数控车床纵向进给系统传动的方案设计

第一章、数控机床进给系统概述数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示：图1-1数控机床进给系统伺服由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。1.1、伺服系统对伺服电机的要求（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。（2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。（3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。（4）电机应能随频繁启动、制动和反转。随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。1.2、伺服系统的分类

数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。

进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。

开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。

全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。

数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。征直流碍伺服揪电动子机引弦入了闯机械企换向授装置盐。其次成本纪高，富故障那多，化维护迁困难嘱，经住常因养碳刷苏产生乡的火较花而影影响番生产既，并伯对其晨他设感备产跟生电素磁干压扰。牢同时趟机械保换向姜器的闲换向概能力茎，限自制了肥电动夸机的茅容量扎和速伸度。烟电动萍机的延电枢乐在转回子上享，使很得电菌动机汪效率禁低，均散热岁差。宾为了猫改善汉换向决能力等，减拣小电盾枢的蛇漏感尊，转普子变满得短于粗，完影响论了系屋统的厚动态瞒性能鹅。垮交流跑伺服采已占机据了偿机床炉进给摸伺服拿的良主导绩地位继，并符随着逆新技峡术的术发展果而不阴断完茄善，配具体弓体现柱在三脚个方睛面。败一是润系统奶功率哨驱动智装置户中的蠢电力锣电子名器件刊不断启向高列频化乒方向夜发展孕，骄智能况化功携率模我块得希到普些及与书应用察；二幅是基屠于微病处理乡器嵌常入式剃平台青技术灵的成慰熟，恐将促影进先葡进控里制算应法的排应用跃；三锤是网绘络化辽制造粒模式涌的推若广及盯现场累总线侨技术溜的成楼熟，谨将使环基于驾网络阿的伺痛服控劣制成源为可狗能灿。亭1.漫3结、警主要暮设计停任务舱参数侧车床刮控制塘精度复：乒0.赌01腥m歇m侮（即咐为脉疼冲当环量）溪；最响大进凳给速党度：橡V窜ma饺x模=5膜40者mm谢/m烛i居n突。步最大允加工么直径针为沾D符ma婚x诊=4影00睬m派m蠢，工首作台羞及刀像架重缠：厦11铲0雨㎏；扰最选大笨轴广，向尊力宿=1这6糕0练㎏；慌导轨若静摩呈擦系狐数秋=0授.某2葱；行椒程汽=1右28燃0m类m饱；步阶进电踢机参：眼11扣0B段F0妻0塔3涉；步另距角片：榜0.花75基°寒；电喷机转觉动惯蚂量副：汪J=黄1.丢8善×僻10睁-2烦㎏至.m束2通。菊第二殖章、鞋数控星车床橡纵向焦进给俭系统暖传动佛的方展案设觉计惕数控赏机床讲进给际驱动饺对位乐置精凶度、案快速朋响应潜特性违、调包速范跃围等毕有较玉高的女要求县。实从现进日给驱睡动的蚂电机慕主要绵有三吧种：助步进偏电机贺、直西流伺磁服电拾机和牵交流漆伺服竹电机顾。目偷前，罪步进脸电机础只适庭应用享于经滤济型献数控耗机床气，直棋流伺堵服电渐机在装我国池正广花泛使吐用，溜交流挎伺服弊电机挥作为竖比较陶理想酷的驱新动元瓦件已矩成为趣发展美趋势橡。数山控机鞭床的朝进给荒系统颜当采吩用不园同肥的驱撑动元冒件时敞，其鼻进给肤机构珍可能爷会有成所不谎同。分电机业与丝挑杠间庙的联哄接主膜要有旗三种分形式控，如臣图薄2-辨1牵所示雾。肝2.订1忍、带雪有齿奏轮传追动的堪进给搏运动屠数控庙机床悦在机镰械进镰给装莫置中藏一血般采鸽用齿巧轮传器动副拣来达黑到一勿定的备降速羽比要累求，智如霸图铺2-禁1a阔）裳所示谜。由峡于齿妨轮在览制造俩中不傅可能毯达到劈理想丹齿面旅要求漂，总揉存在唯着一颜定的肌齿侧赞间隙咽才能暴正常仇工作鹿，但习齿侧辛间隙旋会造萍成进继给系宰统的授反向输失动山量，唯对闭穿环系牺统来洒说，讨齿侧途间隙自会影懂响系允统的寨稳定寿性。要因此叼，齿秀轮传认动副顺常采脱用消忆除措毁施来恭尽量牌减小患齿轮转侧隙眨。但呼这种太联接命形式烧的机饮械结洁构比玻较复元杂。财图肿2戒—后1碌电机以与丝见杠间害的联漠接弱形式替2.研2会、经骂同步岁带轮次传动障的进犯给运送动策如店图贞2-里1b糠）滑所示埋，这参种联续接形石式的拣机械浮结构攻比较默简单厌。同株步带捐传动恼综合屯了带业传动新和链剃传动猾的优处点，湾可以鞠避免焦齿轮潜传动甚时引未起的衬振动窜和噪劫声，茎但只烦能适援于低丧扭矩殿特性宅要求丙的场叛所。乐安装选时中奉心距遥要求狡严格涝，且兄同步谨带与东带轮拦的制百造工悉艺复拣杂。能2.袍3余、电精机通拿过联伯轴器笼直接稠与丝仔杠联练接园如巴图渴2-兄1c展）闷所示举，此钳结构踩通常委是电岩机轴姿与丝奉杠之至间采谜用锥肢环无摧键联或接或暑高精扫度十苍字联蛙轴器桃联接迷，从雕而使屋进给蛇传动孙系统踪具有纽较高脾的传吊动精藏度和厚传动第刚度参，并踏大大础简化颤了机壁械结庙构。叉在加阿工中奇心和施精度捎较高母的数弱控效机床谜的进英给运递动中仁，普挥遍采戏用这稼种联钥接形辈式。身根据浅进给子系统印的要妥求及筝设计荡要求造，选制择带鼻有齿液轮传冰动的纺进给哥运动触，急选用滚最佳窄降速拜比，娇可以送提高萄机床廉的分蜂辨率孟，并浸使系非统昆折算茫到驱棉动轴耐上的岁惯量换减少陪；尽起量消理除传浮动间兴隙，免减少辈反向盾死区颈误差瓣，提套高位盏移精僻度等括。践第三叉章装、解运动研设旋计侄3.训1嚼、速降速调比计念算刻功率书步进仔电动歇机型违号装为违11放0B摔F0绪0浇3勒，其树主要关技术肝参数夫为最序大静倾转矩暗为智7.悔84蚀,律步距迫角示0.芦75心°病,美电机迈转动严惯量划：掌J=读1.滚8毁×贞10姓-2卸禁㎏其.m股2活；快粱速空窗载启衫动时浑电动炎机转盲速岩。懒进给厨传动贞链的沙脉冲缺当量改.增选滚李珠丝际杠的票螺距基为恰12厨mm挥.案由裤（柔3士—秒1缩）猜式乡中净—面—旺步进鸡电动妻机的绪步距愤角笋—刑—吃脉冲龄当量蹈，疤mm赴灿守乡苏S始场—劫—背丝杠钻螺汇距约,做mm型3.办2鄙、减表速齿犁轮的边确定述选择割一级基减速谊器，痰选齿岩轮扒，杯，模网数慌，齿脉宽灯。对选择苗斜齿崇轮调借隙，代齿轮变的参胁数如盖表捷3挣—颠1脖。之3群—踢1交齿轮向参数沟表谁法向猎模数姜2树齿数俱20脖齿形割角留齿顶拢高系浴数骡螺旋遇角葡15伪o冻径向胖变位百系数衫0混精度经等级逝配对院齿轮那图号馒齿数佛50瓶公差奇组结检验奉项目重代号看极限邻偏差腹值休1掏0.摩09赖0题2形0.井01协6谦3业0.菌01购3暖4响0.龙01炒6文第四罪章、让丝杠辣螺母唱机构稍的选皮择与纤计算思已知僚条件器：驶工作壤台及纺刀架研重域：狐11盖0药㎏英,它所以觉重量超为贿最大悉行程原：秃12灶80戴m搏m俯，失控动量喘：述，工毛作台女最高首速欲度：峡查表润选择繁丝杆泄预期催寿命伞：概小偏时庄，显摩擦循系数额。窝则导浆轨的言静摩长擦哄力稻F碰O堂。忙（伏4膀—咸1像）袭最大消轴向虑负载挑4.先1扇、动我载强遗度计厕算际当转烈速兵时，茫滚珠办丝杠松；螺栋母的赛主要灶破坏她形式无是工侮作表旁面的沿疲劳壶点蚀机，因培此要们进行进动载笑强度弯计算挣，其丰计算皆动载估荷壤应小桃于或折等于洋滚珠鞠丝杆般螺母努副的沟额定脏动负烫荷，卵即亿（额4惯—裤2)凶式羊中阔—针—逢动载过荷系膀数，华见奋表里3虎—搞1;承—闷—雁硬度瞧影响串系数梯，见现表鸦3-都2;扶—铺—歉当量男动负绩荷较，盛N;振—骂—刊滚珠茄丝杠散；螺普母副电的额还定动楼负荷屑，尖N妹；鞠—贱—完寿命删，以奶r巨为一捞个单酱位。僵摇(为4塑—谱3)罗式恰中症T适—锋—押使用伟寿命民，约h磁；按扫设计劫机床册要求咳取屠T=乔15株00培0h谅N搞—鱼—均循环叙次数灯：顺—除—溪滚珠傲丝杠丘的当剃量转谷速惩，带r/踩mi钞n哈。磁帜餐指我(摩4编—乡4陷）哈代入霉上式踢得零（洗4炊—顷5翻）耀表卵4-贴1脱初动载淹荷系叔数连载荷扫性质北载荷推性质竹平稳正轻微妖冲击岛较大导冲击顾和振显动材中等那冲击衫表或4-夫2娱涝硬度阻影响期系数迈、卧硬度蛋55逆52剪.5荣50聚47上.5舟45脾40泛1.拆0浓1.性11违1.略35塌1.俊56谱1.狐92么2.盐40押3.宇85农1.麦0白1.关11秒1.患40婚1.们67装2.搞10盾2.默64蕉4.钳50悼当工香作载宜荷单握调连吹续或孝周期怨行单庭调连躺续变蹲化时乱，则盼（相4哑—测6类）蚂式馋中搏—淘—忙最大揭和最秀小工乓作载牵荷投，耀N赖。梁查章表求4嗓—懂1务4烟—王2稠取贪=1魔.5芬染=1债.5煤6职代入拆上式至得惑（焰4拔—袖7厘）把4魔.伶2暖、静喘强度验计算岛当转清速印时，勺滚珠洋丝杠纯螺母份的主延要破兔坏形籍式为草滚珠洽接触迫面上兴产生钓较大载的塑默性变糖形，失影响柳正常吨工作籍。因璃此，肆应进铸行静丛强度饿计算插，最饰大计害算静搁载荷欺为每（咏1民—铃1搅0严）勒式倍中厉—胆—杜硬度堂硬度链影响淹系数幕，见诞表面5慌—稠2艰；取棚=1杯.6抬7.蚂—教—也滚珠斜丝杠全螺母逮副的暑额定柔静负拉荷铅，村N邻。揉代入抱得摸（午4驴—秘8雾）钻根据戏计算更额定榆动负劲载荷猫和额艳定静张负荷粗初选稳滚珠件丝杠蚕副型宁号为原。称其基蛋本参桃数为尤公称投直径省，导酸程失，滚精珠直皂径多。额单定动粒负荷谊，额朴定静衰负荷芹。动久载荷偷与静扎载荷仔载均析满足闷要求只。钟4.就3绩、临忍界转适速校矿核均对于晴高速尾长丝亚杠有构可能米发生看共振挂，需临要算贩其临裕界转抹速沟，不施会发测生共异振的晃最高注转速帝为临豪界腿转速侮（耽4燃—斑9缩）听（怖4浊—惜1得0送）狸式班中炒—扔—损临界镰转速均计算旋长度两，因m刻；树—交—丢丝杠伍支撑扩方式押系数孕。两朗端质固定朱时，撞代入谷数据止得誉远远祸小于搂其最稍大速谊度，市故临尊界转举速满杀足。膛4.惯4羽、额者定寿膛命的套校核没滚珠罪丝杠钓的额殖定动极载荷征，已唇知其监轴向巡载荷贪，滚慕珠丝啊杠的造转速纽，运海转条忽件系材数院，则奋有破（郊4眨—份1继1载）赏（票4棉—员1跳2紫）歉滚珠勇丝杠浆螺母称副的站总工芬作寿途命短，故讽满足使要求母。找第五砍章、敏动力模计算妄5.摔1赴、传眠动件赌转动谊惯量的的计闯算奥呢5.珍1献1遗、小滑齿轮甲的转羊动惯沃量郊（却5禾—唇1攻）腐式中祸—呀—清齿轮广分度浩圆直彻径盒，络m钳m振，冬；燃（恭5侮—缺2征）裕—饱—祖齿轮舱宽度殿，安m纤m些。螺佩5.共1袭2纠、大导齿轮阶转动寄惯量暗（盯5玉—锈3棚）植式漆中别—详—溪齿轮拉分度漆圆直冠径企，作m壮m冈（稠5歼—纠4慌）怠脆5.神1般3牌、计南算工怨作台锣的转合动惯劝量骡J选W将（菜5腔—狐5)框式疗中性W伯—信—肃工作适台（坟包括据工件呢）的王质量凳，色k扭g盖；案S翻—石—亏丝杠槐螺距灾，飘m牲m鼠。犯返5.围1姐4匹、计矿算丝梳杠的忽转动酿惯虎量链Js难窜秀臣(之5赛—刊6酱）阔式洁中封L正—断—躺支撑欧距炕，那m么m栏。厉5.狗1吗5养、负识载折挡算到冤电动夹机轴贸上的苏转动袍惯量饺为：脾（基5充—同7弓）测5.底2件、电钱动机仿力矩漂的计费算房慈5夏.2冻.暴1姑、计捉算加撤速力造矩浙Ma幅（陡5宰—组8惯）岛血5私.2齐.漏2扔、计首算摩规擦力靠矩据M奋f抖（垂5俘—弯9歌）多式蜓中睛—捕—雷传动雹链总售效率前，取献=0桶.岔8旺。谢料5星.2套.渗3角、计支算附惧加摩享擦力监矩泊（菌5细—崭1耍0雾）舰式饭中勒—熟—价传动废链总尽效率炮，取们=0续.牛8年；嫁—趁—阅滚珠吵丝杠怪未预禁紧时晋的效斑率，希取润=0婆.白9集。司洒笨5.歪2.友4甩、空岁载启杠动时闸电动狭机所逝需力腿矩：办（逗5躁—炒1瓶1患）缘因此趟，选阴用批7.乐84姻的步涌进电遵机满眨足要桂求。催第六倡章、脊丝杠闯螺母攀机构饰的传谨动刚警度计善算劝滚珠兴丝杠然一段酬轴向亦支撑刑，丝盈杠的扁最小坝拉压货刚度国和最较大拉衣压刚恼度康分别续为：乡（求6漏—评1)呆(买6瓦—江2怜）椅式千中前E台—邪—稍弹性皆模量好。炒按近助似估爽算，茂将丝笛杠本会身的躺拉压屑刚度就乘凉以谁1/罩3齐，作改为传例动的究综合斤拉压拉刚度蛮，即讯：柜（辆6都—显3眠）北（珠6傻—享4旗）店反向出死区匹误差始计算工（飞6想—魔5逮）货所以忽能满迹足单洗脉冲窝进给遮的要顽求。高计算羊由于罢传动闷刚度诚的变锐化的令定位尾误差丽，应捏使衡（昌6距—息6帐）蛋满足览由于难传动梯刚度驴变化搏引起兆的定麦位误状差小笛于敌机床来定位赔精度秧的要性求。靠第七驳章、户结构慢设计夕7.谷1削、滚哥珠丝休杠的岭支承割滚珠编丝杠笑的主脖要载卫荷是拴轴向秃载荷担，径净向载项荷主职要是暖卧式宾丝杠库的自惰重。脚因此熔对丝绿杠的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