数控回转工作台的回转运动驱动电机的选择计算

数控回转工作台的回转运动驱动电机的选择计算１．数控回转工作台的简介

1.1回转工作台的概述

回转工作台是数控刨台卧式铣镗床中不可缺少的重要部件之一，该部件主要用来承载被加工零件的。并完成机床在X坐标方向作直线运动,和在B坐标上作360°回转运动。其优点是：可以扩大机床的工艺范围，缩短加工中的辅助时间和提高零件的加工精度。当零件装卡于工作台面上后，除可进行一般的镗孔、钻孔、铣削外，还可使零件作轴向移动和运转分度等工序。

数控回转工作台是由床身、滑座、工作台三个基本大件组成。

1.2数控回转工作台的主要技术规格：

（1）回转工作台的台面尺寸1600×1800mm

（2）回转工作台的总高度1110mm

（3）回转工作台的载荷10000Kg

（4）直线移动行程2000mm

（5）回转工作台快速移动速度10000mm/min

（6）回转工作台快速回转速度4r/min

1.3数控回转工作台回转驱动的设计主要包括以下二个方面：

（1）工作台回转驱动的传动系统设计；

（2）工作台回转电机的选择；

（3）传动零件的设计与校核。

这里重点论述驱动电机的选择。

2.工作台回转驱动电机的选择与计算

2.1传动系统设计

本文所讨论的大型回转工作台的工作面积为1600×1800mm。数控回转工作台经过72：36齿形带轮，26：1蜗轮、蜗杆传动，136：17大齿圈和小齿轮的降速，使工作台快速回转速度达到1.5r/min。

2.2工作台回转电机的选择

2.2.1工作台回转的传动比计算

i=××=416

2.2.2所需回转电机额定转速

n=4×416=1664r/min

2.2.3工作台回转的传动效率的计算

η=η×η×η

式中：η----轴承的传动效率，取0.98；

η----齿轮的传动效率，取0.98；

η----蜗轮、蜗杆的传动效率，需进一步计算。

η= （《机械设计》书11-21）

式中：γ----普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角；

φ----当量摩擦角，φ=arctanf，其值可根据滑动速度v由《机械设计》书上表11-18或表11-19中选取。

v== （《机械设计》书11-22）

式中：v----蜗杆分度圆的圆周速度，单位为m/s;

d----蜗杆分度圆直径，单位为mm;

n----蜗杆的转速，单位为r/min。

tanγ==== （《机械设计》书11-2）

预定蜗轮、蜗杆的模数m=8, 蜗杆直径d=80mm,蜗轮的齿数z=26,蜗杆的齿数z=1

所以γ=arctan=arctan=arctan0.1=5.71°

蜗杆传动的标准中心距为

a=(d+d)=(q+z)m （《机械设计》书11-4）

则中心距a=144mm，n=624×0.5=312r/min，v=1.31m/s

所以φ≈3°。

η===0.65

考虑到实际工作中蜗轮、蜗杆传动效率的损失取η=0.5

η=η×η×η=0.98×0.98×0.5=0.48。

2.2.4工作台回转时的摩擦力矩

已知：工作台最大载荷重量为W=10000Kg；结构尺寸见图2。

工作台重量为W=×7.8×10×V=×7.3×10×26×160×180=4100Kg

聚四氟乙烯与铸铁摩擦系数为μ=0.05（《机械设计手册》122页）

a 计算各环平均半径R

R===643mm

R中环===505.5mm

b计算各环面积S

S=π（R－R）=π[（138/2）－（119.2/2）]=3797.7cm2

S=π（R－R）=π[（108.8/2）－（93.4/2）]=2445.6cm2

c计算各环导轨正压力P

均布载荷系数q=（W+W）/S=（10000+4100）/（3797.7+2445.6）=2.26Kg/ cm2

P=Sq=3797.7×2.26=8582.8 Kg

P=Sq=2445.6×2.26=5527Kg

d计算各环导轨摩擦力矩M

M=0.05×P×R=0.05×8582.8×643×10=275.9Kgm

M=0.05×P×R=0.05×5527×505.5×10=139.7Kgm

e 计算工作台总摩擦力矩M总

M= M+M=275.9+139.7=415.6Kgm=0.4156Kg.cm.s2

2.4.5折算到马达轴上的总惯量的计算

齿轮传动时，传动系统折算到马达轴上的惯量：

圆柱体转动惯量公式：J=

对于钢材：J=×10=0.78×D×L×10(kgf·cm·s)

式中：M----圆柱体质量，单位为kg；

D----圆柱体体积，单位为cm；

L----圆柱体长度或厚度，单位为cm；

ρ----材料比重，单位为gf/cm3。

齿轮齿条传动时工作台折算到小齿轮轴上的转动惯量公式：

J=R(kgf·cm·s)

式中：R----齿轮分度圆半径，单位为cm；

W----工件及工作台重量，单位为kgf。

齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量公式：

J=J+J+R(kgf·cm·s)

式中：J，J----分别为Ⅰ轴、Ⅱ轴上齿轮的转动惯量，单位为(kgf·cm·s); R----齿轮z分度圆半径，单位为cm；

W----工件及工作台重量，单位为kgf。

所以J=0.78×9.03×11.7×10=0.06(kgf·cm·s)

J=0.78×18×8×10=0.66(kgf·cm·s)

J=0.78×8×9×10=0.029(kgf·cm·s)

J=0.78×22.4×8.5×10=1.67(kgf·cm·s)

J=0.78×8.5×7.7×10=0.03(kgf·cm·s)

J=J+J+2J+2(J+J)+=0.06+0.66+2×0.029+2×(1.67+0.03)+×=0.242kgf·cm·s

根据J=0.242kgf·cm·s，选SIEMENS-IFT6105-IAC71交流伺服系统

此电机额定转速n=2000r/min

电机输出功率为P=8.7KW

电机额定转矩为M=3.8kg·m

转子转动惯量为J=168×10kg·m2=0.171kgf·cm·s

通常交流电机转动惯量比J/J≤3倍，此电机J/J=0.242/0.171=1.415（倍），所以选用此电机惯量匹配合理。

2.2.6工作台回转电机的校核

根据机床设计手册第三册的513页，对于数控机床而言，因为动态性能要求较高，所以马达力矩主要是用于产生加速度的。所以通常可先按式（6.6-63）选择马达，要使快速空载启动力矩小于马达的最大转矩，即M≤M

空载启动力矩M：M=M+ M

马达输出转矩的最大值，即峰值转矩M：M=λM

式中：M----折算到马达轴上的摩擦力矩，单位为kgf·m；

M----马达额定转矩；

λ----马达转矩的瞬时过载系数：交流伺服电机λ=1.5~2。

所以取λ=2