CA6140車床橫向進(jìn)給軸的數(shù)控化改造

1、課程設(shè)計(jì)說明書題目：CA614陣床橫向進(jìn)給軸的數(shù)控化改造（20132014學(xué)年第2學(xué)期）課題名稱CA614/床橫向進(jìn)給軸的數(shù)控化改造適用專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化班級(jí)課程設(shè)計(jì)時(shí)間2014年6月23日起2014年7月4日止1.課題內(nèi)容簡(jiǎn)介及要求本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生在熟悉典型車床(CA6140)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造。使機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，由此不但可以提高加工精度和生產(chǎn)率，而且成本低、周期短。具體要求如下：(1)在綜合考慮資金投入、車床性能的基礎(chǔ)上，將普通車床的橫向進(jìn)給軸進(jìn)行數(shù)控改造，確定系統(tǒng)改造方柔；(2)按照系統(tǒng)改造方案，應(yīng)用提供的設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇、校核驅(qū)動(dòng)電機(jī)、滾

2、珠絲杠和傳動(dòng)齒輪，并對(duì)其他相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成時(shí)要求繪制出橫軸的裝配圖，并撰寫設(shè)計(jì)說明書。注意：橫軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮與CA6140主體的安裝問題。2.主要設(shè)建數(shù)滑架重量300N;直線脈沖當(dāng)重0.01mm/p;最大工進(jìn)速度：0.3m/min;最快移動(dòng)速度1.0m/min;工作載荷1000N;摩榛系數(shù)：0.1;橫向最大行程：300mm.驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換元件采用滾珠絲杠副。3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)準(zhǔn)備0.5天（包括題目講解說明2小時(shí)）總體方案設(shè)計(jì)2天（包括資料搜集、系統(tǒng)分析與方案設(shè)計(jì)）伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.5天（包括伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算，選型，校核、裝配圖繪制）編寫設(shè)計(jì)說明書1天、答辯1天4.

3、工作量要求說明書字?jǐn)?shù)：1.2萬字圖紙工作量：1張A1圖紙摘要1第一章課題研究背景及其意義1第二章、總體方案設(shè)計(jì)42.1 功能分析法42.1.1 總功能的抽象化42.1.2 功能元52.1.3 形態(tài)學(xué)矩陣62.1.4 方案選擇與評(píng)價(jià)62.2 改造方案11第三章機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型123.1 切削力的計(jì)算123.2 直線貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌選型133.3 滾珠絲桿副的計(jì)算與選型143.3.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算143.3.2 最大動(dòng)工作載荷Fq的計(jì)算143.3.3 初選型號(hào)153.3.5 剛度驗(yàn)算163.3.6 穩(wěn)定性校核193.3.7 滾珠絲杠支撐及預(yù)緊方式選用203.3.8 軸承選用223.3

4、.9 軸承壽命計(jì)算223.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱選用233.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選用273.5.1 計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量273.5.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩293.5.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定323.6 聯(lián)軸器37結(jié)束語38致謝39摘要應(yīng)用成熟的數(shù)控技術(shù)理論和成功經(jīng)驗(yàn)，以低廉的成本對(duì)普通舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，可恢復(fù)甚至提高原機(jī)床的精度，適應(yīng)工業(yè)高速跨越式發(fā)展的要求，為此機(jī)床數(shù)控化改造在國(guó)際國(guó)內(nèi)作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式行業(yè)獲得了很大的發(fā)展。本文以CA614CB床為研究對(duì)象，對(duì)該機(jī)床進(jìn)行了數(shù)控化改造，主要研究?jī)?nèi)容如下：對(duì)數(shù)控伺服系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析研究，簡(jiǎn)單了解

5、了數(shù)控化改造過程中數(shù)控系統(tǒng)的選型，分析研究了CA6140機(jī)床的數(shù)控化改造方案，根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的要求，對(duì)切削力和滾珠絲杠進(jìn)行了計(jì)算，并選配了合適的齒輪減速器和步進(jìn)電機(jī)。對(duì)改造以后的機(jī)床精度進(jìn)行了恢復(fù)，并給出伺服系統(tǒng)典型部件改造方案。此次研究，為企業(yè)技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)CA6140a車床數(shù)控化改造提供了行之有效的科學(xué)方法，對(duì)于企業(yè)其他傳統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)改在也有借鑒和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：數(shù)控改造；伺服系統(tǒng);CA6140車床第一章課題研究背景及其意義1.1 課題背景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

6、，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。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%,FMC/FM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

7、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。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國(guó)、日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名

8、公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國(guó)得寶公司已在中國(guó)開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。1.2 機(jī)床改造的內(nèi)容及意義1.2.1 研究意義企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢

9、測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢

10、測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01至0.02mm已能滿足CW614昨床改造后加工零件的精度要求。1.2.2 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線(1) 縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核。(2) 縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇。(3) 主軸交流伺服電機(jī)的選擇與校核。(4) 其他元件的選擇。1.3機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題(1) 恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。(2) NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NCB床、CNCM床。(3) 翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的

11、CNC系統(tǒng)以最新CNC4行更新。(4) 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。第二章、總體方案設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)電一體化設(shè)備與產(chǎn)品的總稱，它表示將這些設(shè)備與產(chǎn)品視為一個(gè)系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)環(huán)節(jié)是總體設(shè)計(jì),就是在具體設(shè)計(jì)之前對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化系統(tǒng)的各個(gè)方面，本著簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀等基本原則所進(jìn)行的綜合性設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容有：系統(tǒng)原理方案的構(gòu)想，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、總體布局與環(huán)境設(shè)計(jì)，主要參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)的確定，總體方案的評(píng)價(jià)與決策。總體設(shè)計(jì)給具體設(shè)計(jì)規(guī)定了總的基本原理、

12、原則和布局，指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)的進(jìn)行而具體設(shè)計(jì)則是在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的具體化，它還不斷豐富和修改總體設(shè)計(jì)。兩者相輔相成，有機(jī)結(jié)合，常交錯(cuò)進(jìn)行，不可能斷然分開。2.1 功能分析法2.1.1 總功能的抽象化抽象化的目的是，設(shè)計(jì)人員無需設(shè)計(jì)具體解決方案，就能清晰地掌握所設(shè)計(jì)的基本功能和主要約束條件，從而抓住了設(shè)計(jì)中的主要矛盾，這樣就可以把思維注意力集中到關(guān)鍵問題上來，容易有突破和創(chuàng)新。工程設(shè)計(jì)中常用的抽象方法是“黑箱”法。對(duì)于所設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化系統(tǒng)化系統(tǒng)來說，在求解之前，猶如一個(gè)看不清其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”。通過“黑箱”可以明確所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與攝入輸出量及外界環(huán)境的關(guān)系，這就便于拜托具體的東西而進(jìn)行分析和思

13、考。CA614吸控化改造“黑箱”法毛胚件成型件-CA6140普通數(shù)控車床4（黑箱）電能機(jī)械能、摩擦能加工要求工作狀態(tài)顯示'將待求系統(tǒng)油乍“黑箱”分析和比較系統(tǒng)的輸入和輸出物料流、，能量流、信號(hào)流的差別和關(guān)系，繼而反映出系統(tǒng)的總功能一一加工。總功能是系統(tǒng)整個(gè)過程的反映，將總功能分解就是將系統(tǒng)分解成分功能，便可畫出如下功能樹模型。2.1.2 功能元功能元是能直接從物理效應(yīng)和邏輯關(guān)系找到可以滿足功能要求的最小單位。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的基本功能遠(yuǎn)可以分為：屋里功能元、邏輯功能元、數(shù)學(xué)功能元。CA614M能分析總功能功能元加工能量電能動(dòng)力電機(jī)減速齒輪減速伺服傳動(dòng)絲桿螺母副聯(lián)接聯(lián)軸器支撐軸承

14、輔助模塊防護(hù)罩2.1.3 形態(tài)學(xué)矩陣功能解要實(shí)現(xiàn)功能元，功能解要盡可能的列舉出來CA6140形態(tài)學(xué)矩陣電機(jī)交流亓J電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)齒輪減速器直齒圓柱齒輪輪斜齒圓柱齒輪人字形圓柱齒輪渦輪蝸桿減速諧波齒輪減速器滾珠絲桿內(nèi)循環(huán)外循環(huán)聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器鼓形四也聯(lián)軸器滾子聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器導(dǎo)軌燕尾導(dǎo)軌V型導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌平導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌2.1.4 方案選擇與評(píng)價(jià)方案的選擇應(yīng)該處理好以下兩個(gè)問題：各功能元原理方案之間在屋里上的相容性鑒別，可以從功能結(jié)構(gòu)中的能量流、物料流、信號(hào)流能否不受干擾地連續(xù)流過，以及功能元的原理方案在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)上是否有矛盾來進(jìn)行直覺判斷，從而提出那些不相容的方案。這些工作可

15、以用計(jì)算機(jī)來做。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益好的角度，初步挑選出幾個(gè)比較有希望的方案進(jìn)行進(jìn)一步的比較。借鑒類似設(shè)計(jì)和前期構(gòu)思中形成的初步設(shè)想，再抓住以上兩點(diǎn)，就可以再為數(shù)眾多的原理方案中確定少數(shù)的幾個(gè)較好的方案。步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)是電器伺服驅(qū)動(dòng)裝置中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，控制最容易，維修最方便，而且是全數(shù)字化的裝置。同時(shí)由于步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)不需另配反饋與那件，就可以進(jìn)行伺服控制。因此合適數(shù)字控制（NC的系統(tǒng)使用齒輪減速器對(duì)于數(shù)控機(jī)車的齒輪傳動(dòng)，應(yīng)采用設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工藝均較簡(jiǎn)單，而且易獲得高精度的平行軸漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)。通常，齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)級(jí)數(shù)少一些比較好，因?yàn)榭梢詼p少零部件的數(shù)目，簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)，并且可以提高傳動(dòng)

16、精度，減少空程誤差，有利于提高傳出】展開式h）分流式圖iai.1T二級(jí)圓柱齒輪減速器傳前布宜形式*動(dòng)效率。同時(shí)hac1.25較小，一般模數(shù)取m=12數(shù)控車取m=2外循環(huán)滾珠絲杠具有以下特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為當(dāng)量摩擦角（對(duì)于本課題選用的滾珠絲杠約為10'）滾動(dòng)摩擦系數(shù)一般為0.00250.0035,因而傳動(dòng)效率很高，可達(dá)90%以上相當(dāng)于普通滑動(dòng)絲杠螺母副的34倍。滾珠絲杠副相對(duì)于滑動(dòng)絲杠副來說，僅用較小的扭矩就能獲得較大的軸向推力，而且功率損耗只有滑動(dòng)絲杠副的1/41/3,這對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)小型化、快速響應(yīng)能力及節(jié)省能源等方面，都具有重要意義。2傳動(dòng)的可逆性一般的螺旋傳動(dòng)

17、是指其正傳動(dòng)，即把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)。而滾珠絲杠副不僅能實(shí)現(xiàn)正傳動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)。這種運(yùn)動(dòng)上的可逆性是滾珠絲杠螺母副所獨(dú)有的。3傳動(dòng)精度高傳動(dòng)精度主要是指進(jìn)給精度和軸向定位精度。滾珠螺絲杠螺母副屬于精密機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，絲杠與螺母經(jīng)過淬硬和精磨后，本身就具有較高的定位精度和進(jìn)給精度。高精度滾珠絲杠副，任意300頒的導(dǎo)程累計(jì)誤差為4仙m/300mm04磨損小、使用壽命長(zhǎng)滾動(dòng)磨損要比滑動(dòng)磨損小得多，而且滾珠、絲杠和螺母都經(jīng)過淬硬,所以滾珠絲杠副長(zhǎng)期使用仍能保持其精度，工作壽命比滑動(dòng)絲杠副高56倍。從某種程度上可彌補(bǔ)滾珠絲杠副由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝復(fù)雜而造成成本較高的缺點(diǎn)。凸緣聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器

18、，是把兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器用普通平鍵分別于兩軸連接，然后用螺栓把兩個(gè)半聯(lián)軸器連成一體，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)轉(zhuǎn)速低、無沖擊、軸的剛性大、對(duì)中性較好時(shí)常用。凸緣聯(lián)軸器（亦稱法蘭聯(lián)軸器）是利用螺栓連接兩凸緣（法蘭）盤式半聯(lián)軸器，兩個(gè)半聯(lián)軸器分別鍵與兩軸聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)兩周聯(lián)接，傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。貼塑導(dǎo)軌采用粘結(jié)劑將聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶粘接在導(dǎo)軌在導(dǎo)軌面上，使得傳統(tǒng)導(dǎo)軌的摩擦形式變成鑄鐵一一塑料摩擦副聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)有：耐磨性好粘靖材料其動(dòng)靜摩擦系數(shù)基本接近，而且摩擦因素很低，能防止低速爬行是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。由于聚四氟乙烯塑料導(dǎo)軌軟帶材料中，本身具有潤(rùn)滑作用，對(duì)

19、潤(rùn)滑的供油量要求不高，采用間歇供油即可減振性能好塑料的阻尼性能好，具減振消聲性能對(duì)提高摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有很大的意義，最高進(jìn)給速度可達(dá)15m/min。工藝性能好可降低對(duì)粘貼塑料的金屬集體的硬度和表面質(zhì)量的要求，而且塑料容易加工（銃、包I、磨、舌U）以獲得良好的導(dǎo)軌表面質(zhì)量。綜合以上，本課題的方案選用：步進(jìn)電機(jī)、直齒圓柱齒輪、外循環(huán)滾珠絲杠、凸緣聯(lián)軸器、貼塑導(dǎo)軌。該方案這種改造方案成本較低，這種方案選用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)生產(chǎn)的需要，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)（包括更換新部件、新裝置、新附件等），改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能，使之全部或局部達(dá)到新設(shè)備的性能。該方案的優(yōu)點(diǎn)：（1）降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；

20、（2）節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床）；（3）減少了工裝；縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期；（4）可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)等等。2.2改造方案進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)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(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)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

21、，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)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(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。第三章機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3.1 切削力的計(jì)算車削外圓時(shí)的切削抗力有Fx、Fy、Fz,主切削力Fz與主切削速度方向一致垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力Fy與縱向進(jìn)給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力Fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。切削時(shí)總切削力的分解縱切外圓時(shí)，車床的主切削力Fz可以用下式計(jì)算：FzCfapxFzfyFzVnFzKFzz=5360(N)由金屬切削原理知:由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：

22、k=1.4f'=0.1,Fl為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷,拖板上進(jìn)給方向載荷：FLFy2144(N)拖板上垂直方向載荷：FvFz5630(N)拖板上橫向方向載荷：FVFx1340(N)3.2 直線貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌選型工作載荷是影響直線貼塑導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素，本課題中工作臺(tái)為水平布置，基于經(jīng)濟(jì)以及高精度的因素，在原有機(jī)床導(dǎo)軌上做改進(jìn)，選用貼塑導(dǎo)軌。軟帶是以聚四氟乙烯為基本材料，添加合金粉和氧化物的高分子復(fù)合材料。選用聚四氟乙烯因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：耐磨性和耐腐蝕性較高，是目前發(fā)現(xiàn)的固體物質(zhì)中摩擦因素最小的一種，在承載1360Kg的情況下，摩擦因素達(dá)到0.01。具有很好的自潤(rùn)滑性。抗爬行性能好，由

23、于既有很好的自潤(rùn)滑特性，因此有效改善了導(dǎo)軌副的接觸條件，減少了靜摩擦力和動(dòng)摩擦力的差值，從而避免了因爬行造成的對(duì)加工質(zhì)量方面的影響。具有異物可嵌入性。該材料能把鐵屑、沙粒等異物埋嵌入塑料內(nèi)部，避免了自身的磨損，且可以防止拉毛和研傷對(duì)磨金屬表面，起到保護(hù)床身導(dǎo)軌的作用，提高了機(jī)床的完好率、延長(zhǎng)了機(jī)床精度保持周期。粘貼前先將床身導(dǎo)軌表面上涂抹上一層薄薄的機(jī)油或潤(rùn)滑脂，然后貼上一層紙，注意不要重疊，目的是防止床鞍配壓是導(dǎo)軌膠留到機(jī)床導(dǎo)軌上，把床鞍與床身粘上。接著將調(diào)配好的導(dǎo)軌膠分別均勻的涂抹在4F軟帶和床鞍下導(dǎo)軌的被粘貼面上，涂層一般控制在0.050.1mm厚度為宜。涂抹時(shí)，導(dǎo)軌面以縱向涂抹，使粘貼

24、效果更好更可靠。粘貼式將4F軟帶多出來的部分用手拉住，從一端緩慢向另一端擠壓，以便趕走氣泡，使粘貼效果更可靠。然后將粘貼好的床鞍放在床身導(dǎo)軌上，在床鞍上家一定的配重直至粘貼劑固化。接觸壓力一般為0.05MPa0.1MPa固化時(shí)間在常溫下一般為24H以上。在粘貼劑固化后去壓力，用刮刀或者其他工具對(duì)4F軟帶邊角進(jìn)行修整，使其呈45b角坡形。3.3 滾珠絲桿副的計(jì)算與選型3.3.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算最大工作載荷：Fm=kFi+f'（Fv+G）=1.4義2144+0.1（5360+300）=3567.6N3.3.2 最大動(dòng)工作載荷Fq的計(jì)算,60nTL=106-n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）

25、VS為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的,?。╩/min）1000VsnLo1000*0.1537.5r/minLo為絲杠的導(dǎo)程（mrm;T為使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)車T=15000h;FH=1.00FW為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-5機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書取FW=1.3;取硬度60HRCFh為硬度系數(shù)，取考慮到絲杠對(duì)加工精度和經(jīng)濟(jì)性的影響,Lo應(yīng)優(yōu)先取5nlm導(dǎo)程。絲杠轉(zhuǎn)速n10000.1530r/min”,60nT壽命L6""60301061500027106最大動(dòng)載荷：FQ3LFWFHFm3271.31.03567.613913.64(N)3.

26、3.3 初選型號(hào)考慮到工作要求，外循環(huán)插管式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，安裝尺寸小，剛度高等優(yōu)點(diǎn)可以滿足車床改造要求，故選漢江機(jī)床廠C1型滾珠絲杠。查機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)表7.213得相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)滿足FQ<Cao查表，選擇以下驗(yàn)算：當(dāng)導(dǎo)程Lo=5mm時(shí)，F(xiàn)q=13913.64(N),表中額定動(dòng)載荷顯示滾珠絲杠系列代號(hào)25055,公稱直徑d025,螺旋角=338,滾珠直徑db3.175mm列數(shù)圈數(shù)=22.5Ca17456N3.3.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算tantan()式：一一絲杠螺旋升角，由arctan(Ph/d0)算得。摩擦角，滾

27、珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等于10'要求0.9滿足設(shè)計(jì)要求,PharctandoPh絲杠基本導(dǎo)程，PhL0d0絲杠公稱直徑則滾珠絲杠副的摩擦角10'arctan-Ph-do當(dāng)L。5mm時(shí),5arctan3.1425=3.64400.956tan3.6440tan(3.644o0.1670)0.9560.9滿足要求;3.3.5剛度驗(yàn)算絲杠的拉伸或壓縮變形量12FmaMa11 ES2IE式中Fm絲杠的最大工作載荷，單位為N；a絲杠兩端支承間的距離，單位為mm5E絲杠材料的彈性模量，鋼的E=2.110MPa；S絲杠按底徑d2確定的截面積，單位為mm2;

28、M轉(zhuǎn)矩，單位為N?mm；I絲杠按底徑d2確定的截面積慣性矩（Id2/64）,4單位為mm0其中，“+”號(hào)用于拉伸，“一”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小,式中第2項(xiàng)在計(jì)算式可酌情忽略。當(dāng)L0=5mm寸，F(xiàn)mai.ES,a取600mmd2d2do2e2Rd0-絲杠的公稱直徑，e-偏心距，R螺紋滾道的半徑。R0.52db0.523.1751.651e(Rdb/2)sin(1.6513.175/2)sin450.07950.7070.045mmd22520.04521.65121.788mmd23.1421.788242482.339mm2FmaES0.02113567.6600_52.1105482.

29、339若兩端采用止推軸承，且絲杠由進(jìn)行了預(yù)緊，預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其拉伸剛度可比一端固定的絲杠提高4倍，其實(shí)際變形量為：0.00528滾珠與螺紋滾道間接觸變形2mm（此項(xiàng)在總變形量中也占比較大的比重）有預(yù)緊時(shí)：Fm20.0013m103DwFyjZ2/10式中：Dw滾珠直徑，單位為mm;Z-滾珠總數(shù)量，ZZ圈數(shù)列數(shù)；Z單圈滾珠數(shù)，Zdo/DW（外循環(huán)），Z（do/Dw）3（內(nèi)循環(huán)）預(yù)緊力，單位為圈的滾珠數(shù)（外循環(huán)）do3.142524.763db3.175取Z=40zZ22.5125Fm3567.6NFyjFm/31189.2N0.0013Fm103DwFyjZ2/100.0013

30、0.002563567.61033.1751189.21252/10當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，值可減少一半，即:剛度驗(yàn)算絲杠的總變形量精度一半。20.001281I2*。一般總變形量不應(yīng)大于機(jī)床規(guī)定的120.006560.015/2符合條件要求3.3.6穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，如果過軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷FK應(yīng)滿足:Fkfk2eiKa2式中：Fk-臨界載荷，單位為N;fk絲杠支承系數(shù);K-壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.54,垂直安裝時(shí)取最小值;a滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mmE絲杠材料的彈性模量,E2.1105MPa

31、.(IK壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，取4;Id；/643.1421.7884/6411056.53mm4.Fkfk2eiKa22_5422.110511056.534600261585.46NFkFm故絲杠不失穩(wěn)3.3.7滾珠絲杠支撐及預(yù)緊方式選用滾珠絲杠副的支撐方式：雙推一一雙推支撐方式特點(diǎn)：可以同時(shí)承受軸向和徑向載荷，軸向剛度最高預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加較小的軸向載荷適宜高速、高剛度，高精度傳動(dòng)單推一一單推支撐方式軸向剛度較高，主要用于承受軸向載荷預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加較大的軸向載荷適宜中速、精度較高的傳動(dòng)系統(tǒng)雙推一一簡(jiǎn)支支撐方式軸向剛度不高固定端可以進(jìn)行預(yù)拉伸安裝適宜中速，精度較高的長(zhǎng)絲杠雙推一一自由支撐方

32、式軸向剛度低適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝的短絲杠具有自定心作用本課程要求橫向直線脈沖當(dāng)量0.005mm/p,而且絲杠有效形成400mm并不算是一個(gè)長(zhǎng)絲杠，可以選用雙推一一雙推支撐方式。這種支撐方式不經(jīng)軸向徑向剛度高，而且預(yù)拉伸安裝時(shí)僅僅需要較小的拉力即可達(dá)到并裝要求，且雙推一一雙推有利于高精度傳動(dòng)。滾珠絲杠預(yù)緊方式選用滾珠絲杠的預(yù)緊方式一般有：雙螺母預(yù)緊、偏置導(dǎo)程、大滾珠直徑。滾珠絲杠預(yù)緊的作用：1-減小軸向間隙；2-增加剛性預(yù)緊方式的選用時(shí)考慮因素：1-精度（精度越高的絲杠一般選預(yù)緊大一點(diǎn)，否則反之）；2-負(fù)載（負(fù)載大的或頻繁帶負(fù)載正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合可以考慮選預(yù)緊大一點(diǎn)，否則反之）；3-壽命

33、（同型產(chǎn)品，選擇的預(yù)緊力越大壽命會(huì)越低，否則反之）4-動(dòng)力（驅(qū)動(dòng)端動(dòng)力裕量較大的傳動(dòng)系統(tǒng)可以選擇大一點(diǎn)預(yù)緊力，否則可能出現(xiàn)因?yàn)槌跏剂剡^大而導(dǎo)致動(dòng)力不足的問題）。由于本課程的精度要求，選用雙螺母預(yù)緊。拉伸式液壓壓府式預(yù)壓3.3.8軸承選用根據(jù)上一小節(jié)選用的絲杠支撐方式，絲杠應(yīng)該采用兩端各一對(duì)深溝球軸承和一對(duì)推力球軸承。而且在之前，就根據(jù)最大工作載荷已經(jīng)確定了選用絲杠直徑的絲杠。而絲杠兩端選用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的帶鍵槽的直徑mm）t軸。根據(jù)絲杠兩端的直徑初步選擇軸承，根據(jù)現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承GB/T276-1994可得到：深溝球軸承初步選擇61807,其基本額定動(dòng)載荷是4.90KN根據(jù)現(xiàn)在機(jī)械設(shè)

34、計(jì)手冊(cè)單行本一一軸承GB/T301-1995可得到：推力球軸承初步選擇51107,其基本額定動(dòng)載荷是18.2KN3.3.9軸承壽命計(jì)算式中C-基本額定動(dòng)載荷，N（向心軸承為徑向基本額定動(dòng)載荷，推力軸承位軸向基本額定動(dòng)載荷）；P當(dāng)量動(dòng)載荷，N（向心軸承位徑向當(dāng)量動(dòng)載荷R,推力軸承為軸向當(dāng)量動(dòng)載荷R）;壽命指數(shù)（球軸承二3,滾子軸承=10/3）;軸承以一定的轉(zhuǎn)速使用時(shí)，軸承的疲勞壽命用時(shí)間來表示比較方便。如將軸承的基本額定壽命以時(shí)間來表示，此時(shí)上式為：或式中L10h基本額7H壽命，h汽車等用軸承，基本額定壽命可用其行駛公里數(shù)表示。經(jīng)計(jì)算：深溝球軸承基本額定壽命：數(shù)控車床設(shè)計(jì)壽命T=15000h,軸

35、承校核的壽命首先保證了該部位在試用期間內(nèi)不首先損壞。推力球軸承基本額定壽命：同理，校核表明推力球軸承在使用期間不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，提高了系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。故選用四個(gè)61807深溝球軸承、四個(gè)51107推力球軸承。3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱選用（一）減速比的確定減速比為：ibLo360p式中：p為脈沖當(dāng)量（mm/plus）;Lo為滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（mrm,b步進(jìn)電機(jī)的步距角由系統(tǒng)的定位精度要求可確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為：p=0.005mm/plus初選三相異步電動(dòng)機(jī)：根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求，采用三相六拍工作方式的步進(jìn)電機(jī)，步距角為b=0.75°。i=0.75*5/（3600.005）=75/212.

36、08333取考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可才用兩級(jí)齒輪降速。齒輪傳動(dòng)比分配有三種方式:對(duì)于傳動(dòng)精度要求高按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的按最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則對(duì)于要求負(fù)載質(zhì)量盡可能小按質(zhì)量最小原則根據(jù)本課題要求可知，進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)功率并不大，只是小功率傳動(dòng)而已，故鑒于經(jīng)濟(jì)、成本、精度高原則，采用重量最輕原則，兩級(jí)傳動(dòng)相同在機(jī)械原理中涉及到齒輪設(shè)計(jì)，齒數(shù)如果過小會(huì)產(chǎn)生根切現(xiàn)象，為避免根切現(xiàn)象，可以采用以下兩個(gè)方式：制造過程中滾齒刀正變位或提高齒輪齒數(shù)。在本課題中，采用提高齒輪齒數(shù)避免根切現(xiàn)象的產(chǎn)生。一股模數(shù)取m=12數(shù)控

37、車取m=2齒輪寬b=(36)m,為了消除齒側(cè)隙,寬度可加大到(610)mi齒數(shù)Z>17。Zi=30Z2=Zi*i12=30*1.45=43.5Z3=Zi=30;Z4=Z2=44;圖則dmz123060(mm)da1d12m602264(mm)df1d11.25m2601.252255(mm)b1(610)mm取bi10mmZ2Z1i301.4543.544d2mz224488(mm)da2d22m882292(mm)df2d21.25m2881.252283(mm)8860274(mm)b2(610)mm取b210mmd1d2a中心距2選小齒輪齒數(shù)z130,小齒輪的齒寬度b110mm,大

38、齒輪齒數(shù)z244,大齒輪的齒寬度b210mmo圓柱齒輪因?yàn)樯a(chǎn)、轉(zhuǎn)配、運(yùn)行等原因需要調(diào)整間隙，圓柱齒輪的間隙調(diào)整有三種方法：偏心套調(diào)整法通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套，可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除齒輪正反轉(zhuǎn)時(shí)的間隙，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，常用于電機(jī)軸與絲杠之間的齒輪傳動(dòng)，只能補(bǔ)償齒厚誤差與中心距誤差引起的間隙，不能補(bǔ)償齒輪制造的偏心引起的間隙。軸向墊片調(diào)整法利用雙片齒輪制造時(shí)軸向距離和使用時(shí)軸向距離不同，改變了嚙合時(shí)從動(dòng)輪的齒厚，使間隙得到補(bǔ)償。此法常用于斜齒輪。:中平*T雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法這種結(jié)構(gòu)適用于一般負(fù)載傳動(dòng)，彈簧力產(chǎn)生的扭矩不應(yīng)過大或過小。扭矩過大會(huì)加大齒面的間磨損，過小又起不到消隙作用

39、，一般在滿足反向精度要求的情況下使彈簧力產(chǎn)生的扭矩略小于齒輪副的計(jì)算扭矩。圖用因片薄山輪吊的調(diào)整k2一信片排始A量粒:4彈裱根據(jù)該課題中要求可知道，進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)屬于一般負(fù)載傳動(dòng)，而且要求正、反轉(zhuǎn)均不會(huì)卡死，以提高數(shù)控車床的精度。故選用雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型要以相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇選擇步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)所稱的“功率”步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因?yàn)?，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)甚至更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)頻率的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)

40、頻率，通常稱為“空起頻率”。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)選擇中,相數(shù)越多的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常步距角就能夠做的比較小。針對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境來選擇特種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠防水防油，用于某些特殊場(chǎng)合。3.5.1 計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(1)齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:工作臺(tái)轉(zhuǎn)化在絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:將各個(gè)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸上折算:查表3.11機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫x用電機(jī)限定工作方式的是三相六拍，步距角為b0.75，故符合的是：110BF003和110BF004電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為:110BF003:Jm1110BF004:Jm246.

41、1105kgm24.61kgcm234.3105kgm23.43kgcm2系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量110BF003:110BF004:3.5.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩主要考慮快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩和最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M起MamaxMfM。MeqMfMoMt電機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載TqmaxM起，M切空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩MamaxMamaxi12mx10260taMamax222-max10260ta式中:2傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm2）max運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）3/max0.3(m/min)0.310(mm/min)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/

42、min）Vmaxb0.31030.75nmax125(r/min)p3600.005360ta運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大進(jìn)給速度所需時(shí)間ta30ms綜上有電機(jī)軸上的加速度力矩:3一Mamaxi57.50Ncm5.75010NmMamax252.30Ncm5.23103Nmamax2摩擦力矩MfF0L0MfN.m2i式中：'F。導(dǎo)軌的摩擦力（N）F0f（FzG）Fz-垂直方向的切削力（N）Fz5360NG-運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）G=300N/f-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.1i齒輪總減速比i=2.1傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.70.850.8M則有：0.1（3005360）0.632.17Ncm

43、23.140.82.1附加摩擦力矩M0式中:FP0滾珠絲桿預(yù)加負(fù)載（N）,一般取工作載荷的FpoFm1189.2N3L。-滾珠絲桿導(dǎo)程（cm）Lo0.5cm0-滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取00.900.9則有：M0(10.92)0.56Ncm1189.20.523.140.82.1（4）折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩TtMtFtL°2i式中：Ft-進(jìn)給方向最大切削力（NFtFl2144NMt21440.323.140.82.160.96Ncm快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩M起1Mamax1MfM057.5032.170.5690.23NcmM起2Mamax2MfM052.3032.170

44、.5685.23Ncm最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切MfM0Mt32.170.5660.9693.69Ncm在M起、M切兩種力矩中取大者為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。對(duì)于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)橐ＷC一定的動(dòng)態(tài)性能，系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)較小，而等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又較大，故電機(jī)力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動(dòng)力矩作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。3.5.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定首先根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Tjmax初選電機(jī)的型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：由M起M切，所以1MqiM起190.23(N.cm)Mq2M起285.23(N.cm)電機(jī)的起動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有以下關(guān)系，見機(jī)電一體化

45、專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表310):,(因電機(jī)工作方式為三相六拍，故取=0.866)查表3.11機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，110BF003Mjmax1=784N.cmMimax2490N.cm110BF004jmax2Mq11=Mjmax190.230.12784Mq22Mjmax285.230.18490因?yàn)?20.866,所以型號(hào)為110BF003和110BF004均符合要求，但是，型號(hào)為110BF003的步進(jìn)電機(jī)更符合要求，因?yàn)?0.12,裕度較大；且110BF003的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩比110BF004的大，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，自鎖力矩越大，靜態(tài)誤差就越小。故選型號(hào)為110BF003的三相六拍的步進(jìn)電機(jī)。3.

46、5.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核最大空載起動(dòng)頻率1000max60p式中:max為運(yùn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)給速度（m/min）,故:fKmax1.0m/min10001.03333(Hz)600.005fKfmax7000Hz滿足要求切削時(shí)的最大工作頻率fe1000s60p式中:s為最大切削進(jìn)給速度(m/min)0.3m/min故:r10000.3fc1000(Hz)600.005由上述計(jì)算可知：系統(tǒng)要求的空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率要大于電機(jī)的空載起動(dòng)頻率1500Hz,且很難找到空載起動(dòng)頻率滿足要求的電機(jī)型號(hào)，可以采用調(diào)壓起動(dòng)等方式起動(dòng)電機(jī)使電機(jī)的空載起動(dòng)頻率滿足要求；而電機(jī)運(yùn)行頻率7000Hz可以滿足系統(tǒng)要求。

47、校核步進(jìn)電機(jī)校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件為了使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，通常推薦：網(wǎng)0.5或二4MjmaxJm式中：Mjmax-_步進(jìn)電機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.cm）,見電機(jī)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-11得：Mimax1784N.cm,jmax1（110BF003ML傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m）;MLM切93.69N.cm2Jm-步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m），見電機(jī)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-11得：Jm14.61kg.cm2(110BF003)Jl傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量MLMjmax1JlJm1.22(kg.cm)JL13.18kg.cm。93.

48、69-0.1190.578413.182.8644.61故所選步進(jìn)電機(jī)110BF003具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度,滿足要求。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式從矩角特性中可以知道，最大靜轉(zhuǎn)矩并非步進(jìn)電機(jī)所能驅(qū)動(dòng)的最大轉(zhuǎn)矩。在單步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)所能帶動(dòng)的最大轉(zhuǎn)矩是小于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的。而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是與最大靜轉(zhuǎn)矩、相數(shù)和拍數(shù)都是有關(guān)系的。通過矩角特性曲線，可以計(jì)算出不同相數(shù)和不同拍數(shù)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩從矩角特性曲線中分析最大靜轉(zhuǎn)矩、合成經(jīng)轉(zhuǎn)矩以及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是可以看出：多相通電方式優(yōu)于單相通電，不易失步，但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗的功率要大一些。從拍數(shù)來看，拍數(shù)較多時(shí)不易失步，但轉(zhuǎn)速有所下降。步距角表示控制系統(tǒng)沒發(fā)送一

49、個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。當(dāng)選用拍數(shù)較高的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，可以降低步距角，在沒有減速齒輪的情況下，對(duì)于一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)過更小的角度。綜上因素以及已經(jīng)選用的電動(dòng)機(jī)自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)，本課題選用三相六拍控制方式。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路機(jī)電一體化系統(tǒng)大多都是微型計(jì)算機(jī)控制的，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路一般也是受微機(jī)控制的，具基本電路如下所示。圖中的功率放大部分大多數(shù)采用VMO酸效應(yīng)管或大功率晶體管，也有采用品閘管電路的。驅(qū)動(dòng)電路形式很多，常用的有以下幾種：1.單電源驅(qū)動(dòng)電路顯然，根據(jù)特性曲線可以知道，改善電流的上升沿是問題的關(guān)鍵。若要改善電流的上升沿，使其陡峭，就要增大電阻R,以減小實(shí)踐常數(shù)（）。然后，這會(huì)減小穩(wěn)態(tài)電流（額定電流）。2 .高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路單電源供電和高低壓供電都存在需要限流電阻（R0的問題，限流電阻主要是為匹配線圈的內(nèi)阻，使其在額定的電壓下，流過額定的電流，并減小時(shí)間常數(shù)。但電阻R都要消耗幾十瓦甚至上百瓦的額外電能，整臺(tái)步進(jìn)電機(jī)要消耗上百瓦甚至上千瓦的額外電能，這不僅浪費(fèi)很大，而且由于大功率電阻體積較大，散熱器和風(fēng)扇燈體積龐大，嚴(yán)重影響了步進(jìn)電機(jī)的使用。3 .斬波橫流電路其特點(diǎn)是既提高了電流上升速率（電流上升時(shí)間很短），又使電路上電阻消耗功率減到最小，體積大