、完成本課題的總體設計思路（本課題的技術路線簡介、總體方案論證、對本課題完成情況的預計） 設計思路： 1、 進行方案論證： a、橫向進給選用滾珠絲杠副結(jié)構 b、進給系統(tǒng)采用伺服電機 2、根據(jù)滾珠絲杠副所受的力計算確定絲杠副的型號 3、 伺服電機的型號進行選擇 4、 繪制草圖并交老師檢查 5、 繪制零件圖草圖 6、 計算機繪圖 對本課題完成情況的預計： 在四月份完成草圖設計繪圖，并在計算機里進行畫圖，在五月份完成所有繪圖并整理編寫說明書 四、課題進度安排 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 04.2.16-04.2.28 在實習單位和現(xiàn)場搜集設計課題的第一手資料 要有現(xiàn)場記錄和草圖 04.3.01-04.3.02 整理畢業(yè)實習資料，交實習報告一份 04.3.03-04.3.25 完成設計方案的論證及結(jié)構設計的計 交指導教師初審 算書草稿和草圖 04.3.26-04.4.26 在計算機中繪制所有工程圖樣 部裝圖須附草圖 04.4.27-04.4.30 自查和交指導教師審查 04.5.03-04.5.10 修改圖樣 04.5.11-04.5.20 整理計算書，并全部用計算機打印 04.5.21-04.5.25 審查計算書內(nèi)容及格式 04.526-04.5.31 修改計算書，并交全套畢業(yè)設計資料 04.6.01-04.6.11 準備答辯、參加答辯 指導導師意見: 指導教師（簽名） 2004年 月 日 教研室意見： 教研室主任（簽字） 2004年 月 日 系部意見： 部門（公章） 系主任（簽名） 2004年 月 日 參考文獻 1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 2 范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 李 洪.實用機床設計手冊. 沈陽：遼寧科學技術出版社 1999.1 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機床設計. 東北工學院出版社 1989.10 6 成大先.機械設計手冊--單行本潤滑與密封. 北京化工出版社 2004 1 7 黃祖德. 機械設計. 北京理工大學出版社 1992.6 8 吳宗澤. 機械設計禁忌500例. 北京機械出版社 1996 9 黃鶴訂. 國家機械工業(yè)局--中國機電產(chǎn)品目錄第10冊. 北京機械出版社 2000.7 10 滾珠絲杠. 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 11 同步帶輪. 慈溪恒力同步帶輪有限公司 12 電機手冊 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 6 摘要 此設計是經(jīng)濟型中檔精度數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng) 。面對我國目前機床數(shù)量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點，突出的任務是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的面貌。而數(shù)控車床（及其系統(tǒng)）已經(jīng)成為現(xiàn)代機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。所以，實現(xiàn)這一任務的有效的、基本的途徑就是普及應用經(jīng)濟型數(shù)控機床。 進給系統(tǒng)是由伺服電機經(jīng)滾珠絲杠拖動工作臺來完成的所以設計涉及伺服電機的選擇，滾珠絲杠設計等。目前絕大部分的機床的橫向進給均是采用滾珠絲杠來傳遞運動的，傳動的精確性主要取決于絲杠支承形式，絲杠與伺服電機的聯(lián)接方式。在設計中充分考慮到這兩個問題，并且，設計精度須達原始數(shù)據(jù)。 關鍵詞：滾珠絲杠 伺服電機 橫向進給 Abstract This design is the feeding operation of numerical control lathe with economic type of intermediate precision In view to the quantity of machine tools in our country is not enough and the scale of industrial production is little at present, the outstanding task is to change our mechanical industrial appearance with less fund in short order. And the numerical control lathe and its system have become an important part in modern manufacturing industry. So, to realize this task, the effective and the basic channel is to use this economic type of numerical control lathe widely. Feeding system goes normally with the ball screw which is droved by servo-motor dragging the workbench up and down. So, this design includes the option of servo motor, the design of ball screw and so on.Now, the landscape orientation feeding of most machine tools is offered by ball screw. The accuracy of the transmission depends on mainly the form of the screw supports and the way of how screw and servo-motor to be joined. Besides the precision of the design needs Bases the primal data. Consider these two questions in the design sufficient. Keyword: holler-type thread Servo motor landscape orientation 目 錄 0引言…………………………………………………………………………… 1 1 國內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹………………………………………………… 2 2 總體方案論證 ………………………………………………………………… 4 2.1選擇傳動系統(tǒng)…………………………………………………………… 4 2.2選擇傳動裝置…………………………………………………………… 5 3具體設計說明……………………………………………………………………6 3.1橫向進給滾珠絲杠副的設計選擇…………………………………………… 6 3.1.1確定滾珠絲杠的支承方式………………………………………………… 6 3.1.2滾珠絲杠副額定載荷…………………………………………… 7 3.1.3 滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定…………………………………………… 8 3.1.4滾珠絲杠與伺服電動機的聯(lián)接……………………………………… 12 3.2伺服電機型號選擇…………………………………………………………… 15 3.2.1進給電機功率的確定……………………………………………………… 15 3.2.2伺服電機型號……………………………………………………………… 15 3.2.3同步帶輪的選擇……………………………………………………………15 4 結(jié)論……………………………………………………………………………… 17 5 參考文獻………………………………………………………………………… 18 6 設計工作小節(jié)………………………………………………………………… 19 7附件清單………………………………………………………………………… 20 鹽城工學院 本科 畢業(yè)設計說明書 2004 0、緒論 本設計課題為：經(jīng)濟型數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng)設計 。因為我們沒有精良的加工工具或者是自動化系數(shù)等各方面遠遠的不及西歐等國家。所以我國的機械制造業(yè)與他們的有著很大的差距的原因，。制造業(yè)是關系到國際民生的大事，是富民強國的必要因素，我國要有更好的發(fā)展，必須形成我們自己富有特色的現(xiàn)代化制造體系。 隨著時代的發(fā)展，科技的日新月異，數(shù)控技術的應用范圍日益擴大，數(shù)控機床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。面對我國目前機床擁有量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點，突出的任務是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動強度，提高經(jīng)濟效益。 “橫向進給系統(tǒng)”“主傳動系統(tǒng)”和“縱向進給系統(tǒng)”被稱為車床的三大核心系統(tǒng)，其重要地位是不言而喻了。三大系統(tǒng)的精確性、準確性、必將影響加工產(chǎn)品的性能。而實現(xiàn)這一任務的有效的、基本的途徑就是普及應用經(jīng)濟型數(shù)控機床，并對原有的機床進行數(shù)控改造。而這就是我們課題的目的。 前提條件：1.床身上最大回轉(zhuǎn)直徑?400mm 2.快移速度x軸4m/min 3.定位精度 x 軸0.035mm 4.重復定位精度x軸0.0075mm，刀架 0.010mm 設計要求：設計課題要求：橫向進給運動設計時，電機與絲杠采用柔性結(jié)構，電機選用伺服電機，對電機的大小選擇進行驗證，及對滾珠絲杠直徑和支承形式選擇進行強度較核，設計精度達原始數(shù)據(jù)。 本課題所設計的進給系統(tǒng)是針對經(jīng)濟型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設計成功一旦應用到生產(chǎn)實踐中， 將使工廠的生產(chǎn)的數(shù)字化水平加強，生產(chǎn)力水平顯著提高 ，勞動強度減輕，經(jīng)濟效益得到提高。 根據(jù)自己三個多月來的設計過程，編寫了這本《設計說明書》， 其中，書中肯定存在著相當?shù)囊恍﹩栴}，期望領導、老師給予批評，指正。 1、國內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 從上世紀五十年代數(shù)控技術開始發(fā)展到1965年， 數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計算機和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。世界主要工業(yè)國家的數(shù)控機床己進入了指生產(chǎn)階段。數(shù)控機床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。 我國從1958看開始研究數(shù)控機械加工技術，60年代針對壁錐，非圓齒輪等復雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機等設備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對航空工業(yè)等加工復雜形狀零件的急需，從1973年以來組織了數(shù)控機床攻關會戰(zhàn)，經(jīng)過三年努力，到1975年己研制出了40多個品種300多臺數(shù)控機床。經(jīng)過30年的努力，我國數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從1975年到1979年，7年內(nèi)累計生產(chǎn)數(shù)控機床4108臺（其中約3/4以上的數(shù)控線切割機床）。進入80年代，我國重新重視發(fā) 展數(shù)控技術，采取了暫從國外引進控制機和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，為國內(nèi)主機配套的方針。1981年，我國從日本FANVC公司引進了FANVC3系列、5系列、7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機，直流主軸電機 技術，并在北京機床研究所建立了數(shù)控設備廠。于1981年底開始驗收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電機與主軸電機也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機床有了可靠的基礎，使我國的主機品種與技術水平都有圈套的發(fā)展與提高?！〗?jīng)濟型數(shù)控裝置有步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機驅(qū)動的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點位式經(jīng)濟型數(shù)控裝置三種。對于數(shù)控車床改造一般選用步電機驅(qū)動開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時主要考慮以下性能：CPU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動軸數(shù)、設定單位、插補類型、編程尺寸及編程標準，G、M、S、T、F功能、刀補功能、間隙補償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對編程、增量編程、程序輸入方式以及報警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應的性能。 　　步進電機驅(qū)動單元的性能參數(shù)：步進電機性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機的接線型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時間，起動矩頻特性、起動慣頻特性、運行矩頻特性。驅(qū)動電路的型式：高低壓驅(qū)動電路、斬波驅(qū)動電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電路、細分驅(qū)動電路、電流檢測型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。 　　刀架控制與驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動刀架，或轉(zhuǎn)塔六位刀架。定位精度及重復定位精度，換刀時間、刀具選擇時刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構型式等性能參數(shù)。我國己有少數(shù)產(chǎn)品開始進入國際市場，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機床返銷國外。目前，我國除了能獨立地設計與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機床外，還能生產(chǎn)五坐標數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，民明機床古物 THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數(shù)控技術進入新的發(fā)展時期，預計在不遠的將來會趕上或超過世界先進國家水平。 2．總體方案論證 2．1選擇動力系統(tǒng) 經(jīng)濟型的數(shù)控機床動力系統(tǒng)可分為三類 1． 步進電機式 采用步進電機驅(qū)動與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，同時限于造價，不再采用其它措施補償位置誤差。由于目前功率步進電機力矩還不太大，所以機床的空選種速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有2-3種插補功能，通過軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡單外形的曲面等十分靈活。由于性價比較恰當，一般中小型企業(yè)在技術力量和財力上都比較容易實現(xiàn)，因此在全國較容易推廣，普及。 2． 交流點位式 采用交流電機變頻驅(qū)動，用光柵數(shù)字點位控制，與步進電機相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達0.001mm，重復定位精度為0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機驅(qū)動，功率大，可進行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋功能上有限，而且成本高，使性能價格比相對下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠使用，國內(nèi)用的很少。 3．半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機驅(qū)動，以脈沖編碼器檢測位置，實現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機驅(qū)動，扭矩大，速度高，過載能力強，可進行強力切削。當絲杠螺在6mm左右時，快速可達8～9m/min，且不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強電計大大簡化。 以上三種驅(qū)動方式而言，各有利弊。經(jīng)過比較選擇直流伺服電機驅(qū)動因為速度高，過載能力強，且擁有可編程序控制器，易學易用，在機床伺服控制系統(tǒng)中，步進電機人微言輕執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價格低，且適合于開環(huán)控制等特點，因此在簡易數(shù)控機床中得到廣泛的應用。但由于步進電機步距角、功率較小，存在振蕩等弱點的限制，在高精大功率應用場合并不很合適，故考慮采用伺服電機控制。 2.2選擇傳動裝置 數(shù)控機床半閉環(huán)進給系統(tǒng)中伺服電動機經(jīng)齒輪副（或同步齒形帶副），滾珠 絲杠拖動工作臺。反饋裝置與電動機相聯(lián)，發(fā)出反饋信號（亦可把反饋裝置裝在絲杠的端部）；伺服電機可直接與絲杠聯(lián)接 數(shù)控機床的傳動裝置是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈及其附屬結(jié)構。包括齒輪減速機，絲杠螺母副，導軌、工作臺等。在數(shù)控機床數(shù)字調(diào)節(jié)技術儀式，傳動裝置是伺服系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機床的傳動裝置與普通機床中傳動裝置上有重要差別，故它的設計與通機床傳動裝置的設計不同。數(shù)控機床傳動裝置的設計要求除了有較高的定位精度外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設計機械傳動裝置時，通常提出了無間隙，低磨擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率心臟有適應阻尼比的要求。 設計任務要完成的設計是橫向進給系統(tǒng)的設計，一般來說此種系統(tǒng)的傳動裝置采用螺旋傳動。 螺旋傳動主要用來把旋轉(zhuǎn)傳動變?yōu)橹本€運動，或把直線傳動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運動為主，并要求有較高的傳動精度的傳動螺旋，還有調(diào)節(jié)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動機構又有滑動絲杠螺母，滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機構之別。 在經(jīng)濟型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中，螺旋傳動主要來實現(xiàn)精密的進給運動，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動機構。 選用滾珠絲杠副傳動機構，因為此種機構有如下特點： 1. 傳動效率高，磨擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率為η：0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了3～4倍（滑動絲杠效率為0.2 ～0.4）,因此，功率消耗只相當于常規(guī)絲杠副的1/4 ～1/3。 2. 給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。 3. 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線傳動，也可以從直線傳動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。 4. 磨損小，使用壽命長，精度保持性好。 3 、具體設計說明 3．1橫向進給滾珠絲杠副的設計選擇： 在一般情況下，設計滾珠絲杠時，必須知道下列條件：最大工作負載 Fmax（或平均工作負載Fm）作用下的使用壽命T，絲杠的工作長度L（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速n（平均轉(zhuǎn)速n），滾道的硬度HRC及絲杠的運轉(zhuǎn)情況，然后按下列步驟進行設計。 1、 計算作用在滾珠絲杠上的最大動負載Ca的數(shù)值。 2、 從滾珠絲杠設計標準中，找出相應尺寸系列對應的最大動載荷Ca的相近值，并初選型號。 3、 根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)果尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動效率等方面的要求，從初選的幾個型號中再挑選出比較合適的公稱直徑d0、導程L0、滾珠列數(shù)k、滾珠圈數(shù)j等確定某一型號。 4、 根據(jù)所選出的型號，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號，再做上述的計算和驗算直至滿足要求為止。 3．1．1確定滾珠絲杠的支承方式： 一、 滾珠絲杠常用的支承方式見下圖。 圖a為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。圖為一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝絲杠。圖c為兩端固定，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、要求高速精度、高剛度的地方。這種方式還可以預拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點顯著，但工藝比較困難。 滾珠絲杠都用滾動軸承支承?？捎玫臐L動軸承種類很多。從目前情況看來，本課題可選用角接觸球軸承： 這種軸承可以組配。( a )圖為一對背靠背，( b )圖為一以面對面。都承受兩個方向的載荷。由于螺母（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床身上）的同軸度難免有某些誤差，希望軸承有一定的自動調(diào)心作用。面對面組配時，兩接觸線與軸線交點之間的距離比背靠背時小，調(diào)心較易。所以絲杠軸承面對面配用得比較多。 這種軸承是在預加載荷的條件下組配的。背靠背組配時，內(nèi)圈端面各磨去δ裝配時壓緊內(nèi)圈。就可施加預加載荷。 簡支端常用深溝球軸承，不預緊。 本課題設計采用的是角接觸球軸承，原因在于： 1.橫向進給系統(tǒng)既承受縱向的力，又要承受橫向進給力，考慮到系統(tǒng)受力情況； 2. 為了保證加工精度，橫向進給系統(tǒng)的運動軌跡范圍決定了采用角接觸球軸承。 3.1.2 滾珠絲杠副額定載荷： （1）額定動載荷Ca 即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中，把90%達到10轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞剝傷 所能承受的純軸向載荷稱為額定動載，以Ca表示。 （2）額定靜載荷Cao: 在滾珠絲杠副靜止（或轉(zhuǎn)速〈10r/min〉狀態(tài)下，承受最大接觸應力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量只和為滾珠直徑0.00001倍時的軸向載荷，稱為額定靜載荷，以Cao表示。 3.1.3 滾珠絲杠幅主要參數(shù)的確定： （1）按預期壽命Ln及軸向載荷Fa進行選擇： Ln=(Ca/Fa)×10（轉(zhuǎn)）[1] （3-1） 一般情況下，F(xiàn)a可以用平均載荷Fm予以代替： Fm= [1] （3-2） 式中；Ln為預期設計壽命， Fmax為最大軸向載荷， Fmin為最小軸向載荷。 對于機床Ln通常取Ln=20×10（轉(zhuǎn)） 則：Ca=Fm:2.71Fm [1] （3-3） 本課題設計的要求，系統(tǒng)最大進給力為2750N，橫向進給為一半即1375N，所以得： Fmax=680N（經(jīng)驗值） Fmin=35%Fmax =238N 所以Fm==537.7N 故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N (2)按承受的最大軸向力Fmax確定參數(shù)計算靜負荷Cmo： Cmo=KKFmax 即CmoCmo=1.5×2×680=2062.5N 故；絲杠的額定動載荷Ca≥644.2N 絲杠的額定靜載荷Ca>2062.5N 選擇：代號為2005-4型的滾珠絲杠，其基本直徑20mm，大徑19.5mm 基本導程5mm 4.對選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進行核算： （1）最大軸向壓縮載荷F 滾珠絲杠受壓力作用后，在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷Fc由下式計算： Fc= [4] （3-4） 式中：m=20×10（N/mm） dc為公稱直徑（mm）. d為滾珠直徑（mm） Ls為絲杠軸的支撐距離（mm） 則： 水平安置時[n]=4 [n]—許用穩(wěn)定安全系數(shù) F 即F為最大載向壓縮載荷>Fa (2). 極限轉(zhuǎn)速的計算為使絲杠副在高速運轉(zhuǎn)時不發(fā)生共振現(xiàn)象，應對其極限轉(zhuǎn)速進行核算。當絲杠發(fā)生共振時轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以Nc表示： Nc=121 [4] （3-5） 式中：為公稱直徑； d為滾珠直徑 為支承結(jié)構系數(shù) K=2.5 極限轉(zhuǎn)速n滿足： n < 0.8Nc Nc=121x10(20-3.175) （3）滾珠絲杠副的預加副載 為了消除螺母間隙，提高滾珠絲杠副的剛性，與定位精度，在絲杠和螺母 間施加預加載荷Fp，其預加載荷大小為： Fp＝Fmax/3＝229N[4] （3-6） （4） 滾珠絲杠副的剛度 滾珠絲杠副的剛度K： 式中： K為滾珠絲杠副的剛度； K j為滾珠的軸向接觸剛度； K1為螺母的安裝剛度； Kg 為絲杠軸的安裝剛度 當有預加負荷Fp且為額定動載荷的1/10時，Kj可近似的以下式表示： [4] （3-7） 式中：F為軸向工作載荷（N） db為滾珠直徑，（mm） Z＝Z’×圈數(shù)×列數(shù) Z’為一圈滾珠數(shù) 內(nèi)循環(huán) Z’=d0/db-(3～5)粒 d0為公稱直徑 210為滾子數(shù) ∴Kj＝0.54＝5.2×103 N/μm 、螺母支撐剛度K1： K1＝[5] （3-8） 其中：A為螺母橫截面積 E＝2.1×105 Ln為螺母支承面至有效滾延間的長度 A＝0.4×103 mm2 故，K1＝（0.4×103×2.1×105）/（1000×103）＝0.85×103（N/μm） 、絲杠軸的支承剛性Kg 當采用圖示的支承方式： Kg==(A*E)/（1546×108）＝0.7×103（N/μm）[10] （3-9） 滾珠絲杠副的剛度K： 因為： 所以K=1/( )=2.3×103 （N/μm） （5）驅(qū)動力矩及驅(qū)動功率 使絲杠旋轉(zhuǎn)運動所需驅(qū)動力矩： Ma＝（F×Ph）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10） 公稱導程Ph＝2.5mm η＝0.9 所以Ma＝0.61N.m 由預緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩 Mf＝K× （N.m）[10] （3-11） Mf=2.3×103×N.m 總驅(qū)動力矩：M＝Ma＋Mf M=Ma+Mf=0.63N.m[10] （3-12） 所需功率 W＝ （Kw）[1] （3-13） W= 式中：F為軸向載荷 Ph為公稱直徑 η為效率 3．1. 4 滾珠絲杠與伺服電動機的聯(lián)接 滾珠絲可通過齒輪副或步齒形帶與伺服電機相接；也可通過聯(lián)軸節(jié)與伺服電動機直接聯(lián)接。 為了消除絲杠與電機軸之間的同軸度和垂直誤差，可用撓性聯(lián)軸節(jié)或波紋管聯(lián)軸節(jié)。一般為撓性聯(lián)軸節(jié)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套相聯(lián)。通過柔性片傳遞力矩。柔性片由不銹鋼制成，每片厚0.25mm。這種聯(lián)軸節(jié)已由專門工廠生產(chǎn)，其性能尺寸見《機床設計手冊》第3冊P496。 伺服電動機有直流和交流兩類。直流伺服電動機開發(fā)較早。交流伺服電動機國外于70年代末期開始應用于數(shù)控機床。由于交流伺服電動機沒有電刷，因此壽命長，允許的轉(zhuǎn)速高，還適當宜于易燃易爆的環(huán)境中使用。交流伺服電動機發(fā)展得快，在國外已基本上取代了直流伺服電動機。在我國，交流服電動機也已采用，直流伺服電動機仍有應用仍較多。 伺服控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)： 圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度控制精度；電壓控制環(huán)可實現(xiàn)對伺服放大器的電壓控制。 半閉環(huán)控制： 半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測元件輸出的反饋控制通道，而檢測元件是安裝在絲杠軸或電機軸上的，檢測同角位移后，推算出工作臺的實際位移。以偏差值實現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測元件檢測的反饋信號不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺之間的傳動鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動補償。因此這種由等效反饋信號組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制： 閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號，即要求測量元件安裝在工作臺上，而不是安裝在絲杠或電機軸上。但因直接測量工作臺的實際位移，需配備如光柵、磁柵或感應同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測元件，這使整個系統(tǒng)的價格提高。由于閉環(huán)控制能對整個系統(tǒng)誤差進行自動補償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測元件的測量精度。總之，這種控制方式的優(yōu)點是精度高、速度快，但調(diào)試和維修比較復雜，適宜于大型和精密的數(shù)控機床。 3．2. 伺服電機型號選擇 ： 3．2.1進給電機功率的確定 在進給運動的速度較低的情況下，空載功率很小，計算時可以略去，進給電機的功率可根據(jù)進給的有效功率和傳動件的機械效率來計算： 即： (*)[11] （3-14） 式中： Ns------進給電動機功率（KW） Q-------進給抗力（公斤力） Vs------進給速度（米/分） Ys------進給傳動的總機械效率（一般可取0.15～0.20） 根據(jù)資料顯示,CDJK6140系列車床的最大切削主力F=2750N 即Pz=2750N 故進給力 ： Px=0.5Pz =1375N Ys取0.2 Vs=0.4m/min 代入(*) 式 3．1.2伺服電機型號 考慮到進給系統(tǒng)的過載現(xiàn)象, 選擇的電機功率應該大于選擇的電機功率。（根據(jù)參照電機手冊. 南京蘇強數(shù)控機電有限公司） 所以，選擇型號為110SNMA6 I型 的永磁無刷伺服電機。 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 轉(zhuǎn)子慣量 機械時間常數(shù) 電機時間常數(shù) 1. 256kw 6N.m 2000r.Pm 5.0A 0.718×10 kg.m 0.8ms 6.14ms 3．1.3同步帶輪的選擇 為了保證傳動精度，本設計采用同步帶輪來傳動。同步帶輪傳動不僅能夠保證良好的傳動精度，還能降低傳動產(chǎn)生的噪音，對磨損的要求也同時符合要求。一般同步帶輪有統(tǒng)一生產(chǎn)，本課題設計選用的是慈溪恒力同步帶輪有限公司生產(chǎn)，規(guī)格如下： 4、結(jié)論 至今為止，基本上完成了本課程的設計要求，課題的主要設計內(nèi)容包括：絲杠結(jié)構設計，伺服電機與絲杠的連接形式設計、絲杠與床鞍的連接設計、絲杠的支承方式設計、伺服電機的選擇 。 進給系統(tǒng)運轉(zhuǎn)精度、直接將導致整個機床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關鍵性問題是急需解決的。由于自身的經(jīng)驗有限，面對這些關鍵性問題只能從理論上去尋求解決的方法。因此，自己所設計的結(jié)構和運用到生產(chǎn)實踐中仍相距甚遠。 電機的選擇也相當重要，對于整個進給系統(tǒng)的來說，要求嚴格。 5、參考文獻 1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 2 李 洪.實用機床設計手冊. 沈陽：遼寧科學技術出版社 1999.1 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機床設計. 東北工學院出版社 1989.10 6 黃祖德. 機械設計. 北京理工大學出版社 1992.6 7 吳宗澤. 機械設計禁忌500例. 北京機械出版社 1996 8 黃鶴訂. 國家機械工業(yè)局--中國機電產(chǎn)品目錄第10冊. 北京機械出版社 2000.7 9 滾珠絲杠. 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 10 同步帶輪. 慈溪恒力同步帶輪有限公司 11 電機手冊. 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 6、設計工作小結(jié) 畢業(yè)設計是對我四年來學習和實踐的一個綜合鍛煉和考核， 是踏上社會前在學校的一次磨練，要充分發(fā)揮自己的知識。在設計中，我基本將四年來所學知識進行了綜合運用，并了解了本專業(yè)方面最新科技動態(tài)和發(fā)展趨勢，經(jīng)過這次畢業(yè)設計，進一步加強了對以前學習的把握，增長了見識，也充分展示了自己的專業(yè)基礎和設計能力。 在畢業(yè)設計過程中，經(jīng)歷了實際考察、資料收集、方案論證、工程圖的繪制、說明書的書寫等設計過程，這使我掌握了設計的一般步驟，為以后走上工作崗位進行其它方面的工作奠定了結(jié)實的基礎。 從這次設計中體會到：在平時要搞好、搞懂每個知識點； 要虛心并誠心地向老師、同學請教； 做事需要講團體協(xié)作 ； 考慮問題應該多方面、多角度，力爭按最嚴格的工作要求做事； 培養(yǎng)設計能力與嚴謹細致的工作作風，體會到了工程技術人員所應該具備的基本素質(zhì)。 由于本人理論及實踐水平有限，設計圖樣、設計說明書定有許多錯誤和不妥之處，敬請各位老師和同學指出，提出批評和修改意見。 最后，向在設計期間給予關心指導的沙愛民老師謹以最誠摯的謝意！同時也謝謝幫助我的同學。 7、附件清單 橫向進給系統(tǒng)裝配圖 CJK40000 A0 1張 刮削板 CJK40101 A4 1張 把手 CJK40102 A3 1張 套筒 CJK40103 A3 1張 絲杠 CJK40104 A3 1張 橫滑板 CJK30105 A1 1張 螺母座 CJK30106 A3 1張 壓板 CJK30107 A4 1張 墊板 CJK30108 A4 1張 外殼護罩 CJK30109 A3 1張 同步帶輪 CJK30111 A4 1張 軸套 CJK30114 A4 1張 調(diào)整螺釘 CJK30117 A4 1張 鋃條 CJK30118 A3 1張 擋板 CJK30119 A4 1張 法蘭座 CJK30122 A3 1張 擋邊 CJK30123 A4 1張 同步帶輪 CJK30111 A4 1張 電纜罩 CJK30156 A3 1張 壓板 CJK30162 A4 1張 擋塊 CJK30169 A4 1張 橫向電機支架 CJK30170 A1 1張 床鞍 CJK50000 A0 1張 21