畢業(yè)設(shè)計（論文）CA6140普遍車床的數(shù)控改造

1、湖北工業(yè)大學(xué)2007屆本科生優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(論文)摘要數(shù)控機床在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,但數(shù)控機床一次性投資較大,對機床進行數(shù)控化改造不失為一良策。ca6140車床主軸轉(zhuǎn)速部分保留原車床的手動變速功能,改造簡單易行,可降低勞動強度,提高生產(chǎn)效率。主要介紹了經(jīng)濟型數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)設(shè)計計算。闡述了ca6140普通數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)的改進及機床的改造。針對現(xiàn)有常規(guī)ca6140普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設(shè)計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計過程，較詳盡地介紹了ca6140機械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計。采用以8031為

2、cpu的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由i/o接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。【關(guān)鍵詞】ca6140車床; 數(shù)控改造; 滾珠絲杠; 步進電動機; 數(shù)控機床；單片機數(shù)控系統(tǒng)；改裝設(shè)計。abstract the nc machine plays a very great role in mechanical engineering.although the investment needs a great deal of money,it is a good way to try digital modification for ordinary

3、lathe.the spindle speed of ca6140 remains the manual function of shiftinggears.the alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency.introduces the design calculation of servo system on economic nc machine tools.it also tells us how to improve the spindle and the

4、 control system of ca6140 nc lathe. to remedy the defects of ordinary lather ca6140, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve production rate。this paper presents

5、the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。we adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the i/o interface。after transmitting and slowing down by f

6、orce 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 【keywords】ca6140 lathe;digital modification;ball screw;stepping motor;numerical control machine tool,；single chip microcomputer system；reform design。目錄1 序言第一章 緒言 機床作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)

7、裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)行柔性自動化控制的新一代機床數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功 能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機床是數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停

8、等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： 1. 適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件； 在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動強度，改善勞動條件； 5. 良好的經(jīng)濟效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別

9、是在機床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。1.1 國內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹1.1.1國外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹自從第一臺商品數(shù)控機床問世以來 ，到1965年，世界主要工業(yè)國家的數(shù)控機床己進入了大批量生產(chǎn)階段。數(shù)控機床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。1970年前美國處于領(lǐng)先地位。1971年蘇聯(lián)生產(chǎn)數(shù)控機床2538臺，一舉超過美國，名列世界第一。1977年以前，蘇聯(lián)一直保持產(chǎn)量優(yōu)勢，以后日本的半導(dǎo)體技術(shù)及計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，促進了數(shù)機床的生產(chǎn)。1976年日本數(shù)控機床產(chǎn)量是3300臺，1978年時為730

10、0臺，1980年為22000臺，到1981年僅用4年時間便超過了其他各國而成為世界上最大的數(shù)控機床生產(chǎn)國，產(chǎn)量達到26000臺，基本上兩年翻一番。1981年，日本、美國、聯(lián)邦德國、法國、英國五國的數(shù)控機床總產(chǎn)量為39000臺，其中日本占66.2%，美國占19.8%，聯(lián)邦德國占8.3%,法國占2.9%，英國占2.8%。到期988年，日本年產(chǎn)數(shù)控機床約為50000臺，數(shù)控化率達70%.1.1.2國內(nèi)發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹我國從1958開始研究數(shù)控機械加工技術(shù)，60年代針對壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效

11、果。70年代針對航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來組織了數(shù)控機床攻關(guān)會戰(zhàn)，經(jīng)過三年努力，到1975年己研制出了40多個品種300多臺數(shù)控機床。經(jīng)過30年的努力，我國數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從1975年到1979年，7年內(nèi)累計生產(chǎn)數(shù)控機床4108臺（其中約3/4以上的數(shù)控線切割機床）。進入80年代，我國重新重視發(fā)展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國外引進控制機和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，為國內(nèi)主機配套的方針。1981年，我國從日本fanuc公司引進了fanuc3系列、5系列、7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機，直流主軸電機技術(shù)，并在北京機床

12、研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠。于1981年底開始驗收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電機與主軸電機也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國的主機品種與技術(shù)水平都有成套的發(fā)展與提高。我國己有少數(shù)產(chǎn)品開始進入國際市場，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機床返銷國外。目前，我國除了能獨立地設(shè)計與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機床外，還能生產(chǎn)五坐標數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機床研究所開發(fā)研制的jcs-fmc=1，jcs=fmc-2柔性加工單元，xh715型立式加工中心，昆明機床床

13、廠thk4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的tk66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的xh754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數(shù)控技術(shù)進入新的發(fā)展時期，預(yù)計在不遠的將來會趕上或超過世界先進國家水平。1.2研究目的及意義隨著當今工業(yè)設(shè)備對精密程度的要求越來越高，加工設(shè)備的機械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設(shè)備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機床由于價格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明認了創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具，它

14、與人類在農(nóng)業(yè)；工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)，6年后，即1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床，從此傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用。在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少數(shù)機床以fms模式使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于落后由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展。市場需求的變化越來越多樣化，多品種，中小批量甚至是單間聲場占有相當大的比重，普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞

15、動聲場率的要求。如果設(shè)備全部更替，不僅資金投入，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是電子技術(shù)計算機技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機床的數(shù)控改造。實踐已經(jīng)證明普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造具有重大的實際價值。1.3 研究的內(nèi)容機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進而成(那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論)

16、。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢以數(shù)字化為特征數(shù)控機床是柔性化制造系統(tǒng)和敏捷化制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)裝備，它的總的發(fā)展趨勢是：高精化、高速化、高效化、

17、柔性化、智能化和集成化，并注重工藝適用性和經(jīng)濟性。具體可歸納為下列八個方面：1.4.1持續(xù)地提高經(jīng)濟加工精度 從1950年至2000年的50年內(nèi)加工精度提升100倍左右，即加工精度平均每8年提高1倍，當前的普通加工精度已達到上世紀50年代的精密加工水平。 以加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度為例對比國內(nèi)外的水平，國內(nèi)大致為0.0080.010mm，而國際先進水平為0.0020.003mm，按上述統(tǒng)計規(guī)律分析差距約為15年左右。 1.4.2推進全面高速化實現(xiàn)高效制造 在刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的支持下，切削速度不斷地提高。在實際生產(chǎn)中，車、銑45號鋼由1950年的80100m/min，至2

18、000年普遍達到500600m/min，50年內(nèi)切削速度提高了5倍。高速化加工另一個特點是大多從單一的高速切削發(fā)展至全面高速化，不僅要縮短切削時間，也要力求降低輔助時間和技術(shù)準備時間。 1.4.3復(fù)合加工機床促進新一代高效機床的形成 復(fù)合機床的含義是在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的全部加工。復(fù)合機床根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，可以分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。 工藝復(fù)合型為跨加工類別的復(fù)合機床，包括不同加工方法和工藝的復(fù)合，如車銑中心、銑車中心、激光銑削加工機床、沖壓與激光切割復(fù)合、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等。 工序復(fù)合型應(yīng)用刀具（銑頭）自動交換裝置、主軸立臥轉(zhuǎn)換頭、雙擺銑頭、多主軸頭和多回轉(zhuǎn)刀

19、架等配置，增加工件在一次安裝下的加工工序數(shù)，如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和主副雙主軸車削中心等。 復(fù)合數(shù)控機床具有良好的工藝適用性，避免了在制品的儲存和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，有力地支持了準時制造（jit），因此對它的研發(fā)已被給予了極大的關(guān)注。 1.4.4工藝適用性的專門化數(shù)控機床正不斷涌現(xiàn) 通過對機床布局和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使對不同類型的零件加工具有最佳的適用,避免一方面出現(xiàn)不能發(fā)揮最佳性能,另一方面又存在功能冗余的現(xiàn)象。 要解決品種多樣化與經(jīng)濟性的矛盾，這就要對機床的模塊化設(shè)計提出更高的要求。以及對可重構(gòu)機床（reconfigurable machine tools，簡稱rmt）技術(shù)的探索，反映了對制造裝備

20、能更方便地實現(xiàn)個性化、多樣化發(fā)展的一個追求。1.4.6智能化和集成化成為數(shù)字化制造的重要支撐技術(shù) 信息技術(shù)的發(fā)展及其與傳統(tǒng)機床的相融合，使機床朝著數(shù)字化、集成化和智能化的方向發(fā)展。數(shù)字化制造裝備、數(shù)字化生產(chǎn)線、數(shù)字化工廠的應(yīng)用空間將越來越大；而采用智能技術(shù)來實現(xiàn)多信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過程適應(yīng)控制、誤差補償智能控制、復(fù)雜曲面加工運動軌跡優(yōu)化控制、故障自診斷和智能維護以及信息集成等功能，將大大提升成形和加工精度、提高制造效率。 1.4.6發(fā)展適應(yīng)敏捷制造和網(wǎng)絡(luò)化分布式的制造系統(tǒng) 回顧近10年來制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程，基本上遵循以下兩個方向：增強制造系統(tǒng)的智能化和自治管理功能，以提高fmc/

21、fms的快速響應(yīng)能力；發(fā)展兼顧柔性、高效、低成本和高質(zhì)量且便于重構(gòu)的新型制造系統(tǒng)以適應(yīng)不確定性的市場環(huán)境 。這類制造系統(tǒng)稱為快速重組制造系統(tǒng)（rrms）或可重構(gòu)制造系統(tǒng)（rms）。其原理為通過對制造系統(tǒng)中的設(shè)備配置的調(diào)整或更換設(shè)備上的功能模塊來迅速構(gòu)成適應(yīng)新產(chǎn)品生產(chǎn)的制造系統(tǒng)。這就要求設(shè)備和系統(tǒng)不僅軟件具有開放性，而且硬件也要有開放性成為功能可重構(gòu)的機床，即如前面提到的可重構(gòu)機床（rmt）。 1.4.7向大型化和微小化兩極發(fā)展 能源裝備的大型化及航空航天事業(yè)等的發(fā)展，需要重型立式臥式加工中心和銑車中心。 超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略高技術(shù)，正在形成一個產(chǎn)業(yè)。需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸

22、結(jié)構(gòu)和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備。 航空航天、it和國防高新技術(shù)的需求推進了超精加工技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展。上世紀60年代，美國開發(fā)出第一臺商品化超精密機床，其加工尺寸精度為0.8m；70年代英國克蘭菲爾德精密工程研究所批量生產(chǎn)的超精密車床加工的面形精度優(yōu)于0.1m；80年代美國lll實驗室和y-12工廠合作生產(chǎn)的大型超精密金剛石車床的加工平面形度達0.0125m，最大加工直徑為2100mm。加工技術(shù)總的發(fā)展趨勢是：加工精度不斷提高，加工尺寸不斷增加，加工方法多樣化。由于晶片和光學(xué)鏡片等硬脆材料加工的需要，超精密磨削和研拋以及非機械能的特種加工方法使加工精度可優(yōu)于0.005m。 1.4.8配

23、套裝置和功能部件的品種質(zhì)量日臻完善 不僅數(shù)控系統(tǒng)（含數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動裝置）有專業(yè)化生產(chǎn)廠，凡關(guān)鍵的通用性功能部件如電主軸、刀具自動交換系統(tǒng)、滾動導(dǎo)軌副、直線滾動絲杠驅(qū)動副、雙擺主軸頭、雙擺回轉(zhuǎn)臺和自動轉(zhuǎn)位刀塔等在國外均有一些著名的專業(yè)化生產(chǎn)廠，這對保證產(chǎn)品質(zhì)量，增長整機的可靠性和降低成本起著重要的作用。 完善的高集成度的專用電路系統(tǒng)的研發(fā)，仍是數(shù)控系統(tǒng)可靠性繼續(xù)增長和結(jié)構(gòu)小型化的一項重要措施。 1.5 數(shù)控機床改造的必要性1.5.1微觀看改造的必要性 微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)

24、雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面?？梢詫崿F(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。 由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。 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”?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時

25、間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數(shù)控化還是推行fmc（柔性制造單元）、fms（柔性制造系統(tǒng)）以及cims（計算機集成制造系統(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)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。1.5.2宏觀看改造的必要性 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。除

26、在制造過程中采用數(shù)控機床、fmc、fms外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行cad、cae、cam、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)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（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上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達20.8，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。1.6 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機

27、床由：程序、輸人/輸出裝置、cnc單元、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)、機床本體組成。1.6.1程序的存儲介質(zhì)又稱程序載體。主要有以下類型： 軟盤、磁盤、u盤等。1.6.2輸人/輸出裝置1)對于軟磁盤 2)配用軟盤驅(qū)動器和驅(qū)動卡3)現(xiàn)代數(shù)控機床 4)還可以通過手動方式(mdi方式)5)dnc網(wǎng)絡(luò)通訊、rs232串口通訊。1.6.3 cnc單元cnc單元是數(shù)控機床的核心，cnc單元由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。cnc單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動。其它的還有主運動部件的變速、換向和啟停信

28、號；選擇和交換刀具的刀具指令信號，冷卻、潤滑的啟停、工件和機床部件松開、夾緊、分度臺轉(zhuǎn)位等輔助指令信號等。準備功能：g00,g01,g02,g03,輔助功能：m03，m04刀具、進給速度、主軸：t，f，s1.6.4 位置反饋系統(tǒng)（檢測反饋系統(tǒng)）伺服電動機的轉(zhuǎn)角位移的反饋、數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)(工作臺)的位移反饋。包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測距儀、磁柵等。反饋裝置把檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號反饋給數(shù)控裝置，通過比較，計算實際位置與指令位置之間的偏差，并發(fā)出偏差指令控制執(zhí)行部件的進給運動。反饋系統(tǒng)包括半閉環(huán)、閉環(huán)兩種系統(tǒng)。第二章 總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇

29、，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。（1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中，mcs51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 mcs51系列單片機擴展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了c

30、pu外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、i/o接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)?？傮w方案設(shè)計示意圖如下圖2-1所示；進給伺服系統(tǒng)方案框圖如下圖2-2所示。圖2-1 總體方案設(shè)計示圖2-2 進給伺服系統(tǒng)方案框圖2.2 設(shè)計參數(shù)根據(jù)ca6140型普通車床的原始數(shù)據(jù)及數(shù)控改造設(shè)計要求，確定

31、主要設(shè)計參數(shù)如下：床身上最大加工直徑400mm;在床鞍上，210mm最大加工長度為1000mm行程：縱向，1000mm；橫向，200mm快速進給：縱向，6000mm/min，橫向3000mm/minx方向最快工進速度800 mm/min，z方向為400mm/minx方向定位精度0.01mm，z方向為0.02mmx、z方向重復(fù)定位精度0.016mm/全行程安裝螺紋編碼器，可以車削公/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導(dǎo)程為24mm溜板及刀架質(zhì)量：縱向，81.63kg;橫向，61.22kg主電動機功率:7.5kw脈沖當量：縱向， 0.01mm/脈沖；橫向，0.005mm/脈沖2.3 實施方案進給系統(tǒng)改造設(shè)

32、計需要改動的主要部分有掛輪架、進給箱、溜板箱、溜板刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱總成，絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進給滾珠絲杠螺母副、橫向進給步進電機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。刀架：拆除原刀架，改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。以上擬定的方案中原

33、機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動量 ，以降低成本縮短改造周期。機械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。第三章 橫向進給系統(tǒng)設(shè)計與計算3.1橫向進給傳動鏈的設(shè)計計算3.1.1切削力的計算計算主切削力已知機床主電動機的額定功率為7.5kw，最大工件直徑d400mm，主軸計算轉(zhuǎn)速。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，刀具的切削速度為：取機床的機械效率，則由公式，可得： 計算各切削分力走刀方向的切削分力和垂直走刀方向的切削分力，可由以下比例求出：主切削力、走刀方向的切削分力和垂直走刀方向的切削分力，方向如下圖3-1所示。圖3

34、-1 切削力方向圖3.1.2導(dǎo)軌摩擦力的計算計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 此時,導(dǎo)軌受到的垂直切削分力,橫向切削分力,移動部件的的全部重量,取導(dǎo)軌動摩擦系數(shù),則 計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 3.1.3滾珠絲桿螺母副的軸向負載力計算計算最大軸向負載力 計算最小軸向負載力 3.1.4滾珠絲桿的動負載計算與直徑估算按預(yù)定工作時間估算滾珠絲桿預(yù)期的額定動負荷機床的預(yù)期工作時間，滾珠絲桿的當量載荷載荷系數(shù)（表2-28）；精度初選為3級，精度系數(shù)；可靠性系數(shù)。滾珠絲桿的當量轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速為最大切削進給速度時的轉(zhuǎn)速），已知，滾珠絲桿的基本導(dǎo)程，則 按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底徑、根據(jù)定位精度

35、和重復(fù)定位精度的要求估算滾珠絲桿的最大軸向變形 已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為，重復(fù)定位精度為。從定位精度考慮其允許的最大軸向變形量必須滿足從重復(fù)定位精度考慮其允許的最大軸向變形量必須滿足取上述計算的較小值。、估算允許的滾珠絲桿的最螺紋底徑滾珠絲桿螺母副的安裝方式采用一端固定，一端游動支承方式，則兩個固定支承之間的距離為： 取初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計算所得的、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇，其公稱直徑，基本導(dǎo)程，額定動負荷和螺紋底徑如下： 故滿足要求。 將以上計算結(jié)果用于該部件的裝配圖設(shè)計(見橫向進給裝配圖),其計算簡圖如圖3-2。（以下計算公式、圖表參考數(shù)控課程設(shè)計 華中科技大學(xué)出

36、版）圖3-2 普通車床數(shù)控化改造計算簡圖3.2 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗3.2.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗 滾珠絲桿螺母副的螺紋底徑，最大受壓長度，絲桿水平安裝時，取，。 本工作臺滾珠絲桿螺母副的最大軸向壓縮載荷為，遠小于其它臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。3.2.2 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度，彈性模量 密度，重力加速度。滾珠絲桿最小慣性矩為滾珠絲桿最小截面積為取，由下面公式得： 本臺滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為66.7 r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。3.2.3 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗 額定動載荷，軸向載荷，動轉(zhuǎn)條件系數(shù)疲勞壽命

37、壽命時間 滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。3.3機械傳動系統(tǒng)的剛度分析3.3.1機械傳動系統(tǒng)的剛度計算計算滾珠絲杠的拉壓剛度 本機床橫向進給傳動鏈的絲桿支承方式采用的是一端固定，一端波動。 由于滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心距離最大和最小兩極限值。即有： 計算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度已知滾動體直徑，滾動體個數(shù)，軸承的最大軸向工作栽荷，則由表245、表246得計算滾珠與滾道的接觸剛度查附錄a表a3得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲桿的額定動載荷，已知滾珠絲桿上所承受的最在軸向載荷，則由式（246b）得計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度由式（2-47a）得進給系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故

38、由式（2-47b）得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為故3.3.2滾珠絲桿螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算由圖4-5得扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離，已知滾珠絲桿的剪切模量，滾珠絲桿螺母的底徑，則由式（2-48）得3.4 驅(qū)動電機的選型與計算3.4.1電動機的負載慣量折算計算滾珠絲桿的密度，則由式（2-63），得 計算折算到絲桿軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量已知機床橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的總質(zhì)量；絲桿軸每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，則由式（2-65）得：計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量由式（2-66）計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量3.4.2電動機的負載力矩折算計算折算到電動機軸上的切削負載力矩已知在切

39、削狀態(tài)下的軸向負載力，絲桿每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件軸向移動的距離，進給傳動系統(tǒng)的傳動比，進給傳動系統(tǒng)的總效率，則由式（2-54）得：計算折算到電動機軸上的摩擦負載力矩已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力（即空載時的導(dǎo)軌摩擦力），則由式（2-55）得：計算由滾珠絲桿預(yù)緊產(chǎn)生和并折算到電動機軸上的附加負載力矩已知滾珠絲桿螺母副和效率，滾珠絲桿螺母副和預(yù)緊力為，則由下式得：折算到電動機軸上的負載力矩的計算、空載時（快進力矩），由式（2-57a）得： 、切削時（工進力矩），由式（2-57b）得：3.4.3電動機的加速力矩折算根據(jù)以上計算結(jié)果和表a-5，初選90byg5502型反應(yīng)式步進電動機，其轉(zhuǎn)動慣量；而進

40、給傳動系統(tǒng)和負載慣量；對開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間。當機床執(zhí)行部件以最快速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速為3.4.4進給系統(tǒng)所需的各種力矩計算計算空載啟動力矩計算空載啟動力矩計算工進力矩3.4.5 驅(qū)動電動機型號的選擇選擇驅(qū)動電動機的根據(jù)以上計算和表a-5，選擇國產(chǎn)型反應(yīng)式步進電動機為驅(qū)動電動機，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)：5；步距角：；最大靜轉(zhuǎn)矩：；轉(zhuǎn)動慣量：；最高空載啟動頻率：；運行頻率：；分配方式：五相十拍；質(zhì)量：。確定最大靜轉(zhuǎn)矩由表2-48給出的機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可得機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電機的最在靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為取和中的較大者為所需的步進電機

41、的最大靜轉(zhuǎn)矩,即。本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31，大于，可以地規(guī)定的時間里正常啟動，故滿足。驗算慣量匹配為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足式（2-67），即：因為，故滿足慣量匹配要求。3.5 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析3.5.1系統(tǒng)縱向振動的最低固有頻率計算滾珠絲桿螺母副的綜合拉壓剛度,機床執(zhí)行部件 的質(zhì)量和滾珠絲桿螺母副的質(zhì)量分別為,滾珠絲桿螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，己知，則：3.5.2系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的最低固有頻率計算折算到滾珠絲桿軸上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量（）為已知滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度，則：由以上可知，絲桿工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有

42、頻率,扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率，都比較高。一般按的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。3.6 機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析3.6.1機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)計算已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜磨擦力，由式（2-52）得:即，故滿足要求。3.6.2機械傳動系統(tǒng)的定位誤差計算 3.6.3滾珠絲桿因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差計算計算由扭轉(zhuǎn)引起的滾珠絲桿螺母副的變形已知負載力矩，由圖表4-5得扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離，絲桿底徑，則由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度。3.7 確定滾珠絲桿螺母副的精度等級和規(guī)格型號3.7.1確定滾珠絲桿螺母副的精度等級本進給傳動系統(tǒng)采用開環(huán)

43、控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列要求3.7.2 確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號為，其具體參數(shù)如下。公稱直徑,導(dǎo)程；螺紋長度：400mm;絲桿長度：；類型: ，精度：3級精度。3.8 減速器的設(shè)計與計算3.8.1軸的計算由于軸采用的是45號鋼，正火硬度為170-217hbs,扭曲疲勞極限，軸材料的許用切應(yīng)力為。輸入軸： 綜上可知：輸入軸軸徑可取18mm，輸出軸軸徑可取25mm，精度5級。3.8.2箱體尺寸 下箱體壁厚 =0.025a+38 取=8上箱蓋壁厚 =0.03a+38 取=9地角螺釘數(shù)目n 由于a250mm 取n=4地角螺釘直徑 取齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離 2=8mm3.8.3

44、減速齒輪步進電機的步距角,滾珠絲桿的基本導(dǎo)程,進給傳動鏈的脈沖當量,則由,按最小慣量條件查得該減速器應(yīng)采用2級傳動,傳動比可以分別取。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為，模數(shù)，齒寬。第一對齒輪和的參數(shù) 中心矩第二對齒輪和的參數(shù) 中心矩齒輪精度按：gb10095-88 6級精度，其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效率和低噪音，傳動效率為99%。第四章 縱向進給系統(tǒng)設(shè)計與計算4.1 縱向進給傳動鏈的設(shè)計計算4.1.1導(dǎo)軌摩擦力的計算計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 此時,導(dǎo)軌受到的垂直切削分力,縱向切削分力,移動部件的的全部重量,取導(dǎo)軌動摩擦系數(shù),則 計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 4.1.

45、2滾珠絲桿螺母副的軸向負載力計算計算最大軸向負載力 計算最小軸向負載力 4.1.3滾珠絲桿的動負載計算與直徑估算按預(yù)定工作時間估算滾珠絲桿預(yù)期的額定動負荷機床的預(yù)期工作時間，滾珠絲桿的當量載荷載荷系數(shù)（表2-28）；精度初選為3級，精度系數(shù)；可靠性系數(shù)。滾珠絲桿的當量轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速為最大切削進給速度時的轉(zhuǎn)速），已知，滾珠絲桿的基本導(dǎo)程，則 按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底徑、根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算滾珠絲桿的最大軸向變形 已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為，重復(fù)定位精度為。從定位精度考慮其允許的最大軸向變形量必須滿足從重復(fù)定位精度考慮其允許的最大軸向變形量必須滿足取上述計算的

46、較小值。、估算允許的滾珠絲桿的最螺紋底徑滾珠絲桿螺母副的安裝方式采用一端固定，一端游動支承方式，則兩個固定支承之間的距離為： 取初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號 根據(jù)計算所得的、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇，其公稱直徑，基本導(dǎo)程，額定動負荷和螺紋底徑如下： 故滿足要求。 將以上計算結(jié)果用于該部件的裝配圖設(shè)計(見橫向進給裝配圖),其計算簡圖如圖4-1。（以下計算公式、圖表參考數(shù)控課程設(shè)計 華中科技大學(xué)出版）圖4-1 普通車床數(shù)控化改造計算簡圖4.2 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗4.2.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗 滾珠絲桿螺母副的螺紋底徑，最大受壓長度，絲桿水平安裝時，取，。 本工作臺滾珠絲桿螺

47、母副的最大軸向壓縮載荷為，遠小于其它臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。4.2.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度，彈性模量 密度，重力加速度滾珠絲桿最小慣性矩為滾珠絲桿最小截面積為取，由下面公式得： 本臺滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為66.7 r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。4.2.3滾珠絲杠螺母副額定壽命的較驗 額定動載荷，軸向載荷，動轉(zhuǎn)條件系數(shù)疲勞壽命 壽命時間 滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。4.3機械傳動系統(tǒng)的剛度分析4.3.1機械傳動系統(tǒng)的剛度計算計算滾珠絲杠的拉壓剛度 本機床橫向進給傳動鏈的絲桿支承方式采用的是一端固定，一端波動。 由于滾珠絲

48、杠的螺母中心至固定端支承中心距離最大和最小兩極限值。即有： 計算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度已知滾動體直徑，滾動體個數(shù)，軸承的最大軸向工作栽荷，則由表245、表246得計算滾珠與滾道的接觸剛度查附錄a表a3得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲桿的額定動載荷，已知滾珠絲桿上所承受的最在軸向載荷，則由式（246b）得計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度由式（2-47a）得進給系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故由式（2-47b）得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為故4.3.2滾珠絲桿螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算由圖4-5得扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離，已知滾珠絲桿的剪切模量，滾珠絲桿螺母的底徑，則由式（2-48）得4.4 驅(qū)動電

49、機的選型與計算4.4.1電動機的負載慣量折算計算滾珠絲桿的密度，則由式（2-63），得計算折算到絲桿軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量已知機床縱向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即縱向溜板及刀架）的總質(zhì)量；絲桿軸每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，則由式（2-65）得：計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量由式（2-66）計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量4.4.2電動機的負載力矩折算計算折算到電動機軸上的切削負載力矩已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力，絲桿每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件軸向移動的距離，進給傳動系統(tǒng)的傳動比，進給傳動系統(tǒng)的總效率，則由式（2-54）得：計算折算到電動機軸上的摩擦負載力矩已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力（即空載時的導(dǎo)軌

50、摩擦力），則由式（2-55）得：計算由滾珠絲桿預(yù)緊產(chǎn)生和并折算到電動機軸上的附加負載力矩已知滾珠絲桿螺母副和效率，滾珠絲桿螺母副和預(yù)緊力為，則由下式得：折算到電動機軸上的負載力矩的計算、空載時（快進力矩），由式（2-57a）得： 、切削時（工進力矩），由式（2-57b）得：4.4.3電動機的加速力矩折算根據(jù)以上計算結(jié)果和表，初選型反應(yīng)式步進電動機，其轉(zhuǎn)動慣量；而進給傳動系統(tǒng)和負載慣量；對開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間。當機床執(zhí)行部件以最快速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速為4.4.4進給系統(tǒng)所需的各種力矩計算計算空載啟動力矩計算空載啟動力矩 計算工進力矩4.4.5驅(qū)動電動機型號的選擇選擇驅(qū)動電動機的根據(jù)以上

51、計算和表a-5，選擇國產(chǎn)型反應(yīng)式步進電動機為驅(qū)動電動機，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)：5；步距角：；最大靜轉(zhuǎn)矩：；轉(zhuǎn)動慣量：；最高空載啟動頻率：；運行頻率：；分配方式：五相十拍；質(zhì)量：。確定最大靜轉(zhuǎn)矩由表2-48給出的機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可得 機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電機的最在靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為取和中的較大者為所需的步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩,即。本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31，大于，可以地規(guī)定的時間里正常啟動，故滿足。驗算慣量為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足式（2-67），即：因為，故滿足慣量匹配

52、要求。4.5 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析4.5.1系統(tǒng)縱向振動的最低固有頻率計算滾珠絲桿螺母副的綜合拉壓剛度,機床執(zhí)行部件 的質(zhì)量和滾珠絲桿螺母副的質(zhì)量分別為,滾珠絲桿螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，己知，則：4.5.2系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的最低固有頻率計算折算到滾珠絲桿軸上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量（）為已知滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度，則：由以上可知，絲桿工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率，都比較高。一般按的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。4.6機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析4.6.1機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)計算已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜磨擦力，由式（2-52）

53、得:即，故滿足要求。4.6.2機械傳動系統(tǒng)的定位誤差計算 4.6.3滾珠絲桿因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差計算計算由扭轉(zhuǎn)引起的滾珠絲桿螺母副的變形已知負載力矩，由圖表4-1得扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離，絲桿底徑，則由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度。4.7 確定滾珠絲桿螺母副的精度等級和規(guī)格型號4.7.1確定滾珠絲桿螺母副的精度等級本進給傳動系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列要求4.7.2確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號為，其具體參數(shù)如下。公稱直徑,導(dǎo)程；螺紋長度：;絲桿長度：；類型: ，精度：3級精度。4.8減速器箱體的設(shè)計4.8.1軸的計算由于,軸采用的是45號鋼，正火硬度為170-217hbs,扭曲疲勞極限，軸材料的許用切應(yīng)力為=45mpa。輸入軸： (可初選軸的直徑)綜上可知：輸入軸軸徑可取18mm，輸出軸軸徑可取25mm，精度5級。4.8.2箱體尺寸 下箱體壁厚 =0.025