• 数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    本文论述了半闭环伺服进给零碎设计盘算的普通方法,侧重介绍了伺服机电选型,次要技术参数的盘算,转矩、惯量、减速才能的婚配校验及优化,定位精度的盘算和校验,并附以实例设计盘算及实万博体育英超网页版,万博英格兰超级联赛球队,万博手机炸金花网址 验验证。

    关键词伺服进给;设计盘算;机电选型;参数婚配;定位精度盘算及校验

    高速化、高精度是现今数控机床、加工中心发展标的目的,对机床定位精度、反复定位精度、快捷响应个性提出了更为严正的要求。平正设计伺服进给零碎各项技术参数,是确保机床高可靠性、高稳定性、高精度、高质量必要条件。

    1.伺服进给零碎设计盘算

    目前,普通数控机床多为半闭环控制,其进给零碎设计盘算,次要是在确保定位精度前提下,平正设计各项技术参数,次要包孕1、伺服机电的选型;2、转矩、惯量、减速才能的婚配校验及优化;3、定位精度的验算;4、最大死区偏差能否合乎定位精度的目的。

    1.1伺服机电的选型

    ⑴伺服机电最高转速,其盘算式为

    =?(/)(1)

    式中—快进速率,/

    —传动减速比,=机电/丝杆

    —丝杆螺距,

    —裕度系数(取1~1.5)

    ⑵额外输出转矩,其盘算式为

    =+(2)

    式中—伺服零碎的新闻转矩

    —切削负载转矩

    —整个零碎的摩擦转矩

    ①由切削力惹起的折算到机电轴的切削负载转矩预算

    ()、轴向进给力的盘算

    最大圆周铣削力,盘算公式(不对称逆铣时为最大)

    式中—主轴最大切削扭矩,

    —刀具直径

    不对称铣削分力的盘算公式

    进给标的目的上的分力=0.9

    垂直于进给标的目的上的分力=0.7

    轴向分力=0.55

    向进给力盘算Q=+μ0(++)(3)

    向进给力盘算Q=+μ0(++)(4)

    式中、、别离为沿导轨活动标的目的、法向和铅垂标的目的的切削分力

    =;=;=

    、—别离为轴和轴挪动部件的份量

    μ0—当量摩擦系数,贴塑导轨μ0=0.04

    —推翻力矩影响系数,矩形导轨=1.1,燕尾导轨=1.4

    ()向进给力的预算(以钻孔时为最大)

    其盘算式为=σ

    式中系数项=831;=1;=0.7

    —刀具直径,

    —每转进给量,/

    σ—工件材料的批改系数,σ=()0.75;σ—工件强度极限轴采纳矩形贴塑导轨时,轴向进给力Q预算

    Q=+μ0(5)

    式中—推翻力矩影响系数,取值同前

    —向进给力

    μ0—导轨当量摩擦系数,贴塑导轨μ0=0.04

    —铣头压板对导轨面的正压力

    ()进给力惹起折算至机电轴的切削负载转矩

    =(6)

    式中Q—轴向进给力,(Q、Q、Q为别为、、轴向进给力)

    —丝杆导程,

    η—机械传动效率

    —传动减速比

    ②零碎的摩擦转矩由以下几局部组成

    =+0+(7)

    ()由导轨摩擦阻力所发生的阻转矩

    =μ0?(w+)?+

    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

    w—最大工件份量,

    —挪动部件份量,

    —重力减速率,/2

    —切削力在事情台垂直标的目的份量,

    —丝杆螺距,

    ()滚珠丝杆预紧惹起的折算到马达轴上的附加摩擦转矩0

    0=(1-η)

    式中0—滚珠丝杆预加载荷,

    —丝杆螺距,

    η—传动链总效率

    —齿轮降速比

    η0—滚珠丝杆未预紧时的效率,普通η0≥0.9

    ()滚珠丝杆支承轴承采纳向心推力球轴承,其摩擦转矩

    =?μ??

    式中μ—轴承摩擦系数,取0.002~0.005

    —轴承内径,

    —轴承轴向载荷,

    对径向轴承其摩擦阻转矩很小可疏忽

    ⑶按盘算所得机电最大转速和最大新闻转矩,初选照应的伺服机电。

    1.2惯量、转矩、减速才能的婚配校验及优化,确定伺服进零碎

    ⑴惯量婚配校验应餍足下式

    0.5≤≤0.8(8)

    式中—机电转子惯量

    —折算到机电轴上的负载惯量

    上式中应包孕以下几个方面

    ①事情台直线挪动局部折算到丝杆上的转动惯量W

    W=??2(9)

    式中W—事情台与工件最大工件份量,

    —丝杆螺距,

    —重力减速率,=9.8/2

    ②滚珠丝杆惯量

    罗纹段=0.78×10-64?

    式中—丝杆表面直径,(10)

    —丝杠罗纹段长度,

    别的还须加上丝杆延长端惯量

    ③联轴器惯量---可参阅所选联轴器技术参数

    ④锁紧螺母、丝杆端齿轮等旋转体的转动惯量2

    ⑤机电端齿轮惯量1

    最初可得折算到机电轴上总负载惯量

    )齿轮传动时=1+

    )丝杆与机电直联时=++2

    零碎总惯量=+(12)

    ⑵转矩婚配校验

    对数控机床而言,因为动态个性要求较高,以是马达力矩次要是用来发生减速率。即

    =≤(13)

    式中—空载启动时折算到机电轴上的减速力矩

    —零碎时间常数

    —伺服机电转速

    —折算到机电轴上的总惯量

    要求<转矩婚配成立

    ⑶减速才能婚配校验

    事情台能到达的减速率=?(14)

    式中—为机电最大扭矩

    —为丝杆导程

    —折算到丝杆轴上的负载惯量,?2

    =2+12+14++

    零碎要求的最大减速率=(15)

    式中,——为零碎增益,取8~25

    要求>,减速才能餍足要求。

    经婚配校验,在预选的机电的几个型号中,按照三个约束条件,举行婚配校验,优化选取平正设计参数,确定伺服机电型号。

    1.3盘算刚度转变惹起定位偏差和最大死区偏差能否合乎定位精度的目的

    ⑴机械传动安装刚度盘算

    机械传动局部的变形次要为滚珠丝杠螺母的轴向变形、滚珠丝杆的拉压变形和轴承的轴向接触变形,这三项的刚度别离为、△、

    按照布局尺寸,盘算各局部折算至丝杆—事情台的综合拉压刚度0

    ①丝杆的拉压刚度△△=×(16)

    式中—丝杆中径,

    —弹性模量,=2.1×105(/2)

    —受力点到支承端距离,

    —行程比=

    —总行程长,

    )丝杆一端轴向固定,一端简支时,螺母处于行程最远点时,刚度最低

    △=(17)

    )丝杆二端轴向固定时,螺母处于行程中间地位时,刚度最低

    △=(18)

    ②丝杆螺母副的轴向接触刚度==(19)

    式中—轴向载荷

    —预紧力

    ?撞—滚珠数目,?撞=×圈数×列数

    —一圈的滚珠数。=(外轮回);=-3(内轮回)

    ③轴承的轴向刚度,技术参数可参阅所选轴承

    ④联轴器的刚度,技术参数可参阅所选联轴器

    则机械传动安装的总拉压刚度

    0=(20)

    0=(21)

    ⑵零碎的伺服刚度盘算

    马达轴上的伺服刚度

    =(1+0)(22)

    式中—转矩系数,./

    —反电动系数,/

    —零碎的开环增益,普通为8~201/2

    —速率环的开环增益,普通(2~4)

    ——伺服放大器和电枢回路电阻,Ω

    折算至丝杆—事情台上的拉压刚度为

    =×

    因为伺服刚度的具有,整个伺服进给零碎终极反应在丝杆—事情台上的综合拉压刚度0应是处于闭环处的机械传动安装自身的拉压刚度0与机电轴上的伺服刚度折算到丝杆—事情台上的拉压刚度’串联而成的弹性零碎的刚度,其最小值为

    0=(23)

    ⑶定位精度的验算

    数控机床的定位精度在空载时测定,其机械传动安装刚度转变惹起的定位偏差

    δ=μ0-(24)

    式中μ0—贴塑导轨轨摩擦系数,取0.04

    —事情台份量,

    盘算所得定位偏差δ小于(~)机床定位精度,则餍足设计要求。

    1.4校验最大死区偏差能否餍足机床定位精度和反复定位精度要求

    最大死区偏差盘算公式

    △==(25)

    盘算所得死区偏差小于机床定位精度,才能餍足设计要求。

    2.实例盘算

    以560数控床身铣床为例剖析盘算,其伺服进给零碎采纳半闭环控制体式格局,选用0数控零碎,脉冲当量为0.001。三轴的滚珠丝杆均采纳直联万博体育英超网页版,万博英格兰超级联赛球队,万博手机炸金花网址传动和两头固定体式格局,采纳滚珠丝杆公用600角接触球轴承,机床导轨为贴塑滑动导轨。

    该机床主轴最大切削扭矩为70?,定位精度为0.020/300,事情台部件重为330,床鞍部件重为350,事情台最大承重为630,铣头部件重440,均衡锤重400,三向快捷挪动速率15/,向行程为900,丝杆撑持跨距=1270,丝杆导程=10,丝杆公称直径为40,贴塑导轨摩擦系数取μ0=0.04

    使用本文所述盘算方法剖析以下

    2.1伺服机电的选型

    ⑴伺服机电最高转速,由式(1)=1500~2250/

    ⑵额外输出转矩设刀具直径=80,最大圆周铣削力=1630

    由式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)盘算了局,汇列下表

    ④伺服机电的选型

    初选型号为α12,=12?,机电惯量0.00627?2,2000/,

    2.2转矩、惯量、减速才能的婚配校验及优化,确定伺服进给零碎

    α12机电技术参数及按照式(8)~(15)盘算了局,汇列下表

    上表了局可知,所设计的伺服进给零碎餍足惯量、减速才能和转矩婚配要求。

    2.3盘算刚度转变惹起死区偏差能否合乎定位精度的目的

    、、三个标的目的采纳直联传动布局。轴的行程最大,事情情况最差,故校验轴伺服进给零碎能否餍足设计目的。

    如图所示为半闭环伺服进给零碎,因为机械传动等非线性因素不在地位环之内,因而零碎稳定性容易到达,而死区偏差(包孕伺服刚度惹起的死区偏差)则是影响定位精度的次要因素,故校验死区偏差,以餍足设计目的要求

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    ?型

    ⑴伺服机电最高转速,由式(1)nnax=1500~2250r/min

    ⑵额外输入转矩设刀具直径D=80妹妹,最大圆周铣削力FC=1630N

    由式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)盘算了局,汇列下表

    ④伺服机电的选型

    初选型号为αC12,Md= 万博体育英超网页版,万博英格兰超级联赛球队,万博手机炸金花网址12N?m,机电惯量0.00627kg?m2,nnax2000r/min,

    2.2转矩、惯量、减速才能的婚配校验及优化,确定伺服进给零碎

    FANUCαC12机电技术参数及按照式(8)~(15)盘算了局,汇列下表

    上表了局可知,所设计的伺服进给零碎餍足惯量、减速才能和转矩婚配要求。

    2.3盘算刚度转变惹起死区偏差能否合乎定位精度的目的

    X、Y、Z三个标的目的采纳直联传动布局。X轴的行程最大,事情状况最差,故校验X轴伺服进给零碎能否餍足设计目的。

    如图所示为半闭环伺服进给零碎,因为机械传动等非线性因素不在地位环以内,因此零碎稳定性容易到达,而死区偏差(包孕伺服刚度惹起的死区偏差)则是影响定位精度的次要因素,故校验死区偏差,以餍足设计目的要求

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