C618数控铣床电路设计

取Fx=0.5Fz=0.5 N
N
2)滚珠丝杠设计计算：
由《数控技术》可知，导轨车床丝杠的轴向力：
式中K=1.5 =0.15～0.18
取0.16
则
N
强度计算：
寿命值
取工件直径D=80mm，查表得Tt=15000h
则：
r/min
L
最大动负载
查表得：运转系数 硬度系数
则Q N
根据最大动负荷Q的值，可选则滚珠丝杠的型号。所以，滚珠丝杠的型号为：
(2)核步进电机转矩
前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。
效转动惯量计算
计算简图如前（a）所示，根据《综合作业指导书》表3-24，传动系统计算到电机轴上的总的转动惯量 可由下式计算：
= ＋ ＋ [( ＋ )＋ ( )]
—步进电机转子转动惯量（ ）
。 —矢轮Z1Z2的转动惯量（ ）
2数控机床进给伺服系机械部分计算与校核
2.1设计方案的确定
利用微机对纵横进给系统进行开环控制，脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。
采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。
滚珠丝杠截面积
则
△ cm
滚珠丝杠受扭矩引起的导程的变化量△L2很少，可以忽略。
即：△L=△L1。所以导程变形总误差△为：
△= △L= um/m
查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15um/m故刚度足够。
（3）齿轮及转矩的有关计算
1）有关齿轮计算
传动比
故取Z1=32 Z2=40 m=2 mm
B=20 mm
△= △L= um/m
查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15um/m故刚度足够。
2.3.4齿轮及转矩的有关计算
(1)有关齿轮计算
传动比
故取Z1=18 Z2=30 m=2 mm
B=20 mm
(2)转动惯量计算：
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量
丝杠的转动惯量
齿轮的转动惯量
电动机转动惯量很少，可以忽略
2.3.1进给齿轮箱传比计算
2.3.2效率计算：
根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率 为：
式中摩擦角 螺旋升角
则
2.3.3刚度验算：
滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量
△
式中 mm=0.4m：
滚珠丝杠截面积
则
△ cm
滚珠丝杠受扭矩引起的导程的变化量△L2很少，可以忽略。
即：△L=△L1。所以导程变形总误差△为：
工作台重量：W=80Kgf=800N(根据图纸粗略计算)
时间常数：T=25 ms
滚珠丝杠基本导程：Lo=6mm
行程：S=750mm
脉冲当量： mm/step
步距角： /step
快速进给速度： m/min
1)切削力计算由《机床设计手册》可知，切削功率
式中：N---电机功率，查机床说明书，N=5.5 KW；
2.4.1步进进电机的计算和选型
(1)纵向进给步进电机
初选步进电机
a计算步进电机负载转矩
=
－脉冲当量（mm/step）取 =0.01mm/step
－进给牵引力（N）取 =1890。65N
－步距角，初选双拍制为
－电机－丝杆的传动效率，为齿轮、轴承、丝杆效率之积，分别为098、0.99、0.99和0.94。
已知条件：
工作台质量（根据图纸粗略计算）
W=30kgf=300N
时间常数T=25ms
滚珠丝杠基本导程L0=4mm左旋
行程S=160mm
脉冲当量： mm/step
步距角： /step
快速进给速度： m/min
切削力计算
横向进给量纵向的1/2～1/3，取1/2
则：
切削力约为纵向的1/2
在切断工件时
(3)滚珠丝杠设计计算
2.4步进电机选择
首先必须保证步进电机的输出转矩大于所负载需的转矩。所以应先计算机机械系统的负载转矩，并使用电机的输出转矩有一定余量，以保证可靠运行。通用M/ =0.2～0.5， 为步进电机最大静态转矩，M为负载转矩。
其次应使步进电机的步距角与机械系统匹配，以得到机床所需的脉冲当量。
最后应使被选电机与机械系统的负载惯量及机床要求的启动频率相匹配，并有一定余量，还应使其最高工作频率能满足机床移动部件快速移动的要求。
因此，总的转动惯量
=1.2589
所需转动力矩计算
快速空载启动时所需力矩
最大切削负载时所需力矩
快速进给时所需力矩
当 时
当 时
所以，快速空载启动所需转矩
切削时所需力矩：
=2.404kgf.cm=24.04N.cm
快速进给时所需转矩：
由以上分析计算可知：
所需最大力矩 发生在快速启动时
=2.633kgf.cm=26.33N.cm
图2.1数控车床进给伺服系统总体方案框图
2.2机械部分设计与计算
2. 2.1纵向进给系统的设计与计算
(1)纵向进给系统的设计
步进电机进经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。一般把步进电机放在纵向丝杠的右端。
图2.2二对齿轮副减速
(2)纵向进给系统的设计计算
= － cos
28.034
螺
母
螺纹直径
= －2 ＋2
36.122
内径
= ＋(0.2～0.25)
32.794
(3)齿轮传动比计算
1)进给齿轮箱传动计算
1）效率计算：根据《机械原理》的公式，丝杠螺母副的传动效率 为：
式中摩擦角 螺旋升角
则
2）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量
△
式中 mm=0.6cm：
=500 r/min
= = = =548.63 N.cm
折算到电机轴上的磨擦转矩
=
—丝杆导程 =6mm=0.6cm
—导轨的磨擦力（N）
—垂直方向的切削力(N)
—运动部件的总当量
—导轨摩擦系数
—齿轮降速比
—传动连总效率，一般可取0.7~0.85，取0.8
则：
= = N.cm
=135.30 N.cm
附加摩擦转矩：
---由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；
---切削时折算到电机轴上的加速度力矩；
---折算到电极轴上的切削负载力矩。
当 时
当 时
当 时预加载荷 则：
所以快速空载启动所需力矩
切削时所需力矩：
=14.9kgf.cm=149N.cm
快速进给时所需力矩：
由以上分析计算可知：
所需最大力矩 发生在快速启动时
1
1.1
数控系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。
1.2伺服系统的选择
伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。
开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动。
闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服电机驱动。
= =
将前面数据代入式中个符号意义同前
= r/min
起动加速时间 =25ms
—传动系统计算到电机轴上的总等数转动惯量
—电机最大角加速度
—电机最大转速
—运动部件最大快进速度(mm/min)
—步进电机的步距角
—运动部件从停止起加速到最大快进速度所需时间（S）
—脉冲当量（mm/step）
=34.152（ ）
CDM3206
表2.2 CDM3206滚珠丝杆副几何参数
参数名称
符号
关系式
CDM3206
螺
纹
滚
道
公称直径
32
导程
6
接触角
2.183
钢球直径
3.969
滚道法面半径
=0.52
2.064
偏心距
=( －
0.0030
螺纹升角
=
3°39′
螺
杆
外径
= -(0.2～0.25)
31.2
内径
= ＋2 －2
27.878
接触直径
---主传动系统总效率，一般为0.6～0.7取 =0.65；
K---进给系统功率系数，取为K=0.96
则：
Nc=5.5 =3.432
又因为：
V---切削速度取V=100m/min
主切削力 (kgf)=2100.3 N
由《金属切削原理》可知
主切削力
查表得： kgf/mm=1880MPa
则可计算 如表2.1所示：
d计算步进电机运行的频率和最高起动频率
= HZ
= HZ
式中：
－最大切削进给速度m/min， =0.8m/min
－最大快移速度m/min， =2.4m/min
－脉冲当量， =0.01mm/step
e初步选电机型号
(1)根据估算出的最大的静转矩 =733.72N。mm在表3-23中查出130BF003最大静扭矩为784N>733.72N可以满足要求，，但从表中看出130BF003步进电机最高空载起动频率为1500HZ，不能满足 =3333HZ的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。
半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。