数控车床进给伺服系统设计

进给伺服系统设计一、设计要求：行程 1000mm，最低速度0.001mm/r，最高速度0.5mm/r，最大载荷4500N，精度根据设计要求可知：进给伺服系统最大载荷为4500N，工作台纵向行程1000mm，进给速度最高为25000.5=1250mm/min，最小选为1mm/min，快移速度取=15m/min，重复定位精度为0.003mm。二、设计传动系统：伺服电动机的最高转速=1500r/min。如使电动机与丝杠直联，n=1，则根据公式：i=/，丝杠的最高转速=1500r/min，则丝杠的导程为：=mm=10mm数控机床的脉冲当量常取a=0.001mm每脉冲。代入式b=i，电动机每转应发出的脉冲数b为：b=i=1个=10000个位置反馈器常用的有旋转变压器和脉冲编码器。旋转变压器的分解精度常为每转2000个脉冲。因此，如果用旋转变压器，可在电动机轴和旋转变压器轴间装5:1的齿轮升速。脉冲编码器现有产品为每转2000,2500,5000脉冲等数种。如取每转2500脉冲，则编码器后应有一个倍频器，倍数为4。 速度反馈装置，如与旋转变压器相配套，可用测速发电机。其性能为电动机每1000r/min，输出一定的电压。如用脉冲编码器，则可在倍频器后加一个频率电压（F/U）转换器。其转换比例为每脉冲/分，输出电压为（V）。现选用的电动机每转的脉冲数为个，故转换比例仍为6V每1000r/min。三、 滚珠丝杠的选择滚珠丝杠的直径，滚珠的列数和圈数 ，应按当量动载荷选择。丝杠的最大载荷，为切削时的最大进给力加摩擦力。最大载荷已知，为=4500N。作为粗略估计，工作台重300kg,工件及夹具的最大重量为500kg,取f=0.04，则丝杠的最小载荷为摩擦力=fG=0.04(500+300)9.8N=314N平均载荷为：=3100N最大进给时，丝杠的转速为125r/min；最小进给时，转速为1r/min，故平均转速为：=84r/min丝杠的工作寿命取为15000h。=1，=1.5。故：L=h根据金属切削机床公式（95），滚珠丝杠的当量动载荷为查滚珠丝杠样本，选择内循环型号为DFT03208-5的滚珠丝杠副，额定动载荷为32300，符合要求。丝杠直径32，钢球直径4.762，导程8，浮动返回其内循环。每个螺母滚珠有4列，爽螺母垫圈式预紧。预加载荷为，四、 选择丝杠轴承：丝杠采取一端固定，一端简支的方式。固定端采用一对推力角接触球轴承，面对面组配。型号为7602030TVP/DF，内径外径宽为30mm62mm15mm。额定动载荷C=15KN。预加载荷=1250N。平均载荷=3100N。轴承寿命： L=41（h）h=5840.5h能满足要求。简支端轴承只承受丝杠的部分重量，不需要计算。五、 选择伺服电动机最大切削负载转矩：最大载荷=4500N，丝杠的导程=8mm=0.008m。查丝杠样本，丝杠螺母副的摩擦系数=0.9，摩擦力矩=0.3Nm。查轴承样本，单个760205TN/P4型轴承的摩擦力矩为125Nmm。故一对轴承副为=0.25Nm。简支端轴承不预紧，其摩擦力矩可忽略不计。丝杠与伺服电动机直联，故i=1。代入金属切削机床公式（910），最大切削负载转矩为T=（+0.3+0.25）Nm=8.61Nm惯量匹配：负载惯量按下列次序计算。工件及工作台的最大质量为800kg，折算到电动机轴，其惯量可按金属切削机床公式（718）计算=m=m= m=800=0.002kg丝杠直径d=32mm=0.032m，在结构设计中，决定长度l=0.8m，根据金属切削机床公式（719），丝杠的惯量为=l= kg=0.00064 kg联轴器的惯量可直接查手册=0.0006 kg和与电动机同轴，故可直接迭加。负载惯量=+=0.002+0.00064+0.0006=0.00324 kg根据金属切削机床公式（911），电动机惯量应符合条件4。即： 0.003240.013 根据以上计算，可初选伺服电动机。如选用交流伺服电动机，可选用广州数控伺服电机厂的175SJTM150B型号电机。它的额定转矩为15Nm，大于最大切削负载转矩8.61Nm，它的转子惯量为=5.1 kg，满足匹配要求。六、精度计算1、 伺服刚度：根据公式 伺服刚度为 =折算至工作台=2、 滚珠丝杠螺母副的接触刚度 根据样本手册，=2300N/um3、 丝杠的拉压刚度 4、 轴承的轴向刚度 所选轴承为7602030TVP/DF，由公式计算出轴承的轴向刚度为Kt=500N/um5、综合刚度 满足定位精度要求