畢業(yè)設(shè)計(jì)----ca620機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

1、<p>　　CA620機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題的研究意義：普通機(jī)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車(chē)床有以下優(yōu)越性：①可以加工傳統(tǒng)機(jī)床不可以加工的曲線，曲面等復(fù)雜的零件。②可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”

2、。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)。⑤擁有自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)控制，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。⑥數(shù)控機(jī)床能夠降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反映等。</p><p>　　查閱國(guó)外資料，借鑒國(guó)外改造手段，再結(jié)合CA20車(chē)床自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造。</p><p>　　CA20

3、車(chē)床通過(guò)數(shù)控改造后，加工精度提高，生產(chǎn)效率也大幅度提高，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)降低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了縱橫兩坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，使CA620車(chē)床的加工工藝范圍擴(kuò)大。改造后要求數(shù)控機(jī)床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。。</p><p>　　CA20車(chē)床在改造時(shí)，保留了原機(jī)床的大部件，只對(duì)進(jìn)給部分進(jìn)行改造，并且改造部分所使用的步進(jìn)電機(jī)、齒輪、滾珠絲杠、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)等都

4、可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到，價(jià)格低廉，使生產(chǎn)成本降低，而且也達(dá)到了所要求的精度，所以該課題的前景是針對(duì)我國(guó)小型機(jī)械生產(chǎn)廠家。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 數(shù)控改造，伺服進(jìn)給系統(tǒng)，齒輪減速箱</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The significance of the study : general mach

5、ine tools for the economic transformation</p><p>　　of CNC lathe has the following advantages： </p><p>　　traditional processing machine can not processing the curve, surface and other complex par

6、ts </p><p>　　can achieve processing automation, but is flexible automation, efficiency than traditional machine tools increased 3-7 times </p><p>　　machined high precision, small size dispersit

7、y, easy assembly, eliminating the need for "workshop" </p><p>　　can achieve more centralized process, reducing parts of the machine frequent handling </p><p>　　have automatic alarms, a

8、utomatic control, automatic compensation and other self-regulatory functions, thus achieving long unattended processing </p><p>　　CNC machine operators to reduce the labor intensity, labor-saving, reduce too

9、ling, shorten cycle Preparation of new products and production cycle, the market needs to reflect such rapid</p><p>　　Consults the overseas material, the model overseas transformation method, the recombinati

10、on CA620 lathe own unique feature, carries on the efficient numerical control transformation to it</p><p>　　CA620 CNC lathe through transformation, precision machining, production efficiency is greatly enhan

11、ced, but workers relatively lower labor intensity, while achieving two of longitude and latitude coordinates of the linkage, so CA620 lathe processing technology expanded. After transformation with the requirements of CN

12、C machine tool positioning, linear interpolation, circular interpolation, suspension, the processing cycle, the British public thread processing functions, the use of open loop step</p><p>　　CA620 lathe when

13、 transformation, retained the original engine bed major assembly, only carries on the transformation to feed part, and the transformation part uses step-by-steps the electrical machinery, the gear, the ball bearing guid

14、e screw, the monolithic integrated circuit, the computer and so on all may buy in the market, the price is inexpensive, causes the production cost to reduce, moreover had also achieved requests precision, therefore this

15、topic prospect aims at Our country Small Mac</p><p>　　Keywords numerical control transformation, servo feed systems, gear decelerator</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘

16、要………………………………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　ABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　1 緒 論……………………………………………………………………………………………1</p><p>　　2總體方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………

17、……………………3</p><p>　　2.1 CA620車(chē)床的工作過(guò)程……………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 CA620車(chē)床的優(yōu)、缺點(diǎn)…………………………………………………………3</p><p>　　2.3 CA620車(chē)床的改造方案…………………………………………………………3</p><p>

18、;　　2.3.1 主軸箱………………………………………………………………………………3</p><p>　　2.3.2 床身………………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.3.3 拖板………………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.3.4 自動(dòng)換刀裝置………………………………

19、……………………………………………4</p><p>　　2.3.5 拖板箱……………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.3.6 總體布局…………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.4 改造后的功能和達(dá)到的精度………………………………………………………………4</p&g

20、t;<p>　　2.5 改造的目的…………………………………………………………………………………4</p><p>　　3 CA620車(chē)床機(jī)械部分的改造………………………………………………………………6</p><p>　　3.1 CA620車(chē)床的幾何參數(shù)……………………………………………………………………6</p><p>　　3.1.1 CA620

21、車(chē)床改造前的參數(shù)……………………………………………………………6</p><p>　　3.1.2 CA620車(chē)床改造后的參數(shù)……………………………………………………………6</p><p>　　3.2 選擇脈沖當(dāng)量………………………………………………………………………………7</p><p>　　3.3 計(jì)算切削力……………………………………………………………………

22、……………7</p><p>　　3.3.1 縱車(chē)外圓………………………………………………………………………………8</p><p>　　3.3.2 橫切端面………………………………………………………………………………8</p><p>　　3.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選形……………………………………………………………8</p><p>　

23、　3.4.1 縱向進(jìn)給絲杠…………………………………………………………………………8</p><p>　　3.4.2 橫向進(jìn)給絲杠…………………………………………………………………………10</p><p>　　3.5 齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算…………………………………………………………………………12</p><p>　　3.5.1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比的計(jì)算………………

24、………………………………………12</p><p>　　3.5.2 縱向齒輪的強(qiáng)度校核…………………………………………………………………13</p><p>　　3.5.3 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比的計(jì)算………………………………………………………13</p><p>　　3.5.4 橫向齒輪的強(qiáng)度校核…………………………………………………………………13</p&g

25、t;<p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型……………………………………………………………………14</p><p>　　3.6.1 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型………………………………………………………16</p><p>　　3.6.2 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型………………………………………………………16</p><p>　　3.7 軸的設(shè)計(jì)……

26、………………………………………………………………………………18</p><p>　　3.7.1 縱向軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………18</p><p>　　3.7.2 橫向軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………22</p><p>　　3.8 設(shè)計(jì)繪圖進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖……………………………………

27、…………………26</p><p>　　4 典型零件數(shù)控加工程序的編制…………………………………………………27</p><p>　　4.1 數(shù)控加工程序的編制方法………………………………………………………………27</p><p>　　4.2 典型零件數(shù)控程序編制…………………………………………………………………27</p><p>　　4

28、.2.1 編制圖4.1 所示零件的加工程序………………………………………………… 27</p><p>　　4.2.2 編制圖4.2所示零件的加工程序………………………………………………… 27</p><p>　　4.2.3 編制圖4.3所示零件的加工程序………………………………………………… 27</p><p>　　5 結(jié)論…………………………………

29、…………………………………………………………36</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………37</p><p>　　致 謝…………………………………………………………………………………………38</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　

30、　隨著我國(guó)機(jī)車(chē)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)機(jī)車(chē)零部件的精度要求越來(lái)越高，許多零件用普通車(chē)床很難加工，要求用數(shù)控車(chē)床加工。這就需要大量經(jīng)費(fèi)，對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造是一條投資少見(jiàn)效快的途徑，有許多廠有C620車(chē)床的主軸及主傳動(dòng)精度較好，但進(jìn)給箱、溜班板箱及絲杠精度很差，無(wú)法完成精度高的工件加工，因此需對(duì)其進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　　發(fā)達(dá)國(guó)家重視裝備制造業(yè)的發(fā)展，不僅在于其在本國(guó)工業(yè)中出口、積累、就業(yè)、貢獻(xiàn)均占前列，更在于裝備制造

31、業(yè)為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)提供重要的物質(zhì)技術(shù)，是經(jīng)濟(jì)高級(jí)化不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是邁進(jìn)“信息化社會(huì)”的工業(yè)化國(guó)家，也無(wú)不高度重視機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。先進(jìn)的裝備制造業(yè)是高新技術(shù)的重要組成部分，是促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)和發(fā)展的重要依托。進(jìn)入90年代，隨著信息裝備技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、先進(jìn)的發(fā)電和輸配電技術(shù)、電力電子技術(shù)、新型材料技術(shù)和新型生物、環(huán)保裝備技術(shù)等當(dāng)代高新技術(shù)成果的應(yīng)用，使機(jī)械產(chǎn)品不斷高技術(shù)化，其高新

32、技術(shù)含量己成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)取勝的關(guān)鍵。為適應(yīng)市場(chǎng)需求的不確定性和個(gè)性化的用戶(hù)要求，先進(jìn)的制造企業(yè)不斷吸收各種高新技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)等信息，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、銷(xiāo)售、使用、服務(wù)乃至回收的全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈敏及柔性化生產(chǎn)。一方面規(guī)?；a(chǎn)使得壟斷性跨國(guó)公司的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)主導(dǎo)作用日益增強(qiáng)，例如在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，目前年產(chǎn)超過(guò)400萬(wàn)輛的企業(yè)集團(tuán)已有6家，產(chǎn)量占世界汽車(chē)產(chǎn)量的80%以上;在電力設(shè)備領(lǐng)域，世界前三

33、大公司控制了全球大型電</p><p>　　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)：早期的數(shù)控系統(tǒng)采用穿孔紙帶傳送加工程序，由專(zhuān)用數(shù)控裝置讀入加工代碼、進(jìn)行識(shí)別、儲(chǔ)存和計(jì)算，輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)。70年代中期小型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)。由于其較低的價(jià)格，高超的數(shù)據(jù)處理和輸入輸出功能，使它迅速應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)所謂計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)和直接數(shù)控(DNC)系統(tǒng)。九十年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異，通用計(jì)算機(jī)

34、從8位機(jī)，已發(fā)展到奔騰時(shí)代。其速度和功能已比當(dāng)年的8位機(jī)快了幾百倍。使得在通用微機(jī)上以軟件方式可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，數(shù)控技術(shù)發(fā)生了深刻變化。PC機(jī)上的豐富軟件資源、友好的人機(jī)界面，是其它數(shù)控系統(tǒng)所無(wú)法比擬的?；谖C(jī)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已成為世界數(shù)控技術(shù)的發(fā)展潮流，以PC機(jī)為平臺(tái)的數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展?；赑C所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這

35、條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，數(shù)控機(jī)床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。但最主要的發(fā)展趨勢(shì)就是采用“PC＋運(yùn)動(dòng)控制器”的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，它不僅具有信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程

36、度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制精確、通用性好等特點(diǎn)，而且還從很大程度上提高了現(xiàn)有加工制造的精度、柔性和應(yīng)付市場(chǎng)需求的能力。美國(guó)將其稱(chēng)為新一代的工業(yè)控制器，日本稱(chēng)其將帶來(lái)第三次工業(yè)革命。</p><p>　　從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 ① 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件?！　∮捎谟?jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算

37、出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 ② 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 　　由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。 ③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使

38、裝配容易，不再需要“修配”。   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)。 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自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。 ⑥ 由以上五條派生的好處。 如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生</p><p>　　在我國(guó)是很好的數(shù)控化改造市場(chǎng),我國(guó)目前有機(jī)床總

39、量380萬(wàn)臺(tái)而其中的數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái),即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái),我國(guó)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量為0.6～0.8萬(wàn)臺(tái),年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化為6%。我國(guó)機(jī)床役齡10年以上的占60%以上。所以我國(guó)的數(shù)控化改造的很有發(fā)展前景也是很必要的。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 CA620車(chē)床的工作

40、過(guò)程</p><p>　　CA620車(chē)床進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)，將工件的一端夾在三爪卡盤(pán)上，另一端用頂尖頂緊，完成工件的夾緊定位。啟動(dòng)機(jī)床，主電機(jī)通過(guò)主傳動(dòng)鏈把運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使刀架縱向，橫向移動(dòng)，使其對(duì)準(zhǔn)工件車(chē)削，刀具通過(guò)進(jìn)給傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)縱向或橫向移動(dòng)。在切削螺紋時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)莾?nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，主軸旋轉(zhuǎn)一周，刀架的移動(dòng)量等于螺紋導(dǎo)程。在切削圓柱面和端面時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)峭饴?lián)系傳動(dòng)鏈

41、，進(jìn)給量f也是以工件每轉(zhuǎn)刀架的移動(dòng)量來(lái)計(jì)算，車(chē)削完成后，刀架實(shí)現(xiàn)縱向，橫向的快速退刀。并按下停止按鈕，使主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，再反向擰松三爪卡盤(pán)，取出已加工工件，并清掃切屑。</p><p>　　2.2 CA620車(chē)床的優(yōu)、缺點(diǎn)</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：CA620車(chē)床的工藝范圍較廣，能完成多種多樣的加工工序，而且萬(wàn)能性較大，主軸在工作時(shí)承受很大的切削抗力，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸箱潤(rùn)滑的特點(diǎn)：箱

42、體外循環(huán)。油液將主軸箱中摩擦所產(chǎn)生的熱量帶至箱體外的油箱中，冷卻后再溶入箱體，因此可減少主軸箱的熱變形，以提高了機(jī)床的加工精度。</p><p>　　缺點(diǎn)：CA620車(chē)床在改造之前，其刀架不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，延長(zhǎng)了換刀時(shí)間，生產(chǎn)效率降低，而且在主軸外端也沒(méi)有安裝主軸脈沖發(fā)生器，需由手動(dòng)車(chē)削螺紋，使其不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在實(shí)現(xiàn)進(jìn)給部分的縱、橫向移動(dòng)時(shí)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)鏈拉長(zhǎng)，加工范圍也較狹窄，因此增強(qiáng)了工人的勞動(dòng)

43、強(qiáng)度和延長(zhǎng)了刀架的移動(dòng)時(shí)間。</p><p>　　原機(jī)床使用的滑動(dòng)絲杠，其摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低，而且軸向尺寸也太長(zhǎng)，剛性較差，只用于行程較小的場(chǎng)合。CA620車(chē)床在改造之前的加工精度較低，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且自動(dòng)化程度也較低，在加工形狀比較復(fù)雜的工件時(shí)，換刀也比較麻煩。加工過(guò)程中的輔助時(shí)間也較多，所以需對(duì)CA620車(chē)床的絲杠部分進(jìn)行了改造。</p><p>　　2.3 CA620車(chē)床的改造方

44、案</p><p>　　2.3.1 主軸箱 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求有較寬的調(diào)速范圍和足夠餓輸出力矩，此次該改造，保留原主軸箱齒輪換擋變速機(jī)構(gòu)，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止。在主軸箱內(nèi)用安裝盤(pán)和撓性聯(lián)軸器安裝光電脈沖發(fā)生器，以保證改造后的車(chē)床具備螺紋加工功能。</p><p><b>　　2.3.2 床身</b><

45、/p><p>　　為了是改造后的機(jī)床有較高的開(kāi)動(dòng)率和精度保持性，除盡可能的減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零件、部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。</p><p>　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)普通車(chē)床的床身等大件都采用普通鑄鐵，而拖板也是普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較高，為了提高機(jī)床的動(dòng)載性能，減少摩擦力。在改造中我們采用了在機(jī)床滑板導(dǎo)軌上貼聚四氟乙烯軟帶的辦法，大大減少了摩擦阻力，提高了防爬、耐磨、消震

46、吸音的能力。</p><p><b>　　2.3.3 拖板</b></p><p>　　拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制對(duì)象，不論是點(diǎn)位還是連續(xù)控制，被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受拖板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有位置檢測(cè)和信號(hào)反饋，故實(shí)際移動(dòng)值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會(huì)造成加工誤差，所以采用滾珠絲杠代替原來(lái)的滑動(dòng)絲杠，提高傳動(dòng)靈敏性和降

47、低功率、伺服電機(jī)力矩?fù)p失。</p><p>　　2.3.4自動(dòng)換刀裝置</p><p>　　為了滿足在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾完成多工序加工，采用WZD4型電動(dòng)刀架，它不但可以代替普通車(chē)床手動(dòng)刀架，還可以用作數(shù)控機(jī)床控制元件，實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)回轉(zhuǎn)，該刀架體積小，沖服定位精度高，適用于強(qiáng)力車(chē)削且安全可靠。</p><p><b>　　2.3.5 拖板箱</b&g

48、t;</p><p>　　拆除原拖板箱上安裝的掛輪箱，走刀箱，在此位置裝一支架用來(lái)固定滾珠絲杠螺母，拆除原床身的傳動(dòng)箱，在此位置安裝帶和伺服電機(jī)，拆除原機(jī)床操縱桿、變向杠、立軸等杠桿零件，更換原機(jī)床絲杠后支撐。改造以后機(jī)床的啟動(dòng)、停機(jī)均由數(shù)控系統(tǒng)完成，但保留原機(jī)床的手動(dòng)剎車(chē)裝置。</p><p>　　2.3.6 總體布局</p><p>　　在改造過(guò)程中，對(duì)機(jī)床進(jìn)行

49、了統(tǒng)一布局，將電箱用支架安裝在機(jī)床原主軸電機(jī)上，而數(shù)控系統(tǒng)面板、顯示屏和各操縱按鈕統(tǒng)一裝在一個(gè)可以360°旋轉(zhuǎn)的操縱臺(tái)上，操縱臺(tái)裝在機(jī)床床身上，置于原機(jī)床操縱為之一側(cè)；在滾珠絲杠上裝上防護(hù)罩。機(jī)床冷卻采用原機(jī)床冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　2.4改造后的功能和達(dá)到的精度</p><p>　　CA620臥式車(chē)床經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造后，該數(shù)控車(chē)床具有定位、直線插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、暫停、循

50、環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能。改造后的精度提高了。</p><p><b>　　2.5 改造的目的</b></p><p>　　CA620車(chē)床的經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造。它是在原機(jī)床的基礎(chǔ)進(jìn)行改造的，保留了原機(jī)床的較大部件，而且改造時(shí)的步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲械螺母副、齒輪減速箱都是由專(zhuān)門(mén)的廠家生產(chǎn)，可以在市面上購(gòu)買(mǎi)。控制部分的單片機(jī)、鍵盤(pán)、計(jì)算機(jī)等也可以在市面上購(gòu)買(mǎi)。這樣降低了改造成

51、本，使效率提高了。</p><p>　　對(duì)進(jìn)給部分進(jìn)行機(jī)械改造，將原有的滑動(dòng)絲杠改換成滾珠絲杠、降低了磨擦力，提高了傳動(dòng)鏈，并在縱、橫向上直接安裝了步進(jìn)電機(jī)和齒輪減速器，縮短了傳動(dòng)鏈，提高了生產(chǎn)效率，加工精度也在原來(lái)的基礎(chǔ)由有所提高。改造后實(shí)現(xiàn)縱、橫向坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，使CA620車(chē)床的加工范圍擴(kuò)大，可以加工各種曲面。</p><p>　　改造后，刀架換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，車(chē)床可以自動(dòng)換刀，縮短了換

52、刀時(shí)間。在主軸外端安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器，檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)位，用它發(fā)出的脈沖來(lái)保證主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，因?yàn)樵谲?chē)削螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車(chē)刀要移動(dòng)一個(gè)螺距。利用脈沖發(fā)生器，可以保證螺紋不亂扣，也確定了車(chē)削螺紋的進(jìn)刀點(diǎn)</p><p><b>　　和退刀點(diǎn)。</b></p><p>　　3 CA620車(chē)床機(jī)械部分的改造</p><p>　　

53、將一臺(tái)CA620普通車(chē)床改造成微機(jī)數(shù)控車(chē)床，采用MCS－51系列單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速控制功能。</p><p>　　3.1 CA620車(chē)床的幾何參數(shù)</p><p>　　3.1.1 CA620車(chē)床的精度及各項(xiàng)參數(shù)如下：</p><p>　　3.1.2 CA620車(chē)床改造后的精度及各項(xiàng)參數(shù)如下：</p>&

54、lt;p>　?、傧到y(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)，順、逆圓插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p><b>　?、谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)</b></p><p&

55、gt;　　根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能比等特點(diǎn)，決定采用MCS-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分，鍵盤(pán)及顯示器，I/O接口及光電隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。</p>&

56、lt;p><b>　?、蹤C(jī)械傳動(dòng)方式</b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需要的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2 選擇脈沖當(dāng)量</p><p>

57、;　　根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/步，橫向：0.005mm/步（半徑）。</p><p><b>　　3.3 計(jì)算切削力</b></p><p>　　3.3.1 縱車(chē)外圓</p><p>　　主切削力（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算：?。?.67 式（3.1）</p><p>　?。?.

58、67×=5360N </p><p>　　按切削力各分力比例：：＝1：0.25：0.4 式（3.2）</p><p>　?。?.25＝0.×5360＝1340N</p><p>　　＝0.4＝0.4×5360＝2144N</p><p>　　3.3.2 橫切端面</p><p

59、>　　主切削力（N）可取縱切的1/2， 1/2=1/2×5360=2680N 式（3.3）</p><p>　　此時(shí)走刀抗力為（N），吃刀抗力為（N），仍按上述比例粗略計(jì)算：</p><p>　?。?：0.25：0.4</p><p>　　＝2680×0.25＝670N</p><p>　?。?680×0

60、.4＝1072N</p><p>　　3.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型</p><p>　　3.4.1 縱向進(jìn)給絲杠</p><p>　?、儆?jì)算進(jìn)給率引力（N）</p><p>　　縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌：　　</p><p>　?。?.15×1340＋0.17（5360＋800）＝2590N 式（

61、3.4）</p><p>　　式中： K－考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌：K＝1.15</p><p>　?。瑒?dòng)導(dǎo)軌磨擦系數(shù)　0.15～0.18 取0.17</p><p>　　G－溜板及刀架重力　　G＝800N</p><p><b>　?、谟?jì)算最大動(dòng)負(fù)載F</b></p><p>

62、　　F＝　 式（3.5）</p><p>　　L＝(60×n×T)/10 式（3.6）</p><p>　　N=1000/ 式（3.7）</p><p>　　式中：　 -滾珠絲杠導(dǎo)程，初選＝8mm <

63、;/p><p>　　-最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2-1/3）,=0.6m/min</p><p>　　T-使用壽命，按15000h</p><p>　　-運(yùn)動(dòng)系數(shù)，?。?.2～1.3 取1.25</p><p>　　L－壽命　以轉(zhuǎn)為1單位</p><p>　　由式（3.7）知：n=1000/=(100

64、0×0.6×0.25)/8=18.75r/min</p><p>　　由式（3.6）知：L=(60×N×T)=(60×18.75×15000)/=16.875</p><p>　　由式（3.5）知：F=×1.25×2590=8304.07N</p><p><b>　　③計(jì)算最

65、大靜負(fù)載</b></p><p>　?。?#215;＝2×2590＝5180N 式（3.8）</p><p><b>　　＜＝62000N</b></p><p>　?、軡L珠絲杠螺母副的類(lèi)型</p><p>　　選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)1

66、00萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。</p><p>　　根據(jù)縱向進(jìn)給絲杠的動(dòng)負(fù)載來(lái)選取滾珠絲杠螺母副。查閱文獻(xiàn)[11]附表A表3，可采用3508外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)載荷為2000N，額定靜載荷為62000N，精度等級(jí)為3級(jí)。</p><p><b>　?、輦鲃?dòng)效率計(jì)算</b></p><p>　　t

67、an/tan=tan/tan=0.9613998 式（3.9）</p><p>　　-摩擦角取，滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003～0.004</p><p><b>　?、迍偠闰?yàn)算</b></p><p>　　縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖3.2。最大牽引力為2590N，支承間距L＝1500mm，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3&l

68、t;/p><p>　　圖3.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　1）絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p>　　＝()/EF 式（3.10）</p><p>　　=(2590×8)/20.6×××(35/2)</p><p>

69、<b>　　=1.05×</b></p><p>　　×L 式（3.11）</p><p>　　=(1.05××1500)/8</p><p><b>　　=0.01968</b></p><p>　　由

70、于兩端均采用角接觸球軸承。且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可提高4倍，其實(shí)際變形量（mm）為：</p><p>　　＝1/4×0.01968=0.0049</p><p>　　2）滾珠與螺母滾道間接觸變形</p><p>　　Z=π/=π×35/4.763=23（外循環(huán)）</p><p>　　=Z×圈數(shù)

71、5;列數(shù)=23×2.5×1=57.5</p><p>　　無(wú)預(yù)緊：=0.0038×=0.0038×=3.7×</p><p>　　有預(yù)緊：=0.0013×（F/）=0.0013×(259/)</p><p>　　3）支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用7206C型角接觸球軸承，＝30mm，滾動(dòng)體直徑

72、＝6mm，滾動(dòng)體數(shù)量Z＝40</p><p>　　=0.0006×=0.0006×=9.85× 式（3.12）</p><p>　　因施加預(yù)緊力，故＝1/2×9.85×＝4.92×mm</p><p>　　4）滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起導(dǎo)和的變化量，一般忽略不計(jì)</p><p>　　5

73、）螺母座及軸承支座的變形，常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)。但變形量計(jì)算較為困難，一般根據(jù)其精度要求，在結(jié)構(gòu)上盡量增強(qiáng)其剛度而不作計(jì)算　</p><p>　?。?.0049＋0.00224＋4.92×＝7.63×＜定位精度,滿足剛度要求.</p><p>　?、叻€(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠螺紋底徑：35mm</p><p>　?。?.7×N

74、 式（3.13）</p><p>　　N＝＝2.7×N/2590=102.74 ＞＞[n]</p><p>　　一般[n]＝2.5～4　　則絲杠不會(huì)產(chǎn)生的穩(wěn)定</p><p>　　3.4.2 橫向進(jìn)給絲杠</p><p>　?、儆?jì)算進(jìn)給牽引力　　</p><p>　　橫向?qū)к墳檠辔残危?/p>

75、計(jì)算如下：</p><p>　?。?.4＋ 式（3.14）</p><p>　　=1.4×670+0.17×（2680+2×1072+600）</p><p><b>　?。?860N</b></p><p><b>　?、谟?jì)算最大動(dòng)負(fù)載F</b>&l

76、t;/p><p>　　由式（3.7）： n=1000/=1000×0.3×0.25/6=12.5r/min</p><p>　　由式（3.6）： L=60nT/=60×12.5×15000/=11.25 </p><p>　　由式（3.5）： F==×1.25×1860=5210N 取1.25<

77、/p><p><b>　?、塾?jì)算最大靜負(fù)載</b></p><p>　　由式（3.8）： ==2×1860N=3720N</p><p><b>　　=42800N</b></p><p>　?、軡L珠絲杠螺母副的選型</p><p>　　選用滾珠絲杠螺母副的直徑時(shí)，必

78、須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。</p><p>　　從文獻(xiàn)附錄A表3中查出，3006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)載荷為14200N，額定靜載荷42800N，精度等級(jí)為3級(jí)。</p><p><b>　?、輦鲃?dòng)效率計(jì)算</b></p><p>　　由式（3.9）：＝

79、tan/tan(+)=tan339′/tan(3°39′+10′)=0.95</p><p><b>　?、迍偠闰?yàn)算</b></p><p>　　橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖3.3所示，最大牽引力為1860N，支承間距L＝450mm，因絲杠長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承需預(yù)緊。預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3。</p><p>　　圖3.3

80、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　1）絲杠的拉伸或壓縮變形量（mm）</p><p>　　由式（3.10）：△L=/EF＝1860×6/20.6×</p><p><b>　　＝7.66×</b></p><p>　　由式（3.11）：△L/×L=7.66×&#

81、215;450/6=5.75×</p><p>　　由于兩端均采用雙列向心短圓柱滾子軸承。且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉亞港督可提高4倍，其實(shí)際變形量（mm）為：</p><p>　　=×1/4=1/4×0.01968=0.0049</p><p>　　2） 滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　Z=π/=

82、π×35/4.763=23</p><p>　　=Z×圈數(shù)×列數(shù)=57.5</p><p>　　有預(yù)緊時(shí)：＝0.0013×＝1.7× 式（3.15）</p><p>　　3） 支承滾珠絲杠的軸承的接觸變形</p><p>　　采用3182106型雙列向心短圓柱滾子軸承，＝30mm，滾

83、動(dòng)體直徑＝6mm，滾動(dòng)體數(shù)量Z＝34</p><p>　　由式（3.12）：=0.0006×=0.0006×=8.46×</p><p>　　因施加預(yù)緊力，故＝1/2×8.46×＝4.23×mm</p><p>　　4） 滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起導(dǎo)程的變形量，一般忽略不計(jì)。</p><p&

84、gt;　　5） 螺母座及軸承支座的變形，常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)。但變形量計(jì)算較為困難，一般根據(jù)其精度要求在結(jié)構(gòu)上盡是增強(qiáng)其剛度而不作計(jì)算</p><p>　?。?.75×＋1.7×＋4.23×＝0.0022＜定位精度</p><p>　?、叻€(wěn)定性校核 絲杠螺紋底徑30</p><p><b>　　由式（3.13）

85、：</b></p><p><b>　?。剑ǎ?</b></p><p><b>　　＝7.98×N</b></p><p>　　7.98×/1860＝42902.9＞＞[]</p><p>　　一般取[]＝2.5～4</p><p>　　此滾

86、珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn).</p><p>　　表3.1 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù) （mm）</p><p>　　3.5 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　3.5.1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量mm/步，滾珠絲杠導(dǎo)程＝8mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75，可

87、計(jì)算出傳動(dòng)比i：</p><p>　　i==360×0.01/0.75×8=0.6 式（3.16）</p><p>　　確定齒輪齒數(shù)為：　 i=＝18/30　</p><p>　　3.5.2 齒輪的強(qiáng)度校核</p><p>　　校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度　 式（3.17）</p><

88、p>　　①確定公式中各參數(shù)值</p><p>　　1）大、小的彎曲疲勞強(qiáng)度極限、</p><p>　　查圖6.9（機(jī)械設(shè)計(jì)）　　</p><p>　　考慮到該減速器的功率不大，故大、小齒輪都選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為220HBS，260HBS，屬軟齒面閉式舍去，載荷平衡，齒輪速度不高，初選7級(jí)精度，按軟齒面齒輪懸臂安裝，從文獻(xiàn)[12]查表6.5，取齒寬

89、系數(shù)=0.5。</p><p>　　2）彎曲疲勞壽命系數(shù)，</p><p>　?。?.88　　?。?.90</p><p><b>　　3）許用彎曲應(yīng)力、</b></p><p>　　取定彎曲疲勞安全系數(shù)＝1.4，應(yīng)力修正系數(shù)＝2.0，知：</p><p>　?。?=0.88×2

90、5;240/1.4=301.71Mpa 式（3.18）</p><p>　　=/=220×0.9×2/1.4=282.86Mpa</p><p>　　4）齒形系數(shù)，和應(yīng)力修正系數(shù)，</p><p>　　查表6.4（機(jī)械設(shè)計(jì)）知，＝2.62　?。?.22</p><p>　?。?.59　　?。?.77</p>

91、<p>　　5）計(jì)算大、小的/與/ ,并加以比較取其中大值代入公式計(jì)算</p><p>　　/＝2.62×1.59/301.71=0.0138</p><p>　　/ =2.22×1.77/282.86=0.0139</p><p><b>　?、谛：擞?jì)算：</b></p><p>　　T

92、＝9.55×＝9.55×＝9168N.mm 式（3.19）由式（3.17）：2×1.265×9168×2.22×1.77/0.5×18=70.32Mpa < []</p><p>　　∴ 彎曲疲勞強(qiáng)度足夠</p><p>　　3.5.3 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已確

93、定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程為6mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75，可計(jì)算出傳動(dòng)比i:</p><p>　　由式（3.16）： i==360×0.005/0.75×6=0.4</p><p>　　確定齒輪齒數(shù)為：i==18/45</p><p>　　3.5.4 齒輪的強(qiáng)度校核</p><p>　　校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度　&

94、lt;/p><p>　?、俅_定公式中各參數(shù)值</p><p>　　1）大、小的彎曲疲勞強(qiáng)度極限、</p><p>　　查圖6.9（機(jī)械設(shè)計(jì)）　　</p><p>　　考慮到該減速器的功率不大，故大、小齒輪都選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為220HBS，260HBS，屬軟齒面閉式舍去，載荷平衡，齒輪速度不高，初選7級(jí)精度，按軟齒面齒輪懸臂安裝，從

95、文獻(xiàn)[12]查表6.5，取齒寬系數(shù)＝0.5。</p><p>　　2）彎曲疲勞壽命系數(shù)，</p><p>　?。?.88　 ＝0.90</p><p>　　3） 許用彎曲應(yīng)力、</p><p>　　取定彎曲疲勞安全系數(shù)＝1.4，應(yīng)力修正系數(shù)＝2.0，知：</p><p>　　由式（3.18）：＝/=0.88×

96、2×240/1.4=301.71Mpa</p><p>　　由式（3.18）：=/=220×0.9×2/1.4=282.86Mpa</p><p>　　4）齒形系數(shù)，和應(yīng)力修正系數(shù)，</p><p>　　查表6.4（機(jī)械設(shè)計(jì)）知，＝2.62　?。?.22</p><p>　　＝1.59　?。?.77</p&

97、gt;<p>　　5）計(jì)算大、小的/與/ ,并加以比較取其中大值代入公式計(jì)算</p><p>　　/＝2.62×1.59/301.71=0.0138</p><p>　　/ =2.22×1.77/282.86=0.0139</p><p><b>　?、谛：擞?jì)算</b></p><p>

98、　　由式（3.19）：T＝9.55＝9.55×</p><p>　　由式（3.17）：2×1.265×10696×2.22×1.77/0.5×8×2</p><p>　　=82.04Mpa < []</p><p>　　∴ 彎曲疲勞強(qiáng)度足夠</p><p>　　由于進(jìn)

99、給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大，一般取模數(shù)m＝1－2，數(shù)控車(chē)床可取m=2.</p><p>　　表3.2 齒輪的幾何參數(shù) (mm)</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型</p><p>　　3.6.1 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算</p><p><b>　?、俚刃мD(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</b

100、></p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由下式計(jì)算：</p><p>　?。?式（3.20）</p><p>　　----步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　----齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　----滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 取8.3kg</p><p

101、>　　參考同類(lèi)型的數(shù)控車(chē)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm.</p><p>　　=0.78×=0.262kg.cm式（3.21）</p><p>　　=2.022kg.cm</p><p><b>　　kg.cm</b></p><p><b>　　G=800N<

102、/b></p><p><b>　　由式（3.20）：</b></p><p>　　=4.7+0.262+(18/30)[(2.022+29.952)+800/9.8(0.8/ </p><p>　　=20.8kg.cm</p><p>　　考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題（在0.2~0.6之間匹配）：</

103、p><p>　　∴ 基本滿足慣量匹配的要求</p><p><b>　　②電機(jī)力矩的計(jì)算</b></p><p>　　1）快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩</p><p><b>　　式（3.22）</b></p><p><b>　　式（3.23）</b></

104、p><p>　　又＝500r/min 式（3.24）起動(dòng)加速時(shí)間</p><p>　　由式（3.23）：N.cm</p><p>　　=99.8N.cm 式（3.25）＝2.95N.cm 式（3.26）</p><p

105、>　　由式（3.22）＝363.03＋99.8＋2.95＝465.78N.cm</p><p>　　2）快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</p><p>　?。?9.8＋2.95＝102.75N.cm</p><p>　　3）最大切削負(fù)載時(shí)所需的力矩</p><p>　　其中：＝127.77N.cm 式（3.27）</p>

106、<p>　　=99.8+2.95+127.77=235.79N.cm</p><p>　　在兩種力矩中取其大者作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)，對(duì)于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)。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)力矩主要用來(lái)產(chǎn)生加速，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，故常用快速空載起動(dòng)力矩作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p><b>　?、鄄竭M(jìn)電機(jī)的選擇

107、</b></p><p>　　1）首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)</p><p>　　從[11]表4－24知，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，＝0.866 式（3.28）</p><p>　　最大靜力矩＝471.05/0.866＝543.94N.cm</p><p>　　從[11]表4－23查出，110BF003型最大靜轉(zhuǎn)矩為7.84

108、N.m。大于了最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　2）計(jì)算電機(jī)工作頻率</p><p><b>　　式（3.29）</b></p><p><b>　　式（3.30）</b></p><p>　　由式（3.29）：HZ</p&g

109、t;<p>　　由式（3.29）：HZ</p><p>　　從文獻(xiàn)[11]表4－23中查出110BF003型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率7000HZ。再?gòu)奈墨I(xiàn)[11]圖4－17，4－18查出110BF003步進(jìn)起動(dòng)力矩特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如圖所示。從圖3.4看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，＝1600HZ時(shí)，M＝98N.cm,遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（532.06N.cm）直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)

110、象。所以采取升降速控制（軟件實(shí)現(xiàn)）。將起動(dòng)頻率降到200HZ時(shí)，起動(dòng)力矩可增高到385N.CM,然后在電路上再采用低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，110BF003型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性可滿足要求。</p><p>　　3.6.2 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型</p><p>　?、俚刃мD(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)

111、折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm）由下式計(jì)算：</p><p><b>　　由式（3.20）：</b></p><p>　　初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF，＝1.8kg.cm</p><p><b>　　1）齒輪的慣量計(jì)算</b></p><p>　　由式（3.21）：kg.cm</p&

112、gt;<p>　　=10.24kg.cm</p><p>　　2）絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　公稱(chēng)直徑：30mm，導(dǎo)程6mm，長(zhǎng)度為450mm的絲杠，從表中查出1m長(zhǎng)的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2kg.cm,則此絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為＝2×0.715=1.43kg.cm</p><p><b>　　kg.cm</b>

113、</p><p>　　3）工作臺(tái)折算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J</p><p>　?。剑?.6/×600/10 =0.547kg.cm</p><p>　　圖3.4 110BF003型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性</p><p>　　綜上：＝1.8＋0.262＋（18/45）×[(10.24+1.43)+0.574]=3.047kg.c

114、m</p><p>　　考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題：＝1.8/3.047=0.59</p><p>　　∴ 基本滿足慣量匹配要求　</p><p><b>　?、陔姍C(jī)力矩的計(jì)算　</b></p><p>　　1）快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩M</p><p>　　由式（3.24）：/=1200/

115、0.005×0.75/360=500r/min　　</p><p>　　由式（3.23）：=3.047××</p><p>　　=53.18N.cm</p><p><b>　　由式（3.25）：</b></p><p><b>　　=N.cm</b></p>

116、;<p>　　由式（3.26）：=6.12N.cm</p><p>　　由式（3.22）：=53.18+25.07+6.12=80.88N.cm</p><p>　　2）快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</p><p>　?。?6.62＋1.08＝27.7N.cm</p><p>　　3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩</p><

117、p>　　由式（3.27）：＝670×0.6/2×0.8（50/70=32.01N.cm</p><p>　?。?5.07＋6.12＋32.01＝63.2N.cm</p><p><b>　?、鄄竭M(jìn)電機(jī)的選擇</b></p><p>　　1）首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)</p><p>　　從文

118、獻(xiàn)[11]表4－24查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，=0.951</p><p>　　=88.088/0.951=58.05N.cm</p><p>　　從表4－23查出，90BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為3.92N.m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　2）計(jì)算電機(jī)工作頻率</p>

119、<p><b>　　由式（3.27）：</b></p><p><b>　　由式（3.27）：</b></p><p>　　從文獻(xiàn)[11]表4-23中查出90BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為3800Hz，運(yùn)行頻率為1600Hz,再?gòu)奈墨I(xiàn)[11]圖4－17，4-18查出90BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行頻特性曲線如圖所