卜凡数控铣床进给系统的设计.doc

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1、交流驱动数控铣床Y轴进给系统设计系 部： 机电工程系 专 业： 机械电子工程 班 级： 1308班 姓 名： 卜凡学 号： 2013090836目 录摘要IAbstractII第一章绪论11.1 数控技术与数控机床11。2数控铣床与其进给系统21.3总体设计方案的拟定2第二章机床横向进给系统机械部分计算与设计52.1 脉冲当量的选择与切削力的计算52.2伺服电机的选择62.3 导轨设计72.5造型过程8第三章零件的数控加工及程序编制93。1 数控工艺分析和加工路线的确定93。2 数控机床的选型93.3定位基准、装夹方案和对刀点93。4 选择刀具103。5 控制系统总体方案的拟定10结论17参考

2、文献18数控铣床(500mm）Y轴进给系统设计摘要近年来，我国经济飞速发展，既促进和带动了制造业的发展，也使其遇到了严峻的挑战，迫切地需要改造传统的加工制造模式。这其中很重要的一条就是使用更高速、更精确、更可靠的数控机床来代替普通的人工机床。本文就是在这样的背景下，借助先进的CAX软件UG NX 5.0,通过对其他数控机床的分析与观察，根据实际要求,分析、设计数控铣床(500mm）横向进给系统.特别值的一提的是，本文摒弃了传统的二维设计方法，利用UG进行三维参数化造型设计,直接生成工程图纸和加式代码，这对于缩短设计周期，提高设计质量和产品的加工生产效率有着重要的意义.第一章 绪 论1。1 数控

3、技术与数控机床数控技术是现代制造技术的基础。它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。数控机床替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益.目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点.数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业.1。2 数控铣床与其进给系统数控铣床可以人为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也不尽

4、相同，主要有点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径自动补偿功能、刀具长度自动补偿功能、镜像加工功能、固定循环功能和特殊功能。具备自适应功能的数控铣床可以在加工过程中把感受到的切削状况（如切削力、温度等)的变化，通过适应性控制系统及时控制机床改变切削用量，使铣床及刀具始终保持最佳状态,从而可获得较高的切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命。数控铣床在配置了数据采集系统后，就具备了数据采集功能。目前已出现既对实物扫描采集数据,又能对采集到的数据进行自动处理生成数控加工程序的系统,这些为进行设计制造一体化工作提供了手段。数控机床的进给系统是数控装置与机床本体的传动环节，其作用是接收数控装置发出的进给

5、速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。它能根据指令信号精确的控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。1。3 总体设计方案的拟定一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。本次设计的机床要求具有定位、直线插补、顺、逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能,故应选择连续控制系统.二、控制方式的选择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。本次设计的机床精度要求高，但考虑到经济及调试等问题,

6、选用半闭环型的控制系统。三、机械传动方式目前数控铣床的纵向和横向多采用伺服电机,进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙.我们这里拟采用的是滚珠丝杠副传动,以减少摩擦系数，提高进给机构的整体刚度。滚珠丝杠与电机间用联轴器直接连接，以消除间隙.第二章 机床横向进给系统机械部分计算与设计2.1主要参数如下：工作台面积(长宽） 900320 mm工作台左右行程（X向) 630 mm工作台前后行程(Y向) 500 mm主轴上、下行程（Z向） 500 mm工作台最大承重 600 kg主轴端面至工作台面距离 125625 mm 刀具最大尺寸100250 mm 刀具最大

7、重量 6 kg主轴最高转速 8000 rpm 进给速度 5-5000 mm/min 快速移动速度 15000 mm/min 主电机功率7。5kw 主轴最大输出扭矩 94 N。m定位精度JB/T8772。41998 X:0。01mm ，Y、Z：0。01mm全程 进给电机扭矩 8 N。m起动加速时间（ms）：302.2 伺服电机的选择伺服电机的选用,应考虑三个要求：最大切削负债转矩，不得超过电机的额定转矩,电机的转子惯量应与负载惯量相匹配（匹配条件可根据伺服电机样本提供的匹配条件，也可以按照一般的匹配规律）；快速移动时,转矩不得超过伺服电机的最大转矩。（1） 最大切削负载转矩计算 所选伺服电机的额

8、定转矩应大于最大切削负载转矩.最大切削负载转矩T可根据下式计算，即 T=（+）i= +2。4+0。23=2。85（） 其中，从前面的计算已知最大进给力=1930N，丝杆导程=10mm=0.006m，预紧力=3120N,查丝杆样本，滚珠丝杆螺母副的机械效率=0。9。因滚珠丝杆预加载荷引起的附加摩擦力矩=31200。01/29.8=1。87()查单个轴承的摩擦力矩为0.115，故一对轴承的摩擦力矩=0。23。伺服电机与丝杆直连其传动比i=1.（2） 负载惯量计算伺服电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配。负载惯量可按以下次序计算.工件、夹具与工作台折算导电机轴上的惯量: 0。00152(）丝杆加在电机

9、轴上的惯量 丝杆名义直径=45mm，长度l=600m，丝杆材料钢的密度=7.8。根据下列计算，丝杆加在电机轴上的惯量为0。0024（）联轴器加上锁紧螺母等的转动惯量可直接查手册得到=0。001则负载及机械传动装置总的转动惯量为：按照小型数控机床惯量匹配条件，所选伺服电机的转子惯量应在0。006050。0242范围之内。根据上述计算可初步选定伺服电机。选用交流伺服电机,可选FB14型交流伺服电机,其额定转矩为16.8Nm，大于最大切削负载转矩M=2。8Nm;转子惯量=0。016，满足匹配要求。 FB14型交流伺服电机的主要技术参数如下。 最高转速:1500r/min . 额定转矩：16。8Nm

10、。 最大转矩：154Nm . 转子惯量：0.016. 反电动势系数：0.583。 转矩系数：0.57Nm/A。 电驱交流电阻。（3）空载加速转矩计算 当执行件从静止以阶跃指令加速导最大移动（快速移动）时,所需的空载加速转矩为= 空载加速时，主要克服的是惯性。总惯量0。00605+0。019=0。025（Nm) 则 =86 (Nm） 空载加速转矩不允许超过伺服电机的最大输出转矩。由此可见，FB14型交流伺服电机的=154Nm=86Nm，满足设计要求。（4）伺服系统增益通常取系统增益为825.对轮廓控制的数控铣床可取较大值。如取=20。伺服系统的时间常数=1/=1/20s=0.05s.根据=。如选

11、用FB14型交流伺服电机,执行件（工作台）达到的最大加速度为（m/)伺服系统要求达到的最大加速度发生在系统处于时间常数内，执行件的速度从-增加导+时显然，因而按照加速能力选择=20是合适的.如远小于a，可适当增大值以提高系统的性能.2.3 导轨的设计铣床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁、等支承件上的导轨进行运动的，导轨的作用概括地说就是对运动部件起导向和支承作用，导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。导轨主要由机床上两个相对运动部件的配合面组成一对导轨副,其中不动的配合面成为支承（固定）导轨，运动的配合面成为运动导轨。2.4传动系统刚度及精度验算丝杆的导程误差、伺

12、服系统误差、丝杆轴承的轴向跳动误差和在载荷作用下各机械作用下各机械环节弹性环节变形引起的误差是影响系统精度的因素。(1)传动系统综合刚度计算 由滚珠丝杆本身的抗压刚度、支承轴承的轴向刚度、滚珠丝杆副中滚珠与滚道的接触刚度、折算到滚珠丝杆副上伺服系统刚度、折算到滚珠丝杆副上联轴节的刚度、滚珠丝杆副的抗扭刚度、螺母座、轴承座的刚度形成的综合刚度K为：一般在校核计算中，折算到滚珠丝杆副上联轴节的刚度、滚珠丝杆副的抗扭刚度、螺母座、轴承座的刚度、伺服刚度一般可忽略不计。则上式可简化为： （1.1)滚珠丝杆本身的抗压刚度已知工作台的横向行程为400mm，当螺母移动到离定位点最远位置时，距离为最远，最大距

13、离为734mm=0.734m。则丝杆拉压刚度为=399(N/）式中 丝杆底径 E丝杆材料钢的弹性惯量,E=（1.2）丝杆轴承的轴向刚度单排推力球轴承51307的预加载荷=3102N,轴向外载荷为导轨摩擦力=fG=0.036009.8=176N，故轴向载荷为预加载荷与轴向外载荷之和，即=+=3102+176=3278（N）。丝杆轴承轴向载荷刚度可按下式求得，即=505（N/）(1.3)滚珠丝杆螺母的接触刚度查丝杆螺母样本手册得=2300(N/）则传动系统总和刚度K为=174（N/）（2)弹性变形量数控铣床的定位精度是在不切削空载条件下检验的.故轴向载荷仅为导轨的摩擦力。本设计中的摩擦力=206N

14、,故因引起的弹性变形量为（3）定位误差验算本设计中滚珠丝杆在任意300mm内的导程误差为6,加弹性变形量=1，即6+1=7。再加上某些次要因素，将不会超过要求的定位公差,能满足定位精度0.01的设计要求。2。5 造型过程本次设计中的三维造型全部采用UGNX5。0，主要是对电机外形、联轴器、轴承、轴承座、丝杆、丝杆螺母、底座以及一些标准件的造型设计。1、 底座的设计底座是整个进给机构的支撑部件，尺寸为806270165mm，上表面用作导轨，里面的凸台用于和轴承座配合,端面用于安装电机，毛坏铸造，有配合的面应进行机加工。2、丝杆的设计丝杆是将电机的旋转运动转化为工作台的直线运动，是一个重要的部件，此丝杆的公称直径为45mm，长605mm，两端用深沟球轴承和推力球轴承固定,分别承受径向力和轴向力。3、轴承的设计本设计采用了深沟球轴承6307和推力球轴承51307来固定丝杆。