数控车床横向进给系统设计.doc

数控机床课程设计说明书
第PAGE\*MERGEFORMAT5页
1、数控机床进给系统概述
1.1伺服进给系统概述
数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。
1.2伺服进给系统分类
数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种：
(1)开环伺服系统
(2)半闭环伺服系统
(3)闭环伺服系统
1.3伺服进给系统的基本要求
(1)精度要求
(2)响应速度
(3)调速范围
(4)低速、大转矩

2、运动设计
2.1传动方案拟定
数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。
确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。
步进电机具有如下优点:
(1)电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量；
(2)电动机的转速与输入的脉冲频率成正比，与要控制脉冲频率就能调节步进电动机的转速；
(3)停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变，电动机轴可以保持在某个固定位置上，不需要机械制动装置；
(4)变通电相序即可以改变电动机的转向；
(5)进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差；
(6)进电动机转动惯量小，启动、停止迅速。滚珠丝杠副具有摩擦数小传动效率高，所需的传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行；随着精度和定位精度高，磨损小，寿命长，精度保持性好，可通过预紧间隙消除措施提高轴承刚度和反向精度，运动具有可性。。
2.2降速比计算
2.3丝杠螺母机构的选择与计算
2.3.1确定滚珠丝杠副的导程
2.3.2强度计算
3、动力计算
3.1传动件转动惯量的计算
3.1.1齿轮转动惯量的计算
1、传动比的计算
初步分配传动比
初步估计齿轮
转动惯量的计算
3.1.2工作台的转动惯量
3.1.3丝杠的转动惯量
3.1.4负载折算到电动机轴上的转动惯量
3.2电动机力矩计算
3.2.1计算加速力矩
3.2.2计算摩擦力矩

3.2.3计算附加摩擦力矩

3.3丝杠螺母机构的传动刚度计算
4、机构设计
4.1滚珠丝杠的支承
滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求，其两端支承的配置情况有：一端轴向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短丝杠和垂直进给丝杠；一端固定一端浮动的方式，常用于较长的卧式安装丝杠；以及两端固定的安装方式，常用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠，这种配置方式可对丝杆进行预拉伸。因此在此设计中采用两端固定的方式，以实现高刚度、高精度以及对丝杠进行拉伸。
丝杠中常用的滚动轴承有以下两种：滚针—推力圆柱滚子组合轴承和接触角为60°角接触轴承，在这两种轴承中，60°角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要进行组合，但刚度较后者低，目前在一般中小型数控机床中被广泛应用。滚针—圆柱滚子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。
4.2滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧
滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置。
滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区会产生严重接触变形，接触刚度与接触表面预紧力成正比。如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙，接触刚度较小；当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的传动精度。因此，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高滚珠丝杠螺母副的接触刚度。
滚珠丝杠螺母副采用偏心轴套式调整法达到消除齿轮间隙的目的,如图5-1所示：图5-1偏心轴套调整法

1.齿轮；2.偏心轴套；3.齿轮。
图中1代表齿轮，2代表偏心轴套，电动机通过偏心轴套2安