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数控机床纵向进给伺服系统设计

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陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。

(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。

(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。

导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。

要求的定位精度为±0.006mm。

设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。

设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。

1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。

2.计算切削力1）纵车外圆主切削力Z F =0.6751max ∙D =0.67⨯51400∙=5360N按切削力各分力比例：Z F ：x F ：y F =1:0.25:0.4 x F =5360⨯0.25=1340N y F =5360⨯0.4=2144N2)横切端面主切削力'Z F 可取纵切力的1/2：'Z F =21Z F =2680N 此时走刀抗力为'y F ，吃刀抗力为'x F 。

仍按上述比例粗略计算：'Z F ：'y F ：'x F =1:0.25:0.4 'y F =2680⨯0.25=670N'x F =2680⨯0.4=1072N陕西科技大学3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型1）纵向进给丝杠（1）计算进给率引力m F 。

导轨为矩形贴塑，有m F =K x F ＋f '(Z F ＋y F ＋G)=1.1⨯1340＋0.04⨯(5360＋2144+5000)=1974.16N其中：Z F 、x F 、y F ——切削分力（N ）；K ——矩形导轨K=1.1；f '——贴塑导轨f '=0.03～0.05； G ——移动部件的重量，G=5000N 。

工作台重量：1G =mg=300⨯10=3000N 工作及夹具的重量：2G = mg=500⨯10=5000N 根据以上估算得总的重量为： G=1G ＋2G =3000+5000=8000N 丝杠载荷.导轨摩擦力：N g m m u F u 6.3138.9)500300(04.0)(21=⨯+=+= 最大进给力：N F 50001=最大轴向载荷：N F F F u a 6.531350006.3131m ax =+=+=电机最大转速min 3000max r n = 丝杠最大转速（快移）min 15000r n = （2）丝杠导程hP 。

工作台最大速度15000m/min 10001515m/min m ax =⨯==v 5300015000max max ==≥n v p h （3）计算最大动负载C 。

C=m w F f L 3 L=61060Tn ⨯⨯ n=1000L v s⨯数控机床纵向进给伺服系统设计式中：s v ——最大切削力条件下的进给速度（m/min ），可取最大进给速度的1/2～1/3，此处s v =min 6.021m ⨯；0L ——滚珠丝杠的导程，初选0L =6mm ；T ——使用寿命，对于数控机床取T=15000h ；w f ——运转系数，按一般运转取w f =1.2～1.5；L ——寿命，以610转为1单位。

本设计中： n=min 33365.0410*******r L v s =⨯⨯=⨯L=7.299101500033360106066=⨯⨯=⨯⨯T n C=N F f L m w 5.158531974.162.17.29933=⨯⨯=F(4)滚珠丝杠螺母副的选型。

查阅《机电一体化设计手册》，滚珠循环方式采用外循环：L ，预紧方式采用插管式埋入式双螺母预紧：CMD,滚珠丝杠副规格:2506，滚珠丝杠副的精度公称直径：25φ，基本导程：6mm,滚珠丝杠副的型号：CMD 625⨯φ陕西科技大学由于额定动负荷a C =22930N>最大动负载C,既滚珠丝杠副规格为：CMD2506-5表3—7 精度等级代号数控机床纵向进给伺服系统设计既：滚珠丝杠副的型号：CMD 625⨯φ—2.5—4预紧力：滚珠丝杠副的预紧力不应小于最大轴向载荷的1/3即应满足条件：0a F >m ax 31a FN C F a a 5.57322293025.025.00=⨯==>N F a 2.17716.53133131m ax =⨯=即：符合要求。

（5）传动效率计算： )tan(tan ϕγγη+=式中：γ——丝杠螺旋升角；ϕ——摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数004.0~003.0=f ，其摩擦角约等于01'。

本设计中：94.0)01442tan(442tan )tan(tan ='+'︒'︒=+=ϕγγη（6）丝杠螺纹部分长度。

）两端余程（）螺母长度（）工作台最大行程（mm mm mm l 4012410000++= mm 12044021241000=⨯++=支承跨距距离l 应大于0l ，即l=1500mm （7）临界转速校核min 66.314621.10208.073.499009900222222r L d f n c c =⨯⨯== 丝杠底径：m mm D d d W 0208.08.205.32.1252.102==⨯-=-=支承方式系数：由《机电一体化设计手册》表2.8-66查得73.42=f （两端固定）陕西科技大学临界转速计算长度：m mm l c 21.1121021204150010002124==-++=即：m ax n n c >符合要求。

（8）压杆稳定校核：两端固定支承，丝杠不受压缩，因而不必校核稳定性。

（9）预拉伸计算。

设温升为C ︒5.3,由下式得：温升引起的轴向位移 u t t tl a ∆=δ式中：t a ——线膨胀系数，C a t ︒⨯=-110116 t ∆——丝杠温度，一般取3～5C ︒ u l ——螺纹有效长度（m ）。

温升引起的伸长量：um tl a u t t 46204.15.310116≈⨯⨯⨯=∆=-δ丝杠全长伸长量：um tl a u t t 585.15.310116≈⨯⨯⨯=∆=-δ 预拉力：由拉伸公式N l AEF t t 3437101.2204.10208.04108.511250=⨯⨯⨯⨯⨯='≡-πδ2)轴承选择。

由《机电一体化设计手册》表2.8-50采用E 型和F 型轴端，轴承型号为：36203主要尺寸和参数由《机电一体化设计手册》表2.8-50查得轴承的最大轴向载荷为：N F F F t 8.60936.531321343721m ax m ax =⨯+=+≡'数控机床纵向进给伺服系统设计由于N F F 3.20318.60933131m ax 0=⨯='>即：符合要求。

主要尺寸和参数由《机电一体化设计手册》表 2.8-39查得d=25mm,D=62mm,B=17mm ；滚动体：731.8=w D ，Z=18；预加负荷：N F 33000=,轴承型号为：7602025TVP 。

3）定位精度校核丝杠在拉压截荷下的最大弹性位移：61126m ax 10101.20208.0445.1104⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=πδFAEFl i =0.00526F最大进给力F=5000N,26.3um m ax 1=δ 导轨摩擦力N F 6.313=,um u 65.1m ax =δ 最大轴向载荷N F 6.5313=，um a 9.27m ax =δ丝杠与螺母间的接触变形： Ci k F =δ 由《机电一体化设计手册》表2.8-35查得CMD25⨯6滚珠丝杠副的接触刚度um NK c 1461=所以得： um K F c e 4.3146150001===δ um K F c eu 21.014616.313===δ um K F c ea 64.314616.5313max ===δ 轴承的接触变形：角接触球轴承的轴向刚度估算《机电一体化设计手册》公式2.8-25得 []3102152sin 6.23F D Z K WB α==[]31330000871.060sin 186.232152⨯⨯︒⨯⨯=412Num B 1.1241250001==δ陕西科技大学um Bu 76.04126.313==δ um Ba 9.124126.5313m ax ==δ丝杠系统的总位移：B c i δδδδ++=m ax最大进给力：um 8.411.124.33.26=++=δ导轨摩擦力：um 62.276.021.065.1=++=δ<0.006mm=6um 最大轴向载荷：um 44.449.1264.39.27=++=δ 要求的定位精度为±0.006mm ，满足要求。

4.齿轮传动比计算。

已确定纵向进给脉冲当量为0.01mm ≡p δ，滚珠丝杠导程mm L 60=，初选电动机步距角︒75.0，可计算出传动比 8.0675.001.036001.03600=⨯⨯=⨯=L i b p θδ可选定齿轮齿数为 2520403221或==z z i 即25,2040,322121====z z z z 或，模数mm m 2=，齿宽20mm b =。

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CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计

CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计

__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。

数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。

在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。

然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。

在根据已确定传动比来确定带传动。

通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。

选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。

最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。

然后完成伺服系统的设计。

在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。

设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。

通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。

设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。

关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。

数控机床纵向进给伺服系统设计综述

数控机床纵向进给伺服系统设计综述

陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。

(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。

(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。

导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。

要求的定位精度为±0.006mm。

设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。

设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。

1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。

数控机床的伺服系统

数控机床的伺服系统


第七章 数控机床的伺服系统
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂， 价格也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交 流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服 电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修， 制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速 度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
第七章 数控机床的伺服系统
进给伺服系统的作用：接受数控装臵发出的进给速度和位 移指令信号，由伺服驱动装臵作一定的转换和放大后，经伺服 电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机 构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行 部件的运动速度与位臵，以及几个执行部件按一定规律运动所 合成的运动轨迹。如果把数控装臵比作数控机床的“大脑”， 是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控机床的 “四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不折不扣的跟随 者。
第七章 数控机床的伺服系统
二、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中， 步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一 定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数 量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序 来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由 于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定， 速度也受到步进电机性能的限制。
第七章 数控机床的伺服系统
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直 演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动 能的一种推力装臵，是一种较为理想的驱动装臵。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是 取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传 动链的长度缩短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动 机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机 床中的应用目前还处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。 随着各相关配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善，相 信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广泛应用。
数控机床的伺服系统

数控机床的伺服系统


第6章 数控机床的伺服系统
伺服驱动装置
位置控制模块 速度控制单元
工作台 位置检测
速度环 速度检测 位置环
伺服电机
测量反馈
图6-1 闭环进给伺服系统结构
数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内 环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。 速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控 制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由 CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组 成。
第6章 数控机床的伺服系统
A C1 B4 2 B 3C A
逆时针转30º
C 4 B
A 1 2 3 A
B
C 1 B
A 2
B 3 C
C
逆时针转30º
4 A
第6章 数控机床的伺服系统
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按AB→BC→CA→AB（逆时针 方向）或AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍为30。由于 双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以 工作比较稳定。
第6章 数控机床的伺服系统
设 A 相首先通电，转子齿与定子 A 、 A′ 对齐（图 3a ）。然后在 A 相继续通电的情 况下接通 B 相。这时定子 B 、 B′ 极对转子 齿 2 、 4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转 动，但是 A 、 A′ 极继续拉住齿 1 、 3 ，因 此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转 子的位置如图 3b 所示，即转子从图 (a) 位 置顺时针转过了 15° 。接着 A 相断电， B 相继续通电。这时转子齿 2 、 4 和定子 B 、 B′ 极对齐（图 c ），转子从图 (b) 的位置又 转过了 15° 。其位置如图 3d 所示。这样， 如果按 A→A 、 B→B→B 、 C→C→C 、 A→A… 的顺序轮流通电，则转子便顺时针 方向一步一步地转动，步距角 15° 。电流 换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个 齿距角。如果按 A→A 、 C→C→C 、 B→B→B 、 A→A… 的顺序通电，则电机 转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六 拍方式。