CA6136普通機(jī)床的數(shù)控化改造技術(shù)賀廣東(共30頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上山東英才學(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 二O O九年十二月三十日 專心-專注-專業(yè)目 錄第三章 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(guó)的機(jī)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(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

2、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)AbstractWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment

3、which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity

4、very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather CA6136 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation o

5、f 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, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. Th

6、e whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control 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

7、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(guó)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，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（N

8、C）。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（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(guó)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

9、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1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)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的階段?？傊?，計(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(guó)外稱為PC-BASED）。還要指

10、出的是，雖然國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺(tái)，比上年增長(zhǎng)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(guó)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(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年

11、增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)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(zhǎng)27。 近年來我國(guó)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?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、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(guó)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(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8

12、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(guó)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(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60以上）。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)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(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)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(guó)自改革開放以來，很多企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)、

13、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(guó)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(guó)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(guó)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

14、率低而造成虧損。有的已引進(jìn)較長(zhǎng)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)，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?？梢约庸こ鰝鹘y(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

15、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37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)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。可實(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(zhǎng)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

16、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（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(guó)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、CA

17、E、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(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)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(guó)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(guó)家約落后20年。如我國(guó)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。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

18、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）：=30=300時(shí)間常數(shù)： =25滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =4行程： =190脈沖當(dāng)量： =0.005距角： =0.750快速進(jìn)給速度： =1(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1/2=×5700=285(·)=2850（

19、）在切斷工件時(shí)： =×285=142.5(·)=1425（）(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 =1.1，=0.15則： =1.1×142.5+0.15（285+30）=204(·)=2040（）取 工件直徑：=80 走刀量： =0.15 =15（）壽命值： =13.5最大動(dòng)負(fù)荷： = =×1.2×1×204=582.89(·)=5829.9（）根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷值，選擇滾珠絲杠的型號(hào)為左，其直徑為32，導(dǎo)程為4，滾珠列數(shù)為5列，精度為級(jí)，額定動(dòng)載荷是13000， 所以其強(qiáng)度符合要求。2）效率

20、計(jì)算:摩擦角： =螺旋升角： =則傳動(dòng)效率： =0.9563）剛度驗(yàn)算:滾珠絲杠截面積： =×3.14=7.065×10-2滾珠絲杠受工作負(fù)載引起導(dǎo)程的變化量： =滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即=，所以，導(dǎo)程變形總誤差為： =18.18（）查表知級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1長(zhǎng)）為25，故剛度足夠。=5.61×10-84)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

21、，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)重量： =(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)時(shí)間常數(shù)： =25滾珠絲杠基本導(dǎo)程：0=6行程： =640脈沖當(dāng)量： p=0.01步距角： =0.75°/快速進(jìn)給速度： =21) 切削計(jì)算:由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率=式中 N電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，=4； 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7取=0.65； K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為=0.96。則： =4×0.65×0.96=2.49

22、6又因?yàn)?NC= FZ=所以 式中 v切削線速度，取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 FZ=CFz fYFz KFz查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1則可計(jì)算FZ 如表1所示： 表1 FZ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)

23、： FX =（0.10.6）FZ FZ=(0.150.7) FZ?。?FX=0.5 FZ=0.5×1527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.6×1527.6=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=0.150.18，取為0.16。則 P=1.15×763.8+0.16×(1527.6+800)=1250.8N(1)強(qiáng)度計(jì)算：壽命值 L1=n1=取工件直徑 D=80 mm,查表得T I=15000h則：n1=20r/minL1=18最大動(dòng)負(fù)載 Q=查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) fw=

24、1.2 硬度系數(shù) fH=1則Q=×1.2×1×1250.8=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FC1B系列，滾珠絲杠直徑為32mm,型號(hào)為FC1B32×65E2，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠壽命值 L1=n1=取工件直徑 D=80 mm,查表得T I=15000h則： n1=20r/minL1=18最大動(dòng)負(fù)載 Q=查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1則Q=×1.2×1×1250.8=39933.6N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠

25、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FC1B系列，滾珠絲杠直徑為32mm,型號(hào)為FC1B32×65E2，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)效率為： =式中 摩擦角=10螺旋升角=3°25則=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 L1=±式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6×166N/ cm2。滾珠絲杠截面積 F=()2=（）2×3.14則 L1=±=±5.9×10-6滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小,可

26、忽略,即：L=L1。所以：導(dǎo)程變形總誤差為 =×5.9×10-6=9.8m/m查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（0.001mm長(zhǎng)）為15m/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。第三章 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(zhǎng)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

27、命長(zhǎng)，工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，在生產(chǎn)中大量使用。現(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：152×152下刀體尺寸：161×171技術(shù)指標(biāo)：重復(fù)定位精度：0.005工作可靠性：30000次換刀時(shí)間：90° 180° 270°2.9s 3.4s 3.9s刀架動(dòng)作流程為：電機(jī)減速機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)上刀體上升轉(zhuǎn)位信號(hào)符合粗定位機(jī)構(gòu)上刀體下降槽定位刀體鎖緊電機(jī)停轉(zhuǎn)換刀答信加工順序執(zhí)行。刀架工作原理:微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)控制

28、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. 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)

29、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

30、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CNC通信,通報(bào)現(xiàn)時(shí)工作狀態(tài)并接受CNC的控制。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CNC并與指令位移相比較直至坐標(biāo)軸到達(dá)指令位置,從而

31、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(guó)數(shù)控機(jī)床改造中,微型計(jì)算機(jī)大多采用MCS51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

32、斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。MCS51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,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EPROM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8031CPU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:圖4-2 8301系

33、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-7FH，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RAM有豐富的操作指令。但片內(nèi)RAM容量不夠，故外接6225（32 K)芯片來擴(kuò)展8031的RAM的存儲(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的8051，必須外接EPROM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。口作為地址總線使用。16位地址總線由P0

34、.0口經(jīng)地址鎖存器74LS373提供低8位(A0-A7)，高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JWK15T?，F(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=0.005 Z=0.014控制軸數(shù)X、Z兩軸5聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 二軸6編

35、程尺寸±9999.997快速(X/Z)向316/8G功能G00G04 G22G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G929M功能M00M09 M20M29 M92M9910S功能S01S04 S05S1011T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（）340×400×22018系統(tǒng)重量17 kg4.4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

36、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的回路，En通過D2、Tl為電動(dòng)機(jī)供電，提供電動(dòng)機(jī)所需的額定電流。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、XTA

37、L2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530PF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用.采用外部時(shí)鐘方式，可把XTAL1接地，XTAL2場(chǎng)接外部時(shí)鐘源。 8031時(shí)鐘電路 8031復(fù)位電路 圖4-4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(guó)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

38、角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(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

39、用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M(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，如86BYG250A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

40、指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、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  TORQUE）,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

41、。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)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。DETENT TORQUE 在國(guó)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

42、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。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

43、正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，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。現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：（1）步距角步距角應(yīng)滿足：式中 i傳動(dòng)比 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

44、步進(jìn)電機(jī)的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Qis式中 Q步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； 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：Mq式中 Mq電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩； ML0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。Mjm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，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)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表運(yùn)行方式相數(shù)33445

45、566拍數(shù)3648510612Mg /Mjm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.8662）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：ftfcpm式中 ft極限啟動(dòng)頻率； fcpm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)傳動(dòng)比i為4，取脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖；

46、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（）/step。故可取20、80；m1.5mm（模數(shù)），a20；m30mm，m120mm，33，123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） =7.8×0.185 0.185× 7.8×=35.7 =35.7×滾珠絲杠選用型號(hào)為FFZD4005-3-P3/1410×1290的絲杠其長(zhǎng)度為1410mm，直徑為40mm，則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為2.=2.8× 設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為7.5×（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

47、一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，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110BYG450，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子地抓動(dòng)慣量為7.5×）。根據(jù)參考文獻(xiàn)5上公式可知 式中：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4m/min；（電動(dòng)機(jī)）/（360）4000r/min；100kg；/i1000 r/min。則 （0.006×7.5×0.185×（35.7×2.8×）/）1.0×（1） 絲杠摩擦阻力力矩（）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

48、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。由書上機(jī)電一體化公式得 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t0.03s（一般在0.031s之間選擇），由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2418.7，取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加速度為 則 N.m1.395 N.m（5）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 （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) 在車削時(shí)，由于材料的不均勻等因

49、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)矩突然增大引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)丟步而引起加工誤差，可以適當(dāng)考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)一般可在1.22之間選取。如果安全系數(shù)K1.5，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇 若選用上述預(yù)選的電動(dòng)機(jī)110BYG450，其最大靜轉(zhuǎn)矩7.1 N.m。在四相六拍驅(qū)動(dòng)時(shí)，其步矩角為0.75（）/step，為保證帶負(fù)載能正常加速起動(dòng)和定位停止，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須滿足 由書上機(jī)電一體化表3.7可知，0.87，則0.87 ×7.1=6.17 N.m故選用合格。5.4橫向電機(jī)的計(jì)算與選擇（1） 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

50、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。滾珠絲杠設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)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2m/min；步進(jìn)電機(jī)的步矩角預(yù)選為1.8（）/step。故可取20、80；m1.5mm（模數(shù)），a20；m30mm，m120mm，33，123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） =7.8×0.185 0.185× 7.8×=35.7 =35.7×滾珠絲杠選用型號(hào)為FFZD4005-3-P3/1410×1290的絲杠，其長(zhǎng)度為1410mm，直徑為40mm，則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為2. =2.8× 設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為7.5×（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)，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110BYG450，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子地抓動(dòng)慣量為7.5×）。根據(jù)參考文獻(xiàn)5上公式可知 式中：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2m/min；（電動(dòng)機(jī)）/（360）2000r/min；100kg；/i500r/min。則 （0.1×7.5×0.185×（35.7×2.8×）/）