C6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計

1、C6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計主要技術(shù)指標(biāo)如下：1)床身上最大加工直徑400mm；2)最大加工長度1000mm；3) X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量8x=0.005mm/脈沖，Z方向(縱向)的脈沖當(dāng)量6z=0.01mm/脈沖；4) X方向最快移動速度Vxmax=3000mm/min,Z方向為Vxmax=6000mm/min；5) X方向最快共進(jìn)速度vxmaxff=400mm/min,Z方向為vxmaxf=800mm/min；6) X方向定位精度+0.01mm,Z方向±0.02mm；7)可以車削柱面，平面，錐面與球面等；8)安裝螺紋編碼器，可以車削米/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導(dǎo)程為24m

2、m；9)安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)控制自動選刀；10) 自動控制主軸的正轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號；11) 自動控制冷卻泵的啟/停；12) 安裝電動卡盤，系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開；13) 縱橫向安裝限位開關(guān)；14) 數(shù)控系統(tǒng)可與PC機(jī)串行通信；15) 顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用ISO數(shù)控代碼。一：總體方案的確定二：機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案三：進(jìn)給傳動部件的計算和選型四：繪制進(jìn)給傳動的機(jī)構(gòu)的裝配圖五：控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計六：步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電源的選用:總體方案的確定計算項目計算內(nèi)容和說明計算的主要結(jié)果總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動方式，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型，數(shù)控系統(tǒng)

3、CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。1）臥式車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)，圓可弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成連續(xù)控制型。2）臥式車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前"，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。3）根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中的最大加工尺寸，最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，決定選用MCS51系列的8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU°MCS51系歹18位機(jī)具有功能多，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性/價比高等優(yōu)點(diǎn)。4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴(kuò)展程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器，鍵盤

4、與顯示電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等；還要選擇步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源以及主軸電動機(jī)的交流變頻器等。5）為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)中的速度和精度要求，縱橫向的進(jìn)給傳動應(yīng)選用摩擦力小.傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，為了消除傳動間隙.提高傳動剛度，滾珠絲杠的螺母應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)等。6）計算選擇步進(jìn)電機(jī)，為了國整脈沖當(dāng)量，能需要減速輪副，且應(yīng)肩消間隙機(jī)構(gòu)。7）選擇四工位自動回轉(zhuǎn)刀架與電機(jī)卡盤，選擇螺紋編碼器等。二：機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案計算項目1）主傳動系統(tǒng)的改造萬案2）安裝電動卡盤計算內(nèi)容和說明計算的主要結(jié)果對臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣可減少機(jī)械改造的工作量。主軸的

5、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用24速的多速電動機(jī)代替原有的單速主電動機(jī)；當(dāng)多速電動機(jī)仍不能滿足要求是，可用交流變頻器來控制主軸電動機(jī)，以實現(xiàn)無級變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于70Hz,原來的電動機(jī)可以不更換，但所選變頻器的功率應(yīng)比電動機(jī)大）。本課程中，當(dāng)采用有級變速時，可選用天津市西瑪電機(jī)有限公司生產(chǎn)的YD系列7.5Kw變極多速三相異步電動機(jī)，YD系列變極多速三相異步電動機(jī)是Y系列（1P44）三相異步電動機(jī)主要派生系列之一。該系列電動機(jī)由于具有可隨負(fù)載性質(zhì)的要求而有級地變化轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到功率的合理匹配和簡化變速系

6、統(tǒng)的特點(diǎn)，是機(jī)械系統(tǒng)節(jié)約能耗的理想動力之一。在機(jī)床、礦山、冶金、紡織、印染、化工、農(nóng)機(jī)等工農(nóng)業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。YD系列變極多速三相異步電動機(jī)對于國內(nèi)同類型其他系列電動機(jī)具有效率高、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。電動機(jī)符合“YD系列（1P44度極多速三相異步電動機(jī)技術(shù)條件JB/T7127-93"的規(guī)定。YD系列變極多速三相異步電動機(jī)采用B級絕緣，額定電壓為380V,額定頻率為50Hz,外殼防護(hù)等級為IP44,冷卻方式為IC411,連續(xù)工作（S1）。當(dāng)采用無極變速時，應(yīng)加裝交流變頻器，可采用武漢信通機(jī)電設(shè)備有BM公司生產(chǎn)的F1000-G0075T3B惠豐變頻器采用電

7、機(jī)驅(qū)動芯片，應(yīng)用空間電壓矢量控制方法。強(qiáng)化電磁兼容，完全自動化貼片工藝，具有良好的的可靠性與穩(wěn)定性。它具有電壓利用率高，功率因數(shù)高、動態(tài)性能好、精度高、噪音低、轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于紡織、印染、食品、制藥、機(jī)械電子等領(lǐng)域的電機(jī)調(diào)速及其系統(tǒng)改造和更新。為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，可選用呼和浩特機(jī)床附件總廠生產(chǎn)的KD11250型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊與松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。3）換標(biāo)為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將自動回轉(zhuǎn)刀架車車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用佛山市明鋒機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換

8、刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)完成4）螺紋編碼器的安裝萬案螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或因光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動。本課程中，改造后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程24mm,Z向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是0.01mm/脈沖，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不小于24mm/（0.01mm匚脈沖）=2400脈沖，考慮到編碼器的輸出有相應(yīng)差為90口的A,B相信號，可將A,B經(jīng)邏輯異或后獲得2400個脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器的線數(shù)可降到1200線（A,B信號）。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個的零位

9、脈沖Z。基于上述要求，本課程選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF1200Z-05VO-15-CT電壓輸出，軸頭直徑15mm,生成廠家為長春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為1:1的同步齒形帶與主軸連接起來。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床組、主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速。三：進(jìn)給傳動部件的計算和選型計

10、算項目計算內(nèi)容和說明計算的主要結(jié)果1 .脈沖止旦T里的確定2 .切削力的計算3 .滾珠絲杠螺母副的計算和選型（縱縱、橫向進(jìn)給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設(shè)計減速箱、選擇步進(jìn)電動機(jī)等。以下計算縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與縱向機(jī)構(gòu)類似，本課程設(shè)計不作詳細(xì)計算。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量為6x=0.005mm/脈沖,Z方向（縱向）為邑=0.01mm/脈沖設(shè)工件為碳素結(jié)構(gòu)鋼，、=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15;刀具幾何參數(shù)為：主偏角kr=60'前角3=10工刃傾角As=-5°；切削用量為：背吃刀量（s=

11、3mm,進(jìn)給量ppf=0.6mm/r,切削速度Vc=105m/min。查表得：GFc=2795,xFC=1.0,yFc=0.75,nFc=0.15;主偏角Kr的修正系數(shù)Kkf=0.94;刃傾角、前角和刀尖圓弧半rc徑的修正系數(shù)值均為1.0。由經(jīng)驗公式：FC=CFa；FcfyFcVcnFcKF，算得主切削力1cpcc7Fc=2673.4N;由經(jīng)驗公式：Fc:Ff:Fp=1:0.35:0.4,算得縱向進(jìn)給切削力Ff=935.69N,背向力FP=1069.36N。1）工作載荷Fm的計算已知移動部件總重量G=1300N;車削力Fc=2673.4,Fp=1069.36N,Ff=935.69N。根據(jù)Fz=

12、Fc,Fy=Fp,Fx=Ff的對應(yīng)關(guān)系，可得：Fz=2673.4N,Fy=1069.36N,Fx=935.69N。選用矩形-三角形組合滑動導(dǎo)軌，查表，取K=1.15,卜=0.16,主切削力Fc=2673.4Nc進(jìn)給切削力Ff=935.69N背向力Fp=1069.36NFz=2673.4N,Fy=1069.36N,Fx=935.69N工作載荷Fm：1712N代入Fm=KFx+N(Fz+G)將工作載荷Fm之1712N.(2)最大動載荷Fq的計算設(shè)本車床Z向在承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度v=0.8m/min,初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph-133r/min。取

13、滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入Lo=60nT/106布絲杠壽命系數(shù)L0=119.7(單位為：106r)。最大動載荷:9703N查表，取載荷系數(shù)fW=1.15,再取硬度系數(shù)3=1,代入式Fq=JLTfWfHFm,求得最大動載荷Fq=兀fW儲Fm之9703N。(3)初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷，查表，選擇啟東潤澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm,基本導(dǎo)程為6mm,雙螺母滾珠總?cè)?shù)為3M2圈=6圈，精度等級取4級，額定動載荷為132000N,滿足要求。(4)傳動效率n的計算傳動效率=94.2%將公稱直徑do=40mm,基本導(dǎo)程Ph=6mm,代入70=a

14、rctanPh/5do),得絲杠螺旋升角九二2口44'。將摩擦角邛=10',代入刈=tan九/tan(九十平)，得傳動效率刈=94.2%。(5)剛度的驗算1)縱向滾珠絲杠的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，見圖二。固定端采取一對推力角接觸軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為a=1497mm;鋼的彈性模量E=2.1M105MPa；查表得滾珠直徑Dw=3.9688mm,算得絲杠底徑d2=公稱直徑d°-滾珠直徑DW=36.0312mm。忽略式"=l-Fma土M-中的第二項，算得絲ES2二IE杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量拉

15、/壓變形量Fma/(ES):0.01197mm孰=Fma/(ES)%0.01197mm。2)根據(jù)公式Z=(nd0/Dw)-3,求得單圈滾珠數(shù)目Z=29,該型號絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為3x2=6,則滾珠總數(shù)量滾珠與螺紋滾道問的接觸變形量、2：0.000585mmZ£=29m6=174。滾珠絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力Fyj=Fm/3%571N。則由式62=0.0013.Fm-，求得滾103DwFyjZ；/10珠與螺紋滾道間的接觸變形量620.00117mm0因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3,所以實際變形量可減小一半，取務(wù)期0.000585mm。3)將以上算出的就和團(tuán)代入6總=就十

16、殳，求得絲杠總變形量(對應(yīng)跨度1497mm)5總=0.012555mm=12.555Um。由表知，4級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)行程的變動量允許16m,而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量6總只有12.555m,可見絲杠剛度足夠。(6)壓桿穩(wěn)定性校核九二2EI根據(jù)式Fk=之Fm計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fko查表取Ka臨界載荷Fk:51012N工作載荷Fm=1712N支承系數(shù)fk=2；由絲杠底徑d2=36.0312,求得截面積慣性矩I=叼；/64之82734.15mm2;壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3(絲杠臥式水平安裝)；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。2代入式Fk-k

17、-2->Fm,得臨界載荷Fk51012N，遠(yuǎn)大于工作Ka載荷Fm=1712N,故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4.同步帶減速箱的設(shè)計為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能地減小，傳動鏈中常采用減速傳動。C6140車床縱向減速箱選用同步帶傳動。設(shè)計同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳動的功率P;主動輪轉(zhuǎn)速ni和傳動比i;傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。根據(jù)改造經(jīng)驗，C6140車床縱向步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩通常在1525Nm之間選擇。初選電動機(jī)型號為130BYG5501，五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩20Nm,十拍驅(qū)動時步距角為0.72%(1) 傳

18、動比的確定已知電動機(jī)的步距角a=0.72°,脈沖當(dāng)量邑=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ph=6mm，代入式i="Ph360、算得傳動比i=1.2(2) 主動輪最高轉(zhuǎn)速n1由縱向床鞍的最快移動速度Vzmax=6000mm/min，得出主動輪的最高轉(zhuǎn)速n1=(vZmax/3z)xcc/360=1200r/min0(3) 確定帶的設(shè)計功率Pd預(yù)選的步進(jìn)電動機(jī)在轉(zhuǎn)速為1200r/min時，對應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率為fmax=1200父360/(60父口)=1200父360/(60M0.72)Hz=10000Hz。當(dāng)脈沖頻率為10000Hz時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為3.8Nm,對應(yīng)的輸出功

19、率為POUT=nT/9.55=12003.8/9.55W：478W。取P=0.478kW,KA=1.2，代入式Pd=KaP,得出傳動比i=1.2主動輪的最高轉(zhuǎn)速n1=(Vzmax/',z):/360二1200r/min設(shè)計功率PdPd=0.574kWPd=1.20.478kW=0.574kW.(4) 選擇帶型和節(jié)距pb根據(jù)帶的設(shè)計功率Pd=0.574kW和主動輪最高轉(zhuǎn)速n1=1200r/min,選取同步帶的型號為L型節(jié)距pb=9.525mm。極限速度35m/s(5) 確定小帶輪齒數(shù)乙和小帶輪節(jié)圓直徑d1取z1=15,則小帶輪節(jié)圓直徑d1=上吐1=45.48mm。當(dāng)達(dá)冗到最高轉(zhuǎn)速1200

20、r/min時，同步帶速度為v=11d1n1=2.86m/s,沒有超過L型帶的極限速度35m/s。601000(6) 確定大帶輪齒數(shù)Z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2大帶輪齒數(shù)Z2=iz1=18,節(jié)圓直徑d2=id=54.57mm。節(jié)線長度Lp=381mmp齒數(shù)zb-40中心距a=111.835mm(7) 初選中心距a0、帶的節(jié)線長度L0、帶的齒數(shù)zbp初選中心距a0=1.1(d1+d2)=110.06mm,圓整后取a0=110mm。則帶的節(jié)線長度為2L0P為2ao+(d1+d2)+(d2)-=377.33mm。查表選取標(biāo)準(zhǔn)24%節(jié)線長度Lp=381mm,相應(yīng)齒數(shù)zb=40。(8) 計算實際中心距a、.L

21、p-"L0P頭際中心距a%a0+=111.835mm。2(9) 校驗帶與小帶輪的的嚙合齒數(shù)zmzm=ent二-零1(z2-4)=7,嚙合齒數(shù)比6大，滿足要22二2a求。此處ent表示取整。(10) 計算基準(zhǔn)額定功率Po基準(zhǔn)額定功率P0=0.697kW所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率：(Ta-mv)v式中Ta表示帶寬為bs。時的許用工作壓力，1000查表得Ta=244.46N；m表示帶寬為bs0時的單位長度的質(zhì)量，查表得m=0.095kg/m；v表示同步帶的帶速，由上述(5)知v=2.86m/s。代入式子算得P°=0.697kW.5.步進(jìn)電動機(jī)的計算與選型(縱同

22、步帶寬度bs=25.4mm總轉(zhuǎn)動慣量2Jeq=57.55kgcm(11)確定實際所需同步帶寬度bsbs士bso(d)1/1.14,式中bs。表示選定型號的基準(zhǔn)寬度，查KzP0表得bso=25.4mm；Kz表示小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查表得Kz=1。由上式算得bs>21.42mm,再根據(jù)表選取標(biāo)準(zhǔn)帶寬bs=25.4mm。(12)帶的工作能力驗算根據(jù)式P=(KzKwT-叁mv2)vM101計算同步帶額定bso功率P的精確值：式中Kw為齒寬系數(shù)：Kw=(bs/bso)1.14=1。經(jīng)計算得P=0.697kW，而Pd=0.574kW，滿足P>Pd0因此，帶的工作能力合格。(1)計算加在步進(jìn)電動

23、機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=40mm,總長(帶接桿)333l=1560mm,導(dǎo)程Ph=6mm,材料自度=7.85父10kg/cm;縱向移動部件總重量G=1300N;同步帶減速箱大帶輪寬度28mm,節(jié)徑54.57mm,孔徑30mm,輪轂外徑42mm,寬度14mm;小帶輪寬度28mm,節(jié)徑45.48mm,孔徑19mm,輪轂外徑29mm,寬度12mm；傳動比i=1.2。將上述數(shù)據(jù)代入公式，可得出：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量JS=30.78kgcm2;床鞍折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量JW=1.21kgcm2;小帶輪的轉(zhuǎn)動慣量Jz1=0.95kgcm2,大帶輪的轉(zhuǎn)動慣量Jz2=1.9kgc

24、m2。在設(shè)計減速箱時，初選的縱向步進(jìn)電動機(jī)型號為130BYG5501,查表得該型號電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33kgcm2。則加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：Jeq=Jm+Jz1+(Jz2+Jw+Js)/=57.55kg(2)計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teqeq分快速空載起動和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計算。1）快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)裁轉(zhuǎn)矩Teqi由式Teqi=Tamax+Tf+T0,可知Teqi包括三部分：快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax、移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0O

25、因為滾珠絲杠副傳動效率很局，根據(jù)式To=JU15；）可知，To相對于Tamax和Tf很小，2盧i可以忽略不計。則有：Teqi=Tamax+Tf（5-1）eqamax2jlJacnm根據(jù)式Tamax=Jeq8=，考慮縱向傳動鏈的總效率60taL計算快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：2tJphnm1一,Tamax=黑一（5-2）式中門|表示對應(yīng)縱向空載最快移60ta.動速度的步進(jìn)電動機(jī)取高轉(zhuǎn)速，單位為r/min；ta表示步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需的時間，單位為so其中：nm=&a（5-3）式中Vmax表示縱向空載最快移動速度，360為任務(wù)書指定為6000mm/min

26、；a表示縱向步進(jìn)電動機(jī)步距角。為0.72°6表示縱向脈沖當(dāng)量，為6=0.01mm/脈沖。將以上各值帶入式（5-3）,算得nm=1200r/mmin。設(shè)表示步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時問ta=0.4S,縱向傳動鏈總效率”=0.7;則由式（5-2）求得：2nM57.55父10"：父1200F摩RTamax一Nm之2.58Nm,由式Tf-.60Mo.4M0.72兀,可知，移動部件運(yùn)動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：-Fc仲Ph(5-4)式中R表示導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動導(dǎo)2/i軌取0.16;Fc表示垂直方向的工作載荷，空載時取0;。表示縱向傳動鏈總效率，取0.7。則由式

27、(5-4)得：丁0.16x(0+1300)x0.006ki日4/5TfNm&0.24Nm,取后由式(4-1),2n父0.7父1.2求得快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)裁轉(zhuǎn)矩為：Teq1=Tamax+Tf=2.82Nm(5-5)2)最大工作負(fù)裁狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)裁轉(zhuǎn)矩Teq2eq由式Teq2=1+Tf+T?？芍?，Teq2包括三部分：折算®J電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)裁轉(zhuǎn)矩It、移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0OT0相對于Tf和Tt很小，可以忽略不計。則有：Teq2=Tt+Tf(5-6)其中，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)

28、軸上的最大工作負(fù)裁轉(zhuǎn)矩Tt由式FfPh.計算，本例中在對滾珠絲杠進(jìn)行計算的時候，已知進(jìn)2戶i給方向的最大工作載荷Ff=935.69N，則有：丁FfPh935.69父0.006彳Tt-Nm之1.06Nm2叫2nM0.7父1.2F底P再由式Tf=一計算承受最大工作負(fù)載(Fc=2673.4N)2叫情況下，移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：丁N(Fc+G)Ph0.16父(2673.4+1300)0.006八Tf-xNm&0.72Nm2叫2nM0.7父1.2最后由式(5-6),求得最大工作負(fù)裁狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承的負(fù)裁轉(zhuǎn)矩：Teq2=Tt+Tf=1.78Nm(5-7)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=

29、2.82Nm等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq=2.82Nm經(jīng)上述計算后，得到加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq=max(Teq1,Teq2=2.82N,m(5-7)(3) 步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時，最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax-11.28Nm其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟布，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq來eq選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4,則步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax之4Teq=4父2.82Nm=11.28Nm(5-8)對于前面預(yù)選的130BYG5501型步進(jìn)電動機(jī)，查表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=2

30、0Nm,可見完全滿足式(5-8)要求。(4) 步進(jìn)電動機(jī)的性能校核1)最大工進(jìn)速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快工進(jìn)速度vmaxf=800mm/min,脈沖當(dāng)量6=0.01mm/脈沖，由式fmaxf=vmf求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻60、率fmaxf=800/(60M0.01)Hz球1333Hz。在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf上17Nm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tea2=1.78Nm,滿足要求。eq42)最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快空載移動速度vmax=6000mm/min,由式fmax=逆，求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率60、fmax=6000/(60M0.01)

31、Hz=10000Hz。查表得，此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=3.8Nm,大于快速空載起動時負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82Nm,滿足要求。3)最快空載移動時電動機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動速度vmax=6000mm/min,對應(yīng)的電動機(jī)運(yùn)行頻率6.同步帶傳動功率的校核起動頻率fL=1087Hz快速空載起動傳遞的功率P：354.3W最大工作負(fù)載、最快工進(jìn)速度傳遞的功率P=29.8Wfmax=10000Hz。查表可知130BYG550的極限運(yùn)行頻率為20000Hz,可見沒有超出上限。4)起動頻率的計算已知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=57.55kgcm2,電動機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33kgcm

32、2,查表可知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時最高空載起動頻率fq=1800Hz。由式qfL=f(1,可以求出步進(jìn)電動機(jī)克服慣性負(fù)載的起動頻1.Jeq/Jm率為：九=1087Hz,上式說明，要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于1087Hz。實際上，在采用軟件升降頻率時，起動頻率選得很低，通常只有100Hz(即100脈沖/s)。綜上所述，縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用130BYG550步進(jìn)電動機(jī)，可以滿足要求。分兩種工作情況，分別進(jìn)行校核。(1)快速空載起動電動機(jī)從靜止到加速至nm=1200r/min，由式(4-5)可知，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82Nm,傳遞的功率為P=nmTeq1/

33、9.55=12002.82/9.55W:354.3W。(2)最大工作負(fù)載、最快工進(jìn)速度由式(4-7)可知，帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78Nm,任務(wù)書給定最快工進(jìn)速度vmaxf=800mm/min,對應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速nmaxf=(vmaxf/6z)a/360=160r/min。傳遞的功率為P=Teq2/9.55=1601.78/9.55W=29.8W?？梢?，兩種情況下同步帶傳遞的負(fù)載功率均小于帶的額定功率0.697kW。因此，選擇的同步帶功率合格。四：繪制進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的裝配圖計算項目計算內(nèi)容和說明主要計算結(jié)果在完成滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)的計算選型后可以著手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。在繪制機(jī)械裝配圖時，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況以及伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)與原機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計肩關(guān)的一些問題。(1)了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從肩關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、力架等的結(jié)構(gòu)尺寸。(2)根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承