数控车床半闭环控制系统设计(编辑修改稿)

数控车床半闭环控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

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。 60176。 角接触轴承的组合配置形式有面对面的组合、背靠背组合、同向组合、一对同向与左边一个面对面组合。 由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，又由于面对面组合方式，两接触线与轴线交点间的距离比背对背时小，实现自动调整较易。 因此在进给传动中面对面组合用得较多。 在此课题中采用了以面对面配对组合的 60176。 角接触轴承，组合方式为 DDB。 以容易实现自动调整。 滚珠丝杠工作时要发热，其温度高于床身。 为了补偿因丝杠热膨胀而引起的定位精度误差，可采用丝杠预拉伸的结构，使预拉伸量略大于热膨胀量。 滚珠丝杠螺母及其支承结构图 滚珠丝杠螺母副承载能力校核 和设计 一、 已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径 2 mm ，已知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度 1 300L mm ，丝杠水平安装时，取 1 1/3K ，查表 得 2 2K ，则有 4 455212 221 1 2 7 . 91 0 2 1 0 4 4 8 8 3 1 . 2 13 3 0 0c dF K K N NL       本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为 9amaxFN ，远小于其临界压缩载荷 cF 的值，故满足要求。 二、 滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度 2 300L mm ，其弹性模量 10E MPa ，密度 531 7. 8 10 /N m mg    ，重力加速度 329. 8 10 /g mm s （ 1） 滚珠丝杠的最小惯性矩为 8 4 4 42 3 . 1 4 2 7 . 9 2 9 7 2 8 . 0 56 4 6 4I d m m    （ 2） 滚珠丝杠的最小截面积为 2 2 22 3 . 1 4 2 7 . 9 6 1 1 . 0 544A d m m    取 1  ，查表得  ，则有 21 22602c EInK LA 2 5 3256 0 3 . 9 2 7 2 . 1 1 0 2 9 7 2 8 . 0 5 9 . 8 1 00 . 8 2 3 . 1 4 3 0 0 7 . 8 1 0 6 1 1 . 0 5         4692249 / minr 本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为 ，远小于其临界转速，故满足要求。 三、 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校核 ,滚珠丝杠的额定动载荷 20200aCN ，已知其轴向载荷 m a x F N ，滚珠丝杠 的转速 m a x 16 6. 67 / m inn n r ，运转条件系数  ，则有 3 6 3 620200( ) 1 0 ( ) 1 02 4 0 1 . 1 9 1 . 2aawCLrFf    10 r 10 3445360 60 h LL h hn    本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总工作寿命 34 45 3 15 00 0hL h h，故满足要求。 四、 滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换 的新型传动装置，在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当他们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。 螺母上有滚珠的回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母轴向移动。 滚珠丝杠螺母副具有以下特点： （ 1）传动效率高，摩擦损失小。 滚珠丝杠螺母副的传动效率为 ，比普通丝杠高 34 倍。 因此，功率消耗只相当于普通丝杠的 1/4/3. （ 2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。 （ 3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。 （ 4）具有可逆性，既可以从螺旋运动转换成直线运动，也可以从直线运动转换成旋转 9 运动。 也就是说，丝杠和螺母可以作为主动件。 （ 5）磨损小，使用寿命长。 （ 6）制造工艺复杂。 滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 （ 7）不能自锁。 特别是垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的不同，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故还需要增 加制动装置。 本次设计采用的是内循环的丝杠螺母副，精度为 3级，两端采用了小圆螺母为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。 它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向产生一个 0L 的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位而实现预紧。 这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设定而且不能改变。 计算机械传动的刚度 已知滚珠丝杠的弹性模量 10E MPa ，滚珠丝杠的底径 2 mm。 当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离 300Ya L mm 时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度 minsK 2 2532m i n 3 . 1 4 2 7 . 9 2 . 1 1 01 0 4 2 7 . 7 3 /4 4 3 0 0s YdEK N mL        当 100Ja L mm 时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度 maxsK 2 2532m a x 3 . 1 4 2 7 . 9 2 . 1 1 01 0 1 2 8 3 . 2 1 /4 4 1 0 0s JdEK N mL        已知滚动体直径  mm，滚动体个数 Z= 60。 轴承最大轴向工作载荷 m a x m a x F N。 则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度 bK 为： 223 m a x2 2 . 3 4 sinb Q aK d Z F    223 32 2 . 3 4 6 . 7 5 1 5 2 4 0 1 . 1 9 ( )2      /Nm 查表得滚珠与滚道的接触刚度 683 /K N m ，滚珠丝杠的额定动载 aC  20200N。 已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷 m ax 24 01 .1 9aFN 则 11m a x 33 2 4 0 1 . 1 9( ) 6 8 3 ( ) / 7 2 3 . 5 1 /0 . 1 0 . 1 2 0 2 0 0ac aFK K N m N mC     10 进给传动系统的综合拉压刚度的 最大值为 m a x m a x1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 3 6 8 91 2 8 3 . 2 1 6 5 4 . 4 9 7 2 3 . 5 1s b cK K K K       故 m a x 72 3. 51 /K N m。 进给传动系统的综合拉压刚度最小值为 m i n m i n1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 5 2 4 84 2 7 . 7 3 6 5 4 . 4 9 7 2 3 . 5 1s b cK K K K       故 m in 191 /K N m 已知扭矩作用点之间的距离 2 355L mm ，滚珠丝杠的剪切模量  410MPa ，滚珠丝杠的底径 2 mm ，则有 4 4 1 2 4 6232 3 . 1 4 2 7 . 9 1 0 8 . 1 1 0 1 03 2 3 2 3 5 5 1 0dGK L       1 3 5 6 6 .0 4 /N m rad 电动机 的选型与计算 （ 1）计算滚珠丝杠的转动惯量 已知滚珠丝杠的密度 337. 8 10 /kg cm  ，则有 3 4 21 0 . 7 8 1 0 1 . 3 8nr j jjJ D L k g c m    （ 2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量 已知横向进给系统执行部件的总质量为 m=。 丝杠轴每转一 圈，机床执行部件在轴向移动的距离 L= 2 2 20 . 6( ) 3 0 . 6 1 ( ) 0 . 2 82 2 3 . 1 4L LJ m k g c m     （ 3）计算各齿轮的转动惯量 3 4 2 213 0 . 7 8 1 0 4 2 0 . 4zzJ J k g c m k g c m        3 4 2 22 0 . 7 8 1 0 1 2 2 3 2 . 3zJ k g c m k g c m       3 4 2。