数控机床毕业论文-铣床传动方式进给系统(编辑修改稿)

数控机床毕业论文-铣床传动方式进给系统(编辑修改稿)内容摘要：

2 01 0 0  mS  4 0 5 4 2   （ 4） .前支承 查轴承手册， NN3000K 轴承 mmliz a 10,60  假设轴承有 7 m 的预紧量，这时滚子预紧载荷为 rQ 则 NQr  这相当于前轴承增加了附加载荷 rpF NizQF rrp 3 9 4 15  轴承的全部载荷为 += 前轴承总变形为： mA  )60/ 8 7 2 75(0 7  扣除预紧量 7 m ，实际 总变形为： mA  39。  折合到主轴前端 ml alAA  39。 1  山东科技大学学士学位论文 13 （ 5） .后轴承 查轴承手册，预紧力为 510N，面对面安装的轴承装配后的预紧力为： NF p 1 3 2 1 0  上述预紧力是轴向的，径向预紧力为： NF orp a n/1327  故轴承总载荷为： NF rA  则刚度按下式计算 iz 和 bd 查手册得 3 52 c os)( izdFK brArA  = 3 52 25c o 2 2 o = mN/ 后轴承总变形 mB   折算到前端 mB  3 0  （ 6） .主轴单元的径向刚度 mNFK  / 34 05   查样本同类型同尺寸的主轴组件， mNK /400 ，故主轴的刚度足够。 进给系统的设计 进给伺 服系统的组成 山东科技大学学士学位论文 14 数控机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装置，亦称检测系统。 数控铣床对进给伺服系统的设计要求 ⑴ 、 在静态设计方面的要求有： ① 、 能够克服摩擦力和负载。 ② 、 很小的进给位移量。 ③ 、 高的静态扭转刚度。 ④ 、 足够的调速范围。 ⑤ 、 进给速度均匀，在速度很低时无爬行现象。 ⑵ 、 在动态设计方面的要求有： ① 、具有足够的加速和制动扭矩，以便快速的完成启动制动过程。 ② 、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意的表面质量。 ③ 负载引起的轨迹误差尽可能小。 对于数控机床机械传动部件则有以下要求： ① 、 被加速的运动部件具有较小的惯量。 ② 、 高的刚度。 ③ 、 良好的阻尼。 ④ 、 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尽可能小的非现线性。 进给系统的计算 丝杠材料的选择 山东科技大学学士学位论文 15 丝杠的材料选用 GCr15，因为这种铬轴承钢可用于制造耐磨，耐蚀零件。 但为了保证其力学性能，需要整体淬火，硬度可达 58～ 60HRC。 目前生产中应用较广的 冷却介质是水和油，但淬火用油作为冷却介质能够减少淬火工件的变形与开裂，因此该丝杠用油作为冷却介质进行整体淬火。 滚珠丝杠的确定 (1).丝杠精度： 由于本系统要求达到的177。 ,据此要求查阅滚珠杠样本 ,对于 1级 (P1) 精度丝杠 ,任意 300mm 内导程允许误差为 ,2级 (P2)精度丝杠的导程允差为 ,初步设计时先设丝杠的任意 300mm行程内的行程变动量 V300为定位精度的 1/3～ 1/2,即 ～ ,因此 ,取滚珠丝杠精度为 P1级。 (2).① .电机通过联轴器与丝杠直接连接 ,即 i=1,工作台快速进给时的最高速度要求达到 15m/min,取电机最高转速 nmax=1500r/min,则丝杠的最高转速 nmax也为 1500r/min,所以丝杠的导程为 :Ph=1000Vmax/nmax=10(mm) ②．滚珠丝杠的尺寸计算 : 滚珠丝杠的名义直径 ,滚珠的列数和工作圈数 ,应按当量动载荷 Cm选择。 丝杠的最大载荷 ,为切削时的最大进给力加摩擦力 ,最小载荷即摩擦力，故： minF = Gf. = 8000=320(N)， maxF =4540+320=4860(N) 丝杠的轴向工作载荷为： mF = 32 minmax FF  = 3 32048602  ≈ (N) 丝杠的最高转速为 1500r/min,工作态度最小进给速度为 1mm/min，故丝杠的最低转速为 ,则丝杠的平均转速为 : n =(1500+)/2=750(r/min) 山东科技大学学士学位论文 16 丝杠的工作寿命取为 15000h,故： L=60nh/106=60 750 15000/106=675(h) 则 , mC =faLfF wm3 = 1 3 =(N) 式中，mF―轴向工作载荷 (N) af ―精度系数 ,1,2 级取 af =1。 3,4 级取 af =。 wf ―运动状态系数 ,无冲击载荷取 1～ ,一般情况取 ～,有冲击载荷取 ～。 查滚珠丝杠样本 ,选择内循环 FFZD401551丝杆。 额定载荷为Ca=56KN,CaCm符合要求。 丝杠直径为 40mm,钢球直径为 ，导程为10mm,浮动反相器内循环。 每个螺母滚珠有 5列，双螺母垫片式预紧。 预加载荷为 Ca/4,即 14000N,远大于最大载荷的 1/3。 丝杠副精度为 P1级，刚度为 2300N/um。 (3).丝杠螺母副各参数： 图 丝杠螺母副 导程 0l =10mm 山东科技大学学士学位论文 17 公差直径 mmd 400  滚珠直径 mmdb  接触角 45 滚道半径 mmdR b  滚道圆弧偏心距 o s)2(  bdRe 螺旋开角   丝杠螺纹牙顶圆角 mmdr b  伺服电机的选用 伺服电机的选用 ,应考虑三个要求 :最大切削负载转矩 ,不得超过电机的额定转矩。 电机的转子惯量 Jm应与负载惯量 Jr相匹配。 快速移动时 ,转矩不得超过伺服电机的最大转矩。 (1).最大切削负载转矩计算： 最大切削负载转矩可根据下式计算 , T= iTTPFffh )2( 21m a x  式中 , maxF －丝杠上的最大轴向载荷 ,由前面的计算可知 , maxF =4400N。  －丝杠的传递效率，由前面的计算可知，  =。 1fT －因滚珠丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦转矩，查样本手册得 Tf1= mN.。 2fT －滚珠丝杠轴承的摩擦转矩 ，查样本手册知，单个轴承的摩山东科技大学学士学位论文 18 擦力矩为 ，故一对轴承的摩擦力矩为Tf2= mN.。 简支端轴承不预紧，其摩擦转矩可忽略不计。 i －伺服电机与丝杠直接连接，故传动比 i =1。 所以， T= iTTPFffh )2( 21m a x  = 1) (   = mN. (2).负载惯量计算： ①．工件、夹具与工作台折算到电机轴上的惯量 1J ： 1J = 222 ) (800)2()(  nnPmwvm h=（ ） 式中， v－工作台移动速度 )/( sm。 w－伺服电机的角速度 )/( srad。 m－工件、夹具和工作台的总质量 )(kg。 ②．丝杠加在电机 轴上的惯量 2J : 丝杠名义直径 D0=40mm= 长度 l = 丝杠材料钢的密度  = 103㎏ /m3 2J = 4340 lD = 104() ③ .联轴器加上锁紧螺母的惯性 3J ： 查手册可得 3J = ④ .负载总惯量 rJ ： 山东科技大学学士学位论文 19 rJ = 1J + 2J + 3J =++ 103= 由匹配条件 MrJJ 1可得 , 103 MJ 103 根据以上计算 ,可初选伺服电机。 选用直流伺服电机， X、 Y 坐标轴可选 FANUCBESK FB15 型直流伺服电机。 由于滚珠丝杠不自锁。 为防止主轴箱因自重而下滑， Z向坐标选用 FB15B 型直流伺服电机，它带有制动器，断电 时 即将电机制动。 它的额定转矩为 mN. ，大于最大切削负载转矩 mN. ；它的转子惯量 MJ = ，满足匹配要求。 (3).快移时的 加速性能 : FB15型伺服电机的最大输出转矩为 maxT =154 mN.。 这个输出转矩发 生在阶跃指令加速时。 要求的加速时间为： at =maxmax602 TnJr  = 10315460  = FB15 的机械时间常数为 Mt ==。 at ﹤ (3～ 4)Mt ,说明这种电机具有足够的加速能力。 FB15 型直流伺服电机的性能参数： 最高转速 maxn =1500 min/r 额定转矩 RT = mN. 最大转矩 maxT =154 mN. 山东科技大学学士学位论文 20 转子惯量 MJ = 反电动势系数 radVsK e /. 转矩系数 AmNK t /. 电枢直流电阻  机械时间常数 mstM  (4).估计伺服系统各环节的增益： 定系统增益 sK ，通常取 sK =8～ 25 1S。 铣加工中心为轮廓控制机床， 取大值。 设 sK =20 1S。 工作台能达到的最大加速度为： 2m a x / 1542 smPJTa h   伺服系统的最大加速度 maxa = 30202030m a x SKv =10( 2/sm ) maxa 略小于 a ，定 sK =20 1S 是可以的。 系统的时间常数Ss Kt1 =。 速度环的开环增益 0vK 可调至 0vK =（ 2～ 4） SK ,取 0vK =40 VV/。 伺服电机的增益 MK ≈ )./( 11 Vsra dK e 。 速度反馈环节的增益 fK 为伺服电机每 1000 min/r ，反馈电压 gU 为6V。 即 山东科技大学学士学位论文 21 fK = )60/2(10 00 6)60/2(  n U g =( radVs /. ) aK = 400 fMvKK K =407( VV/ ) 速度环闭环增益 2K = )./( 72 710 VsradKKKvMa  伺服电机每转，发出 10000 个脉冲，故位置反馈环节的增益 pK = 11 5 9 221 0 0 0 0  rad ，故位置控制放大及 D/A 转换环节的增 益 139。 K 为： 139。 K = 90202 KKKP S= 104(V ) 即每 10000 个脉冲。 (5).精度计算： ① .伺服刚度 Rk ： Rk = )401()1( 0 MVets R KKKK =1043( radmN /. ) Rk39。 = 22 ) 2(1 0 4 3)2(  hR iPk=412 106 )/(412)/( mNmN  ② .滚珠丝杠螺母的接触刚度： 根据样本手册查得， Nk =2300 mN/ ③ .丝杠的最小拉压刚度 minKk ： minKk = 61261 10410  l EdlAE  山东科技大学学士学位论文 22 = 6112 )0 0 7 1 4 (  =232 mN/ ④ .轴承的轴向刚度 Tk : 哈尔滨轴承总厂所生产的 7602030TVP 轴承的钢球直径bd = ， 球数 z =17，接触角  =60o,预加载荷为 2900N，轴向外载荷为导轨摩擦力 314N。 则可算出轴承的轴向刚度为 Tk =509 mN/ ⑤ .综合刚度 k ： k =TKNR kkkk /1/1/1/11m in39。  = 509/1232/12300/1412/1 1  =110 mN/ ⑥ .定位精度： 由于导轨摩擦力产生的  为：  =110314kFf= )(m 这个误差，加上丝杠任意 300mm 的导程公差  6 m ，丝杠轴承的轴向跳动 m ，为 222  = m ，满足定位精度  mm300/ 的要求。 ⑦ .重复定位精度： 导轨塑料软带的静、动摩擦系数基本相等，故 m ，满足重复定位精度为  的要求。 以上计算的摩擦力，是发生在工作台上装有最重的工件时。 如果测试山东科技大学学士学位论文 23 时不装工件，则  和  要比计算低。 丝杠支承轴承的选择 丝杠采取一端轴向固定 ,一端简支的方式。