XK712数控铣床Z向步进进给系统设计 - 图文(6)

K?=

?d2G32L24 N·m/rad （3-25）

式中： L2——扭转作用点之间的距离（m），即从丝杠端部（联轴器的中点处）到滚珠丝杠螺母的中心的距离，此时，螺母中心位于距离丝杠端部的位置最远，L2=435㎜；

G——剪切模量（Pa），取G=8.1×104 MPa； ，取d2=37.324×10d2——滚珠丝杠的底径（m）

K??3m；

=

?d2G32L24=

3.14?(37.324?10?3)?8.1?10?10?344632?435?10=35459.1 N·m/rad

2.6步进电机的选型与计算

2.6.1计算折算到电动机轴上负载惯量 （一）、计算滚珠丝杠的转动惯量Jr

N4?3Jr=?0.78?10J?1（3-26） DLJ

J=0.78×10?3×[34× （9.1+13.1）+3.44×9.1+44×13.2+3.44×

7.1+2.54×5.8] =28.68 kg·cm2

（二）、计算联轴器的转动惯量

J0=0.78×10?3J0

（D-d）16.3 （3-27）

244 =0.78×10（64?34）×16.3 =15.48 kg·cm （三）、计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量J

2?L?J=m?cm （3-28） ? kg·

2????32式中：m——机床执行部件的总质量（kg），取m=150kg；

L—电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离（㎝），取L=0.5㎝。

?L??0.5?2J=m?=150???? kg·c㎡=0.95 kg·cm

?2?3.14??2??22（四）、加在电动机轴上总的负载转动惯量JL的计算

2JL=J0+Jr+J=15.48+28.68+0.95=45.11 kg·cm

2.6.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 分快速空载启动和承受最大工作载荷两种情况计算。 （一）、快速空载启动时电动机的转轴所承受的负载转矩

Teq1，

Teq1包括三部

分：一部分是快速空载启动时折算到电动机的转轴上的最大加速转矩Tamax；一部分是移动部件运动时折算到电动机的转轴上的摩擦转矩Tf；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机的转轴上的附加T0。因为滚珠丝杠副的传动效率很高，T0相对于Tamax和Tf很小，可以忽略不计。则有：

Teq1?Tamax?T （3-29）

考虑传动链的总效率?，计算快速空载启动时折算到电动机的转轴上的最大加速转矩为：

Tamax?2?Jeqnm60ta?1? （2-30）

式中 nm——对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为rmin； ta——步进电动机由静止到加速至nm转速所需的时间，单位为s。 nm?vmax?360? （3-31）

式中 vmax——空载最快移动速度，任务书指定为2mmin； ?——步进电动机步距角，预选电动机为0.36?； ?——脉冲当量。将以上各值代入得 nm?vmax?360??2000?0.36360?0.005?400rmin （3-32）

设步进电动机由静止到加速至nm转速所需的时间ta?0.4s，传动链的总效率

??0.9。则

Tamax?2?Jeqnm60ta?1??2??45.11?10?4?40060?0.4?0.9?0.52N?m

（2-42）

移动部件运动时，折算到电动机的转轴上的摩擦转矩为： Tf???Fz?G?Ph2??i （3-33）

式中 ?——导轨的摩擦因数，滚动导轨取0.004；

Fz——垂直方向的铣削力，空载为0； ?——传动链的总效率??0.9。

则：

Tf???Fz?G?Ph2??i?0.004??0?1470??0.0052??0.9?11?0.0052N?m

（2-44）

得快速空载启动时电动机的转轴所承受的负载转矩：

Teq1?Tamax?Tf?0.52?0.0052?0.5252N?m

（二）、最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2，Teq2包括三部分：一部分是折算到电动机的转轴上的最大工作负载转矩t；一部分是移动部件运动时折算到电动机的转轴上的摩擦转矩Tf；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机的转轴上的附加T0。因为滚珠丝杠副的传动效率很高， T0相对于

Tt和TfT很小，可以忽略不计，则有：

Teq2?Tt?Tf （3-34）

其中，折算到电动机的转轴上的最大工作负载转矩Tamax由式4-14计算。在对滚珠丝杠进行计算时，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷FZ?197.15N，则：

Tt?FzPh2??i?197.15?0.0052??0.9?1?0.1744N?m （3-35）

再计算垂直方向承受最大工作负载的情况下，移动部件运动时折算到电动机的转轴上的摩擦转矩： Tf???Fz?G?Ph2??i?0.004??197.15?147002??0.9?1??0.005?0.0059N?m （3-36）

最后求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为：

Teq2?Tt?Tf?0.1744?0.0059?0.1803N?m （3-37）

则加在步进电动机转轴上的的最大等效负载转矩为:

Teq?max?Teq1,Teq2??0.5252N?m （3-38）

2.6.4步进电动机最大静转矩的选定

考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据Teq来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。取K?3，则步进电动机的最大静转矩应满足：

Tjmax?3Teq?3?0.5252?1.5756N?m （3-39）

上述初选的步进电动机型号为130BYG5503,查《实用数控机床技术手册》表3-2-20得该型号电动机的最大静转矩为Tjmax?6N?m。可见，满足要求。

2.6.5步进电动机的性能校核 （一）、转动惯量的匹配验算

在数控机床进给伺服系统的设计中，最终折算到电动机轴上的负载惯量JL与电动机自身的转动惯量Jm之比值，应控制在一定的范围内，既不能太大，也不能太小。如果这个比值太大，则进给伺服系统的动态特性主要取决于负载特性，此时，由于工作条件的变化而引起的负载质量、刚度、阻尼等的变化，致使整个系统的综合性能变差；如果这个比值太小，则表明电动机的选择或进给系统的设计不太合理，经济性较差。为了使系统的负载惯量达到较合理的匹配，一般那将该比值控制在下式所规定的范围内，即：

0.25?JLJm?1 （3-40）

在本例中，0.25?JLJm=0.75?1，故满足惯量匹配要求。

（二）、最快工进速度时电动机输出转矩校核 工作台最快工进速度为vmaxf?1000mmmin，脉冲当量为

??0.005mm/脉冲，则电动机对应的运行频率为

fmaxf??1000?60?0.005???3333Hz （3-41）

从130BYG5503电动机的运行矩频特性曲线图可以看出，在此频率下，电动

机的输出转矩远大于最大工作负载转矩Teq2?0.1803N?m，满足要求。

（三）、最快空载移动时电动机输出转矩校核

工作台最快空载移动速度为vmax?2000mmmin，电动机对应的运行频率 fmax??2000?60?0.005???6667Hz （3-42） 在此频率下，电动机的输出转矩Tmax?2.4N?m，大于最大工作负载转矩

Teq1?0.5252N?m， …… 此处隐藏：1755字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……