机电装备课程设计指导书（进给伺服）20081223..doc

机电装备课程设计指导书 机床数控化改装—进给伺服系统设计 机电及自动化工程系 福建工程学院 2008年12月 机电装备课程设计指导书 机床数控化改装—进给伺服系统设计 课题意义 应用数控技术改造传统设备，可以用较少的投入、较短的周期，改善机床的使用性能和功能，提高其自动化水平和生产力，对提升机械制造生产环境有着积极的意义。 本课题要求学生将数控技术与机械装置有机结合，实现系统的优化。 通过本课程设计的训练，使学生掌握机电系统的设计思路和方法。 课题的主要内容 包括：改装对象的结构分析；改装方案的确定；传动系统的轴向负载计算；功能化部件、数控系统的选型；进给伺服系统的结构（装配图）设计；进给传动系统的刚度计算与误差分析；驱动电动机的选型与计算等。 设计与计算 改装对象的结构分析 熟悉被改装的对象及其功能与性能 重点：卧式车床的床鞍、刀架、进给箱、溜板箱、丝杠、床身及导轨、挂轮架等结构和装配方法；原机床能完成的加工方法和进给操作功能；进给速度及范围；了解原机床的相关技术规格。 明确改装后应达到的技术要求及功能 主要技术规格： 主电动机功率：7.5kW，额定转速1500r/min；主轴转速：1400—10r/min； 加工最大直径/长度：床身上?400mm；刀架上?210mm；加工长度1000mm； 刀架运动参数：Z向行程1000mm，X向行程200mm； G00速度；最大切削进给速度；贴塑导轨； 定位精度：0.040mm；重复定位精度：0.016mm； 采用电动转位刀架。 主要功能 直线与圆弧插补；加工圆柱、圆锥螺纹；工件坐标系；固定循环（复合固定循为选配）；刀尖偏置补偿（刀尖圆弧半径补偿为选配）等。 改装方案的确定 明确需改装的内容及要求； 改装方案及原理（或系统）图设计； 方案比较说明。 传动系统的轴向负载计算 进给传动系统的轴向负载实际上就是滚珠丝杠螺母副所受的轴向力。它主要由两部分组成：一是来自主切削力在该坐标轴方向的切削分力，二是来自各坐标轴导轨副的摩擦力。 对车削方式来说，主切削力的计算方法有多种，如根据经验公式计算、根据切削用量计算和根据主电动机切削功率计算等。本节主要讨论根据主电动机切削功率计算主切削力Fz，以简化所讨论的问题。 主切削力及其切削分力计算 车削抗力分析 车削抗力是车削时作用在车刀上的力。车削外圆时的切削抗力Fx、Fy及Fz。如图1所示。主切削力Fz与切削速度v的方向一致，垂直向下，是计算车床主电动机切削功率的主要依据。车削抗力Fy与车床纵向进给方向垂直，影响加工精度或已加工表面质量。车削抗力Fx与车床纵向进给方向平行，但方向相反，是车床纵向进给时该坐标方向轴向负载力的组成部分。 滑板工作载荷的计算 由于Fx与Fy所消耗的切削功率可以忽略不计，因此，车床的切削功率Pm为 Pm=Fzv×10-3 kW （1） 式中：Fz——主切削力（N）； v——机床主轴计算转速所对应的切削速度（主轴传递主电动机全部功率时的最低切削速度，m/s）。 考虑到机床的传动效率，机床的主电动机功率PE为 PE= Pm /ηm kW （2） 式中：ηm——机床主传动系统的传动效率，一般取v。=0.8。 Fz= PEηm×103/v N （3） 式中：PE——主电动机功率（kW）。 车削抗力Fx和Fy可以按下列比例分别求出： Fz ：Fx：Fy= 1：0.25：0.4 （4） 因为车刀装夹在滑板上的刀架内，车刀受到的车削抗力将传递到进给滑板和导轨上，如图1所示。车削时作用在进给滑板上的载荷Fl、Fv及Fc与车刀所受的车削抗力Fx、Fy及Fz有如下对应关系： Fl= Fx Fv=Fz （5） Fc=Fy 式中：Fl——滑板上纵向进给方向上的载荷（N）； Fv——滑板上垂直进给方向上的载荷（N）； Fc ——滑板L横向送给方向上的载荷（N）。 坐标轴导轨摩擦力的计算 在切削状态下坐标轴导轨摩擦力Fμ的计算 坐标轴导轨水平时，有 Fμ=μ（W＋fg＋Fv＋Fc） N （6a） 式中：Fv、Fc——主切削力的垂向切削分力（N）和横向切削分力（N）； W——坐标轴上移动部件的全部重量（包括机床夹具和工件的重量，N）； μ——摩擦因数，随导轨形式不同而不同，对于贴塑导轨，μ=015；对于滚动直线导轨，μ=0.01； fg——镶条紧固力（N），推荐值可查下表1。 坐标轴导轨垂直时，有 Fμ=μ（W/2＋fg＋Fv＋Fc） N （6b） 式中：W——坐标轴上移动部件的全部