CA6140數(shù)控化改造的機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)（Computer Numerical Control 簡(jiǎn)稱(chēng)為CNC系統(tǒng)）。一個(gè)完整的現(xiàn)代化數(shù)字控制機(jī)床由數(shù)控裝置，可編程控制器，電源模塊，伺服模塊，伺服電機(jī)，反饋系統(tǒng)，機(jī)床控制面板，人機(jī)通訊單元，手持單元，液壓系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，機(jī)床本體，滾珠絲杠，自動(dòng)換刀系統(tǒng)，等等組成。 數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率高，設(shè)備柔性好，使工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，能加工普通機(jī)床所不能加工的復(fù)雜形面。由于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、產(chǎn)品品種變化頻繁的形勢(shì)下，各國(guó)都致力與開(kāi)發(fā)生產(chǎn)各種數(shù)控機(jī)床，其中將普通機(jī)床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)單方便，易于實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)的性能價(jià)格比大為提高

2、。本次的設(shè)計(jì)題目是將C6140普通車(chē)床改造成為MCS-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車(chē)床。由于是初次設(shè)計(jì)，所以經(jīng)驗(yàn)有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)不足之處，還請(qǐng)各位老師，同學(xué)們多多指導(dǎo)，幫助。設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、脈沖當(dāng)量的選擇脈沖當(dāng)量由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可知：縱向：0.01mm/脈沖橫向：0.005mm/脈沖縱向：0.01mm/脈沖橫向：0.005mm/脈沖二、切削力計(jì)算1、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出床面上最大加工直徑為：DMAX=400mm2、用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算下圖縱車(chē)外圓時(shí)的各切削分力：主切削力：FZ =0.67* DMAX1.5=0.67*4001.5=5360N縱車(chē)外圓時(shí)的主切削力：FZ =5360N

3、設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果二、切削力計(jì)算再按以下比例可求出分離力FX和FYFX:FY:FZ=1:0.25:0.4走刀方向的切削力:FX =0.25*FZ=0.25*5360=1340N垂直走刀方向的切削力:FY =0.4*FZ=0.4*5360=2144N3、用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下所示橫車(chē)端面時(shí)的各切削分力： 主切削力FZ(N)可取縱切的一半如下：FZ=FZ/2=5360/2=2680繼續(xù)用經(jīng)驗(yàn)工式粗略計(jì)算：FZ:FY:FX=1:0.25:0.4 走刀抗力為： FY=2680*0.25=670吃刀抗力為： FX=2680*0.4=1072縱車(chē)外圓時(shí)的切削分力：FX = 1340NFY =214

4、4N橫車(chē)端面時(shí)的切削分力：FY=670FX=1072設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向進(jìn)給率引力計(jì)算。作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率引力主要包括切削時(shí)的走刀當(dāng)力以及移動(dòng)中的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，由于 C6140縱向是綜合導(dǎo)軌，為了提高機(jī)床低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，將其縱向改造為貼塑綜合導(dǎo)軌。選用公式：Fm=K.Fx+f (Fz+G)上式中Fx ,Fz 切削力（N）；G移動(dòng)部件的重量（N）；f 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，K考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。由于改造后的機(jī)床縱向采用貼塑綜合導(dǎo)軌故選取: K=1.15 f =0.04縱向進(jìn)給率引力：Fm=K*Fx+f (Fz+G)=1.15*1340+0.04

5、*(5360+1500)= 1815.4N縱向進(jìn)給率引力：Fm=1815.4N設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果二、橫向進(jìn)給率引力計(jì)算。作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率引力主要包括切削時(shí)的走刀當(dāng)力以及移動(dòng)中的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，由于C6140是橫向是燕尾導(dǎo)軌，為了提高機(jī)床低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，將其改造為貼塑燕尾導(dǎo)軌。選用公式：Fm=1.4*Fy+f (Fz+2Fx+G)上式中Fx,Fz, Fy切削力（N）；G移動(dòng)部件的重量G=850N；f 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù);由于改造后的機(jī)床橫向采用貼塑燕尾導(dǎo)軌故選取: f =0.04橫向進(jìn)給率引力：Fm=1.4*Fy+f (Fz+2Fx+G)=1.4*670+

6、0.04*(2680+2*1072+850) 1165N橫向進(jìn)給率引力：Fm 1165N設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果三、計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載。選用滾珠絲杠副的直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的滾珠上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值（即稱(chēng)為滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C），可用下式計(jì)算： C=fFm L=60*n*T/106 n=1000*vs/L0L0滾珠絲杠導(dǎo)程，縱向初選L0=6mm, 橫向初選L0=5mm;vs最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/21/3），此處 vs縱=0.5m/min*0.5, vs橫=0.2m/min*0.5

7、;T使用壽命，按15000h;f運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取f=1.21.5，這里選取為f=1.2;L壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位。滾珠絲杠導(dǎo)程，初選為：縱向: L0=6mm;橫向: L0=5mm;設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果三、計(jì)算絲杠的最大動(dòng)負(fù)載。縱向絲杠的最大動(dòng)載荷C縱：n縱 =1000vs縱/L0=1000*0.5*0.5/6=41.67r/minL縱 =60*n縱*T/106=60*41.67*15000/106 = 37.503C縱 = 縱fFm=*1.2*1815.47292N橫向絲杠的最大動(dòng)載荷C橫：n橫 =1000vs橫/L0=1000*0.2*0.5/5=20r/minL橫 =60

8、*n橫*T/106=60*20*15000/106 =18C橫 =橫 fFm=*1.2*1165 3664N縱向絲杠的最大動(dòng)載荷C縱：C縱 = 縱fFm=7292N橫向絲杠的最大動(dòng)載荷C橫：C橫 =橫 fFm3664N 設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果四、滾珠絲杠螺母副的選型。查附錄A表3后：縱向：可采用W1L4006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為16400N，精度等級(jí)按表4-15 選為3級(jí)。橫向：可采用W1L2005外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為8800N，精度等級(jí)按表4-15 選為3級(jí)?？v向：W1L4006橫向： W1L

9、2005五、傳動(dòng)效率的計(jì)算。傳動(dòng)效率計(jì)算工式如下：h=tgg/tg(g+j)上式中：g螺旋升角，縱向：W1L4006 g=2。44 橫向：W1L2005 g=4。33j摩擦角取10滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004縱向：h=tgg/tg(g+j)=tg2。44/tg(2。44+10)0.94橫向：h=tgg/tg(g+j)=tg4。33/tg(4。33+10)0.96傳動(dòng)效率計(jì)算結(jié)果如下：縱向：h0.94橫向：h0.96六、滾珠絲杠縱向W1L4006和橫向W1L2005的幾何參數(shù)如下所示：名 稱(chēng)符號(hào)計(jì)算公式W1L4006W1L2005螺紋滾道公稱(chēng)直徑d040mm20mm導(dǎo) 程L06mm5mm接

10、觸角20444033鋼球徑(mm)dq3.9693.175滾道法面半徑RR=0.52dq2.0641.651偏 心 距e0.0560.045螺紋升角=arctg(L0/3.14/d0)20444033螺桿螺桿外徑dd=d0-(0.20.25)dp3919.4螺桿內(nèi)徑d1d1=d0+2e-2R35.98416.788螺桿觸直徑dzdz=d0-dqCos36.035516.835螺母螺母螺紋直徑DD=d0-2e+2R44.01623.212螺母內(nèi)徑D1D1=d0+(0.20.25)dp40.793820.635設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果七、縱向絲杠剛度驗(yàn)算。縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如下所示：最

11、大牽引力Fm=1815.4N。支承間距為L(zhǎng)=1500mm絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3?？v向絲杠的拉伸或壓縮變形量d1按下式計(jì)算： d1=L/L0*L在上式中L滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度，L=1500（mm）;在上式中L在工作負(fù)載作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，(mm) L可用下式計(jì)算：L=±Fm *L0/(E*F)Fm 工作負(fù)載，即進(jìn)給率引力，F(xiàn)m=1815.4N；L0滾珠絲杠的導(dǎo)程，L0=6mm；E材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼E=20.6*104N/mm2;F滾珠絲杠截面積，按內(nèi)徑確定為: F=1016.97mm2;設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果七、縱向絲杠剛度驗(yàn)算。L

12、=±Fm *L0/(E*F)=1815.4*6/(20.6*104*1016.97) =0.000052mmd1 =L/L0*L =0.000052/6*1500 =0.013mm由于兩端均采用了向心推力球軸承,且絲杠雙進(jìn)行了預(yù)拉伸,故其拉壓剛度可以提高四倍,其實(shí)際變形量為: d1 =d1/4=0.013/4=0.00325mm滾珠與螺紋滾道間接觸變形d2經(jīng)查圖4-7,W系列1列2.5 圈滾珠各螺紋滾道接觸變形量dQ: dQ=4.5m因?yàn)檫M(jìn)行了預(yù)緊故:d2=dQ/2=4.5/2=2.25m=0.00225mm支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3采用8107型推力球軸承,d1=35mm,滾動(dòng)

13、體直徑dQ=6.35mm,滾動(dòng)體數(shù)量Z=18; 注意:式中Fm單位為Kgf;拉伸或壓縮變形量為: d1=0.00325mm滾珠與螺紋滾道間接觸變形量為:d2=0.00225mm設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果七、縱向絲杠剛度驗(yàn)算。dC =0.0024*(Fm2/dQ/Z2)1/3=0.0024*(181.542/6.35/182)1/30.0061mm因?yàn)槭┘恿祟A(yù)緊力,故: d3 =dC /2=0.0061/2=0.00305mm根據(jù)以上計(jì)算總的變形量: d=d1+d2+d3=0.00325+0.00225+0.00305=0.00855mm<定位精度±0.015mm支承滾珠絲杠

14、的軸向接觸變形d3:d3=0.00305mm結(jié)論:總的變形量<定位精度,故滿(mǎn)足機(jī)床使用要求。八、縱向絲杠穩(wěn)定性校核。滾動(dòng)絲杠兩端采用了推力軸承,不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需要穩(wěn)定性校核。結(jié)論:穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果九、橫向絲杠剛度驗(yàn)算。橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如下所示：最大牽引力Fm= 1165N,D0=20mm;支承間距為L(zhǎng)=450mm;絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。計(jì)算如下:橫向絲杠的拉伸或壓縮變形量d1(mm)：查表4-6,根據(jù)Fm= 1165N,D0=20mm,查出dL/L=3*10-5 ,可算出d1 =dL/L *L=3*10-5*450=0

15、.0135mm由于兩端均采用了向心推力球軸承,且絲杠雙進(jìn)行了預(yù)拉伸,故其拉壓剛度可以提高四倍,其實(shí)際變形量為: d1 =d1/4=0.0135/4 0.0034mm拉伸或壓縮變形量為: d1=0.0034mm設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果九、橫向絲杠剛度驗(yàn)算。滾珠與螺紋滾道間接觸變形d2經(jīng)查圖4-7,W系列1列2.5 圈滾珠各螺紋滾道接觸變形量dQ: dQ=6m因?yàn)檫M(jìn)行了預(yù)緊故:d2=dQ/2=6/2=3m=0.003mm支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3采用8102型推力球軸承,d=15mm,滾動(dòng)體直徑dQ=4.763mm,滾動(dòng)體數(shù)量Z=12; 注意:式中Fm單位為Kgf;dC =0.0024*

16、(Fm2/dQ/Z2)1/3=0.0024*(116.52/4.763/122)1/30.0065mm因?yàn)槭┘恿祟A(yù)緊力,故: d3 =dC /2=0.0065/20.0033mm根據(jù)以上計(jì)算總的變形量: d=d1+d2+d3=0.0034+0.003+0.0033=0.0097mm<定位精度±0.015mm滾珠與螺紋滾道間接觸變形量為:d2=0.003mm支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3:d3=0.0033mm結(jié)論:總的變形量<定位精度,故滿(mǎn)足機(jī)床使用要求。設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果十、橫向絲杠穩(wěn)定性校核。計(jì)算臨界負(fù)載FK(N)FK=fz*2*E*I/L2式中E材料彈性

17、模量,鋼: E=20.6*106N/cm2;I截面慣性矩(cm4)絲杠:I=/64*d14,d1為絲杠內(nèi)徑; L絲杠兩支承端距離(cm); fz絲杠支承方式系數(shù),從表4-13中查出,一端固定,一端簡(jiǎn)支fz =2.00I=/64*d14=/64*1.67884= 0.3899 cm4;FK=fz*2*E*I/L2=2.00 *2*20.6*106* 0.3899 /452= 78293.4Nnk=Fk/Fm= 78293.4/ 1165= 67.2>> nk (一般 nk=2.54)經(jīng)計(jì)算此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。nk= 67.2>> nk結(jié)論:穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及

18、說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算。已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量p=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程omm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角b=0.75o?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i:i =360o*p/o/b=360o*0.01/0.75o/6=0.8 可選齒輪齒數(shù)為：i =Z1/Z2=32/40或20/25即：取Z132, Z240 或Z120, Z225初選步進(jìn)電機(jī)步距角為： b=0.75o二、橫向齒輪傳動(dòng)比計(jì)算。已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量p=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程o5mm，?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i:i =360o*p/o/b=360o*0.005/0.75o/5=0.48 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，

19、以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處采用雙級(jí)齒輪降速：i =(Z1/Z2)* ( Z3/Z4)=(3/5)*(4/5)=(24/40)*(20/25)即：取Z124, Z240 ,Z320, Z425初選步進(jìn)電機(jī)步距角為： b=0.75o因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取。有關(guān)幾何參數(shù)如下表所示：齒數(shù)324024402025分度圓d=mz648048804050齒頂圓da=d+2m688452844454齒根圓df=d-2*1.25m597543753545齒寬(610)m202020202020中心距A=(d1+d2)/2726445設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。一、等效

20、傳動(dòng)慣量計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下所示：傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(Kg.cm2)可由下式計(jì)算:J=JM+J1+(Z1/Z2)2(J2+JS)+G/g(L0/(2)2在上公式中： JM步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2）。 J1、J2齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2） JS滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2）參考同類(lèi)型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)慣量JM=10 kg·cm2。J1=0.78*10-3*D14*L1=0.78*10-3*6.44*2=2.62 kg.cm2J2=0.78*10-3*D24*L2=0.78*10-3*84

21、*2 =6.39kg.cm2Js=0.78*10-3*44*150=29.952kg.cm2初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：150 BF設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。G=1500N代入上式：J=JM+J1+(Z1/Z2)2(J2+JS)+G/g(L0/(2) )2=10+2.62+(32/40)2(6.39+29.952)+1500/9.8(0.6/(2)2=36.77 kg.cm2考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題： JM/ J=10/36.77=0.272基本滿(mǎn)足慣量匹配要求。二、電機(jī)的力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：快速空載起動(dòng)力矩M起在快速空

22、載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：M起=Mamax +Mf +MoMamax= J*= J*10-2*nmax/ (0.6/(2)*ta)= J*nmax*2*10-2/ (60*ta)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=36.77 kg.cm2JM/ J=0.272基本滿(mǎn)足慣量匹配要求。設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。nmax=(Vmax/p )* (b/360o)將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 nmax=(Vmax/p )* (b/360o) =(2000/0.01)*(0.75 o /360 o) = 416.7 rpm起動(dòng)加速時(shí)間：ta=

23、25ms=0.025sMamax = J*nmax*2*10-2/ (60*ta) =36.77*416.7*2*10-2/ (60*0.025) =641.8 N.cm折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩Mf:Mf =FoLo/(2i)=f (Fz+G)*Lo/(2Z2/Z1) =0.04*(5360+1500)*0.6/(2*0.8*1.25) =26.2 N.cm附加摩擦力矩Mo:Mo =FpoLo/(2i)*(1-o2) =Fm/3*Lo/(2Z2/Z1)* (1-o2) =1815.4/3*0.6/(2*0.8*1.25)(1-0.92) =11 N.cm上述三項(xiàng)合計(jì)：M起=Mamax +Mf

24、+Mo=641.8+26.2+11 =679 N.cm快速空載起動(dòng)力矩M起：M起=679 N.cm設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算?？焖僖苿?dòng)時(shí)所需力矩M快。 M快= Mf+Mo=26.2+11=37.2 N.cm最在切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切： M切 = Mf +Mo+Mt= Mf +Mo+FxLo/(2i) =26.2+11+1340*0.6/(2*0.8*1.25) =165.2 N.cm從上面的計(jì)算可以看出，M起、M快和M切三種工況上，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，經(jīng)此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從表4-22查出,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)=M起/ Mjmax =0.951。最大靜

25、力矩Mjmax =M起/=679/0.951714N.cm。按此最大靜力矩從表4-23查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為1372N.cm。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行頻率特性。三、計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率f起和切削時(shí)的工作頻率f切?？焖僖苿?dòng)時(shí)所需力矩M快：M快=37.2 N.cm最在切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切：M切 =165.2 N.cm設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果一、縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。f起 =1000Vmax/60/p=1000*2.0/60/0.01=3333.3Hz f切=1000Vs/60/p=1000*0.5/60/0.01=833

26、.3 Hz從表4-23中查出150 BF 002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz ，再?gòu)膱D4-17，圖4-18查出150 BF 002型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性曲線(xiàn)和運(yùn)行矩頻特性曲線(xiàn)（附第28頁(yè)）。由圖可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起 =2500Hz時(shí)，M=100N.cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩(679N.cm)直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到 1000Hz時(shí)。起動(dòng)力矩可增高到588.4N.cm ，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF

27、002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿(mǎn)足要求?？蛰d起動(dòng)頻率:f起 =3333.3Hz切削時(shí)的工作頻率:f切=833.3 Hz150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性曲線(xiàn)如下所示：150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線(xiàn)如下所示：設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果二、橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。一、等效傳動(dòng)慣量計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下所示：傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(Kg.cm2)可由下式計(jì)算:J=JM+J1+(Z1/Z2)2 J2+J3+(Z3/Z4)2 (J4+JS)+G/g(L0/(2)2在上公式中： JM步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2）。 J1、J2、J3、J4齒輪Z1、Z2、Z3

28、、Z4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2） JS滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2）參考同類(lèi)型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)慣量JM=4.7kg·cm2。J1=0.78*10-3*D14*L1=0.78*10-3*4.84*2=0.828 kg.cm2初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：110 BF設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果二、橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。J2=0.78*10-3*D24*L2=0.78*10-3*84*2 =6.39kg.cm2J3=0.78*10-3*D34*L3=0.78*10-3*44*2 =0.399kg.cm2J4=0.78*10-3*D44*L4=0.78

29、*10-3*54*2 =0.975kg.cm2Js=0.78*10-3*24*45=0.561kg.cm2G=850N代入上式：J=JM+J1+(Z1/Z2)2 J2+J3+(Z3/Z4)2 *(J4+JS)+G/g(L0/(2)2 =4.7+0.828+(24/40) 2 6.39+0.399+ (20/25)2 (0.975+0.561)+850/9.8*(0.5/(2)2=8.45kg.cm2考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題： JM/ J=4.7/8.4=0.56滿(mǎn)足慣量匹配要求。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:J=8.45 kg.cm2JM/ J=0.56滿(mǎn)足慣量匹配要求。設(shè)計(jì)

30、項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果二、橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。二、電機(jī)的力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：快速空載起動(dòng)力矩M起在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：M起=Mamax +Mf +MoMamax = J*= J*10-2*nmax/ (0.6/(2)*ta)= J*nmax*2*10-2/ (60*ta)nmax=(Vmax/p )* (b/360o)將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 nmax=(Vmax/p )* (b/360o) =(1300/0.005)*(0.75 o /360 o) = 541.7 rpm起動(dòng)加速時(shí)間：ta=25ms=0.025sMamax = J*nmax*2*10-2/ (60*ta) =8.4*541.7*2*10-2/ (60*0.025) = 190.6 N.cm設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程及說(shuō)明主要結(jié)果二、橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算。折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩Mf:Mf =FoLo/(2i)=f (Fz+G)*Lo/(2(Z2/Z1* Z4/Z3) ) =0.04*(2680+850)*0.5/(2*0.8*2.1) =6.69 N.cm附加摩擦力矩Mo:Mo =FpoLo/(2i)*(1-o2) =Fm/3