數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)要求: 行程 1000mm,最低速度0.001mm/r,最高速度0.5mm/r,最大載荷4500N,精度 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知:進(jìn)給伺服系統(tǒng)最大載荷為4500N,工作臺(tái)縱向行程1000mm,進(jìn)給速度最高為2500х0.5=1250mm/min,最小選為1mm/min,快移速度取=15m/min,重復(fù)定位精度為0.003mm。 二、設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng): 伺服電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速=1500r/min。如使電動(dòng)機(jī)與絲杠直聯(lián),n=1,則根據(jù)公式:i=/,絲杠的最高轉(zhuǎn)速=1500r/min,則絲杠的導(dǎo)程為: ==mm=10mm 數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量常取a=0.001mm每脈沖。代

2、入式b=i,電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)b為: b=i=х1個(gè)=10000個(gè) 位置反饋器常用的有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器。旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度常為每轉(zhuǎn)2000個(gè)脈沖。因此,如果用旋轉(zhuǎn)變壓器,可在電動(dòng)機(jī)軸和旋轉(zhuǎn)變壓器軸間裝5:1的齒輪升速。脈沖編碼器現(xiàn)有產(chǎn)品為每轉(zhuǎn)2000,2500,5000脈沖等數(shù)種。如取每轉(zhuǎn)2500脈沖,則編碼器后應(yīng)有一個(gè)倍頻器,倍數(shù)為4。 速度反饋裝置,如與旋轉(zhuǎn)變壓器相配套,可用測速發(fā)電機(jī)。其性能為電動(dòng)機(jī)每1000r/min,輸出一定的電壓。如用脈沖編碼器,則可在倍頻器后加一個(gè)頻率—電壓(F/U)轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)換比例為每脈沖/分,輸出電壓為(V)。現(xiàn)選用的電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)

3、為個(gè),故轉(zhuǎn)換比例仍為6V每1000r/min。 三、 滾珠絲杠的選擇 滾珠絲杠的直徑,滾珠的列數(shù)和圈數(shù) ,應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。絲杠的最大載荷,為切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力。最大載荷已知,為=4500N。作為粗略估計(jì),工作臺(tái)重300kg,工件及夾具的最大重量為500kg,取f=0.04,則絲杠的最小載荷為摩擦力 =fG=0.04х(500+300)х9.8N=314N 平均載荷為:==3100N 最大進(jìn)給時(shí),絲杠的轉(zhuǎn)速為125r/min;最小進(jìn)給時(shí),轉(zhuǎn)速為1r/min,故平均轉(zhuǎn)速為:==84r/min 絲杠的工作壽命取為15000h。=1,=1.5。故: L==h 根據(jù)《金屬切削

4、機(jī)床》公式(9—5),滾珠絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷為 == 查滾珠絲杠樣本,選擇內(nèi)循環(huán)型號(hào)為DFT03208-5的滾珠絲杠副,額定動(dòng)載荷為=32300N,,符合要求。絲杠直徑32mm,鋼球直徑4.762mm,導(dǎo)程8mm,浮動(dòng)返回其內(nèi)循環(huán)。每個(gè)螺母滾珠有4列,爽螺母墊圈式預(yù)緊。預(yù)加載荷為, 四、 選擇絲杠軸承: 絲杠采取一端固定,一端簡支的方式。固定端采用一對(duì)推力角接觸球軸承,面對(duì)面組配。型號(hào)為7602030TVP/DF,內(nèi)徑х外徑х寬為30mmх62mmх15mm。額定動(dòng)載荷C=15KN。預(yù)加載荷=1250N。平均載荷=3100N。 軸承壽命: L====41(h) h===5840

5、.5h 能滿足要求。簡支端軸承只承受絲杠的部分重量,不需要計(jì)算。 五、 選擇伺服電動(dòng)機(jī) ①最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩:最大載荷=4500N,絲杠的導(dǎo)程=8mm=0.008m。查絲杠樣本,絲杠螺母副的摩擦系數(shù)η=0.9,摩擦力矩=0.3N·m。查軸承樣本,單個(gè)760205TN/P4型軸承的摩擦力矩為125N·mm。故一對(duì)軸承副為=0.25N·m。簡支端軸承不預(yù)緊,其摩擦力矩可忽略不計(jì)。絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)直聯(lián),故i=1。代入《金屬切削機(jī)床》公式(9—10),最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 T=(+0.3+0.25)N·m=8.61N·m ②慣量匹配:負(fù)載慣量按下列次序計(jì)算。工件及工作臺(tái)的最大質(zhì)量為800kg,折

6、算到電動(dòng)機(jī)軸,其慣量可按《金屬切削機(jī)床》公式(7—18)計(jì)算 =m=m= m=800х=0.002kg· 絲杠直徑d=32mm=0.032m,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,決定長度l=0.8m,根據(jù)《金屬切削機(jī)床》公式(7—19),絲杠的慣量為 =бl= kg·=0.00064 kg· 聯(lián)軸器的慣量可直接查手冊 =0.0006 kg· 和與電動(dòng)機(jī)同軸,故可直接迭加。負(fù)載慣量=++=0.002+0.00064+0.0006=0.00324 kg· 根據(jù)《金屬切削機(jī)床》公式(9—11),電動(dòng)機(jī)慣量應(yīng)符合條件<4。 即: 0.00324<<0.013 根據(jù)以上計(jì)算,可初選伺服電動(dòng)機(jī)。如選用交流伺服電動(dòng)機(jī),可選用廣州數(shù)控伺服電機(jī)廠的175SJT—M150B型號(hào)電機(jī)。它的額定轉(zhuǎn)矩為15N·m,大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩8.61N·m,它的轉(zhuǎn)子慣量為=5.1х kg·,滿足匹配要求。 六、精度計(jì)算 1、 伺服剛度:根據(jù)公式 伺服剛度為 == 折算至工作臺(tái) = 2、 滾珠絲杠螺母副的接觸剛度 根據(jù)樣本手冊,=2300N/um 3、 絲杠的拉壓剛度 4、 軸承的軸向剛度 所選軸承為7602030TVP/DF,由公式計(jì)算出軸承的軸向剛度為Kt=500N/um 5、綜合剛度 滿足定位精度要求

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