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1、目录前言21、数控机床进给系统概述2.1.1伺服进给系统概述21.2伺服进给系统分类31.3伺服进给系统的基本要求31.4主要设计任务3.2.1确定滚珠丝杠副的导程32.2确定当量转速与当量载荷32.3预期额定动载荷42.4确定允许的最小螺纹底径62.5确定滚珠丝杠副的规格代号72.6确定滚珠丝杠副预紧力72.7行程补偿值与与拉伸力72.8确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格82.9滚珠丝杠副工作图设计82.10电机选择9.2.11传动系统刚度112.12刚度验算及精度选择122.13验算临界压缩载荷132.14验算临界转速1.33、PLC控制系统设计143.1 控制部分的要求及硬件的选择14
2、3.2 PLC组成及工作原理143.3 变频器工作原理153.4 编码器工作原理163.5 顺序功能图及硬件接线图173.6 PLC程序计算公式18结束语2.2参考文献2.2.、F一、-前言随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控车床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控车床的类型将更加多样化；激光加工等技术将应用在车床的切削加工上；数控车床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。无人化，规模化生产对加工设备提出了高速度，高精度，高效率
3、的要求，交流伺服系统具有高响应，免维护，高可靠性等特点，正好适应了这一需求。例如，日本法努克公司，三菱电机公司，安川电机公司，德国西门子公司，aeg公司，力士乐公司，美国抗体公司，通用电气公司等均先后在1984年前后将交流伺服系统付诸实用。进入20世纪90年代，微电子制造工艺的日臻完善，使得DSP运算速度呈几何数上升，达到了伺服环路高速实时控制的要求，一些运动控制芯片制造商还将电机控制所必需的外围电路与DSP内核集成于一体，使得伺服控制回路采样时间达到100ms以内，由单一芯片实现自动加、减速控制，电子齿轮同步控制，位置、速度、电流三环的数字化补偿控制。一些新的控制算法如速度前馈、加速度前馈、
4、低通滤波、凹陷滤波等得以实现。目前一些工业发达国家的伺服系统生产厂家基本上均能够提供全数字交流伺服系统或者可以与自己的CNC系统相配套，如日本FANUC公司、三菱电机公司、安川电机公司、松下公司、山洋电机公司、德国Siemens公司、力士乐Indramat公司、Lenze公司、美国A.B公司、Kollmorgen公司、Relliance公司、Baldor公司、PacificScientific公司等。1、数控机床进给系统概述1.1伺服进给系统概述数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转
5、换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地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运动规律所合成的运动轨迹。1.2伺服进给系统分类数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种：（1）开环伺服系统（2）半闭环伺服系统（3）闭环伺服系统1.3伺服进给系统的基本要求（1）精度要求（2）响应速度（3）调速范围（4）低速、大转矩1.4主要设计任务X轴：进给行程330mm；进给速度3300mm
6、/min，快移速度8m/min,；最大进给力：4300N；定位精度:0.012mm/300mm,重复定位精度:0.006mm，横向滑板上刀架重量：83Kg。2、伺服进给系统的设计计算2.1确定滚珠丝杠副的导程因电机与丝杠直联，i=1Vmax=8m/min预设Nmax=1200r/min代入得，Ph=6.667mm查表，取Ph=102.2确定当量转速与当量载荷（1）各种切削方式下，丝杠转速=-&nt:丝杠转速r/mm1=12止卫Vt;进给速度m/twii=1,2,AsnVI=3.3m/minV2=8m/min代入得n1=330n2=800各种切削方式下，丝杠轴向载荷F二PWWi12F:丝杠轴向载
7、荷NI=1，2，niP:进给力Pl=4300N，P2=0N已知W1+W2=830N代入得F1=5130N,F2=830N(3)当量转速当负荷与转速接近正比，各转速使用机会均等时n+nn=maxminm2n:当量转速r/minm求得nm=565r/min(2) 当量载荷2F+FF=maxminm3代入得F=3697Nm2.3预期额定动载荷（1）按预期工作时间估算按表2-4查得：轻微冲击取f=1.3w按表2-2查得：13取按表2-3查得：可靠性90%取f=1c按表2-1查得：L=15000小时h代入得798C38361Nam表2-1各类机械预期工作时间表2-2各类精度等级表2-3可靠性系数表2-4
8、负载性质系数(2)拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F计算:max按表2.5查得：中预载取F=4.5eC23085Nam取以上两种结果的最大值C38361Nam腔預敦e.74.5X4表2.5预加载荷系数2.4确定允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 （1/31/4）重复定位精度 （1/41/5）定位精度:最大轴向变形量Um已知：重复定位精度0.6Pm,定位精度1.2Pm=0.2=0.3取两种结果的小值=0.2Um（2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式（1.11.2）行程+（1014）已知：行程为330mm,W=830N,取卩=0.210代入得L=430mmF1
9、66N0d23.2mm2m2.5确定滚珠丝杠副的规格代号(1) 选内循环垫片预螺母式滚珠丝杠副(2) 由计算出的皿昶如在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD3210-5Ph=10C4000038361Nad3223.2mm22.6确定滚珠丝杠副预紧力其中F=5130NmaxF1710Np2.7行程补偿值与与拉伸力(1)行程补偿值C=11.8tLx10，6u式中：沁L+(814)PkhL=330mmkL沁430mmuCu13pm预拉伸力Ft=1.95Atd代入得F4992t2.8确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格（1）轴承所承受的最大轴向载荷代入得F二10122NBmax（2）轴承类型两端固定
10、的支承形式，精密滚珠丝杠推力角接触球轴承（3）轴承内径d略小于d=32F二13F2BPBmax取代入得F=3374NBP（4）轴承预紧力预加负荷三（5）按样本选轴承型号规格所以选760306TN1轴承d=30mm预加负荷为4300F二3374NBP2.9滚珠丝杠副工作图设计（1）丝杠螺纹长度L：sL=L+2L由表二查得余程Le=40sue绘制工作图(2)两固定支承距离L1按样本查出螺母安装联接尺寸丝杠全长L=700mm2.10电机选择(1)作用在滚珠丝杠上各种转矩计算外加载荷产生的摩擦力矩T(Nm)FFPT=103f2kt|1,2,3级精度的丝杠n=0.9带入得T=907210-3NmF滚珠丝
11、杠预加载荷F产生的预紧力矩T(Nm)Pp10-3FP1-n2ph2,n2T=160510-3(Nm)(2)负荷转动惯量J(kg-m2)及传动系统转动惯量(kg-m2)的计算nvJ=EJ()2+Em(j)2linj2,nmm式中J,n为各旋转件的转动惯量和转速iim,V为各直线运动部件的质量和速度jjJ,n为电机的转动惯量和转速mmJ滚珠丝杠质量约为5KGJ=0.127kgcm2带入得J=2.23kgcm2l(3) 加速转矩Cr)和最大加速转矩Taam当转速从n升到n时：122兀(nn)r二j1a60ta当电机从静止升至n时：max2兀nTJmaxam60ta式中t-加速时间(3-4)tamt-
12、电机时间常数查得t=4.91msmmt取3.5tam求得T=12.54(NM)aT=18.4(NM)am(4) 电机的最大起动转矩(NM)TT+(T+T+T+T)i+TramfpbfeT=31.1r(5) 电机连续工作最大转矩(NM)T(T+T+T+T)i+TmfpbfeT=12.7m6）确定电机我们选用120MB150A-001000交流伺服电机T=42.9731.1rT=14.3212.7m2.11传动系统刚度(1)丝杠抗压刚度1) 丝杠最小抗压刚度K=6.6厶X10sminK:最小抗压刚度N/msmind:丝杠底径2L:固定支承距离1K=200N/msmin2) 丝杠最大抗压刚度K=6.
13、6X10smaxK:最大抗压刚度N/msmaxK=2600N/msmax(2) 支承轴承组合刚度由样本查出一对预紧760306TN1轴承K=740N/mBO2) 支承轴承组合刚度K=2KbBOK=1480N/mbK:支承轴承组合刚度N/mb3) 滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度aaK=KCC(oFc1)3aK:滚珠和滚道的接触刚度N/mCK:查样本上的刚度N/mCF:滚珠丝杠副预紧力NPC:额定动载荷Na由样本查得：K=1410N/Cm；C=34500N；aF=4300NP得K=1517N/mC2.12刚度验算及精度选择已知W=830N，=0.2F166N0=F:静摩擦力N0:静摩擦系数W:正压力N(2) 验算传动系统刚度KminK:传动系统刚度Nmin已知反向差值或重复定位精度为6K=20044.3min(3) 传动系统刚度变化引起的定位误差=0.8m(4) 确定精度V:任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言,300pVW0.8X定位精度-300p定位精度为12m/300V V8.8“m300p丝杠精度取为2级V =8mV8.8300p(5) 确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：FFZD公称直径：32导程：10P类2级精度FFZD4010-3-P2.13验算临界压缩载荷d4F
