MVA6040加工中心X轴向进给系统设计.docx

方向进给系统设计.1.2本论文课题的目的和意义本课题通过对教化型加工中心X方向进给系统的设计，系统阐述r目前在数控机床上广泛采纳的半闭环限制系统的设计过程，并努力采纳各种方法提高和保证设计要求的定位精度及机床桎定性等。同时为其它同类数控机床产品定位精度保证和误差补偿供应了借鉴，并为数控机床生产企业解决生产技术难超.同时作为经济型数控机床普遍采纳的一种形式对其进行设计在经济型数控机车日益普及的今日更加拥有现实意义。总之，高速度精密化是数控技术将来的发展方向，但改进经济型数控加工中心进给系统的设计相对于单纯改用更加高级、精密的数控伺股系统来保证日益精密的零件加工精度，是一条经济合理而又可行的途径。因此，针对本项目的探讨具有重耍意义。1.3本论文所做的主要工作本课题针对数控进给伺服系统,通过对轴承的固定与夹索方式、滚珠丝杠螺母副的设计与计算误差补偿措施，使该系统达到了设计的要求，在理论上已经堪本解决了探讨的数控进给伺服系统一X方向进给系统的设计问题。在完成本课题期间主要工作有以下几个方面：(1)机械传动结构的设计、零部件选择绘出X方向进给系统装配图及零件图：计算并选择了滚珠丝杠螺母副，确定循环方式，进行校核保证精度：选择并选择轴承的固定与央紧方式为以下各方面的工作作好打算工作。(2)伺服电动机的选择和校核在各种伺服电动机中选择最合适的电动机，初选型号进行负载惯量汁算和电动机力矩计算，校核启动矩频特性、运行矩频特性，最终选定电动机。(3)系统润滑、防尘及其他设计确定滚珠丝杠副、轴承洞滑方式及润滑脂类型：对系统的防尘方式的选择。2对进给系统的要求及各部件的了解2.1 对加工中心进给系统的整体要求数控机床进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性干脆影响到工作台的坐标精度和工件的轮廓精度。为此，数控机床的进给系统应充分留意削减摩擦力，提高传动精度和刚度，消退间隙以及削减运动件的惯量等°对于离速高精度数控机床尤其如此.加工中心对进给系统的要求集中在精度，稔定性和快速响应等方毗为了满足这种要求,首先要选择高性能的饲服电动机，同时也须要高旗里的机械结构与之匹配，因此加工中心进给系统的机械机构应满足以下要求：（1）高的传动精度及刚度进给系统的驱动力矩很大，进给传动连的的弹性会引起工作台运动时间上的滞后性。降低了系统的快速响应特性，因此要求进给系统有较高的传动精度及刚度。（2）低摩擦阻力进给运动中的摩擦阻力公降低传动效率，并产生摩擦热，特殊影响系统的快速响应特性。为了提高系统的快速响应特性,还必需减小运动件的摩擦阻力和动静摩擦之差,机械传动机构的摩擦阻力主要来自统杠和导轨，再加工中心进给系统中为了降低摩擦阻力，普片采纳滚珠丝杠螺母副，塑料导轨等。（3）小的运动惯量传动元件的惯量对饲服机构的启动和制动特性都有影响，尤其是处于高速运动的元件，其惯性的影响更大。因此在满足部件刚度和强度的前提下，尽量的削减运动部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以削减运动部件的惯量。2.2 对丝杠的要求及相识2.2.1 滚珠丝杠利介绍滚珠丝杠副作为当代数控机床进给的主要传动机构，以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，井已实现了标准化、通用化、商品化。近年来随着直线电机的出现，尽管使数控机床省去了中间传动机构，但由于直线电机目前存在限制系统困难，稳定性差及推力有限等缺点，因此并没有动摇滚珠丝杠作为数控机床首选传动定位元件的地位。为r满足数控机床的高速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必需合理地选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。浪珠丝杠副的工作原理、组成及特点亲,由于某些缘由,没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE.中英文文献及峻译等）.此文档也略微删除了一部分内容（书目及某些关蹙内容）如须要的挚友，请联系我的口加:2215891151,数万篇现成设计及另有的高端团队肯定可满足您的须要.此处删除xx×xxx××XXXXXXXXXXXXXXXXXXxxxxx×xx×xxx×x×xxxxxxxXXXXXXX约5000字,完整说明书联系Q2215891151.导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置。因此要求导轨应有足够的刚度为减轻或平衡外力的影响。数控机床常采纳加大导轨面的尺寸或添加协助导轨的方法来提高刚度.（4）低速运转平稳性要求使导轨的摩擦RI力小，运动轻巧，低速时无爬行现象。（5）结构简洁，艺性好所设计的导轨要制造和修理便利，在运用时便于调整和维护。导轨副的分类和特点两个作相对运动的部件构成一对导轨副，其中，在工作时固定不动的协作面称为固定导轨或静导轨；相对固定导轨作直线或回转运动的协作面称为运动导轨。依据导轨副之间的摩擦状况，导轨分为滑动导轨和滚动导轨两大类.滑动导轨具有结构简洁、制造便利、接触刚度大等优点，在机械产品中应用广泛,其两导轨工作面的摩擦性质为滑动摩擦。传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。现随着技术进步，已发展出贴塑导凯、液体静压导轨、液体动压导轨等结构形式。滚动导轨的优点是摩擦系数小，一般在0.0030.004,动、静摩擦系数很接近,低速运动一般不会产生爬行现象，并可实现高速运动：在正确安装和合理预紧的条件下，可以得到很高的刚性和传动精度，并能实现超微米级的进给精度。同时滚动接触由于摩擦能量小，滚动面的摩擦损耗也少，故能长时间地保持高粕度。但滚动导轨结构困难，几何精度要求高，抗震性较差，防护要求高，制造困难，成本高。它适用于工作部件要求移动匀称、动作灵敏以及定位精度面的场合2.4 对支撑部分的相识及要求数控机床的进给系统要获得较而的传动刚度除了加强滚珠丝杠本身的刚度外，滚珠丝机的正确安装及支探的结构刚度也是不行忽视的因素，螺母座，滚珠丝杠端部的轴承及支掾，他们加工的不精确性和受力后的变形都回影响进给系统的传动刚度，所以要求螺母座与螺母之间必需保持良好的协作。2.5 对伺服系统的要求对进给伺服的基本要求带有数字调整的进给调整的进给驱动系统都属于伺服系统。进给伺服系统不仅是数控机床的一个重要组成部分，也是数控机床区分于一般机床的一个特殊部分。数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度要高:跟踪指令信号的响应要快:系统的稳定性要好.（1）高精度所谓进给伺服系统的精度是指系统的辘出量在现输入贵的精度程度（偏差），即精确性。它包含动态误差，稳态误差，静态误差。常用的精度指标有定位精度，重发定位精度和轮廓跟随精度。（2）稳定性进给系统的稳定性是指当作用在系统上的扰动信号消逝后，系统能缈复原到原来的稳定状态下的运行，或者系统在输入的指令信号作用下，系统能够达到的新的稔定状态的实力。稳定性是系统本身的一种特性,取决于系统的结构及组成组件的参数（如惯性、刚度、明尼、增益等），与外界作用信号（包括指令信号和扰动信号）的性质和形式无关。（3）快速响应无超调快速响应性是衡量伺服系统动态性能的一项重要性能指标,它反映J'系统的跟踪希度。为了保证轮廊切削精度和低的加工表面粗糙度，对进给伺服系统除要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。（4）宽调速范围调速范围是指机械装置要求电动机能供应的最高转速和最低转速之比。数控加工过程中，为保证在任何状况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范圉和优异的调速特性。经过机械传动后，电动机转速的改变范围即可转化为进给速度的改变范围。对一般数控机床而言，进给速度范围在024mmin时，即可满足加工要求。进给伺服系统的设计要求（1）机床的位置调整对进绐伺服系统提出很高的要求。其中静态设计方面有：擦力和负载“当加工中最大切削力为20（）0N3000N时，电机轴上的转矩须要IONm40Nmo很小的进给位移量。目前最小辨别率为0.1阿。高的静态扭转刚度。足够的调速范围。电机的最大转矩由快进速度确定。目前快进速度通常为10mmin12mmin快进速度达24mmin以用于生产中>进给速度匀称，在速度很低时无爬行现象。（2）在动态设计方面的要求：具有足够的加速和制动转矩，以便快速地完成启动和制动过程.目前带有速度调整的伺服电机晌应时间通常为20msl00ms0在整个转速范围内，加速到快进速度或对快进速度进行制动须要转矩20Nm200N-m：而在换向时加速到加工进给速度须要转矩为IONm-150Nm,驱动装巴应能在很短的时间内达到4倍的额定转矩。具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满足的表面负载引起的机迹误差尽可能小。（3）对于数控机床机械传动部件则仃以下要求：被加速的运动部件具有较小的惯量。高的刚度。良好的阻尼.传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等方面具有尽可能小的非线形。3进给系统方案的确定3.1确定系统方案依据定位精度要求，初步选择系统为半闭环。假如经计兑发觉半闭环系统不能满足定位精度要求，可改用全闭环。伺服电机的最高转速（可查产品书目或有关手册）ndma-1500rmin工作台要求的最高速度Vmax-IOmZniino如使同服电动机通过联轴器与滚珠丝杠螺母副干脆相联，即U=I,如使电动机统杠的最高转速nmax=1500rmin»则丝杠导程Pn=100OVlnaXnmax=1000X101500n=6n,用旋转变压器作为位巴检测器，半闭环限制，位置检测辨别率为1个脉冲IUnU则结构简图如下：4滚珠丝杠螺母副的设计计算与防护4.1 精度的确定依据运用范围及要求将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠幅(P)传动滚珠丝杠副(T),精度分为七个等级，即1、2、3、4、5、6、7、10级，1级精度最高，依次降低。要求定位精度为0.012/30OmIn,丝杠的“随意300mm行程内的行程变动量V300,1取为定位精度的1312,即0.0040.006mm.有下定可知:«4-1M展等级123-15710vaoo6812162352210V2p45678一级精度的丝杠V300=0.006间。故应取1级精度.4.2 疲惫强度的计算丝杠的最大载荷为最大进给才加摩擦力：最小载荷即摩擦力，最大进给力己知，为26OkgX9.8Nkg-2548No工作台总质量为100kg.己知贴塑导轨的摩擦力为0.04,故摩擦力F=(400×0.04×9.8)N=156.8N最大载荷FmaX=2548+156,8=2701.8N选用滚珠丝杠直径4时，须保证”杠工作时在肯定的径向载荷作用下，丝杠在旋转10"转后，在它的滚道上不产生.疲惫点蚀现象，这个径向载荷的最大值是CQ即该滚珠统杠螺母副所承受的最大当量的载荷C,，可用下式计算：q”式中：Fin一轴向平均载荷；单位为N,一般取Fm=如恤+'01-3Fmax、Fmin一丝杠的母大、最小工作载荷，堆位为N：1.一工作寿命（以10"r为单位I）,1,60NmTIO6Nm平均转速，单位为rmin,NnF鲍史竺年2Nnax、Ninin一丝杠的最高、最低转速,单位为r/min;T一运用寿命，单位为h,一般机床可取T=100ooh,数控机床可取T=15000h.）,一精度系数,»4-2济度系数k2、34、57101.00.90.80.7工一运转状态系数,表3士转状态系致无冲击平艳运转一般运陆白冲击运转fw1-1.21.2-1.51.5-2.5由上式知：平均载荷：Qaxm+Fmin=23+156.8=75on;33山田"、由、NmHX+Nmin1500+0.平均转速：Nni-=750rnn：22丝杠工作寿命取T=15000h,£=1,4=1,5,滚珠丝杠寿命1.（单位为IXl（T转次）：.60NmT60×7505000ArUn6、1.=-=Hr=67*x*代入公式C=®&2W叵SKN从机电一体化技术手册Bn或产品样本，可采纳WD4510-2.5-P1型外循环，垫17-4)片式(II双螺母预紧滚珠丝杠副2.5圈1列，其额定动负数为29.5KN,强度足够用。精度等级为1级，其几何参数如下:公称直径："“=45：导程：/,>=10""”；螺纹升角：r=arctg-=43'；叽钢球直径：J.=5.953mn；螺FF内径：4=38.80M三。4.3 传动效率：fgr=g(r+)r一丝杠的螺旋升角：一摩擦角：滚珠丝杠副的滚动摩擦因数：=0.(X)3-0.(X,摩擦角约等于10。=，gr=-=0.94tg(r+)依(43'+10)4.4 支撑臃的计算4,等于工作台最大行程(800e>加螺母长度(153mm)家两端余程(15mm):1.iI=S(X)+153+2×45=l(¼3nn支撑跨矩1.1应Nt约大丁一点"，取1.1=I300m4.5 稳定性验算轴向固定的长处杠在承受压缩负我时，应校核其压杆稳定性，临界压缩载荷按下式进行校核计算：由公式陪噌:J-Jj=I式中：工一丝杠支掠系数，G-J:，=2G-G.fl=4.73E-材料弹性模量，钢为2.0610'Njnuni:I一统杠底径惯性矩：=(,三-),4为底径:641.一支掾矩离(，)；K一平安系数，般取k=3：F8100乌=1805ON1.4.6 临界转速的校核临界转速的核算是校核所选定的滚珠丝杠副的名义直径，在给定的支撑条件"其最高转速是否有独近其横向固有频率而发生共振的危急。般对转速小于100rmin的丝杠可不进行此核算。由公式M：式中:“一平安系数：=0.8;G-Z0=1.875一丝杠支撑系数,-=3.142G-J:1=3.927G-5=4.732/，一支撑矩离:E材料弹性模量，钢为：2.06XI(PN/加加二：I一丝杠底径惯性矩；/=誓(,”/)：A一丝杠底径处断面枳：y一比重，钢为78gc"i':R-®力加速度，g=9.8N依:'MN="篝悌"977rmin4. 7滚球丝杠副的Dn值精密等级1-5级<10nmax70000精密等级7-10级dnmax50000d一滚珠丝杠的节圆直径(M)nmax-滚珠丝杠副的最高转速*(rmin)由己知滚珠丝杠副为1级精度，所以<10r三x=45×1500=67500700004.8 预拉伸计算a.双升引起的伸长垃田，设温升为3.5,则螺纹部分伸长量为：,式中：a一线膨张系数：=IIxIO6X3.5×l.043=40.2m;丝杠全长的伸长量：=ll×10ft×3.5l.3=50m1.为此，丝杠的H标行程可定为比公称行程小0.2/300""，丝杠在安装时，进行预拉伸,拉伸量为0.05wm.b.预拉伸后,依据材料力学欧拉公式4=竿=779ON4.9 刚度验算：X向进绐滚珠丝杠的支撵间矩/=1300，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的"3,统杠变形量计算如下：滚珠丝杠截面积，按丝杠螺纹的底径确定：A=238808，加=1182.3，M4工作负载凡引起的导程4的改变量及可用卜式计算：八匕=土警式中：EA2一轴向平均载荷（N）：E-材料弹性模量，钢为2.06x10'/,/:A滚珠处杠截面积；A=些佃M）：43笠=±则丝杠的拉伸或压缩变形量g：2.(X,x7xl182.3=1072x,°'wwE=>x/=072xl04×1300=0.936XlO2nun410由于丝杠两端均采纳了深沟球轴承与推力轴承，且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度可比一端固定的统杠提高4倍，其实际变形垃为E=-×=X0.936X10mm=0.234×10mntf4f4滚珠与螺纹滚道间接触变形gj由公式得2=0.0013YN一=0.216mmg师ZQ由于进行了预紧，所以实际变形量为滚珠与螺纹滚道间接触变形£"2,-?=1.XO.00216=0.00108”2、22支撑滚珠丝杠的轴承为8307型推力球轴承，几何参数为：4=35三t、滚动体宜径=7.938“、滚动体数量ZQ=苧=装j=24轴承的轴向接触变形鼻可按公式:,0.0024J-=0.0024XJr=0.0023wmMZiV7.938×24-因施加了预索力故实际变形量t=0.0023=0.(X)l15三?依据以上计算，总变形出为：=,+,+=0234×102+0,5×,02+0.108XIO、=0.457×102nun一级精度丝杠允许的螺矩误差为O.012/3OOmm,故刚度够用.4.10 防护与密封：为防止意外机械损伤，避开尘埃、污物及铁屑进入丝杠-螺母内，在丝杠轴上应安装防护装置(例如：螺旋滚珠弹簧爱护套、折登式防护套等)，在螺母两端安装密封圈。4.11 滚珠丝杠螺母副设计运用中应留意的问题(1)为提高滚珠丝杠副的运用寿命和精度，应使作用在螺母上的合力通过统杠轴心.以保证滚珠受力匀称，避开倾覆力。(2)放逆转：滚珠丝杠副传动逆效率高，应考虑在电机停电后，因部件自重而产生螺旋剧的逆传动(特殊是在垂宜方向上传动时)，防止逆传动的方法可采纳：停电自锁的电机、蜗轮蜗杆机构、离合器等方式。(3)滚珠丝杠副在行程两端应有行程爱护装置，以防止越程后滚珠丝杠副受撞击而影响精度、运用寿命甚至损坏.(4)防止热变形：热变形对精密螺旋传动的定位精度有着全要的影响。其热源不单是螺旋副的摩擦热，还有其他机械部件工作时产生的热,致使纯杠热膨胀而伸长。为此必需分析热源的各因素，采纳措施限制热源，还可以采纳预拉伸、强制冷却等削减热变形对丝杠的伸长的影响。(5)擅长而乂水平放置的纯杠，因自重使轴线产生弯曲变形，是影响导程累积误差的因素之一，还会使螺母受栽不均。设计残长丝杠时，应考虑防止或减小自选弯曲变形的措施。(6)防护与密封：尘埃和杂质进入滚道会阻碍滚动体运动流畅.会加速滚动体与滚道的磨损，使滚动螺旋副丢失精度。为此须要防生措施。博特牌滚珠丝杠副在螺母两端已安装防尘圈，为避开丝杠外露，用户还须要为统杠选择防护装置。(7)合理润滑是减小驱动转矩、提高传动效率、延长螺旋副运用寿命的重要环节。接触表面的油膜还有吸振、减小传动噪声和冲洗丝杠上的粉尘等杂物的作用。因此要注入润滑腑。在螺母上还有油孔，用户可旋入油啸，再采纳其他合适的润滑方式。(8)正确选择预紧力：我公司的滚珠丝杠副出厂时已经按要求调整好您所须要的预紧力，假如运用过程中有超程或须要拆卸清刚好与我公司联系，以便从新调整安装。严禁白行拆卸滚珠丝杠副的各个部件，以免影响其精度。严禁敲击和拆卸导珠管，以免造成滚珠堵塞，运转不流畅。(9)建议采纳适应于数控机床的大接触轴承以提高传动刚度。(10)用内循环滚珠丝杠副，必需使丝杠螺纹两端中至少有一端的滚珠螺纹是通牙，并该端全部外圆尺寸均小于丝杠螺纹底径62,否则无法装配螺母。S2参看样本几(11)水平位置采纳外循环滚珠丝杠副，最好是插管放置再丝杠轴线上面。(12)为便于丝杠加工，丝杠上最大外圆处的直径最好不要大于丝杠的外径dl(dl卷看样本)。5伺服电机5.1 伺服电机原理协助电动机是可利用的当AC或DC马达。早期的协助电动机一般是DC马达因为唯的类型限制为大潮流是通过SCRS很多年。犹如晶体管变得能限制更大的潮流和交换大潮流以更高的频率，AC协助电动机成为了常常运用了。早期的协助电动机具体地被设计了为何服放大港。今日马达组被设计为或许运用一个同服放大器或易变频率限制器的应用，哪些意味马达或许被运用在个伺服系统在种应用，并且运用在易变频率驱动在其它应用，一些公司并且叫不运用一个步进马达一个伺服系统的任一个闭环系统,如此它是可能的为被连接到速度限制涔叫协助电动机的一台荷洁的AC磁感应电动机必需做对任一个马达被设计的一些变动当协助电动机包括实力经营在速度的范用没有过度加热,实力操作以零的速度和保留足够的扭矩贫着装载在位置，并且实力操作以特别低速度长的时期没有过度加热.老类型马达有被连接干脆地到马达轴的冷却风扇，当马达运行以慢速,风扇不移动足鲂的空气冷却马达，更新的马达有一台分开的风扇登上了因此它将供应最宜的冷却空气。这台风扇由个恒定的电压来源供应动力以便它始终将转动在最大值RPM不管协助电动机的速度。最能用的类型马达的当中一个在伺服系统是永久磁铁(PM)类型马达。电压为永久磁铁类里马达的领域统可能是沟通电压或直流电压。永久magnet-type马达与其它PM类型马达是相像早先被提出。主要区分以这类型马达是，它或许有齿轮削减能从立场移动更大的装就仍旧快速安置.这类里PN马达并且有一台编科器或坚决器被建立入马达住房.这保证，设备精确地将表明马达轴的位置或速度。5.2 伺服电机与步进电机的比较步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字限制技术有着木质的联系。在目前国内的数字限制系统中，步进电机的应用特别广泛。随着全数字式沟通伺服系统的出现，沟通伺服电机也越来越多地应用于数字限制系统中。为了适应数字限制的发展由打，运动限制系统中大多采纳步进电机或全数字式沟通伺服电机作为执行电动机。虽然两者在限制方式上相像(脉冲申和方向信号)，但在运用性能和应用场合上存在若较大的差异。现就二者的运用性能作一比较。(1)、限制精度不同两相混合式步进电机步矩角一般为3.6°、1.8°,五相混合式步进电机步矩用一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步矩向更小。如四通公司生产的种用于慢走丝机床的步进电机.其步矩角为0.09。：德国白格拉公司(BERGER1.AHR)生产的三相混合式步进电机其步矩角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°.兼容了两相和五相混合式步进电机的步矩角。沟通伺服电机的限制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式沟通伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采纳了四倍频技术,其脉冲当量为3600/10000-0.036°,对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217-131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360"/131072=9.89秒。是步矩角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655.(2),低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象0振动频率与负载状况和羯动器性能有关，一般认为振动短率为电机空教起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所确定的低频振动现象对于机器的正常运转特别不利。当步进电机工作在低速时，一般应米纳阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采纳细分技术等。沟通伺服电机运转特别平桎，即使在低速时也不会出现振动现象。沟通伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有核率解析机能（FFT）,可检测出机械的共振点，便于系统调整。（3）、矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速上升而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速-一股在300600RPH.沟通同服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出.（4）,过载实力不同步进电机般不具有过效实力。沟通伺服电机具有较强的过戏能立。以松下沟通伺服系统为例，它具有速度过教和转矩过我实力。其最大转矩为额定转矩的-：倍，可用于克服惯性负载在扇动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过我实力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往须要选取较大转矩的电机，而机罂在正常工作期间乂不须要那么大的转矩，便出现了力矩奢侈的现象。、运行性能不同步进电机的限制为开环限制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其限制精度，应处理好升、降速问题。沟通伺服驱动系统为闭环限制，驱动器可干脆对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，限制性能更好。（6）、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）须要200100考秒.沟通同服系统的加速性能较好，以松卜MSMA100W沟通伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几忘秒，可用于耍求快速启停的限制场合.综上所述，沟通伺服系统在很多性能力面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也常常用步进电机来做执行电动机。所以，住限制系统的设计过程中要综合号虐限制要求、成本等多方面的因崇，选用适当的限制电机“5.3 最大切削负栽荷转矩由前面的计算，已知段大进给力加摩擦力为:Flux=2704.8f,Pli=0nm=0.0lm.7=9滚珠丝杠预紧转矩9小之“3+-1.yR%(值可用下式估算:-14;Ty.n=14(XX)x().01=47/v>w3030最大切削负栽转矩T可用下式计算：T=(-+TJ,其中211n'Fmax统杠上的最大轴向载荷,包口进绐力和摩擦力，单位为N：Pll丝杠导程，单位为m;一一进绐转动系统总的机械效率，采纳滚珠丝杠副时,般=0.8-0.9Tiy-因滚珠丝杠预紧引起的附加摩擦转矩，单位为Nm,粗略计算时，可忽视此项：u伺服电动机至丝杠的转动比：T=+()=(27048x00Sxl=9.5Nm211,2110.9所选伺服电动机的额定转矩应大于此值。5.4 惯量匹配及计算负载惯量，工作台的最大质量为400kg.依据式乙=%产)2+，£%(土汽n4,"才n式中乙个转动件的转动惯量，单位为依，/;%、“一一个移动件和伺服电动机的转速，单位为r/min;mf各移动件的班量，单位为kg;v.个移动件的速度，单位为1111in.折算到电动机轴的负载惯量包括三部分，即联轴器和丝杠的转动，动作台的移动J1=J,+J,+Jj挠性联轴器，加上锁紧螺母等的惯增约为4=o.oikgM丝杠直径d=4011m=0.04m.长1.=l.3m,惯量可按式/、=，*必"式中：'32D一直径，单位为m：1.一一长度，单位为m;P一一密度，单位为kgmi,钢的p=7.8*IOXg/M；由式中求得：J2=7s-l°1-°m5-7n=0.002依/,/32人=理(上)2=粤(0.01)2=0.001依，/4it4丁4=J1+J2+J3=<0.011+0.002+0.001)=0.014Jn2按式1勺(4,即JM=(I4)Jl,即电动机的转子惯员应在./“=0.014-0.056伙小范围之内.依据以上计算机可初选伺服电动机，如选北京数控设备厂的产品，直流伺服电动机可选PB15型。选FB15型«5-1FB15型直疏电动机参数符8故使年位连续敬定电流1.c31A连续械定转矩317.6N.m最大输出转能Tnax154N.m允许设火电施In30A转FffiMJn0.19Kg.ni机械时间常数Tm0.0152S热时向常数T70Min坡高转速nJfMXJr11in额定转矩17.6Nm,大于最大切削负载转矩;转了惯员Jm=O.019依加。满足匹配要求。这种电动机的其它主要参数为：最大输出转矩TmaX_154N”，机械时间常数Un=I5.2ms,沟通伺服电动机可选BESK-20型.额定转矩22.5Nm：转子惯量Jm=O.018依，”"均满足要求，其它主要参数为:最大输出转矩TlnaX=147Nm,机械时间常数tm6ns.5.5 空载加速转矩空载加速转矩发生在执行部件从静止以阶跃指令加速到快速(最高速度)时，这个转矩不知超过伺服电动机的最大输出转矩TMX。空战加速时，主要克服的是惯51。假如选的是FB-15型直流伺服电动机，则总惯量J=Jm+Ji=O.019+0.005=0.024依/最大加速转矩可依据式7；X=小+2+匈-J，计算21160rl.FB-15tm-15.2ms,故.=(34)n=45.6ms6O.8w=O.()456.«O.()W)Kv=4.7+156.8×0.01×l2×3.14×15(M)CCC+×0.0241N.m2x3.14x0.960(0.0456.v0.0608.v)=67N.nt88N.iBESK-20的tm-6ms,故1.=I8ms24ms-0.018ms0.021msT三x=162N-214N可以看出FB-15直流伺服电动机的TInaX>Tamax,满足要求；BESK-20沟通同用电动机的TmaX略小FTamaX,也可以用，但加速时间略长5.6 机械转动装置刚度计算按结构图计竟各部分折算至丝杠一工作台的拉压刚度结果为：联轴器：Kc-5×Vpn.,滚珠丝杠螺母的轴向接触刚度：Km-69Nm滚珠丝杠轴向拉压刚度：螺母处于行程段远点时从的=30Nm螺母处于行程最低点时J=18().V/tll轴承的轴向接触刚度(按有预案力计算)：3=26N”螺母压刚度：Jtw=l480,Vpn,轴承座刚度：1.=2260Nw机械传动装置总的拉压刚度亳J=一jijp=115Vpn-4+匕“WKeinAB及施kft=jjj1-=17.2Nm一+-.+K-nh43k*Rkft由计算结果可知，轴承的轴向劫持刚度最低，是刚度薄弱的环节。由于机械传动装置刚度改变引起的定位误差为：，-/1.)"*0m»011m*a="cmM)=0.04X156.8×()M0.19同A>fw11F"517.2所以心<!乂12=2.4卬，可满足由于传动刚度改变引起的定位误差小于(：-!)机床定位精度的要求.5.7 伺服刚度计算按表66-9中的公式计算巧达轴上的伺服刚度:K小笔&1.=SW)KMKU由表66-39查得宽调速直流电机FB15的性能参数：Kt=5.8N,Ke=O.58vsrad,Rm-O.26所以KR="述管述=今2K、(1+触)=x20x(1+42.5)=Il200N/r折到丝杠一一工作台上的拉压刚度值为：KlI=KJtX(K)2=112(X)×()2×IO4=44.3VMS1由于伺服刚度的存在，整个何眼进绐系统圾终反映在丝杠一工作台的粽合拉压刚度K。应是处于闭环外的机械传动装置本身的拉压刚度K(I与马达轴上的伺服刚度Klt折算到丝杠一工作台上的拉压刚度Kk串联而成的弹性系统刚度，共最低值为：1.=1=-l-l-l-=9.lV11l1.5+4435.8 最大死区误差八萼=g=23568“/AElI9.1”所以，能实现单脉冲进给，即灵敏度高，满足定位要求。结论综上所述，无论是开环,半开环还是闭环伺服进给系统，为r确保定位精度和工作的稳定性，在机械传动的设计上，都要求是无间隙低摩擦，低惯量，而刚度，高谐振以及相宜的町尼比。为了达到这些要求，机械传动装置的设计应尽量采纳低摩擦的传动副，以削减摩擦力：采纳预紧的方法来提而传动刚度：采纳消隙的方法来做小反向死区误差等等，其中提高刚度、降低惯量的要求尤为重要。参考文献1范云涨、陈兆年主编金属切削机床设计简明手册北京机械工业出版社19932李洪主编好用机床设计手册沈阳辽宁科学技术出版社19993何伯吹主编机床设计手册北京机械工业出版社19794刘跃南主编机床计算机数控及其应用北京机械工业出版社19985王爱玲主编现代数控机床结构与设计北京兵器工业出版社19996李福生主编数控机床技术手册北京北京出版社19937杨黎明主编机电一体化系统设计手册北京国防工业出版社机978廖效果主编数控技术武汉湖北科学技术出版社20009白恩远主编现代数控机床伺服及检测技术北京国防工业出版社200210成大先主编机械设计手册北京化学工业出版社2002Ul吴宗泽主编机械设计好用手册北京化学工业出版社1999致谢经过两个月的劳碌之后，毕业设计最终是完成了。这令我心中充溢了无限的百悦，也倍感到浑身的轻松、洽强与充溢感。回忆两个月以来，每天都在图书馆查阅资料，作笔记的情景来，毕业设计是我们毕业生对三年来所学学问的一次综合运用。搞设计虽然是一件辛苦的事情、但它的确是让我们学到了很多东西的。在设计过程中有很多的学问须要我们去亲自的总结并运用。这样不仅让我们对以前所学增加了记忆.还在原有的基珈上还增加/新的相识.尤其是设计完成后内心的那份喜悦的心情真的是难以用语言来形容的。在毕业班计的过程中，除了我们自己的不懈努力外,还有我们指导老师的亲切指导，让自己明白了设计的意图，了解了主要功能。这其中假如没有连老师对我们设计耐性的指导和我们机械设计小组在一起激烈的探讨，那我们的设计工作就不会这样轻松的与胜利的完成.在此我向全部那些在设计当中帮助过我们的老师与同学们表示感谢，恳切的期望能够接着得到大家的指货和建议！希里在以后的工作当中能与大家再次携手！