数控车床纵向进给系统传动的方案设计(doc 15页)

数控车床纵向进给系统传动的方案设计（doc 15页）

第一章、数控机床进给系统概述

数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示：

图1-1数控机床进给系统伺服

由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。

1.1、伺服系统对伺服电机的要求

（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。

（2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。

（3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。

（4）电机应能随频繁启动、制动和反转。

随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采

用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方

直径为D

=400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2；

max

行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。

第二章、数控车床纵向进给系统传动的方案设计

数控机床进给驱动对位置精度、快速响应特性、调速范围等有较高的要求。实现进给驱动的电机主要有三种：步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。目前，步进电机只适应用于经济型数控机床，直流伺服电机在我国正广泛使用，交流伺服电机作为比较理想的驱动元件已成为发展趋势。数控机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。电机与丝杠间的联接主要有三种形式，如图2-1所示。

2.1、带有齿轮传动的进给运动

数控机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图2-1a）所示。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对闭环系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用消除措施来尽量减小齿轮侧隙。但这种联接形式的机械结构比较复杂。

(c)

(a)

(b)

图2—1 电机与丝杠间的联接形式

2.2、经同步带轮传动的进给运动

如图2-1b）所示，这种联接形式的机械结构比较简单。同步带传动综合了带传动和链传动的优点，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但只能适于低扭矩特性要求的场所。安装时中心距要求严格，且同步带与带轮的制造工艺复杂。

2.3、电机通过联轴器直接与丝杠联接

如图2-1c）所示，此结构通常是电机轴与丝杠之间采用锥环无键联接或高精度十字联

轴器联接，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。在加工中心和精度较高的数控机床的进给运动中，普遍采用这种联接形式。

根据进给系统的要求及设计要求，选择带有齿轮传动的进给运动，选用最佳降速比，可以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少

反向死区误差，提高位移精度等

。

第三章、运动设计

3.1、降速比计算

功率步进电动机型号为110BF003，其主要技术参数为最大静转矩为7.84N m •,步距角

0.75°,电机转动惯量：J =1.8×10-2

㎏.m 2；快速空载启动时电动机转速500/min r 。进给传动链的脉冲当量0.01/mm P δ=.选滚珠丝杠的螺距为12mm.由

0.7512 2.53603600.01

S i θδ⨯===⨯ （3—1） 式中 θ ——步进电动机的步距角

δ ——脉冲当量，mm S ——丝杠螺距, mm 3.2、减速齿轮的确定

选择一级减速器，选齿轮120Z =，250Z =，模数2m mm =，齿宽20b mm =。

选择斜齿轮调隙，齿轮的参数如表3—1。

3—1齿轮参数表

法向模数 n m 2 齿数 z

20

齿形角 α

20o

齿顶高系数 *an h

螺旋角 β

15o 径向变位系数 x

精度等级

7FK -

配对齿轮 图号

齿数 50

公差组

检验项目代号

极限偏差值

1 p F

0.090 2 pt f ±

0.016 3 t f

0.013 4

f β

0.016

第四章、丝杠螺母机构的选择与计算

已知条件：工作台及刀架重：110㎏,所以重量为

9.81101078G N =⨯=

最大行程：1280mm ，失动量：0.01mm δ=，工作台最高速度：max 5/min v m = 查表选择丝杆预期寿命： 15000h L =小时 ， 摩擦系数0.2μ=。 则导轨的静摩擦力F O 。

0.21078215.6O F G N μ==⨯= （4—1）

最大轴向负载

0max 1609.81568F N =⨯=

4.1、动载强度计算

当转速10/min n r >时，滚珠丝杠；螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷()Cc N 应小于或等于滚珠丝杆螺母副的额定动负荷，即

3'c d H eq r C T f F F =≤ （4—2)

式中 d f ——动载荷系数，见表3 —1; H f ——硬度影响系数，见表3-2; eq F ——当量动负荷，N;

r F ——滚珠丝杠；螺母副的额定动负荷，N ； 'T ——寿命，以610r 为一个单位。

6

60'10

neqT

T =

(4—3) 式中 T ——使用寿命，h ；按设计机床要求取T=15000h