数控铣床传动系统设计.

数控铣床传动系统设计数控铣床传动系统设计 学学 院 院 机械工程学院机械工程学院 专专 业 业 机械维修及检测技术教育 机械维修及检测技术教育 班班 级 级 姓姓 名 名 指导教师 指导教师 学学 号 号 课程设计 目 录 第一章 立式数控铣床工作台 X 轴 设计 1 1 1 概述 1 1 2 设计计算 2 1 3 滚珠丝杆螺母副的承载能力校验 12 1 4 传动系统的刚度计算 14 1 5 驱动电动机的选型与计算 17 1 6 机械传动系统的动态分析 20 1 7 机械传动系统的误差计算与分析 21 1 8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 23 第二章 数控机床控制系统设 25 2 1 设计内容 25 总结与体会 32 参 考 文 献 33 1 第一章 立式数控铣床工作台 X 轴 设计 1 1 概述 1 1 1 技术要求 工作台 工件和夹具的总重量 860kg 所受的重力 W m 8600N 其中 工作台的质量 460kg 所受的重力 4600N 0 m 0 W 工作台的最大行程 560mm 工作台快速移动速度 15000 p L max v 工作台采用滚动直线导轨 导轨的动摩擦系数 0 01 静 minmm u 摩擦系数 0 01 工作台的定位精度为 25 重复定位精度为 18 0 u um 机床的工作寿命为 20000h 即工作时间为 10 年 um 机床采用伺服主轴 额定功率 5 5 机床采用端面铣刀进 E P kw 行强力切削 铣刀直径 D 100mm 主轴转速 n 280 切削状况 min r 如表 2 1 所示 表 2 1 数控铣床的切削状况 切削方式进给速度 minm时间比例 备注 强力切削 0 610 主电动机满功率条件下 切削 一般切削 0 830 粗加工 精加工切削 150 精加工 快速进给 1510 空载条件下工作台快速 进给 课程设计 2 1 1 2 总体方案设计 为了满足以上技术要求 采取以下技术方案 1 对滚珠丝杠螺母进行预紧 2 采用伺服电动机驱动 3 采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连 4 采用交流调频主轴电动机 实现主轴的无级变速 1 2 设计计算 1 2 1 主切削力及其切削分力计算 1 计算主切削力 Z F 根据已知条件 采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切 削 铣刀直径 D 100mm 时 主轴具有最大扭矩 并能传递主电动 机的全部功率 此时 铣刀的切削速度为 sm Dn v 47 1 60 2801010014 3 60 3 若主传动链的机械效率 按式可计算主切8 0 m 3 10 v P F Em z 削力 Z F N V p F Em z 20 299310 47 1 5 58 0 10 33 2 计算各切削分力 课程设计 3 根据 数控技术课程设计 表 2 1 可得工作台纵向切削力 1 F 横向切削力和垂向切削力分别为 c F v F NNFF NNFF NNFF zv zc z 26 164620 299355 0 55 0 54 284320 299395 0 95 0 28 119720 29934 04 0 1 表 1 2 工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值 不对称端铣 切削条件比值对称端铣 逆铣顺铣 z FF 1 0 300 40 0 600 90 0 150 30 zc FF 0 850 95 0 450 70 0 901 00 端铣 2 0 1 0 8 0 4 0 0 fe ada zv FF 0 500 55 0 500 55 0 500 55 1 2 2 导轨摩擦力的计算 1 按 数控技术课程设计 2 8a 式计算在切削状态下的导轨 摩擦力 F 主切削力的横向切削分力 N 和垂向切削分力 N c F v F W 坐标轴上移动部件的全部重量 包括机床夹具和工件的重量 N 摩擦系数 对于帖塑导轨 0 15 对于滚动 直线导轨 0 01 本设计为滚动导轨 取 0 01 镶条紧固力 N 查 数控技术课程设计 表 2 3 得镶条紧 g f 固力 则75 g fN 课程设计 4 NN FFfWF vcg 90 130 26 164654 2843758600 01 0 表 2 3 镶条紧固力推荐值 主电动机功率 kw 导轨形式 2 23 75 57 5111518 贴塑滑动导轨 50080015002000250030003500 滚动直线导轨 254075100125150175 2 按 数控技术课程设计 2 9a 式计算在不切削状态下 的导轨摩擦力和导轨静摩擦力 0 F 0 F NNfWF g 75 86 758600 01 0 00 NNfWF g 75 86 758600 01 0 00 1 2 3 计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力 1 按 数控技术课程设计 2 10a 式计算最大轴向负载力 maxa F NNFFFa18 132890 13028 1197 1max 2 按 数控技术课程设计 2 11a 式计算最小轴向负载力 mina F NFFa75 86 0min 1 2 4 滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算 1 确定滚珠丝杆的导程 课程设计 5 根据已知条件 取电动机的最高转速 则由min 1500 max rn 数控技术课程设计 2 16a 式得 max max 0 in v L mmmm in v L10 15001 15000 max max 0 2 计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷 1 估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷 将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷 快速移动和 maxa F 钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷 一般切削 粗加工 mina F 和精细切削 精加工 时 滚珠丝杆螺母副的轴向载荷 分别 2 F 3 F 可按下列公式计算 maxmin2 20 aa FFF maxmin3 5 aa FFF 并将计算结果填入表 2 4 表 2 4 数控铣床滚珠丝杆的计算 切削方式轴向载荷 N 进给速度 minm 时间比例 备注 强力切削 1328 18 6 0 1 v 10 max1a FF 一般切削 粗加 工 352 39 8 0 2 v 30 maxmin2 20 aa FFF 精细加工 精加 工 153 39 1 3 v 50 maxmin3 5 aa FFF 课程设计 6 快移和定镗定位 86 75 4 15v 10 min4a FF 2 计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速 i n min 60min 1010 6 0 3 0 1 1 rr L v n min 80min 1010 8 0 3 0 2 2 rr L v n min 100min 1010 1 3 0 3 3 rr L v n min 1500min 1010 15 3 0 4 4 rr L v n 3 计算滚珠丝杆螺母副的平均转速 m n min 230min 1500 100 10 100 100 50 80 100 30 60 100 10 100 100100 2 2 1 1 rr n q n q n q n n n m 4 按式计算滚珠丝杆螺母3 3 22 3 2 11 3 1 100 100100 n m n n mm m q n n F q n n F q n n FF 副的平均载荷 得 m F N q n n F q n n F q n n FF n m n n mm m 94 405 100 10 230 1500 75 86 100 50 230 100 16 153 100 30 230 80 39 352 100 10 230 60 18 1328 100 100100 3 3333 3 3223 2 113 1 课程设计 7 1 2 5 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷 am C 1 按预定工作时间估算 查表 2 5 得载荷性质系数 1 3 w f 已知初步选择的滚珠丝杆的精度等级为 2 级 查表 2 6 得精度系数 查表 2 7 得可靠性系数 则1 a f44 0 c f NN ff fF LnC ca wm hmam 88 7808 44 01100 3 194 405 2000023060 100 60 3 3 表 2 5 载荷性质系数 w f 载荷性质 无冲击 很平稳 轻微冲击伴有冲击或振动 w f 1 1 21 2 1 51 5 2 表 2 6 精度系数 a f 精度等级1 2 34 5 710 a f 10 90 80 7 表 2 7 可靠性系数 c f 可靠性 909596979899 c f 10 620 530 440 330 21 课程设计 8 2 因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧 所以可估算最大轴向载荷 查表 2 8 得欲加动载荷系数 则5 4 e f NNFfC aeam 81 597618 13285 4 max 表 2 8 欲加动载荷系数 e f 欲加载荷类型轻预载中预载重预载 e f 6 74 53 4 3 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷 am C 取以上两种结果的最大值 即 NCam88 7808 1 2 6 按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经 m d2 1 根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最 大轴向变形 已知工作台的定位精度为 25 重复定位精度为 18 根据m m 公式定位精度和重复定位精度 4 1 5 1 max m 2 1 3 1 max 以及定位精度和重复定位精度的要求 得m max2 1 5 1 425 5 6 25 mm max1 1 3 1 218 6 9 mm 取上述计算结果的较小值 即 max 5 m 2 估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经 m d2 本机床工作台 X 轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式 滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为 课程设计 9 L 行程 安全行程 2 余程 螺母长度 支承长度 1 2 1 4 行程 25 30 0 L 取 mm1084mm 103056041 304 1 0 行程LL 又 86 75N 由式得 0 F mm LF d m 35 5 5 108475 86 039 0 039 0 max 0 2 1 2 7 初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号 根据计算所得的 初步选择 FF 型内循环垫片预紧 0 L am C m d2 螺母式滚珠丝杆螺母副 FF3210 3 其公称直径 基本导程 额 0 d 0 L 定动载荷和丝杆底径如下 a C 2 d 0 32dmm mmL10 0 kNCkNC ama 81 77 25 mmdmmd m 35 5 3 27 22 故满足式 的要求 ama CC m dd 22 1 2 8 确定滚珠丝杆螺母副的预紧力 p F NNFF aP 73 44218 1328 3 1 3 1 max 课程设计 10 1 2 9 计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力 1 计算目标行程补偿值 t 1 按式计算目标行程补偿值mmtLtL uut 6 1011 t 其中 目标行程补偿值 t mm 温度变化值 一般情况下为 2 3 t C C 丝杆的线膨胀系数 1 一般情况下为 C C 1011 6 滚珠丝杆副的有效行程 u L mm 已知温度变化值 丝杆的线膨胀系数 滚珠丝Ct 2 C 1011 6 杆副的有效行程 mmmm Lu 846 146202100560 2 螺母长度余程安全行程工作台行程 故 mmmmtLu t 02 010846211 6 2 按式计算滚珠丝杆的预拉伸力 2 2 81 1 tdFt t F 已知滚珠丝杆螺纹底径 滚珠丝杆的温度变化值 2 27 3dmm Ct 2 则 22 2 1 811 81 2 27 32712 86 t FtdNN 1 2 10 确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号 1 按式计算轴承所承受的最大轴向载荷 maxmax 2 1 atB FFF maxB F NNFFF atB 95 3376 18 1328 2 1 86 2712 2 1 maxmax 课程设计 11 2 计算轴承的预紧力 Bp F NNFF BBP 65 112595 3376 3 1 3 1 max 3 计算轴承的当量轴向载荷 Bam F NNFFF mBPBam 59 1531 30 140565 1125 4 按式计算轴承的基本额定动载荷 3 60 100 h nL P C C 已知轴承的工作转速 轴承所受的当量轴向载荷min 230rnn m 轴承的基本额定寿命 轴承的径向载荷和 NFBam59 1531 hL20000 r F 轴向载荷分别为 a F NNFF Bamr 80 765 2 1 59 153160cos NNFF Bama 40 1326 2 3 59 153160sin 因为 所以查表 2 9 得 径向系数 X 1 9 轴 17 2 73 1 80 765 40 1326 r a F F 向系数 Y 0 54 故 NNnL P C NNYFXFP h ar 84 141362000023060 100 28 2171 60 100 28 2171 40 132654 0 80 7659 1 3 3 表 2 9 载荷系数 组合列数2 列3 列4 列 承载列数1 列2 列1 列2 列3 列1 列2 列3 列4 列 组合形式 DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTT 课程设计 12 X1 9 1 432 33 1 172 332 53 17 2 r a F F Y0 54 0 770 35 0 890 350 26 X0 920 920 920 020 020 920 920 920 92 17 2 r a F F Y1 01 01 01 01 01 01 01 01 0 5 确定滚动轴承的规格型号 由于滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施 所以选用 60 角接触 球轴承组背对背安装 由于滚珠丝杆的螺纹底径为 27 3mm 所以 2 d 选择轴承的内径 为 25mm d 在滚珠丝杆的两个固定端均选择角接触球轴承两件一组背对 60 背安装 组成滚珠丝杆的两端固定支承方式 轴承的型号为 760205TNI P4DFB 尺寸 内径 外径 宽度 为 25mm 52mm 15mm 选择脂润滑 该轴承的预载荷能力为 BP F 1250N 大于计算所得的轴承预紧力 并在脂润滑状态 NFBP65 1125 下的极限转速为 2600r min 等于滚珠丝杆的最高转速 故满足要求 该轴承的额定动载荷为 22000N min 1500 max rn C 而该轴承在 20000h 工作寿命下的基本额定动载荷 13985 1N 也满C 足要求 1 3 滚珠丝杆螺母副的承载能力校验 1 3 1 滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构 丝杆始终受拉而不 受压 因此 不存在压杆补稳定问题 课程设计 13 1 3 2 滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 c n 根据以上的计算可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度 797 5mm 已知弹性模量 材料密度 2 LMPaE 5 101 2 重力加速度 安全系数 35 108 7 1 mmN g 23 108 9smmg 查参考文献表 2 44 得 8 0 1 K 173 4 滚珠丝杆的最小惯性矩为 4444 2 3 14 27 327252 12 6464 Idmmmm 滚珠丝杆的最小截面积为 2222 2 3 14 27 3585 05 44 Admmmm 故可由式 得 A EI L Knc 2 2 2 1 2 60 min 87 9425 05 585108 7 108 912 27252101 2 5 79714 32 73 4 60 8 0 2 60 5 35 2 2 2 2 2 1 r A EI L Knc 本丝杆螺母副的最高转速为 1500 远远小于其临界转速 故满minr 足要求 表表 2 442 44 与支撑方式有关的系数与支撑方式有关的系数 支撑方式支撑方式 2 K f f 一端固定一段自由一端固定一段自由 0 250 251 8751 8753 43 4 课程设计 14 F OF O 一端固定一段游动一端固定一段游动 F SF S 2 23 9273 92715 115 1 二段固定二段固定 F FF F 4 44 734 7321 921 9 1 3 3 滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 滚珠丝杆螺母副的寿命 主要是指疲劳寿命 它是指一批尺寸 规格 精度相同的滚珠丝杆在相同的条件下回转时 其中 90 不发 生疲劳剥落的情况下运转的总转速查参考文献附录 A 表 A 3 得滚 1 珠丝杆的额定动载荷 运转条件系数 滚珠丝杆25700 a CN 2 1 w f 的轴向载荷 滚珠丝杆 NFFa18 1328 max 螺母副转速 由式 min 1500 max rnn 63 10 wa a fF C L n L Lh 60 得 rr fF C L wa a 96363 1019 4 10 2 118 1328 25700 10 hh n L Lh46255 150060 1019 4 60 9 一般来讲 在设计数控机床时 应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿 命故满足要求 hLh20000 课程设计 15 1 4 传动系统的刚度计算 1 4 1 机械传动系统刚度计算 1 计算滚珠丝杆的拉压刚度 s K 本工作台的丝杆支承方式为两端固定 当滚珠丝杆的螺母中心 位于滚珠丝杆两支承的中心位置时时 滚 1035 2 mmLLa 珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度 可按式计算 mins K L d Ks 2 2 2 min 106 6 mNmN L d Ks 26 475 1035 3 27 106 6106 6 2 2 2 2 2 min 当或时 即滚珠丝杆的螺母中心位于 mmLa Y 5 797 mmLa J 5 237 行程的两端位置时 滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度 可 maxs K 按式计算 4 106 6 2 2 2 max JJ s LLL Ld K mN mN LLL Ld K JJ s 98 671 5 2371035 5 2374 1035 3 27 106 6 4 106 6 2 2 2 2 2 max 2 计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度 b K 已知轴承接触角 滚动体直径 滚动体个数 60 mmdQ144 7 Z 16 轴承的最大轴向工作载荷 查参考文献表 2 NFB95 3376 max 1 45 2 46 得 课程设计 16 mN mN FZdK BQb 1 1351 60sin95 337616144 734 2 4 sin34 2 4 352 3 5 max 2 2 计算滚珠与滚道的接触刚度 c K 查参考文献附录 A 表 A 3 得滚珠与滚道的接触刚度 1 额定载荷 滚珠丝杠上所承受的最大轴向 mNK 386 25700 a CN 载荷 故由式 NFa18 1328 max 3 1 max 1 0 a a c C F KK 得 mNmN C F KK a a c 76 309 257001 0 18 1328 386 1 0 3 1 3 1 max 3 计算进给传动系统的综合拉压刚度 K 由式得进给传动系统的综合拉压刚度的最 cbs KKKK 1111 maxmax 大值为 0054 0 76 309 1 1 1351 1 98 671 11111 max Cbsnax KKKK 故 mNK 28 183 max 由式得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为 cbs KKKK 1111 minmin 0060 0 76 309 1 1 1351 1 26 475 11111 minmin Cbs KKKK 故 mNK 69 164 min 课程设计 17 1 4 2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 由以上计算可知 扭转作用点之间的距离已知剪切模 mmL5 905 2 量 滚珠丝杆的底径 由式得MPaG 4 101 8 3 2 27 3 10dm 2 4 2 32L Gd K radmN radmN L Gd K 59 4875 105 90532 10101 8 10 3 27 14 3 32 3 6443 2 4 2 1 5 驱动电动机的选型与计算 5 1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 1 计算滚珠丝杠的转动惯量 r J 滚珠丝杠的密度 可得 33 108 7cmkg 2 24443 1 43 1 4 43 21 2 55 2 9 10049 832 1078 0 1078 0 32 cmkg cmkg LDLDJ j n j jj n j jr 2 计算联轴器的转动量 0 J 22443 43 0 62 112 8 36 6 1078 0 1078 0 cmkgcmkg LDJ 3 计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量 L J 已知机床执行部件 即工作台 工件 夹具 的总质量 电动机每转一圈 机床执行部件在轴上移动的距离 kgm860 则由式得cmL1 2 2 L mJ L 课程设计 18 222 81 21 14 32 1 860 2 cmkgcmkg L mJ L 4 由式计算加在电动机轴上总的负载转动惯量 Lrd JJJJ 0d J 22 0 86 54 81 2162 1143 21 cmkgcmkgJJJJ Lrd 1 5 2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 1 计算切削负载力矩 c T 已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力 电 NFF aa 18 1328 max 动机每转一圈 机床执行部件在轴向移动的距离 进mmmL01 0 10 给传动系统总效率 由式得90 0 2 LF T a u mNmN LF T a u 35 2 90 014 3 2 01 018 1328 2 2 计算摩擦负载力矩 T 已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力 即为空载时的导轨 摩擦力 由式得 mNF 75 86 0 2 0L F Tu mNmN LF Tu 15 0 90 0 14 3 2 01 0 75 86 2 0 3 计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩 f T 已知滚珠丝杠螺母副的预紧力滚珠丝杠螺母副的 NFP73 442 基本导程 滚珠丝杠螺母副的效率 由式mmmL01 010 0 94 0 0 得 1 2 2 0 0 LF T p f 课程设计 19 mNmN LF T P f 091 0 94 0 1 9 014 3 2 01 0 73 442 1 2 22 0 0 1 5 3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩 1 计算线性加速力矩 al T 已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速 电动机的转动惯量 坐标轴的负载惯min 1500 max rn 2 62cmkgJm 量 进给伺服系统的位置环增益 加速时 2 86 54cmkgJ d Zz Hk20 间 由式得 ss k t s a 15 0 20 33 1 98060 2 max ast k dm a al eJJ t n T mNcmkgf cmkgfeeJJ t n T ast k dm a al 73 1162 119 1 87 5562 15 098060 150014 32 1 98060 2 01520 max 2 计算阶跃加速力矩 已知加速时间 由式得ss k t s a 05 0 20 11 98060 2 max dm a ap JJ t n T mNcmkgf cmkgf JJ t n T dm a ap 02 3767 377 87 5562 05 098060 150014 3 2 98060 2 max 3 计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩 按式计算线性加速时空载启动力矩 fapq TTTT q T mNmNTTTT fapq 979 11 088 0 16 0 73 11 按式计算阶跃加速时空载启动力矩 fapq TTTT q T 课程设计 20 mNmNTTTT fapq 269 37 089 0 16 0 02 37 按式计算快进力矩 fKJ TTT KJ T mNmNTTT fKJ 249 0 089 0 16 0 按式计算工进力矩 fcGJ TTT GJ T mNmNTTT fcGJ 389 2 089 03 2 1 5 4 选择驱动电动机的型号 1 选择驱动电动机的型号 通过以上计算和查参考文献表 2 47 选择交流伺服电动机 1 为日本 FANUC 公司生产的型驱动电动机 主要参数如下 额12 3000i 定功率 3kw 最高转速 3000 额定力矩 12 转动惯量minrNm 质量 现按 5 倍计算额定力矩 电动机的加速力矩 2 62cmkg kg18 为 60 均大于本机床工作台的线性加速时所需的空载启动力矩Nm 以及阶跃加速时所需的驱动 本电动机均mNTq 77 14mNTq 16 40 满足要求 该电动机的额定力矩为 12 均大于本机床工作台快进时所Nm 需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩 mNTKJ 0 3mNTGJ 73 5 因此 本电动机均满足驱动力矩要求 2 惯量匹配验算 系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式 d J m J 而在本设计中 125 0 m d J J 课程设计 21 1 25 09 0 62 87 55 m d J J 故满足惯量匹配要求 1 6 机械传动系统的动态分析 1 6 1 计算丝杠 工作台纵向振动系统的最低固有频率 已知滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度 而 mNKK 1069 164 6 min0 滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量 其中 sd mmm 3 1 m 分别是机床执行部件的质量 和滚珠丝杠螺母副的质量 s mkg 则kg kgm860 kgkgms64 7 108 7 9 1212 3 4 32 sradsrad m K kgkgmmm d nc sd 96 436 55 862 1069 164 55 862 64 7 3 1 860 3 1 6 0 1 6 2 计算扭转振动系统的最低固有频率 nt 折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为 222 0 0033 005 33 62 1143 21 mkgcmkgcmkgJJJ rs 已知丝杠的扭转刚度 则 radmNKKs 59 4875 sradsrad nt 5 1215 0033 0 59 4875 由以上计算可知 丝杠 工作台纵向振动系统的最低固有频率 课程设计 22 扭转振动系统的最低固有频率都srad nc 96 436 srad nt 5 1215 比较高 一般按的要求来设计机械传动系统的刚度 故srad n 300 满足要求 1 7 机械传动系统的误差计算与分析 1 7 1 计算机械传动系统的方向死区 已知进给传动系统的最小综合拉压刚度 mNK 69 164 min 导轨的静摩擦力 则由式得 NF75 86 0 3 min 0 10 2 2 K F mmmm K F 0011 0 10 1069 164 75 862 10 2 2 3 6 3 min 0 即故满足要求 mm 101 1 1 7 2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 maxk 由式 mmmm KK F k 43 66 3 maxmin 0max 1053 0 10 28 183 10 69 164 10 75 8510 11 即故满足要求 mm k 6053 0 max 1 7 3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 1 计算由快速进给扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量 KJ T 已知负载力矩 由以上计算得扭转作用点之 mNTT KJ 249 间的距离 丝杠底径 由式 mmL5 1005 2 2 27 3dmm 得 4 2 2 2 1021 7 d TL 课程设计 23 032 0 3 27 5 1005249 1021 7 1021 7 4 2 4 2 2 2 d TL 1 由扭转变形量 引起的轴向移动滞后量 将影响工作台的定位 精度 由式得 360 0 L mmmL 89 0 360 032 0 10 360 0 1 8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 1 8 1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 本机床工作台采用半闭环控制系统 应满足下列要求 p V300 p e mmV kP 25 19 89 0053 0 25 8 0 8 0 max300 mme kp 25 19 89 0053 0 25 8 0 8 0 max 滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为 2 级 查参考文献表 2 20 得 1 mmV P 25 198 300 查参考文献表 2 21 得 当螺纹长度为 850mm 时 1 故满足设计要求 mmep 25 1915 1 8 2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 滚珠丝杠螺母副的规格型号为 FF3210 3 其具体参数如下 公称直 径 32mm 基本导程 10mm 丝杠外经 32 5mm 丝杠底径 27 3mm 表 7 1 2弧度内行程变动量和任意 300mm 行程内行程变动 2p V 课程设计 24 量 300p Vm 精度等级 12345 2p V 45678 300p V 68121623 表 7 2 有效行程内的目标行程公差和允许的行程变动量 u L p e 单位 up Vm 精度等级 12345 有效行 程 mm p e up V p e up V p e up V p e up V p e up V 3156688121216162323 315 4 00 7698121218172525 400 5 00 871010151320192726 500 6 30 971111161422213029 630 8 00 1081312181625233531 800 1 000 1191513211729254033 课程设计 25 1000 1250 13101814241934294639 第 2 章 数控机床控制系统设 2 1 设计内容 按照总统方案以及机械结构的控制要求 确定硬件电路的方 案 并绘制系统电气控制的结构框图 选择计算机或中央处理单元的类型 根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路 根据控制对象以及系统工作要求设计扩展 接口电路 检测电路 转换电路以及驱动电路等 选择控制电路中各器件及电气元件的参数和型号 绘制出一张清晰完整的电气原理图 图中要标明各器件的型号 管脚号及参数 说明书中对电气原理图以及各有关电路进行详细的原理说明和 方案论证 课程设计 26 2 2 设计步骤 确定硬件电路的总体方案 数控系统的硬件电路由以下几部分组成 1 铣床数控系统电气原理图 主轴单元 2 铣床数控系统电气原理图 输入输出开关量 1 3 铣床数控系统电气原理图 输入输出开关量 2 4 铣床数控系统电气原理图 伺服驱动器电路接线图 5 铣床数控系统电气原理图 电源图 数控系统的硬件框图如下所示 铣床数控系统电气原理图 主轴单元 课程设计 27 铣床数控系统电气原理图 输入输出开