CK6243数控车床X向驱动装置设计（西门子数控系统）

第 I 页 共 I 页目 录1 引言11.1 数控机床的发展趋势11.2 数控系统的发展趋势21.3 数控系统的新形式21.4 国内数控机床状况分析22 数控机床的组成和原理42.1 数控机床的组成42.2 数控机床的工作方法53 联轴器63.1 联轴器的特性63.2 联轴器的分类64 数控机床的进给传动系统94.1 对数控机床进给传动系统的要求94.2 滚珠丝杠螺母副105 减速机构165.1 齿轮传动装置165.2 减速齿轮设计及校核166 电动机及其调速216.1 伺服电动机的特点以及选型216.2 校核电机转矩217 数控机床效率提高的方法26结束语28参 考 文 献30 第 29 页 共 30 页1 引言科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能和成本提出了越来越高的要求。机械加工的自动化生产可以实现以上功能的重要途径之一。单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而应运而生的数控机床可以满足需求，适应各种功能的生产。1946第一台计算机的出现，表明人类发明出了一种可以代替人类自己的一些无法单独完成的劳动工具，为人类进入信息时代埋下了伏笔和铺垫。6年过后，计算机技术在机床了得到了应用，第一台数控机床在美国诞生。从此以后，机械行业掀起了一次跨时代的工业改革。1.1 数控机床的发展趋势随着科学技术的不断发展，数控机床不断采用计算机、PLC、数据采样等领域的最新技术成果，它的功能日趋完善，加工范围越来越广，涉及的领域愈来愈广。同时，为了满足日益增长的市场和工业需求，为了满足当今的机械生产各种各样的加工要求，现今，数控机床的未来正朝着以下方面发展1。1.1.1 高速、高效和高精度机械化生产需要达到速度快、效率高、精度高的要求。速度快可以通过提高数控机床的性能，比如提高转速和切削速度；效率高可以通过减少加工的耗时，生产流水线的执行能力和监管力度；精度高可以通过提高数控机床各个零部件的精度来满足。为了达到如此高的要求，数控装置的性能和可操作性必须有所保证。(1) 高速新材料的出现以及机械工业的飞速发展，加工产品以及产品的售后服务的速度越来越要赶上现代工业的前进步伐。(2) 高效工业机器人的出现又将机械生产推向了又一个高度，特别是机械手的出现使数控机床的生产效率有了最大化的提高，它的出现使机床越向自动化方向前进，它代替了人工操作大大减少了加工时间；新型夹具和快速拆装工具的出现，缩短了耗时，实现了数控机床效率高的特点。(3) 高精度精度的高低是检验一个国家工业是否发达的重要指数，高新技术的应用是数控机床有别于传统机床的一大特点2。1.2 数控系统的发展趋势1.2.1 向计算机第六代高新技术方向的发展计算机发展到如今，其中的发展前景被大多数人所看好与利用。数控系统也不；例外。现代的数控系统大多采用计算机控制来处理数控编程、产品生产。计算机控制技术已经渗入到机械生产的各个环节中去了，它的普遍性已经没有任何东西可以取代得了的。1.2.2 向高速、高精度、高效率发展这是机械生产发展到如今的必然走向，只有达到如此要求才能在工业生产中有立足之地。1.2.3 向智能化方向发展如今智能化越来越被大众所接受和推广，人工智能的发展必然导致数控技术的改革和创新，这是大势所趋。1.3 数控系统的新形式(1) 运用高新技术和智能检测数控系统的模拟图形功能能检测到机械生产过程中的错误报告和重要环节的运行，能确保系统的正常化运行。(2) 联网通信的比对和改进网络的高速发展，数据库的应用使数控系统具有了一定智能，在数据库中找到最适合的加工方法和改进措施。使得生产更为方便和快捷(3) 增加诊断错误的自动纠正仪器和装置(4) 增加了比较先进的交流伺服传动系统随着交流伺服传动的广泛应用使得数控系统的运行更加具有效率性和精度4。1.4 国内数控机床状况分析1.4.1 国内数控机床现状随着数控机床在我国大中型企业中的普遍应用，它已经逐渐取代了传统机床在我国工业上的地位。虽然我国是一个机床使用大国，但不是一个机床利用大国。由于技术有限，我国机床的使用效率一直不高，这一直是制约我国机床发展的重要障碍之一。再加上我国管理机床经验的缺乏，使得机床的发展在我国比较尴尬。最近几年我国机床生产的工业值已经名列前茅，机床消费也稳步直上。由于市场的千变万化，我国进口机床率越来越高5。1.4.2 国内数控机床的特点(1) 产品的创新性逐渐趋向于成熟，高新技术应用广泛。 (2) 国产数控机床的生产量逐年递增，机床的消费越来越高。 (3) 我国自主研制的机床纷纷出现，具有自主知识产权的机床越来越被广大企业所接受。我国通过引进国外先进技术，先进数控机床来提高工业的发展。通过这种方式来改造我国的机床，从而来缩短我国和发达国家之间的差距。我国在创新方面有了很大突破，在国外机床的基础上来创新研制新型机床，技术含量高。更多的技术来融入现代数控机床必将引起一番改革。在如今的工业舞台上，一台机床的性能、生产效率、可操作性等逐渐成为检验一个国家机械工业发展水平的重要凭证。为了在国际上打响具有我国自主知识产权的数控机床的名声，我国还有很长的一段路要走。不管前方道路如何崎岖与陡峭，我相信中国的工业人都会怀着无比的热情向前方奋斗。我相信在不久的将来，我国自主研制的机床会在发达国家中崭露头角，向世界证明我国的工业水平也是顶级的。2 数控机床的组成和原理数控机床是利用数控技术，准确地按照事先编制好的程序，自动加工出所需工件的机电一体化设备。在现代机械制造中，特别是在航空、造船、国防、汽车模具及计算机工业中得到了广泛应用。2.1 数控机床的组成数控机床一般都是由程序载体、CNC装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体四个部分等组成的，就如下图1所示。图1 数控机床组成部分的联系图2.1.1 程序载体 程序载体顾名思义就是将所要加工零件的程序转换成数字信号存放在一个程序中，即为程序载体。它可以是磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。工人将所要运行的加工程序输入到机床的计算机控制系统中，机床就会按照所输入的程序运行。2.1.2 CNC装置 CNC系统的中枢当属CNC装置，它控制整个系统，是机床的指挥者。CNC装置的作用就是将接受到的信号通过一定的方式进行运算等操作后，向伺服系统输出一定的控制指令。在这些控制指令中，除了送给伺服系统的位置和速度指令外，还送给辅助控制装置的机床辅助动作指令。从而控制机床的各部分部件联动，使其按照输入的加工程序进行动作执行7。2.1.3 伺服系统 伺服系统是CNC装置和机床本体的联系环节，它的功能是把来自CNC装置的指令信号解调、放大后驱动电机，通过执行装置来驱动部件的移动，使工作台定位，然后加工出所要的零件。2.1.4 检测和反馈装置该装置是提高加工精度的一个重要方法。它将导轨和主轴移动的位移、速度等检测出来，转换成数字信号，反馈到数控装置中，据此开判断发出指令，修改产生的误差。常用的有编码器、感应同步器、光栅等。2.1.5 辅助装置辅助装置是把计算机送来的辅助指令转换成电信号，来控制电机的开关和变速。冷却液的开关以及换刀等。2.1.6 机床本体机床本体就是本身的形状和实体。由主运动部件、进给部件、支承件以及辅助装置等组成。2.2 数控机床的工作方法(1) 根据零件加工图纸进行工艺分析，拟定加工零件的多种方案，在进行比较，选取最适合的方案，确定各种所需参数。(2) 用规定的程序代码和格式编写加工程序生成加工零件的加工程序。(3) 数控系统接受输入的零件加工的程序代码，并且模拟生成加工图形。(4) 数控系统对加工程序进行译码和运算，通过驱动机床的运动部件，控制刀具的运动加工出想要的零件。 数控机床的主运动是实现去除待加工工件多余金属的运动，主要提供切削过程所需的运动和动力。数控机床是时代的产物，是工业生产的中流砥柱，不可或缺的一部分，在工业生产中占有一席之地。3 联轴器3.1 联轴器的特性联轴器就是用来联结两个轴的装置。轴和轴之间不可无联轴器，否则无法完成转矩的传动和运动的进行，有的时候它也用来做安全装置。机器转动时，被连接的两根轴不能强行拆开，这样会产生无法预料的结果，唯有将运动停止，方可将联轴器拆开，分散两根轴来进行清理和维修。3.2 联轴器的分类联轴器可分为刚性联轴器和扰性联轴器。3.2.1 刚性联轴器 这类联轴器主要分为有套筒，凸缘式，我就这两种联轴器进行叙述。(1) 套筒联轴器如图2所示，套筒联轴器由连接两轴轴端的套筒和联结套筒与轴的联结件所组成。图2 套筒联轴器(2) 凸缘联轴器凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分别与两轴相连，然后用螺栓把两个连在一起，来传递运动和转矩。如图3所示：图3 凸缘联轴器 1 ,4-半联轴器 2-螺栓 3-螺母凸缘式联轴器联结的两轴中间如果存在一定的位移和同轴度的问题时，它就会产生不必要的载荷，严重影响传动的平稳性。3.2.2 扰性联轴器 当数控机床所要传动的扭矩很大时，我们可以与丝杠之间可采用直接连接的方式，这不仅可以使结构简单明了、减少不必要的声响和噪音，而且有利于传动的可靠性和稳定性。图4为消隙联轴器，它可以使两轴之间没有间隙，运动更为平稳和可靠。当然，机床生产中肯定有一些误差，例如同轴度、垂直度等。这个时候我们可以放弃使用消隙联轴器，而是改用如图5的扰性联轴器。图4 消隙联轴器1-套筒 2-锥环 3-压圈 4-轴 5-螺钉图5 扰性联轴器这类联轴器的缺点在于没有弹性部件，所以它们不能缓冲和减震。大型机床传动中大多选用这种联轴器的原因，在于它们可以使得两轴之间可以有轴向位移的相互弥补不足，更具有使用价值。联轴器的选用一般从以下方面着手：(1) 首先根据图纸计算出所需要的转矩，在根据它对生产环境的要求进行选择联轴器。(2) 根据所需传动的转速要求，选择所需联轴器。(3) 观察两轴之间对中性的要求以及有无间隙和安装过程中的误差，选择出最适合的联轴器。(4) 看看传动的可靠性以及所需要联轴器的材料的好坏。 (5) 最后当然考虑成本，假如你是机床生产的产家，优先肯定考虑利益的好坏，综合考虑多方面的元素才是一名好的机械从业人员。联轴器大多需要我们机械设计人员选用，而不是去设计，因为它正在日益步入标准件的行列。 本次我的毕业设计选用的伺服传动系统是：伺服电动机二级齿轮减速器滚珠丝杠螺母副等。由于伺服电动机选用的不是具有很大转矩的电动机，而且为了增加传动的平稳性，传动的转矩，我在伺服电动机后并没有按照资料那样直接用联轴器连接电机和丝杠，而是采用了齿轮减速器来传动转矩。虽然从经济性来看，这样设计不是很适合，但是整体来看齿轮减速器还是挺适合该传动系统的8。4 数控机床的进给传动系统伺服进给传动系统一般用于机床的传动，伺服进给系统的作用是根据接受来的从加工系统中输出的指令信息，进给放大以后控制执行部件的运动，不单单控制进给速度，还要控制刀具相对位移和轨迹。但是本次我的毕业设计还是运用了减速结构来驱动，一是由于任务书上有写，二是因为该举动虽然有所繁琐，当也可完成所需设计对整体没有多大影响，其经济效应也是很好的，所以还是遵从了传统的设计理念。4.1 对数控机床进给传动系统的要求为了保证数控机床传动系统的精度和动态性能，对数控机床进给床的系统的要求主要有如下几个方面。(1) 低惯量数控机床的进给传动系统由于需要适应各种要求，所以它必须要灵活多变开一不变应万变，故它本身的惯性一定要有所限制。否则增大系统的负荷，使其性能变差，使用寿命锐减，得不偿失。我们一般在满足条件的情况下，适当减少额外的负荷来使传动更趋向于稳定，而不是一味的更改。(2) 低摩擦阻力进给传动要求运动平稳、精度高、定位准确，必须减少运动部件之间的摩擦。所以导轨要采用具有小摩擦系数和高耐磨性的滚动导轨、静压导轨和滑动导轨等。(3) 高刚度一台机床的刚度必须有一定的硬要求，太高灵活性就会很差，太低则会使传动准确性降低。机床刚度大部分集中在丝杠和支承件上，丝杠的选择和部件的选取都有一定讲究和学问，传动刚度的提高是机床能够精确传动的有力保障。(4) 高谐振机床的传动肯定会存在振动和震荡，所以我们务必使系统具有一定的f，才能使部件不会产生共振，减少使用寿命。(5) 无传动间隙为了保证精度的要求，减少在系统传动中的不必要的误差，对采用的各种机械零部件最重要的是要保证它们的加工精度，其次要尽量消除各种间隙，因为机械间隙时造成进给传动系统反向死亡的重要原因。因此对传动链的各个环节，包括联轴器、齿轮传动副及其支承部件均应该采用消除间隙的各种结构措施。但是采用预紧等仍可能有微小的间隙，故在进给传动系统反向运动时需要与数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。4.2 滚珠丝杠螺母副在数控机床的直线运动机构当中，我们常常才有一种叫做滚珠丝杠螺母副的装置，它的功能在于可以将直线运动转换成回转运动，反之亦可，这是它存在的必要性和优点，另外它还可以消除间隙和增加预紧力，有利于精度的提高和刚度大的要求，对经常在机床上产生的爬行现象也有一定的阻止作用9。4.2.1 滚珠丝杠螺母副的工作原理与特点由于滚珠丝杠在传动时，丝杠与螺母之间基本上是滚动摩擦，它就会具有以下特点。(1) 对经常的磨损有一定的抵制作用，使得机床生产的效率进一步提高。(2) 给予适当预紧力，可消除间隙，定位精度高，刚度大。(3) 传动的平衡性较好，精度教高。(4) 系统传动具有一定的可逆性。(5) 极大增加了使用寿命。(6) 缺点在于经济性不是很好，成本高，代价大，生产过于繁琐。4.2.2 滚珠丝杠螺母副的支承方式为了保证传动的刚度和可靠性，首先我们要增加机床本身的刚度要求，另外还有要保证支承的部件的刚度。滚珠丝杠通常使用推力轴承支座，来提高机床的刚度，它在机床的安装方式一半可以分为以下4种：(1) 一端装推力轴承，另一端没有轴承这种安装方式一般不是很推荐，因为一般只是用于很短的丝杠。(2) 一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承该种方法会存在额外载荷和能量的消耗。一般将推力轴承远离机床常用端，以减少热变形，以此来保证传动的平稳性。(3) 推力球轴承装在两端将轴承装在两侧，施加预紧力，可以提高刚度，但是对热变形较为敏感，轴承寿命短，也不是很推荐使用，对工作环境要求过于苛刻。(4) 两端装推力球轴承及深沟球轴承这种方法大多被采纳，因为这样既保证了刚度，又提高了传动的平稳性。两端一般就是用两种轴承来加固。本课题选用就是这种支承方式。对刚性的保证已经做到最大化，平稳性也有所保证，应该不失为一个很好的方法10。4.2.3 滚珠丝杠副结构尺寸参数的选择方法和校核滚珠丝杠副的选择步骤:在选用滚珠丝杠副时，一般优先考虑公称直径和导程L。公称直径根据轴向最大载荷按滚珠丝杠螺母副尺寸系列选择。导程在任务书上有明确规定，一般它是根据丝杠的载荷能力以及精度来选取的，既然有明确规定，我们不必庸人自扰。我们可以通过下面的步骤尽心选取和校核：(1) 计算最大的承载能力。(2) 计算最大动载荷。(3) 对刚度的验算。(4) 对压杆稳定性进行校核以及验算。4.2.4 滚珠丝杠螺母的计算和选用(1) 计算切削力 (4.1) 式中车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力式中 横向的切削力，N 纵向的切削力，N (2) 丝杆螺母副的设计与选型(a) 计算牵引力横向进给一般选为三角型或综合导轨 (4.2) 式中：，切削分力，N G移动部件的重量，N 横向溜板及刀架重力500N 滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同 取=0.15-0.18 K考虑颠覆力矩影响的实验系数 取K=1.15(b) 计算最大动负载C 选用滚珠丝杆导轨 (4.3)式中：寿命，以转为一单位 丝杆转速，r/min 为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2-1/3 取 丝杆导程，mm 初选=6mm T为使用寿命，h 对于数控机床一般取15000h 运转系数，一般取1.2-1.5(3) 螺母副的选型可采用WD3006内循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为9700N,精度等级选为3级。(4) 传动效率计算 (4.4)式中：螺旋升角，WD3006 摩擦角取 滚动摩擦系数0.003-0.004 (5) 刚度验算横向进给丝杆支承方式图6所示，最大牵引力2087.98N,支承间距L350mm。图6计算如下:(a) 丝杆的拉伸或压缩变形量mm(b) 根据2087.98N,D=30mm查出 可算出：(c) 滚珠与螺纹滚道间接触变形量系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量因进行了预紧(d) 支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形采用推力球轴承，d=20mm，滚动体直径=5.556mm，数量Z=13综合以上几项变形量之和： (6) 稳定性校核计算临界负载(N) (4.5)式中:E材料弹性模量，I截面惯性矩，L丝杆两轴承端之间的距离，cm丝杆支承方式系数，两端固定为 为2.00 一般=2.5-4.0，所以此滚珠丝杆不会产生失稳的现象。 (7) 横向滚珠丝杆副的几何参数 (见表1)表1参数名称 符号 关系式WD3006螺纹滚道公称直径30接触角钢球直径3.175滚道法面半径1.651偏心距0.045螺纹升角螺杆外径29.365内径26.788接触直径26.83 螺母螺纹直径33.212内径30.6355 减速机构5.1 齿轮传动装置机械传动中的主体为齿轮传动，在各种企事业单位中到处可见，在我国自动化生产中占据很大一份比例。为了保证传动的稳定和精度要求，采用齿轮传动是一个很好解决此类问题的措施，还有采用齿轮减速，一方面结构简单，成本低。；另一方面它将高速电机的转矩转换为低速大转矩，这可以减轻滚珠丝杠的负担，减小载荷，也使其与工作台的转动惯量减小11。在现代化的数控机床中，为了减小齿轮传动对整个系统加工精度的影响，经常要采取措施来减小误差。一般可以通过采用调隙齿轮或调整法来达到目的。数控机床中采用齿轮减速也有利有弊，它的缺点在于容易发生共振，影响加工过程中可操作性及加工难度。所以加工过程中减速器常常会进行添加阻力来实现以上的目标12。5.2 减速齿轮设计及校核从整体结构考虑，为了获得较高的刚性和较大的力转矩，我选用了齿轮的两级减速，虽然与一般机床相比有点繁琐，但我认为这是我的一大亮点。从传动比考虑我选去传动比分别为1.4和1.7，我进行了初选，其结果如下：初选 5.2.1 对齿轮的各种参数比如精度等级、类型、模数、齿数(1) 我优先考虑了直齿圆柱齿轮的传动，它结构简单，装配方便，而且经济效益高。(2) 参阅资料发现，绝大多数齿轮都选用7级精度(GB1009588)。(3) 常用齿轮的材料大多数为调质钢，由于小齿轮和大齿轮要进行啮合，一般大齿轮的硬度要小于小齿轮的精度，两者也不要相差太大，一般在30HBS左右。大小齿轮我选择45钢，调质处理，硬度在250HBS左右。5.2.2 对齿轮啮合面强度设计的计算齿轮啮合齿面之间接触强度的计算为 （5.1）(1) 对以上出现过的名词进行一一计算或查取资料对应。(a) 其中，它的定义为齿轮材料的本身对整个传动系统的影响和副作用，一般我们这样计算： （5.2） (b) 式中Kt为齿轮所能承载的负荷的系数，一般我们选取它为1.3 (c) Nmm式中的为传动的扭矩或者说转矩。(d) 式中的一般取到为1 (e) 据资料所说渗氮和渗碳共渗钢齿轮的接触疲劳强度极限我们按照齿面硬度选择来确定MPa,大齿轮为MPa；(f) 和 的定义分别为大小齿轮的应力产生的循环的次数，一般按一下方法计算：(g) 上面公式中出现的是齿轮接触以后产生的疲劳极限，数值查表如下所示： (h) 对齿轮失效所要达到的极限力进行计算和校核。一般按照一下公式计算 式中为达到极限的安全系数，一般我们选择它为。所以我们计算得到大小齿轮的极限应力分别为550MPa和520MPa。(2) 对齿轮基本参数的选取和核算(a) 按照公式我们进行初步的计算，首先对小齿轮的分度圆直径： (b) (c) 由于我们需要按照齿轮的运转速度来选取它们的动载荷以及运算，所以小齿轮的圆周速度为 (d) 对齿轮模数进行初步预算模数：mm(e) 对动载荷进行计算首先选择动载荷系数：根据v1.42m/s，7级精度， 我们可以查出相关的动载荷运算所需要的系数风别为： ；式中是齿轮使用系数；是齿轮动载荷系数； ,分别为齿轮齿间 的分配载荷系数。我们在按照动载荷公式计算如下： （5.3）将上面计算和选择的数据代入公式我们可以得到下面的数据：而通过查表我们得到它为1.3。故总动载荷： (f) 我们按照上面的数据所计算得到的分度圆直径和模数分别为： 5.2.3 对齿轮的齿跟接触弯曲强度设计的计算齿轮的齿根弯曲接触强度的计算根据公式： （5.4）(1) 对以上参数进行选取和计算(a) 和齿轮齿面接触强度一样。(b) ；(c) 由于弯曲极限和齿面不同所以安全系数也不一样，通常弯曲较大，一般在1.5左右，我选择了安全系数为1.4。然后根据可得到(d) 动载荷计算和齿面大致一样：(e) 我们对比可知小齿轮的计算得到的较小，所以按照大齿轮的计算。(2) 通过计算我们可以看到两计算的结果不是十分相同，后者小于前者。对于，它是决定一个齿轮所能的承载能力，后者直接决定了它的弯曲承载能力，所以将取为2，而小齿轮的齿数计算得到为32，那么大齿轮的就为45了。和初选的相差不是很大，所以应该是和离的。按照以上计算结果，我们可以分析出设计这样的齿轮既满足了课题的要求，又使整体结构统一，简单易懂，还合理利用了资源，没有加工浪费12。5.2.4 对齿轮的分度圆直径，中心距进行最终确定(1) mm，mm(2) mm5.2.5 校核齿轮的参数是否符合要求Nmm我们得到：N/mm, 所以合适13照理来说，我的驱动装置设计中的减速器是二级齿轮减速，所以应该还要计算二级齿轮和它们的校核。后来，我考虑到其实二级齿轮减速，大多和以上类似，所以并没有再进行相似的运算，而是在草稿纸上进行了一遍计算和校核，发现同样适合要求，就没有多加叙述，以免显得累赘。当然选用直齿圆柱齿轮传动相比于斜齿，硬齿面齿轮传动来说有很大一部分缺点，如承载能力不够大，几何尺寸有点过大等缺陷。但从经济效益来说，直齿轮传动还是有很大优势，再因为它也符合此次系统设计要求，所以我就没采用其他方式。毕竟水平有限，还有考虑不周全的地方，敬请原谅，我会逐渐改进，使得本课题的设计更加完美。6 电动机及其调速近年来，随着现代控制技术的发展及电动机制造工艺水平的提高，伺服控制电机是电气伺服控制系统的动力部件，是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。在各种机电传动系统中，它越来越为厂家和企业单位所钟爱，应用也越来越广，它作为一种新型执行元件，相比于传统的电机，它可以做到无极调速和更为精确的控制和传动转矩14。交流伺服电动机在自动控制系统中的用途，它一方面起动力作用，动自整角变压器转子和负载转动，但主要的是起一个执行元件的作用。它带动负载和自整角变压器转子转动时受到控制的，当雷达转轴位置改变时，由于负载位置不同，自整角变压器就有电压输出，通过放大器伺服电动机接受到控制电信号，就带动负载和自整角变压器转动，直至两者相等。所以，伺服电动机直接地受电信号的控制，间接地受主令位置的控制。伺服电动机的转动使负载和主令位置处于协调15。伺服电动机在传动系统中作为一种执行元件，占有一定的比重，伺服控制系统对它提出的要求和指标主要有以下几点：(a) 转速和转向方便地受控制信号的控制，调速范围要大；(b) 整个运行范围内的特性应具有线性关系，保证运行的稳定性；(c) 要求伺服电机不能存在自转现象即一旦所接受到的控制信号消失时，应该立即停止转动；(d) 控制功率要小，启动转矩应大；(e) 机电时间常数要小，始动电压要低。当控制信号变化时，反应应快速灵敏。6.1 伺服电动机的特点以及选型交流伺服电机的结构主要分为两大部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中叶安放着空间互成90o电角度的两相绕组，其中纵向为励磁绕组，横向为控制绕组，所以交流伺服电动机是一种两相的交流电动机。本次我的毕业设计选用的是交流伺服电动机HF-MP43(B)。6.2 校核电机转矩初选后，应该进行校核计算。(1) 等效转动惯量计算根据表1，经二组齿轮减速时，传动系统折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算： (6.1)式中:齿轮及其轴的转动惯量，kgcm2 齿轮的转动惯量，kgcm2丝杆转动惯量，kgcm2丝杆导程，cmG工件及工作台重量N G=500N(2) 齿轮、轴、丝杆、套筒等圆柱体惯量计算圆柱体转动惯量计算公式如下：对于钢材， （6.2）式中: M圆柱体质量，D圆柱体直径，cmL圆柱体的长度或原长，cm钢材的密度为因此 基本满足惯量匹配的要求。(3) 电机转矩计算由于机床的工作情况较为复杂，它必须适应各种突发情况，因而它的转矩也有所不同，我们从以下方面考虑： (a) 快速起动转矩我们知道通常电动机在空载高速运转时，它需要的加速转矩肯定较大，所以它的计算就如以下所示： （6.3）式中: 快速空载起动转矩， 空载高速起动时换算到电机轴上的转矩， 由于丝杆在预紧时，有额外作用力的存在，所以换算到电机轴上的附加摩擦转矩，在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算： (6.4)式中：传动系统换算到电机轴上的总等效转动惯量， 电机最大角速度， 电机最大转速， 运动部件最快速度，mm/min 脉冲当量，mm/step， 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间，s起动加速时间： =30ms 折算到电机轴上的摩擦转矩 式中：导轨的摩擦力，N 垂直方向的切削力，N G各运动元件的总体的重量，N 三角导轨的运动摩擦系数，取=0.15 齿轮降速比 整个传动系统的传动链总效率，一般我们可以取到0.7-0.8 附加摩擦转矩： (6.5)式中：滚珠丝杆的预紧力，附加里等额外载荷，一般取，其中的为进给牵引力，N 滚珠丝杆导程，cm，课题要求为6 cm 滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取 上述三项合计： (b) 快速移动时所需转矩 (c) 最大切削负载时所需要的转矩 (6.6)式中：换算到电机轴上的切削负载转矩 通过计算可知，第一种情况的转矩最大，那么我们就以它作为对伺服电动机转矩的校核。查出HF-MP43(B)最大转矩为为3800，大于所需最大的转矩，是可以满足以上的各种要求。(4) 对伺服电动机的启动和运行的转矩和频率的特性的校核与比较前面已经计算出机床最大快移时，需电机的最高起动频率为3333.33Hz,切削进给时所需伺服电机运行频率为1666.7Hz图10 运行转矩特性当快速运动和切削进给时，电机起动矩频特性和运行矩频特性可以满足要求16。7 数控机床效率提高的方法在我国，随着数控机床的日益普遍应用，随之而来的问题也越来越多。许多大中型机械生产厂家们只知道注重“量”而没有注重“质”。导致我国数控机床的整体数控化效率不高，这也成为现在机械行业的一个亟需解决的重大课题之一。提高数控机床的利用率和效率，可以通过以下几种方式解决：一是购买新的数控机床，显然这种方式肯定不为中小型企业所接受，旧的机床还没解决，又购买新的机床，不适合小成本生产的厂家，对于经济实力雄厚的大型企业，那就另当别论；二是对旧的机床进行改造。这一方法我觉得普遍使用，采用对旧机床的改造，来提高它的可用性和性能，是一个既快速又实用的好方法。采用第二种方法有以下的优点：(1) 减少了投资和交货的期限相对于购买新的机床，既减少了成本，又避免浪费时间去预算和货的接受。(2) 机械的稳定性可靠一般事物时间越久当然越容易失效，机床也同样。对机床的改造既充分利用了现有的资源，又减少了环境的污染，这是两全其美的方法。(3) 维修简单快速，效率高对一台机床的了解是需要一段时间的，新的机床很难短时间了解其性能是否可以使用我的加工要求，而机床一旦改装完成，很快可以投入使用，见效较快。(4) 可以充分利用现有的条件显然不必想购买新机床那样，所有的设备我们可以重复使用，不必购买新的，大大减低了企业的成本。(5) 快速调整机床使其使用各种工况新购入的通用性机床，或多或少企业上不必用到，但有某些功能它是没有的，这就增加工人们的额外工作时间，使得生产效率不高，如果向机床厂家提出特殊机床的要求，这又拖延了时间，成本也大大增加，这是很多人不想看到的。然而改造机床则能完美解决此类问题17。(6) 最新技术可以快速融合，避免浪费随着技术的快速发展，我国的机床生产厂家吸取外国的先进技术，结合我国基础的现状，开始逐步向机床的部分功能部件方面进行研究和探讨。它们开始生产特殊功能部件，实现机床部件的可互换性和改造。为了赶上技术更新的速度，数控机床的发展也在逐步加快步伐，大批社会资源被充分利用在机床上。采用最新技术来提高数控机床等生产设备的自动化水平和抬高它们的效率是当今世界普遍采用的一种方式，同时也是最为快速和起效的捷径18。到此为止，我的毕业设计已经接近尾声。由于所学知识有限和经验的缺乏，必然导致有些地方不够准确和合理，我会在以后的生活和工作中慢慢去研究和纠正。我对我国数控机床的发展还是很看好的，相信在未来我国不仅是机床使用大国海事利用率最高，效率生产最好的国家，让世界为之震惊。结束语CK6243是一种传统型号的车床，目前在国民生产中占据着重大的地位。本次毕业设计，我的课题是CK6243数控车床X向驱动系统的设计，并通过此次设计熟悉设计方案的制定原则和过程。我很用心完成了它，相信在以后的生活和工作中会有所帮助。短短几个月过去了，毕业设计也接近尾声了，在这段时间内，从电机的选型到减速