普通機(jī)床的改造畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 Henan Polytechnic Institute 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： CA6140普通車(chē)床的數(shù)控改造 班 級(jí)：機(jī)電設(shè)備維修與管理0902班 學(xué) 號(hào): 0203090229 姓 名： 劉東風(fēng) 指導(dǎo)教師： 季 祥 CA6140車(chē)床數(shù)控化改造摘要數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大

2、，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買(mǎi)昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)CA6140普遍車(chē)床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案設(shè)計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說(shuō)明了普通車(chē)床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了CA6140各個(gè)改造部分的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)CA6140普通車(chē)床的數(shù)控改造，實(shí)現(xiàn)了加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠，操作方便，大大提高了工作效率，穩(wěn)定了零件的加工質(zhì)量，并保留了原機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和部分工作性能，能節(jié)約資金，縮短生產(chǎn)周期，是工廠進(jìn)行機(jī)械設(shè)備技術(shù)化改造的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：車(chē)床，數(shù)控，改造，精度，進(jìn)給系統(tǒng)

3、目錄一 緒論11.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史11.2機(jī)床數(shù)控化改造的意義11.3數(shù)控化改造后機(jī)床的優(yōu)越性11.4機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容2二 設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)的選型32.1總體方案設(shè)計(jì)要求32.2設(shè)計(jì)參數(shù)32.3其他要求32.4系統(tǒng)的確定42.5系統(tǒng)的特點(diǎn)42.6GSK980TA的參數(shù)4三 車(chē)床絲杠的改造與伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)73.1滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)73.2換用滾珠絲杠的設(shè)計(jì)73.3縱向滾珠絲杠選型與設(shè)計(jì)73.4橫向滾珠絲杠的選用與設(shè)計(jì)123.5滾珠絲杠的支撐與軸承的選用163.6步進(jìn)電機(jī)的選用原則163.7步進(jìn)電機(jī)的選用183.8驅(qū)動(dòng)器的選擇24四 CA6140其他部分的改造特點(diǎn)264.1電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)

4、計(jì)264.2主軸脈沖發(fā)生器的選用與安裝294.3導(dǎo)軌副的改裝294.4聯(lián)軸器的安裝29五 總結(jié)30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄33IICA6140普通車(chē)床的數(shù)控改造 33一 緒論1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。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(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。（注：兩個(gè)階段：數(shù)控NC階段和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段。六代：即電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代、小規(guī)模集成電路時(shí)代、小型計(jì)算機(jī)時(shí)代、微處理器時(shí)代和基于PC時(shí)代）。必須指出，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了

5、可靠性低、價(jià)格極為昂貴、應(yīng)用很不方便（主要是編程困難）等極為關(guān)鍵的問(wèn)題。因此，數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)了近30年的發(fā)展才走向普及應(yīng)用。1.2機(jī)床數(shù)控化改造的意義 機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微型計(jì)算機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。眾所周知，企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存、得到發(fā)展,就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出滿足市場(chǎng)需求、性能合適的產(chǎn)品。目前,采用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,而改造舊機(jī)床、配備數(shù)控系統(tǒng)把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床也是提高機(jī)床數(shù)控化率的另一條有效途徑。機(jī)床數(shù)控化改造的

6、市場(chǎng)目前在我國(guó)有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3。用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高等不良因素，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。近年來(lái)，美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，在制造大量數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也非常重視對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造，機(jī)床的技術(shù)改造市場(chǎng)十分活躍。機(jī)床改造業(yè)正逐步從機(jī)床制造業(yè)中分化出來(lái)，形成了用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線的新的行業(yè)和領(lǐng)域。1.3數(shù)控化改造后機(jī)床的優(yōu)越性（1）機(jī)床數(shù)控化改造可以提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率。（2）機(jī)床數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出普通機(jī)床難以加工或者

7、不能加工的復(fù)雜型面零件。（3）機(jī)床數(shù)控化改造后可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。（4）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)，降低工件的定位誤差。（5）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題。（6）數(shù)控加工降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期很生產(chǎn)周期，并可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。1.4機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容（1）精度恢復(fù)和機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)。隨著機(jī)床使用的役齡的增加，機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部件，如導(dǎo)軌、絲杠、軸承等都有不用程度的磨損。因此，機(jī)床改造過(guò)程

8、中的首要任務(wù)是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行類(lèi)似于通常的機(jī)床大修，以恢復(fù)機(jī)床精度，達(dá)到新機(jī)床的制造標(biāo)準(zhǔn)。（2）選定數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。根據(jù)要求進(jìn)行數(shù)控化改造機(jī)床的控制功能要求，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)是至關(guān)重要的。選擇是，除了考慮各項(xiàng)功能滿足要求外，還一定要確保系統(tǒng)工作可靠性。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取，也按改造數(shù)控機(jī)床的性能要求決定。（3）數(shù)控機(jī)床輔助裝置的選取。輔助裝置指的是數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件。如冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)換刀裝置等（4）在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)，原機(jī)床的電器控制部分要做改造，重新按數(shù)控化改造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式要相配，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)

9、盡量簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路。還要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮電磁干擾的問(wèn)題。（5）整機(jī)聯(lián)接調(diào)試。舊機(jī)床上述各個(gè)部件的改造過(guò)程完成后，就可對(duì)組裝后改造機(jī)床各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試。一般先對(duì)電氣控制部分進(jìn)行調(diào)試，看單個(gè)動(dòng)作是否正常，然后再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。經(jīng)數(shù)控化改造的機(jī)床就成為了數(shù)控機(jī)床，具有數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，如數(shù)控機(jī)床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點(diǎn)。但是改造后的機(jī)床也具有一定的局限性，主要有機(jī)床原有結(jié)構(gòu)精度限制了改造后機(jī)床的加工精度和加工性能；機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)形式限制了改造后機(jī)床的加工范圍和數(shù)控化程度。這些不利條件最終影響了改造后機(jī)床的速度和精度。隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)整體水平的提高，數(shù)控系統(tǒng)的性能、伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)

10、動(dòng)裝置等配套產(chǎn)品的性能也提高很多，對(duì)數(shù)控化改造中機(jī)床速度和精度的提高都非常有利。二 設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)的選型2.1總體方案設(shè)計(jì)要求（1）改造前要求機(jī)床的狀況良好，各種基礎(chǔ)構(gòu)件有足夠的剛性，機(jī)械性能良好，符合數(shù)控改造的要求。（2）普通車(chē)床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，控制精度Z軸為0.01mm，X軸為0.005mm因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。3）車(chē)床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（4）根據(jù)普通車(chē)床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)

11、濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)一般采用國(guó)產(chǎn)機(jī)床系統(tǒng)，如廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)，其為兩軸聯(lián)動(dòng)，功能比較齊全，價(jià)格便宜。（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。（7）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。（8）為了減少改造的復(fù)雜性，主軸要求不改造。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車(chē)床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。改造CA6140機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù)如下：最大加工直徑：在床面上400mm 在橫刀架以上210mm最大加工長(zhǎng)度：1000mm快進(jìn)速度：縱向2.4m/min橫向1

12、.2m/min最大切削進(jìn)給速度：縱向0.5m/min橫向0.25m/min溜板及刀架重力：縱向800N橫向600N主電機(jī)功率：7.5KW控制坐標(biāo)數(shù)：2最小指令值（脈沖當(dāng)量）： 縱向 0.01mm/脈沖 橫向0.005mm/脈沖進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量： 縱向0.15mm橫向0.075mm2.3其他要求（1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量，以降低成本縮短改造周期。（2）機(jī)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，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。2.4系統(tǒng)的確定在選擇數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)時(shí)，要考慮CA6140機(jī)床的加工精度，加工精度可達(dá)IT7級(jí)，要求6140

13、能加工復(fù)雜的零件，所以數(shù)控系統(tǒng)選擇連續(xù)型控制的，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。以滿足數(shù)控化改造后的定位，插補(bǔ)，循環(huán)加工，和螺紋加工等功能。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性的比較，確定使用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控廠的GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)功能齊全，價(jià)格便宜，操作方便，性能穩(wěn)定，比較適合與經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量向一個(gè)廠家靠攏，這樣有利于維修和管理，也有利于備件的購(gòu)買(mǎi)。在改造中應(yīng)考慮有類(lèi)似的數(shù)控裝置。2.5系統(tǒng)的特點(diǎn)GSK980TA的特點(diǎn)如下：（1）該系統(tǒng)采用16bit高速微處理器（CPU）和超大規(guī)?？删幊涕T(mén)陣列（CPLD）進(jìn)行硬件插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)高速微米級(jí)控制。（2）全封閉式裝置，集成高度，整機(jī)工藝結(jié)構(gòu)合理

14、，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)。（3）直線型、指數(shù)型加減速方式，可配套步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，應(yīng)用靈活。（4）可變電子齒輪比，應(yīng)用方便。（5）320*240點(diǎn)陣列式液晶顯示。（6）中文、英文（選配）菜單，界面友好，操作方便。2.6GSK980TA的參數(shù)運(yùn)動(dòng)控制功能控制軸：X、Z兩軸 最小指令單位：0.001mm插補(bǔ)方式：X、Z兩軸直線、圓弧插補(bǔ)位置指令范圍：-9999.999mm+9999.999mm最高速度：7600mm/min 3000mm/min（選配）最高進(jìn)給速度：直線7600mm/min（電子齒輪為1 ：1）沒(méi)轉(zhuǎn)進(jìn)給：0.001500mm/r（需安裝1024p/r主軸編碼器）進(jìn)給倍率：0%15

15、0%十六級(jí)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)快速倍率：F0、25%、50%、100%四級(jí)加減速方式：直線型快速加減速，指數(shù)型進(jìn)給加減速，參數(shù)可調(diào)電子齒輪比：（1127）/（1127）顯示界面顯示器類(lèi)型：320*240點(diǎn)陣式藍(lán)底液晶（LCD），CCFL背光顯示方式：中文菜單 圖形顯示功能：有G功能共有23種G指令，包括3種單一固定循環(huán)指令和7種復(fù)合循環(huán)指令，8種用戶宏指令可讀寫(xiě)，最多16點(diǎn)輸入，6點(diǎn)輸出，二重子程序調(diào)用。螺紋功能米制/英制單頭直螺紋、錐螺紋及米制/英制端面螺紋，螺紋退尾長(zhǎng)度可定。螺紋螺距：0.001500mm主軸編碼器：1024p/r增量式編碼器補(bǔ)償功能反向間隙補(bǔ)償：X、Z軸螺距誤差補(bǔ)償：X、Z軸刀具半徑

16、補(bǔ)償：X、Z軸刀具補(bǔ)償：16組刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)毒吖δ苓m配刀架：最大設(shè)定8工位電動(dòng)刀架（可選配12工位刀架功能，就進(jìn)選刀，無(wú)卡盤(pán)，尾座控制功能）刀位信號(hào)輸入方式：直接輸入換刀方式：MDI自動(dòng)換刀，正轉(zhuǎn)選刀，反轉(zhuǎn)鎖緊對(duì)刀方式：定點(diǎn)對(duì)刀，試切對(duì)刀刀補(bǔ)執(zhí)行方式：移動(dòng)刀具，坐標(biāo)偏移主軸功能控制方式：可設(shè)置為四檔位控制或模擬控制檔位控制：S1、S2、S3、S4直接輸出模擬控制：可設(shè)置四檔主軸自動(dòng)控制或手動(dòng)換擋，輸出0100V電壓控制主軸轉(zhuǎn)速恒線速切削功能：有輔助功能手動(dòng)/MDI/自動(dòng)方式控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止;切削液?jiǎn)⑼?，卡盤(pán)夾緊/松開(kāi)，尾座進(jìn)退，MDI/自動(dòng)方式可控制主軸變頻自動(dòng)換擋程序編輯程序容量：4

17、0kb，63個(gè)程序子程序：可編程通信RS232通信接口為標(biāo)準(zhǔn)配置，可選配通信功能，提供通信軟件及通信電纜，與PC機(jī)雙向傳送程序抗干擾能力符合GB/T 17626.22006的要求適配部件開(kāi)關(guān)電源：GSK PB（配套使用，已安裝連線）驅(qū)動(dòng)裝置：DF3A系列三相反應(yīng)式，DY3B系列混合式，DA98系列交流伺服刀架控制器：GSK TB裝配形式標(biāo)準(zhǔn)面板，大面板，箱式一體化下出線，一體化后出線外形尺寸（420*260*136mm）/（420*320*136mm）（小/大）質(zhì)量6.0kg（含開(kāi)關(guān)電源） 本章節(jié)主要介紹了此次改造的數(shù)控系統(tǒng)的選型，對(duì)系統(tǒng)的要求，以及一些系統(tǒng)參數(shù)的列舉。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的了解，進(jìn)一

18、步明白該系統(tǒng)的優(yōu)越性。三 車(chē)床絲杠的改造與伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)3.1滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)（1）傳動(dòng)效率高。一般可達(dá)95%以上，是滑動(dòng)絲杠的24倍。（2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦小，靈敏度高，低速無(wú)爬行。（3）可以預(yù)緊、消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度。（4）定位精度和重復(fù)精度高。（5）使用壽命為普通滑動(dòng)絲杠的410倍，甚至更高。（6）同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件裝置時(shí)，可獲得較好的同步性。（7）不自鎖，可逆向傳動(dòng)，即螺母為主動(dòng)，絲杠為被動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。（8）有專(zhuān)廠生產(chǎn)，選用配套方便。3.2換用滾珠絲杠的設(shè)計(jì)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、溜板掛輪

19、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(chē)床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)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(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。3.3縱向滾珠絲杠選型與設(shè)計(jì)（1）切削力的計(jì)算。由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率Pc = PK （3-1）式中 P主軸電動(dòng)機(jī)功率，P =7.5KW； 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一

20、般為0.750.85，一般取=0.8:； K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K=0.96;則PC =7.50.80.96kw =5.76kw 切削功率應(yīng)該在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算，即 PC = （3-2）式中 Fz主切削力（N） V切削速度（m/min）按最大切削速度計(jì)算，取v=100m/min，則主切削力Fz= （3-3）由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，在外圓車(chē)削時(shí)：Fx =（0.10.55）Fz，F(xiàn)y =（0.150.65）Fz （3-4）取縱向切削分力Fx =0.5Fz，橫向切削分力Fy =0.6Fz，則 Fx =0.5Fz=0.53456N =1728N Fy =0.6Fz =

21、0.63456N =2073.6N（2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算螺紋滾道型面的選型：?jiǎn)螆A弧型面、雙圓弧型面。要求：經(jīng)濟(jì)、易調(diào)試、穩(wěn)定。方案：選用雙弧形面。原因：雙圓弧型面接觸角不變，雙圓弧交接處尚有小空隙可容納一些臟污，這對(duì)滾珠絲杠有利而不至于堵塞。滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。方案：選用外循環(huán)。原因：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性優(yōu)良、適合成批生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)適用，適用于重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式、螺紋式、齒差式。要求：經(jīng)濟(jì)可靠、易拆裝、剛度好。方案：選用雙螺母墊片式預(yù)緊。原因：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸方便、剛度好。（3）計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm（N）?？筛鶕?jù)機(jī)床設(shè)

22、計(jì)手冊(cè)中進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算，縱向?yàn)槿切螌?dǎo)軌，則 Fm = KFx + f（Fz + G） （3-5）式中 Fx切削分力（N）; K顛覆力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)，K =1.15； f滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù)， f =0.150.18，取f =0.16 G溜板及刀架重力， G =1000N則 Fm =1.151728N +0.16 (3456 +1000)N =2700.16N(4)計(jì)算最大動(dòng)載荷C(N) C = fwfh Fm （3-6）其中 t = n =式中 t壽命，以106為1單位； n絲杠轉(zhuǎn)速； P0滾珠絲杠導(dǎo)程，初選P0=6mm Vs最大切削力下得進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/31/2，本

23、機(jī)床取1/2； fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)fw，取fw =1.3； fh硬度系數(shù)，為60HRC時(shí)，fh =1，小于60HRC時(shí)，fh 1，本機(jī)床取1； T使用壽命，按15000H計(jì)算。則 n = r/min =50r/min（3-7） t = = 萬(wàn)r =45萬(wàn)r （3-8） C = fw fhFm = 1.3 1 2700.16N =12485.8N （3-9）（5）選擇滾珠絲杠螺母副。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)C 12485.8N,故強(qiáng)度足夠。CDM40065型滾珠絲杠具體參數(shù)見(jiàn)表3-1. 表3-1 CDM40065型滾珠絲杠具體參數(shù)公稱(chēng)直徑/mm導(dǎo)程/mm鋼球直徑/mm螺紋底徑/mm絲杠外徑/m

24、m額定負(fù)載/N接觸剛度/（N/m）d0P0Dwd1d 2CaC0a4063.96935.139.528770959702191表3-2螺母安裝連接尺寸/mmDD1D3D4BD5D6hLL1CAM71110901591591385473M6（6）滾珠絲杠的驗(yàn)證 1）傳動(dòng)效率計(jì)算。根據(jù)機(jī)械原理，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率0為 （3-10）式中 摩擦角， =10，； 螺旋升角，根據(jù)tan=螺距 （3.14 公稱(chēng)直徑），可得則 =0.9662）剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程P0的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量P0為： P0 =

25、 （3-11）式中 E材料彈性模量，對(duì)于剛，E =20.6 104MPa A滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定d，即d =3.51cm，則 A =d2 =9.67cm2 （3-12） P0滾珠絲杠導(dǎo)程，P0 =6mm =0.6cm。其中，“+”用于拉伸時(shí)，“”用于壓縮時(shí)。P0 = = 8.133 10-6cm 滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量P1很小，可以忽略不計(jì)，即P1 =P0，所以導(dǎo)程變形總量誤差 P總 =式中 P總縱向最大行程，由機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，P總=900mm=90cm。則 P總 =8.133 106m = 12. 2m （3-13）由機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，絲杠縱向有效行程為900mm，且絲

26、杠精度等級(jí)為3級(jí)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)手冊(cè)電子版，縱向行程允許的行程變動(dòng)量為17m，CDM400065的P總為12.2m 17m,故剛度足夠。3）穩(wěn)定性校核。要使?jié)L珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷FkFmax。根據(jù)公式 Fk = （3-14）式中 絲杠的支撐方式系數(shù)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，=0.2（雙推支撐） E材料彈性模量，對(duì)于鋼，E=20.6104 MPa L絲杠兩支撐端距離，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，CDM40065絲杠兩支撐端距離為1600mm =160cm； K滾珠絲杠的靜安全系數(shù)，取 K = 1/4; I截面慣性矩。 I =， 其中d =（d0 1.2Dw） （3-15）式中 d0

27、滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑，d0 = 40mm=4 cm； Dw滾珠絲杠的滾珠直徑，Dw =3.969mm=0.3969cm。則 I =(4 1.20.3969)4CM4 =7.532 CM4 （3-16） Fk = （3-17）3.3.1縱向齒輪傳動(dòng)比的確定 傳動(dòng)比計(jì)算公式： i= （3-18）其中，p =0.01mm/步；參考實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，初選= Po =6 mm，則 i= （3-19） 可初選齒輪的齒數(shù)比為 i= 齒輪材料采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取7級(jí)，前后軸承選用8024型流動(dòng)軸承，齒輪傳動(dòng)時(shí)效率為。由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù)m=2mm，由經(jīng)驗(yàn)公

28、式可知，齒寬b =20mm，則分度圓直徑分別為： （3-20） （3-21）中心距為： （3-22）3.4橫向滾珠絲杠的選用與設(shè)計(jì)（1）切削力的計(jì)算。 因?yàn)闄M向進(jìn)給量為縱向的1/31/2，取1/2，則橫向主軸切削力約為縱向的1/2. 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，其經(jīng)驗(yàn)公式為： 式中 Fx橫切端面時(shí)的進(jìn)給力； Fy背向力。 （3-23） （3-24）(2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠的選型的方案可以參考縱向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)選型，方案來(lái)設(shè)計(jì)。即：螺紋滾道型面的選型：?jiǎn)螆A弧型面、雙圓弧型面。滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式、螺紋式、齒差式。（3）計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm（N）?？筛鶕?jù)機(jī)

29、床設(shè)計(jì)手冊(cè)中進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算，橫向?yàn)檠辔膊蹖?dǎo)軌，則 （3-25）則 (4)計(jì)算最大動(dòng)載荷C(N) ：由 (5)選擇滾珠絲杠螺母副根據(jù)C 8824.4N,故強(qiáng)度足夠。CDM20045型滾珠絲杠具體參數(shù)見(jiàn)表4-2表3-3CDM20045型滾珠絲杠具體參數(shù)公稱(chēng)直徑/mm導(dǎo)程/mm鋼球直徑/mm螺紋底徑/mm絲杠外徑/mm額定負(fù)載/N接觸剛度/（N/m）d0P0Dwd1d 2CaC0a2042.38117.019.710639287221178表3-4螺母安裝連接尺寸/mmDD1D3D4BD5D6hLL1CAM406653115.81061003943M6（6）滾珠絲杠的驗(yàn)證 1）傳動(dòng)效率計(jì)算

30、。根據(jù)機(jī)械原理，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為0其中，則 （3-26）2）剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程P0的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量P0為： P0 = （3-27） 式中 E材料彈性模量，對(duì)于剛，E =20.6104MPa A滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定d，即d =1.7cm，則 A =d2 =2.27cm2 （3-28）則 （3-29）滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量P1很小，可以忽略不計(jì)，即P1 =P0，所以導(dǎo)程變形總量誤差 P總 =P總/P0 *P0式中 P總縱向最大行程，由機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，P總=24

31、0mm=24cm。則 P總 = （3-30）由機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知，絲杠縱向有效行程為900mm，且絲杠精度等級(jí)為3級(jí)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)手冊(cè)電子版，縱向行程允許的行程變動(dòng)量為12m，CDM20045的P總為10.78m 12m,故剛度足夠。3）穩(wěn)定性校核。要使?jié)L珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷FkFmax。根據(jù)公式 Fk = （3-31）式中 絲杠的支撐方式系數(shù)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，=0.2（雙推支撐） E材料彈性模量，對(duì)于鋼，E=20.6104 MPa L絲杠兩支撐端距離，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，CDM20045絲杠兩支撐端距離為L(zhǎng)=600mm =60cm； K滾珠絲杠的靜安全系數(shù)，取 K

32、 = 1/4; I截面慣性矩。 I =， 其中d =（d0 1.2Dw） （3-32）式中 d0滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑，d0 = 20mm=2cm； Dw滾珠絲杠的滾珠直徑，Dw =2.381mm=0.2381cm。則 I =(2 1.20.2381)4CM4 =0.41 CM4 Fk = 3.4.1橫向齒輪傳動(dòng)比的確定傳動(dòng)比計(jì)算公式： i= （3-33）其中，p =0.01mm/步；參考實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，初選= Po =4mm，則 i= （3-34）可初選齒輪的齒數(shù)比為 i= 齒輪材料采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取7級(jí)，前后軸承選用8024型流動(dòng)軸承，齒輪傳動(dòng)時(shí)效率為。由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)齒輪受力不

33、大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù)m=2mm，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬b =20mm，則分度圓直徑分別為： （3-35） （3-36）中心距為： 3.5滾珠絲杠的支撐與軸承的選用滾珠絲杠的支撐形式的選擇。為了滿足高精度、高速度進(jìn)給系統(tǒng)的要求，除了應(yīng)采用高精度、高速度的滾珠絲杠副外，還必須充分重視支撐的設(shè)計(jì)，注意選用軸向剛度好、摩擦力矩小、運(yùn)行精度高的軸承。滾動(dòng)軸承的選用絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠重力外，一般無(wú)外載荷，對(duì)絲杠軸承主要要求軸向精度和剛度較高，摩擦力矩要盡量小。固定支撐采用的有60度角接觸球軸承、雙向推力角接觸球軸承、滾針軸承和推力滾子軸承等。根據(jù)實(shí)際需要，選用深溝球

34、軸承，固定支撐可選用60度角接觸球軸承，其特點(diǎn)如下：1）接觸角大、剛球數(shù)多、承載能力強(qiáng)=剛度高。2）既能承載軸向載荷，也能承載徑向載荷，支撐結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化。3）軸承是按規(guī)定的預(yù)緊力供應(yīng)的，使用者不需要自己調(diào)整。4）軸承起動(dòng)摩擦力矩小，降低絲杠副驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。3.6步進(jìn)電機(jī)的選用原則 3-3 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理圖選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，通常希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步距誤差小，性能價(jià)格比高。但增大轉(zhuǎn)距也快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此實(shí)際選用時(shí)，必須全面考慮。1)首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當(dāng)量小。但是脈沖當(dāng)量越小，系

35、統(tǒng)的運(yùn)行速度越低。故因兼顧精度也速度的要求來(lái)選定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。在脈沖當(dāng)量確定以后，又可以為依據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。2)其次，對(duì)位移誤差的要求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角從理論上說(shuō)是固定的，但實(shí)際上還是有誤差的。此外，負(fù)載轉(zhuǎn)距也將引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位誤差。應(yīng)將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距誤差、負(fù)載引起的定位誤差和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機(jī)床允許的定位誤差。3)第三，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性曲線對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇有影響的特性曲線包括：起動(dòng)距頻特性曲線和反映轉(zhuǎn)距也連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的工作距頻特性曲線。4)第四，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇既要滿足快速進(jìn)給的要求，又要滿足切削進(jìn)給的要求。在

36、這兩種情況下，對(duì)轉(zhuǎn)距和進(jìn)給速度有不同的要求。若要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置有如下性能：在切削進(jìn)給時(shí)的轉(zhuǎn)距為 ,最大切削進(jìn)給速度為v,在快速進(jìn)給時(shí)的轉(zhuǎn)距為 ，最大快速進(jìn)給速度為 。3.6.1步距角步距角應(yīng)滿足： = （3-37）式中， i傳動(dòng)比：系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角。3.6.2精度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)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，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足：mi s （3-38） 式中， m 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。s系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。3.6.3轉(zhuǎn)矩為了使步進(jìn)電動(dòng)

37、機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件：a. 起動(dòng)力矩。一般選取為Mq MLo/0.3-0.5 式中，Mq電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩 MLo電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩3.6.4啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電動(dòng)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： Ftfopm （3-39） 式中，ft極限啟動(dòng)頻率， fopm要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。3.7步進(jìn)電機(jī)的選用3.7.1CA6140縱向步進(jìn)電機(jī)的選用1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Tm）及最大靜轉(zhuǎn)矩（Tjmax）的計(jì)算。根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式估算： （3-40）若不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣

38、性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： （3-41）取安全系數(shù)為0.3，則 （3-42）查實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，選步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 （3-43）2）初選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。查實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，根據(jù)估算出來(lái)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax=11.94，可初選步進(jìn)電機(jī)為150BF002型步進(jìn)電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)13.72基本可滿足要求。3）各種工況下轉(zhuǎn)矩的計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算。 Jf =J1 +( Z1/Z2)2J2 + J3 + G/g(P0/2)2 （3-44）式中 ； ； ； ； g重力加速度。對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算： （3

39、-45）式中 D圓柱零件的直徑； L零件軸向長(zhǎng)度；則有公式可知：快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩T0 。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩T的要求： （3-46）式中 Tamax快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩； Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩； T0絲杠頂緊所需引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩，由動(dòng)力學(xué)可知： （3-47）其中 ，t為加速時(shí)間常數(shù)，t=30ms=0.03s，則 （3-48） （3-49） 式中 F0預(yù)加載荷，一般最大為軸向載荷的1/3，即 （3-50）則 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T快： （3-51）最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T切 （3-52）由以上計(jì)算可以看

40、出，快速空載起動(dòng)時(shí)所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T、快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T快和最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T切三種情況下，快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T最大。所以，以此項(xiàng)作為校核電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，初選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍。由前面查得結(jié)果可知，步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系：，則 （3-53）步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率： （3-54）由以上選型及計(jì)算，最終選用150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其主要參數(shù)如下表：型號(hào)相數(shù)額定電壓/V靜態(tài)電流/A不距角/(。)保持轉(zhuǎn)矩/N。m空載起動(dòng)頻率/Hz空載運(yùn)行頻率/Hz150BF002580/120120.75/1.513.7228008000 根據(jù)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)150BF

41、002型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800Hz，允許的最高空載運(yùn)行頻率為8000Hz。所以，必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動(dòng)電路。3.7.2CA6140橫向步進(jìn)電機(jī)的選用1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Tm）及最大靜轉(zhuǎn)矩（Tjmax）的計(jì)算。根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式估算： 若不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： （3-55）取安全系數(shù)為0.3，則 （3-56）查實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，選步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 （3-57）2）初選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。查實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)，根據(jù)估算出來(lái)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax=8.2，可初選步進(jìn)電機(jī)為130BF001型

42、步進(jìn)電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)9.31基本可滿足要求。3）各種工況下轉(zhuǎn)矩的計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算。 Jf =J1 +( Z1/Z2)2J2 + J3 + G/g(P0/2)2 （3-58）式中 ； ； ； ； g重力加速度。對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算： （3-59）式中 D圓柱零件的直徑； L零件軸向長(zhǎng)度；則 有公式可知：快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩T0 。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩T的要求： （3-60）式中 Tamax快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩； Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩； T0絲杠頂緊所需引

43、起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩，由動(dòng)力學(xué)可知： （3-61）其中 ，t為加速時(shí)間常數(shù)，t=30ms=0.03s，則 式中 F0預(yù)加載荷，一般最大為軸向載荷的1/3，即 （3-62）則 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T快： （3-63）最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T切 （3-64）由以上計(jì)算可以看出，快速空載起動(dòng)時(shí)所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T、快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T快和最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T切三種情況下，快速切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T切最大。所以，以此項(xiàng)作為校核電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，初選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍。步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系：，則 （3-65）步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率： （3-66）由以上選型及計(jì)算，最終選用13

44、0BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其主要參數(shù)如下表：型號(hào)相數(shù)額定電壓/V靜態(tài)電流/A不距角/(。)保持轉(zhuǎn)矩/N。m空載起動(dòng)頻率/Hz空載運(yùn)行頻率/Hz130BF001580/120101.5/0.759.31300016000根據(jù)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為3000Hz，允許的最高空載運(yùn)行頻率為16000Hz。所以，必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動(dòng)電路。3.8驅(qū)動(dòng)器的選擇由GSK980TA數(shù)控裝置技術(shù)參數(shù)可知，它的驅(qū)動(dòng)器適配的裝置有：DF3A系列三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DY3B系列三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DA98系列交流伺服。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)要和數(shù)

45、控系統(tǒng)及X、Z軸電動(dòng)機(jī)匹配的原則，X、Z軸選用的是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，所以在這里應(yīng)選取DF3A系列三相反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)系列的型號(hào)，選取DF3A06三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器較合適。（1）DF3A06三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)：1）可靠性高。2）低速性好。3) 高速性能優(yōu)。輸入信號(hào)頻率不大于250kHz（20細(xì)分時(shí)），輸入電流頻率可達(dá)15kHz，由于采用單高壓（300V）恒流斬波、高速特性好，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的空載運(yùn)行最高速不低于7000mm/min。（4）使用面廣。輸入電流312A可調(diào)，可驅(qū)動(dòng)90BF、110BF、130BF、150BF步進(jìn)電機(jī)。DY3B系列三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分參數(shù)如下：表3-5DF3A06三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)本章節(jié)主要講述了數(shù)控化改造時(shí)，絲杠的選型，要求絲杠的類(lèi)型以及絲杠的安裝和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的介紹了在改造時(shí)應(yīng)做的工作。其次又介紹了伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)的選型，通過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)，選出了合適的伺服電機(jī)，列舉了伺服電機(jī)的部分參數(shù)，為設(shè)計(jì)做了更好的說(shuō)明。四 CA6140其他部分的改造特點(diǎn)4.1電氣控制系統(tǒng)