数控机床伺服进给x轴

一．前言

数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。

作为数控机床的执行机构，进给伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了步进、直流、交流的发展历程。在一定意义上，进给伺服系统的静、动态性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。因此，研究与开发高性能的进给伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。

二．滚珠丝杠螺母副的设计

1. 确定滚珠丝杠副的导程

P ℎ=V max i ∗n max =12∗1031200

=10 取P ℎ=10

2. 确定当量转速和当量载荷

1） 各种切削方式下丝杠转速

n i =V

i P ℎ V i :进给速度m min ⁄ n min =

V min P ℎ=370010=370 r min ⁄ n max =V max P ℎ=1200010

=1200 r min ⁄ n m =n max +n min 2=370+12002=785 r min ⁄ 2） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷

F =

G =mg =88∗10=880 N

F max =P +F =4700+880=5580N

F min =F =880N

F m =2F max +F min 3=5580∗2+8803=4013.3 N

3） 当量载荷

F m =4013.3 N

4） 当量转速

n m =785 r/min

3. 预期额定动载荷

1） 按预期工作时间估算

C am =√60n m ∗L ℎ3∗F m F

w 100f a f c L ℎ=15000mm,f w =1.3,f a =f c =1

C am =√60∗785∗150003

∗4013.3∗1.3100∗1∗1=46.46kN 2） 拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F max 计算

C am =f e F max 查表得f e =4.5

带入 C am =4.5∗5580=25.11kN

取以上情况最大值 C am =46.46kN

4. 确定允许的最小螺纹底径

1） 估算丝杠的最大轴向变形量

① δm ≤(13~14)重复定位精度

② δm ≤（14~15）定位精度

已知：重复定位精度6μm ，定位精度12μm

δm1=2

δm2=3

δm 取最小值2

2） 估算滚珠丝杠副的最小螺纹底径d 2m

丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式

d 2m =10√10f 0L πδm E =0.039√F 0L δm

L =μ0w 1=0.2∗880=176N

d 2m =0.039√F 0L δm =7.9mm 5. 确定滚珠丝杠副的规格代号

1）

选用循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片 2）

由计算出P ℎ,C am ,d 2m 在样本中选取相应规格的滚珠丝

杠副

FFZP6310-5 P ℎ=10

C a1=62400>39576=C am

d 2=57.3>7.9=d 2m

6. 确定滚珠丝杠副预紧力

F p =13F max ,其中F max =5580N

F p =

13∗5580=1860 N 7. 行程补偿值与拉伸力

1）行程补偿值

L u=行程+(8~14)Pℎ

=370+10∗8=450 mm

F t=11.8∆tL u∗10−3=11.8∗2∗450∗10−3=10.62μm

2）预拉伸力

F t=1.95∆td22=1.95∗2∗57.32=12804N

三．轴承的选择

F Bmax=F t+F max=12804+5580=18384N

1.轴承类型

两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力珠轴承。

2.轴承内径

d 略小于d2=57.3mm,故d 取55mm

3.轴承预紧力

F BP=1

3F Bmax=1

3

∗18384=6128 N

预加负载荷6600≥F BP=6128

所以选用 760311TN1 轴承

D=100，B=21，d=55

4.滚珠丝杠副工作图设计

1）丝杠螺纹长度

L s=L u+2L e

=450+2(1~2)Pℎ

=450+2∗10=470 mm

加上两端螺母连接部分

L1=L S+100+120=690 mm

加上联轴器尺寸

L=L1+65=755 mm

2）行程起点离固定支承距离

L0=L2+B=22+21=43 mm

四．电机的选择

1.转动惯量

1）丝杠的转动惯量，查表得D=62.5 mm，L为丝杠长度755 mm J

丝杠

=0.77∗D4L∗10−12=0.77∗62.54∗755∗10−12=

0.0089 kg m2

⁄

2）溜板折算到丝杠上的转动惯量

J t=(Pℎ

2π

)2∗m∗10−6

=(10

2π

)2∗88∗10−6=0.00023 kg∗m2

3）总惯量

J 总=J

丝杠

+J t=9.13∗10−3 kg∗m2

2.力矩计算

1）空载启动时，折算到电机轴上加速力矩T amax

T amax=J

总

n max

9.6t

=9.13∗10−3∗1200

9.6∗2

=0.570625 Nm

2）折算到电动机上的摩擦力矩

T t=2F0Pℎ

2πηi ∗103=176∗10

2π∗0.8

=0.35Nm

由于丝杠预紧力引起和折算到电动机轴上的附加摩擦力矩T0

T0=F Bmax∗Pℎ(1−η02)∗10−3

2πηi =18384∗10∗(1−0.92)

2∗3.14∗0.8

∗10−3=6.949

总力矩T m

T m=T amax+T t+T0=0.57+0.35+6.95=7.87 Nm

故选用电动机型号：110MB060D-001000

故选用HL型联轴器