数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证

《数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证【摘要】本文阐述了半闭环伺服进给系统设计计算的一般方法，着重介绍了伺服电机选型，主要技术参数的计算，转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化，定位精度的计算和校验，并附以实例设计计算及试验验证。　　【关键词】伺服进给；设计计算；电机选型；参数匹配；定位精度计算及校验　　　　高速化、高精度是当今数控机床、加工中心发展方向，对机床定位精度、重复定位精度、快速响应特性提出了更为严格的要求。合理设计伺服进给系统各项技术参数，是确保机床高可靠性、高稳定性、高精度、高品质必要条件

2、。　　1.伺服进给系统设计计算　　目前，一般数控机床多为半闭环控制，其进给系统设计计算，主要是在确保定位精度前提下，合理设计各项技术参数,主要包括：1、伺服电机的选型；2、转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化；3、定位精度的验算；4、最大死区误差是否符合定位精度的指标。　　1.1伺服电机的选型　　⑴伺服电机最高转速nmax，其计算式为：　　nmax=k•(r/min)(1)　　式中：Vm—快进速度，m/min　　i—传动减速比，ｉ＝ｎ电机／ｎ丝杆　　S—丝杆螺距，m　　k—裕度系数（取1

3、～1.5）　　⑵额定输出转矩Ｍｄ，其计算式为：　　Ｍｄ≥ＭＬ　　ＭＬ=ＭＶ+ＭＲ(2)　　式中：ＭＬ—伺服系统的静态转矩　　ＭＶ—切削负载转矩　　ＭＲ—整个系统的摩擦转矩　　①由切削力引起的折算到电机轴的切削负载转矩估算　　(a)X、Y轴向进给力的计算：　　最大圆周铣削力Ｆｃ,计算公式（不对称逆铣时为最大）：　　Ｆｃ　　式中：Ｍｍａｘ—主轴最大切削扭矩，　　D—刀具直径　　不对称铣削分力的计算公式：　　进给方向上的分力FHFH=0.9FC　　垂直于进给方向上的分力FVFV=0.7FC　　轴向分力Fa

4、Fa=0.55FC　　X向进给力计算：Ｑｘ＝ＫＰＸ+μ０（ＰＺ+Ｐｙ＋ＧＸ）(3)　　Y向进给力计算：Ｑｙ＝ＫＰｙ+μ０（ＰＺ+Ｐｘ＋Ｇｙ）(4)　　式中：Px、Py、Pz分别为沿导轨运动方向、法向和铅垂方向的切削分力：　　ＰＸ＝ＦＨ;Ｐｙ＝ＦＶ;ＰＺ＝Ｆａ　　ＧＸ、Ｇｙ—分别为x轴和y轴移动部件的重量　　μ０—当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４　　K—颠覆力矩影响系数，矩形导轨K=1.1，燕尾导轨Ｋ＝1.4　　(b)Z向进给力的估算(以钻孔时为最大):　　其计算式为：FZ=CPDXpSYpＫσ　

5、　式中：系数项CP=831；XP=1；YP=0.7　　D—刀具直径，mm　　S—每转进给量，mm/r　　Ｋσ—工件材料的修正系数，Ｋσ=（）0.75；σb—工件强度极限Z轴采用矩形贴塑导轨时，轴向进给力ＱＺ估算：　　ＱＺ=KFZ+μ０P(5)　　式中：K—颠覆力矩影响系数,取值同前　　FZ—Ｚ向进给力　　μ０—导轨当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４　　P—铣头压板对导轨面的正压力　　(c)进给力引起折算至电机轴的切削负载转矩ＭＶ：　　ＭＶ=(6)　　式中：Q—轴向进给力，N（Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ为别为

6、X、Y、Z轴向进给力）　　S—丝杆导程，m　　η—机械传动效率　　ｉ—传动减速比　　②系统的摩擦转矩ＭＲ由以下几部分组成：　　ＭＲ=ＭＲｆ+Ｍ０+ＭＲＳＬ(7)　　(a)由导轨摩擦阻力所产生的阻转矩ＭＲｆ　　ＭＲｆ=μ０•［（ｍｗ＋ｍｔ）•ｇ＋Ｆｖｔ］　　式中：μ０—导轨摩擦系数，贴塑导轨取0.02～0.06，滚动导轨取0.003～0.01　　ｍｗ—最大工件重量，kg　　ｍｔ—移动部件重量，kg　　g—重力加速度，ｍ／ｓ２　　Ｆｖｔ—切削力在工作台垂直方向分量，N　　S—丝杆

7、螺距，m　　(b)滚珠丝杆预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦转矩Ｍ０　　Ｍ０＝（１－η）　　式中：Ｐ０—滚珠丝杆预加载荷，N　　S—丝杆螺距，m　　η—传动链总效率　　ｉ—齿轮降速比　　η０—滚珠丝杆未预紧时的效率，一般η０≥０．９　　(c)滚珠丝杆支承轴承采用向心推力球轴承，其磨擦转矩ＭＲＳＬ　　ＭＲＳＬ=•μＳＬ•ｄｍ•Ｆａｖｌ　　式中：μｓｌ—轴承摩擦系数，取0.002～0.005　　ｄｍ—轴承内径，m　　Ｆａｖｌ—轴承轴向载荷，N　　对于径向轴承其摩擦阻转

8、矩很小可忽略　　⑶按计算所得电机最大转速ｎｍａｘ和最大静态转矩ＭＬ，初选相应的伺服电机。　　1.2惯量、转矩、加速能力的匹配校验及优化，确定伺服进系统　　⑴惯量匹配校验应满足下式　　０．５≤≤０．８(8)　　式中：Ｊｍ—电机转子惯量　　Ｊｔ—折算到电机轴上的负载惯量　　上式中Ｊｔ应包括以下几个方面　　①工作台直线移动部分折算到丝杆上的转动惯量ＪＷ　　ＪＷ=•ｋｇ•ｍ２(9)　　式中：max—为电机最大扭矩　　S—为丝杆导程　　Ｊ—折算到丝杆轴上