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数控机床进给系统:伺服电机选择与伺服控制技术发展
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更新于2024-06-21
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数控机床进给系统设计是现代制造业中的关键技术,它决定了机床加工精度和效率的关键特性。本文档首先概述了数控机床进给系统的基本概念,强调了其在满足加工任务多样性时所需的关键性能,如可逆运行、宽广速度范围、高刚度与速度稳定性、快速响应以及高精度和低速大转矩。 伺服系统作为进给系统的核心部分,对伺服电机提出了严格的要求。电机需在全速度范围内保持平稳,尤其在低速下仍需无爬行地提供恒定转矩。电机需具备长时间的过载能力,以便在需要大转矩时不会受损。为了实现快速响应,电机要求低转动惯量、大堵转转矩,以及小的时间常数和启动电压,能够快速启动并承受高速旋转下的角加速度。 随着技术进步,全数字伺服系统逐渐取代了传统的模拟和混合控制系统,它利用微电子技术、计算机技术和先进的伺服控制算法,实现了控制信号的数字化处理和PID控制的软件实现,提高了控制精度和灵活性。 在数控车床上,进给伺服系统起着至关重要的作用,它是区别于传统车床的关键特性之一。伺服系统通常由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节组成,分为开环和闭环两种控制方式。闭环系统,特别是全闭环系统,通过内置位置检测装置来实现更高精度,而开环系统尽管结构简单、成本低,但精度和快速响应受限于机械传动装置的固有限制。 数控机床进给系统设计不仅涉及电机选型、伺服驱动系统与机械传动系统的匹配,还包括伺服控制策略的选择,如开环与闭环的区别,以及技术发展方向的全数字控制技术的应用。这些要素共同决定了数控机床的加工性能和生产效率,是现代机械制造中不可或缺的技术支持。
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已知条件:
工作台及刀架重:
工作台及刀架重:
110
110
㎏
㎏
,
,
所以重量为
所以重量为
9.8 110 1078G N= ´ =
最大行程:1280mm,失动量:
0.01mm
d
=
,工作台最高速度:
max
5 / minv m=
查表选择丝
杆预期寿命:
15000
h
L =
小时 , 摩擦系数
0.2
m
=
。
则导轨的静摩擦力 F
O。
0.2 1078 215.6
O
F G N
m
= = ´ =
(4—1)
最大轴向负载
0max
160 9.8 1568F N= ´ =
4.1、动载强度计算
当转速
10 / minn r>
时,滚珠丝杠;螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀,因此
要进行动载强度计算,其计算动载荷
( )Cc N
应小于或等于滚珠丝杆螺母副的额定动负荷,
即
3
'
c d H eq r
C T f f F F= £
(4—2)
式中
d
f
——动载荷系数,见表 3 —1;
H
f
——硬度影响系数,见表 3-2;
eq
F
——当量动负荷,N;
r
F
——滚珠丝杠;螺母副的额定动负荷,N;
'T
——寿命,以
6
10
r 为一个单位。
6
60
'
10
neqT
T =
(4—3)
式中 T——使用寿命,h;按设计机床要求取 T=15000h
N——循环次数:
eq
n
——滚珠丝杠的当量转速,r/min。
1000 max 1000 5
416.67 / min
12
eq
V
n r
S
´
= = =
(4—4)
代入上式得
6 6
60 60 416.67 15000
' 375
10 10
neqT
T
´ ´
= = =
(4—5)
表 4-1 动载荷系数
d
f
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