CK514立式数控车床X向进给传动系统设计

1、CK514立式数控车床X向进给传动系统设计摘要 随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低,是衡量一个国家综合实力的重要标志，所以发展数控机床的水平是现时代赋予我们机械类人员的使命。本课题是关于CK514立式数控车床X向进给传动系统的设计，设计内容包括：确定系统的负载，确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，绘制机械部分装配图及零件工作图等。设计从传动方案的确定，传动结构的选择，以及传动部件的选型等等方面逐一开展。进给传动伺服系统可分为

2、三种：开环、半闭环和闭环伺服系统。通过比较，按照使用要求选用半闭环伺服系统。机械传动结构选用同步齿形带连接伺服电动机和丝杠，这种结构简单，传动扭矩大，并且传动误差小，经济性能好，符合设计要求。传动部件的选择包括导轨类型的选择及其使用要求，滚珠丝杠螺母副选型和伺服电动机的选择。关键词: 数控车床 进给系统 导轨 丝杠X-axis feeding system design of CK514 CNC latheAbstract Along with the world advance in technology and machine tool industry's development

3、, the numerically-controlled machine tool takes the machine tool industry the mainstream product, has become realizes the equipment manufacturing industry modernization key equipment, is the national defense war industry equips the development the strategic resources. CNC machine tool's capacity

4、 and performance capability's height, is weighs a national synthesis strength the important symbol, therefore the development numerically-controlled machine tool's level is the present time entrusts with us the machinery personnel's mission. This topic is about the CK514 vertical numeric

5、al control lathe X feed transmission system's design, the design content includes: Definite system's load, definite system pulse equivalent, moving part inertia computation, idling starting and cutting moment of force machine computation, definite servo electrical machinery, plan machine par

6、t assembly drawing and components shop drawing and so on. The design from the transmission plan's determination, the transmission structure's choice, as well as transmission part's shaping and so on aspects develops one by one. To feed transmission server may divide into three kinds: Spl

7、it-ring, half closed loop and closed loop server. Through the comparison, selects the semi-closure according to the operation requirements to lie in wait from all sides the clothing system. The mechanical drive structure selects the shaft coupling direct connection servo motor and the guide screw, t

8、his kind of structure is simple, the transmission torque is big, and the transmission error is small, the economical performance is good, meets the design requirements. Transmission part's choice including guide rail type choice and operation requirements, ball bearing guide screw nut vice-shapi

9、ng and servo motor's choice.Key words Numerically controlled lathe Feeding system Guide rail Guide screw目录引言 1 第一章 概述 11.1 数控车床的概述1数控车床的分类 1数控车床的结构特点 21.2 CK514立式数控车床的简介 2 CK514立式数控车床的功能 2 CK514立式数控车床的结构特点 2 CK514立式数控车床的技术参数 3第二章 车床进给传动系统的总体设计 32.1数控机床进给伺服系统概述 32.2进给伺服系统种类介绍及选择 32.3电机与丝杠联结方式的选择

10、5第三章 车床进给系统传动部件的选择 53.1进给系统的机械传动结构要求 53.2滚珠丝杠螺母副的选型 53.2.1滚珠丝杠的工作原理及选用要求 53.2.2滚珠丝杠螺母副的计算和选用型号 6滚珠丝杠的安装、润滑和防护 83.3同步齿形带设计 9同步齿形带特点 9同步齿形带设计计算 93.4导轨的类型及选取 10第四章 进给系统电动机的选择11 4.1电动机类型的确定 114.2电动机的选择 124.2.1电动机选型的要求 124.2.2伺服电动机的选型 12结论 13致谢 14参考文献 15 引言本设计题目是CK514立式数控车床X向进给传动系统的设计，这是我在大学学习阶段最后一次设计，也是

11、最重要的一次设计。通过这次设计，使我学会了很多东西。他培养我综合运用所学的基础理论，基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力，检验我的综合素质与实践能力，是学生毕业的重要依据,为我们就业和进入社会作好准备。随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低,是衡量一个国家综合实力的重要标志。我国是制造业大国，制造业在国民经济发展中占重要地位，所以我们要重点发展数控技术，使我国数控机床制造水平站在世界前列。数控车床主传动系统和进给系统是其最重要的部分，它们制造水平的高低直接

12、影响机床的性能，这也是本课题研究的目的。第一章 概述1.1 数控车床的概述 数控车床的分类 数控车床种类繁多、归格不一,可按如下方法进行分类。1.按数控车床的档次分类：(1)简易数控车床: 简易数控车床一般用单扳机或单片机进行控制,属于第档次数控车床。(2)经济行数控车床: 经济型数控车床一般有单显CRT、程序储存和编辑功能,属于中档次数控车床。(3)全功能数控车床: 全功能数控车床主轴一般采用能调速的直流或交流主轴控制单元来驱动。(4)高精度数控车床: 高精度数控车床主要用于加工类似磁鼓、磁盘的合金铝基板等需要镜面加工，并且形状、尺寸精度都要求很高的零部件，可以代替后续的磨削加工；这种车床的

13、主轴采用超精密空气轴承，进给采用朝精密空气静压导向面，主轴与驱动电动机之间采用磁性联轴器连接等。(5)高效率数控车床: 高效率年数控车床主要有一个主轴两个回转刀架及两个主轴两个回转刀架等形式，两个主轴和来年感个回转刀架同时工作，提高了机床的工作效率。(6)车削中心: 在数控车床上增加刀库和C轴控制后，除了能车削、镗削外，还能对端面和圆周面任意进行钻、铣、攻螺纹等加工；而且在具有插补的情况下，还能铣削曲面，这样就构成了车削中心。(7)FMC车床: FMC车床实际上是一个有数控车床、机器人等构成的一个柔性加工单元，它出来具备车削中心的功能外，还能实现工件的搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。

14、2.按加工零件的基本类型分类：卡盘式数控车床和顶尖式数控车床。3.按数控车床主轴位置分类：立式数控车床和卧式数控车床。 数控车床的结构特点 数控车床是由主轴箱、刀架、进给系统、床身以及液压、冷却、润滑系统等部分组成，数控车床的进给系统与普通车床的进给系统在结构上有本质的区别。普通车床的进给运动是经过交换齿轮架、进给箱、溜板箱传到刀架实现纵向和横向进给运动的，而数控车床上采用伺服电动机将滚珠丝杠传到滑板和刀架，实现Z（纵）向和X（横）向进给运动，其结构较普通车床大为简化。 数控车床的机械结构特点如下：1.采用高性能的主轴部件，具有传递功率大、刚度高、抗震性好及热变形小等优点。2.进给伺服传动一般

15、采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等高性能传动件，具有传动链短、结果简单、传动精度高等特点。3.高档数控车床，具有较完善的刀具总动交换和管理系统。工件在车床上一次安装后，能总动地完成工件多道加工工序。1.2 CK514立式数控车床的简介 CK514立式数控车床的功能CK514立式数控车床，它主要用于盘类、短轴零件的加工，可完成车削内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角、车螺纹等工序，适合于中小批量的轮番加工，也可正、倒结合，组成生产线大批生产。 CK514立式数控车床的结构特点CK514数控立式车床，机床采用组合式防护，造型新颖美观,具有时代感，安装、维修方便，安全性高；机床布置正、倒两种

16、形式，并配有自动输料装置，可自动装夹工件进行加工，机床可根据加工工艺需要，选择单机或正倒、正正、倒倒等，组成自动线，正倒组合，工件连线加工，无需正、反需翻转。电气控制采用SIEMENS半闭环控制系统，机床工艺适应性强，加工效率高，废品率低，成品一致性好，对工人技术熟练程度的要求低，且编程容易，操作简单，机床性价比高。  CK514立式数控车床的技术参数最大回转直径 mm 520最大切削直径 mm 400 最大切削高度 mm 250 主轴转速范围 r/min 50-2000（无级）最大扭矩 N·m 550 刀架工作行程X/Z mm 2410.5/450 刀架快移速度X/Z m

17、/min 15/15 刀台形式 卧式八工位 刀具尺寸 40 加工精度 IT6 表面粗造度 Ra1.6 主电机功率 kw 28.8 第二章  车床进给传动系统的总体设计2.1 数控机床进给伺服系统概述数控机床的伺服系统是指以数控机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，也就是位置随动系统。它的作用是接受来自数控装置中插补器或计算机插补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准确。伺服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等重要指标。 伺服系统由执行元件和驱动控制电路构成。

18、 伺服系统的基本要求主要是稳定性好、精确度高以及快速响应性。2.2 进给伺服系统种类介绍及选择伺服系统按其控制方式分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。1.开环伺服系统 开环伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机，其控制原理如图1所示。开环进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。 图1 开环控制系统2.闭环控制系统 因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对数控机床工作台位移进行直接测

19、量并进行反馈控制的位置伺服系统，其控制原理见图2。图2 闭环控制系统3.半闭环控制系统 采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统，其控制原理见图3。半闭环控制系统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是把角位移检测装置安装在电动机轴端。图3 半闭环控制系统由上述三种方式对比，考虑使用要求和经济性要求，本设计选用半闭环控制系统。2.3 电机与丝杠联接方式的选择滚珠丝杠螺母副与电动机的联接的型式主要有三种：1.联轴器直联接 这是一种最简单的连接型式。这种结构型式的优点是具有最大

20、的扭转刚度；传动机构本身无间隙,传动精度高,而且结构简单,安装、调整方便，适用于像中小型号的数控车床。联轴器采用挠性联轴器，这是数控机床上广泛采用的一种联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象。采用这种挠性联轴器把电动机与丝杠直接联接，不仅可以简化结构，减少噪声，而且可以消除传动间隙，能减少中间环节带来的传动误差,提高传动刚度。2.通过齿轮联接 这种调整方法的优点是可以在齿轮的齿厚和周节变化的情况下,保持齿轮的无间隙啮合；但是结构比较复杂,轴向尺寸大、传动刚度低、传动平稳性较差，一般用于精度要求低的机床中。3.通过同步齿形带联接 同步齿轮带传动具有带传动和链传动的共同优点,与齿轮

21、传动相比它结构更简单,制造成本更低,安装调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的张紧力； 但是在同步齿形传动设计时对材料的要求很高。在满足机床要求的前提下，通过对比本课题采用通过同步齿形带联接电机与丝杠副，这是一种简单的联接形式具有大的扭转刚度，制造成本低，传动精度高，而且结构简单，安装调整方便。第三章 车床进给系统传动部件的选择3.1 进给系统的机械传动结构要求 进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。为此，数控机床的进给传动系统必须满足:1.传动精度高;2.摩擦阻力小;3.运动部件惯量小。3.2 滚珠丝杠螺母副的选型3.2.1 滚珠丝杠的工作原理及选用要求滚珠丝杠螺母副

22、是目前中、小型数控机床使用最为广泛的传动型式。滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动的传动装置，在数控机床进给系统中是使用最为广泛的传动装置，其工作时在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形螺旋槽，这两个圆弧形槽合起来便形成了螺旋滚道，在滚道内装入滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内滚动，迫使二者发生轴向相对位移。当丝杠固定时，螺母即可以产生相对直线运动，从而带动工作台做直线运动。为了防止滚珠从螺母中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能返回丝杠螺母之间构成一个闭和回路。由于滚珠的存在，丝杠与螺母之间是滚动摩擦，仅在滚珠之间存在滑动摩擦。因此传动效率很高。由于摩擦系数小，不能自锁，因而

23、使该机构的传动具有可逆性，而且滚珠丝杠螺母副有专业厂生产，选用配套方便。以下几点是其选择要求。1.滚珠丝杠传动的优点 传动效率高，以极小的滚动摩擦代替了传统的滑动摩擦，大大减小的摩擦使滚珠丝杠副的传动效率获得极大地提高，传动效率达90%以上。进而，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠副的1/3左右。因此，滚珠丝杠能够顺滑地实现两种传动方式-将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。传动精度高，由于滚珠丝杠副传动效率达到90%以上，因而发热率大大降低，热变形就小，若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，使设备获得很高的定位精度和重复定位精度。摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力

24、之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长。滚珠丝杠副中的主要零件，均经热处理，具有很高的硬度及表面光洁度，再加上滚动摩擦的摩损很小，因而具有良好的耐磨性，实际寿命往往大于理论寿命。 2.滚珠丝杠的选择    滚珠丝杠已经标准化，所选择的滚珠丝杠是根据金属切削机床设计简明手册类比所得。 3.滚珠丝杠副及预紧方式的选择 滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。由于

25、双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好。按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的1/3。所以在本设计中，采用双螺母内循环的形式，用双螺母垫片预紧。 3.2.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选用型号1.计算丝杠最大载荷Fmax(N) 丝杠最大载荷，为切削时的最大进给力加摩擦力。最大切削力Fc等于最大扭矩比最小切削半径，计算可知为5500N。作为粗略的估计，最大进给力Ff=0.5Fc=2750N；最大背向力Fp=0.5Fc=1375

26、N。可知丝杠最大载荷为Fmax=KFc+f(Fc+Fp+G)=1.1×2750+0.04(5500+1375+800×9.8)N =3614N式中K考虑颠复力矩影响的实验系数，取K=1.1；f滑动导轨摩擦系数，取0.04；G溜板及刀架最大重力，取800gN。2.计算最大动负载C丝杠的最小载荷为摩擦力 Fmin = Fg =0.04×800×9.8=314N平均载荷为 Fm=（2Fmax+Fmin）/3=2514N由已知可得丝杠的平均转速n=1350 r/min用下面公式可求的其最大动载荷CC= （3-1） L= （3-2）式中T使用寿命，按15000h;

27、运转系数，按一般运转取1.21.5;L寿命以百万转为单位。L=（60×1350×15000）/1000000=1215C=40239N根据计算出的最大动负载，查阅机械设计手册，可采用FFZD4010-5-1内循环螺纹滚珠丝杠。额定动载荷为56KN，符合要求。丝杠直径40mm，钢珠直径7.144mm导程0.5mm，浮动反向器内循环。每个螺母滚珠有5列，双螺母垫片预紧。丝杠副精度等级选P1级。 滚珠丝杠的安装、润滑和防护1.滚珠丝杠的安装数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支

28、承座都应具有足够的刚度和精度。滚珠丝杠螺母副安装不正确以及支承刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。常见的丝杠安装有以下几种形式（1）一端固定，一端自由（2）两端游动（3）一端固定，一端游动（4）两端固定。有时为了补偿丝杠的热变形和保持预紧力，可在丝杠的一端安装碟形弹簧和调整螺母，这种支承形式刚度最高，只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，安装时需保持螺母与两端支承同轴，丝杠一般不会受压，固有频率比一端固定要高，可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和补偿热膨胀，要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小于公称行程，丝杠的支撑轴承采用滚珠丝杠专用轴承，这是一种特殊的向心推力球轴承，

29、其接触角增大到60度，增加了滚珠数目并相应减少了滚珠直径，使轴向刚度增大到普通向心推力球轴承的两倍。该轴承一般是成套出售，出厂时已调好预紧力，使用极为方便。在设计中，我采用一端轴向固定，一端游动的方法。固定端采取一对推力角轴承，面对面组配，型号为7602030TVP/DF。通过计算其寿命能满足要求。游动端采用相同的型号，无需校核。2.滚珠丝杆的润滑机床在运行过程中，各运动件之间存在摩擦，必须采用一定的润滑及防护措施来减小其相对摩擦，从而提高丝杠和滚珠的使用寿命。使用润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑脂的特点是黏度大，不易流失，因此不需经常加换，使用方便，密封也

30、较简单。但其摩擦阻力大，机械效率低；流动性差，导热系数小。因此仅适用于转速不高的轴承，外露的齿轮和某些不易密封的主轴件等。润滑油一般为全损耗系统用油。在此进给系统中,滚珠丝杠的转速不高,因此在滚珠丝杠副中，也只能采用润滑脂。3.滚珠丝杆的防护 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈

31、采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。另外，对滚珠丝杠的安装处应进行削边。3.3 同步齿形带的设计 同步齿形带特点同步齿形带的工作面有齿，带轮的轮缘也制有相应的齿，带与带轮是靠啮合进行运动的。它通常以钢丝或玻璃纤维为强力层，氯丁橡胶或聚氨脂为基体。由于强力层受载后变形极小，仍能保持同步带周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，传动

32、比恒定。这种带薄而且轻，故可用于较高速度，传动时的线速度可达40m/s,传动比可达10，效率可达98%。因此同步齿形带的应用日益广泛。其主要缺点是制造和安装要求较高，中心距要求严格。 同步齿形带设计计算已知电动机输出功率P为0.4KW,系统传动比i为1，转速n为1350r/min,载荷变动小，每天工作8小时，由此可计算其主要参数如下。1.模数m P0=KAP=1.2×0.4=0.48KW,其中KA为工作情况系数，有表可查为1.2。根据P0=KAP和转速查图可得：模数m选用2。2.齿数z由转速查表可知:z最小为16，考虑实际情况和加工难度初选为一轮z1为48，因为传动比为1，所以二轮z

33、2也为48。3.带轮节圆直径D D1=D2=mz=2×48=96 4.带速vv=D1n=3.14×96×1350=406944/min=6.78m/s查表知当m为2时，转速最大为40m/s，可知符合要求。 5.初定中心距a0由公式0.7（D1D2）a02（D1D2），再考虑床身结构及安装要求，初选为373。6.带宽b (3-3) 式中kz和ki查表可知都取1；P为单位宽度许用拉力，由模数查表知为6N/；Fc为带的离心拉力，查表为0.11 N/；把它们代人上式可求得：b=127.带长L 由简化公式知：L（D1D2）/22a0,带入数值可得L=10478.中心距a0

34、由于D1和D2相等，再结合公式可知：a0=373 同步齿形带的具体结构参看零件图。3.4 导轨的类型及选取 导轨副是数控机床的重要部件之一，导轨的作用是使运动部件能沿一定轨迹运动，并承受运动部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给时不爬行等特性。目前数控机床使用的导轨主要有3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。 1.塑料滑动导轨 目前，数控机床所使用的滑动导轨材料为铸铁对塑料或镶钢对塑料滑动导轨。导轨塑料常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨涂层两类。（1）聚四氟乙烯导轨软

35、带的特点：摩擦特性好、耐磨特性好、减振性好和工艺性好。（2）环氧型耐磨涂层：环氧型耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。2.滚动导轨直线滚动导轨副具有以下特点：（1）摩擦因数小，运动灵活；（2）动、静摩擦因数基本相同，因而起动阻力小，而不易产生爬行；（3）可以预紧，刚度高；（4）寿命长；（5）精度高；（6）润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；（7）由专业厂生产，可以外购选用。因此滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。滚动导轨副的主要缺点是抗冲击载荷的能力较差，且滚动导轨副对灰尘屑末等较敏感

36、,应有良好的防护罩。 3.液体静压导轨 液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小，机械效率高：由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但静压导轨结构复杂，制造成本较高。塑料滑动导轨是最常用的导轨，其他类型的导轨都是在滑动导轨的基础上逐步发展起来的，由于滑动导轨结构简单、具有良好的工艺性、刚度和精度易于保证，所以在一般机床上仍然得到广泛应用。由于塑料滑动导轨的优点, 本次设计采用聚四氟乙烯滑动导轨。第四章 进给系统电动机的选择4.1 电动机

37、类型的确定早期的数控机床采用电液伺服驱动的较多，而现代数控机床基本上都采用全电气伺服驱动系统。它可分为步进电机，直流伺服电动机和交流伺服电动机伺服驱动系统三类。 1.步进驱动系统：步进驱动系统一般与脉冲增量插补算法相配合，目前均选用功率型步进电机作为驱动元件。它主要有反应式和混合式两类。反应式价格较低，混合式价格较高，但混合式步进电机的输出力矩大，运行频率及升降速度快，因而性能更好。为克服步进电机低频共振的缺点，进一步提高精度，出现了性能更好的带细分功能的步进电机驱动装置，并得到了广泛的应用。步进驱动系统在我国经济型数控领域和老式机床改造中起到了极其重要的作用。 2.直流伺服驱动系统：直流伺服

38、驱动系统从20世纪70年代到20世纪80年代中期，在数控机床领域占据了主导地位。大惯量直流电动机具有具有良好的宽调速特性，其输出转矩大，过载能力强。由于电动机自身惯量较大，与机床传动部件的惯量相当，因此，所构成的闭环系统安装到机床上。此类电动机大多配有晶闸管全控或半控桥SCR-D调速装置。为适于部分数控机床频繁启动、制动及快速定位的要求，又开发了直流中，小惯量伺服电动机以及大功率晶体管脉宽调制(PWM)驱动装置。 3.交流伺服驱动系统：由于直流伺服电动机使用机械换向，因此存在许多缺点。而直流伺服电动机优良的调速特性正是通过机械换向得到的，因而这些缺点无法克服。多年来，人们一直试图用交流电动机代

39、替直流电动机，其困难在于交流电动机很难达到直流电动机的调速性能。80年代之后，由于交流伺服电动机的材料、结构以及控制理论与方法的突破性进展，以及微电子技术和功率半导体器件的发展，使交流驱动装置发展很快。交流伺服电动机的最大优点在于不需要维护，制造简单，适合于在恶劣环境下工作。 比较上述三种系统以及设计要求，在本次设计中，我采用直流伺服电动机驱动。4.2 电动机的选择4.2.1 电动机选型的要求伺服电动机的选择是根据负载条件来进行的，加在电动机轴上的负载有负载转距和负载惯量两种，负载转距包括切削转距和摩擦转距。选择伺服电动机应能满足下述条件：1.根据负载转距选择电机 负载转距应小于或等于电动机额

40、定转距。最大切削负载转距不得超过电动机的额定转距折算到电动机轴上的最大切削负载转距。 2.电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配 通常要求转子惯量不小于负载惯量。但也不是转子惯量越大越好，因转子惯量越大，总的惯量就越大，加速性能受影响。为了保证足够的角加速度，以满足系统反应的灵敏度，将不得不采用转距过大的电动机和它的控制系统。 3.快速移动时，转距不得超过电动机的最大转距，当执行部件从静止状态加速到最大移动速度时，所需要的转距最大。但选择电机时，是按照负载转距小于额定转距，电动机转子惯量与负载惯量的合理匹配，执行部件的快速转距小于电动机的最大转距三个要素来考虑的。根据负载转距的计算，切削转距加上摩

41、擦转距，应小于或等于电动机的额定转距。 4.加速转距应等于最大转距减去负载转距，在空载时，加速转距应等于最大转距减去摩擦转距，其差值等于全部惯量（电动机+负载惯量）乘于加速度斜率。4.2.2 伺服电动机的选型1.最大切削负载转矩 最大载荷Fmax=3614N，丝杠导程Ph=0.5mm。查丝杠样本，其磨檫系数=0.9，磨檫力矩Tf1=0.3N·m。轴承的为320N·mm，故一对轴承Tf2=0.64N·m。丝杠与伺服电动机直联，故传动比为1。由上条件可知：最大切削负载转矩T=1.26N·m。2.惯量计算的要求: 丝杠 J1=0.006075Kg·m2 套 J2=0.000