fxmy力-位混合伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的設(shè)計(jì)【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報(bào)告</b></p><p><b>　　機(jī)械電子工程</b></p><p>　　Fx/My力-位混合伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p>　　在20世紀(jì)60年代以前，步進(jìn)伺服系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的液壓伺服

2、電動機(jī)或是以功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動為特征，伺服系統(tǒng)采用開環(huán)控制。</p><p>　　步進(jìn)伺服系統(tǒng)接受脈沖信號，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數(shù)。由于沒有檢測和反饋環(huán)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動間隙等，所以它的精度較低。而且步進(jìn)電機(jī)在低頻時易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進(jìn)伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)在啟動頻率過高或負(fù)載過大時易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時

3、轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時間也較長，速度響應(yīng)較慢。</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，伺服系統(tǒng)的作用與要求越顯突出，交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用也越來越為廣泛。針對直流電動機(jī)的缺陷，如果將其里外作相應(yīng)的調(diào)整處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動機(jī)，同時隨著矢量控制方法的實(shí)用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性，其

4、寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。</p><p>　　通過力-位混合伺服插補(bǔ)工作臺的設(shè)計(jì)，可以使數(shù)控操作更快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。通常的數(shù)控工作臺，速度性好，但可能會有強(qiáng)烈的震蕩；改善穩(wěn)定性，精度雖好，控制過程可能過于遲緩。因此，對一些大中型企業(yè)而言，若由此數(shù)控工作臺

5、進(jìn)行生產(chǎn)，將解決一些工件加工過程中的精度和自動化的問題。這樣的工作臺也具有一定的靈活性、通用性和經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p>　　伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，

6、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的

7、發(fā)展歷程。</p><p>　　目前，最成功且接近實(shí)用是用柔順控制策略實(shí)現(xiàn)力、位混合控制。這種策略將任務(wù)空間劃分成了兩個正交的子空間即力控制子空間和位置控制子空間，在力控制子空間中用力控制策略進(jìn)行力控制，在位置控制子空間利用位置控制策略進(jìn)行位置控制。力／位混合控制策略與傳統(tǒng)的阻抗控制策略是不同的，阻抗控制是一種間接控制力的方法，其核心思想是把力誤差信號變?yōu)槲恢铆h(huán)的位置調(diào)節(jié)量，即控制器的輸入信號加到位置控制的輸入端

8、，通過位置的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)力的控制。力／位混合控制方法的核心思想是分別用不同的控制策略對位置和力直接進(jìn)行控制，即首先通過選擇矩陣確定當(dāng)前接觸點(diǎn)的位控和力控方向，然后應(yīng)用力反饋信息相位置反饋信息分別在位置環(huán)和力環(huán)中進(jìn)行閉環(huán)控制，最終在受限運(yùn)動中實(shí)現(xiàn)力和位置的同時控制。</p><p>　　對工作臺和y方向力的控制的要求：</p><p>　　工作臺可滿足液壓柱塞缸、彈簧的工作，具有良好的通用性。

9、</p><p>　　(2)加載臺架采用的布置方式，可以減少了試驗(yàn)臺的占地面積。</p><p>　　(3)除特殊形式的液壓缸需加輔助裝置外，不受箱體和框架的限制，可裝夾各種行程的液壓缸。</p><p>　　三、研究的方法與技術(shù)路線</p><p>　　根據(jù)力-位混合伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的現(xiàn)今狀況，對數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)的可行性方案進(jìn)行分析，避

10、免出現(xiàn)可能出現(xiàn)一些現(xiàn)階段尚未解決的問題。并根據(jù)學(xué)過的PLC和控制工程的課程合并總結(jié)，利用學(xué)過的課程處理設(shè)計(jì)過程遇到的問題。</p><p>　　四、研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　1-3 周：理解設(shè)計(jì)任務(wù)，收集資料；完成外文翻譯；完成文獻(xiàn)總數(shù)和開題報(bào)告； 4- 7 周：總體結(jié)構(gòu)與主要零件設(shè)計(jì)； 8 -12周：零件圖紙繪制； 13周：完

11、成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭建榮編著. ADAMS—虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2001</p><p>　　[2] 黃進(jìn). 含摩擦環(huán)節(jié)伺服系統(tǒng)的分析及控制補(bǔ)償研究: [博士學(xué)位論文].西安: 西安電子科技大學(xué), 1998</p>

12、;<p>　　[3] 楊萍.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù).淮南：淮南聯(lián)合大學(xué)，1996</p><p>　　[4] 董景新、趙常德等編著.控制工程基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[5] 許寥，王淑英．電氣控制與PLC應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械_T業(yè)出版社，2005．</p><p>　　[6] 鄭堤．?dāng)?shù)控機(jī)床與編程[M]．北京：機(jī)械工

13、業(yè)出版社，2005．</p><p>　　[7] Kordonsky, V.I., et al, Physical Properties of Magnetizable Structure-reversible Media, J. Magn. & Magn. Mater, (1990), 85, pp. 1143</p><p>　　[8] Rabinow, J., The Mag

14、netic Fluid Clutch,AIEE Trans., (1948), 67, pp. 1308</p><p>　　[9] Carlson, J.D., et al, Commercial Magneto-Rheological Fluids Devices, (1995), 5th Int. Conf.　on ER Fluids, Sheffield, 10-14 July, 1995</p&g

15、t;<p>　　[10] Ginder, J.M., Ford Motor Company USA, 1996, personal communication.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　機(jī)械電子工程</b></p><p>　　Fx/My力-位混合伺服

16、兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)車是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出

17、的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。</p><p>　　關(guān)鍵字：伺

18、服；插補(bǔ)；數(shù)控工作臺；反饋控制系統(tǒng)；</p><p>　　1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及其研究意義</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，伺服系統(tǒng)的作用與要求越顯突出，交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用也越來越為廣泛。針對直流電動機(jī)的缺陷，如果將其里外作相應(yīng)的調(diào)整處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動機(jī)，同時隨著矢量控制方法的實(shí)用化，使交流伺服系統(tǒng)

19、具有良好的伺服特性，其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。</p><p>　　目前，在機(jī)床進(jìn)給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字伺服可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，如做

20、速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報(bào)警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機(jī)的監(jiān)控程序以軟件實(shí)現(xiàn)。使用時可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進(jìn)入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變工作方式、更換電動機(jī)規(guī)格時，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。</p><p>　　交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并

21、隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能</p><p>　　作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年

22、來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動技術(shù)。伺服控制技術(shù)是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國外交流伺服技術(shù)封鎖的主要部分。伺服系統(tǒng)在加工機(jī)械、半導(dǎo)體制造、部件組裝等方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著中國從制造業(yè)大國邁向制造業(yè)強(qiáng)國的進(jìn)程和全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的性能價格比逐步提高，交流（AC）伺服系統(tǒng)作為控制電機(jī)類高檔精密部件，其市場需求將穩(wěn)步增長。</p><p>　　交流伺服系統(tǒng)由于控制原理的先進(jìn)性，成本低、免維護(hù)，并且控制特性

23、正在全面超越直流伺服系統(tǒng)，其勢必將在絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服電機(jī)。</p><p>　　2伺服系統(tǒng)當(dāng)前的發(fā)展趨勢</p><p>　　2.1高效率化 高速、高精、高性能化</p><p>　　盡管這方面的工作早就在進(jìn)行，但是仍需要繼續(xù)加強(qiáng)。主要包括電機(jī)本身的高效率，也包括驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化，采用更高精度的編碼器（每轉(zhuǎn)百萬脈沖級），更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、直

24、線電機(jī)，以及應(yīng)用自適應(yīng)、人工智能等各種現(xiàn)代控制策略，不斷將伺服系統(tǒng)的指標(biāo)提高。</p><p><b>　　2.2通用化</b></p><p>　　通用型驅(qū)動器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下,方便地設(shè)置成V/F控制、無速度傳感器開環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機(jī)控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以

25、驅(qū)動不同類型的電機(jī)。</p><p><b>　　2.3智能化</b></p><p>　　現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動器都具備負(fù)載慣量測定和自動增益調(diào)整功能，有的可以自動辨識電機(jī)的參數(shù)，自動測定編碼器零位，有些則能自動進(jìn)行振動抑止。</p><p>　　2.4網(wǎng)絡(luò)化和模塊化</p>&

26、lt;p>　　現(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線標(biāo)準(zhǔn)競爭的焦點(diǎn)就是如何適應(yīng)高性能運(yùn)動控制對數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內(nèi)對大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升，高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字伺服的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)動模塊、電源模塊、再生制動模塊、通</p><p>　　訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅(qū)動器內(nèi)部軟件和硬件的模塊化和可重用。</p><

27、;p>　　2.5小型化和大型化</p><p>　　無論是永磁無刷伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)都積極向更小的尺寸發(fā)展，比如20，28，35mm外徑；同時也在發(fā)展更大功率和尺寸的機(jī)種，已經(jīng)看到500KW永磁伺服電機(jī)的出現(xiàn)。體現(xiàn)了向兩極化發(fā)展的傾向。</p><p>　　21世紀(jì)是一個嶄新的世紀(jì)，也定將是各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的世紀(jì)。相信隨著材料技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子

28、技術(shù)的快速發(fā)展以及電機(jī)制造工藝水平的逐步提高，同時伴隨著制造業(yè)的不斷升級和制造技術(shù)的快速發(fā)展，必將為加工和制造技術(shù)的核心技術(shù)之一的伺服驅(qū)動技術(shù)迎來又一大好的發(fā)展時機(jī)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭建榮編著. ADAMS—虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2001</p><p&g

29、t;　　[2] 黃進(jìn). 含摩擦環(huán)節(jié)伺服系統(tǒng)的分析及控制補(bǔ)償研究: [博士學(xué)位論文].西安: 西安電子科技大學(xué), 1998</p><p>　　[3] 楊萍.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù).淮南：淮南聯(lián)合大學(xué)，1996</p><p>　　[4] 董景新、趙常德等編著.控制工程基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[5] 許寥，王淑英．電氣控制與PLC應(yīng)

30、用[M]．北京：機(jī)械_T業(yè)出版社，2005．</p><p>　　[6] 鄭堤．?dāng)?shù)控機(jī)床與編程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．</p><p>　　[7] Kordonsky, V.I., et al, Physical Properties of Magnetizable Structure-reversible Media, J. Magn. & Magn. Mater

31、, (1990), 85, pp. 1143</p><p>　　[8] Rabinow, J., The Magnetic Fluid Clutch,AIEE Trans., (1948), 67, pp. 1308</p><p>　　[9] Carlson, J.D., et al, Commercial Magneto-Rheological Fluids Devices, (19

32、95), 5th Int. Conf.　on ER Fluids, Sheffield, 10-14 July, 1995</p><p>　　[10] Ginder, J.M., Ford Motor Company USA, 1996, personal communication.</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><

33、p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　Fx/My力-位混合伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　【摘要】目前，最成功且接近實(shí)用的柔順控制策略是力、位混合控制。這種策略將任務(wù)空間劃分成了兩個正交的子空間即力控制子空間和位置控制子空間，在力控制

34、子空間中用力控制策略進(jìn)行力控制，在位置控制子空間利用位置控制策略進(jìn)行位置控制。力／位混合控制策略與傳統(tǒng)的阻抗控制策略是不同的，阻抗控制是一種間接控制力的方法，其核心思想是把力誤差信號變?yōu)槲恢铆h(huán)的位置調(diào)節(jié)量，即控制器的輸入信號加到位置控制的輸入端，通過位置的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)力的控制。力／位混合控制方法的核心思想是分別用不同的控制策略對位置和力直接進(jìn)行控制，即首先通過選擇矩陣確定當(dāng)前接觸點(diǎn)的位控和力控方向，然后應(yīng)用力反饋信息和位置反饋信息分別在位

35、置環(huán)和力環(huán)中進(jìn)行閉環(huán)控制，最終在受限運(yùn)動中實(shí)現(xiàn)力和位置的同時控制。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】伺服；兩軸插補(bǔ)；數(shù)控工作臺；彈簧。</p><p>　　Fx/My force and position  hybrid servo two axis interpolation nc 

36、;working table design</p><p>　　【ABSTRACT】At present, the most successful and close to practical compliant control strategy is force and position hybrid control.This strategy will be divided into tw

37、o orthogonal space. The subspaces are named force control subspace and the position control subspace. In force control subspace use force control strategy for force control and in the position control subspace use positi

38、on control strategy for position control. Force and position hybrid control strategy is different from traditional</p><p>　　【KEYWORDS】Servo ；two axis interpolation；NC workbench；spring.</p><p>&l

39、t;b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要9</b></p><p><b>　　目　錄11</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　2伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2</p>

40、;<p>　　2.1研究歷史和現(xiàn)狀2</p><p>　　2.2伺服兩軸插補(bǔ)工作臺的發(fā)展趨勢3</p><p>　　2.3伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的研究意義和路線3</p><p>　　3 電機(jī)-彈簧伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3.1 電機(jī)-彈簧伺服系統(tǒng)的模型5</p><p>　　3.

41、2 電機(jī)-彈簧伺服系統(tǒng)的工作過程5</p><p><b>　　4機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　4.1齒輪參數(shù)選定與計(jì)算7</p><p>　　4.1.1選定齒輪精度、材料、齒數(shù)及螺旋角7</p><p>　　4.1.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核7</p><p>　　4.1.3

42、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核8</p><p>　　4.1.4幾何尺寸計(jì)算9</p><p>　　4.2等效傳動慣量計(jì)算(不計(jì)傳動效率)9</p><p>　　4.3等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)9</p><p>　　4.4滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型10</p><p>　　4.4.1滾珠循環(huán)方式10&l

43、t;/p><p>　　4.4.2軸向間隙預(yù)緊方式11</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列11</p><p>　　4.4.4滾珠絲杠精度等級確定11</p><p>　　4.4.5滾珠絲杠副支承形式選擇11</p><p>　　4.4.6滾珠絲杠副的選擇11</p><

44、p>　　4.4.7滾珠絲杠副校核12</p><p>　　4.4.8滾動導(dǎo)軌副的防護(hù)12</p><p>　　4.5 X軸滾動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算12</p><p>　　5伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的零件設(shè)計(jì)圖紙解析14</p><p>　　5.1零件圖紙分析14</p><p>　　5.1.1齒輪的選擇14&

45、lt;/p><p>　　5.1.2 彈簧尺寸的選擇14</p><p>　　5.1.3圓盤零件圖15</p><p>　　5.2 輔助裝置的選擇15</p><p><b>　　6總結(jié)17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p>

46、<p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和發(fā)展，有效的解決了一些高精度、高復(fù)雜性的零件技術(shù)要求。數(shù)控機(jī)床由傳動裝置、驅(qū)動裝置、輔助裝置和工作臺組成。但是現(xiàn)在的社會高速發(fā)展，對零件的要求各不相同，因此要求數(shù)控機(jī)床也要

47、隨著變革，而數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)創(chuàng)新是其中的重點(diǎn)。更重要的是在現(xiàn)代中小型企業(yè)中，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短，而且大多數(shù)都是一些適應(yīng)市場的單件、小批零件加工，若通過數(shù)控機(jī)床（如：傳動裝置、驅(qū)動裝置）來解決這些零件的加工精度和自動化問題，因成本高，故不現(xiàn)實(shí)，所以就由工作臺的設(shè)計(jì)變化滿足這些要求。</p><p>　　伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制

48、理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)

49、字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。</p><p>　　目前，最成功且接近實(shí)用的柔順控制策略是力、位混合控制。這種策略將任務(wù)空間劃分成了兩個正交的子空間即力控制子空間和位置控制子空間，在力控制子空間中用力控制策略進(jìn)行力控制，在位置控制子空間利用位置控制策略進(jìn)行位置控制。力／位混合控制策略與傳統(tǒng)的阻抗控制策略是不同的，阻抗控制是一種間接控制力

50、的方法，其核心思想是把力誤差信號變?yōu)槲恢铆h(huán)的位置調(diào)節(jié)量，即控制器的輸入信號加到位置控制的輸入端，通過位置的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)力的控制。力／位混合控制方法的核心思想是分別用不同的控制策略對位置和力直接進(jìn)行控制，即首先通過選擇矩陣確定當(dāng)前接觸點(diǎn)的位控和力控方向，然后應(yīng)用力反饋信息相位置反饋信息分別在位置環(huán)和力環(huán)中進(jìn)行閉環(huán)控制，最終在受限運(yùn)動中實(shí)現(xiàn)力和位置的同時控制。</p><p>　　2伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的研究現(xiàn)狀和發(fā)

51、展趨勢</p><p>　　2.1研究歷史和現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，對各技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展起到了極大的推動作用，一個較完善的數(shù)控機(jī)床應(yīng)包含：驅(qū)動裝置、傳動裝置、輔助裝置和工作臺。新一代的數(shù)控機(jī)床正在朝著高性能、高精確性和微型化發(fā)展。</p><p>　　數(shù)控（Numerical Control）是數(shù)

52、控技術(shù)的簡稱。它是利用數(shù)字化的信息對機(jī)床及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床自從20世紀(jì)50年代問世以來，隨著微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步而得到迅速發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要部分，它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)都是由計(jì)算機(jī)完成以前硬件數(shù)控所做的工作，為特別強(qiáng)調(diào)，有時也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。目前，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等

53、五代的演變，正在進(jìn)入基于工業(yè)PC的第六代的發(fā)展階段；數(shù)控機(jī)床品種從數(shù)控銑床、數(shù)控車床發(fā)展到各種加工中心機(jī)床和柔性制造系統(tǒng)。幾乎所有機(jī)械制造設(shè)備都有相應(yīng)的數(shù)控產(chǎn)品；數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用已經(jīng)從大中型企業(yè)普及到更加廣泛的中小型企業(yè)甚至家庭作坊[6]。工作臺是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它對數(shù)控加工具有重要影響。以前的數(shù)控工作臺只是滿足與X軸和Y軸的水平移動，來實(shí)現(xiàn)零件的加工，現(xiàn)在更趨向與設(shè)計(jì)簡單但加工性能好的方向發(fā)展。由于數(shù)控機(jī)床是機(jī)床的重要一個組成部

54、分，因此它在國內(nèi)外都受到足夠的重視。其中，外國對機(jī)床工作臺的研究較早，也較</p><p>　　在國內(nèi)，數(shù)控工作臺的研究較晚，過去一種工作臺的設(shè)計(jì)完成之后可以滿足多種零件的生產(chǎn)加工，現(xiàn)在的零件生產(chǎn)加工多數(shù)是小批量的或者是針對性的。因此，現(xiàn)在對工作臺的要求不單單是大眾性，通用性的了。由于我國生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展較晚，因此對工作臺設(shè)計(jì)的要求開始也沒有那么嚴(yán)格，隨著發(fā)展，現(xiàn)今的數(shù)控工作臺也不能滿足需要了。就要求結(jié)構(gòu)簡單，操作

55、方便又能滿足需要的工作臺。</p><p>　　圖2-1 伺服插補(bǔ)數(shù)控工作臺簡圖</p><p>　　2.2伺服兩軸插補(bǔ)工作臺的發(fā)展趨勢</p><p>　　一個國家的繁榮與其先進(jìn)制造業(yè)密切相關(guān)，然而制造時離不開先進(jìn)機(jī)器作為輔助，機(jī)床包括床身、立柱、工作臺、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。工作臺作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，也是影響加工進(jìn)度的重要組成環(huán)節(jié)。從一開始為了滿足加工簡單

56、的零件而設(shè)計(jì)的直線運(yùn)動的X-Y工作臺，到現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺等。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，工作臺的驅(qū)動裝置從原來的機(jī)械驅(qū)動變?yōu)橐后w驅(qū)動，現(xiàn)在更多的采用氣動裝置，更好的保護(hù)環(huán)境，節(jié)約了資源。由于工作臺是一臺機(jī)床的關(guān)鍵配套部件，因此世界各國都有對其進(jìn)行研究，我國在工作臺的研究方面也取得了長足進(jìn)步。</p><p>　　2.3伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的研究意義和路線<

57、;/p><p>　　目前普遍采用的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)包括齒輪傳動副、絲杠、螺母和支承部件等。通常設(shè)計(jì)進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)時必須滿足一定的要求, 才能保證機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和靜態(tài)、動態(tài)性能, 從而確保機(jī)床的加工精度, 一般要求機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有摩擦阻力小, 傳動剛度高, 運(yùn)動部件慣性小和傳動間隙小等特點(diǎn)。X-Y 工作臺作為一種平面定位機(jī)械系統(tǒng), 動態(tài)模型簡單, 它的控制方法也已經(jīng)趨于成熟, 但基于X- Y 工作臺的含有

58、摩擦環(huán)的伺服系統(tǒng)研究是現(xiàn)在的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　根據(jù)力-位混合伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的現(xiàn)今狀況，對數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)的可行性方案進(jìn)行分析，避免出現(xiàn)可能出現(xiàn)一些現(xiàn)階段尚未解決的問題。并根據(jù)學(xué)過的PLC和控制工程的課程合并總結(jié)，利用學(xué)過的課程處理設(shè)計(jì)過程遇到的問題。</p><p>　　方案擬定即確定工作臺傳動的形

59、式和控制方式及主要部件或器件的類型。</p><p>　　驅(qū)動控制方式 ： </p><p>　　由給定的工作臺精度要求較低，為簡化結(jié)構(gòu)，故采用單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。主要由步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)驅(qū)動控制電路、滾珠絲杠副組成。</p><p><b>　　傳動形式確定：</b></p><p>　　工作臺X方向和Y方向

60、兩個坐標(biāo)分別采用步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動。</p><p>　　工作臺X方向采用一級齒輪傳動方式，可以通過降速擴(kuò)大轉(zhuǎn)矩輸出，匹配進(jìn)給系統(tǒng)慣量，獲得要求的輸出機(jī)械特性，同時減小脈沖當(dāng)量。</p><p>　　工作臺Y方向采用直接傳動方式，電機(jī)通過剛性聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)。然后滾珠絲杠與螺母連接，使電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動帶動螺母副的前后移動，推動彈簧的伸長和壓縮，實(shí)現(xiàn)夾具對零件的

61、壓緊力的大小控制。這樣的設(shè)置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。絲杠轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出完全與電機(jī)的輸出特性一致。</p><p>　　3 電機(jī)-彈簧伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1 電機(jī)-彈簧伺服系統(tǒng)的模型</p><p>　　設(shè)計(jì)了主動動力驅(qū)動彈簧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變形的主動柔順?biāo)欧到y(tǒng)。這個伺服系統(tǒng)是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該伺服系統(tǒng)可以有自動調(diào)節(jié)的功能，通過輸入與反饋信號比較后

62、的差值（偏差信號）加給控制器，可以更精確的控制步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)而控制輸出力矩。這個伺服系統(tǒng)相對于其他一些開環(huán)控制系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢，它的精度高，動態(tài)性能好，抗干擾能力強(qiáng)。這也符合本課題的柔順控制的要求。</p><p>　　3.2 電機(jī)-彈簧伺服系統(tǒng)的工作過程</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)得到控制器給的信號輸出轉(zhuǎn)角，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動輸入軸轉(zhuǎn)動，輸入軸與下圓盤固定在一起，下圓盤轉(zhuǎn)動，使彈簧拉

63、伸，產(chǎn)生作用力，此作用力作用在上圓盤上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，再通過輸出軸傳遞扭矩，在研拋物件上產(chǎn)生研拋頭的壓力。</p><p>　　該系統(tǒng)的運(yùn)動控制傳遞模型如下圖所示：</p><p>　　圖3.1 運(yùn)動控制框圖</p><p><b>　　對轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：</b></p><p><b>　　圖3.2</b&g

64、t;</p><p>　　α為兩圓盤轉(zhuǎn)過的角度差；</p><p><b>　　為彈簧的原長；</b></p><p>　　為彈簧伸長后的長度；</p><p>　　K為彈簧的彈性系數(shù)；</p><p><b>　　r為小圓盤的直徑。</b></p><p

65、><b>　　由圖3.2可知：</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　(3-4)</b>

66、;</p><p>　　假設(shè)K=1.5 r=10，=5，則</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><b>　　4機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1齒輪參數(shù)選定與計(jì)算</p><p>　　假設(shè)Vx=2.25 m/min=0.0375m/s

67、, Fx=55N, Px=Fx*Vx=20.625W</p><p>　　初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時，步矩角α=0.75°,初定脈沖當(dāng)量 δ=0.01mm/p, 絲杠導(dǎo)程tsP=5 mm,中間齒輪傳動比i為: </p><p>　　i=(αtsP)／(360i)=0.75×6／(360×0.01)=1.25</p><p>　　由

68、i確定齒輪齒數(shù)為Z1=20,Z2=25,模數(shù)m=1.5mm,齒寬b1=12mm,b2=10mm</p><p>　　4.1.1選定齒輪精度、材料、齒數(shù)及螺旋角</p><p><b>　　1）.選精度為7級</b></p><p>　　2）.選小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,硬度為240HBS，兩者硬度

69、差為40HBS</p><p>　　3）.選擇齒數(shù)Z1=20,Z2=Z1×i=20×1.25＝25</p><p>　　4.1.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核</p><p>　?。?）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×(ZHZE)2/[Φd×εa×u×[σH]2

70、]}(1/3)</p><p>　　1).試選Kt=1.3, (由表10-6)得材料彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa</p><p>　　2). (由表10-7)選取齒寬系數(shù)Φd＝0.5，</p><p>　　3).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1， 所以： </p><p>　　N1=60n2jLh=60×1500×1×

71、(2×8×300×15)＝6.480×109 </p><p>　　N2=N1/u=6.480×109/1.25＝5.184×109</p><p>　　4）.（由圖10-19）查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90,KHN2=0.95,</p><p>　　5).（由圖10-21d）查得小齒輪接觸疲勞

72、強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa,</p><p>　　6).計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1, </p><p>　　[σH]1＝KHN1×σHlim1/S=0.9×600/1＝540MPa</p><p>　　[σH]2＝KHN2×σHlim2/S=

73、0.95×550/1＝522.5MPa</p><p>　　7) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　T1=95.5×105Px/nx=95.5×105×0.0020625/1500=13.13N.mm</p><p><b>　?。?）.計(jì)算 </b></p><p>　

74、　1）.試算小齒輪分度圓直徑d1t≥{2×1.3×13.13×2.0625/（0.5×1.630×1.25）×（2.433×189.8/522.5）2）}（1/3）＝3.699 mm </p><p>　　2).計(jì)算圓周速度 v=лd1tn1/(60×1000)＝0.29m/s</p><p>　　3).計(jì)算齒

75、數(shù)b及模數(shù)m： b=Φdd1t=0.5×3.699＝1.85 mm</p><p>　　h=2.25mt=2.25×0.185mm =0.416 mm</p><p>　　b/h=3.699/0.416=8.89</p><p>　　4).計(jì)算載荷系數(shù)K,（查[1]表10-2）得使用系數(shù)KA=1.0,根據(jù)v=0.29 m/s ,7級精度，由（[1

76、]圖10-8）查得動載系數(shù)Kv=1.05,由b/h=8.89, 由（[1]表10-3）查得KHα=KFα=1.0,故載荷系數(shù)K=KAKvKHαKFα=1.0×1.05×1.0×1.409＝1.479</p><p>　　5）.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1=d1t(K/Kt)(1/3)=3.699×（1.479/1.3）（1/3）=3.862 mm</p&

77、gt;<p>　　6).計(jì)算模數(shù)mn=d1/Z1=3.862 /20=0.193 mm</p><p>　　4.1.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核</p><p>　?。?）.按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)m>={(2KT1/ΦdZ12)×(YFαYSα/[σF])}(1/3)</p><p>　　1）.計(jì)算載荷系數(shù)，K=KA×Kv×K

78、Fα×KFβ=1.25×1.01×1.2×1.14＝1.73</p><p>　　2).由表查出,YFa1=2.592,YSa1=1.596,YFa2=2.3,YSa2=1.715.</p><p>　　因?yàn)樾↓X輪彎曲極限強(qiáng)度σFE1=500MPa,大齒輪σFE2＝380MPa,由（圖10-18）得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.8

79、8,取安全系數(shù)S=1.4</p><p>　　[σF]1＝KHN1×σFE1/S=303.57MPa</p><p>　　[σF]2＝KHN2×σFE1/S＝238.86MPa</p><p>　　3).計(jì)算大、小齒輪YFa1 YSa1/[σF]1并加以比較</p><p>　　YFa1 YSa1/[σF]1＝2.8

80、15;1.55/303.57=0.0143</p><p>　　YFa2YSa2/[σF]2=2.62×1.59/238.86＝0.01744 取大齒輪數(shù)據(jù)</p><p>　　(2).設(shè)計(jì)計(jì)算mn>={2×1.512×13.13×0.01744/（202×1.0）}（1/3）＝0.12m </p><p>　

81、　對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)，取mn＝1.5 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑d1=20mm 。</p><p>　　4.1.4幾何尺寸計(jì)算</p><p>　　1).中心距 a=(Z1+Z2)mn/2=(20+25)×1.5/2＝33.75 mm 所以圓整為34 mm

82、 </p><p>　　2).計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑</p><p>　　d1=Z1mn =20*1.5 =30mm</p><p>　　d2=Z2mn =25*1.

83、5 =37.5mm</p><p>　　3).計(jì)算齒輪寬度b=Φdd1=0.5*20＝10 mm所以取B2=10mm,為易于補(bǔ)償齒輪軸向位置誤差，應(yīng)使小齒輪寬度大于大齒輪寬度，所以小齒輪約為B1=12mm</p><p>　　4.2等效傳動慣量計(jì)算(不計(jì)傳動效率)</p><p>　　小齒輪轉(zhuǎn)動慣量Jg1=(πd14b1ρ)／32=[π(2)4×1.2&#

84、215;7.85×10-3]／32 =0.015×10-4 kg.m2</p><p>　　式中 鋼密度ρ=7.85×10-3 kg/cm3</p><p>　　同理,大齒輪轉(zhuǎn)動慣量 Jg2=0.036×10-4 kg.m2 </p><p>　　由[3]表3-13初選滾珠絲杠。得到 d0=20 mm ,l=390 mm&

85、lt;/p><p>　　滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js=(πd04lρ)／32={[π(2)4×39×7.85×10-3]／32}×10-4 kg.m2 =4.81×10-4 kg.m2</p><p>　　拖板及工作物重和導(dǎo)軌折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量,</p><p><b>　　拖板重量12kg</b&

86、gt;</p><p>　　工作物重約為12kg</p><p>　　Jw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2 =12×(0.5／2π) 2 ÷2.0832×10-4 kg.m2 =7×10-6 kg.m2</p><p>　　因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量Je</p>

87、<p>　　Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2 =0.017×10-4 kg.m2+0.0175×10-4 kg.m2</p><p>　　+(0.272×10-4 kg.m2 +0.48×10-4 kg.m2</p><p>　　) ÷(2.083)2 =3.656×10-4 k

88、g.m2 </p><p>　　4.3等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算(以下為折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩)</p><p>　　由[3]式(2-7)~(2-9)可知:</p><p>　　Mt=[(Fx+μFy) tsP]/(2πηi)= [(80+0.06×70) × 0.005]/(2π×0.8×2.083)=0.055N.m</p>

89、;<p>　　Mf= (Ff tsP)/(2πηi)= (μW tsP)/(2πηi)=(0.06×12×9.8×0.005)/ (2π×0.8×2.083)=0.0067N.m</p><p>　　上述式中 η—絲杠預(yù)緊時的傳動效率取 η=0.8</p><p>　　μ——為摩擦系數(shù)取0.06</p><

90、p>　　nmax=(vmax/δ)×(α/360°)=(2000/0.01) ×(1.5/360)=468.75 r/min</p><p>　　取起動加速時間tα=0.03 s</p><p>　　初選電動機(jī)型號110BYG260B,矩頻特性如下圖所示,其最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax=9.5N.m,轉(zhuǎn)動慣量Jm=9.7×10-4 kg．m2, fm

91、=1600Hz.</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　M0=(Fp0tsp)÷(2πηi) ×(1-η02)= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η02) =[(1/3) ×80×0.005]÷(2π×0.8×2.083) ×[1

92、-0.92]=0.0017 N.m</p><p>　　式中 Fp0—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fy/3</p><p>　　Fy—進(jìn)給牽引力(N)</p><p>　　η0—滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,取0.9</p><p>　　J=( Je +Jm)= 9.7×10-4 kg．m2+0.208×10-4 kg.m2 =

93、9.908×10-4 kg.m2</p><p>　　Ma=( Je +Jm)( 2πnmax)/(60tα)= 9.908×10-4 ×(2π×833)÷(60×0.03)</p><p><b>　　= 2.19N.m</b></p><p>　　Mq= Mamax+ Mf+ M0

94、=2.88+0.0034+0.0024=2.2N.m</p><p>　　Mc= Mt+ Mf+ M0=0.0402+0.0034+0.0.0024=0.065N.m</p><p>　　Mk= Mf+ M0=0.0034+0.0024=0.0084N.m</p><p>　　從計(jì)算可知, Mq最大,作為初選電動機(jī)的依據(jù).</p><p>　

95、　Mq/ Mjmax=0.23<0.9 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性校驗(yàn)</p><p>　　Je /Jm=3.656/9.7=0.38<4 說明慣量可以匹配</p><p>　　電機(jī)慣量最大起動頻率 fL=fm/(1+ Je /Jm)1/2=1362Hz</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)工作時最大空載起動

96、頻率和切削時最大工作頻率</p><p>　　fq=vmax/(60δ)=2000/(60×0.01)=3750> fL</p><p>　　fc=v1max/(60δ)=500/(60×0.01)=833.3< fL</p><p>　　所以,與fc對應(yīng)的Mc按電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩校核,顯然滿足要求.</p><p&g

97、t;　　綜上所述,可選該型號步進(jìn)電機(jī),具有一定的裕量.</p><p>　　4.4滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型</p><p>　　4.4.1滾珠循環(huán)方式</p><p>　　查表,選擇外循環(huán)插管式。 </p><p>　　4.4.2軸向間隙預(yù)緊方式</p><p>　　預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動的間隙,避免間隙引起的空程,

98、從而提高傳動精度.由表查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式.</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列</p><p>　　采用絲杠公稱直徑 20mm,導(dǎo)程為6mm, 絲杠外徑19.5mm，絲杠底徑17.76mm，循環(huán)圈數(shù)2.5，基本動載荷7417N，基本靜載荷15311N，剛度376N/um.</p><p>　　4.4.4滾珠絲杠精度等級確定</

99、p><p>　　1).絲杠有效行程 由導(dǎo)程查得余程le=24 mm，</p><p>　　得絲杠有效行程lv=lu-le，lu =263-25=238 mm</p><p><b>　　2).精度等級 </b></p><p>　　根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差ep=0.02/300*238*103=25</p&

100、gt;<p>　　由[2]表5-5得,精度等級為T5</p><p>　　4.4.5滾珠絲杠副支承形式選擇</p><p>　　滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動,其次才是徑向約束.由[2]表5-6查得,采用兩端簡支(J-J)支承形式.</p><p>　　4.4.6滾珠

101、絲杠副的選擇</p><p>　　本方案屬于高速或較高轉(zhuǎn)速情況，按額定動負(fù)荷Ca≥Caj選擇滾珠絲杠副</p><p>　　由[2]式（3-2）可知：Caj=[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3</p><p>　　式中 Caj -–滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動負(fù)荷(N)</p><p>　　Fe

102、--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N). 取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半Fe=29N</p><p>　　ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min).取最大工作進(jìn)給轉(zhuǎn)速 ne=78.125 r/min.</p><p>　　Lh--絲杠工作壽命(h). 查考[2]表5-7得Lh=15000 h.</p><p>　　ft--溫度系數(shù). 查[2]表5-8,得ft=0.90</p>

103、;<p>　　fa--精度系數(shù). 查[2]表5-9得fa=0.80</p><p>　　fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表5-10得fw=0.9</p><p>　　fh--硬度系數(shù).查[2]表5-11得fh=1.0</p><p>　　fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21（可靠度99%）</p><p>　　

104、計(jì)算得Caj=712.46N<Ca=5.1KN</p><p>　　4.4.7滾珠絲杠副校核 </p><p>　　取最大軸向工作載荷 Fmax =29N</p><p>　　靜載荷系數(shù)fh’ =1.0 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)fw=0.9</p><p>　　軸向靜載荷Coj=fwfhFmax=0.95×1.0×29=

105、26.1N</p><p>　　1).臨界壓縮負(fù)荷 對于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.</p><p>　　不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示</p><p>　　Fn=3.4×1010(f1d24)/(L02) ×K1</p><p>　　式中 L0–--最長受壓長度.取0

106、.39m</p><p>　　f1--絲杠支承方式系數(shù), J-J取1</p><p>　　d2--絲杠螺紋底徑,取0.016m</p><p>　　K1——安全系數(shù)，取1/3</p><p>　　Fn=1741.5N>Fmax</p><p>　　2).臨界轉(zhuǎn)速 </p><p>

107、　　對于在高速下工作的長絲杠，須驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，以防止絲杠共振. </p><p>　　ncr=9910(f22d2)/Lc2</p><p>　　式中 f2--絲杠支承方式系數(shù),J-J取3.142 </p><p>　　Lc --臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度. Lc =0.5m. </p><p>　　d2--絲杠螺紋底徑,取0.016m&l

108、t;/p><p>　　ncr= 5479r/min > nmax,同時驗(yàn)算絲杠另一個臨界值</p><p>　　d0n=20*468.75=7500<70000</p><p>　　3).軸承選擇校核由[1]表6-6選角接觸球軸承7001AC.</p><p>　　4.4.8滾動導(dǎo)軌副的防護(hù)</p><p>　

109、　1).滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管.</p><p>　　2).滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動而產(chǎn)生附加阻力.</p><p>　　3).滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑用鋰基潤滑劑。</p><p>　　4.5 X軸滾動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>

110、　　導(dǎo)軌的功用是使運(yùn)動部件沿一定的軌跡運(yùn)動,并承受運(yùn)動部件上的載荷,即起導(dǎo)向和承載作用,導(dǎo)軌副中,運(yùn)動的一方稱作運(yùn)動導(dǎo)軌,與機(jī)械的運(yùn)動部件聯(lián)結(jié),不動的一方稱作支承導(dǎo)軌,與機(jī)械的支承部件聯(lián)結(jié).支承部件用以支承和約束運(yùn)動導(dǎo)軌,使之按功能要求作正確的運(yùn)動.</p><p>　　選南京工藝裝配廠GGB型產(chǎn)品，E級精度，fh=1,ft=1,fc=0.81 ,fa=1,fww=1</p><p>　　

111、壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:</p><p>　　Lh=10×300×2×8×0.8=38400 h </p><p>　　每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8</p><p>　　L=(2lsnz60Lh)/(103)= 36864Km</p><p>　　計(jì)算四滑

112、塊的載荷,工作臺及其物重約為200N</p><p>　　計(jì)算需要的動載荷Cα</p><p>　　Ca=( fwP)÷(fh ft fc fa)×(L/50)1/3=1710N</p><p>　　選用NSK LY30AL型號滾動導(dǎo)軌副,其Co=2570N. Coa=3840N</p><p>　　(5)滾動導(dǎo)軌間隙調(diào)整

113、</p><p>　　預(yù)緊可以明顯提高滾動導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時,滾動體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量.</p><p><b>　　(6)潤滑與防護(hù)</b></p><p>　　潤滑:采用脂潤滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵.</p><p>　　防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽

114、命.</p><p><b>　　防護(hù)方式用蓋板式.</b></p><p>　　5伺服兩軸插補(bǔ)數(shù)控工作臺的零件設(shè)計(jì)圖紙解析</p><p><b>　　5.1零件圖紙分析</b></p><p>　　5.1.1齒輪的選擇</p><p>　　由于此數(shù)控工作臺為一般機(jī)械，所以

115、選精度為7級。選小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS。</p><p>　　圖5-1 齒輪零件圖</p><p>　　5.1.2 彈簧尺寸的選擇</p><p>　　在工作中，根據(jù)彈簧伸長和壓縮來提供力的大小，根據(jù)所承受的載荷特征，這里選用的是壓縮彈簧。由于彈簧在工作時受力較大，根據(jù)機(jī)械

116、設(shè)計(jì)書表[10]中，查表取節(jié)距P為12cm，彈簧的直徑為26cm，彈簧絲的直徑為6cm。</p><p>　　圖5-2 彈簧的尺寸</p><p>　　5.1.3圓盤零件圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)得到控制器給的信號輸出轉(zhuǎn)角，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動輸入軸轉(zhuǎn)動，輸入軸與下圓盤固定在一起，下圓盤轉(zhuǎn)動，使彈簧拉伸，產(chǎn)生作用力，此作用力作用在上圓盤上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，再通過輸

117、出軸傳遞扭矩，在研拋物件上產(chǎn)生研拋頭的壓力。</p><p><b>　　圖5-3 圓盤</b></p><p>　　5.2 輔助裝置的選擇</p><p>　　軸承依靠主要原件間的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的，軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起到容易等優(yōu)點(diǎn)。由于角接觸軸承能承受徑向載荷和軸向載荷，且能適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這里采用的是角接觸軸承。<