數(shù)控機床課程設(shè)計--普通機床的自動化改造

1、<p><b>　　緒 論</b></p><p>　　1.1 數(shù)控機床與數(shù)控技術(shù)</p><p>　　一、數(shù)控機床與其發(fā)展</p><p>　　數(shù)控機床：數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床作了如下定義：數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯的處理具

2、有特定代碼和其他符號編碼指令規(guī)定的程序。</p><p>　　1964年誕生了世界上第一臺電子計算機。在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。</p><p>　?、?、數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）</p><p>　　早期計算機的運算速度低，對當(dāng)

3、時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但不能適應(yīng)機床實施控制的要求。被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。</p><p>　　②、計算機數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）</p><p>　　到1970年，通用小型計算機業(yè)以出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC）階段。到1974年微處理器被應(yīng)用與數(shù)控系統(tǒng)。到了1

4、990年，PC機的性能已發(fā)展到了很高底階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。</p><p>　　總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代—小型計算機；1974年的第五代—微處理器和1990年的第六代—基于PC。</p><p>　　二、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢</p><p><b>　　一、數(shù)控技術(shù)</

5、b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控(NC)機床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動器及進給裝置等部分。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備</p><p>　　發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：&

6、#160; 1、高精度、高速度的發(fā)展趨勢 ；2、柔性化；3、工藝復(fù)合化和多軸化；</p><p>　　4、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢；5、結(jié)構(gòu)新型化；6、編程技術(shù)自動化；7、集成化；8、開放式閉環(huán)控制模式。</p><p>　　二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　1、數(shù)控技術(shù)在國民經(jīng)濟中的地位</p>&l

7、t;p>　　數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本裝備?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)使用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控

8、技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新型制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)范圍涵蓋很多領(lǐng)域：ⅰ機械制造技術(shù)；ⅱ信息處理、加工、傳輸技術(shù)；ⅲ自動控制技術(shù)；ⅳ伺服驅(qū)動技術(shù)；ⅴ傳感器技術(shù)；ⅵ軟件技術(shù)等。</p><p>　　2、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，它對國計

9、民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：</p><p>　?、佟⒏呔?、高速度的發(fā)展趨勢  </p><p>　　②、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢</p><p>　　③、數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性</p>&

10、lt;p>　　三、數(shù)控機床目前在工業(yè)中的地位</p><p>　　近年來我國企業(yè)中的數(shù)控機床占有率逐年上升，在各大中小型企業(yè)已有較多的使用。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成型折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。</p><p>　　1.2 數(shù)控機床改造的必要性</

11、p><p>　　一、微觀看改造的必要性</p><p>　　微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性：</p><p>　?、?、可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。</p><p>　?、凇⒂捎谟嬎銠C有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。</p>&

12、lt;p>　?、邸⒓庸ち慵木雀?，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。</p><p>　?、堋⒖蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。</p><p>　?、?、擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。</p><p>　　此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIM

13、S（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　　二、宏觀看改造的必要性</p><p>　　宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民用機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行

14、CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年，這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。</p><p>　　1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容及

15、優(yōu)缺</p><p>　　一、如何進行機床的數(shù)控化改造</p><p>　　1、國外改造業(yè)的興起</p><p>　　在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。</p><p>　　2、數(shù)控化改造的內(nèi)容</p&g

16、t;<p>　　機床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點：其一是恢復(fù)原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)；其二是NC化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行</p><p>　　翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新；其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)

17、新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(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。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。</p><p>　　一、步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)；二、異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；三、交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根

18、據(jù)數(shù)控改造后機床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機的功率和用戶的要求。</p><p>　　3、數(shù)控改造中主要機械部件改裝探討</p><p>　　一臺新的數(shù)控機床，在設(shè)計上要達(dá)到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達(dá)到如下要求。</p><p><b>　?。?）、滑動導(dǎo)軌副</b>&l

19、t;/p><p>　　對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。</p><p><b>　?。?）、齒輪副</b></p><p>　　一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。</p><p&g

20、t;　?。?）、滑動絲杠與滾珠絲杠</p><p>　　絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。</p><p><b>　　（4）、安全防護</b></p><p>　　改造效果必須以安全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。</p><p>　　二、數(shù)

21、控化改造的優(yōu)缺點</p><p>　　1、減少投資額、交貨期短</p><p>　　同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50％左右。</p><p>　　2、機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受

22、限</p><p>　　所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那</p><p>　　種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用</p><p>　　多年。但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p><p>　　3、熟悉了解設(shè)備、便于操作維修</p><p>　　4、

23、可充分利用現(xiàn)有的條件</p><p>　　可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購新設(shè)備那樣需重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　5、可以采用最新的控制技術(shù)</p><p>　　1.4 對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見解</p><p><b>　　一、形式考慮</b></p><p>　　我國是制造大

24、國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國的制造也將進一步“空芯”。這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，制造業(yè)發(fā)展不僅可以提高人民的生活水平，而且還可以緩解我國的就業(yè)壓力，保障社會的穩(wěn)定；從國防安全看，軍事裝備與高精尖技術(shù)之間存在依存關(guān)系。</p><p><b>　　二、

25、發(fā)展策略</b></p><p>　　從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國名經(jīng)濟的市場需求為導(dǎo)向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨越式發(fā)展。</p><p>　　普通車床的數(shù)控改造和可行性論證</p

26、><p><b>　　車床的數(shù)控改造</b></p><p>　　本設(shè)計任務(wù)是對CA6140臥式車床進行數(shù)控化改造，實現(xiàn)微機對車床的數(shù)控化控制。利用微機對車床的縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)字控制，并達(dá)到縱向最小運動單位為0.01mm/脈沖，橫向最小運動單位為0.005mm/脈沖，主運動實現(xiàn)自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動的切削螺紋。</p>

27、<p>　　一、數(shù)控機床的工作原理</p><p>　　數(shù)控機床是機、電、液、氣、光高度一體化的產(chǎn)品，是精密機械和自動化技術(shù)的綜合體。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。</p><p><b>　　二、數(shù)控機床的組成</

28、b></p><p>　　數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、私服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成。其組成框圖如圖2—1</p><p>　　圖2—1數(shù)控機床的組成</p><p>　　總體方案的擬定和論證</p><p><b>　　總體方案的擬定</b></p><p>　　CA6140車床主要

29、用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應(yīng)完成的內(nèi)容有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速；刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個到位完成選擇刀具；冷卻泵、潤滑泵的啟、停；加工螺紋時，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個螺距或?qū)С獭＿@些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。查看C616車床及有關(guān)資料，并參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體改造方案。</p><p&g

30、t;　　一、主傳動系統(tǒng)的設(shè)計改造</p><p>　　對普通車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有主傳動系統(tǒng)和變速操作系統(tǒng)，以減少改造量。本設(shè)計中為了提高車床的自動化程度，以便于在加工過程中實現(xiàn)自動變換切削速度，對其作了相應(yīng)的簡化改造。采用交流調(diào)速電機做車床主軸電機以取代原來的主軸電機，實現(xiàn)無級調(diào)速；并簡化原來的傳動系統(tǒng)，以達(dá)到多檔調(diào)速范圍的規(guī)定。</p><p>　　二、數(shù)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計

31、</p><p>　　計算機數(shù)控裝置（CNC）即控制裝置是數(shù)控機床的中心環(huán)節(jié)。本設(shè)計中，采用單片機8031控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算處理。</p><p>　　三、自動轉(zhuǎn)位刀架選擇設(shè)計</p><p>　　數(shù)控機床的刀架是機床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響車床的切削性能和效率。臥式車床數(shù)控改造應(yīng)將原來機床的普通手動轉(zhuǎn)位刀架替換成自動轉(zhuǎn)位刀架。</p>&l

32、t;p>　　四、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計改造</p><p>　　由于改造設(shè)計的是簡易型經(jīng)濟數(shù)控，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足需要的前提下，對機床盡可能將減小改動量，以降低成本?？傮w改造如圖3—1</p><p>　　圖3—1總體改造示意圖</p><p>　?、?、控制方式類型選擇</p><p>　　數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)控制、

33、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制之分。半閉環(huán)系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便，在中小型性能要求較高的數(shù)控機床中應(yīng)用較多，故本設(shè)計采用半閉環(huán)控制。</p><p>　　圖3—2半閉環(huán)控制原理圖</p><p>　?、?、伺服進給機構(gòu)的改造：伺服進給系統(tǒng)的改造分為縱向和橫向進給系統(tǒng)的改造兩項?？v向改造中：拆除原來機床的溜板箱、光桿與絲桿以及安裝座，裝上滾珠絲杠及相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動的步進電機及減速箱安裝在絲杠的

34、右端，采用滾珠絲杠可以提高系統(tǒng)的精度和縱向進給的總體剛度。橫向改造中：拆除原來橫向進給的絲杠，換上滾珠絲杠；保留原來的橫向手柄機構(gòu)，橫向步進電機和減速箱安裝在加床后側(cè)。</p><p><b>　?、?、步進電機的選用</b></p><p>　　選用步進電機，通常希望步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩較大，啟動頻率和運行頻率高，步距誤差小。但是，增大轉(zhuǎn)矩與快速運行存在一定的矛盾，高性

35、能與低成本相矛盾。因此在實際選用步進電機時，要考慮各方面因素。</p><p><b>　?、?、絲杠螺母副</b></p><p>　　臥式車床的進給絲杠都是滑動絲杠，即絲杠與螺母之間的摩擦為滑動摩擦。由于滑動絲杠螺母副的摩擦大、傳動效率低。在精度要求不高的情況下，可以仍用原機床的滑動絲杠。若要求機床精度和被加工精度較高的情況下，應(yīng)將原機床的滑動絲杠螺母副改換為滾動絲

36、杠螺母副?？紤]本設(shè)計的設(shè)計要求，選用滾珠絲杠螺母副代替原機床的滑動絲杠螺母副。</p><p><b>　?、荨C床導(dǎo)軌改造</b></p><p>　　臥室車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床的導(dǎo)軌面運動的。導(dǎo)軌的作用就是支撐和導(dǎo)向，即支撐運動部件，并保證運動部件在外力作用下，能準(zhǔn)確地沿著一定方向運動。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床

37、的加工精度要求、支撐能力和使用性能。數(shù)控改造時根據(jù)原機床導(dǎo)軌的磨損程度和加工程度要求，來確定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式。</p><p><b>　　總體方案的確定</b></p><p>　　經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定的CA6140的車床經(jīng)濟型數(shù)控改造的總體方案示意圖如下圖3--3所示。CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分采用了變頻調(diào)速交流異步電機；車床的縱向和橫向進給采用步進電機

38、驅(qū)動，經(jīng)步進電機驅(qū)動，齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動；刀架改成由微機控制，經(jīng)電機驅(qū)動的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，需安裝主軸脈沖發(fā)生器。</p><p><b>　　3—3總體方案設(shè)計</b></p><p>　　第四章 主軸傳動部分的改造與設(shè)計</p><p>　　在改造設(shè)計之前，讓我們先來看一下數(shù)控機床主傳

39、動與普通機床相比具有的特點：</p><p>　?、?、采用調(diào)速電機驅(qū)動，以滿足主軸根據(jù)數(shù)控指令進行自動變速的需要；</p><p>　　⑵、傳動路線短，從而簡化了主傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)；</p><p>　?、?、轉(zhuǎn)速高、功率大；</p><p>　　數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床的傳動要求外，還應(yīng)滿足如下要求：</p>&l

40、t;p>　　1、具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。</p><p>　　2、具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)、噪聲低。</p><p>　　3、具有良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床上一般即要進行粗加工，又要進行精加工；抗振性能用動剛度或動柔度來衡量。如果把主軸組件是為一個等效的單自由度系統(tǒng)，則動剛度Kd與動力參數(shù)的關(guān)系為：</p><p>　　式中：Κ--機床

41、主軸結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度（N/μm）；</p><p>　　ω—外加激振力的激振頻率（Hz）；</p><p>　　ωn--主軸組件的固有頻率（ωn=k/m，m為當(dāng)量質(zhì)量，k為當(dāng)量靜剛度）；</p><p>　　ξ—阻尼比（ξ=γ/γc，γ是阻尼系數(shù)，γc臨界阻尼系數(shù)，γc=2mω）。</p><p>　　由上式可見，為提高主軸組件的抗振性，需使

42、Kd值較大，為此應(yīng)盡量使阻尼比、當(dāng)量剛度值或固有頻率的值較高。再設(shè)計數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)時，要注意選擇上述幾個參數(shù)的合理關(guān)系。</p><p>　　主傳動部分改造和設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　主傳動方式的選擇、主軸電機的選擇、齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算、繪制主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　主軸傳動部分改造的設(shè)計計算</p><p>　　

43、根據(jù)機車要求粗選車床主軸變速范圍：</p><p>　　初步估算電動機的功率根據(jù)統(tǒng)計分析法: </p><p>　　D取400mm（據(jù)車床說明書，D—機床的最大加工直徑），</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　1、切削力參數(shù)的確定</p><p>　　切削力： 　 （根

44、據(jù)《實用機床設(shè)計手冊》）經(jīng)查表2.2-4得：</p><p>　　圖4—1主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　查表2.1-16（據(jù)《金屬切削原理》）</p><p>　　估算最大最小切削力：FZmax=6286.5(N)；FZmin=1121.4(N)</p><p>　　切削功率：Pm=FZ·ν/60000（kw）<

45、/p><p>　　則最大最小的切削功率為：Pmmax=9.95（kw）；Pmmin=2.52（kw）</p><p>　　主電動機功率：PZ=Pm/η（kw）</p><p>　　η—主傳動鏈的總效率；（取η=0.9）</p><p>　　則最大最小的總效率：PZmax=11（kw）；PZmin=2.8（kw）</p><p&

46、gt;　　根據(jù)計算選用11（kw）的電動機：YD160L-4</p><p>　　最高轉(zhuǎn)速：nmax=3500r/min；額定轉(zhuǎn)速：nmin=1460r/min</p><p>　　2、確定變速級數(shù)z和公比</p><p><b>　　主軸計算轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　主軸恒功率變速范圍：RP=nmax/nc，

47、即：RP=2500/99.5=25.12</p><p>　　電動機恒功率變速范圍：RDP=nmax/nc，即：RDP=3500/1460=2.4</p><p>　　公比：= RP/RDP，即：=25.15/2.4=14.7</p><p>　　齒輪變速機通常為2～4，當(dāng)z取2時：=13.25，當(dāng)z取3時：=3.64</p><p>　　當(dāng)

48、z取4時：=2.37</p><p>　　ⅰ、若選用z=2 =13.25</p><p>　　PO=PO·RDP/即：PO=11×2.40/13.25=2.0（kw）</p><p>　?、ⅰ⑷暨x用z=3 =3.64，則：PO=11×2.40/3.64=7.25（kw）</p><p>　　功率降低區(qū)

49、的最小輸出滿載功率僅為2.0 kw、7.25 kw，與機床要求的最大功率相差太大，故不能選用。</p><p>　?、！⑷暨x用z=4 =2.37，則：PO=11×2.40/2.37=11.14（kw）</p><p>　　復(fù)合機床的功率要求，故選z=4。</p><p><b>　　3、主軸的參數(shù)設(shè)計</b></p>

50、<p>　　主軸恒轉(zhuǎn)矩變速范圍：RT= nc/nmin，即：RT=99.5/25=3.98</p><p>　　因為主軸和電機的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍應(yīng)相等，即：RDT= RT</p><p>　　主電機最低轉(zhuǎn)速：nDmin=nD/RDT，即：nDmin=1460/3.98=366.8r/min</p><p>　　電機額定轉(zhuǎn)矩：TDd=9550PD/nd&l

51、t;/p><p>　　即：TDd=9550×11/1460=71.95（N/m）</p><p>　　主軸計算轉(zhuǎn)速：nc=44.04（r/min）</p><p>　　主軸恒功率變速范圍：RP=nmax/nc，即：RP=2500/99.5=35.07</p><p>　　分級變速機構(gòu)的變速范圍：RF=RP/ RDP，即：RF=35.07

52、/2.4=14.6</p><p>　　主傳動系統(tǒng)總降速比：i∑=nc/nd即：i∑=99.5/1460=0.068=1/16</p><p>　　4、分段無級變速傳動方案的確定</p><p>　　由前面計算得：z=4，=2.37；令φ1=φ2==2.37；試取i2≈1</p><p>　　查表2.3-4取i2=1.12則：i1=2.66、

53、i3=0.47；</p><p>　　故取：Z1=23、Z1'=61；Z2=50、Z2'=56；Z3=64、Z3'=56.</p><p>　　由以上計算得：i4=3.556,取i4=3.55，故?。篫4=20、Z4'=70.</p><p>　　根據(jù)數(shù)控機床的《機床說明書》?。?lt;/p><p>　　m1=2.

54、5、m2=2、m3=2.25、m4=2.25；b=35mm、α=20°</p><p>　　所以：d1= m1×Z1=2.5×23=57.5（mm）；</p><p>　　d1'= m1×Z1'=2.5×61=152.5（mm）；</p><p>　　d2= m2×Z2=2×50=

55、100（mm）；</p><p>　　d2'= m2×Z2'=2×56=112（mm）；</p><p>　　d3= m3×Z3=2.25×64=144（mm）；</p><p>　　d3'= m3×Z3'=2.25×56=126（mm）；</p><p&

56、gt;　　d4= m4×Z4=2.25×20=45（mm）；</p><p>　　d4'= m4×Z4'=2.25×70=157.5（mm）.</p><p>　　因為齒輪、軸、軸承的型號大小與原機床相比無大的改動，所以這里就不再做強度、剛度的校核。</p><p>　　根據(jù)《實用機床設(shè)計手冊》知：當(dāng)﹥RDP時

57、，在變速箱的每檔內(nèi)會使一部分低轉(zhuǎn)速的傳動功率下降，按橫轉(zhuǎn)矩方式變速，在P-n曲線上會出現(xiàn)缺口，曲線上的缺口則稱為功率降低區(qū)；當(dāng)≤RDP時，可保證主軸在自計算轉(zhuǎn)速nc至最高轉(zhuǎn)速nmax范圍內(nèi)全部為恒功率，P-n曲線上無缺口，可充分利用主電機的功率。</p><p>　　圖4-3主軸傳動系統(tǒng)</p><p>　　電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運動的原件，它便于實現(xiàn)自動操作，能簡化變速系統(tǒng)。

58、</p><p>　　改造后的機床為實現(xiàn)螺紋加工還需配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置型號的反饋元件。主軸脈沖發(fā)生器一般采用增量式光電編碼器，其安裝通常有兩種方式：同軸式、異軸式。本設(shè)計中是采用了異軸安裝的方式。</p><p>　　主軸脈沖發(fā)生器是光學(xué)元件，安裝時應(yīng)小心輕拿輕放，不能有較大的沖擊和振動，以防損壞玻璃光柵造成報廢。</p><p>　　第五章 伺服

59、近給機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　伺服進給機構(gòu)的設(shè)計是普通車床經(jīng)濟型數(shù)控改造的主要部分，如果說CNC系統(tǒng)是數(shù)控機床的大腦，是發(fā)布命令的指揮機構(gòu)，那么，伺服驅(qū)動系統(tǒng)就是數(shù)控機床的四肢，是執(zhí)行命令的機構(gòu)，它忠實而準(zhǔn)確的執(zhí)行由CNC系統(tǒng)發(fā)來的運動命令。伺服控制系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)與機床的</p><p>　　樞紐，其性能是影響數(shù)控機床的精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。</p&

60、gt;<p>　　伺服系統(tǒng)的組成原理和要求</p><p>　　一、伺服系統(tǒng)的組成原理</p><p>　　機床進給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)與機床進給機械傳動機構(gòu)兩大部分組成。其工作原理簡單的說就是在開環(huán)控制的交直流電機的基礎(chǔ)上將速度和位置信號通過旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋給驅(qū)動器做閉環(huán)負(fù)反饋的PID調(diào)節(jié)控制。再加上驅(qū)動器內(nèi)部的電流閉環(huán)，通過這3個閉環(huán)調(diào)節(jié)，使電機的輸

61、出對設(shè)定值追隨的準(zhǔn)確性和時間響應(yīng)特性都提高很多。伺服系統(tǒng)是個動態(tài)的隨動系統(tǒng)，達(dá)到的穩(wěn)態(tài)平衡也是動態(tài)的平衡。</p><p><b>　　二、伺服系統(tǒng)的要求</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機床進給運動的執(zhí)行機構(gòu)。為確保機床的加工質(zhì)量和效率，機床對其伺服系統(tǒng)有穩(wěn)、準(zhǔn)、快、寬、足五個要求，它反映了伺服驅(qū)動系統(tǒng)的五項性能指標(biāo)，具體內(nèi)容如下：</p

62、><p>　　穩(wěn)：即穩(wěn)定性；準(zhǔn)：即準(zhǔn)確性；快：即快速響應(yīng)性；寬：有較寬的調(diào)速范圍；足：有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動功率。</p><p>　　伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計計算</p><p>　　伺服進給機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容包括：縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算、橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算、步進電機的選擇三大部分。設(shè)計的總體方案如圖5—1所示。伺服進給機構(gòu)的改造設(shè)計還包括與步進電機相關(guān)的驅(qū)動

63、電源、功率放大電路、輔助電路與滾珠絲杠螺母副相關(guān)的機床導(dǎo)軌等內(nèi)容的設(shè)計選擇。</p><p>　　縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p>　　已知的條件：工作臺重量：W=100kgf=100N（根據(jù)圖紙粗略計算）；時間常數(shù)：T=25mS；滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=6mm；行程：S=600mm；脈沖當(dāng)量：δp=0.01mm/step；步距角：α=0.75°/step；最大進給速度：ν

64、max=2m/min.</p><p><b>　　1、切削力計算</b></p><p>　　由《實用機床設(shè)計手冊》可知：切削功率：Nc=Nηk；N—電機功率N=11kw、η—主傳動鏈的總效率，取η=0.90、</p><p>　　k—進給系統(tǒng)的功率系數(shù)，取k=0.96</p><p>　　則：Nc=11×0

65、.90×0.96=9.504（kw）</p><p>　　又因為：Nc=Fcν/6120則：Fz=6120Nc/ν</p><p>　　ν—切削線速度，取ν=100m/min。所以Fz=581.64（kgf）=5700N</p><p>　　由《金屬切削原理》可知：主切削力： Fz=9.81CFz KFz</p><p>　　經(jīng)查表

66、得：CFz=188kgf/m㎡ XFz=1 YFz=0.75 KFz=1計算Fz如下表：</p><p>　　圖5—1伺服進給機構(gòu)設(shè)計總體方案</p><p>　　當(dāng)Fz=1495.2N時，切削深度aP=2mm，走刀量f=0.3mm</p><p>　　以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)，從《實用機床設(shè)計手冊》中可知，在一般外圓切削時：Fx=（0.1～0.6）F

67、z；Fy=（0.15～0.7）Fz</p><p>　　Fx=0.5Fz=0.5×5700=2850（N）；Fy=0.6Fz=0.6×5700=3420（N）</p><p>　　2、滾珠絲杠設(shè)計計算</p><p>　　滾珠絲杠螺母副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠螺母副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠螺母副的型號選擇。</p><p>　

68、　綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力：P=KFx+f'（Fz+W）</p><p>　　式中，由于選用矩形導(dǎo)軌，根據(jù)《機床設(shè)計手冊》查出：K=1.1， </p><p>　　f'=0.15.則：P=1.1×2850+0.15×（5700+1176）=4166.4（N）</p><p><b>　　（1）、強度計算:&

69、lt;/b></p><p>　　壽命值：Li=60niTi/.所以：ni=n主f/L0=1000νf/лDL0</p><p>　　取工作直徑D=80mm，查表得：Ti=15000h（自控機床及機床通常取值）</p><p>　　所以：ni=1000×100×0.3/3.14×80×6=20（r/min）</p&

70、gt;<p>　　Li=60×20×15000/=18.</p><p><b>　　最大動載荷：</b></p><p>　　表5—1運轉(zhuǎn)系數(shù)值表</p><p><b>　　表5—2硬度系數(shù)表</b></p><p>　　查表?。哼\轉(zhuǎn)系數(shù)fw=1.2;硬度系數(shù)f

71、H=1</p><p>　　Q= ×4377.66×1.2×1=13767.26（N）</p><p>　　根據(jù)最大動載荷Q的值和原機床參數(shù)，選擇滾珠絲杠的型號為FFZD4006-5-B，即內(nèi)循環(huán)浮動反相器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠螺母</p><p>　　副。公稱直徑φ=40mm，導(dǎo)成為6mm，滾珠列數(shù)為五裂，精度等級為B級，額定動載荷為

72、26000N。下表為FFZD4006-5-B型滾珠絲杠具體參數(shù)：</p><p>　　因為：26000N﹥13767.6N，所以強度不存在問題。</p><p><b>　?。?）、效率計算：</b></p><p>　　根據(jù)《機械原理》的公式，絲杠螺母副傳動效率η為：</p><p>　　η=tgγ/tg（γ+）；式中

73、，摩擦角：=10'，螺旋升角：γ=3°25'</p><p>　　η=tg3°25'/ tg（3°25'+10'）=0.953</p><p><b>　　（3）、剛度驗算：</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起導(dǎo)成的變化量：△Lo=±PLo/EF&

74、lt;/p><p>　　式中：Lo=6mm=0.6cm，E=20×N/μm</p><p><b>　　滾珠絲杠截面積：</b></p><p>　　F=（d/2）^2л=（0.4/2）^2×л=12.56×（c㎡）則：</p><p>　　△Lo=±（4377.66×0.6

75、/20.6××12.56×10^-2）=±10.15×cm</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)成變化量很小可忽略不計，即：△L=△L1所以導(dǎo)成變形總誤差△為：△=（100/Lo）△L。即</p><p>　　△=（100/0.6）×10.15×=16.92（μm/m）</p><p>　　

76、查表知B級精度的絲杠允許的螺距誤差為25μm/m，故剛度足夠。</p><p><b>　?。?）、穩(wěn)定性驗算</b></p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p>　　式中：fk=2（雙推--簡支）；E=20.6×10Pa；</p><p>　　I=（л/64）=（л/

77、64）×（）；</p><p>　　K=4；L=La=35d1=35×4=140（cm） La—絲杠長度；</p><p>　　≈88577>>Fmax=6286.5</p><p>　　故穩(wěn)定性也沒有問題。</p><p>　　3、齒輪機轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算</p><p>　　（1）、

78、有關(guān)齒輪計算：</p><p>　　傳動比：i=Lo/360δp，則：i=0.75×6/360×0.01=1.25</p><p>　　故取齒輪齒數(shù)：z1=32，z2=40，α=20°</p><p>　　分度圓直徑：d1=mz1=2×32=64（mm）；d2= mz2=2×40=80（mm）；</p>

79、<p>　　齒頂圓：da1= d1+2ha1=68（mm）；da2= d2+2ha2=84（mm）</p><p>　　a= d1+ d2/2=64+80/2=72（mm）</p><p>　?。?）、轉(zhuǎn)動慣量計算：</p><p>　　工作臺折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1=（180δp/л）^2·W</p><p>　

80、　即J1=（180×0.01/3.14×0.75）^2×100=0.468（kg·c㎡）=4.68（N·c㎡）</p><p>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：Js=7.8L1</p><p>　　式中：D—絲杠的名義直徑，D=4.0cm；L1—絲杠兩固定端的間距，L1=150cm。所以：Js=7.81×××150=29.

81、952（kg·c㎡）=299.52（N·c㎡）</p><p>　　齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：Jz=7.8× ×2；</p><p>　　Jz1=7.8×××2=2.617（kg·c㎡）=26.17（N·c㎡）；</p><p>　　Jz2=7.8×××2=

82、6.39（kg·c㎡）=63.9（N·c㎡）.</p><p>　　電動機轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略不計。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　J=1/（Js+ Jz2）+ Jz1+ J1=1/（29.952+6.39）+2.617+0.468=26.343（kg·c㎡）=263.43（N·c㎡）.</p><p>　　（3）

83、、所需轉(zhuǎn)動力矩計算：</p><p>　　快速空載啟動時所需力矩：M=Mamax+Mf+Mo；</p><p>　　最大切削負(fù)載時所需力矩：M=Mat+Mf+Mo+Mt；</p><p>　　快速進給時所需力矩：M=Mf+Mo</p><p>　　式中：Mamax—空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；</p><p>

84、;　　Mf—折算到電機軸上的摩擦力矩；</p><p>　　Mo—由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機走上的附加摩擦力矩；</p><p>　　Mat—切削時折算到電動機軸上的加速度力矩；</p><p>　　Mt—折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。</p><p>　　Ma=（Jn/9.6T）（N·m）；</p><p&

85、gt;　　式中：T—時間常數(shù)，T=25×S；</p><p>　　當(dāng)n=nmax時，Mamax=Ma，nmax=Vmax·i/ Lo；</p><p>　　即nmax=2000×1.25/6=416.67（r/min）；</p><p>　　Mamax=（26.343×416.67/9.6×25×）

86、5;=45.736（N·m）=475.36（kg·cm）</p><p>　　當(dāng)n=nt時，Ma=Mat，nt=n主fi/Lo=1000vfi/ЛDLo</p><p>　　nt =1000×100×0.3×0.25/3.14×80×6=24.88（r/min）</p><p>　　Mat=（26

87、.343×24.88/9.6×25×）×=0.237（N·m）=2.73（kgf·cm）</p><p>　　Mf=FoLo/2лηi=f'WLo/2лηi，當(dāng)η=0.8，f'=0.16時，</p><p>　　Mf=0.16×100×0.6/2×3.14×0.8×

88、1.25=1.529（kgf·cm）=15.29（N·cm）</p><p>　　Mo=（PoLo/2лηi）·（1-）；當(dāng)η。=0.9時預(yù)加載荷：Po=1/3Fx</p><p>　　Mo=FxLo（1-）/6лηi=285×0.6×（1-）/6×3.14×0.8×1.25=1.724（kgf·cm

89、）=17.24（N·cm）</p><p>　　Mt=FxLo/2лηi，即Mt=285×0.6/2×3.14×0.8×1.25=27.25（kgf·cm）=272.5（N·cm）</p><p>　　所以，快速空載啟動所需力矩：</p><p>　　M=Mamax+Mf+Mo=45.736+1.

90、529+1.724</p><p>　　=48.898（kgf·cm）=488.98（N·cm）.</p><p><b>　　切削時所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat+Mf+Mo+Mt=45.736+1.529+27.25</p><p>　　=76.239（kgf·cm）

91、=762.39（N·cm）.</p><p><b>　　快速進給時的力矩：</b></p><p>　　M=Mf+Mo=1.529+1.724=3.253（kgf·cm）=32.53（N·cm）.</p><p>　　由以上 分析計算可知，所需最大力矩發(fā)上在快速啟動時</p><p>　　

92、Mmax=457.36（kgf·cm）=45.736（N·cm）.</p><p>　　橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p>　　由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向進給系統(tǒng)的類似，所以用到共實施不詳細(xì)說明，只計算結(jié)果。</p><p>　　已知條件：工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算）W=40kgf=400N</p><p>　　

93、時間常數(shù)：T=25ms；滾珠絲杠基本導(dǎo)程：Lo=4mm；行程：S=190mm；脈沖當(dāng)量：δp=0.005mm/step；步距角：α=0.75°/step；最大進給速度：νmax=1m/min.</p><p><b>　　1、切削力的計算</b></p><p>　　橫向進給量約為縱向進給量的1/2～1/3，切削量約為縱向的1/2：Fz=0.5×5

94、700=285（kgf·cm）=2850（N）。在切削工件時：</p><p>　　Fy=0.5×Fz=0.5×285=142.5（kgf·cm）=1425（N）</p><p>　　2、滾珠絲杠設(shè)計計算</p><p><b>　?。?）、強度計算：</b></p><p>　　

95、對于矩形導(dǎo)軌：P=kFy+；取k=1.1，f'=0.15</p><p>　　則：P=1.1×142.5+0.15×（285+30）=204（kgf·cm）=2040（N）</p><p>　　取工件直徑：D=80mm；走刀量：f=0.15mm</p><p>　　ni=1000vf/ЛDLo=1000×100

96、5;0.15/3.14×80×4=15（r/min）</p><p>　　壽命值：Li=60niTi/=60×15×15000/=13.5</p><p>　　最大動載荷：=×1.2×1×204=582.89（kgf·cm）=5829.9（N）</p><p>　　根據(jù)最大動載荷Q的值，

97、選擇滾珠絲杠的型號為FFZD3204-5-B，其直徑為φ=32mm，導(dǎo)成為4mm，滾珠列數(shù)為五列，精度為B級，額定動載荷是13000N，所以其強度符合要求。FFZD3204型滾珠絲杠具體參數(shù)如下：</p><p><b>　　（2）、效率計算：</b></p><p>　　摩擦角：=10'，螺旋升角：γ=3°38'，則絲杠螺母副傳動效率η為：

98、η=tgγ/tg（γ+）=tg3°38'/ tg（3°38'+10'）=0.956</p><p><b>　?。?）、剛度計算：</b></p><p><b>　　滾珠絲杠截面積：</b></p><p>　　F=（d/2）^2л=（3.2/2）^2×л=7.065

99、×（c㎡）</p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的變化量：</p><p>　　△L1±PLo/EF=±204×0.4/20.6××7.065×=±5.61×cm</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)成變化量△L2很小可忽略不計，即：△L=△L1所以導(dǎo)成變形總誤差

100、△為：</p><p>　　△=（100/Lo）△L=（100/0.4）×7.27×=18.18（μm/m）查表知B級精度的絲杠允許的螺距誤差為25μm/m，故剛度足夠。</p><p>　?。?）、穩(wěn)定性驗算：</p><p>　　由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠相同，而支撐方式由原來的一端固定、一端懸空變?yōu)橐欢斯潭?、一端徑向支撐，所以穩(wěn)定性增強

101、。</p><p>　　3、齒輪機轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算</p><p>　?。?）、有關(guān)齒輪計算：</p><p>　　傳動比：i=Lo/360δp=0.75×4/360×0.005=5/3；</p><p>　　故取齒輪齒數(shù)：z1=18，z2=30；m=2mm，b=20mm，α=20°；分度圓直徑：d1=36（mm）

102、，d2=120（mm）；齒頂圓：da1=40（mm），da2=64（mm），a=48（mm）.</p><p>　?。?）、轉(zhuǎn)動慣量的計算</p><p>　　工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1=（180δp/л）^2·W，即J1=（180×0.005/3.14×10.75）^2×40=0.0284（kg·c㎡）=0.284（N

103、83;c㎡）</p><p>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：Js=7.8L1</p><p>　　Js=7.81×××50=0.642（kg·c㎡）=6.42（N·c㎡）</p><p>　　齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：Jz=7.8× ×2；</p><p>　　Jz1=7.8×

104、15;×2=0.262（kg·c㎡）=2.62（N·c㎡）；</p><p>　　Jz2=7.8×××2=2.022（kg·c㎡）=20.22（N·c㎡）.</p><p>　　電動機轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略不計。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　J=1/（Js+ Jz2）+ Jz

105、1+ J1=1/（0.262+2.022）+0.262+0.0284=1.242（kg·c㎡）=12.42（N·c㎡）.</p><p>　　（3）、所需轉(zhuǎn)動力矩計算：</p><p>　　nmax=Vmax·i/ Lo；=1000×5/3=416.7（r/min）；</p><p>　　Mamax=（Jnmax/9.6T）=

106、1.24×416.7/9.6×0.025×）×=0.268（N·m）=2.68（kg·cm）</p><p>　　nit=n主f/Lo=1000vfi/ЛDLo</p><p>　　=1000×100×0.15×3/3.14×80×4×5=24.88（r/min）<

107、/p><p>　　Mat=（1.242×24.88/9.6×0.025）×</p><p>　　=0.0129（N·m）=0.129（kgf·cm）</p><p>　　當(dāng)η=0.8，f'=0.16時，Mf=FoLo/2лηi=f'WLo/2лηi=0.2×40×0.4/2×

108、3.14×（5/3）×0.8=0.3822（kgf·cm）=3.822（N·cm）</p><p>　　當(dāng)η。=0.9，Mo=（PoLo/2лηi）·（1-）；</p><p>　　Mo=FxLo（1-）/6лηi=142.5×0.4×（1-）/6×3.14×0.8×（5/3）=0.4312

109、（kgf·cm）=4.312（N·cm）</p><p>　　Mt=FxLo/2лηi=142.5×0.4/2×3.14×0.8×（5/3）=6.807（kgf·cm）=68.07（N·cm）</p><p>　　所以，快速空載啟動所需力矩：</p><p>　　M=Mamax+Mf+M

110、o=2.268+0.3822+0.4312</p><p>　　=3.063（kgf·cm）=30.63（N·cm）.</p><p><b>　　切削時所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat+Mf+Mo+Mt=0.0129+0.3822+0.4312+6.807</p><p>　　=7

111、.633（kgf·cm）=76.33（N·cm）.</p><p><b>　　快速進給時的力矩：</b></p><p>　　M=Mf+Mo=0.3822+0.4312=0.8134（kgf·cm）=8.314（N·cm）.</p><p>　　由以上 分析計算可知，所需最大力矩發(fā)上在快速啟動時<

112、/p><p>　　Mmax=3.063（kgf·cm）=30.63（N·cm）.</p><p>　　5.3 步進電機的選擇</p><p>　　一、CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機確定</p><p>　　啟動力矩：Mq≥MLo/0.3～0.5；</p><p>　　所以Mq≥MLo/0.4=488

113、.98/0.4=1222.45（N·m）</p><p>　　為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表：查表知Mq/Mjm=0.866，所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：Mq/0.866</p><p>　　即Mjm=1222.45/0.866=1411.61（N·m）</p><p>　　步進電機最高工作

114、頻率：</p><p>　　fmax=vmax/60δ，則fmax=2000/60×0.01=3333.33</p><p>　　綜合考慮，查表選用150BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。</p><p>　　二、CA6140橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定</p><p>　　Mq= MLo/0.4=30.63/0.4=76.5

115、8（N·cm）</p><p>　　電機仍選用三相六拍工作方式，查表得知Mq/Mjm=0.866，所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：</p><p>　　Mjm=Mq/0.866=75.68/0.866=87.39（N·cm）</p><p>　　為了便于購買和設(shè)計，選用110BF004型直流步進電機，能滿足使用要求。</p>&l

116、t;p><b>　　5.4 伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　一、機床進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　1、進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)說明</p><p>　　拆除原機床的機械傳動結(jié)構(gòu)，用步進電機經(jīng)齒輪減速機構(gòu)驅(qū)動絲杠，帶動刀具沿著x軸、z軸移動，如圖5—2。</p><p>　　2、數(shù)控進給系統(tǒng)的工作原理&

117、lt;/p><p>　　驅(qū)動器的電源電壓是專用變壓器T把380V電壓變?yōu)?0V電壓，接到驅(qū)動器L、N電源輸入端。</p><p>　　x軸和z軸步進電機結(jié)尾三相六拍，分別受x軸和z軸驅(qū)動器輸出信號控制，并把脈沖信號轉(zhuǎn)換為位移角，角位移和角速度分別與指令脈沖的數(shù)量和頻率成正比，旋轉(zhuǎn)方向決定于脈沖電流的通電順序。</p><p>　　圖5—2伺服進給系統(tǒng)改造示意圖</

118、p><p>　　根據(jù)加工程序要求，數(shù)控單元ENC發(fā)出指令，驅(qū)動器接到指令信號，轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳遞給步進電機。裝在減速器上的角位移傳感器將減速齒輪轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)過的個數(shù)反饋給數(shù)控單元，根據(jù)該反饋性和和步進電機的通電相序，數(shù)控單元即可運算出工作臺運動方向、速度及位移量，并和加工程序相比較，以便修改數(shù)控單元ENC的輸出指令信號，實現(xiàn)了半閉環(huán)控制。</p><p><b>　　二、步進電機&l

119、t;/b></p><p>　　步進電機是一種將脈沖信號變換成角位移的電磁裝置。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖成正比，而運動方向是由步進電機的各相通電順序來決定的，并且保持電機各相通電狀態(tài)就能使電機自鎖。因而步進電機具有控制簡單、運行可靠、慣性小等優(yōu)點。但其缺點是調(diào)速范圍窄、升降速響應(yīng)慢、矩頻特性軟、輸出力矩受限。步進電機按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式、電磁式、永磁式、混合式等；按電動節(jié)結(jié)構(gòu)可分為徑向式、軸向式印刷

120、繞組成；按使用場合或輸出扭矩的大小可分為功率步進電機和控制步進電機；按勵磁相數(shù)可分為三相、四相、無相、六相和八相步進電機。隨著電子技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，步進電機在速度、功率及效率等方面都有很大的改進提高，因而目前在數(shù)控機床上有較多的采用，尤其是在我國經(jīng)濟型數(shù)控機床商用的較多。</p><p><b>　　步進電機的驅(qū)動電源</b></p><p>　　環(huán)形脈沖分配器輸

121、出的電流很?。ê涟布墸仨毥?jīng)過功率放大。步進電機的矩頻特性表明，隨著頻率增大，電動機帶載能力將下降。其主要原因是電機繞組電感L的影響，由于步進電機本身的直流電阻Ra很小，而繞組電感L較大，所以當(dāng)頻率w增大時，其繞組阻抗Z=Ra+jwL也很快增大，從而使得繞組電流I=V/Z減小，即使輸出力矩降低。</p><p><b>　　1、功率放大電路</b></p><p>

122、　　功率放大電路分為單電源和雙電源型，單電源型線路簡單，但功率不高，所以選用雙電源型，雙電源型采用該低壓供電電路。在功率放大器導(dǎo)通初始，V1、V3、V4全導(dǎo)通，并使脈沖變壓器B的副邊產(chǎn)生升一定寬度的脈沖電流，使V2導(dǎo)通，高壓電源EH通過V2、V1微步進電機某一相繞組通電，使其電流上升沿變陡，同時VD處于反向偏置，將低壓En與繞組LA切斷。經(jīng)過tb時間后脈沖電流消失，使V2截止，高壓電源與繞組之間被切斷。En通過VD，V1為繞組LA供電，