刀具刃磨中心Z軸進給系統(tǒng)設計與建模

《刀具刃磨中心Z軸進給系統(tǒng)設計與建?！酚蓵T分享，可在線閱讀，更多相關《刀具刃磨中心Z軸進給系統(tǒng)設計與建模（57頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

陜西理工學院畢業(yè)設計論文 畢業(yè)設計 說明書 題 目 刀具刃磨中心 學生姓名 蔣鵬飛 學號 0815014004 所在院 (系 ) 機械工程學院 專業(yè)班級 機自 081 指導教師 張軍峰 2012 年 5 月 20 日 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 刀具刃磨中心 蔣鵬飛 (陜 西 理工 學院 機械工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè) 081 班，陜西 漢中 723003) 指導老師：張軍峰 [摘要 ]本文主要闡述了刀具刃磨中心工具磨床 Z 軸進給系統(tǒng)設計與建模， 數(shù)控磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床 ，是高效高精度的刀具刃磨機床，特別是五軸聯(lián)動的數(shù)控工具磨床，是刀具刃磨機床發(fā)展的方向。可以 用來加 車刀，麻花鉆， 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 。進給系統(tǒng)采用 全封閉結構，無外掛裝置，內置切削液冷卻循環(huán)裝置及油霧回收裝置。進給 軸由單元電機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。 且運動平穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損，使用壽命長。 導軌全部采用 燕尾型 精密滾珠直線導軌，具有精密高， 摩擦系數(shù)小， 壽命長等特點 。 導軌、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 畫出 Z 軸進給系統(tǒng)三維模型圖，生成二維工程圖。 [關鍵詞 ] 刃磨中心 Z 軸進給系統(tǒng) 閉環(huán)系統(tǒng) 滾珠絲杠 直線型滾動導軌 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 of 23003， c is to of he is of nc is of be to no by by no no is a of in d to to 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 Ι 頁 共 2 頁 目 錄 引 言 ................................................................ 1 1. 概述 .............................................................. 2 控機床的概念 .................................................. 2 控機床的 組成分類及特點 ........................................ 2 控機床的組成 .............................................. 2 控機床的分類 .............................................. 2 控機床的特點 .............................................. 3 控機床的發(fā)展 趨勢及 現(xiàn)狀 ........................................ 3 設計的主要內容和方法 .......................................... 5 2. ................................................................給傳動系統(tǒng)的組成及其原理 ...................................... 6 給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇 ...................................... 6 給驅動系統(tǒng)電動機類型的確定 .................................... 8 給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇 .............................. 9 給系統(tǒng)的傳動要求 .......................................... 9 給系統(tǒng)的傳動類型的選擇 .................................... 9 動機與絲杠連接方式的選擇 ..................................... 13 給系統(tǒng)的一些其他要求 ......................................... 14 3. 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 ...................................未定義書簽。 珠絲杠螺母副的種類 ........................................... 14 珠絲杠支承方式的確定 ......................................... 14 動部件的主要參數(shù) ............................................. 16 珠絲杠的計算與選擇 ........................................... 17 珠絲杠導程的確定 ......................................... 17 珠絲杠的等效轉速 ......................................... 18 摩擦力的計算 ........................................... 19 ................ 錯誤 !未定義書簽。 定所絲杠受的最大載荷 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 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 錯誤 !未定義書簽。 算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 .......... 錯誤 !未定義書簽。 ............................... 22 珠絲杠螺母副承載能力校核 ..................................... 23 算器械傳動剛度 ............................................... 23 ................................................... 24 4. 滾珠絲杠螺母副支撐用的軸承 ...................................未定義書簽。 撐方式 ....................................................... 25 效形式 ....................................................... 27 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 Ⅱ 頁 共 2 頁 5. 伺服驅動系統(tǒng)的設計計算 ............................................未定義書簽。 動機的選擇 ................................................... 29 服驅動系統(tǒng)的設計計算 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 沖當量的計算 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 進電機的選型與計算 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 動機參數(shù)驗證 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 6. 聯(lián)軸器的選擇 ....................................................................................................... 36 擇聯(lián)軸器的類型 ............................................... 36 算聯(lián)軸器的計算轉矩 ........................................... 36 定聯(lián)軸器的型號 ............................................... 36 核最大轉速 ................................................... 37 調軸孔直徑 .................................... 錯誤 !未定義書簽。 定部件相應的安裝精度 ......................................... 37 行必要的校核 ................................................. 37 軸器參數(shù) ..................................................... 38 7. 進給系統(tǒng)其他部件的確定 ................................................................................ 40 軌的 確定 ...................................... 錯誤 !未定義書簽。 軌 結構 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 軌的選用 ...................................... 錯誤 !未定義書簽。 床的噪聲控制 .................................. 錯誤 !未定義書簽。 8. 滾珠絲杠的保護 ...............................................................未定義書簽。 總結與體會 .......................................................................................................................... 45 致謝 ........................................................................................................................................ 46 參考文獻 ..............................................................................................................................西理工學院畢業(yè)設計論文 第 1 頁 共 47 頁 引 言 在機械加工中，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。其質量好壞直接影響到加工對象的表面質量、精度及加工效率。采用先進的刀具刃磨機床和有效經濟的工藝方法，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床修磨好磨損到用鈍標準的刀具，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)降低生產成本的有效途徑之一。 高質量、高耐用度刀具的生產需求，高效的、高精度的刀具修磨要求，促使刀具刃磨機床的功能結構由簡單到復雜，自動化程度由低到高不斷發(fā)展。 在國內，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)控機床進行數(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自行制造、數(shù)控系統(tǒng)靠引進，這種數(shù)控工具磨床產 品不但成本很高，而且由于通用的 統(tǒng)沒有集成刀具磨削加工技術和編程軟件，難以實現(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、使用壽命和刀具結構越來越成為影響加工能力和生產效率的關鍵因素，昂貴的刀具成為生產成本的重要組成部分。因此，用于刀具修磨的刃磨機行業(yè)就越來越受到加工制造業(yè)的認可 。在實際中，提高機床的傳動精度，高效率，穩(wěn)定的進給系統(tǒng)來實現(xiàn)刀具刃磨的精度，減低成本。 因而，本次畢業(yè)設計主要圍繞如何提高機床刃磨刀具的精度，設計合適的刃磨機床的進給系統(tǒng)來提高精度，主要以 Z 軸進給系統(tǒng)的設計為例來說明研討，選擇相應的傳動方式，執(zhí)行機構，并在進行模型設計生成二維工程圖。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 2 頁 共 47 頁 1. 概述 控機床的概念 數(shù)控機床是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物 ，是技術密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設備 。 它與普通機床相比 ， 其優(yōu)越性是顯而易見的 ， 不僅零件加工精度高 ， 產品質量穩(wěn)定 ， 且自動化程度極高 ， 可減輕工人的體力勞動強度 ， 大大提高了生產效率 ， 特別值得一提的是數(shù)控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜曲面的零件加工 ， 因而數(shù)控機床在機械制造業(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、以及特制的復雜工藝裝備附件，機械結構大為簡化。手動工具磨床上的特殊機構和通過人為操縱所實現(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)調運動來輕松地實現(xiàn)。 控機床的 組成分類及特點 控機床的組成 數(shù)控機床一般由控制介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體組成。 指令的形式記載各種加工信息； 受輸入的加工信息，經數(shù)控裝置運算處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應的脈沖； 數(shù)控裝置的脈 沖信號轉換成機床運動部件的機械位移；用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。 括，主軸部分、進給系統(tǒng)、刀庫和自動換刀裝置 (自動托盤交換裝置 (。 控機床的分類 數(shù) 控機床的品種和規(guī)格繁多，分類方法不一。根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已有近 500陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 2 頁 共 47 頁 種數(shù)控機床。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 3 頁 共 47 頁 根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成，一般分為以下幾類： 按坐標軸數(shù)分類：一般數(shù)控機床，數(shù)控加工中心機床，多坐標軸數(shù)控機床； 按特點分類：點位控制數(shù)控機床，直線控制數(shù)控機床，輪廓控制數(shù)控機床； 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：經濟型，普及型，高級型。 控機床的特點 數(shù)控機床較好地解決了復雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動化機床，尤其對于約占機械加工總量 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)控機床有以下幾方面的特點 ： 其提高了同批零件加工的一致性，使產品質量穩(wěn)定； 般約提高效率 3，使用數(shù)控加工中心機床則可提高生率5； 件； 善了勞動條件； 控機床的發(fā)展 趨勢及 現(xiàn)狀 在國外，手動工具磨床已經只是作為數(shù)控工具磨床的輔助。從目前國內市場來看，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地位，它適合目前我國的國內市場需求和實際情況。主要應用于專業(yè)刀具生產企業(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，及結構較簡單的標準和非標準刀具的生產制造。數(shù)控工具磨床已經經歷了幾代的產品發(fā)展過程。初期是對普通工具磨床進行數(shù)控改造，用 件來簡化結構，提高精度。第二代產品是數(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，通過幾組獨立砂輪的轉塔磨頭來完成多道工序復合加工，加工過程中自動更換砂輪，因而刀具制造精度高，適用于復雜形狀型面刀具的精密磨削。 司研發(fā)的 削中心自帶砂輪庫，并且砂輪庫由獨立的伺服軸控制，完全實現(xiàn)砂輪的自動更換，可以實現(xiàn)高效率的自動化生產；采用生產、修磨一體化設計磨削軟件，實現(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)的全自動校準等輔助功陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 4 頁 共 47 頁 能。適用于各種標準刀具、復雜刀具 (非標準 )的生產和修磨。 削中心，還可以集成全自動拾取式上料系統(tǒng)，容納多達 16 支自由尺寸的各種刀具。 第三代產品是生產刀具的自動化工廠、自動化生產線和柔性制造單元，它代表刀具刃磨機床的最專業(yè)、最前沿的制造生產技術。它由一組只需完成單一加工工序的2具磨床組成，機床問由傳輸線和機械手連接，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。 采用數(shù)控工具磨床對刀具進行磨削加工必須依靠刀具磨削加工技術和編程 技術，而各種復雜形狀刀具的磨削加工技術和編程軟件，目前在國外也屬于專利技術或保密技術。正因為如此，目前世界上也只有少數(shù)廠商能夠生產高性能的數(shù)控工具磨床。 在國內，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)控機床進行數(shù)控改造來滿足特定刀具的制造刃磨的水平上。國內的數(shù)控工具磨床基本上靠進口，價格昂貴，并且這些數(shù)控機床經過相當長時間的使用后，其主機性能基本完好，仍可使用，而其數(shù)控系統(tǒng)則已經遠遠落后于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)技術，屬于已淘汰產品。最近幾年國內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自 行制造、數(shù)控系統(tǒng)靠引進，這種數(shù)控工具磨床產品不但成本很高，而且由于通用的 統(tǒng)沒有集成刀具磨削加工技術和編程軟件，難以實現(xiàn)刀具 (特別是復雜刀具 )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水平的差距。如在第九屆中國國際機床展覽會 (，中國武漢機床廠還展出了 軸數(shù)控工具磨床，可用于生產和修磨各種金屬切削刀具 ， 以上所述的刀具刃磨機床均是萬能型的，其實刀具刃磨機床發(fā)展過程中還有另一重要分支，那就是專用刀具刃磨機床。專用刀 具刃磨機床是為特定刀具批量化生產而設計制造，如，滾刀刃磨床、拉刀刃磨床、鉆頭刃磨床、鋸片刃磨床等。這些機床通用性雖然沒有萬能型刀具刃磨機床好，但它具有效率高、適用于大批量生產、能有效降低刀具制造生產成本等特點，適用于專業(yè)刀具生產廠特定刀具的大批量生產，也是刀具刃磨機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的機械加工方法，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、直線電機技術、大導程高速精密滾珠絲杠副和新型高精度導軌的發(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)產品的小型化和加工過程的微細化是全球加工制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，微細切削陜西理工學院畢業(yè)設計論文 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)的應用越來越廣泛，是切削加工技術的一個發(fā)展方向。高精密微細刀具的生產制造是微細切削加工技術得以發(fā)展的重要保證。因此，研發(fā)刃磨微細刀具的數(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和修磨刀具的“刀具”，是工具磨床的關鍵部分。砂輪的 設計，其截面形狀的優(yōu)化、粘結劑的結合強度及其適用性、砂輪基體的材料、砂輪的制造技術，以及全自動的砂輪修整、檢測控制技術也是未來工具磨床發(fā)展的一個重要方向。 4)利用計算機技術及模擬技術，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量進行仿真的數(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 。 設計的主要內容和方法 本設計為縱向進給運動的設計，設計內容主要包括：確定系統(tǒng)的負載，確定系統(tǒng)脈沖當量，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩機計算，確定伺服電機等。 設計 時要求電機與絲杠采用柔性連接，電機選用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較核。設計與生產實際相結合，既要滿足理論要求，又要滿足生產現(xiàn)實實際。設計應遵循先易后難、先局部后全局的規(guī)律，確定設計步驟時，應把整個數(shù)控 工具磨床 Z 向進給傳動系統(tǒng)分成若干個子系統(tǒng)進行，待各系統(tǒng)基本合理后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。設計的產品應高效經濟。本課題所設計的進給系統(tǒng)是針對經濟型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設計成功一旦應用到生產實踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產力水平，減輕勞動強度，提高經濟效益。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 6 頁 共 47 頁 2. Z 向 進給傳動系統(tǒng) 總體方案的確定 給傳動系統(tǒng)的組成及其原理 數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的關鍵組成部分。一般由控制電路、電器驅動部件和執(zhí)行部件組成。進給傳動部件一般認為是從電機到工作臺之間的傳動鏈。進給傳動部件的動態(tài)特性的好壞直接影響到一臺機床的工作性能和加工精度。進給傳動部件的振動會影響進給系統(tǒng)的定位精度。另外，機械傳動部件的設計好壞對進給伺服系統(tǒng)的伺服性能的影響也很大?，F(xiàn)代數(shù)控機床日益向著高速、高效率、高精度方向發(fā)展。對機床進給傳動部件的設計要求也越來越高。 數(shù)控機床的 進給系統(tǒng)，與普通機床不同。數(shù)控機床的進給指令，來自數(shù)控系統(tǒng)，經進給電動機和驅動機構，使執(zhí)行部件如刀架、工作臺、主軸箱等按程序的規(guī)定運動。 進給 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)控機床的檔次，因此，在數(shù)控技術發(fā)展的歷程中，進給驅動系統(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，是通過進給驅動系統(tǒng)來驅動機械執(zhí)行部件，最終實現(xiàn)機床精確的進給運動的。數(shù)控機床的進給 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、準確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運動命令，精確地控制機床進給傳動鏈的坐標運動 。它的性能決定了數(shù)控機床的許多性能，如最高移動速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。 給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇 統(tǒng) : 這類數(shù)控系統(tǒng)驅動不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅動元件 換為控制步進電動機各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號，驅動步進電動機轉動，再經機床傳動機構 (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，被廣泛應用于經濟型數(shù)控系統(tǒng)中。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 7 頁 共 47 頁 圖 環(huán)控制系統(tǒng) 制 系統(tǒng) : 位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作臺的實際運行位置 (直線位移 )，并將其與 置計算出的指令位置 (或位移 )相比較，用差值進行控制，其控制框圖如圖 4 所示。由于閉環(huán)的環(huán)路內不包括絲杠、螺母副及機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)，但其調試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，因此在實際應用中，這種方式被廣泛采用。用的最多。 圖 開環(huán)控制系統(tǒng) 制 系統(tǒng) : 位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢 測機床工作臺的實際運行位置 (直線位移 )，并將其與 置計算出的指令位置 (或位移 )相比較，用差值進行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內，調試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)調試比較麻煩。高檔精密機床使用。 數(shù)控機床一般由控制介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床組成機床本體的各機械部件組成 。 圖 環(huán)控制系統(tǒng) 消除傳動系統(tǒng)中的傳動間隙 ， 提高傳動剛度 ， 減少運動件的摩擦阻力 ， 減小運動陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 8 頁 共 47 頁 慣量 ， 系統(tǒng)要有適當阻尼 ， 提高系統(tǒng)傳動件傳動精度 。 根據(jù)需求，并且考慮到經濟的效益，故選擇半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 給驅動電動機類型的確定 早期的數(shù)控機床采用電液伺服驅動的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機床基本上都采用全電氣伺服驅動系統(tǒng)。它可分為步進電機 ， 直流伺服電動機和交流伺服電動機伺服驅動系統(tǒng)三類。 步進電動機 ： 步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移 (或線位移 )的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續(xù)轉動的，而步進電動機則有定位和運轉兩種基本狀態(tài)，當有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信號 ，它就轉過一定的角度。 步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，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、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保持原有位置處于定位狀態(tài)。在電動機定子上有 A、 B、 C 三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為 相，而轉子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產生磁場，當 A、 B、 C 三個磁極的線圈依次輪流通電，則 A、 B、 直流伺服電動機 具有：①穩(wěn)定性好；②轉向取決于控制電壓的極性，控制電壓為零時，轉子慣性很小，能立即停止； ③響應迅速，機械特性和調節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉”現(xiàn)象；④控制功率低 ， 損耗??；⑤轉矩大；⑥機械特性和調節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉”現(xiàn)象等特點 。 交流伺服電動機 ： 輸出或輸入為交流電能的旋轉電機 ， 稱為交流電機 ， 它實際上就是兩相異步電動機 ， 所以有時也叫兩相伺服電動機。 交流伺服電動機的機械特性是非 線性的 ， 電容移相控制時非線性更為嚴重 ， 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。機械特性很軟，低速段更軟，負載轉矩變化對轉速影響很大 ，而且機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。若交流伺服電動機設計參數(shù)選擇不當，或制造工藝不良 ， 在單相狀態(tài)下會產生 “ 自轉 ” 而失控 ，而且其 電動機的轉子電阻相當大 ， 所以損耗大，效率低，電動機的利用程度差。 除此之外交流伺服電動機結構簡單 ， 維護方便，運行可靠，適宜于不易檢修的場合使用。 伺服電機是根據(jù)負載條件來選取的。加在電機軸上的負載主要有兩種 :負載扭矩和負載慣量 ， 其中負載扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。負載扭矩應小于所選擇電機的額定陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 9 頁 共 47 頁 扭 矩 ， 負載扭矩與加速扭矩之和應等于所選擇電機的最大扭矩。加速扭矩應考慮負載慣量和電機慣量的匹配 ， 同時還應考慮連續(xù)過載時間在所選電機的允許范圍內 ， 負載快速運動時所需的電機轉速應在電機的最高轉速之內。這樣可使電機在機床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。 從上述三種電動機的比較可知 ， 步進 電動機是自動控制系統(tǒng)中具有很高的優(yōu)越性。所以在 刀具刃磨中心 進給系統(tǒng)中使用 步進 電動機 。 給系統(tǒng)的 傳動 要求及傳動類型 的選擇 動 要求 數(shù)控機床進給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度 。為此，數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)必須滿足 :（ 1）傳動精度高；（ 2）摩擦阻力?。唬?3）運動部件慣量小。 動類型的選擇 數(shù)控機床 進給 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。 其特點是：摩擦系數(shù)小，僅為 平穩(wěn)性高；反向間隙?。坏?，靜壓絲杠螺母副應有一套供油系統(tǒng)，而且對有的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 杠螺母副 結構簡單，加工方便，在一定條件下能自鎖，廣泛用于一 般的機床進給，調整和定位機構。 一． 概述 在數(shù)控機床上，將回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點是：傳動效率高，一般為 η =動靈敏，摩擦力小，不易產生爬行；使用壽命長；具有可逆性，不僅可以將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，亦可將直線運陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 10 頁 共 47 頁 動變成旋轉運動；軸向運動精度高，施加預緊力后，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。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(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，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。因此，在數(shù)控機床上得到了廣泛的應用，是目前中、小型數(shù)控機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，當它們對合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，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裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構成一個閉合的回路。 內滾道外滾道( ) ( )圖 珠絲杠螺母副工作原理圖 圖 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入循環(huán)。如圖 所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種形式結構工藝性好，但由于管道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖 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，這種形式的結構比插管式結構徑向尺寸小，但制造較復雜。 （ 2）內循環(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 滾珠從螺紋滾道進入反向器 ,借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進入相鄰滾道 ,實現(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。缺點是反向器加工困難。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 11 頁 共 47 頁 ( )( )圖 外循環(huán)滾珠絲杠 反向器反向器圖 內循環(huán)滾珠絲杠 四． 滾珠絲杠螺母副軸向間 隙的調整 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構，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面上。用這種方法預緊消除軸向間隙時，應注意預緊力不宜過大，預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動部分的間隙。 常用的螺母絲杠消除間隙方法有： 1、墊片調隙式。如圖 示，調整墊片厚度使左右兩螺母不能相對旋轉，只產生軸向位移，即可消除間隙和產生預緊力。 這種方式結構簡單，剛性好，調整時需要卸下調整墊圈修磨，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 12 頁 共 47 頁 左螺母墊片右螺母絲杠ⅠⅠ放大圓螺母鎖緊螺母 左螺母 右螺母 平鍵圖 墊片調隙式 圖 螺紋調隙式 2、螺紋調隙式。如圖 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的轉動。調整時，只要擰動圓螺母 1 即可消除間隙并產生預緊力，然后用螺母 2鎖緊。這種調整方法具有結構簡單、工作可靠、調整方便的優(yōu)點，但預緊量不很準確。 3、齒差調隙式。如圖 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齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為 相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉動一個齒，然后再插入內齒圈，則兩個螺母便產生相對角位移，其軸向位移量 ? ?1 /11 ?? 。例如， 1， 0，滾珠絲杠的導程為 t=6， s=6/6480≈ 種調整方法能精確調整預緊量，調整方便、可靠，但結構尺寸較大，多用于高精度的傳動。 Z 1內齒圈Z 2L 0L 0 + Δ L 0L 0圖 齒差調隙式 圖 螺母變位螺距式 圖 示，它是在滾珠螺母體內的兩列循環(huán)滾珠鏈之間使用螺紋滾道在軸向產生一個△ 導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位實現(xiàn)預緊。這種調隙方法結構簡單，但負荷量須預先設定且不能改變。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 13 頁 共 47 頁 4 特點： 1、 與滑動 絲杠 副相比驅動力矩為 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動 ,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下 ,即達到同樣運動結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。 2、 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械設備連貫生產出來的，特別是在研削、組裝、檢查各 工序的工廠環(huán)境方面 ,對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。 3、微進給可能 - 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實現(xiàn)精確的微進給。 4、無側隙、剛性高 - 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使 軸向間隙 達到負值 ,進而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力 ,在實際用于機械裝置等時 ,由于滾珠的斥 力可使絲母部的剛性增強 )。 5、高速進給可能 - 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給 (運動 )。 由以上比較，根據(jù)要求， Z 向進給傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。 機與絲杠聯(lián)接 方式的選擇 滾珠絲杠螺母副與電動機的聯(lián)接的型式主要有三種： 這是一種最簡單的連接型式 具有最大的扭轉剛度；傳動機構本身無間隙 ,傳動精度高 ,而且結構簡單 ,安裝、調整方便，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，它能補償因同軸度及垂直度誤差引起的 “ 干涉 ” 現(xiàn)象 ， 不僅可以簡化結構，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。 這種調整方法的優(yōu)點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；但是結構比較復雜 ,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床中。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 14 頁 共 47 頁 同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點 ,與齒輪傳動相比它結構更簡單 ,制造成本更低 ,安裝調整更方便。并且傳動不打滑、不需要大的張緊力； 但是在同步 齒形傳動設計時對材料的要求很高。 機床主要用機械聯(lián)軸器連接，機械聯(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 電機與絲杠副 ，這是一種簡單的聯(lián)接形式具有大的扭轉剛度，制造成本低，傳動精度高，而且結構簡單，安裝調整方便。 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，應避免硬質灰塵或切屑污物進入，因此必須裝有防護裝置。 如果滾珠絲杠副在機床上外露，則應采用封閉的防護罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時將防護罩的一端連接在滾珠螺母的側面，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，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 ， 它采用硬質塑料制成 ， 其內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。工作中應避免碰擊防護裝置 ， 防護裝置一有損壞應及時更換 。 另外對滾珠絲杠安裝處應進行削邊。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 14 頁 共 47 頁 3. 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 在第二章初步選擇了進給飼服系統(tǒng)的傳動類型為：滾珠絲杠螺母副?，F(xiàn)在具體對其進行設計，計算和選型 。 珠絲杠螺母副的種類 絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度 。 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；啟動力矩和運動時力矩相接近 ， 可以降低電機啟動力矩。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。珠絲杠滾副的預緊方法有：雙螺母墊片式預緊 ， 雙螺母螺紋式預緊 ， 雙螺母齒差式預緊 ， 單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等幾種 。 珠絲杠支承方式的確定 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動 剛度，除了加強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構剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應具有足夠的剛度和精度。通常都適當加大和機床結合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設計的機床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機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?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內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，其結構雖簡單，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構尺寸。 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)的機床，因為這種結構的機械定位精度是最不可靠陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 14 頁 共 47 頁 的，特別是對于長徑比大的絲杠 (滾珠絲杠相對細長 )，熱變性是很明顯的， 的絲杠在冷、熱的不同環(huán)境下變化 很正常的。但是由于他的結構簡單，安裝調試方便，許多高精度機床仍然采用這種結構，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。這種結構使用最廣泛，目前國內中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結構。 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?shù)念A緊力，提高絲杠支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。 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 給系統(tǒng)對微小的位移要響應靈敏，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 示： 圖 珠絲杠的支撐方式 在設計中，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 第 14 頁 共 47 頁 所示： 圖 承之撐 動部件的主要參數(shù) 已知技術參數(shù)： 縱向最大行程（ 180/工作給速度為 1縱向快速進給速度： 總體 估計質量： 50磨削深度 2 進給量 磨削系數(shù) 300； 0 4 /p m m P? ? ； 材料選為： 珠絲杠的計算與選擇 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 14 頁 共 47 頁 導程就是絲桿轉動一周 ,滑塊的位移 . 因此導程越小 ,同樣軸徑的情況下扭矩就可以越大 ,當然滑塊的位移則較慢 ,在一定軸徑的情況下 ,導程越小 ,可以驅動的工件越大 就是轉速一定 ,滑塊位移速度不一樣 ,