数控回转工作台的回转运动驱动电机的选择计算

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  数控回转工作台的回转运动驱动电机的选择计算１．数控回转工作台的简介1.1回转工作台的概述回转工作台是数控刨台卧式铣镗床中必不可少的重要部件之一，该部件主要用来承载被加工零件的。并完成机床在X坐标方向作直线°回转运动。其优点是：能扩大机床的工艺范围，缩短加工中的辅助时间和提高零件的加工精度。当零件装卡于工作台面上后，除可进行一般的镗孔、钻孔、铣削外，还可使零件作轴向移动和运转分度等工序。数控回转工作台是由床身、滑座、工作台三个基本大件组成。1.2数控回转工作台的主要技术规格：（1）回转工作台的台面尺寸1600×1800mm（2）回转工作台的总高度1110mm（3）回转工作台的载荷10000Kg（4）直线）回转工作台快速移动速度10000mm/min（6）回转工作台快速回转速度4r/min1.3数控回转工作台回转驱动的设计最重要的包含以下二个方面：（1）工作台回转驱动的传动系统模块设计；（2）工作台回转电机的选择；（3）传动零件的设计与校核。这里重点论述驱动电机的选择。2.工作台回转驱动电机的选择与计算2.1传动系统设计本文所讨论的大型回转工作台的工作面积为1600×1800mm。数控回转工作台经过72：36齿形带轮，26：1蜗轮、蜗杆传动，136：17大齿圈和小齿轮的降速，使工作台快速回转速度达到1.5r/min。2.2工作台回转电机的选择2.2.1工作台回转的传动比计算i=××=4162.2.2所需回转电机额定转速n=4×416=1664r/min2.2.3工作台回转的传动效率的计算η=η×η×η式中：η----轴承的传动效率，取0.98；η----齿轮的传动效率，取0.98；η----蜗轮、蜗杆的传动效率，需进一步计算。η=（《机械设计》书11-21）式中：γ----普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角；φ----当量摩擦角，φ=arctanf，其值可根据滑动速度v由《机械设计》书上表11-18或表11-19中选取。v==（《机械设计》书11-22）式中：v----蜗杆分度圆的圆周速度，单位为m/s;d----蜗杆分度圆直径，单位为mm;n----蜗杆的转速，单位为r/min。tanγ====（《机械设计》书11-2）预定蜗轮、蜗杆的模数m=8,蜗杆直径d=80mm,蜗轮的齿数z=26,蜗杆的齿数z=1所以γ=arctan=arctan=arctan0.1=5.71°蜗杆传动的标准中心距为a=(d+d)=(q+z)m（《机械设计》书11-4）则中心距a=144mm，n=624×0.5=312r/min，v=1.31m/s所以φ≈3°。η===0.65考虑到实际在做的工作中蜗轮、蜗杆传动效率的损失取η=0.5η=η×η×η=0.98×0.98×0.5=0.48。2.2.4工作台回转时的摩擦力矩已知：工作台最大载荷重量为W=10000Kg；结构尺寸见图2。工作台重量为W=×7.8×10×V=×7.3×10×26×160×180=4100Kg聚四氟乙烯与铸铁摩擦系数为μ=0.05（《机械设计手册》122页）a计算各环平均半径RR===643mmR中环===505.5mmb计算各环面积SS=π（R－R）=π[（138/2）－（119.2/2）]=3797.7cm2S=π（R－R）=π[（108.8/2）－（93.4/2）]=2445.6cm2c计算各环导轨正压力P均布载荷系数q=（W+W）/S=（10000+4100）/（3797.7+2445.6）=2.26Kg/cm2P=Sq=3797.7×2.26=8582.8KgP=Sq=2445.6×2.26=5527Kgd计算各环导轨摩擦力矩MM=0.05×P×R=0.05×8582.8×643×10=275.9KgmM=0.05×P×R=0.05×5527×505.5×10=139.7Kgme计算工作台总摩擦力矩M总M=M+M=275.9+139.7=415.6Kgm=0.4156Kg.cm.s22.4.5折算到马达轴上的总惯量的计算齿轮传动时，传动系统折算到马达轴上的惯量：圆柱体转动惯量公式：J=对于钢材：J=×10=0.78×D×L×10(kgf·cm·s)式中：M----圆柱体质量，单位为kg；D----圆柱体体积，单位为cm；L----圆柱体长度或厚度，单位为cm；ρ----材料比重，单位为gf/cm3。齿轮齿条传动时工作台折算到小齿轮轴上的转动惯量公式：J=R(kgf·cm·s)式中：R----齿轮分度圆半径，单位为cm；W----工件及工作台重量，单位为kgf。齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量公式：J=J+J+R(kgf·cm·s)式中：J，J----分别为Ⅰ轴、Ⅱ轴上齿轮的转动惯量，单位为(kgf·cm·s);R----齿轮z分度圆半径，单位为cm；W----工件及工作台重量，单位为kgf。所以J=0.78×9.03×11.7×10=0.06(kgf·cm·s)J=0.78×18×8×10=0.66(kgf·cm·s)J=0.78×8×9×10=0.029(kgf·cm·s)J=0.78×22.4×8.5×10=1.67(kgf·cm·s)J=0.78×8.5×7.7×10=0.03(kgf·cm·s)J=J+J+2J+2(J+J)+=0.06+0.66+2×0.029+2×(1.67+0.03)+×=0.242kgf·cm·s根据J=0.242kgf·cm·s，选SIEMENS-IFT6105-IAC71交流伺服系统此电机额定转速n=2000r/min电机输出功率为P=8.7KW电机额定转矩为M=3.8kg·m转子转动惯量为J=168×10kg·m2=0.171kgf·cm·s通常交流电机转动惯量比J/J≤3倍，此电机J/J=0.242/0.171=1.415（倍），所以选用此电机惯量匹配合理。2.2.6工作台回转电机的校核根据机床设计手册第三册的513页，对于数字控制机床而言，因为动态性能要求比较高，所以马达力矩主要是用于产生加速度的。所以通常可先按式（6.6-63）选择马达，要使快速空载启动力矩小于马达的最大转矩，即M≤M空载启动力矩M：M=M+M马达输出转矩的最大值，即峰值转矩M：M=λM式中：M----折算到马达轴上的摩擦力矩，单位为kgf·m；M----马达额定转矩；λ----马达转矩的瞬时过载系数：交流伺服电机λ=1.5~2。所以取λ=2J为折算到马达轴上的总惯量：J=J+J=0.242+0.171=0.413kgf·cm·s加速度力矩M：M=×10kg·m式中：J----折算到马达轴上总惯量，单位为kgf·cm·s；T----系统时间常数，单位为s；n----马达转速，单位为r/min;n=n，计算M。所以M=J×n×10/9.6T（T=0.2秒）=0.413×2000×10/9.6×0.2=4.3kgf·m折算到马达轴上的摩擦力矩：M=M/iη==2.1Kg·m即21Nm所以空载启动力矩M=M+M=4.3+2.1=6.4kgf·m马达的最大转矩M=λM=2×3.8=7.6kgf·m由于空载启动力矩M马达的最大转矩Mmax,所以该伺服电机符合标准要求。3.回转台回转系统驱动电机的设计结论通过上述的设计与计算，可见工作台回转电机的选择是合适的。【参考文献】［１］机械设计.高等学校出版社.2001.［２］机械设计手册.第三卷.机械工业出版社.1991.［３］机械设计手册.第三册.机械工业出版社.1986.

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