CA6136普通機(jī)床的數(shù)控化改造技術(shù)賀廣東

1、山東英才學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題目CA6136普通機(jī)床的數(shù)控化改造技術(shù)專業(yè)機(jī)電一體化工程姓名賀廣東指導(dǎo)教師OO九年十二月三十日精品文檔目錄第一章 緒論 . 41.1 數(shù)控機(jī)床和改造的必要性 41.1.1 數(shù)控機(jī)床概述 . 41.1.2 數(shù)控機(jī)床在工業(yè)中的地位 . 51.2 數(shù)控改造的必要性 51.2.1 機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場(chǎng) . 51.2.2 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 . 6第二章 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 82.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 82.1.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 82.1.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 82.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 102.2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2、. 102.2.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10第三章 自動(dòng)換位刀架的選用 . 14第四章數(shù) 控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) . 154.1 數(shù)控機(jī)床的電氣控制原理 154.2 數(shù)控系統(tǒng)分析 164.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造時(shí)數(shù)控系統(tǒng)選用 174.4 功率放大電路 18第五章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 . 195.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 195.2 步進(jìn)電機(jī)選擇的基本原則 215.3 縱向電機(jī)的計(jì)算與選擇 225.4 橫向電機(jī)的計(jì)算與選擇 24總 結(jié). 28參考文獻(xiàn) . 29摘要隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來越高，對(duì)機(jī)械加工設(shè)備的加工精密程度也要 求越來越高。而在中國的機(jī)械加工設(shè)備的車床中普通車床占了很大比例。這

3、已經(jīng)越來越制 約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對(duì)機(jī) 床進(jìn)行自動(dòng)化改造很是必要。本篇論文是在對(duì)普通臥式車床CA6136 的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造。本人在搜索、查閱和研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床自動(dòng)化改造技術(shù)進(jìn)行了深入 的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)改造過程主要對(duì)車床縱、橫向進(jìn)給系 統(tǒng)進(jìn)行改造，選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架， 由脈沖發(fā)生器來加工所需要的螺紋。 整個(gè)控制系統(tǒng)以 8031 型號(hào)的單片機(jī)為中心，通過編程對(duì)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制以達(dá)到所需要的加工程度。關(guān)鍵詞 ：機(jī)床改造； 自動(dòng)化機(jī)床； 控制系統(tǒng)7歡迎。下載AbstractWith the

4、 development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restr

5、ict the development of industrial nowadays. But the CNlathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very muchto modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather CA6136 and modified it to Lathe

6、s automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, hori

7、zontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPUof 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive toolmachinean equipments to carry on control

8、to attain need of process degree.Key Words: Machinery Tool Reform ； Lathes automatic ； Servo system第一章 緒論1.1 數(shù)控機(jī)床和改造的必要性1.1.1 數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞 動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了 質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在 1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，

9、數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā) 展。 數(shù)控（NC階段（19521970年）早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī) 床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系 統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NQ。隨著元器件的發(fā)展，這 個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即 1952年的第一代 - 電子管。1959年的第二代 - 晶體管。1965年的第 三代 - 小規(guī)模集成電路。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC階段（1970年現(xiàn)在）到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的 核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控

10、（CNC階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的通用兩個(gè)字省略 了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件 -運(yùn)算器和 控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上， 稱之為微處理器（MICROPROCESSOR 又可稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱 CPU。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床 能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控） ，不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。 而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過 多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。到了 19

11、90年，P（機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC勺階段?？傊?jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970年的第四代 - 小型計(jì)算機(jī)； 1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于PC（國外稱為PC-BASEJD還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC 了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC。所以我們?nèi)粘Ｖv的數(shù)控，實(shí)質(zhì)上已是指計(jì)算機(jī)數(shù)控了。1.1.2 數(shù)控機(jī)床在工業(yè)中的地位近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企 業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。2001年國內(nèi)數(shù)控金切

12、機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1.8 萬臺(tái)，比上年增長 28.5%，機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控 化率從 2000年的 17.4%提高到 2001 年的 22.7%。 2001 年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界 第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第 3位，達(dá)47.39 億美元，僅次于美國的 53.67億 美元，消費(fèi)額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國機(jī)床 的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)， 2001 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第 2 位，達(dá) 24.06 億美元，比上年 增長 27。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、 數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有

13、鉆床、鋸床、插床、拉床、組 合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。1.2 數(shù)控改造的必要性1.2.1 機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場(chǎng)（ 1）機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)我國目前機(jī)床總量 380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù) 控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.60.8萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億 元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6。我國機(jī)床役齡 10年以上的占 60以上， 10年以下的 機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本 自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)

14、的生產(chǎn)、加工裝備絕 大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的 產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場(chǎng)上缺 乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大 力提高機(jī)床的數(shù)控化率。（2）進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng) 我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從19791988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446項(xiàng)，大約165.8 億美元。這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由 于種種原因，設(shè)備或生

15、產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使 企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù) 不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良。有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管 理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮，有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作 用。有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn) 品合格率低而造成虧損。有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備 不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(shè)備、 生產(chǎn)線是個(gè)包袱， 也是一批很大的存量資產(chǎn)， 修好了就是財(cái)富。 只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)

16、，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)， 爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。1.2.2 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性（ 1 ）微觀看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控 系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn) 算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜 的曲線或曲面。可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 7 倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)

17、定 的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加 工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動(dòng)化 。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配?？蓪?shí)現(xiàn)多工序的集中， 減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能， 因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看 管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速 反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是 推行FMC

18、（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企 業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。（ 2）宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末 80 年代初已開始大規(guī)模 應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改 造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行 CAD CAECAM虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn) 品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國外軍、民機(jī)械工業(yè)

19、進(jìn) 行深入改造（稱之為信息化） ，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大 為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年。如我國機(jī)床擁有 量中， 數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率） 到1995年只有1.9，而日本在 1994年已達(dá) 20.8 ， 因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。精品文檔第二章機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單 ，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠 絲杠,使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連 接起

20、來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。2.1.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向進(jìn)給系統(tǒng)類似，所用到的公式不詳細(xì)說明，只計(jì) 算結(jié)果。已知條件：工作臺(tái)重(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)：W=30kgf=300N時(shí)間常數(shù)：T =25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0 =4mm行程：S =190mm脈沖當(dāng)量：p =0.005 mm / step距角：=0.75/step快速進(jìn)給速度：Vmax=1 m/ min(1) 切削力計(jì)算橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/21Fz= X 5700=285( kgf cm )=2850 ( N )2在切斷工件時(shí)：11Fy= Fz= X

21、 285=142.5( kgf cm)=1425 ( N )22211歡迎下載(2) 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算1) 強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于矩型導(dǎo)軌：取 k=1.1， f=0.15P=kFy+f(Fz W)則:P=1.1 X 142.5+0.15 (285+30) =204( kgf cm )=2040 ( N )取工件直徑：D =80mm走刀量:f =0.15 mm1000vf n =DL。= 1000 100 0.153.14 80 4=15 ( r/min )壽命值:.60 niTiL =i610=60 15 15000=13.510最大動(dòng)負(fù)荷：Q=3 Li fwfHP=113.5 X 1.2 X 1 X

22、 204=582.89( kgf cm )=5829.9 ( N )根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 Q值，選擇滾珠絲杠的型號(hào)為FFZD3204 5 B左，其直徑為 32 mm，導(dǎo)程為4 mm,滾珠列數(shù)為5列，精度為B級(jí)，額定動(dòng)載荷是13000 N , 所以其 強(qiáng)度符合要求2) 效率計(jì)算:摩擦角：=10螺旋升角： =3038則傳動(dòng)效率：3)剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠截面積：tgtg(3.222X 3.14=7.065 X 10-2 (cm2)滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起導(dǎo)程的變化量:L1 =PL。EF204 0.4620.6 107.065 10滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 L2很小，可忽略，即 L= Li，所以，導(dǎo)程變

23、形總誤差為：=：0 哪 7.27 10 518 ( m/m)查表知B級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1 m長）為25 m/m,故剛度足夠。=5.61 X 10-8（cm）4）穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?、一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)2.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左 右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端，而從改造實(shí)用方面來考慮，一般把步 進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端，即尾架部位。2.2.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)

24、重量：時(shí)間常數(shù)：滾珠絲杠基本導(dǎo)程: 行程：脈沖當(dāng)量：步距角：快速進(jìn)給速度：1）切削計(jì)算：W = 80kgf =80N (根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)T =25msL 0=6 mmS =640mmp=0.01 mm/ step=0.75 / stepVmax=2mm/ min由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率Nc = N K式中 N 電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N =4KW ;n主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為 0.60.7取n =0.65 ；精品文檔K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為 K =0.96。則：Nc=4X 0.65 X 0.96=2.496 KW又因?yàn)镹Fzvc=6120F6120NC Z=v所以式中v 切削線速度，取

25、v=100m/min。 主切削力Fz=152.76(kgf) =1527.6(N)由金屬切削原理可知，主切削力查表得:Xf z=Gz ap z2Fz=188kgf/mm 1880Mpafz=1Yfz=0.75KYFz KFzFz=11欽迎下載則可計(jì)算Fz如表1所示:表1 F z計(jì)算結(jié)果ap(mm)222888f(mm)0.20.30.40.20.30.4Fz(N)112515241891168722872837當(dāng)Fz=1520N時(shí)，切削深度ap=2mm,走刀量f=0.3mm,以此參數(shù)做為下面計(jì)算的依據(jù) 從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可知，在一般外圓車削時(shí)：F?。篨 = (0.1 0.6 ) FzFZ=(0.

26、15 0.7) F zFx=0.5 F z=0.5 X 1527.6=763.8NFy=0.6 F z=0.6 X 1527.6=916.5N2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力：P=KFx+f (Fz+W)式中 K=1.15，f =0.15 0.18，取為 0.16。則P=1.15 X 763.8+0.16 X (1527.6+800)=1250.8N(1)強(qiáng)度計(jì)算：精品文檔壽命值60mTin主 f1000vfn1=L0 DL0取工件直徑D=80 mm,查表得 T i=15000h則:n000 10003=20r/min3.14 80 6最大動(dòng)負(fù)載查表得:L1=6020 J5000

27、=18106Q= 3 L1 Pfw fH運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)f w=1.2硬度系數(shù)f H=113迎下載Q=3 18 X 1.2 X 1X 1250.8=39933.6N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取FGB系列，滾珠絲杠直徑為 32mm型號(hào)為FGB32X 65 E，其額定動(dòng)載荷是10689N,所以強(qiáng)度足夠壽命值_60n 1TiL1=106n主 f 1000vf n1=L0 DL0取工件直徑D=80 mm,查表得 T i=15000h則： n1=1000 100 3=20r/min3.14 80 6最大動(dòng)負(fù)載查表得:L1=Q=60 20 15000 _d

28、O=181063 L1 Pfw fH運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)f w=1.2硬度系數(shù)f H=1Q=3 18 X 1.2 X 1X 1250.8=39933.6N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的 產(chǎn)品樣本選取FGB系列，滾珠絲杠直徑為 32mm型號(hào)為FGB32X 6 5巳，其額定動(dòng)載荷是10689N所以強(qiáng)度足夠用(3) 效率計(jì)算：根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率n為:=tgvn tg(v )式中摩擦角書=10螺旋升角丫 =3 25則_ tg3 25n =tg(3 2510)3) 剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受到工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 Li=PLoEF式中 Lo=6mm

29、=O.6cmE=20.6X 166N/ cm2。滾珠絲杠截面積F=( d)2n = ( 28031 ) 2X 3.142 2 L1=1250.8 0.620.6 106(2.80322-6= 5.9 X 10 cm3.14滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 L2很小，可忽略,即： L=AL1。所以:導(dǎo)程變形總誤差為二100 L = X 5.9 X 10-6=9.8 卩 m/m L。0.6查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差(0.001mm長)為15卩m/m,故剛度足夠(4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于機(jī)床原絲杠直徑為 30mm現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為 32 mm支承方式不變,所以穩(wěn)定性不存在問題。精品文檔第三章

30、自動(dòng)換位刀架的選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動(dòng) 轉(zhuǎn)位刀架，具有重復(fù)定位精度高，工件剛性好，性能可靠，使用壽命長以及工藝性能襖等 優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的自動(dòng)刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的系 列刀架，具有重復(fù)定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)達(dá)到國內(nèi)先 進(jìn)水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4工型系列四工位自動(dòng)刀架。C616適配刀架。刀架技術(shù)參數(shù)：刀位數(shù)：4電動(dòng)功率： 60W電機(jī)轉(zhuǎn)速： 1400r/min夾緊力： 1t上刀體尺寸：152 X 152下刀體尺寸：161X 171技術(shù)指標(biāo)：重

31、復(fù)定位精度：W 0.005伽工作可靠性：30000次換刀時(shí)間： 90180 270 2.9s3.4s3.9s刀架動(dòng)作流程為：電機(jī)f減速機(jī)構(gòu)f升降機(jī)構(gòu)f上刀體上升轉(zhuǎn)位f信號(hào)符合f粗定位機(jī)構(gòu)f上刀體下 降一槽定位一刀體鎖緊一電機(jī)停轉(zhuǎn)-換刀答信一加工順序執(zhí)行。刀架工作原理 :微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)控制箱中繼電器動(dòng)作電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升至一定位置時(shí)，離合器轉(zhuǎn)盤起作用帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所需刀位，發(fā)訊盤上霍爾元件發(fā)出刀位信號(hào)，刀架控制繼電器使用電機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠初定位上刀體下降齒牙盤嚙合，完成精定位并通過蝸輪蝸桿鎖緊螺母使刀架固緊，當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時(shí)過流繼電器動(dòng) 作切斷電源電機(jī)停轉(zhuǎn)并

32、向微機(jī)發(fā)出回答信號(hào)，開始執(zhí)行下工序。第四章數(shù) 控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)4.1數(shù)控機(jī)床的電氣控制原理數(shù)控機(jī)床除了對(duì)主軸的調(diào)速有要求外 ，對(duì)于主軸的速度和位置控制都有更高的要求 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示倍息栽體一程；芋清單亠CAD/CAM*系統(tǒng)上位機(jī)裝置數(shù)控系統(tǒng)CNC接:可編程邏輯吐氣續(xù)件電路*（電用柜）輸出裝置主麻電機(jī)T-屯機(jī)J連度能制單* 位汽控制系亦圖4-1數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成1. 數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)。2. 數(shù)控系統(tǒng)將接到的全部功能指令進(jìn)行解碼、運(yùn)算，然后有序地發(fā)出各種需要的運(yùn)動(dòng) 指令和各種機(jī)床功能的控制指令，直至運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)束。3. 可編

33、程邏輯控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制中心。它將來自 CNC的各種運(yùn)動(dòng)及 功能指令進(jìn)行邏輯排序，使它們能夠準(zhǔn)確地、協(xié)調(diào)有序地安全運(yùn)行；同時(shí)將來自機(jī)床的各種 信息及工作狀態(tài)傳送給CNC使 CNC能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出進(jìn)一步的控制指令，如此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè) 機(jī)床的控制。4. 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受來自CNC的驅(qū)動(dòng)指令,經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩（功率）調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū) 動(dòng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋實(shí)施速度閉環(huán)控制。還通過 PLC將主軸的各種現(xiàn)實(shí)工 作狀態(tài)通告CNC用以完成對(duì)主軸的各項(xiàng)功能控制。5. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)接受來自CNC對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流 （轉(zhuǎn)矩）調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ，實(shí)現(xiàn)機(jī)床

34、坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋信 號(hào)實(shí)施速度閉環(huán)控制它也通過PLC與CNCS信,通報(bào)現(xiàn)時(shí)工作狀態(tài)并接受 CNC勺控制。6. 速度測(cè)量通常由集裝于主軸和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)中的測(cè)速機(jī)來完成。它將電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為速度反饋信號(hào)，與指令速度電壓值相比較，從而實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。7. 位置測(cè)量采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測(cè)量元件。它們對(duì)機(jī)床坐標(biāo)軸在15歡迎下載精品文檔CNC并與指令位移相比較直至運(yùn)行中的實(shí)際位置進(jìn)行直接或間接的測(cè)量，將測(cè)量值反饋到坐標(biāo)軸到達(dá)指令位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確控制。4.2數(shù)控系統(tǒng)分析一般來說，對(duì)現(xiàn)有普通車床進(jìn)行數(shù)控改造的具體做法是 ，主傳動(dòng)系統(tǒng)一般不作變

35、動(dòng)，進(jìn) 給傳動(dòng)系統(tǒng)中采用高精度的滾珠絲杠替換進(jìn)給軸原有的普通絲杠。機(jī)械部分改造完成后，配上MCS-51單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動(dòng)元件,經(jīng)過一級(jí)減速齒輪驅(qū)動(dòng)X、Z軸 的運(yùn)動(dòng)。在我國數(shù)控機(jī)床改造中，微型計(jì)算機(jī)大多采用MC 51型系統(tǒng)單片微型計(jì)算機(jī)，它 是超大規(guī)模集成電路發(fā)展的產(chǎn)物，在控制領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，發(fā)展非常迅速。單片微型 計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱微控制器，是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成一塊芯片的微 機(jī)。片內(nèi)含有CPU ROM RAM并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí) 鐘及系統(tǒng)總線等。MC51單片機(jī)在片內(nèi)存儲(chǔ)器容量、I/O的功能以及指令系統(tǒng)功能等方 面,

36、都大大地得到加強(qiáng),特別適用于實(shí)時(shí)控制、智能儀表、主從結(jié)構(gòu)的多機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域,是控制領(lǐng)域中最理想的8位機(jī)。8031片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器,外部擴(kuò)展一片或多片含有用戶程序的 EPRO后,就相當(dāng)于一 片8751。因而使用方便靈活，且價(jià)格低廉，目前是應(yīng)用最廣泛的機(jī)型。綜上所述,考慮到MCS-51的性能,選用該系列的8031CPI作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)。 8031屬8位單片機(jī)。它是集CPU, 1/0端口及部分RAM等為一體的控制器。價(jià)格低但功能 全，編程靈活性大，硬件資源豐富。系統(tǒng)框圖如圖所示 ：kisTTCT圖4-2 8301系統(tǒng)原理圖8031芯片內(nèi)部具有128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM內(nèi)部編址為OOH-7

37、FH用作工作寄存器、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器。CPU對(duì)內(nèi)部RAMt豐富的操作指令。但片內(nèi) RAM容量不夠，故外接6225 (32 K)芯片來擴(kuò)展8031的RAM勺存儲(chǔ)器。8031的輸入、輸出(I/O)線不 多，所以外接8155芯片以擴(kuò)展I/O 口。8031是一個(gè)無ROM勺8051,必須外接EPRO或ROM 作為程序存儲(chǔ)器，所以外接 U42764(2個(gè))、U66204均為28腳封裝。8031為40引腳的雙 列直插式器件，有4個(gè)雙向8位1/O 口 (P0.0 -P3.0), P0.0 口和P2.0?？谧鳛榈刂房偩€使用o 16位地址總線由P0.0 口經(jīng)地址鎖存器74LS373提供低8位(A0-A7)，高

38、8位(A 8-A15) 由P2 口直接提供，8位數(shù)據(jù)總線由P0.0 口提供。這樣數(shù)據(jù)總線與地址總線共用，ALE為地址鎖存允許，當(dāng)送低8位地址時(shí)使ALE有效并鎖存到74LS373中，當(dāng)送數(shù)據(jù)時(shí)使ALE無 效。4.3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造時(shí)數(shù)控系統(tǒng)選用數(shù)控系統(tǒng)是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的核心。對(duì)系統(tǒng)的選擇在機(jī)床數(shù)控改造中是至關(guān)重要的 現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為 JW 15To 現(xiàn)將該經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如下：1生產(chǎn)廠家南京微分電機(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司2用戶容量24K3設(shè)定單位X=0.005Z=0.014控制軸數(shù)X、Z兩軸5聯(lián)動(dòng)軸數(shù)二軸6編程尺寸 9999.997快速(X/Z)向316/

39、伽8G功能G00- G04 G22G29 G32、G33 G36 G37、G9 G80 G929M功能M00- M09 M20 M29 M92 M9910S功能S01 S04 S05 S1011T功能T1XT8X12步進(jìn)電機(jī)220V 10%50HZ13控制精度1步14功耗W36015環(huán)境溫度040 C16相對(duì)溫度80% (25 C)17外形尺寸(伽)340 X 400 X 22018系統(tǒng)重量17 kg17迎下載精品文檔4.4功率放大電路脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的要求，必須將其放大以產(chǎn)生足夠 大的功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn).下圖是一種高低壓供電的實(shí)用電路，其工作原理是：電路中各

40、晶體管均處在開關(guān)狀態(tài). 當(dāng)控制脈沖到來時(shí)，T1、T3、T4均導(dǎo)通，同時(shí)脈沖變壓器的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流， 使T2處于導(dǎo)通狀態(tài)，使二極管處于負(fù)偏置而截止，將電動(dòng)機(jī)繞組WA與電源En斷開，高壓電源通過T2、T1為電動(dòng)機(jī)繞組 WA供電，使其電流上升沿變陡，通過 tb時(shí)間后、脈沖 電流消失，使T2處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷高壓電源 EH與電動(dòng)機(jī)繞組 WA勺回路，En通過D2圖4-3高低壓供電電路8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL1 XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如圖 6所示。晶體可在1.2 一 12MHz之間任選，耦合電容在5

41、 30PF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用.采用外部時(shí)鐘方式，8031時(shí)鐘電路復(fù)位電路8031可把XTAL1接地，XTAL2場(chǎng)接外部時(shí)鐘源。圖4-418歡迎下載精品文檔第五章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 , 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制 系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì) 領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信 號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（ 稱為“步距角”） ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從

42、而達(dá)到準(zhǔn)確定 位的目的。同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的 目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)， 利用其沒有積累誤差 （ 精度為 100%）的特 點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM、混合式 步進(jìn)電機(jī)（HB和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 7.5 度 或15 度。反應(yīng) 式步進(jìn)電機(jī)一般為三相， 可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出， 步進(jìn)角一般為 1.5 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩?；?/p>

43、合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn) 角一般為 1.8 度而五相步進(jìn)角一般為 0.72 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次 細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù) ,電機(jī)固有步距角 , 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)， 電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，女口86BYG250;型電機(jī)給出的值為0.9/1.8 （表示半步工作時(shí)為 0.9、整步工作時(shí)為 1.8），這個(gè)步距角可以稱之為 電機(jī)固有步距角 ，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器 有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) , 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二

44、相、三相、四相、五相 步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9 /1.8 、三相的為 0.75 /1.5 、五相的為 0.36 /0.72 。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選 擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則相數(shù) 將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。保持轉(zhuǎn)矩( HOLDING TORQU)E , 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的 力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由 于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以 保持轉(zhuǎn)

45、矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 2N.m的步進(jìn)電機(jī)。DETENT TORQUE是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENTTORQUES國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 不是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)：1一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3-5%，且不累積。2步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因 此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來

46、講，磁性材料的 退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝 氏 80-90 度完全正常。3步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電 動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下 降。4步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) , 但若高于一定速度就無法啟動(dòng) , 并伴有嘯叫聲。19歡。迎下載精品文檔步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的 脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載 的情況

47、下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即 啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速) 。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù) 字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。5.2步進(jìn)電機(jī)選擇的基本原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況, 經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：(1) 步距角a 步距角應(yīng)滿足：aW mini式中i 傳動(dòng)比a min 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。(2) 精度步進(jìn)電機(jī)的

48、精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值。 用積累誤差衡量精度比較實(shí)用 所以選用步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足 QW i O s式中 Q步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； O s系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件允許的角度誤差。(3) 轉(zhuǎn)矩為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行(不失步、不越步)，正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須 考慮：1)啟動(dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為:L00.30.5式中M q電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩；M L0 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表2所示。Mm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩,21歡迎下載精品文檔是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。表2步進(jìn)電機(jī)相數(shù)

49、、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表運(yùn)行相數(shù)33445566方式拍數(shù)3648510612皿 /M jm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.8662）在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。（4）啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩 和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足：f tf cp m 式中f t極限啟動(dòng)頻率；fcp m要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。5.3縱向電機(jī)的計(jì)算與選擇等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算。根據(jù)理論力學(xué)公式計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)中各回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。滾珠絲杠設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)

50、傳動(dòng)比i為4,取脈沖當(dāng)量為0.005mm脈沖；縱向快速進(jìn)給速度為4m/min；步進(jìn)電機(jī)的步矩角預(yù)選為1.8 （ 0） /step。故可取 N = 20、z2 = 80; m= 1.5m（模數(shù)）,a= 200; d! = mzi = 30mm d2 = mz2 = 120mmda1 = d1 + 2ha = 33, da2 = d2 + 2ha = 123則齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為（齒輪為 45號(hào)鋼，并將齒輪近似看成圓柱體）2 44422JZ1=7.8da1b X 10 = 7.8 3.32 10 kg.cm 0.185 kg .cm=0.185 X 10 4 kg.m2244422JZ2 = 7.

51、8 da2 b X 10 =7.8 12.32 10 kg.cm 35.7 kg.cm=35.7 X 10 4kg.m2滾珠絲杠選用型號(hào)為FFZD4005-3-P3/1410X 1290的絲杠其長度為 1410mm直徑為40mm則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為442242Js = 7.8 4 14.1 10 kg .cm 2.815488 kg .cm =2.8 X 10 kg.m設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jm = 7.5 X 10 4kg.m2 （當(dāng)有效到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，J m值可以忽略，但當(dāng)?shù)刃У诫妱?dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量較小時(shí)，就不能輕易地忽略它?，F(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)為

52、11OBYG450其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子地抓動(dòng)慣量為 7.5 X 10 4 kg.m2) o根據(jù)參考文獻(xiàn)5上公式可知k epmi(與2ji( L)23迎下載式中：Vj采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度,這里選用快速進(jìn)給速度溜=4m/min；九=nm (電動(dòng)機(jī))=v溜 / (360 )= 4000r/min ; mi = 100kg; nz1 = nm ; nz2 = nz1/i = 1000 r/min。 則m1222J ep 嚴(yán) 100 (2/4000) kg.mjm jz1 (jz2 js)/i=(0.006 X 10 4 + 7.5 X 10 4 + 0.185 X 10 4 +( 35.7 X 10

53、4 + 2.8 X 10 4) / 42) kg.m23 2=1.0 X 10 kg.m(1) 絲杠摩擦阻力力矩(Tsm )的計(jì)算。由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，其摩擦 阻力矩相對(duì)與其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩小得多，故一般不用考慮。(2) 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tepm。由書上機(jī)電一體化公式得m 1V 溜12Tep =(F縱 F 摩) 0 =(2200 160)02nm2 3.144000=0.18N.m(3) 啟動(dòng)慣性阻轉(zhuǎn)矩( )得計(jì)算。這里以最不利于啟動(dòng)得快進(jìn)速度進(jìn)行計(jì)算，啟動(dòng)加速度(或制動(dòng)減速)時(shí)間為t =0.03s (一般在 0.0

54、3 1s之間選擇)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速wm = 2 nm/60 (2 4000/60)s 1 418.7 s 1，取加(減)速曲線為等加(減)速梯形曲線，故 角加速度為Wmm418.7/0.3s1395s精品文檔mep=1.0 10 3 1395 N.m 1.395 N.m(5)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩T的計(jì)算T 二 Tepm + T慣=(0.18+1.395 ) N.m=1.575 N.m(6)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的匹配選擇上述計(jì)算均未考慮機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，當(dāng)選擇機(jī)械傳動(dòng)總效率=0.7時(shí)T T /1.575/0.7N.m2.25N.m在車削時(shí)，由于材料的不均勻等因素的影想，會(huì)引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大，為避免計(jì)算 上的誤差以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然