济型数控车床纵向伺服单元.doc

经济型数控车床纵向伺服单元 内容提要：通过对机床数控系统设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计.计算控制系统硬件电路的设计以及数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。 关键词：传动计算；转矩 目 录 引 言 1 第一章? 微型数控系统总体设计方案的拟定 2 1.1设计任务 2 1.2给定条件 2 1.3设计要求: 2 第二章 总方案的确定 3 2.1系统的运动方试与伺服系统的选择 3 2.2计算机系统 3 第三章 系统机械部分设计计算 4 3.1系统脉冲当量及切削力的确定 4 3.2切削力的计算 4 3.3滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型 4 3.4进给伺服系统传动计算 6 3.5步进电机的计算和选用 7 结　　论 11 伺服系统通常用经典控制理论来分析和设计.建立伺服系统数学模型的方法一般分为分析法和实验法.分析法是利用稳态设计计算所获得的数据和经验公式.从理论上来进行分析推理建立系统的数学模型=(360×0.01×1775)/(2×3.14×0.75×0.98×0.99× 0.99)N·mm=141.26N·cm 式中: δp—脉冲当量 (mm/step); Fm—进给牵引力 (N); θb—步距角,初选双拍制为0.75°; η—电机-丝杠的传动效率为齿轮,轴承,丝杠效率之积，分别为0.98,0.99,0.99; 2 . 估算步进电机起动转矩Tq Tq=Tm/(0.3~0.5) =1412.5/0.3N·mm=4708.6N·mm=470.8N·cm 3 . 计算最大静转矩Tjmax 查表 相数 三相 四相 五相 六相 拍数 3 6 4 8 5 10 6 12 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 如取五相10拍,则 Tjmax=Tq/0.951=4951.3N·mm=495.13N·cm 4 . 初选步进电机型号 根据估算出的最大静转矩Tjmax在国产BF反应式步进电机技术数据表中查出130BF001最大静转矩为931N·cmTjmax可以满足要求.考虑到此经济型数控车床有可能使用较大的切削用量,应该选稍大转矩的步进电机以留有一定的余量.另一方面,与国内同类型机床进行类比,决定采用150BF002步进电机. 二 . 根据草图校核步进电机转矩 前面所述初选步进电机的转矩计算,均为估算;初选之后应该进行校核计算. 1 . 等效转动惯量计算 根据简图 运动件的转动惯量J∑可由下式计算: J∑=J1+(Z1/Z2)2[(J2+Js)+G(Lo/2π)2/g] 式中 J1,J2—齿轮Z1,Z2的转动惯量 (kg·cm2) Js—滚珠丝杠转动惯量 (kg·cm2) J1=0.78×10-3×d14·L1=(0.78×10-3×6.44×2)kg·cm2=2.62kg·cm2 J2=0.78×10-3×d24·L2=(0.78×10-3×84×2)kg·cm2=6.39kg·cm2 Js=(0.78×10-3×44×170)kg·cm2=33.95kg·cm2 G=2000N 齿轮惯量计算 对于刚材:J=0.78D4L×10-3 刚材的密度为7.8×10-3kg/ cm3 式中 D—圆柱体直径(cm); L—圆柱体长度 (cm); 刚材的密度为7.8×10-3kg/ cm3 代入上式:J∑=J1+(Z1/Z2)2[(J2+Js)+G(Lo/2π)2/g] ={2.62+(32/40)2[(6.39+33.95)+2000×(0.6/2π)2/10]}kg·cm2 =29.6kg·cm2 J电机=(1~4)J∑ N取2 电机惯量: J电机=2×J∑=2×29.6=59.2kg·cm2 总惯量: J∑′=J电机+J∑=59.2+29.6=88.8kg·cm2 2 . 电机转矩计算 机床在不同的工况下,在,下面分别按各阶段计算: 1) 快速空载起动惯性矩 T惯=J∑′ε=J∑′×(2πnmax×10-2)/(60×ta) nmax=(υmax/δp))×(θb/360) 将前面数据代入,式中各符号意义同上 n