數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例

1、注：下面內(nèi)容中所指：橫向即為X軸方向,縱向即為Y軸方向最大加工直徑為400和500mm的設(shè)計(jì)方案確定計(jì)算內(nèi)容和公式與320mm的一樣，把各自的參數(shù)代入即可?？傮w方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容接到一個數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)以后，必須首先擬訂總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后再分別對機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬訂包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定，伺服系統(tǒng)的的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定，計(jì)算系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個總體方案，進(jìn)行綜合分析，比較和論證，最后確定一個可行的總體方案。2.2 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加

2、工直徑為320毫米普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：最大加工直徑（mm） ： 在床身上：320 在床鞍上：175最大加工長度（mm） ： 750溜板及刀架重量（N） ： 縱向：800 橫向：400刀架快移速度（m/min） ：縱向：2 橫向：1主電機(jī)功率 （KW） ：3起動加速時間（ms） ：25 總體方案確定（1）系統(tǒng)的運(yùn)動方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位，直線插補(bǔ)，順。逆圓，暫停，循環(huán)加工，公英制羅紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（2）數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由

3、于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾性強(qiáng)，具有很高的性能價格比等特點(diǎn)，決定采用MCS-51系列的80C51單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分，鍵盤及顯示器，I/O接口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器等組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用液晶顯示模塊顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。（3）機(jī)械傳動方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為提高剛度和消除間隙。采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。綜上所述，系統(tǒng)總體方案框圖見下圖。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)

4、計(jì)計(jì)算，橫向的分辨率為。所以對于數(shù)控車床Z軸：對于數(shù)控車床X軸：縱向進(jìn)給絲杠因?yàn)閆向?yàn)榫匦?三角形導(dǎo)軌，計(jì)算進(jìn)給力式中G移動部件的重量 G=800N導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型號而不同K考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)在正常情況下：K，可取以下數(shù)值：燕尾形導(dǎo)軌：三角形或綜合形導(dǎo)軌：計(jì)算最大動載荷Q式中 L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位，-為絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）-為絲杠導(dǎo)程 取,對于數(shù)控車床T=15000h_運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，為一般運(yùn)轉(zhuǎn)，取為最大進(jìn)給速度的（），因?yàn)椋?m/min所以r/min所以根據(jù)它的動載荷選用濟(jì)寧市化珠機(jī)械有限公司GD系列規(guī)格代號為2506-2的內(nèi)循環(huán)螺紋預(yù)緊雙螺母式滾珠絲杠副，額定動載荷為

5、9.3KN ，1列2圈。（1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量絲杠導(dǎo)程的變化量為：總長度L=850mm,絲杠上的變形量，由于兩端采用推力球軸承，則值：（2） 滾珠絲杠與螺紋滾道之間接觸變形由于鋼珠直徑=4mm承載滾珠數(shù)量由于對滾珠絲杠副施加預(yù)應(yīng)力，且預(yù)緊力為軸向負(fù)載的1/3，則變形所以總的變形量所以滿足要求合格。橫向進(jìn)給絲杠在X軸方向上，因?yàn)闄M向?yàn)殡p燕尾形導(dǎo)軌：計(jì)算最大動載荷Q式中 L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位，-為絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）-為絲杠導(dǎo)程 取對于數(shù)控車床T=15000h運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，為一般運(yùn)轉(zhuǎn)，取為最帶進(jìn)給速度的（），因?yàn)椋?m/min=r/minN根據(jù)它的動載荷選用濟(jì)寧市化珠機(jī)械有限公司G系列

6、規(guī)格代號為2005-2的內(nèi)循環(huán)螺紋預(yù)緊雙螺母式滾珠絲杠副，額定動載荷為6KN，1列2圈。(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量絲杠導(dǎo)程的變化量為：總長度L=240mm,絲杠上的變形量，由于兩端采用推力球軸承，則值:(2) 滾珠與羅紋滾道見的接觸變形由于滾珠直徑=承載滾珠數(shù)量由于滾珠絲杠副施加預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向載荷的1/3則變形mm所以總的預(yù)緊所以所選的滾珠絲杠螺母副符合要求。（1） 已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選電機(jī)步距角，可以計(jì)算出傳動比，根據(jù)公式得，因?yàn)?，所以用一對齒輪傳遞由此可選定齒輪數(shù)為（2） 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選電機(jī)步距角，可以計(jì)算出傳動比，根據(jù)公式得，因

7、為，所以用兩對齒輪傳遞，由此可選定齒輪數(shù)為因?yàn)檫M(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，所以模數(shù)取縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型1. 等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算步進(jìn)電機(jī)有步距角，（涉及到相數(shù)）靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。三大要素確定下來步進(jìn)待年紀(jì)的型號便確定下來?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性及精度。選擇二相的混合式步進(jìn)電機(jī)，步矩角為0.9。由此，我選用北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的86BYG250BSAFRBL0402二相混合式步進(jìn)電機(jī)。它的相關(guān)參數(shù)如下圖傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可有下式計(jì)算：式種步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，齒輪，的轉(zhuǎn)動慣量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量所以=3=，因?yàn)?，所以所選電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量合格合格2. 電機(jī)力矩計(jì)算（1） 快

8、速空載起動力矩快速空載起動力矩，空載起動時折算到電機(jī)軸上的加速力矩折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，由于絲杠預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 式中為起動加速時間=25ms 式中=/min是刀架快速移動速度所以=所以， =折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： 式中=（），i為傳動比的倒數(shù)，為導(dǎo)程。附加摩擦力矩：，式中為預(yù)緊力為計(jì)算進(jìn)給力的。=,上述三項(xiàng)合計(jì)：所以（2） 快速移動時所需力矩：（3） 最大切削載荷時所需力矩：從上面計(jì)算可以看出，三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)=232.5N.cm,。，所以而上述北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的86BYG250BSAFRBL3.

9、計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率頻率和切削時的工作頻率，式中=2m/min是刀架快速移動速度，=/min是最大進(jìn)給速度.再根據(jù)該步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性圖86NBYG250B-SABRBL-0402步 距 角：驅(qū)動方式：雙極恒流接線方式：高速方式根據(jù)矩頻特性圖得轉(zhuǎn)矩和上面所計(jì)算得到的頻率找出在此頻率下電機(jī)不失步所轉(zhuǎn)矩得出：而,綜上所述所選步進(jìn)電機(jī)合格。橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 1. 等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算根據(jù)上述類比，在橫向上我們選擇北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的86BYG350AHSAKSML0201型號步進(jìn)電機(jī)，它的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下圖：。傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可有下式計(jì)算：式種步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動

10、慣量，齒輪，的轉(zhuǎn)動慣量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)公式算出等效轉(zhuǎn)動慣量：所以又因?yàn)橐獫M足所以=滿足上述要求所以所選電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量合格。2. 電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：（1） 快速空載起動力矩：在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：， 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號同縱向：所以折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：=附加摩擦力矩：上述三項(xiàng)合計(jì)：（2） 快速移動時所需力矩：（3） 最大切削時所需力矩：從上面計(jì)算可以看出，三種工況下，以最大切削所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍時，所以而上述北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的86BYG350BHSAKSHL02013. 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率頻率和