进给系统的设计计算.doc

1、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： =2m/minmaxV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： =1m/minmaxV4.1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 为 7.5kw，最大工件直径 D=400mm，主轴mP计算转速 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 33.140851.7/66Dnv s取机床的机械效率 ，则有.31079mzPFNv走刀方向的切削分力 和垂直走刀方向的切削

2、分力 为xFyF.25.842.7xz N04370913y4.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力 ，纵向切削分力0.9vzFcyF，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=30.61kg(所138.2N受重力 W=300N)，查表得镶条紧固力 ，取导轨动摩擦系数 ，2gfN0.15则()gvcFWfF0.1532037.9148.3)87N计算在不切削状态下的导轨摩擦力 和0F0().15(2)5gFf N0()0.2(30)46gFWf N4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力 maxFmax(148.5.7)21.9y计算最小轴向负载力 inain035aF

3、N4.4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 ，滚珠丝杠的基本导程 ，进给传1.506Lm动链的脉冲当量 ，则有.4/pmP06.236.0pLi按最小惯量条件，查得应该采用 2级传动，传动比可以分别取 、13i。根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为 、 、2.1i 120z6、 ，模数 m=2，齿宽 b=20mm。30z42z4.5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 ，滚珠丝杠的当量载荷150hLmFax，查表得载荷系数 ；初步选择滚珠丝杠的精度等级为 3级精2370.4N.3wf度，取精度系数 ；

4、查表得可靠性系数 。取滚珠丝杠的当量转速1afcf，已知 ，滚珠丝杠的基本导程 ，则maxnx/minv 06La06.7/rL361mwamhacFfCn32370.410.75658.N（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 40 ,重复定位精度为 16 ，mm则有max1()65.3832:24015m取上述计算结果的较小值，即 。ax.m（3）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 2d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（1.21.4）

5、行程+（2530） 0L取 L=(1.4200+306)mm=460mm02max46.78.7815.4.3mFLd m（4）初步确定滚珠丝杠螺母副的型号根据以上计算所得的 、 、 和结构的需要，初步选择南京工艺装备0amC2d公司生产的 FF型内循环螺母，型号为 FF3206-5，其公称直径 、基本导程 、0d0L额定动载荷 和螺纹底径 如下：aC2032d06L158.0aamNN227.94d4.6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 ，已知滚珠丝杠螺母副的最大27.9dm受压长度 ，丝杠水平安装时，取 ，查表得 ，则有 130Lm1/3K2K4455221.08.3

6、cdFKN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 ，401.9amxFN远小于其临界压缩载荷 的值，故满足要求。c滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度 ，其弹性模量230L52.10E，密度 ，重力加速度MPa537.810/Nmg329.81/gs滚珠丝杠的最小惯性矩为44423.9278.06Id滚珠丝杠的最小截面积为222.1.61.5A取 ，查表得 ，则有108K39726cEInLA253603.97.102978.10.81465/minr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

7、的额定动载荷 ，20aCN已知其轴向载荷 ，滚珠丝杠的转速 ，max2401.9FN mx16.7/innr运转条件系数 ，则有1.wf3636()()10.aCLrf64.510r63.3457hLhn本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总工作寿命 ，34510hLh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 ，滚珠丝杠的底径 。52.10EMPa27.9dm当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离 时，滚珠丝杠螺30YL母副具有最小拉压刚度 minsK2253min.47.910427./430sYd NL 当 时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度Ja maxsK2253m

8、ax.47.9110283.1/40sJdEK 已知滚动体直径 mm，滚动体个数 Z=15.轴承接触角 。轴6.5Q 60承最大轴向工作载荷 。则滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚maxa2.BFN度 为：b23ax2.4sinQKdZ23.6.75140.9()4.9/Nm查表得滚珠与滚道的接触刚度 ，滚珠丝杠的额定动载683/KNmaC。已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷 则20Nax2401.9FN11max33240.9()68()/7.5/0.cFKC进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为maxax11110.3689283.654.972.sbcK故 。723.5/KNm进给传动系统的综合拉

9、压刚度最小值为 minin1110.5248427.365.49723.sbcK故 i9/KN已知扭矩作用点之间的距离 ，滚珠丝杠的剪切模量2Lm.1G，滚珠丝杠的底径 ，则有410MPa7.9d4412462 33.1.08105dGL56.0/Nmrad4.8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 ，则有337.810/kgcm34210.78nr jjJDL（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 m=30.61kg;丝杠轴每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离 L=0.6cm则2220.6()3.1().84LJmkgc

10、m（3）计算各齿轮的转动惯量322130.78.z kc4223Jg224.()7.85z kgc（4）计算加在电动机轴上总负载转动惯量 dJ123421()()dzzzrLJJJii20.4.07.830.296.52.75kgcm（5）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩 cT已知在切削状态下的轴向负载力 ，丝杠每转一圈，机max2401.9FN床执行部件轴向移动的距离 L=6mm=0.006m，进给传动系统的传动比 i=6.25总效率 =0.85，则有2401.960.43385.2acFLTNi（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 ，则有05F034

11、50.6.22.18FLTNmi（7）计算由滚珠丝杠预紧力 产生的并折算到电动机轴上的附加负载力矩pf已知滚珠丝杠螺母副的效率 ，滚珠丝杠螺母副的预紧力 为0.98pFmax18.43pFN02 2.6()(10.98).5731085.fLT Nmi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(0.62.7).6KJf Nm切削时（工进力矩），为 (.435)0.43GJcfT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；而进给传动系统的负载惯量 ；对于开环系统，24.6mkg 2.8dJkgcm一般取加速时间 。当机床以最快进给速度 运动时电动

12、0.5ats10/inv机的最高转速为： max1.2/in14.67/in6nrrmax2()6098apdinTJt3.14.6725(4.68)02.8kgfcNm（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 qT()(10.8620.57)10.5qapfT Nm计算快进力矩 KJ.).8Jf计算工进力矩 GJ(0.43570.4JcfT（9）选择驱动电动机的型号根据以上计算和查表选择国产 150BF002型电动机，其主要参数如下：相数，5；步距角， ；最大静转矩， ；转动惯量， ；最0.75/113.72Nm29.8kgcm高空载启动频率，2800Hz；运行

13、频率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 确定最大静转矩 ：sT机械传动系统空载启动力矩 与所需的步进电动机的最大静转矩 的关系q 1sT为：10.95qsT1.10.67.qs Nm机械传动系统空载启动力矩 与所需的步进电动机的最大静转矩 的关系qT2sT为：20.41.73GJsT取 和 中的较大者为所需的步进电动机的最大静转矩 。1 sT10.67Nm本电动机的最大静转矩为 ，大于 ，可以在规定的时间内正常启动，.2NmsT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 与伺服电动机的转动惯量 之比一般应满足下式：LJmJ0.251dmJ因为 ，故满足惯量

14、匹配要求。4.70.36.25,198dJ4.9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 ，机床执行部件60min90/KN的质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为 、 ，滚珠丝杠螺母副和机床执行部s件的等效质量为 ，已知 m=30.61kg，则：1/3dsm23.647.84.1s kg(0)3.95ds 6019/24/3.5ncdKradsradsm折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为 222(.8427)6.80.8siJkgcmkckgm已知滚珠丝杠的扭转刚度 ，则1356.4/sKNrad135.04./sntKradJ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

15、、扭转nc振动系统的最低固有频率 都比较高。一般按 的要求来设计机械nt30/nrads传动系统的刚度，故满足要求。4.10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 ，导轨的6min190/KN静摩擦力为 ，则046FN3336min240114.829K 即 ，故满足要求。4.8（2）计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 maxk3max0inmax1()0kFK3366140()10.7927m即 ，故满足要求。max.7k（3）计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差已知负载力矩 ，扭矩作用点之间的距离 ，68KJTNm235Lm丝杠底径 ，则有2.9d2244357107.100.29.L由该扭转变形 引起的轴向移动滞后量 将影响工作台的定位精度，有0.96.30m4.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号确定滚珠丝杠螺母副的精度等级，本进给传动系统采用开环控制系统，应满足如下要求：30 max.8()0.8(4.7105)31.9p kVe m定 位 精 度0. 39up 定 位 精 度 -取滚珠丝杠螺母副的精度等级为 3级，查表得 ，当螺纹长度约02pV为 350mm时， ， ； ；13pe12upV0.pe25.9pueV故满足设计要求。纵向进给系统的设计方法与横向进给系统类似，不在此赘述了。