进给系统的设计计算

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！4横向进给系统的设计计算设计参数如下：纵向：工作台重量：W=800N行程：S=650mm脉冲当量：=0.006mm/Pp最大进给速度：V=2m/minmax横向：工作台重量：W=300N行程：S=200mm脉冲当量：=0.004mm/Pp最大进给速度：V=1m/minmax4.1主切削力及其切削分力计算已知机床主电动机的额定功率P为7.5kw，最大工件直径D=400mm，主轴计m算转速n=85r/m。在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率，道具的切削速度为3v1.78m/s取机床的机械效率0.8，则有PFz10N3370.79Nm3v走刀方向的切削分力F和垂直走刀方向的切削分力F为xyF0.25F0.253370.79N842.7NxzF0.4F0.43370.79N1348.32Nyz4.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力FF3370.79N，纵向切削分力vzFF1348.32N，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）cym=30.61kg(所受重力W=300N)，查表得镶条紧固力f2000N，取导轨动摩擦系g数0.15，则FWfFF)gvc1052.87N计算在不切削状态下的导轨摩擦力F和F00FWf)0.15(3002000)345N0gFWf)0.2(3002000)460N00g4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力FamaxFF(1348.321052.87)N2401.19NFamaxy计算最小轴向负载力FaminFaminF345N04.4确定进给传动链的传动比i和传动级数取步进电动机的步距角L6mm1.50链的脉冲当量0.004mm/P，则有pL6i0p2i3i2.1。12z20z60z20z42，1234模数m=2，齿宽b=20mm。4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷已知数控机床的预期工作时间L15000h，滚珠丝杠的当量载荷FFhmamax2370.34N，查表得载荷系数f1.3；初步选择滚珠丝杠的精度等级为3级精w度，取精度系数f1；查表得可靠性系数f1。取滚珠丝杠的当量转速acnn，已知vm/min，滚珠丝杠的基本导程L6mm，则mmaxmax0161000vn166.67r/mL0FfC60nLmwff3mhac2370.341.360166.6715000N16585.8N310011（2）根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。已知本车床横向进给系统的定位精度为40m,重复定位精度为16m有(11)16m5.338m32(11)40m810m542取上述计算结果的较小值，即5.33m。max（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m滚珠丝杠螺母的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承≈（1.2～1.4）行程+（25～30）L0取L=(1.4×200+30×6)mm=460mm4604605.33FL0d0.0782m0.07815.54mm（4）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号根据以上计算所得的L、C、d和结构的需要，初步选择南京工艺装备0am2m公司生产的FF型内循环螺母，型号为FF3206-5，其公称直径d、基本导程L、00额定动载荷C和螺纹底径d如下：a2d32mmL6mm00C20200NC16585.80Naamd27.9mmd15.54mm22m4.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径d27.9mm，已知滚珠丝杠螺母副的最大2受压长度L300mm，丝杠水平安装时，取K1/3，查表得K2，则有112d127.944FKK10210NN225533002c121本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为F2401.19Namax小于其临界压缩载荷F的值，故满足要求。c滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度L300mm，其弹性模量E2.110521MPa，密度N/，重力加速度g9.810mm/s5332g滚珠丝杠的最小惯性矩为3.14Id27.929728.05mm44464642滚珠丝杠的最小截面积为3.14Ad27.9611.05mm222442取K0.8，查表得3.927，则有1EIA2nK2Lc122603.92722.11029728.059.810530.823.1430027.810611.0554692249r/min本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为166.67r/m，远小于其临界转速，故满足要求。滚珠丝杠螺母副额定寿命的校核,滚珠丝杠的额定动载荷C20200Na知其轴向载荷FF2401.19Nnn166.67r/minmaxaamax转条件系数f1.2，则有wCaFfL()()r3636awr6L106Lhhh60nL34453h15000h，h故满足要求。4.7计算机械传动的刚度已知滚珠丝杠的弹性模量E2.1，滚珠丝杠的底径d27.9mm。52当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离aL300mm时，滚珠丝杠螺Y母副具有最小拉压刚度Ksmin24LdE23.1427.92.11025427.73N/mK1034300sminY当aL100mm时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度KJsmax24LdE23.1427.92.11025N/mK1034100smaxJ已知滚动体直径d6.75Z=15.轴承接触角Q最大轴向工作载荷FF2401.19N。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度BmaxamaxK为：bK22.34dZFsin223bQa322.346.75152401.19()2232654.49N/m查表得滚珠与滚道的接触刚度K683N/m，滚珠丝杠的额定动载Ca20200N。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷F2401.19N则amaxFamax0.1C2401.1911)N/mN/m3KK()683(30.120200ca进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为1111111KKKKsbc故K723.51N/m。max进给传动系统的综合拉压刚度最小值为1111111KKKKsbc故K191N/mmin已知扭矩作用点之间的距离L355mm，滚珠丝杠的剪切模量G8.12，滚珠丝杠的底径d27.9mm，则有42dG3.1427.9108.11010441246K232L32355103213566.04N•m/rad4.8驱动电机的选型与计算（1）计算滚珠丝杠的转动惯量已知滚珠丝杠的密度7.810kg/cm，则有33nJDL1.38•342rjjj1（2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量已知横向进给系统执行部件的总质量为行部件在轴向移动的距离L=0.6cm则L0.6Jm()30.61(L)0.28kg•cm222（3）计算各齿轮的转动惯量23.14JJ0.781042kg•cm0.4kg•cm3422z1z3J0.7810122kg•cm32.3kg•cm3422z242J0.7810()2kg•cm7.8kg•cmz434225（4）计算加在电动机轴上总负载转动惯量Jd11JJ(JJ)(JJJ)iidz12z2z32z4rL1110.4(32.30.4)(7.81.380.28)96.2524.275kg•cm2（5）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩Tc已知在切削状态下的轴向负载力FF2401.19N，丝杠每转一圈，机aamax床执行部件轴向移动的距离i=6.25总效率η=0.85，则有i2FLaTcN•m0.43N•m（6）计算折算到电动机上的摩擦负载力矩T已知在不切削状态下的轴向负载力矩F345N，则有0FLi2TN•m0（7）计算由滚珠丝杠预紧力F产生的并折算到电动机轴上的附加负载力矩pTf已知滚珠丝杠螺母副的效率0.98，滚珠丝杠螺母副的预紧力F为0p1FF800.4N3paFLpT))N•m0222i2f0折算到电动机轴上的负载力矩T的计算。空载时（快进力矩），为TTT(0.0620.0057)N•m0.068N•mKJf切削时（工进力矩），为TTT(0.430.0057)N•m0.436N•mGJcf根据以上计算结果和查表初选130BF001型反应式步进电动机，其转动惯量J4.6kg•cm；而进给传动系统的负载惯量J2.8kg•cm；对于开环系统，22md一般取加速时间t0.05s。当机床以最快进给速度v1000mm/min运动时电动a机的最高转速为：1000nmax6.25r/min1041.67r/min6tT(JJ)mda23.141041.676.25609800.05(4.62.8)102.9•10.08N•m（8）计算横向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩计算空载启动力矩TqTTTT)(10.080.0620.0057)N•m10.15N•mqapf计算快进力矩TKJTTT(0.0620.0057)N•m0.068N•mKJf计算工进力矩TGJTTT(0.430.0057)N•m0.44N•mGJcf（9）选择驱动电动机的型号根据以上计算和查表选择国产150BF0025；步距角，0.75/1.5；最大静转矩，•；转动惯量，9.8kg•cm；最13.72Nm2高空载启动频率，2800Hz；运行频率，8000Hz；分配方式，五相十拍。确定最大静转矩T：s机械传动系统空载启动力矩T与所需的步进电动机的最大静转矩T的关系qs1为：TqT0.9511TqT1N•mN•m机械传动系统空载启动力矩T与所需的步进电动机的最大静转矩T的关系qs2为：T0.44Ts20.30.3N•m1.47N•m取T和T中的较大者为所需的步进电动机的最大静转矩T10.67N•m。s1s2s本电动机的最大静转矩为13.72N•m，大于T，可以在规定的时间内正常启动，s故满足要求。验算惯量匹配，为了使机械传动的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量J与伺服电动机的转动惯量J之比一般应满足下式：LmJJ1dmJJ因为[0.25,1]，故满足惯量匹配要求。dm4.9机械传动系统的动态分析滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度KK19110N/m60min质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为m、m，滚珠丝杠螺母副和机床执行部件s的等效质量为mm1/3m，已知m=30.61kg，则：dsm3.2647.810kg234s11mmm(30.61kg31.95kg33ds1911031.95Km6rad/s2445rad/s0d折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为JJ(9.84.275)6.25kg•cm88kg•cm0.0088kg•m222si已知滚珠丝杠的扭转刚度KK13566.04N•m/rad，则sKJ13566.040.00881241.6rad/ssnts由以上计算可知，丝杠—工作台纵向振动系统的最低固有频率、扭转振nc动系统的最低固有频率都比较高。一般按300rad/s的要求来设计机械传nt动系统的刚度，故满足要求。n4.10机械传动系统的误差计算与分析（1）计算机械传动系统的反向死区已知进给传动系统的综合拉压刚度的最小值K19110N/mm，导轨的6min静摩擦力为F460N，则022F23330106K即4.