9、进给系统设计计算(修改).doc

数控机床进给系统的设计计算 第 1 页 共 6 页 数控机床进给系统的设计计算数控机床进给系统的设计计算 开环控制系统开环控制系统 一 滚珠丝杠的计算及选用 按额定动载荷选取 额定动载荷 a C 查样本或手册 当量动载荷 m C Wmm fLFC 3 滚珠丝杠选择 ma CC m C 的计算 3 2 minmax FFFm N 轴向平均载荷 即进给率引力 max GFFfKFF pcf 轴向最大载荷 GfF min 轴向最小载荷 即为摩擦力 f 摩擦系数 根据所选导轨类型取值 G 工作台 工件质量 K 颠覆力矩影响系数 一般取 15 1 1 1 K f F 最大进给力 c F 最大切削力 可取 fc FF2 p F 最大背向力 可取 2 fp FF 工作寿命 以 106 转为单位 6 10 60TnL av T 以小时为单位的工作寿命 一般可取 h 小时 15000 T 3 2 minmax nnnav 平均转速 o LVn maxmax min mmV 0minmin LVn mprn 丝杠的导程 可预选 0 L W f 工作情况 运转 系数 一般取 5 1 2 1 W f 无冲击 2 1 1 W f 有冲击 5 2 5 1 W f a f 精度系数 1 2 级取 1 a f 3 4 级取 9 0 a f 数控机床进给系统的设计计算 第 2 页 共 6 页 二 滚珠丝杠支承的选择计算 滚珠丝杠支承的选择计算 典型支承方式的选择可参考有关资料 轴承的选择 查轴承样本 最好选择滚珠丝杠专用轴承 寿命计算 P ma P a FFCFCL 0 小时 1500060 106 av nLh 额定动载荷 查轴承样本或手册 a C 预加载荷 查轴承样本 0 F 平均载荷 即上述计算值 m F 寿命指数 球轴承 p 3 滚子轴承 p 10 3 p 三 步进电机的选择计算三 步进电机的选择计算 常用的步进电机有两种 即 反应式步进电机 转子惯量小 加减速特性好 适用于加减速要求 高处 混合式步进电机 体积小 转矩大 步距角小 适用于空间受限制又 要求 有一定转矩处 1 1 齿轮传动副传动比计算 齿轮传动副传动比计算 初选步进电机步距角 查样本 初选滚珠丝杠导程 查样本 0 L 传动齿轮副总传动比 且脉冲当量 31 42 zz zz i 2 2 机械伺服系统负载转动惯量计算机械伺服系统负载转动惯量计算 i LL zz zz 360360 00 42 31 数控机床进给系统的设计计算 第 3 页 共 6 页 转动惯量计算公式 2 2 mRJ 2 mkg 负载折算到电机轴上的总的等效转动惯量为 当采用一对齿轮传动时 2 0 2 2 2 1 1 2 L g G JJ z z JJJ SM 当采用两对齿轮传动时 2 2 1 1 z z JJJ M 2 4 3 32 z z JJ 2 0 4 2 L g G JJ S 其中 分别为电动机 齿轮和滚珠丝 M J 1 J 2 J 3 J 4 J S J 4321 zzzz 杠的 转动惯量 为工作台和工件的质量 G 伺服系统惯量匹配条件为 4 1 JJM 3 3 机械伺服系统负载转矩计算 机械伺服系统负载转矩计算 1 1 空载启动时的负载转矩计算 Mq MJ Mf Mf1 Mf2 i Mq 空载启动转矩 MJ 空载启动加速转矩 Mf 工作台与导轨的摩擦转矩 Mf1 滚珠丝杠螺母副预紧附加转矩 查样本 Mf2 滚珠丝杠轴承摩擦转矩 查样本 MJ J t 0 t 角加速度 t 加速时间 一般 t 30 200 ms 要求不高时 t 可取大些 数控机床进给系统的设计计算 第 4 页 共 6 页 Mf FminPh 2 丝杠机械效率 85 98 最大切削时的负载转矩计算 ML MJ0 MX Mf Mf1 Mf2 i ML 切削负载转矩 MJ0 切削加速转矩 一般 MJ0 0 MX 切削转矩 MX Mf FmaxPh 2 4 4 步进电机的选择步进电机的选择 Mmax Mq 且 Mmax ML Mmax 步进电机最大静转矩 转矩系数 可从下表中查得 f电 fmax Vmax 60 fmax 系统要求的最高运行脉冲频率 f电 步进电机容许的最高运行脉冲频率 查 样本 步 进 电 机 转 矩 系 数 表 相 数 3 4 5 6 运行 方 式拍 数 3 6 4 8 5 10 6 12 0 50 8660 70 7 0 7070 80 9 0 9510 8660 866 四四 伺服系统的精度计算伺服系统的精度计算 1 1 因步进电机步距角误差而造成的定位误差因步进电机步距角误差而造成的定位误差 步进电机在不丢步时造成的定位误差 步距角误差造成的定位误差 步距角误差 数控机床进给系统的设计计算 第 5 页 共 6 页 脉冲当量 2 2 进给系统综合变形造成的定位误差进给系统综合变形造成的定位误差 K 滚珠丝杠螺母副接触变形刚度 KJ 查样本 丝杠的拉压刚度 Kmin Kkmin 10 6 N m 一端定位的丝杠 s L AE Kkmin 10 6 N m 两端定位的丝杠 s L AE4 A 螺纹底径处的横截面积 m2 E 钢的弹性模量 E 2 1011 N m2 LS 一端定位 螺母至固定端的最大距离 m 两端定位 两支承间的跨距 轴承的轴向刚度 Ka Ka 3 44 N m 3 52 SinZdF b a Fa F0 Fmin 因测定精度时机床不切削 故外载荷仅为 Fmin Fa 轴向载荷 F0 预加载荷 可查样本 Fmin 外载荷 即为摩擦力 db 轴承球径 mm z 轴承球数量 轴承接触角 综合刚度 K 求解可得 K aKJ KKKK 1111 min 综合弹性变形 K Fmin K m 数控机床进给系统的设计计算 第 6 页 共 6 页 3 3 丝杠任意丝杠任意 300mm300mm 长度上的定位误差长度上的定位误差 V V300 300 查样本 一般 一级精度 V300 6 m 二级精度 V300 8 m 4 4 轴承的轴向跳动轴承的轴向跳动 S Sia ia 可查样本 向心推力求轴承跳动参考值 d 50mm 精度 B P2 C P4 D P5 跳动 m 2 5 5 8 5 5 定位精度定位精度 定位误差定位误差 定位误差 22 300 22 iak SV 6 6 重复定位精度重复定位精度 Fst K Fmin K 重复定位误差 Fst 静摩擦力 7 7 提高精度的途径提高精度的途径 经过计算 如