c6140普通臥式車床數(shù)控化改造之橫向進(jìn)給系統(tǒng)X軸設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)C6140普通臥式車床數(shù)控化改造之橫向進(jìn)給系統(tǒng)〔X〕軸設(shè)計(jì)——xxxx一-車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析C6140車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)在連續(xù)的使用過(guò)程中，由于磨損等原因，使絲杠與絲母間隙過(guò)大，產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，影響進(jìn)給精度。通過(guò)調(diào)整可消除絲杠與絲母間的間隙，但實(shí)踐證明，這種調(diào)整方法只消除了絲母的磨損間隙，而沒(méi)有消除絲杠的磨損間隙。如果按絲杠磨損較大部位調(diào)整絲母，那么在絲杠磨損較小部位可能因間隙過(guò)小而使進(jìn)給手柄轉(zhuǎn)動(dòng)太沉。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的機(jī)床都在很大程度上存在著進(jìn)給機(jī)構(gòu)精度因磨損而嚴(yán)重下降的問(wèn)題。普通車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)因其使用頻繁且承受很大的切削力，所以，磨損程度較其它機(jī)床嚴(yán)重，如果能夠有效地解決車床的進(jìn)給精度問(wèn)題對(duì)其它類似的機(jī)構(gòu)都有指導(dǎo)意義。幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外車床一直采用上述的傳統(tǒng)構(gòu)造，操作者在使用過(guò)程中必須經(jīng)常進(jìn)展調(diào)整，并把這項(xiàng)工作列入一級(jí)保養(yǎng)內(nèi)容。因此，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了設(shè)備的利用率，即使這樣也不能很好地保證設(shè)備的精度。常見(jiàn)改進(jìn)方案及存在問(wèn)題針對(duì)普通車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給精度問(wèn)題國(guó)內(nèi)外專家多采用以下三種解決方案。.在中修或項(xiàng)修過(guò)程中，更換新的橫向進(jìn)給絲母。必要時(shí)，對(duì)橫向進(jìn)給絲杠進(jìn)展修復(fù)，然后再配作絲母，這種方法并沒(méi)有從根本上解決橫向定位精度問(wèn)題。機(jī)床只是在修復(fù)后最初階段能夠保障橫向進(jìn)給精度，數(shù)月后就進(jìn)人反復(fù)調(diào)整階段而且加大了維修本錢(qián)。.有的專家試圖用改進(jìn)橫向進(jìn)給絲杠支承構(gòu)造或減小絲杠變形的方法來(lái)解決問(wèn)題。這種方案僅提高了絲杠的剛度，雖然能夠間接地減緩絲杠和絲母的磨損，但仍然沒(méi)有從實(shí)質(zhì)上解決問(wèn)題。這種方法的缺點(diǎn)是改造的本錢(qián)和維修費(fèi)用很大。.80年代中期，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步與開(kāi)展，國(guó)內(nèi)外的專家們紛紛采用數(shù)控或數(shù)顯技術(shù)對(duì)機(jī)床進(jìn)展改造。采用數(shù)控技術(shù)改善機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)精度，尤其是采用閉環(huán)控制，很好地解決了進(jìn)給精度問(wèn)題。但是這種技術(shù)改造本錢(qián)太高，一般企業(yè)無(wú)法承受。采用數(shù)顯技術(shù)改善機(jī)床進(jìn)給精度的實(shí)例在國(guó)內(nèi)比較多，雖然這種方案比數(shù)控技術(shù)改造投資小，但考慮到投資收益比，也不適合普通車床這類造價(jià)較低的設(shè)備改造，一般企業(yè)僅把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于精、大、稀設(shè)備的改造，最常見(jiàn)的是造價(jià)幾十萬(wàn)元的鏜銃床改造。實(shí)用文檔.二?摘要此設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)。面對(duì)我國(guó)目前機(jī)床數(shù)量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的面貌。而數(shù)控車床〔及其系統(tǒng)〕已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)器制造業(yè)中不可缺少的組成局部。所以，實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、根本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服電機(jī)經(jīng)滾珠絲杠拖開(kāi)工作臺(tái)來(lái)完成的所以設(shè)計(jì)涉及伺服電機(jī)的選擇，滾珠絲杠設(shè)計(jì)等。目前絕大局部的機(jī)床的橫向進(jìn)給均是采用滾珠絲杠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)的，傳動(dòng)的準(zhǔn)確性主要取決于絲杠支承形式，絲杠與伺服電機(jī)的聯(lián)接方式。在設(shè)計(jì)中充分考慮到這兩個(gè)問(wèn)題，并且，設(shè)計(jì)精度須達(dá)原始數(shù)據(jù)。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提下，降低本錢(qián)。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。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，MCS-51系列的8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機(jī)具有功能多、抗干擾能力強(qiáng)、性/價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)與顯示電路、I/O、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源以及主軸交流變頻器等。為了到達(dá)技術(shù)指標(biāo)中的速度和精度要求，縱、橫向的進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用摩擦力小的滾珠絲桿螺母副；為了消除傳動(dòng)間隙、提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲桿的螺母應(yīng)有預(yù)緊。計(jì)算選擇步進(jìn)電機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需要減速輪副，且應(yīng)有消間隙選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡盤(pán)，選擇螺紋編碼器等。三、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案1、主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案臥式車床進(jìn)展數(shù)控化改造時(shí)，一般可保存原有的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣減少改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停頓可由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制。提高車床的自動(dòng)化程度，需要在加工中自動(dòng)變換轉(zhuǎn)速，可用2?4速的多速電機(jī)和單速主電動(dòng)機(jī)；當(dāng)多速電動(dòng)機(jī)仍不能滿足要求時(shí)，可用交流變頻器來(lái)控制主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速〔工廠使用情況說(shuō)明，使用變頻器時(shí)，假設(shè)工作頻率低于70Hz，原頻率可以不更換，但所選變頻器得功能應(yīng)比電動(dòng)機(jī)大〕。其中，當(dāng)采用有級(jí)變速時(shí)，可選用浙超力電機(jī)生產(chǎn)的YD系列的三湘異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)2?4檔變速；當(dāng)采用無(wú)級(jí)變速時(shí)，應(yīng)加裝交流變頻器，推動(dòng)F1000——G0075T3B，適配電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)廠家為煙臺(tái)惠豐電子。2、安裝電動(dòng)卡盤(pán)為了提高加工效率，工件的夾緊與松開(kāi)采用電動(dòng)卡盤(pán)，選用呼和浩特機(jī)床附件總廠生產(chǎn)的電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)?？ūP(pán)的夾緊與松開(kāi)由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。安裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架為了提高加工精度，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動(dòng)刀架換成自動(dòng)回轉(zhuǎn)，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)的LD4B——CK6140型四工位立式電動(dòng)機(jī)，自動(dòng)換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。螺紋編碼器的安裝方法螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，需要配置主軸脈沖發(fā)生器為車床主軸位置信號(hào)的反響元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)中，改造后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是24mm，Z向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是半脈實(shí)用文檔.沖，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一傳輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于24mm/（?脈沖）=2400脈沖?？紤]到編碼器的輸出有相位差為90°的A、B相信號(hào)，可將A、B經(jīng)邏輯運(yùn)算獲得2400個(gè)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(hào)〕。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時(shí)不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個(gè)得零位脈沖Z?；谏鲜鲆x擇螺紋編碼器的型號(hào)為:ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出1200個(gè)A/B脈沖與一個(gè)Z脈沖，信號(hào)為電壓輸出，軸頭直徑15mm,生產(chǎn)廠家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)。螺紋編碼器同常有兩種安裝形式：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，這種方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在主軸箱的后端，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(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為1：1的同步齒形帶與主軸連接起來(lái)，需要注意的是編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無(wú)間隙柔性聯(lián)結(jié)，且車床主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速。5.進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案1〕撤除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋的編碼器。2〕撤除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與同步帶減速箱總成。3〕撤除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在床鞍的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。4〕撤除四方刀架與小滑板總成，在中滑板上方安裝四工式電動(dòng)刀架。5〕撤除中滑板下的滑動(dòng)絲杠螺母副，將滑動(dòng)絲杠靠刻度盤(pán)一段〔長(zhǎng)216mm,見(jiàn)書(shū)后插頁(yè)圖6-2〕鋸斷保存，拆掉刻度盤(pán)附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。6〕將橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)通過(guò)法蘭座安裝到中滑板后部的床鞍上，并與滾珠絲杠的軸頭相連。7〕拆去三杠〔絲杠、光杠與操作杠〕，更換絲杠的右支承。改造后的橫向進(jìn)給系統(tǒng)如后插頁(yè)6-2。四、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型縱、橫向進(jìn)給的計(jì)算和選型主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設(shè)計(jì)減速箱、選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。以下詳細(xì)介紹橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。1.脈沖當(dāng)量確實(shí)定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，X方向〔橫向〕的脈沖當(dāng)量為脈沖為二/脈沖，方向〔橫向〕為&x=/脈沖。2切削力的計(jì)算以下是橫向切削力的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程。設(shè)工件材料為碳素構(gòu)造鋼，&b=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ro=10。，刃傾角a二-5。；切削用量為：背吃刀量ap=3mm,進(jìn)給量f=/r,切削速度vc=105m/min。查表，得：C=2795,x=1.0,y=0.75,n=-0.15。查表，得：主偏角Kr的修正系數(shù)長(zhǎng)=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為1.0。由經(jīng)歷公式〔3-2〕，算得主切削力Fc=2673.4N。有經(jīng)歷公式Fc:Ff:Fp=1:0.35:0.4,算的縱向進(jìn)給切削力Ff=935.69N,背向力Fp=1069.36N。3.滾珠絲杠螺母副的的計(jì)算和選型〔橫向〕〔1〕計(jì)算進(jìn)給率引力Fm'實(shí)用文檔.橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下：F'=1.4xF+f'(F+2FX，+G)x670+0.2(2680+2x1072+600)y2023N〔2〕計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C?！ā?000xv_1000x0.3x0.5_30r/11±1nl" 5rmm「60xnxT60x30x15000-L___27106 106C_3口F_327x1.2x2023_7283N〔3〕滾珠絲桿螺母副的選型機(jī)查閱【機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)】，可選用WL20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲桿副，額定動(dòng)載荷為8800N,可滿足要求，選定精度為3級(jí)。〔4〕傳動(dòng)效率n的計(jì)算：tanV tan40331叩_ '——_ _0.965tan(y+明 tan(40331+10')⑸剛度的驗(yàn)算先畫(huà)出此橫向進(jìn)給滾珠絲桿支撐方式草圖，最大進(jìn)給率引力為 2023,支撐間距L=450mm；絲桿螺母及軸承均進(jìn)展預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3.51〕絲杠的拉伸或壓縮變形量5，根據(jù)F=2023N,D_20mm，查出-__4.2x10-5,m 0 L可算出：=%X450=4.2X10-5X450=1.89xlO-2mm由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿又進(jìn)展了預(yù)拉緊，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量i_^x5_0.47x10-2mmy4 12）滾珠與螺紋滾道間接觸變形525q5_8.5x10-3mmQ因?yàn)檫M(jìn)展了預(yù)緊，故5=15_—x8.5x10-3_4.25x10-3mm2Q23〕支撐滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形53因?yàn)槭┘宇A(yù)緊力，故5=，5=1x9.4x10-3_4.7x10-3mm2e2綜合以上幾項(xiàng)變量之和：實(shí)用文檔.B=B'+5+5=(4.7+4.25+4.7)x10-31 2 3顯然此變形量已大于定位精度要求，應(yīng)該采用相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)，但因橫向溜板受空間限制，不宜再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力，重新計(jì)算如下：F'=1.4xF+f'(F+2F+G)=1155N〔6〕壓桿穩(wěn)定性校核 計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fkf兀2EI—2 式中：E-----絲桿材料彈性模量，對(duì)剛E=20.6x10-6兀.I------截面慣性矩，絲桿截面慣性矩I二^^d1l——絲桿兩支撐端距離f「一絲桿的支撐方式系數(shù)，查表知fz對(duì)于本設(shè)計(jì)：I二三d4=314X1.67884=0.3899cm4；；；；；；；；；641 64廠f兀2EIF=———=78214NK12n=^K=67.7kF,m綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。.同步帶減速箱的設(shè)計(jì)(橫向)為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能地減小，傳動(dòng)鏈中常采用減速傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中，橫向減速箱選用同步帶傳動(dòng)。設(shè)計(jì)同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率P；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1和傳動(dòng)比i；傳動(dòng)系統(tǒng)的位置和工作條件等。根據(jù)改造經(jīng)歷，C6140車床縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩通常在15?25N-m之間選擇。今初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為130BYG5501，五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為20N?0。運(yùn)行矩頻特性曲線如圖6-4所示?！?〕傳動(dòng)比i確實(shí)定 電動(dòng)機(jī)的步距角a°,脈沖當(dāng)量法二/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ph=6mm。根據(jù)式〔3-12〕算得傳動(dòng)比i=1.2。〔2〕主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速n1由橫向床鞍的最快移動(dòng)速度E0-U=6000mm/min,可以算出主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速n1=〔U/6z〕Xa 一'一/360=1200r/mino 噂 ^一，一二一'〔3〕確定帶的設(shè)計(jì)功率Pd 預(yù)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為 'o-h寸—十—圖6Y130BYC5501步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)實(shí)用文檔. 行矩頻特性曲線

1200r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率為/ =1200X360/(60Xa)=1200X360/(60X0.72)Hz二10000Hz。?m,對(duì)應(yīng)的輸出功率為POUT=nT/9.55=1200X-X0.478kW=0.574kW?！?〕選擇帶型和節(jié)距Pb 根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率Pd=0.574kW和主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速n1二1200r/min,從中選擇同步帶，型號(hào)為L(zhǎng)型節(jié)距Pb二?！?〕確定小帶輪齒數(shù)21和小帶輪節(jié)圓直徑41取Z1=15,那么小帶輪節(jié)圓直徑41PbZ1 nd1n1 ,=丁=45.48。當(dāng)「1達(dá)最高轉(zhuǎn)速1200r/min時(shí),同步帶的速度為U=訴而0小沒(méi)有超過(guò)L型帶的極限速度35m/s?！?〕確定大帶輪齒數(shù)72和大帶輪節(jié)圓直徑42大帶輪齒數(shù)72=iZ1=18,節(jié)圓直徑d2=id1=?！?〕初選中心距青、帶的節(jié)線長(zhǎng)度L/帶的齒數(shù)4初選中心距*=1.1(d1+dj=,(d1+d2)24a0(d1+d2)24a0圓整后取a=110mm。那么帶的節(jié)線長(zhǎng)度為L(zhǎng)-2a+-(d+dj+0 op0212二。根據(jù)3-33,選取要接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度Lp=381mm，相應(yīng)齒數(shù)Zb=40。L—L〔8〕計(jì)算實(shí)際中心距2實(shí)際中心距a〔8〕計(jì)算實(shí)際中心距2實(shí)際中心距a2〔9〕效驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)Zm=ent獸(Z —Z)2712a 2 1=7，嚙合齒數(shù)比6打，滿足要求。此處ent表示取整。〔10〕計(jì)算基準(zhǔn)額定功率P0〔所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬帶下所允許傳遞的額定功率〕:—mv2a 1000式中 T——帶寬為%0時(shí)的許用工作拉力，由表查得Ta=244.46N;m——帶寬%0時(shí)的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，由表查得m=/m;u——u——同步帶的帶速，由上述可知u=/s。算得p=0.697kW。〔11〕確定實(shí)際所需同步寬帶bsb>b0(一)i/i14b式中b0bs式中b0bs0(s'-d1/1.14選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬帶，由表查得b0b，二。s0實(shí)用文檔.kz——小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由表查得”。由上式可得算得14,再根據(jù)表〔3-22〕，計(jì)算同步帶額定功率P的準(zhǔn)確值：p=kkT-mv2vx10-3zwab1 s0 7式中 kw為齒寬系數(shù)：kw=(bjb0J」4=1。經(jīng)計(jì)算得p=0.697kW，滿足p>Pd。因此，帶的工作能力合格。5.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型〔橫向〕(1)計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 jq:滾珠絲桿的公稱直徑d0=40mm，總長(zhǎng)〔帶接桿〕l=1560mm，導(dǎo)程Ph=6mm，材料密度P=7.85x10-3kg/cm3；橫向移動(dòng)部件總重量G=1300N；同步帶減速箱大帶輪寬帶28mm，節(jié)徑，孔徑30mm，輪轂外景42mm，寬度14mm；小帶輪寬度28mm，結(jié)晶，孔徑19mm，輪轂外徑29mm，寬度12mm；傳動(dòng)比i=1.2。，可以算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下〔具體計(jì)算過(guò)程從略〕：滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j、=30.78kg?cm2；床鞍折算到絲桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jw=1-21kg?cm2小帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jz]=0.95kg?cm2；大帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量js2=L99kg?cm2。在設(shè)計(jì)減速箱時(shí)，初選的橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)130BYG5501，從表中查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)自的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j=33kg?cm2。m那么加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：j=j+(j+j+j)/i2=57.55kg?cm2eqm z1 ws〔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Teq，分快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)展計(jì)算。1〕快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tq由式〔4-8〕可知，Tq包括三局部：快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩T 、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電amax動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩T,、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式〔4-12〕可知，T0相對(duì)于Tamax和T/很小，可以忽略不計(jì)。那么有：TeLamax+T,〔6-1〕實(shí)用文檔.根據(jù)式〔4-9〕，考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率n，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：T=2JJm1amax 601n〔6-2〕式中nm——對(duì)應(yīng)橫向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min；L——步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至所需要的時(shí)間，單位時(shí)間s。其中：n==

m36006〔6-3〕式中vmax 橫向空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書(shū)指定為6000mm/min；a——橫向步進(jìn)電機(jī)步距角，為72°；8——橫向脈沖當(dāng)量，本例法/脈沖。將以上各值代入式〔6-3〕，算得nm=1200r/min。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時(shí)間'，橫向傳動(dòng)鏈總效率n=0.7;那么由式〔6-2〕求得：Tamax2兀x57.55x10-4x1200Tamax60x0.4x0.7由式〔4-10〕可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為:T/￡+G)Ph

f 2兀巾〔6-4〕式中P——導(dǎo)軌的摩擦因素，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.06；F——垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0;n——橫向傳動(dòng)鏈總效率，取0.7。那么由式〔6-4〕，得：T=0.16x(0+1300)x0.006N.m.0.24N.m

f 2nx0.7x1.2最后由式〔6-1,求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Lmax+Tf==Nm〔6-5〕2〕最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tq2由式〔4-13〕可知，Tq2包括實(shí)用文檔.

三局部：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上t的摩擦轉(zhuǎn)矩7；、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩TT。相對(duì)于T和很小,可以忽略不計(jì).那么有：(6-6)其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1由式｛4-14｝計(jì)算。本設(shè)計(jì)中在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)展計(jì)算的時(shí)候，進(jìn)給方向的最大工作載荷F1=.935.69N那么有：FP2兀叩935.69*0.006FP2兀叩2兀*0.7*1.2再由式｛4-10｝計(jì)算承受最大工作負(fù)載｛Fe=2673.4N｝情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：T二M+G)p二?！?x(2673.4+130°)xO.006n.m.0.72N?mi 2兀年 2兀*0.7*1.2最后由式｛6-6｝，求的最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T=T+T=1.78N-m 〔6-7〕經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T=maxT,T憶2.82Nm｛3｝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的勺選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)^勺來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮平安系數(shù)。本設(shè)計(jì)中取平安系數(shù)長(zhǎng)二4,那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：T >4T=4x2.82Nm=11.28Nm (6-8)jmax eq對(duì)于前面預(yù)選的130BYG5501型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)下而2區(qū)=20N?m,可見(jiàn)完全滿足式〔6-8〕的要求?！?〕步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1〕最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定橫向最快工進(jìn)速度Vmaxf=800mm/min,脈沖當(dāng)量6=/脈沖，由式〔4-16〕求出電機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率f =800/(60X0.01)Hz-1333Hz。從130BYG5501的運(yùn)maxf行矩頻特性圖6-4可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf-17N-m,滿足要求。2〕最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定橫向最快空載移動(dòng)速度V.,=6000mm/min,仿照式〔4-16〕求出電機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率f =6000/(60X0.01)Hz=10000Hz。從圖6-4查得，在此頻率下，電maxf動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T^a=3.8N-m,滿足要求。3〕最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度Vmax=6000mm/min,對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率/max=10000Hz。查表可知130BYG5501的極限運(yùn)行頻率為20000Hz,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。4〕起動(dòng)頻率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、=，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=33kg,查表可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載起動(dòng)頻率/q=1800Hz。那么由式〔4-17〕可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)抑制慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：實(shí)用文檔.f=f=1087HzL v1+JJeeqm上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于1087Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選的很低，通常只有100Hz〔即100脈沖、s〕。綜上所述，本設(shè)計(jì)中橫向進(jìn)給系統(tǒng)選用130BYG5501步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。6.同步帶傳遞功率的校核分兩種工作情況，分別進(jìn)展校核?！?〕快速空載起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至n=1200/min,由式〔6-5〕可知，同步帶傳m遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1=2.82N.m,傳遞的功率為P=nT1/9.55=1200X-⑵最大工作負(fù)載、最快工作速度由式［6-75可知，帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2，任務(wù)書(shū)給定最快工進(jìn)速度Vmaxf=800mm/min,對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速％湎=（￥垣/8z）a/360=160r/min.傳遞的功率為P=nfT2/9.55=160X-29.8W. 儂*皿*可見(jiàn)，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。五、繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖在完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算、選型后，就可以著手繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖了。在繪制裝配圖時(shí)，需要考慮以下問(wèn)題：了解原車床的詳細(xì)構(gòu)造，從有關(guān)資料中查閱床身、床鞍、中滑板、刀架等的構(gòu)造尺寸。2）根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號(hào)、軸承座的構(gòu)造，以及軸承的預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式。3）考慮各部件之間的定位、連接和調(diào)整方式。例如：應(yīng)保證絲杠兩端支承與螺母座同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座、支承座在安裝面上的連接與定位，同步帶減速箱的安裝與定位，同步帶的張緊力調(diào)節(jié)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接與定位等。4）考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及平安機(jī)構(gòu)等問(wèn)題。例如：絲杠螺母的潤(rùn)滑、防塵防鐵屑保護(hù)、軸承的潤(rùn)滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。5）在進(jìn)展各零部件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝學(xué)，考慮裝配的順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。6）注意繪制裝配圖時(shí)的一些根本要求。例如：制圖標(biāo)準(zhǔn)，視圖布置及圖形畫(huà)法要求，重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)注，重要配合尺寸的標(biāo)注，裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄等。橫向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)制的裝配圖，如后插頁(yè)的圖6-2六、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)人任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能:1〕接收鍵盤(pán)數(shù)據(jù)，控制LED顯示；2〕接收控制面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信號(hào)；3〕接收車床限位開(kāi)關(guān)信號(hào)；4〕接收螺紋編碼器信號(hào)；5〕接收電動(dòng)卡盤(pán)夾緊信號(hào)與電動(dòng)刀架刀位信號(hào)；6〕控制X、Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；7〕控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停頓；實(shí)用文檔.8〕控制多速電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸有級(jí)變速；9〕控制交流變頻器，實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速；10〕控制切削液泵起動(dòng)/停頓；11〕控制電動(dòng)卡盤(pán)的夾緊與松開(kāi)；12〕控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀；13〕與PC機(jī)的串行通信。圖6-5為控制系統(tǒng)的原理框圖。CPU選用ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89S52；由于AT89S52本身資源有限，所以擴(kuò)展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)底層程序；擴(kuò)展了一片SRAM芯片6264用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存