发布时间 : 星期六 文章立式数控铣床进给系统课程设计更新完毕开始阅读
中北大学课程设计说明书
(1)计算切削负载力矩Tc。
已知切削状态下坐标轴的轴向负载力Fa= Famax=2977.52N， 电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=10mm=0.010m，进给传动系统的总效率?=0.90，则
Tc=
FaL=5.3N·m 2??(2)计算摩擦负载力矩T?
已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）
F?0?1575N，由式(2-55)得
T?=
F?0L2??=2.79N·m
(3)计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩Tf。
已知滚珠丝杠螺母副的预紧力Fp?992.51N，滚珠丝杠螺母副的基本导程
L0?12mm?0.012m，0.01滚珠丝杠螺母副的效率?0=0.94，由式（2-56）得
Tf=
FpL02??2（1—?0）=0.20N·m
6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上各种所需的力矩 (1)计算线性加速力矩Ta1
已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速nmax=2000r/min，电动机的转动惯量Jm=62Kg·cm2，坐标轴的负载惯量Jd=56.33Kg·cm2。取进给伺服系统的位置环增益ks=20Hz，则加速时间ta=
33= s=0.15s，由式(2-58)得 ks20?ksta2?nmaxeTal= （Jm+ Jd）（1-- ）
60?980ta=
2?3.14?2000?（62+65.36）×（1-e?20?0.15）Kgf·cm
60?980?0.15=12.1N·m
(2)计算阶跃加速力矩。
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已知加速时间ta=
11=s=0.05s，由由式(2-59)得 ks20Tap=
2?nmax（Jm+Jd）
60?980ta=37.42N·m
(3)计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。 ①由式（2-61）计算线性加速时的空载启动力矩Tq 。
Tq=Ta1+（T?+Tf）=（12.1+2.79+0.20）N·m=15.09N·m
②由式（2-61）计算阶跃加速时的空载启动力矩 Tq?。
Tq?=Tap+（T?+Tf）=（37.42+2.79+0.20）N·m=40.41N·m
③由式（2-57a）计算空载时的快进力矩 TkJ。
TkJ=T?+Tf=2.79+0.20=2.99N·m
④由式（2-61）计算切削时的工进力矩TGJ
TGJ= TC+ Tf=（5.3+0.20） N·m =5.50N·m
6.4 选择驱动电动机的型号 (1)选择驱动电动机的型号
根据以上计算和表2-47，选择日本FANUC公司生产的a12/3000i型交流伺服电动机为驱动电动机。其主要技术参数如下：额定功率3KW；最高转速3000r/min；额定力矩12N·m；转动惯量62 Kg·cm2；质量18Kg。
交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的5～10倍，若按5倍计算，该电动机的加速力矩为60N·m，均大于本机床工作台线性加速时的空载启动力矩Tq=15.09N·m以及阶跃加速时的空载启动力矩Tq? =40.41N·m,所以，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。
该电动机的额定力矩为12N·m，均大于本机床工作台的快进力矩TkJ=3.0N·m 以及工进力矩TGJ=5.73N·m。因此，不管是快进还是工进，本电动机均满足驱动力矩要求。
(2)惯量匹配验算.。
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为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量与伺服电机的转动惯量之比一般应满足式（2-67），即
0.25≤
Jd≤1 Jm而
Jd56.66==0.91∈【0.25，1】故满足惯量匹配要求。 Jm627. 机械传动系统的动态分析
7.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率?nc
已知滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度K0=Kmin=333.33×106 N /m，滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量为md=m+
1ms，其中m、ms分别为机床执行部件的质量3和滚珠丝杠螺母副的质量，已知m=918Kg,则
ms=
?×42×123.9×7.8×10?3Kg=12.14Kg 41md=m+ms=922Kg
3?nc=K0=635rad/s md7.2计算扭转振动系统的最低固有频率wnt 折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为
Js=Jr+J0=(21.43+11.62)Kg·cm2=33.05Kg·cm2=0.003Kg·m2
又丝杠的扭转刚度Ks=K?=8844.5N·m/rad， 则
wnt=Ks=1637.1rad/s Js由以上计算知道，丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率?nc=635rad/s，扭转振动系统的最低固有频率wnt=1831rad/s都比较高。一般按?nc=300rad/s 的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。
8. 机械传动系统的误差计算与分析
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8.1 计算机械传动系统的反向死区△
已知进给传动系统的综合拉压刚度的最小值Kmin=371.27×106N/mm，导轨的静摩擦力F0=1575N，由式（2-52）得
△=2??=
2F0×103mm=8.48×10?3mm Kmin即△=8.48?m＜10?m，满足要求。
8.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 由式（2-53）得
1??13?kmax?Fo????? ??KminKmax?
=0.675×10?3mm 即?kmax =0.675?m＜6?m, 故满足要求。
8.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差
(1)计算由快速进给扭矩TKJ引起的滚珠丝杠螺母副的变形量?。
已知负载力矩T= TKJ=2990Nmm。由图1得扭矩作用点之间的距离L2=919.5mm，丝杠底径 d2=34.3mm，由式(2-49)得
?=7.21×10?2TL200.15= 4d2(2)由该扭矩变形量?引起的轴向移动滞后量?将影响工作台的定位精度。有式(2-50)得
?=Lo?360=0.0042mm=4.2?m
9. 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号
(1)确定滚珠丝杠螺母副的精度等级。
本机床工作台采用半闭环控制系统，V300p eP 应满足下列要求：
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