數(shù)控車床進給傳動伺服系統(tǒng)的設計(共8頁)

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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：數(shù)控車床縱向進給伺服傳動系統(tǒng)的設計 院（系） 機電工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 景祥 學 號 導 師 高紅紅 2012年3月8日 一.畢業(yè)設計

2、（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 1.題目背景及研究意義 過去，在我國大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品國內、外市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率[1]。數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，由于計算機可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面；可以實現(xiàn)加工的自動化

3、，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍；擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工[2]-[3]。 2.國內外相關研究情況 目前,國外數(shù)控機床的性能正朝著高精度、高效率、高柔性、高自動化方向迅速發(fā)展,這將對數(shù)控機床機械結構設計和制造的質量和可靠性提出更高的要求[4]-[5]。例如，日本法努克公司，三菱電機公司，安川電機公司，德國西門子公司，aeg公司，力士樂indramat公司，美國抗體公司，通用電氣公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實用[6]。 我國數(shù)控機床產業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國內市場占有率偏低。據(jù)有關資料表明,1999年國產數(shù)

4、控機床的市場占有率僅為38.88%[7]。造成這種嚴峻的形勢,除客觀原因外,主要是產品的質量、可靠性不過硬?！笆濉逼陂g,我國機械制造行業(yè)必須瞄準國際數(shù)控機床發(fā)展的科學前沿,開拓創(chuàng)新,消化吸收國外先進技術,開創(chuàng)我國數(shù)控機床設計和制造技術的新局面 [8]-[10]。然而,我國加入ＷＴＯ后,國外生產的數(shù)控機床將會更多的進入我國市場,市場競爭更為激烈。提高國產數(shù)控機床市場占有率,關鍵在于提高質量和可靠性[11]。幾年來,經過對國內外數(shù)控機床的機械結構剖析和使用性能的調研,探索和總結了數(shù)控機床機械結構設計和制造的新技術[12]-[14]。 數(shù)控車床改造設計在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門。早在20世

5、紀60代已經開始迅速發(fā)展，并又專門的企業(yè)經營這門業(yè)務[15]。其發(fā)展的原因是多方面的: 首先是技術原因。隨著社會生產力的巨大發(fā)展，要求制造技術向自動化及精密化前進。并且刀具材料和電子技術也有了很大進步，反映到控制系統(tǒng)中，它即能幫助機床自動化又能提高加工準確度。這些技術進步和高生產率要求，精密加工和型面加工的增多等，突出了舊機床技術改造的必要性及迫切性。 其次是經濟原因。經統(tǒng)計采用改造設計技術加以現(xiàn)代化比之更新設備可節(jié)約50％的資金。這不僅為資金不充沛的小企業(yè)技術改造開創(chuàng)了新路，而且對實力雄厚的大型企業(yè)也極具吸引力。 第三是生產上的原因。在工業(yè)生產中，多品種、中批量及小批量生產是現(xiàn)代機械制

6、造業(yè)的基本特征。不難看出，完成這些生產任務數(shù)控機床是最佳選擇[16]-[17]。 基于以上原因,要實現(xiàn)我國的生產現(xiàn)代化，將我國現(xiàn)有一部分普通機床實現(xiàn)自動化和精密化，改造是必由之路[18]。 二.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 1. 本設計的主要內容 本設計為縱向進給運動的設計，設計內容主要包括：確定系統(tǒng)的負載，確定系統(tǒng)脈沖當量，選擇伺服電機，滾珠絲杠副，導軌副，軸承等零部件，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩機計算，確定伺

7、服電機等。設計時要求電機與絲杠采用柔性連接，電機選用伺服電機對電機的大小選擇進行驗證，對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進行強度較核。設計與生產實際相結合，既要滿足理論要求，又要滿足生產現(xiàn)實實際。設計應遵循先易后難、先局部后全局的規(guī)律。 2.縱向進給傳動系統(tǒng)擬采用的研究方案 在此提出以下倆種不同方案： 下圖分別為倆種方案的結構簡圖 直流伺服電機 齒輪減速 滾珠絲杠 交流伺服電機 聯(lián)軸器 滾珠絲扛 工作臺 工作臺 圖1 縱向進給結構簡圖 1.進給驅動電動機類型 數(shù)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅動裝置是伺服電

8、機。伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。 1.1.直流伺服電機 直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護困難，經常因碳刷產生的火花而影響生產，并對其他設備產生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力，限制了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉子上，使得電動機效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 1.2.交流伺服電機 交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發(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用；二是基于微處理器嵌入式平臺技

9、術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。 2.傳動類型 數(shù)控車床進給傳動系統(tǒng)的基本傳動方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。 2.1.滾珠絲杠螺母副 在數(shù)控車床上，將回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點是：傳動效率高，傳動靈敏，摩擦力小，不易產生爬行，使用壽命長，具有可逆性，制造工藝復雜，不僅可以將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，亦可將直線運動變成旋轉運動，軸向運動精度高，施加預緊力后，可消除軸向間隙，反向時無空行程。因此，在數(shù)控車床上得到了廣泛的應用，是目前中、小型數(shù)控車床的常

10、見的傳動方式。 2.2.靜壓絲杠螺母副 其特點是：摩擦系數(shù)小，平穩(wěn)性高，反向間隙小；但是，靜壓絲杠螺母副應有一套供油系統(tǒng)，而且對有的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 由以上比較，根據(jù)要求，縱向進給傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。 3.電機與絲杠聯(lián)接方式 滾珠絲杠螺母副與電動機的聯(lián)接的型式主要有三種： 3.1.帶有齒輪傳動的進給運動 數(shù)控機床在機械進給裝置中一般采用齒輪傳動副來達到一定的降速比要求，如圖2a）所示。由于齒輪在制造中不可能達到理想齒面要求，總存在著一定的齒側間隙才能正常工作，但齒側間隙會造成進給系統(tǒng)的反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側間隙會

11、影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用消除措施來盡量減小齒輪側隙。但這種聯(lián)接形式的機械結構比較復雜。 圖2 電機與絲杠間的聯(lián)接形式 3.2.經同步帶輪傳動的進給運動 如圖2b）所示，這種聯(lián)接形式的機械結構比較簡單。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只能適于低扭矩特性要求的場所。安裝時中心距要求嚴格，且同步帶與帶輪的制造工藝復雜。 3.3.電機通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接 如圖2c）所示，這是一種最簡單的連接型式.這種結構型式的優(yōu)點是:具有最大的扭轉剛度，從而使進給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了機械結構。在加工中心和精度較

12、高的數(shù)控車床的進給運動中，普遍采用這種聯(lián)接形式。 方案的確定：比較之下，我打算選擇第三種方案。 三.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 1.本課題的重點及難點 （1）滾珠絲杠本身是一種細長低剛度元件,在外力作用下極易產生變形、振動、噪聲。因此,深入研究滾珠絲杠進給系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性對數(shù)控機床保持良好的運行狀態(tài)具有決定性影響。 （2）滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊 滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置，是數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產生嚴重接觸變形，接觸剛度與接觸表面預緊力成正比。如果滾

13、珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較?。划敐L珠絲杠反向旋轉時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動精度。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。 2.前期開展工作 采用理論與實際相結合，用理論指導實踐，實踐反過來修正理論，查閱和引用中外文參考資料進行方案設計，根據(jù)類比方法進行結構設計。 四.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 第1-3周：查閱相關資料并分析車床加工對象和加工要求，初步提出系統(tǒng)總體設計方案，并撰寫開

14、題報告； 第4-6周：分析給定參數(shù)，確定總體設計方案，并提出各部分的設計方案； 第7-9周：計算并選擇伺服電機、滾珠絲杠副、導軌副、軸承等零部件； 第10-12周：設計數(shù)控車床縱向進給傳動系統(tǒng)的機械零件圖 第13-15周：設計數(shù)控車床縱向進給傳動系統(tǒng)的機械裝配圖 第16-17周：整理前期資料并撰寫畢業(yè)論文； 第18周：提交論文并答辯。 參考文獻 1.盛伯浩，唐華．數(shù)控機床技術發(fā)展淺析．航空制造技術，2002 2.王愛玲.白恩遠.現(xiàn)代數(shù)控機床[M].國防工業(yè)出版社.2003 3.李雪梅.數(shù)控機床.北京.電子工業(yè)出版社.2005.3 4.Joachim Bu

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