數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述

1、陜西科技大學(xué)目錄1.1設(shè)計(jì)任務(wù)21. 設(shè)計(jì)題目：22. 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 21.2總體方案設(shè)計(jì) 21.2.1 帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 21.3機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 21. 選擇脈沖當(dāng)量 22. 計(jì)算切削力 21）縱車外圓 22）橫切端面 23. 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 31）縱向進(jìn)給絲杠 32）軸承選擇。 73）定位精度校核 84. 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 。9總結(jié)10參考文獻(xiàn) 111數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)#數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1. 設(shè)計(jì)題目：數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課題說明某一數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求如下：縱向最大進(jìn)給力為50

2、00N工作臺(tái)重300Kg,工件及夾具的最大重量為 500Kg, 工作臺(tái)縱向行程 680mm進(jìn)給速度14000mm/min快速速度15m/min。導(dǎo)軌為 矩形，表面粘貼聚四氟乙烯軟帶(摩擦系數(shù)為：0.04 )。要求的定位精度為土0.006mm設(shè)計(jì)內(nèi)容傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、連接支撐方式等。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：(1) 縱向行程：680mm(2) 最大加工直徑：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3) 最大加工長(zhǎng)度：1000mm(4) 縱向進(jìn)給速度：0.0014m/min(5) 縱向快速速度：15m/min(6) 工作臺(tái)重：300Kg(7) 工件及夾具的最大重量：500Kg(8) 摩擦系

3、數(shù)為：0.04(9) 代碼制：ISO1.2總體方案設(shè)計(jì)(a)1.2.1帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圖11陜西科技大學(xué)數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)， 由于是數(shù)控機(jī)床縱向伺服系統(tǒng)，總 體方案，從電動(dòng)機(jī)出來帶有齒輪傳動(dòng)，配上滾珠絲杠（采用滾珠絲杠可以提高系 統(tǒng)的精度和縱向進(jìn)給整體剛度）。1.3機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算1. 選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求確定脈沖當(dāng)量，縱向?yàn)?.01mm步，橫向?yàn)?.005mm步（半徑）。2. 計(jì)算切削力1）縱車外圓主切削力 Fz=0.67 Dm：=07400=5360N按切削力各分力比例：FZ : Fx : Fy =1:0.25:0.4Fx =5360 0.2

4、5=1340NFy=5360 0.4=2144N2）橫切端面主切削力Fz可取縱切力的1/2 :，1Fz =FZ =2680N2此時(shí)走刀抗力為Fy，吃刀抗力為Fx。仍按上述比例粗略計(jì)算:Fz :Fy : Fx =1:0.25:0.4Fy =2680 0.25=670NFx =2680 0.4=1072N3. 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型1 )縱向進(jìn)給絲杠(1) 計(jì)算進(jìn)給率引力 Fm。導(dǎo)軌為矩形貼塑，有Fm=KFx + f ( FZ + Fy + G)=1.1 1340+ 0.04 (5360 + 2144+5000)=1974.16N其中：Fz、Fx、Fy切削分力(N);K矩形導(dǎo)軌K=1.1;f貼

5、塑導(dǎo)軌f =0.030.05 ;G 移動(dòng)部件的重量，G=5000N工作臺(tái)重量：G 1 =mg=300 10=3000N工作及夾具的重量：g 2 = mg=500 10=5000N根據(jù)以上估算得總的重量為：G= g1 + g 2 =3000+5000=8000N絲杠載荷.導(dǎo)軌摩擦力：Fu(m1 m2)g =0.04(300 500) 9.8=313.6N最大進(jìn)給力：F5000N最大軸向載荷：Famax 二 Fu =313.6 5000 = 5313.6N電機(jī)最大轉(zhuǎn)速nma3000min絲杠最大轉(zhuǎn)速(快移)n =15000人命(2) 絲杠導(dǎo)程Ph。工作臺(tái)最大速度 vmax =15m/min =15

6、 1000 = 15000m/min、Vmax 15000 =Ph _ 5nmax3000(3) 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載CoC=Vl f FW mL=60 n T106n=1000 vsLg式中：Vs 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最大進(jìn)給速度的1/2 1/3，此處 vs=g 漢 0.6%命;Lo滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選 Lo=6mmT使用壽命，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 T=15000hfw 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw=1.21.5 ;L壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位。本設(shè)計(jì)中:n=1000 Vs1000 4 0.5rL。6minL=60 x nT 60 x333 050007299 . 710 10C=

7、3 LfwFm =3299.7 1.2 1974.16 = 15853.5N F（4）滾珠絲杠螺母副的選型。查閱機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)，滾珠循環(huán)方式采用外循環(huán)：L,預(yù)緊方式 采用插管式埋入式雙螺母預(yù)緊：CMD滾珠絲杠副規(guī)格：2506，滾珠絲杠副的精度公稱直徑：25，基本導(dǎo)程：6mm,表3 1螺母安裝連接尺寸（mm螺母安裝連接尺寸D公差g6D3D4BD5D6h507663115.8106表32滾珠絲杠副鋼球直徑（mm基本導(dǎo)程Ph6鋼球直徑Dw34表33余程值（mr）基本導(dǎo)程Ph6余程le24滾珠絲杠副的型號(hào)：CMD25 6表34 CMD型外插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副滾珠絲杠副規(guī)格公稱直徑基本

8、導(dǎo)程鋼球直徑絲杠外徑螺紋底徑循環(huán)圈數(shù)doPhDwddi圈數(shù)x列數(shù)CMD2506-2.5CMD2506-3CMD2506-52563.96924.520.92.5 X11.5 X22.5 X2額定動(dòng)負(fù)荷額定靜負(fù)荷接觸剛度Ca/NCa/N1Kc / N *um1263428686755147783442389822930573721461由于額定動(dòng)負(fù)荷Ca=22930N最大動(dòng)負(fù)載C,既滾珠絲杠副規(guī)格為：CMD2506-5表35負(fù)荷滾珠圈數(shù)代號(hào)負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)代號(hào)1.5圈1.52圈22.5圈2.53圈33.5圈3.54圈44.5圈4.55圈5表36滾珠絲杠副的精度機(jī)床和機(jī)械類型坐標(biāo)精度等級(jí)012.34

9、5710開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控車床x zOOOO既選用4級(jí)精度。表37精度等級(jí)代號(hào)精度等級(jí)代號(hào)1級(jí)精度12級(jí)精度23級(jí)精度34級(jí)精度45級(jí)精度57級(jí)精度710級(jí)精度10既：滾珠絲杠副的型號(hào)： CMD25 6 2.5 4預(yù)緊力：1/3J 5313.6 =1771.2N3滾珠絲杠副的預(yù)緊力不應(yīng)小于最大軸向載荷的 即應(yīng)滿足條件：Fa。 Famax3Fa0 =0.25Ca =0.25 22930 =5732.5NFamax3即：符合要求。（5）傳動(dòng)效率計(jì)算:二 tan tan式中： 絲杠螺旋升角;:摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f =0.003 0.004 ,其摩擦角約15等于10 0tan本設(shè)計(jì)中:n

10、=tan 空4牢=0 94tan( ) tan (2 4410 )（6）絲杠螺紋部分長(zhǎng)度。10二工作臺(tái)最大行程（1000mm） 螺母長(zhǎng)度（124mm） 兩端余程（40mm）= 1000 1242 40 = 1204mm支承跨距距離I應(yīng)大于10，即l=1500mm(7) 臨界轉(zhuǎn)速校核f22d24.732 0.0208rnc =99002=990023146.66r .LC1.212/min絲杠底徑：d2 二 d0 -1.2DW =25-1.2 3.5 = 20.8mm = 0.0208m支承方式系數(shù)：由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.8-66查得f2 =4.73 （兩端固定）1241500 -1204臨

11、界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度：lc =廠1000 = 1210mm =l.2im2 2即：nc nmax符合要求。（8）壓桿穩(wěn)定校核：兩端固定支承，絲杠不受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。（9）預(yù)拉伸計(jì)算。設(shè)溫升為3.5 C,由下式得：溫升引起的軸向位移=artlu式中：at線膨脹系數(shù)，at -11 10= 34375313.6 =6093.8N C ：t 絲杠溫度，一般取 35 Ciu 螺紋有效長(zhǎng)度（m。溫升引起的伸長(zhǎng)量： 二 at：tlu =11 10-6 3.5 1.204 ：、46um絲杠全長(zhǎng)伸長(zhǎng)量：、t =at ：tlu =11 103.5 1.5 ： 58um預(yù)拉力：5 兀2直5.8 漢 10 漢漢

12、0.0208由拉伸公式Ftt42.1 1011 =3437NI01.2042）軸承選擇。由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.8-50采用E型和F型軸端，軸承型號(hào)為:36203max+丄F max2主要尺寸和參數(shù)由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2.8-50查得表38固定E型和F型：?jiǎn)挝唬╩r）i表38滾珠絲杠公稱直徑d0軸端尺寸d( h6)adzg)A2BAA22517M16U51260243624F型中心孔平鍵墊塊鎖緊圓螺母滾動(dòng)軸承GB145-79GB1095-79JB23-59型號(hào)規(guī)格C34匯46M 163620317預(yù)緊力的確定:軸承的最大軸向載荷為:1 1由于 F。. Fmax 二 6093.8 = 20

13、31.3N3 3即：符合要求。主要尺寸和參數(shù)由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.8-39 查得 d=25mm,D=62mm,B=17；滾動(dòng)體：Dw =8.731，Z=18;預(yù)加負(fù)荷：F0 =3300N, 軸承型號(hào)為：7602025TVP3）定位精度校核絲杠在拉壓截荷下的最大彈性位移：Fl 61 5F6、imax106106 =0.00526F4 AE兀2114A匸4 0.02082 2.1 10114最大進(jìn)給力 F=5000N,、1max = 26.3um導(dǎo)軌摩擦力 F =313.6Numax =1.65um最大軸向載荷 F =5313.6N，:amax =27.9um絲杠與螺母間的接觸變形：;i =F

14、kC由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)表2.8-35查得CMD256滾珠絲杠副的接觸剛度Kc =1461Ncum所以得：F 5000=3 4umKc 1461ea max313.61461= 0.21um5313.6= 3.64um1461軸承的接觸變形：角接觸球軸承的軸向剛度估算機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)公式 2.8-25得KB =23.6Z2sin5 ： DW 2 F0323.6 182 sin5 600.00871】2 330013=412N5000B1412= 12.1umr 313.6Bu0.76um412r5313.6、Ba max12.9um412絲杠系統(tǒng)的總位移：八imax *最大進(jìn)給力：、.=26

15、.3 3.4 12.1 =41.8um導(dǎo)軌摩擦力：、=1.65 0.21 0.76 =2.62umv0.006mm=6um最大軸向載荷：-27.9 3.64 - 12.9 =44.44um要求的定位精度為土 0.006mm滿足要求。4. 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算。已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為三0.01mm,滾珠絲杠導(dǎo)程L0 =6mm，初選電動(dòng)機(jī)步距角0.75，可計(jì)算出傳動(dòng)比.360 p 0.01360 0.01I0.89bL00.75 漢 6可選定齒輪齒數(shù)為乙32十20I - 或z240 25即 z1 =32,z2 =40或乙=20,z2 = 25，模數(shù) m =2mm，齒寬 b =20mm 。表4-1傳動(dòng)齒

16、數(shù)幾何參數(shù)齒數(shù)324024402025分度圓d =mz648048804050齒頂圓da = d +2m688452844454齒根圓d f = d - 2 匯 1.25m597543753545齒寬(6 10)m202020202020中心距a =(4 +d2)/2726445總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)為其三周，時(shí)間的充分，這次我的課程設(shè)計(jì)題目是：數(shù)控機(jī)床 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)。剛開始感覺很難，因?yàn)橘Y料的收集與課題相差甚遠(yuǎn)，頭 腦里一個(gè)最基本的概念都沒有，后來祁老師給我們導(dǎo)入基本過程， 再經(jīng)過我們一 個(gè)星期的研究，終于有一點(diǎn)眉目，搞清楚了什么是脈沖當(dāng)量，什么是滾珠絲杠等 等。經(jīng)過幾個(gè)星期資料搜集，包括

17、車床的說明書等等，設(shè)計(jì)并進(jìn)入了正式的軌道。因?yàn)槲覀円郧暗幕A(chǔ)知識(shí)掌握得不牢固， 在這次設(shè)計(jì)中確實(shí)是遇到了很多的 問題，但在這過程中，我們又學(xué)會(huì)了很多東西。由于知識(shí)狹義，因此壓力又大了 很多，但是只要有一個(gè)明確的目標(biāo)，樂在其中，特別是把以前學(xué)過的知識(shí)又溫習(xí) 了一遍，而且把很多門課程都串聯(lián)在一起， 形成一個(gè)大的框架，這樣確實(shí)是有一 種豁然開朗、煥然一新的感覺。通過這次課程設(shè)計(jì)，為我們即將面臨的畢業(yè)設(shè)計(jì)做鋪墊。 我們從一開始的只 要完成任務(wù)的心態(tài)到后來的主動(dòng)去學(xué)習(xí)， 去努力的學(xué)習(xí)態(tài)度，這是一個(gè)不小的進(jìn) 步，并且把以前學(xué)過的知識(shí)融會(huì)貫通， 看到了自己的許多不足之處。老師在我們 設(shè)計(jì)中也給我們提出了很高

18、的要求，它要求我們每一個(gè)零部件都要按照標(biāo)準(zhǔn)去查 手冊(cè)。從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多 很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)， 而且學(xué)到了很多在書本上 所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要 的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來， 從 理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思 考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都 得到了解決。參考文獻(xiàn)1 胡家杰.機(jī)械類課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題精選.機(jī)械制造專業(yè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社.201022 舒志兵.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)械制造專業(yè)，北京：電子工業(yè)出版社.2007.2.3 杜建銘.機(jī)電一體化導(dǎo)論，北京：電子工業(yè)出