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桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告用紙 第35頁(yè) 共35頁(yè)
目 錄
引言 3
1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控銑床發(fā)展情況與設(shè)計(jì)意義 4
1.1 國(guó)外數(shù)控銑床發(fā)展情況 4
1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控銑床發(fā)展情況 4
1.3 設(shè)計(jì)意義 4
2 方案選擇 5
2.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)選擇 5
2.2 伺服電機(jī)選擇 6
3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 7
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
3.2 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 7
3.3 滾珠絲杠選擇及計(jì)算 8
3.3.1滾珠絲杠精度 8
3.3.2滾珠絲杠選擇 8
3.4 絲杠支撐選擇及計(jì)算 11
3.5 導(dǎo)軌副的選擇及計(jì)算 13
3.6 選擇伺服電動(dòng)機(jī) 14
3.6.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 14
3.6.2負(fù)載慣量計(jì)算 15
3.6.3空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 16
3.7 伺服系統(tǒng)增益 16
3.8 精度驗(yàn)算 16
3.8.1伺服剛度KR 16
3.8.2滾珠絲杠的拉壓剛度Ktmin 17
3.8.3絲杠軸承的軸向剛度Kba 17
3.8.4滾珠絲杠螺母的接觸剛度KC 18
3.8.5聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度K1 18
3.8.6綜合剛度K 18
3.8.7彈性變形 18
3.8.8定位誤差驗(yàn)算 18
4 主要部件設(shè)計(jì)及校核 18
4.1 聯(lián)軸器 18
4.2 鍵 19
4.3 支承件 19
4.3.1床身結(jié)構(gòu) 20
4.3.2電機(jī)座 20
4.4 T型槽工作臺(tái) 21
4.5 檢測(cè)裝置 21
5 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 23
5.1 總體方案概述 23
5.2 H橋驅(qū)動(dòng)原理 23
5.3 PWM原理 24
5.4 H橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 25
5.5 自舉驅(qū)動(dòng)電路 26
5.6 脈寬信號(hào)產(chǎn)生電路 29
6 結(jié)論 31
謝 辭 32
參考文獻(xiàn) 33
附 錄 34
引言
自20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控銑床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控銑床加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控銑床具有如下功能：點(diǎn)位控制功能、連續(xù)輪廓控制功能、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能、鏡像加工功能、固定循環(huán)功能、特殊功能。數(shù)控銑床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控銑床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。
二維工作臺(tái)是數(shù)控銑床的重要部件，二維工作臺(tái)的精度對(duì)零部件的加工精度有重要影響。數(shù)控銑床二維精密工作臺(tái)設(shè)計(jì)是數(shù)控銑床設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控銑床發(fā)展情況與設(shè)計(jì)意義
1.1 國(guó)外數(shù)控銑床發(fā)展情況
美國(guó)麻省理工學(xué)院于1952年成功研制了世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床。1955年用于制造航空零件的數(shù)控銑床正式問(wèn)世！特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，終端用戶提出更多需求，美德日各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶。國(guó)外的數(shù)控發(fā)展迅速，并具有一下特點(diǎn)：高速高精與多軸加工成為數(shù)控機(jī)床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流；多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)；機(jī)床與機(jī)器人的集成應(yīng)用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，運(yùn)動(dòng)速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實(shí)用化，控制功能智能化，多機(jī)器人協(xié)同普及化；智能化加工與監(jiān)測(cè)功能不斷擴(kuò)充，車間的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率；最新的機(jī)床誤差檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)機(jī)床的補(bǔ)償測(cè)量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對(duì)機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4倍，同時(shí)效率得到大幅度提升；最新的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床的加工提供了強(qiáng)有力的支持，可以大幅度提高加工效率；刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計(jì)涵蓋了整個(gè)加工過(guò)程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。
可以說(shuō)國(guó)外的數(shù)控銑床發(fā)展迅猛，代表著數(shù)控銑床發(fā)展的方向。
1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控銑床發(fā)展情況
中國(guó)于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，在發(fā)展的道路上遇到了一些曲折，不過(guò)最近20年來(lái)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。
1.3 設(shè)計(jì)意義
雖然國(guó)內(nèi)數(shù)控銑床與國(guó)外的相比還有很大的差距，但是數(shù)控銑床是重要的機(jī)械加工裝備，在制造業(yè)中占有重要的地位，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用。其中，二維精密工作臺(tái)是數(shù)控銑床的關(guān)鍵部件，二維精密工作臺(tái)的質(zhì)量對(duì)數(shù)控銑床的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響，進(jìn)行數(shù)控銑床二維精密工作臺(tái)設(shè)計(jì)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)意義。本設(shè)計(jì)基于三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，加快新產(chǎn)品研制進(jìn)度，縮短設(shè)計(jì)周期，希望對(duì)數(shù)控銑床制造業(yè)起到一點(diǎn)意義。
2 方案選擇
2.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)選擇
伺服進(jìn)給系統(tǒng)一般按照有無(wú)位置檢測(cè)與反饋可以分為閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。
閉環(huán)伺服系統(tǒng)中有反饋控制系統(tǒng),位置采樣點(diǎn)從工作臺(tái)引出，可直接對(duì)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)；能得到更好的精度、更高的速度和驅(qū)動(dòng)功率。安裝在執(zhí)行部件上的位置檢測(cè)裝置，測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量并轉(zhuǎn)換成電脈沖，反饋到輸入端并與輸人位置指令信號(hào)進(jìn)行比較，求得誤差，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。閉環(huán)伺服系統(tǒng)成本高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)難。但是可以獲得更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01mm～±0.005 mm。如圖2-1所示。
圖2-1 閉環(huán)伺服系統(tǒng)
半閉環(huán)伺服系統(tǒng)將檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件位置的系統(tǒng)。閉壞伺服系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部分元件的誤差但是它的結(jié)構(gòu)與凋試都比較簡(jiǎn)單，如果將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)做成一個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要低一些，在一些對(duì)精度中等的場(chǎng)合常使用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意如圖2-2所示。
圖2-2 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)
開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，無(wú)位置反饋環(huán)節(jié)。這種系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖電動(dòng)機(jī)等。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令系統(tǒng)脈沖的數(shù)量、頻率及通電順序，便可以控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的精度主要取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移精度，齒輪、絲桿等傳動(dòng)元件的節(jié)距的精度，所以開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低，開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；因此在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。
圖2-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)
通過(guò)以上對(duì)比，本設(shè)計(jì)選著閉環(huán)伺服系統(tǒng)作為二維精密工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的主要形式。
2.2 伺服電機(jī)選擇
目前常用的驅(qū)動(dòng)元件主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)，交流伺服電動(dòng)機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的工作原理是通過(guò)被勵(lì)磁的定子電磁力吸引轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)從而輸出轉(zhuǎn)矩，具有快速的啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的能力；在一定頻率范圍內(nèi)各種運(yùn)動(dòng)方式都能任意的改變且不會(huì)失步，具有自整步的能力；沒(méi)有一周累計(jì)誤差，所以定位精度很高；價(jià)格便宜。但是步進(jìn)電機(jī)有效率低，驅(qū)動(dòng)慣量負(fù)載能力差等缺點(diǎn)缺點(diǎn)，作高速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易失步，所以現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)主要用在開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中。
直流伺服電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可以方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，因此在對(duì)伺服電機(jī)的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求較高的設(shè)備中，大都采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)兩種，有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），會(huì)產(chǎn)生一定電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。直流無(wú)刷伺服電機(jī)體積小，重量輕，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)不存在碳刷損耗的情況，效率很高，運(yùn)行溫度低噪音小，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境，但是缺點(diǎn)力矩較小。
交流伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電動(dòng)機(jī)小，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)上更好。一般來(lái)說(shuō)，在同樣的體積下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率可比直流伺服電動(dòng)機(jī)提高10%—70%，此外，交流伺服電動(dòng)機(jī)的容量也比直流伺服電動(dòng)機(jī)大，易達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。在交流伺服系統(tǒng)中可以用交流同步電機(jī)也可以用交流感應(yīng)電機(jī)。但是交流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較大的平滑調(diào)速。
所以，經(jīng)過(guò)以上分析并考慮，本設(shè)計(jì)采用的是直流有刷伺服電機(jī)，主要基于直流有刷電機(jī)力矩大且能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的平滑調(diào)速。
3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)定位精度為0.01mm，選擇閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
從產(chǎn)品目錄查詢得知直流伺服電動(dòng)機(jī)的一般轉(zhuǎn)速為1500rpm、2000rpm、3000rpm等。本設(shè)計(jì)取直流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠直接連接，即i=1。取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的最高轉(zhuǎn)速也為1500r/min。工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到?；窘z杠導(dǎo)程
3.2 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算
根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，如圖3-1所示，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量WX和WY。
圖3-1 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖
取X向?qū)к壷蔚闹行木酁?00mm,Y向?qū)к壷蔚闹行木酁?00mm；
工作臺(tái)的尺寸：1200mm*600mm*50mm；
工作臺(tái)重量：按重量=體積材料比重估算：
；
X向拖板（滑座）尺寸為:1500mm*500mm*50mm
滑座重量:按重量=體積*材料比重估算為：
；
X向電機(jī)、絲杠等輔助裝置重量估算為4100N；
Y向運(yùn)動(dòng)部分總重量為：
3.3 滾珠絲杠選擇及計(jì)算
3.3.1滾珠絲杠精度
本設(shè)計(jì)要求達(dá)到0.01mm的定位精度，根據(jù)查閱滾珠絲杠產(chǎn)品庫(kù)，對(duì)于1級(jí)（P1）精度絲杠，任意導(dǎo)程允差為0.006mm，2級(jí)（P2）精度絲杠的導(dǎo)程允差為0.008mm。初步設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)絲杠的任意300mm行程內(nèi)變動(dòng)量為定位精度的1/3 ~1/2，即0.003~0.005mm，因此，取滾珠絲杠精度為P1級(jí)，即為1級(jí)精度絲杠。
3.3.2滾珠絲杠選擇
滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。
（1）Y軸絲杠選擇
絲杠的最大載荷為切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力；最小載荷即摩擦力。已知最大進(jìn)給力,估算工件加夾具質(zhì)量為400kg，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，故Y軸絲杠的最小載荷（即摩擦力）
絲杠最大載荷
平均載荷
絲杠最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.25r/min,可取為0，則取平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)=750r/min。絲杠使用壽命取T=30000h, 故絲杠工作壽命（以106r為一個(gè)單位）
絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷
式中為精度影響系數(shù)，對(duì)于1級(jí)精度滾珠絲杠取=1；
式中為載荷性質(zhì)系數(shù)，一般情況下取1.2~1.5，本設(shè)計(jì)取=1.5；
查滾珠絲杠樣品庫(kù)，選擇BIF3610。其名義直徑為36mm，導(dǎo)程10mm。額定動(dòng)載荷，，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度。預(yù)緊力。只要軸向載荷值不達(dá)到或超過(guò)預(yù)緊力的3倍，就不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。本例中絲杠最大載荷為3.56KN，遠(yuǎn)小于3。
BIF型號(hào)絲桿錯(cuò)位預(yù)壓絲杠，主要通過(guò)改變螺母中間螺紋槽的螺距來(lái)施加預(yù)壓的方式。對(duì)絲杠實(shí)施一定的預(yù)緊力，可以消除軸向間隙，以提高滾珠絲杠副的軸向剛度和傳動(dòng)精度。錯(cuò)位預(yù)壓方式相對(duì)于雙螺母預(yù)緊的方式主要是占用空間小，且雙螺母預(yù)壓方式中配磨墊片精度調(diào)整比較困難。
BIF3610型絲桿的參數(shù)如表1所示。
表1 BIF3610參數(shù)
鋼球中心直徑dp
37.75mm
絲桿軸慣性力矩
1.29*10-2 kg.cm2/mm
溝槽谷徑dc
30.5mm
螺母質(zhì)量
4.84kg
負(fù)荷圈數(shù)
2列*2.5圈
絲杠軸質(zhì)量
6.51 kg/m
螺母全長(zhǎng)
171mm
潤(rùn)滑孔
M6
滾珠絲杠螺母副的有效行程
其中L——工作行程；
——安全行程：Le=5Ph；
——余程：Le=2Ph
——螺母長(zhǎng)度；
對(duì)于Y軸絲杠
。
實(shí)際中，Y軸絲杠取612mm。
（2）X軸絲杠選擇
計(jì)算完Y軸絲杠后，現(xiàn)在按照同一個(gè)步驟對(duì)X軸絲杠進(jìn)行計(jì)算。
已知最大進(jìn)給力,估算工件加夾具質(zhì)量為400kg，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，故X軸絲杠的最小載荷（即摩擦力）
絲杠最大載荷
平均載荷
絲杠最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺(tái)最小進(jìn)給速度為1mm/min,故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.25r/min,可取為0，則取平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)=750r/min。絲杠使用壽命取T=15000h, 故絲杠工作壽命（以106r為一個(gè)單位）
絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷
式中為精度影響系數(shù)，對(duì)于1級(jí)精度滾珠絲杠取=1；
式中為載荷性質(zhì)系數(shù)，一般情況下取1.2~1.5，本設(shè)計(jì)取=1.5；
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本設(shè)計(jì)X軸絲杠同樣選擇BIF3610。額定動(dòng)載荷，，符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度。預(yù)緊力。只要軸向載荷值不達(dá)到或超過(guò)預(yù)緊力的3倍，就不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。本例中絲杠最大載荷為3.28KN，遠(yuǎn)小于3。
對(duì)于X軸絲杠
。
實(shí)際中，X軸絲杠取710mm。
綜上所述，本設(shè)計(jì)對(duì)于X軸與Y軸的絲杠的基本計(jì)算參數(shù)誤差不大，選擇都為同一型號(hào)絲杠，因此在伺服進(jìn)給系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算中，關(guān)于絲杠支撐、直流伺服電機(jī)的計(jì)算中主要以Y軸絲杠的參數(shù)作為主要計(jì)算的參數(shù)。
3.4 絲杠支撐選擇及計(jì)算
為了提高傳動(dòng)剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要，對(duì)于傳動(dòng)精度有很大的影響，絲杠主要承受軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此絲杠的軸向精度和剛度要求較高。絲杠的支承結(jié)構(gòu)有以下幾種：
（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(shí)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(duì)于長(zhǎng)徑比大的絲杠(滾珠絲杠相對(duì)細(xì)長(zhǎng))，熱變性是很明顯的，1.5m長(zhǎng)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(jiǎn)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。如圖3-2所示。
圖3-2 一端固定——一端自由
（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(shí)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(dòng)，可以減少或避免因絲杠自重而出現(xiàn)的彎曲，同時(shí)絲杠熱變形可以自由的向一端伸長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)使用最廣泛，目前國(guó)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)。如圖3-3所示。
圖3-3一端固定——另一端支承
（3）兩端固定
絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時(shí)承受軸向力，這種支承方式，可以對(duì)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。對(duì)于大型機(jī)床、重型機(jī)床以及高精度鏜銑床常采用此種方案。但是，這種絲杠的調(diào)整比較繁瑣，如果兩端的預(yù)緊力過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致絲杠最終的行程比設(shè)計(jì)行程要長(zhǎng)，螺距也要比設(shè)計(jì)螺距大。如果兩端鎖母的預(yù)緊力不夠，會(huì)導(dǎo)致相反的結(jié)果，并容易引起機(jī)床震動(dòng)，精度降低。所以，這類絲杠在拆裝時(shí)一定要按照原廠商說(shuō)明書(shū)調(diào)整，或借助儀器(雙頻激光測(cè)量?jī)x)調(diào)整。如圖3-4所示。
圖3-4 兩端固定
綜上所述，本設(shè)計(jì)選用兩端固定的支承方式。兩端均采用1對(duì)60°角接觸球軸承面對(duì)面組配，采用面對(duì)面組配的優(yōu)勢(shì)在于能承受雙向軸向載荷、通過(guò)預(yù)緊可以限制軸的軸向位移，并增加剛度和旋轉(zhuǎn)精度。在角接觸球軸承外配合圓螺母進(jìn)行鎖定。
角接觸球軸承使用7306，其外徑為72mm，內(nèi)徑為30mm。
計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷
計(jì)算軸承的預(yù)緊力
計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷FB
計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷C
其中：——軸承的工作轉(zhuǎn)速：n=750 r/min；
——軸承的基本額定壽命：T=30000h；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷；
軸承的徑向載荷：
軸承的軸向載荷：
由
查表得，面對(duì)面安裝7306時(shí)，徑向系數(shù)X=0.35，軸向載荷Y=0.57。
所以
面對(duì)面安裝7306時(shí)，選用脂潤(rùn)滑，在脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速n'=9000r/min，軸承的轉(zhuǎn)速n=1500r/min；額定動(dòng)載荷Ca=67KN>51KN，故滿足要求。
3.5 導(dǎo)軌副的選擇及計(jì)算
采用的導(dǎo)軌，按照其接觸面的摩擦性質(zhì)，可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌三大類。對(duì)導(dǎo)軌的基本要求就是：導(dǎo)向精度好、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小、以及結(jié)構(gòu)工藝性好等?；瑒?dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造較容易，承載能力大，剛性好，抗震性能強(qiáng)，對(duì)幾何形狀誤差不敏感等特點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)在與磨損較快，精度保持性差，摩擦助力大，運(yùn)動(dòng)靈活性較差，動(dòng)靜摩擦系數(shù)差值大，重載或者低速時(shí)較易產(chǎn)生“爬行現(xiàn)象”，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易發(fā)熱。滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)差別小，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象；運(yùn)動(dòng)靈敏輕便，所需功率?。灰苿?dòng)與定位精度高；精度保持好；對(duì)溫度敏感變化低；潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維修方便，但是其缺點(diǎn)是導(dǎo)軌面與滾動(dòng)體之間為點(diǎn)接觸或者線接觸，抗振性能差，接觸應(yīng)力大；對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動(dòng)體的尺寸精度要求高。空氣靜壓導(dǎo)軌適用于精密、輕載、高速的場(chǎng)合。因此，本設(shè)計(jì)采用全鋼球直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。
導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)，式中：為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷；工作載荷P=0.5(Fz+F工件)； =1.0～3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)取=3.0。
根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:HSR 55B，如圖3-5所示：
圖3-5 HSR55B
基本參數(shù)如下：
導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷=88.5KN
導(dǎo)軌的額定靜載荷Co=137KN
導(dǎo)軌的額定傾覆力矩 21.3KN
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命：
滿足使用壽命。
3.6 選擇伺服電動(dòng)機(jī)
直流伺服電機(jī)的選用，應(yīng)考慮三個(gè)要求：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過(guò)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量JM應(yīng)與負(fù)載慣量Jr相配對(duì)；快速移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。
3.6.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算
所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可計(jì)算，即
從前面的計(jì)算已知，最大進(jìn)給力，絲杠導(dǎo)程，預(yù)緊力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，滾珠絲杠螺母副的機(jī)械效率η=0.9。因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩
查《角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件》，得單個(gè)軸承的摩擦力矩為0.32N·m,故一對(duì)軸承的摩擦力矩。兩對(duì)軸承的摩擦力矩為。伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠相連，其傳動(dòng)比i=1，則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩
所選伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此值。
3.6.2負(fù)載慣量計(jì)算
負(fù)載慣量可按以下次序計(jì)算。
（1）工件、夾具與工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的慣量J1
工件、夾具與工作臺(tái)的最大質(zhì)量為1400kg，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量可計(jì)算
式中 v——工作臺(tái)移動(dòng)速度，m/s
——伺服電機(jī)的角速度，rad/s
M——直線移動(dòng)件工件、夾具和工作臺(tái)的質(zhì)量，kg
（2）絲桿加在電機(jī)軸上的慣量J2
絲杠名義直徑，長(zhǎng)度l=0.9m，絲杠材料（鋼）的密度。絲杠加在在電動(dòng)機(jī)軸上的慣量
（3）聯(lián)軸節(jié)加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊(cè)得到，即
（4）總負(fù)載總慣量
數(shù)控機(jī)床慣性匹配條件，,所選伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.0057~0.0228范圍之內(nèi)。
根據(jù)上述計(jì)算可初步選定直流伺服電動(dòng)機(jī)130SZD08。其額定轉(zhuǎn)矩為19.1，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩11.83；轉(zhuǎn)子慣量滿足匹配要求。
130SZS08型直流伺服電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：
最高轉(zhuǎn)速nmax：1500r/min
額定轉(zhuǎn)矩Te：19.1N.m
最大轉(zhuǎn)矩Tmax：150N.m
轉(zhuǎn)子慣量JM:0.0209kg.m2
電樞直流電阻Rm:0.3
機(jī)械時(shí)間常數(shù)tM：26.5ms
額定電壓：180V
額定電流：20A
3.6.3空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算
當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動(dòng)速度時(shí)，所需的空載加速轉(zhuǎn)矩Ｔa。
（1） 空載加速時(shí)，主要克服的是慣性。選用130SZD08型直流伺服電動(dòng)機(jī)，總慣量
=
（2）加速時(shí)間通常去的3-4倍，故=（3-4）
=
則
空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。由此可見(jiàn)，F(xiàn)B-15型直流伺服電動(dòng)機(jī)的= 150>=，滿足設(shè)計(jì)要求。
3.7 伺服系統(tǒng)增益
通常取系統(tǒng)增益=。對(duì)輪廓控制的加工中心機(jī)床可取較大值，初步取。伺服系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為的倒數(shù)，=1/=。根據(jù)如選用130SZD08直流伺服電動(dòng)機(jī)，執(zhí)行件（工作臺(tái)）達(dá)到最大加速度
=
伺服系統(tǒng)要求達(dá)到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時(shí)間常數(shù)內(nèi)，執(zhí)行件的速度從增加到時(shí)，
a略小于，因而按照加速度能力選擇= 20是不合適的。應(yīng)適當(dāng)減少值，增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。取=15，則
經(jīng)過(guò)重新選擇，a大于，因而按照加速度能力選擇= 15是合適的。滿足系統(tǒng)的性能要求。
3.8 精度驗(yàn)算
本設(shè)計(jì)要求的定位精度為，其絲杠的導(dǎo)程誤差取0.006mm。其余誤差為伺服系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動(dòng)和在載荷作用下各機(jī)械環(huán)節(jié)彈性變形引起的位移等。
3.8.1伺服剛度KR
伺服剛度可根據(jù)下式計(jì)算：
其中，KM是伺服電動(dòng)機(jī)的增益，它等于電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s)與輸入電壓(V)的比值。輸入電壓UM除少量消耗于電樞回路的阻抗外，大部分被反電動(dòng)勢(shì)所平衡。KS是伺服電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)（sv/rad），為伺服電動(dòng)機(jī)單位角速度（rad/s）所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)（V）.估算是，可近似地認(rèn)為輸入電壓UM等于反電動(dòng)勢(shì)。因而近似地認(rèn)為
130SZD08直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt=0.57Nm/A,因伺服系統(tǒng)增益Ks=15，速度控制環(huán)的增益Kv0=2-4Ks，取
；
電樞直流電阻RM=。故
折合到工作臺(tái)部件的直線剛度
3.8.2滾珠絲杠的拉壓剛度Ktmin
本例中的絲杠為兩端軸向定位結(jié)構(gòu)。其最小拉壓剛度發(fā)生在工作臺(tái)螺母中點(diǎn)位置，已知工作臺(tái)的兩方向中最大行程為300mm,則中間位置為150mm，代入式中，則絲杠拉壓剛度
式中，di是絲杠底徑為30.5mm。E為絲杠材料鋼的彈性模量，E=102GPa。
3.8.3絲杠軸承的軸向剛度Kba
7306型軸承的鋼球直徑db=7.144mm，鋼球數(shù)Z=12 ,接觸角a=60°，預(yù)加載荷F0=2900N ,軸向外載荷為導(dǎo)軌摩擦力Ff=560N，故軸向載荷Fa為預(yù)加載荷與軸向外載荷之和，即
絲杠軸承軸向剛度
3.8.4滾珠絲杠螺母的接觸剛度KC
查手冊(cè)得
3.8.5聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度K1
查文獻(xiàn)得
折合到工作臺(tái)部件的直線剛度為
3.8.6綜合剛度K
計(jì)算出伺服剛度折算到工作臺(tái)部件的直線剛度、滾珠絲杠最小拉壓剛度、絲杠軸承軸向剛度、滾珠絲杠螺母接觸剛度折算到工作臺(tái)部件直線剛度和聯(lián)軸節(jié)扭矩剛度'后，按彈簧串聯(lián)原則合成求得綜合剛度K，即
故
3.8.7彈性變形
工作臺(tái)定位精度是在不切削空載條件下檢驗(yàn)的，故軸向載荷僅為導(dǎo)軌的摩擦力Ff。本例中的摩擦力Ff=560N，故Ff因引起的彈性變形
3.8.8定位誤差驗(yàn)算
本例中滾珠絲杠的導(dǎo)程誤差為6um，加上彈性變形量=5.38um，即。再加上某些次要因素，純機(jī)械結(jié)構(gòu)不能滿足定位精度 的設(shè)計(jì)要求。所以使用閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以很好的提高精度。
4 主要部件設(shè)計(jì)及校核
4.1 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器之分，剛性聯(lián)軸器對(duì)兩軸對(duì)中性的要求很高，當(dāng)兩軸有相對(duì)位移存在時(shí)，就會(huì)在機(jī)件內(nèi)引起附加載荷，使工作情況惡化。所以本設(shè)計(jì)選取彈性聯(lián)軸器。最后我們選取JM2型膜片聯(lián)軸器，膜片由幾組膜片（不銹鋼薄板）用螺栓交錯(cuò)地與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸器靠膜片的彈性變形來(lái)補(bǔ)償所聯(lián)兩軸的相對(duì)位移，是一種高性能的金屬?gòu)?qiáng)元件撓性聯(lián)軸器，不用潤(rùn)油，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、耐堿防腐蝕的特點(diǎn)，適用于高溫、高速、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動(dòng)。如圖4-1所示。
圖4-1 膜片聯(lián)軸器
JM2型的公稱轉(zhuǎn)矩T為63Nm，瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩Tmax=180Nm，許用的轉(zhuǎn)速np=5000r/min?，F(xiàn)在對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行校核，根據(jù)數(shù)控銑床轉(zhuǎn)矩變化中等的情況，所以工作情況系數(shù)KA=1.7。則計(jì)算轉(zhuǎn)矩
計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于使用轉(zhuǎn)矩，絲桿的速度小于許用速度，故使用JM2型彈性聯(lián)軸器是合理的。
4.2 鍵
絲桿軸與聯(lián)軸器一端連接，采用的是A型平鍵。由軸徑d=30mm，查手冊(cè)，可知鍵的剖面尺寸為b=8mm，h=7mm。
根據(jù)聯(lián)軸器長(zhǎng)度。
取鍵的公稱長(zhǎng)度L=24mm，鍵的標(biāo)記 鍵
鍵的工作長(zhǎng)度為
鍵與輪轂高度為
k=0.5h=3.5mm
根據(jù)聯(lián)軸器為45鋼，載荷有輕微沖擊，查手冊(cè)，取許用擠壓應(yīng)力
根據(jù)普通平鍵連接的強(qiáng)度條件公式
故所選的鍵符合設(shè)計(jì)要求。
4.3 支承件
支撐件是機(jī)床的基本構(gòu)件，主要功能是首先是支承作用，即支承其他零部件，在機(jī)床的切削時(shí)，承受一定的重力、切削力、摩擦力、夾緊力；其次是基準(zhǔn)作用，即保證機(jī)床在使用中或長(zhǎng)期使用后仍能保持各部件之間的正確的相互關(guān)系與相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡。支承件受力受熱變形后的變形和振動(dòng)將直接影響機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量，一般來(lái)說(shuō)支撐件應(yīng)該滿足剛度、抗振性、熱變形、內(nèi)應(yīng)力等要求。
4.3.1床身結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)的床身結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。
圖4-2 床身結(jié)構(gòu)
圖4-2（a）是前、后、頂單面封閉的臥式箱形床身。為了排除切削，在導(dǎo)軌間開(kāi)有傾斜窗口。此種截面容易鑄造，但是剛度較低。圖4-2（b）是開(kāi)口床身，這種床身內(nèi)空間可用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油和切削液、安裝驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在切屑不易落入導(dǎo)軌的情況下，常采用這種形式。圖4-2（c）為兩面封閉的床身，剛度較低，但便于排除切屑和切削液的流通，用于對(duì)剛度要求不高的機(jī)床。圖4-2（d）為重型機(jī)床的床身，導(dǎo)軌可多達(dá)4~5個(gè)。因此本設(shè)計(jì)選取的床身截面結(jié)構(gòu)主要參考開(kāi)口床身結(jié)構(gòu)。床身與導(dǎo)軌面的結(jié)構(gòu)形式主要采用單臂聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)的底座如圖4-3所示。
圖4-3 底座截面圖
4.3.2電機(jī)座
電機(jī)座是支撐件的重要組成部分，電機(jī)座是安放電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承的重要部件，對(duì)于電機(jī)座來(lái)說(shuō)，支撐件的連接剛度是電機(jī)座的重要指標(biāo)。支承件的聯(lián)接剛度是指支撐件在聯(lián)接處抵抗變形的能力。聯(lián)接處剛度與聯(lián)接處的材料、幾何形狀與尺寸、接觸面的硬度與表面粗糙度、幾何精度和加工方法等有關(guān)。
支撐件常以凸緣聯(lián)接，聯(lián)接剛度決定于螺釘剛度、凸緣剛度和接觸剛度。
為了保證一定的接觸剛度，接合面處的表面粗糙度Ra應(yīng)達(dá)到8um，接合面上的壓力應(yīng)該不少于1.5~5MPa。合理分布螺釘位置和選擇合適的螺釘尺寸可提高接觸剛度。從抗彎剛度考慮，螺釘應(yīng)均勻分布于四周，在聯(lián)接螺釘?shù)妮S線平面上布置筋條也能提高接觸剛度。估計(jì)尺寸要求以及經(jīng)驗(yàn)壁厚，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的電機(jī)座如圖4-4所示。電機(jī)座采用4個(gè)M14的內(nèi)六角圓柱頭螺釘進(jìn)行聯(lián)接，螺釘?shù)燃?jí)為12.9級(jí)，屈服極限為1080Mpa。采用對(duì)角的銷釘進(jìn)行定位。如圖4-4所示。
圖4-4 電機(jī)座
4.4 T型槽工作臺(tái)
T型槽工作臺(tái)是與工裝夾具連接的重要部件，T型槽工作臺(tái)制造安裝精度直接影響著工件的加工精度。T型槽工作太一般采用高強(qiáng)度鑄鐵HT200-300，工作面硬度為HB170-240，經(jīng)過(guò)兩次人工處理（人工退火600度-700度或自然時(shí)效2-3年）確保精度穩(wěn)定，耐磨性能好。
槽數(shù)一般宜設(shè)計(jì)成奇數(shù)，這樣中間的槽就是基準(zhǔn)槽。如果槽數(shù)為偶數(shù)，需要標(biāo)注清楚中間兩個(gè)槽那個(gè)為基準(zhǔn)槽。根據(jù)我們的臺(tái)面為1200*600mm的大小。我們選取了T型槽寬度為12mm，T型槽的間距為80mm，所以T型槽的槽數(shù)設(shè)計(jì)成7個(gè)。其中基準(zhǔn)槽兩側(cè)面的表面粗糙度為3.2um，固定槽兩個(gè)側(cè)面的表面粗糙度為6.3um。其余表面的表面粗糙度最大允許值為12.5um。如圖4-5所示。
圖4-5 T型槽工作臺(tái)
4.5 檢測(cè)裝置
閉環(huán)伺服系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。位置環(huán)的輸入信號(hào)是計(jì)算機(jī)給出的指令信號(hào)和位置檢測(cè)裝置反饋的位置信號(hào)，這個(gè)反饋是一個(gè)負(fù)反饋，即與指令信號(hào)的相位相反。為了完成對(duì)位置的檢測(cè)一般都需要有位置檢測(cè)裝置，位置檢測(cè)裝置通常有光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺、感應(yīng)同步器或磁柵尺等。它們或者直接對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)，或者間接對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)。本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)，因此需要對(duì)位置進(jìn)行直接測(cè)量，本設(shè)計(jì)選著直線測(cè)量的方式，這樣主要有感應(yīng)同步器、光柵、磁柵、激光干涉儀等。
直線感應(yīng)同步器是一種電磁式位移測(cè)量裝置，由定尺與滑尺組成，直線感應(yīng)同步器具有一下特點(diǎn)：直線感應(yīng)同步器對(duì)機(jī)床位移的測(cè)量是直接測(cè)量，不經(jīng)過(guò)任何機(jī)械傳動(dòng)裝置，測(cè)量精度主要取決于尺子的精度。位移精度可以達(dá)到0.001mm；測(cè)量長(zhǎng)度不受限制，當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度大于250mm時(shí)，可以采用多塊定尺接長(zhǎng)；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)較高。因?yàn)楦袘?yīng)同步器金屬基板和床身鑄鐵的熱脹系數(shù)相近，當(dāng)溫度變化時(shí)，兩者變化規(guī)律相同，不影響測(cè)量精度； 維護(hù)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。感應(yīng)同步器的定尺和滑尺互不接觸，因此無(wú)任何摩擦，磨損，使用壽命長(zhǎng)，且無(wú)須擔(dān)心元件老化等問(wèn)題。直線感應(yīng)同步器原理如圖4-6所示。
圖4-6 直線感應(yīng)同步器
激光干涉儀，以激光波長(zhǎng)為已知長(zhǎng)度，利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測(cè)量位移的通用長(zhǎng)度測(cè)量。在高精度的數(shù)控銑床上，經(jīng)常使用雙頻激光干涉儀作為機(jī)床的測(cè)量裝置，雙頻激光干涉儀是利用光的干涉原理和多普勒效應(yīng)來(lái)進(jìn)行位置檢測(cè)的。主要由激光器、檢偏器、光學(xué)干涉部分、光電接受元件、計(jì)數(shù)器等電路組成。由于激光的波長(zhǎng)極短，特別是激光的單色性好，其波長(zhǎng)值準(zhǔn)確。同時(shí)，由于采用多普勒效應(yīng)，雙頻激光干涉儀的計(jì)數(shù)器是計(jì)算頻率差的變化，不受激光強(qiáng)度和磁場(chǎng)變化的影響，即使在光強(qiáng)衰減90%時(shí)，雙頻激光干涉儀也能正常工作。因而使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床位置檢測(cè)精度極高。
圖4-7 雙頻激光干涉儀
通過(guò)以上對(duì)比我們選著雙頻激光干涉儀作為位置檢測(cè)裝置，具有精度高的特點(diǎn)。
5 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
5.1 總體方案概述
長(zhǎng)期以來(lái)，直流伺服電機(jī)以其良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能等特點(diǎn)成為大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)的最佳選擇。特別隨著計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域，高開(kāi)關(guān)頻率、全控型第二代電力半導(dǎo)體器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的發(fā)展，以及脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，直流伺服電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。直流伺服電機(jī)主要有兩種調(diào)速系統(tǒng)，分別為可控硅調(diào)速系統(tǒng)與晶體管脈沖調(diào)寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)。PWM調(diào)速系統(tǒng)具有開(kāi)關(guān)率高、波紋系數(shù)低、頻帶較寬、可以在高峰值電流下工作等特點(diǎn)，因此驅(qū)動(dòng)電路方案選擇PWM調(diào)速系統(tǒng)。但是，專用集成電路構(gòu)成的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出功率有限，不適合大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求。因此采用N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)建H橋，實(shí)現(xiàn)大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。
5.2 H橋驅(qū)動(dòng)原理
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路方便地實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。H橋功率驅(qū)動(dòng)原理圖如圖5-1所示?！ ?
H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開(kāi)關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)。A、D為一組，B、C為一組，這兩組狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時(shí)，另一組必須關(guān)斷。當(dāng)A、D導(dǎo)通時(shí)，B、C關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)B、C導(dǎo)通時(shí)，A、D關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。實(shí)際控制中，需要不斷地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在A、D導(dǎo)通且B、C關(guān)斷到A、D關(guān)斷且B、C導(dǎo)通這兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。這種情況理論上要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ)，但是由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)器件都存在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯會(huì)導(dǎo)致上下橋臂直通短路。為了避免直通短路且保證各個(gè)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號(hào)理論上要求互為倒相，而實(shí)際必須相差一個(gè)足夠長(zhǎng)的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)校正過(guò)程既可通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)，也可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)?！ ?
圖5-1 H橋驅(qū)動(dòng)原理
5.3 PWM原理
直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=(U-IR)/Kφ
其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量，K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)?！ ?
直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時(shí)受到磁飽和限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)，其中PWM(脈寬調(diào)制)便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。
PWM調(diào)速控制的基本原理是按一個(gè)固定頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開(kāi)的時(shí)間比(占空比)來(lái)改變直流電機(jī)電樞上電壓的"占空比"，從而改變平均電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)其速度增加，電機(jī)斷電時(shí)其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。而且采用PWM技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)．啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)沖擊，并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。
設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，且設(shè)占空比為D=t1／T，則電機(jī)的平均速度Vd為：Vd=VmaxD由公式可知，當(dāng)改變占空比D=t1／T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格地講，平均速度與占空比D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可將其近似地看成線性關(guān)系。在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路中，PWM信號(hào)由外部控制電路提供，并經(jīng)高速光電隔離電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯與放大電路后，驅(qū)動(dòng)H橋下臂MOSFET的開(kāi)關(guān)來(lái)改變直流電機(jī)電樞上平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速。PWM原理示意如圖5-2所示。
圖5-2 PWM原理
5.4 H橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
在直流電機(jī)控制中常用H橋電路作為驅(qū)動(dòng)器的功率驅(qū)動(dòng)電路。由于功率MOSFET是壓控元件，具有輸入阻抗大、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿現(xiàn)象等特點(diǎn)，滿足高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作需求，因此常用功率MOSFET構(gòu)成H橋電路的橋臂。H橋電路中的4個(gè)功率MOSFET分別采用N溝道型和P溝道型，而P溝道功率MOSFET一般不用于下橋臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣就有兩種可行方案：一種是上下橋臂分別用2個(gè)P溝道功率MOSFET和2個(gè)N溝道功率MOSFET；另一種是上下橋臂均用N溝道功率MOSFET?！ ?
相對(duì)來(lái)說(shuō)，利用2個(gè)N溝道功率MOSFET和2個(gè)P溝道功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方案，控制電路簡(jiǎn)單、成本低。但由于加工工藝的原因，P溝道功率MOSFET的性能要比N溝道功率MOSFET的差，且驅(qū)動(dòng)電流小，多用于功率較小的驅(qū)動(dòng)電路中。而N溝道功率MOSFET，一方面載流子的遷移率較高、頻率響應(yīng)較好、跨導(dǎo)較大；另一方面能增大導(dǎo)通電流、減小導(dǎo)通電阻、降低成本，減小面積。綜合考慮系統(tǒng)功率、可靠性要求，以及N溝道功率MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用4個(gè)相同的N溝道功率MOSFET的H橋電路，具備較好的性能和較高的可靠性，并具有較大的驅(qū)動(dòng)電流。N溝道MOS管采用的是IRF460。IRF460的參數(shù)為N溝道MOS管，Vdss=500V, Rds(on)=0.27ohm, Id=20A。滿足直流伺服電機(jī)的要求。
圖5-3中4只開(kāi)關(guān)管為續(xù)流二極管，可為線圈繞組提供續(xù)流回路。當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)主開(kāi)關(guān)管流過(guò)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流必須通過(guò)續(xù)流二極管流通，否則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀。
圖5-3 H橋驅(qū)動(dòng)電路
5.5 自舉驅(qū)動(dòng)電路
在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開(kāi)關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。采用隔離驅(qū)動(dòng)方式時(shí)需要將多路驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。隔離驅(qū)動(dòng)可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式。
光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點(diǎn)?？焖俟怦畹乃俣纫矁H幾十kHz。
本設(shè)計(jì)采用IR2110，主要是它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。IR2110 采用HVIC 和閂鎖抗干擾CMOS 制造工藝，DIP14 腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=±50V/ns，15V 下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端
（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍10～20V；邏輯電源電壓范圍（腳9）5～15V，可方便地與TTL，CMOS 電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V 的偏移量；工作頻率高，可達(dá)500kHz；開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns 和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。內(nèi)部原理如圖5-4所示。
圖5-4 IR2110內(nèi)部原理
各個(gè)引腳的定義分別是：
LO（引腳1）:低端輸出
COM（引腳2）:公共端
Vcc（引腳3）:低端固定電源電壓
Nc（引腳4）: 空端
Vs（引腳5）:高端浮置電源偏移電壓
VB (引腳6):高端浮置電源電壓
HO（引腳7）:高端輸出
Nc（引腳8）: 空端
VDD（引腳9）:邏輯電源電壓
HIN（引腳10）: 邏輯高端輸入
SD（引腳11）:關(guān)斷
LIN（引腳12）:邏輯低端輸入
Vss（引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為0V
Nc（引腳14）:空端
IR2110內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，即一組電源即可實(shí)現(xiàn)對(duì)上下端的控制。
高端側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理：
當(dāng)HIN為高電平時(shí)如圖5-5 ：VM1開(kāi)通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的柵極和源極之間，C1通過(guò)VM1，Rg1和柵極和源極形成回路放電，這時(shí)C1就相當(dāng)于一個(gè)電壓源，從而使S1導(dǎo)通。由于LIN與HIN是一對(duì)互補(bǔ)輸入信號(hào)，所以此時(shí)LIN為低電平，VM3關(guān)斷，VM4導(dǎo)通，這時(shí)聚集在S2柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過(guò)Rg2迅速對(duì)地放電，由于死區(qū)時(shí)間影響使S2在S1開(kāi)通之前迅速關(guān)斷。
圖5-5 狀態(tài)1
當(dāng)HIN為低電平時(shí)如圖5-6：VM1關(guān)斷，VM2導(dǎo)通，這時(shí)聚集在S1柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過(guò)Rg1迅速放電使S1關(guān)斷。經(jīng)過(guò)短暫的死區(qū)時(shí)間LIN為高電平，VM3導(dǎo)通，VM4關(guān)斷使VCC經(jīng)過(guò)Rg2和S2的柵極和源極形成回路，使S2開(kāi)通。在此同時(shí)VCC經(jīng)自舉二極管，C1和S2形成回路，對(duì)C1進(jìn)行充電，迅速為C1補(bǔ)充能量，如此循環(huán)反復(fù)。
圖5-6 狀態(tài)2
根據(jù)以上，本設(shè)計(jì)自舉電路電路使用2個(gè)IR2110，這兩個(gè)IR2110由4個(gè)MOS管組成的“H”橋電路相連接。 IR2110的供電電壓為15 V的電源電壓，其輸出工作電源為懸浮電源，通過(guò)自舉技術(shù)由固定電源得出。自舉技術(shù)利用升壓二極管、自舉升壓電容，使電容放電電壓和電源電壓疊加，從而使電壓升高。為防止自舉電容兩端電壓放電，則采用一個(gè)高頻快恢復(fù)二極管。自舉電容C1的電容值對(duì)于5 kHz以上的開(kāi)關(guān)頻率取O．1μF即可。為向開(kāi)關(guān)的容性負(fù)載提供瞬態(tài)電流，應(yīng)在VCC與COM、VDD與VSS之間連接兩只旁路電容，VCC上旁路用一只 0．1μF的陶瓷電容和一只1μF的鉭電容并聯(lián)，而邏輯電源VDD上用一只0．1uF的陶瓷電容即可，即電容C3、C2分別為1μF、0．1μF。由于IR2110內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)阻抗很小，直接用其驅(qū)動(dòng)“H”橋中的MOSFET器件會(huì)引起快速開(kāi)關(guān)，可能造成MOSFET漏源間電壓振蕩，從而損壞MOS管。所有，應(yīng)在IR211O的輸出端和MOS管之間串接1個(gè)約20 Ω的無(wú)感電阻。如圖5-6所示。
圖5-6 自舉電路
5.6 脈寬信號(hào)產(chǎn)生電路
脈寬信號(hào)由PWM 專用控制器UC3637 產(chǎn)生,其內(nèi)部包含有一個(gè)三角波振蕩器，誤差放大器，兩個(gè)PWM比較器，輸出控制門(mén)，逐個(gè)脈沖限流比較器等，原理圖如圖5-7所示。
圖5-7 UC3637原理圖
UC3637可單電源或雙電源工作，工作電壓范圍±（2.5～20）V，特別有利于雙極性調(diào)制；雙路PWM信號(hào)，圖騰柱輸出，供出或吸收電流能力100mA；逐個(gè)脈沖限流；內(nèi)藏線性良好的恒幅三角波振蕩器；欠壓封鎖；有溫度補(bǔ)償；2.5V閾值控制。UC3637具有一個(gè)高速、帶寬為1MHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運(yùn)放，亦可作為反饋補(bǔ)償運(yùn)放。具體電路設(shè)計(jì)如圖5-8所示。
圖5-8 UC3637 PWM電路
電路通過(guò)R5、R6、R7產(chǎn)生5～10 V的閾值電壓，分別將U6=10 V接引腳1，U7=5 V接引腳3，這樣三角波就在5~10 V內(nèi)變化，即電容CT連接的引腳2電壓在5~10 V內(nèi)變化。是從計(jì)算機(jī)輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的電壓，其范圍為-10～+10V，而UC3637需要5～10 V的控制電壓接引腳9和11，控制輸出端的占空比。利用R2~R5對(duì)控制電壓UK進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，令R9=10 kΩ、R10=18 kΩ、R8=20 kΩ，當(dāng)U8=-10 V時(shí)，應(yīng)有U11=5 V，由電路分流可獲得：
代入數(shù)據(jù)解得，R11=2 kΩ。
為避免工作過(guò)程中發(fā)生直通短路現(xiàn)象，應(yīng)在UC3637的輸出端引腳4和引腳7后各接一個(gè)RC延時(shí)電路，設(shè)需延時(shí)時(shí)間r=5μs，延時(shí)電路中所用電阻R13取5 Ω，由公式可得：
這樣雙路互補(bǔ)PWM脈沖信號(hào)在上升沿有幾個(gè)微秒的延時(shí)，在下降沿?zé)o延時(shí)，與IR2110內(nèi)部上下路信號(hào)設(shè)置的延時(shí)相結(jié)合，可確?！癏”橋中同一橋臂的上下兩個(gè)MOS管存在一個(gè)死區(qū)時(shí)間，從而保證電路工作安全穩(wěn)定。由于15 V直流供電電源含有一定的交流雜波，故分別在引腳1、引腳3和15 V電源前并聯(lián)1只0．1μF的電容，以濾除交流雜波的干擾。
6 結(jié)論
本設(shè)計(jì)屬于機(jī)電結(jié)合的設(shè)計(jì)，主要有兩大部分，第一部分為機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，主要是二維精密工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)；第二部分為電路設(shè)計(jì)部分，主要是設(shè)計(jì)了直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)經(jīng)歷了方案確定、零件設(shè)計(jì)選擇、零件校核、圖紙繪制這幾個(gè)階段。首先在方案選擇上確定了采用直流伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接聯(lián)接絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的方式，這樣的聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，并被現(xiàn)代的機(jī)床制造業(yè)廣泛采用，確定整體方案后利用三維設(shè)計(jì)軟件solidworks進(jìn)行三維建模，對(duì)干涉進(jìn)行檢查，確保方案的合理性；在零件的設(shè)計(jì)選擇方面，本設(shè)計(jì)在導(dǎo)軌上選擇采用直線導(dǎo)軌，摩擦小，并對(duì)工作臺(tái)的支撐件例如底座、電機(jī)座進(jìn)行設(shè)計(jì)；在零件校核上，本設(shè)計(jì)主要對(duì)絲杠的剛度以及誤差進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并對(duì)聯(lián)軸器與鍵等進(jìn)行了校核；在圖紙繪制階段，繪制了工作臺(tái)的裝配圖以及主要零部件的零件圖。在圖紙繪制階段，主要注意了螺釘、墊片等標(biāo)準(zhǔn)件的畫(huà)法以及尺寸的標(biāo)注。
電路設(shè)計(jì)部分，主要是設(shè)計(jì)直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖。驅(qū)動(dòng)電路的原理是采用PWM調(diào)速系統(tǒng)，在電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)上采用N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)建H橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
總體來(lái)說(shuō)完成了一下主要工作：
（1）分析常見(jiàn)的數(shù)控銑床伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，確定采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
（2）在深入研究滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，選定了錯(cuò)位預(yù)壓型絲桿螺母，并選擇了兩端固定絲杠支撐結(jié)構(gòu)，確定整個(gè)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)。
（3）在深入研究工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)形式的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三維實(shí)體造型軟件Solidworks建立數(shù)控銑床二維精密工作臺(tái)各零部件的三維實(shí)體模型。并根據(jù)系統(tǒng)中各零部件的相對(duì)位置關(guān)系，進(jìn)行虛擬裝配，形成數(shù)控銑床二維精密工作臺(tái)的虛擬裝配模型。
（4）分析了常用的伺服電機(jī)，確定了使用直流伺服電機(jī)，并且采用了PWM調(diào)速系統(tǒng)，在功率驅(qū)動(dòng)上采用mos管形成的H橋進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)然，本文還有許多方面有待于進(jìn)一步完善和深化，希望進(jìn)一步做以下的研究工作：
（1）通過(guò)CAE分析優(yōu)化工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)部件，進(jìn)一步增強(qiáng)各個(gè)零件在工作中的可靠性，同時(shí)減低裝置的成本。
（2）由于是在虛擬樣機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)定向儀裝置進(jìn)行三維實(shí)體建模，并不能很好的解決裝置各部件的公差配合，以及加工的工藝性能。所以要加強(qiáng)各個(gè)零件的工藝性能。
謝 辭
本論文是在我的導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給了我很大的幫助，正是在導(dǎo)師的耐心指導(dǎo)下，我不斷克服方方面面的困難，順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，在此向我的指導(dǎo)老師致以深沉的敬意和誠(chéng)摯的謝意！ 同時(shí)感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及老師對(duì)我的關(guān)心和幫助，使我在學(xué)校感受到了家的溫暖!他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，精益求精的工作態(tài)度時(shí)刻影響著我、感染著我、激勵(lì)著我，將使我終生受益！感謝班上同學(xué)，他們給予了我諸多鼓勵(lì)和幫助，讓我不斷的走下去，這里表示衷心的感謝！
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，以及傳統(tǒng)與經(jīng)典設(shè)計(jì)的意義。設(shè)計(jì)工作主要是在宿舍完成，在畢設(shè)的日子里，每天坐在電腦前工作的時(shí)間都超過(guò)了十個(gè)小時(shí)，為著設(shè)計(jì)合理以及完善各個(gè)尺寸與公差的標(biāo)注，反復(fù)不停的修改圖紙，就是希望所出的圖紙能夠在實(shí)際加工中使用。我想這為了大學(xué)畫(huà)上了一個(gè)完美的句號(hào)。一路走來(lái)感慨萬(wàn)千，充實(shí)與奮斗的感覺(jué)，努力與拼搏的感覺(jué)，鍛煉了自己，也熟悉了很多事情的流程。當(dāng)然本設(shè)計(jì)還存在不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
最后,愿關(guān)心我給過(guò)我?guī)椭娜耍眢w健康，工作順利，萬(wàn)事如意。
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