高速數(shù)控沖床送料機構(gòu)驅(qū)動裝置設(shè)計與分析

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1、機電工程技術(shù)2!0""07#年第$36%卷第0"&4期高速加工高速數(shù)控沖床送料機構(gòu)驅(qū)動裝置設(shè)計與分析1222逯憲斌,王欽若,黃志堅,唐擁林(1.東莞大同數(shù)控機械有限公司,廣東東莞523118;2.廣東工業(yè)大學(xué),廣東廣州510090)摘要:本文以東莞東華公司的LX328數(shù)控沖床的送料機構(gòu)電機設(shè)計計算分析為例,論述了數(shù)控沖床送料機構(gòu)驅(qū)動裝置的設(shè)計分析方法。關(guān)鍵詞:數(shù)控沖床;交流伺服電機;負載;慣量;驅(qū)動方案中圖分類號:TG659文獻標識碼:A文章編號:1009-9492(2007)04-0015-02夾鉗與板材的慣量J

2、≈32.46×10-4kg2;1引言夾鉗與板材·mJ=33.45×10-4kg2送料機構(gòu)是高速數(shù)控沖床的重要裝置,與機床的加工L·m根據(jù)文獻[1]負載慣量應(yīng)限制在2.5倍電機慣量之內(nèi)速度、控制精度與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。(如果超過2.5倍也可以使用,但調(diào)整范圍會減少,時間常東莞東華公司與廣東工業(yè)大學(xué)合作研發(fā)的LX328高速數(shù)將會增加),即數(shù)控沖床送料機構(gòu)要求加工頻率1000次/min,送料速度JM×2.5>JL(匹配條件)113m/min,實現(xiàn)一次最大加工直徑114.3mm,多項性能指得伺服電機的慣量J!13.38×1

3、0-4kg2。M·m標達到國內(nèi)領(lǐng)先水平,在節(jié)能方面與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比(2)Y軸方向負載參數(shù)及電機慣量的確定節(jié)能38%。LX328高速數(shù)控沖床送料驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計是一在此假定Y軸上的絲桿與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)與X軸方向關(guān)鍵課題,經(jīng)有關(guān)人員合作攻關(guān),實現(xiàn)其技術(shù)目標。上的相同。X軸上的電機與機架以及夾鉗,板材質(zhì)量共約2[1][2]動力參數(shù)設(shè)計與分析為450kg,得出Y軸上電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及慣量要求。送料系統(tǒng)的負載包括慣性負載、摩擦阻力等,主要進轉(zhuǎn)速要求為Nmax!2825r/min。行扭矩、轉(zhuǎn)速的分析計算,在此基礎(chǔ)上選擇電機。

4、其主要計算得:應(yīng)考慮滿足轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的要求,其中之難點在于負載慣量導(dǎo)軌摩擦阻力轉(zhuǎn)矩MRf≈0.084N·m;的計算涉及因素比較復(fù)雜。軸承摩擦轉(zhuǎn)矩MRSL≈0.324N·m;(1)X軸方向負載參數(shù)及電機慣量的確定由摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機軸后的總摩擦損耗為∑MR≈夾鉗送料最大速度為113m/min,夾鉗質(zhì)量20kg,0.41N·m;板材最大質(zhì)量約為60kg,絲桿采用Rexroth的FEM-E-加速度為5m/s2,加速啟動時折算到電機軸上的轉(zhuǎn)矩C40X40RJ6-312T5R1835,導(dǎo)程為40mm,長度MV≈14.62N·m

5、;1250mm。轉(zhuǎn)速要求為Vmax!2825r/min。經(jīng)計算得:伺服電機額定輸出轉(zhuǎn)矩Md!15.03N·m;導(dǎo)軌摩擦阻力轉(zhuǎn)矩M≈0.015N·m;絲桿慣量J=0.99×10-4kg2;Rf絲桿·m軸承摩擦轉(zhuǎn)矩M平移動件的總轉(zhuǎn)動慣量:J≈182.56×10-4kg2;RSL≈0.057N·m;平移動件·m電機的慣量J-4kg2。滾珠絲桿的摩擦損耗ηSM≈0.98;M!73.42×10·m由摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機軸后的總摩擦損耗為∑MR≈3驅(qū)動方案的選定[3]0.072N·m;設(shè)計開發(fā)的任務(wù)是搜尋并對各方案進行比較,從中

6、選加速度為5m/s2,加速啟動時折算到電機軸上的轉(zhuǎn)矩出可行、較好的方案。在本項目中,主要的設(shè)計工作是確MV≈2.60N·m。定驅(qū)動技術(shù)方案及驅(qū)動電機的選型。所以伺服電機額定輸出轉(zhuǎn)矩Md!2.67N·m;(1)三種驅(qū)動技術(shù)的比較分析絲桿慣量J=0.99×10-4kg2;絲桿·m據(jù)調(diào)查,數(shù)控沖床送料機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)有三種可選方收稿日期:2006—12—1315高速加工機電工程技術(shù)2!"00"7#年第$36%卷第"04&期案,分別是步進電機、支流伺服電機和交流伺服電機。轉(zhuǎn)矩的輸出要求,但轉(zhuǎn)換效率較下面方案二低,且占用空步進電

7、機是一種離散運動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制間較大,還需要采取一定的安全防護措施。技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步方案二如圖2所示,交流同步電機直接帶動滾珠絲桿進電機的應(yīng)用十分廣泛。步進電機的主要缺陷是:在低速旋轉(zhuǎn),優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、轉(zhuǎn)換效率高。主軸時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象;輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機的輸出特性完全一樣,在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降,所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在易于控制。300～600r/min;動態(tài)性能差,從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要20

8、0～400ms;控制為開環(huán)控制,啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象;同時,不具有過載能力。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動的電機類型分為直流(DC)伺服系統(tǒng)和交流(AC)伺服系統(tǒng)。上世紀50年代,無刷圖1方案一電機和直流電機實現(xiàn)了產(chǎn)品化,并在計算機外圍設(shè)備和機械設(shè)備上獲得了廣泛的應(yīng)用。70年代則是直流伺服電機的應(yīng)用最為廣泛的時