MVA6040加工中心X轴向进给系统设计.docx

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1、方向进给系统设计.1.2本论文课题的目的和意义本课题通过对教化型加工中心X方向进给系统的设计，系统阐述r目前在数控机床上广泛采纳的半闭环限制系统的设计过程，并努力采纳各种方法提高和保证设计要求的定位精度及机床桎定性等。同时为其它同类数控机床产品定位精度保证和误差补偿供应了借鉴，并为数控机床生产企业解决生产技术难超.同时作为经济型数控机床普遍采纳的一种形式对其进行设计在经济型数控机车日益普及的今日更加拥有现实意义。总之，高速度精密化是数控技术将来的发展方向，但改进经济型数控加工中心进给系统的设计相对于单纯改用更加高级、精密的数控伺股系统来保证日益精密的零件加工精度，是一条经济合理而又可行的途径。

2、因此，针对本项目的探讨具有重耍意义。1.3本论文所做的主要工作本课题针对数控进给伺服系统,通过对轴承的固定与夹索方式、滚珠丝杠螺母副的设计与计算误差补偿措施，使该系统达到了设计的要求，在理论上已经堪本解决了探讨的数控进给伺服系统一X方向进给系统的设计问题。在完成本课题期间主要工作有以下几个方面：(1)机械传动结构的设计、零部件选择绘出X方向进给系统装配图及零件图：计算并选择了滚珠丝杠螺母副，确定循环方式，进行校核保证精度：选择并选择轴承的固定与央紧方式为以下各方面的工作作好打算工作。(2)伺服电动机的选择和校核在各种伺服电动机中选择最合适的电动机，初选型号进行负载惯量汁算和电动机力矩计算，校核

3、启动矩频特性、运行矩频特性，最终选定电动机。(3)系统润滑、防尘及其他设计确定滚珠丝杠副、轴承洞滑方式及润滑脂类型：对系统的防尘方式的选择。2对进给系统的要求及各部件的了解2.1 对加工中心进给系统的整体要求数控机床进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性干脆影响到工作台的坐标精度和工件的轮廓精度。为此，数控机床的进给系统应充分留意削减摩擦力，提高传动精度和刚度，消退间隙以及削减运动件的惯量等对于离速高精度数控机床尤其如此.加工中心对进给系统的要求集中在精度，稔定性和快速响应等方毗为了满足这种要求,首先要选择高性能的饲服电动机，同时也须要高旗里的机械结构与之匹配，因此加工中心进给系统的机械机构应满足

4、以下要求：（1）高的传动精度及刚度进给系统的驱动力矩很大，进给传动连的的弹性会引起工作台运动时间上的滞后性。降低了系统的快速响应特性，因此要求进给系统有较高的传动精度及刚度。（2）低摩擦阻力进给运动中的摩擦阻力公降低传动效率，并产生摩擦热，特殊影响系统的快速响应特性。为了提高系统的快速响应特性,还必需减小运动件的摩擦阻力和动静摩擦之差,机械传动机构的摩擦阻力主要来自统杠和导轨，再加工中心进给系统中为了降低摩擦阻力，普片采纳滚珠丝杠螺母副，塑料导轨等。（3）小的运动惯量传动元件的惯量对饲服机构的启动和制动特性都有影响，尤其是处于高速运动的元件，其惯性的影响更大。因此在满足部件刚度和强度的前提下，

5、尽量的削减运动部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以削减运动部件的惯量。2.2 对丝杠的要求及相识2.2.1 滚珠丝杠利介绍滚珠丝杠副作为当代数控机床进给的主要传动机构，以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，井已实现了标准化、通用化、商品化。近年来随着直线电机的出现，尽管使数控机床省去了中间传动机构，但由于直线电机目前存在限制系统困难，稳定性差及推力有限等缺点，因此并没有动摇滚珠丝杠作为数控机床首选传动定位元件的地位。为r满足数控机床的高速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必需合理地选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。

6、浪珠丝杠副的工作原理、组成及特点亲,由于某些缘由,没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE.中英文文献及峻译等）.此文档也略微删除了一部分内容（书目及某些关蹙内容）如须要的挚友，请联系我的口加:2215891151,数万篇现成设计及另有的高端团队肯定可满足您的须要.此处删除xxxxxXXXXXXXXXXXXXXXXXXxxxxxxxxxxxxxxxxxxXXXXXXX约5000字,完整说明书联系Q2215891151.导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置。因此要求导轨应有足够的刚度为减轻或平衡外力的影响。数控机床常采纳加大导轨面的尺寸或添加协助导轨

7、的方法来提高刚度.（4）低速运转平稳性要求使导轨的摩擦RI力小，运动轻巧，低速时无爬行现象。（5）结构简洁，艺性好所设计的导轨要制造和修理便利，在运用时便于调整和维护。导轨副的分类和特点两个作相对运动的部件构成一对导轨副，其中，在工作时固定不动的协作面称为固定导轨或静导轨；相对固定导轨作直线或回转运动的协作面称为运动导轨。依据导轨副之间的摩擦状况，导轨分为滑动导轨和滚动导轨两大类.滑动导轨具有结构简洁、制造便利、接触刚度大等优点，在机械产品中应用广泛,其两导轨工作面的摩擦性质为滑动摩擦。传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。现随着技术进步，已发展出贴塑导凯

8、、液体静压导轨、液体动压导轨等结构形式。滚动导轨的优点是摩擦系数小，一般在0.0030.004,动、静摩擦系数很接近,低速运动一般不会产生爬行现象，并可实现高速运动：在正确安装和合理预紧的条件下，可以得到很高的刚性和传动精度，并能实现超微米级的进给精度。同时滚动接触由于摩擦能量小，滚动面的摩擦损耗也少，故能长时间地保持高粕度。但滚动导轨结构困难，几何精度要求高，抗震性较差，防护要求高，制造困难，成本高。它适用于工作部件要求移动匀称、动作灵敏以及定位精度面的场合2.4 对支撑部分的相识及要求数控机床的进给系统要获得较而的传动刚度除了加强滚珠丝杠本身的刚度外，滚珠丝机的正确安装及支探的结构刚度也是

9、不行忽视的因素，螺母座，滚珠丝杠端部的轴承及支掾，他们加工的不精确性和受力后的变形都回影响进给系统的传动刚度，所以要求螺母座与螺母之间必需保持良好的协作。2.5 对伺服系统的要求对进给伺服的基本要求带有数字调整的进给调整的进给驱动系统都属于伺服系统。进给伺服系统不仅是数控机床的一个重要组成部分，也是数控机床区分于一般机床的一个特殊部分。数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度要高:跟踪指令信号的响应要快:系统的稳定性要好.（1）高精度所谓进给伺服系统的精度是指系统的辘出量在现输入贵的精度程度（偏差），即精确性。它包含动态误差，稳态误差，静态误差。常用的精度指标有定位精度，重发定位精度

10、和轮廓跟随精度。（2）稳定性进给系统的稳定性是指当作用在系统上的扰动信号消逝后，系统能缈复原到原来的稳定状态下的运行，或者系统在输入的指令信号作用下，系统能够达到的新的稔定状态的实力。稳定性是系统本身的一种特性,取决于系统的结构及组成组件的参数（如惯性、刚度、明尼、增益等），与外界作用信号（包括指令信号和扰动信号）的性质和形式无关。（3）快速响应无超调快速响应性是衡量伺服系统动态性能的一项重要性能指标,它反映J系统的跟踪希度。为了保证轮廊切削精度和低的加工表面粗糙度，对进给伺服系统除要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。（4）宽调速范围调速范围是指机

11、械装置要求电动机能供应的最高转速和最低转速之比。数控加工过程中，为保证在任何状况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范圉和优异的调速特性。经过机械传动后，电动机转速的改变范围即可转化为进给速度的改变范围。对一般数控机床而言，进给速度范围在024mmin时，即可满足加工要求。进给伺服系统的设计要求（1）机床的位置调整对进绐伺服系统提出很高的要求。其中静态设计方面有：擦力和负载“当加工中最大切削力为20（）0N3000N时，电机轴上的转矩须要IONm40Nmo很小的进给位移量。目前最小辨别率为0.1阿。高的静态扭转刚度。足够的调速范围。电机的最大转矩由快进速度确定。目前快进速度通

12、常为10mmin12mmin快进速度达24mmin以用于生产中进给速度匀称，在速度很低时无爬行现象。（2）在动态设计方面的要求：具有足够的加速和制动转矩，以便快速地完成启动和制动过程.目前带有速度调整的伺服电机晌应时间通常为20msl00ms0在整个转速范围内，加速到快进速度或对快进速度进行制动须要转矩20Nm200N-m：而在换向时加速到加工进给速度须要转矩为IONm-150Nm,驱动装巴应能在很短的时间内达到4倍的额定转矩。具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满足的表面负载引起的机迹误差尽可能小。（3）对于数控机床机械传动部件则仃以下要求：被加速的运动部件具有较小的惯量

13、。高的刚度。良好的阻尼.传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等方面具有尽可能小的非线形。3进给系统方案的确定3.1确定系统方案依据定位精度要求，初步选择系统为半闭环。假如经计兑发觉半闭环系统不能满足定位精度要求，可改用全闭环。伺服电机的最高转速（可查产品书目或有关手册）ndma-1500rmin工作台要求的最高速度Vmax-IOmZniino如使同服电动机通过联轴器与滚珠丝杠螺母副干脆相联，即U=I,如使电动机统杠的最高转速nmax=1500rmin则丝杠导程Pn=100OVlnaXnmax=1000X101500n=6n,用旋转变压器作为位巴检测器，半闭环限制，位置检测辨别率为1

14、个脉冲IUnU则结构简图如下：4滚珠丝杠螺母副的设计计算与防护4.1 精度的确定依据运用范围及要求将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠幅(P)传动滚珠丝杠副(T),精度分为七个等级，即1、2、3、4、5、6、7、10级，1级精度最高，依次降低。要求定位精度为0.012/30OmIn,丝杠的“随意300mm行程内的行程变动量V300,1取为定位精度的1312,即0.0040.006mm.有下定可知:4-1M展等级123-15710vaoo6812162352210V2p45678一级精度的丝杠V300=0.006间。故应取1级精度.4.2 疲惫强度的计算丝杠的最大载荷为最大进给才加摩擦力：最小载荷即摩擦

15、力，最大进给力己知，为26OkgX9.8Nkg-2548No工作台总质量为100kg.己知贴塑导轨的摩擦力为0.04,故摩擦力F=(4000.049.8)N=156.8N最大载荷FmaX=2548+156,8=2701.8N选用滚珠丝杠直径4时，须保证”杠工作时在肯定的径向载荷作用下，丝杠在旋转10转后，在它的滚道上不产生.疲惫点蚀现象，这个径向载荷的最大值是CQ即该滚珠统杠螺母副所承受的最大当量的载荷C,，可用下式计算：q”式中：Fin一轴向平均载荷；单位为N,一般取Fm=如恤+01-3Fmax、Fmin一丝杠的母大、最小工作载荷，堆位为N：1.一工作寿命（以10r为单位I）,1,60NmTIO6Nm平均转速，单位为rmin,NnF鲍史竺年2Nnax、Ninin一丝杠的最高、最低转速,单位为r/min;T一运用寿命，单位为h,一般机床可取T=100ooh,数控机床可取T=15000h.）,一精度系数,4-2济度系数k2、34、57101.00.90.80.7工一运转状态系数,