经济型数控车床进给伺服系统设计

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最大进给速度： 纵向 0.6mm/min 主电机功率 7.5kw 启动加速时间 30ms 机床定位精度 0.015mm

此机床进给伺服系统脉冲当量选择：

根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step, 横向：0.005 mm/step （半径）

3.1计算切削力

纵车外圆

主切削力FX（N）按经验公式估算：

1.5.5FX=0.67D1=5360 max=0.67×400

车窗创身上加工最大直径，单位为mm 按切削力各分力比例： Fz：FX：FY=1：0.25：0.4 FX=5360×0.25=1340 FY=5360×0.4=2144

FX——走刀方向的切削分力（N）； FY——垂直走刀方向的切削分力（N）。

3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型

滚珠丝杠副传动低效率高，摩擦损失小；启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好，磨损小，使用寿命长，精度保持型好等优点。在经济型数控机床的进

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给系统中，广泛采用滚珠丝杠副传动机构来实现精密进给运动。

纵向进给丝杠设计如下： 1.计算进给率引力Fm(N)

纵向进给为综合性导轨Fm=K+f'(FZ+G)

=1.15×1340+0.16(5360+800)=2530（N） 式中 K-----考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨为1.15; f'----滑动导轨摩擦系数：0.15～0.18 G------溜板及刀架重力 ：800N 2.计算最大动负载c

c=3Lfw Fm L=

60?n?T 610 n=

1000?vs L0L0---滚珠丝杠导程，初选为6mm；

vs—最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的12~13，此处为0.6m/min;

T—使用寿命，按15000h;

fw—运转系数，按一般运转取 =1.2～1.5；

L—寿命，以10转为1单位。

61000?vs1000?0.6?0.5n===50r/min

6L0L=

60?n?T60?50?1500==45 661010c=3LfwFm=345?1.2?2530=10798.7N 3、滚珠丝杠螺母副的选型

查阅系列外循环滚珠丝杠副系列尺寸，可选用 4006外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠，1列2.5圈，其额定动负载为16400N。等级精度选为3级。

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4、传动效率计算

tg?tg2044'????0.94

tg(???)tg(2044'?10')式中?—螺旋升角

?—摩擦角取10滚动摩擦系数0.003～0.004

‘

5、刚度验算

（1）先画出此纵向进给滚珠丝杠支撑方式草图。最大牵引力为2530N。支撑间距L=1500mm丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。

查滚珠丝杠轴向拉伸压缩变形图，根据Pm=2530N,D0=40mm，查出

?1=

?LL=1.3×10?5

?L×L=1.3×10?5×1500=1.95×10?2(mm) L由于两端采用推力球轴承，且丝杠又进行了与拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍，其实际变形量δ

'1（mm）为

'δ

1=

1 ×δ41=

1?2?2×1.95×10=0.4875×10(mm) 4(2)滚珠丝杠与螺纹滚道之间接触变形

查w系列2.5圈1列滚珠丝杠副滚珠和螺纹滚道接触变形图，得变形量

?Q，因进行

11?了预紧 ?2=2Q=2×6.4=3.2μm

(3)支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形

?3

采用51106型推力球轴承，d1=30mm,滚动体直径dQ=8mm,滚动体数量z=8

3Fm253?c=0.00243=0.00243=0.012 2dQ.Z6.35?82公式中Fm单位未kgf

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因施加预紧力，故?3=根据以上计算： δ=δ

1+

1?c=0.006 2?2+?3=0.0045+0.0032+0.006=0.0137mm<定位精度

6．稳定性校核

滚珠丝杠两端推力球轴承，不会产生失稳现象，不需作稳定性校核。 名 称 公称直径 螺 导程 纹 接触角 滚 钢球直径 道 滚道法面直径 偏心距 螺纹升角 螺杆外径 螺 螺杆内经 杆 螺杆接触直径 螺 螺母螺纹直径 母 螺母内经 符 号 d0 L0 β dq R e γ d d1 dz D D11 R=0.52 dq e=(R-w1L4006 40 6 2?44' 3.969 2.064 0.056 2?44' 39 35.984 36.0355 44.016 40.7938 2L0γ=arctg 3.14d0d1= d0+2e-2R dq)sinβ d=d0-(0.2~0.5) dq dz= d0- dqcosβ D= d0-2e+2R D1= d0+(0.2~0.5) dq 3.3齿轮传动比计算

在伺服系统中起间隙主要来自驱动机构中的传动链，它主要有组成传动链的齿轮、丝杠螺母副以及支撑用的轴承制织造与装配误差所产生。丝杠螺母副采用双螺母预进来消除部分间隙，齿轮传动采用双片齿轮传动来消除间隙。 1、纵向进给齿轮箱传动比计算

已确定纵向进给脉冲当量?p=0.01mm/step，滚珠丝杠导程L0=6mm，初选步进电动机步距角0.75。可计算出传动比i:

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