数控机床纵向进给伺服系统设计综述

1、陕西科技大学目录1.1设计任务21. 设计题目：22. 设计内容与要求 21.2总体方案设计 21.2.1 带有齿轮传动的进给运动 21.3机床进给伺服系统机械部分设计计算 21. 选择脉冲当量 22. 计算切削力 21）纵车外圆 22）横切端面 23. 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 31）纵向进给丝杠 32）轴承选择。 73）定位精度校核 84. 齿轮传动比计算 。9总结10参考文献 111数控机床纵向进给伺服系统设计#数控机床纵向进给伺服系统设计1.1设计任务1. 设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2. 设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为50

2、00N工作台重300Kg,工件及夹具的最大重量为 500Kg, 工作台纵向行程 680mm进给速度14000mm/min快速速度15m/min。导轨为 矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带(摩擦系数为：0.04 )。要求的定位精度为土0.006mm设计内容传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。设计参数如下：(1) 纵向行程：680mm(2) 最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3) 最大加工长度：1000mm(4) 纵向进给速度：0.0014m/min(5) 纵向快速速度：15m/min(6) 工作台重：300Kg(7) 工件及夹具的最大重量：500Kg(8) 摩擦系

3、数为：0.04(9) 代码制：ISO1.2总体方案设计(a)1.2.1带有齿轮传动的进给运动图11陕西科技大学数控机床的伺服进给系统采用闭环系统， 由于是数控机床纵向伺服系统，总 体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系 统的精度和纵向进给整体刚度）。1.3机床进给伺服系统机械部分设计计算1. 选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm步，横向为0.005mm步（半径）。2. 计算切削力1）纵车外圆主切削力 Fz=0.67 Dm：=07400=5360N按切削力各分力比例：FZ : Fx : Fy =1:0.25:0.4Fx =5360 0.2

4、5=1340NFy=5360 0.4=2144N2）横切端面主切削力Fz可取纵切力的1/2 :，1Fz =FZ =2680N2此时走刀抗力为Fy，吃刀抗力为Fx。仍按上述比例粗略计算:Fz :Fy : Fx =1:0.25:0.4Fy =2680 0.25=670NFx =2680 0.4=1072N3. 滚珠丝杠螺母副的计算和选型1 )纵向进给丝杠(1) 计算进给率引力 Fm。导轨为矩形贴塑，有Fm=KFx + f ( FZ + Fy + G)=1.1 1340+ 0.04 (5360 + 2144+5000)=1974.16N其中：Fz、Fx、Fy切削分力(N);K矩形导轨K=1.1;f贴

5、塑导轨f =0.030.05 ;G 移动部件的重量，G=5000N工作台重量：G 1 =mg=300 10=3000N工作及夹具的重量：g 2 = mg=500 10=5000N根据以上估算得总的重量为：G= g1 + g 2 =3000+5000=8000N丝杠载荷.导轨摩擦力：Fu(m1 m2)g =0.04(300 500) 9.8=313.6N最大进给力：F5000N最大轴向载荷：Famax 二 Fu =313.6 5000 = 5313.6N电机最大转速nma3000min丝杠最大转速(快移)n =15000人命(2) 丝杠导程Ph。工作台最大速度 vmax =15m/min =15

6、 1000 = 15000m/min、Vmax 15000 =Ph _ 5nmax3000(3) 计算最大动负载CoC=Vl f FW mL=60 n T106n=1000 vsLg式中：Vs 最大切削力条件下的进给速度（m/min）,可取最大进给速度的1/2 1/3，此处 vs=g 汉 0.6%命;Lo滚珠丝杠的导程，初选 Lo=6mmT使用寿命，对于数控机床取 T=15000hfw 运转系数，按一般运转取fw=1.21.5 ;L寿命，以106转为1单位。本设计中:n=1000 Vs1000 4 0.5rL。6minL=60 x nT 60 x333 050007299 . 710 10C=

7、3 LfwFm =3299.7 1.2 1974.16 = 15853.5N F（4）滚珠丝杠螺母副的选型。查阅机电一体化设计手册，滚珠循环方式采用外循环：L,预紧方式 采用插管式埋入式双螺母预紧：CMD滚珠丝杠副规格：2506，滚珠丝杠副的精度公称直径：25，基本导程：6mm,表3 1螺母安装连接尺寸（mm螺母安装连接尺寸D公差g6D3D4BD5D6h507663115.8106表32滚珠丝杠副钢球直径（mm基本导程Ph6钢球直径Dw34表33余程值（mr）基本导程Ph6余程le24滚珠丝杠副的型号：CMD25 6表34 CMD型外插管埋入式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副滚珠丝杠副规格公称直径基本

8、导程钢球直径丝杠外径螺纹底径循环圈数doPhDwddi圈数x列数CMD2506-2.5CMD2506-3CMD2506-52563.96924.520.92.5 X11.5 X22.5 X2额定动负荷额定静负荷接触刚度Ca/NCa/N1Kc / N *um1263428686755147783442389822930573721461由于额定动负荷Ca=22930N最大动负载C,既滚珠丝杠副规格为：CMD2506-5表35负荷滚珠圈数代号负荷滚珠总圈数代号1.5圈1.52圈22.5圈2.53圈33.5圈3.54圈44.5圈4.55圈5表36滚珠丝杠副的精度机床和机械类型坐标精度等级012.34

9、5710开环数控系统数控车床x zOOOO既选用4级精度。表37精度等级代号精度等级代号1级精度12级精度23级精度34级精度45级精度57级精度710级精度10既：滚珠丝杠副的型号： CMD25 6 2.5 4预紧力：1/3J 5313.6 =1771.2N3滚珠丝杠副的预紧力不应小于最大轴向载荷的 即应满足条件：Fa。 Famax3Fa0 =0.25Ca =0.25 22930 =5732.5NFamax3即：符合要求。（5）传动效率计算:二 tan tan式中： 丝杠螺旋升角;:摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f =0.003 0.004 ,其摩擦角约15等于10 0tan本设计中:n

10、=tan 空4牢=0 94tan( ) tan (2 4410 )（6）丝杠螺纹部分长度。10二工作台最大行程（1000mm） 螺母长度（124mm） 两端余程（40mm）= 1000 1242 40 = 1204mm支承跨距距离I应大于10，即l=1500mm(7) 临界转速校核f22d24.732 0.0208rnc =99002=990023146.66r .LC1.212/min丝杠底径：d2 二 d0 -1.2DW =25-1.2 3.5 = 20.8mm = 0.0208m支承方式系数：由机电一体化设计手册表2.8-66查得f2 =4.73 （两端固定）1241500 -1204临

11、界转速计算长度：lc =厂1000 = 1210mm =l.2im2 2即：nc nmax符合要求。（8）压杆稳定校核：两端固定支承，丝杠不受压缩，因而不必校核稳定性。（9）预拉伸计算。设温升为3.5 C,由下式得：温升引起的轴向位移=artlu式中：at线膨胀系数，at -11 10= 34375313.6 =6093.8N C ：t 丝杠温度，一般取 35 Ciu 螺纹有效长度（m。温升引起的伸长量： 二 at：tlu =11 10-6 3.5 1.204 ：、46um丝杠全长伸长量：、t =at ：tlu =11 103.5 1.5 ： 58um预拉力：5 兀2直5.8 汉 10 汉汉

12、0.0208由拉伸公式Ftt42.1 1011 =3437NI01.2042）轴承选择。由机电一体化设计手册表2.8-50采用E型和F型轴端，轴承型号为:36203max+丄F max2主要尺寸和参数由机电一体化设计手册表 2.8-50查得表38固定E型和F型：单位（mr）i表38滚珠丝杠公称直径d0轴端尺寸d( h6)adzg)A2BAA22517M16U51260243624F型中心孔平键垫块锁紧圆螺母滚动轴承GB145-79GB1095-79JB23-59型号规格C34汇46M 163620317预紧力的确定:轴承的最大轴向载荷为:1 1由于 F。. Fmax 二 6093.8 = 20

13、31.3N3 3即：符合要求。主要尺寸和参数由机电一体化设计手册表2.8-39 查得 d=25mm,D=62mm,B=17；滚动体：Dw =8.731，Z=18;预加负荷：F0 =3300N, 轴承型号为：7602025TVP3）定位精度校核丝杠在拉压截荷下的最大弹性位移：Fl 61 5F6、imax106106 =0.00526F4 AE兀2114A匸4 0.02082 2.1 10114最大进给力 F=5000N,、1max = 26.3um导轨摩擦力 F =313.6Numax =1.65um最大轴向载荷 F =5313.6N，:amax =27.9um丝杠与螺母间的接触变形：;i =F

14、kC由机电一体化设计手册表2.8-35查得CMD256滚珠丝杠副的接触刚度Kc =1461Ncum所以得：F 5000=3 4umKc 1461ea max313.61461= 0.21um5313.6= 3.64um1461轴承的接触变形：角接触球轴承的轴向刚度估算机电一体化设计手册公式 2.8-25得KB =23.6Z2sin5 ： DW 2 F0323.6 182 sin5 600.00871】2 330013=412N5000B1412= 12.1umr 313.6Bu0.76um412r5313.6、Ba max12.9um412丝杠系统的总位移：八imax *最大进给力：、.=26

15、.3 3.4 12.1 =41.8um导轨摩擦力：、=1.65 0.21 0.76 =2.62umv0.006mm=6um最大轴向载荷：-27.9 3.64 - 12.9 =44.44um要求的定位精度为土 0.006mm满足要求。4. 齿轮传动比计算。已确定纵向进给脉冲当量为三0.01mm,滚珠丝杠导程L0 =6mm，初选电动机步距角0.75，可计算出传动比.360 p 0.01360 0.01I0.89bL00.75 汉 6可选定齿轮齿数为乙32十20I - 或z240 25即 z1 =32,z2 =40或乙=20,z2 = 25，模数 m =2mm，齿宽 b =20mm 。表4-1传动齿

16、数几何参数齿数324024402025分度圆d =mz648048804050齿顶圆da = d +2m688452844454齿根圆d f = d - 2 汇 1.25m597543753545齿宽(6 10)m202020202020中心距a =(4 +d2)/2726445总结此次课程设计为其三周，时间的充分，这次我的课程设计题目是：数控机床 纵向进给伺服系统设计。刚开始感觉很难，因为资料的收集与课题相差甚远，头 脑里一个最基本的概念都没有，后来祁老师给我们导入基本过程， 再经过我们一 个星期的研究，终于有一点眉目，搞清楚了什么是脉冲当量，什么是滚珠丝杠等 等。经过几个星期资料搜集，包括

17、车床的说明书等等，设计并进入了正式的轨道。因为我们以前的基础知识掌握得不牢固， 在这次设计中确实是遇到了很多的 问题，但在这过程中，我们又学会了很多东西。由于知识狭义，因此压力又大了 很多，但是只要有一个明确的目标，乐在其中，特别是把以前学过的知识又温习 了一遍，而且把很多门课程都串联在一起， 形成一个大的框架，这样确实是有一 种豁然开朗、焕然一新的感觉。通过这次课程设计，为我们即将面临的毕业设计做铺垫。 我们从一开始的只 要完成任务的心态到后来的主动去学习， 去努力的学习态度，这是一个不小的进 步，并且把以前学过的知识融会贯通， 看到了自己的许多不足之处。老师在我们 设计中也给我们提出了很高

18、的要求，它要求我们每一个零部件都要按照标准去查 手册。从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多 很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识， 而且学到了很多在书本上 所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要 的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从 理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思 考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都 得到了解决。参考文献1 胡家杰.机械类课程设计、毕业设计选题精选.机械制造专业，北京：化学工业出版社.201022 舒志兵.机电一体化系统设计与应用.机械制造专业，北京：电子工业出版社.2007.2.3 杜建铭.机电一体化导论，北京：电子工业出