数控机床进给系统设计书Y轴.doc

1、精品序言随着社会生产和科学技术的发展，机械产品的性能和质量提高了。产品的更换也在不断加快。因此，机床不仅需要高精度和高生产率，能够快速适应产品的部件更换，还需要教授高精度和高生产率，由于生产的需要，必须促进数控机床的出现。随着电子技术，尤其是计算机技术的发展，数控机床开始迅速发展。对数控机床进一步设计的需要可以解决复杂小批量零件的加工问题，稳定加工质量，提高生产率。但是，因为受到价格、准确性等其他条件的限制。因此，设计和改造数控机床的输送系统刻不容缓。进给系统的轴向载荷计算、轨道设计和选择、滚珠丝杠螺母对的选择计算、进给系统动态特性分析错误计算、驱动电动机的选择计算、驱动电动机和滚珠丝杠的连接

2、等CNC机床进给系统的设计。通过这一综合课程设计，可以达到以下目的：1、综合利用专业基础知识和专业技能，发展解决工程实际问题的能力。2、加强工程实践能力和意识，提高我的综合素质和创新能力。3、接受从事本专业工程技术和科研工作的基本训练，提高工程制图、计算、数据处理、计算机使用、文献和说明书使用、文字表达等各方面的能力；4、开发正确的设计理念和工程经济观点，理论联系实际工作风格，严肃认真的科学态度。一、饲料伺服系统概述数控机床伺服系统的一般结构如图所示。数控机床进给伺服系统根据在各种CNC机床上执行的加工操作，对进给伺服系统的要求不同，但通常可以概括为可逆操作。速度范围很大。具有足够的驱动器刚度

3、和高速度稳定性。快速响应没有过载。高精度低速大扭矩。伺服系统对伺服电动机的要求：(1)从最低速的马达到最高速的马达，扭矩波动很小，特别是在0.1r /min或更小的低速下，保持平稳的速度，没有齿轮传动现象。(2)电机需要长时间的过载能力，以满足低速大扭矩的要求。一般直流伺服电动机需要在几分钟内超载4-6倍，而不会造成损坏。(3)为了满足快速响应要求，电动机必须有小的惯性矩和大的阻塞力矩，并且必须尽可能少的时间常数和启动电压。马达必须能承受4000rad/s2或更高的角加速度，从0.2s内的静止状态到额定速度。(4)电机应能根据频繁启动、制动和反转使用。随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的

4、发展，数控机床的伺服系统开始采用高速高精度数字伺服系统。将伺服控制技术从模拟、混合切换为全数字。由位置、速度和电流组成的三环反馈全部数字化，软件处理数字PID，灵活且使用方便。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和提高伺服性能的措施，大大提高了控制精度和质量。进料伺服系统根据控制方法分为开环系统和死环系统。死循环控制方法通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在的位置，死环系统分为死环系统和死环系统。半循环系统有两种类型，在螺杆末端和电机轴末端安装位置检测装置。前者将螺钉包括在定位环中，后者将机械传动部件完全放置在定位环外部。死循环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件都包含在定

5、位环中。开环系统的位置精度比死环系统低，但结构简单，工作稳定，成本低。开环系统由于机械传动的磨损、惯性和间隙的存在，影响位置精度，精度和可靠性下降。完全死循环系统具有较高的控制精度和较快的性能，但由于机械传动部件在控制环内，系统的动态性能不仅与驱动设备的结构和参数有关，而且与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损有关，因此必须综合考虑机械和电气部件的结构参数，才能满足系统的要求。因此，整个四循环系统对机床要求高，成本高。脉冲编码器、旋转器、感应同步器、磁尺、光栅和激光干涉仪等位置检测装置用于死环系统。在数控车床的进给伺服系统中常用的驱动器是伺服电动机。伺服电动机包括直流伺服电动机和交流

6、伺服电动机。交流伺服电动机应用广泛，因为其可靠性高，基本上几乎不需要维护和费用。直流伺服电动机引入了机械整流装置。高成本、故障、难以维护，经常是碳刷引起的火花影响生产，对其他设备造成电磁干扰。同时，机器整流器的整流能力限制了电机的容量和速度。马达的电枢在转子上，马达效率低，热量低。为了提高整流能力，减少了电枢的泄漏，转子变短变粗，影响了系统的动态性能。交流伺服已经占据了机床进给伺服的优势，随着新技术的发展，正在三个方面具体化。第一，随着系统电力驱动的电力电子设备持续向高频发展，智能电力模块得到了推广和应用。二是完成微处理器嵌入式平台技术，促进高级控制算法的应用。第三，网络制造模型的推广和现场总

7、线技术的完成将使基于网络的伺服控制成为可能。2、制定总体设计计划2.1确定系统的行为方式数控系统可以按动作分为点控制系统、点直线控制系统和连续控制系统。此设计的机床需要位置、直插补、净、圆弧插补、暂停、循环加工、英制螺纹加工等功能，因此必须选择连续控制系统。2.2选择控制方法伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。此次设计虽然机械精度高，但考虑到经济和调试等因素，选择了半闭环控制系统。2.3机械传动装置目前，伺服马达常用于CNC铣床的垂直和水平侧，而滚珠螺杆、静压螺杆和无间隙齿轮对用于进给系统的机械传动链，以最小化反向间隙。使用滚珠丝杠驱动器降低摩擦系数，提高进给机构的整体刚

8、度。滚珠丝杠和马达之间通过耦合直接连接，消除间隙。三、滚珠丝杠设计3.1滚珠丝杠副计算计算参数：工作台重量22公斤加工对象重量8公斤工作台y方向最大行程500mmy进给率2m/min进给阻力X250N Y:150N Z:200N位置精度0.01mm重复位置精度0.005mm(1)进给轴力计算(n)螺杆的工作负载Fm是球线材钢负载驱动表格时球线材钢绞线接收的轴向力，也称为进料牵引力。这包括三种摩擦力：球线的通路阻力、工件的重力和作用于轨道的其他切削分力。矩形轨道的工作载荷按以下表达式计算：考虑中间k-破坏力矩影响的实验系数，矩形滑动导向k=1.4-滑动轨道摩擦系数：塑料导轨0.03-0.05，0

9、.03；G-表、夹具和刀具的重量，G=309.8=294N。邮报(2)动态载荷强度计算在旋转速度下，滚珠丝杠螺母的主要断裂形式是工作表面的疲劳管接头形状，因此动态载荷强度计算必须小于或等于滚珠丝杠螺母对的额定动态载荷，即动态载荷中等负载性质系数(1.0至1.2用于固定或轻微冲击，1.2至1.5用于中等冲击，1.5至2.5用于大冲击或震动)，从此公式中移除=1.2；经度系数(1.0为55的1.11、52.5为1.35、50为1.56、45为2.40)。在此公式中，选择=1。L滚珠丝杠工作寿命，1单位r；在本设计中，电机和螺丝通过耦合直接连接，减速比i=1，工作台最大进给速度达到2m/min，选择

10、操纵杆导轨为5mm的电线，电线最大速度为1500r/min。因此，如果线材的最小速度理想，则如果平均速度n=(1500 0)/2=750r/min，则线材的工作寿命为L=675T螺杆寿命，符合T=15000 h的设计机械要求；N螺杆平均速度；通过常识获得(3)静态强度计算在转速下，滚珠丝杠螺母的主要断裂形式会在滚珠接触面上产生大的塑性变形，影响正常运行。因此，必须执行静态强度计算，最大计算静态负载为滚珠线材的最大轴向负载；静态安全系数，正常运行时=1-2，=2-3，本例中=2.5；上方=计算的额定动态载荷和额定静态载荷初步选择滚珠丝杠副模型2505-3，3列2旋转螺杆预紧滚珠丝杠副。公称直径为

11、25mm，引线5mm，球直径3.175mm。额定动态负载9309N，额定静态负载21569N。动态载荷和静态载荷满足要求。(4)滚珠丝杠副的选择滚珠丝杠的支撑形式是一端固定，一端自由，这种安装方法用于负载能力小、轴向刚度低、短的线棒。通常用于数控机床调整或升降台式数控铣床的垂直坐标。一端固定，一端简单，此方法可用于操纵杆较长的情况。两端固定，适用于承载能力、高速、高刚度、高精度机床。从刚度计算可以看出，螺钉的支撑方式对导线的刚度有很大影响。使用两端固定的支承方法、高稳定性和临界速度、一端固定的螺杆轴向刚度的4倍、预拉伸、减少螺杆自重挠曲和弥补热膨胀的预拉伸和轴承部件的高刚度。驱动系统的杠杆在两

12、端使用固定结构。能够承受轴向力和径向力的角接触球轴承36304的初步选择。(6)变速器效率计算螺丝螺母对的传动效率=摩擦角度=10摩擦角=2=0.960滚珠丝杠的驱动效率高，螺丝对温度变化小，减少热变形，提高刚度和强度具有重要作用。(7)确定滚珠丝杠的长度滚珠螺丝对的螺纹长度Ls(3-12)样式：Lv有效行程螺母长度，mm；Le释放空间，20毫米；拿。(2)螺钉全长l综合考虑每个几何尺寸要求，l为830mm。(8)滚珠螺丝基本尺寸主尺寸计算公式计算结果(mm)公称直径25基本簧片5接触角球直径3.175滚子法向半径rR=0.521.651螺纹角度gamma偏心eE=(R-)sin0.004螺钉

13、外径dD=-(0.2到0.25)24.2螺钉的内径D=d 2e-2R21.7螺钉接触直径=-cos18.5螺母螺纹直径dD=-2e 2R28.3螺母内径=(0.20.25)25.83.2滚珠丝杠检查(1)压杆稳定性细长杆是临界载荷，承受压缩载荷时不会发生不稳定性。=(N)样式-实际载荷能力，n；-压杆的稳定支撑系数(双-双-双-单-单-单-单-单-简单-2、双-双-自由-0.25)；-钢的弹性模量，2.1-滚珠丝杠底部直径的弯曲截面惯性矩；-压杆稳定安全系数，通常为2.54，垂直安装时的较小值；-螺杆最大压缩长度，m；-螺钉公称直径，m；-球直径，m可以通过替换数据获得=临界负载与工作负载Fm

14、的比率称为稳定性安全系数，=表示压杆稳定，=2.5-4；允许的稳定性安全系数：此时=这个杠杆很稳定。(2)临界速度检查高速长螺杆有发生共振的可能性时，必须计算临界速度，不发生共振的最大速度是临界速度Lc临界速度计算长度，0.4m；螺杆支援方法系数。(一端固定，一端自由=1.875；一端固定，一端游动，=3.927；两端固定时=4.730)。=25-1.23.969=20.2372mm远远大于最大速度，因此满足了临界速度。(3)变速器系统刚度检查滚珠丝杠本身的压缩刚度、支撑轴承的轴向刚度、滚珠丝杠副的滚珠丝杠副的接触刚度、滚珠丝杠副的伺服系统刚度、转换为滚珠丝杠副的联接器的刚度、滚珠丝杠副的扭转刚度、螺母座、轴承座刚度的组合刚度k:通常，在检查计算中，可以忽略转换为滚珠丝杠副联接的刚度、滚珠丝杠副的扭转刚度、螺母座、轴承座的刚度和伺服刚度。常识可以简化为：(1.1)滚珠丝杠本身的压缩刚度已知工作台的垂直移动为500mm，螺母移动到距定位点最远的位置时，距离最远，最大距离为830mm=0.83m。灯丝的拉伸和压缩刚度为=89.1(N/)螺杆底部直径E线材材料钢弹性惯性，E=(1.2)螺杆轴承的轴向刚度滚珠螺杆对的预载=N，轴向外部负载为轨道摩擦=fG=0.03309.8=8.82N，因此轴向负载是