734 用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造C6132型車床設(shè)計(jì)（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）
734 用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造C6132型車床設(shè)計(jì)（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）,734,用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造C6132型車床設(shè)計(jì)（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）,微機(jī),數(shù)控系統(tǒng),改造,c6132,車床,設(shè)計(jì),cad,文獻(xiàn),翻譯
用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造C6132型車床設(shè)計(jì)
摘 要
數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的定位精度較高。普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光桿或絲桿帶動(dòng)縱溜板、橫溜板的移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作，刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。
對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造成為微機(jī)控制的，能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)，刀架改造為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于切削過程中切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)運(yùn)行，調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)查的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)加工車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適合小批量多品種復(fù)查零件的加工。
C6132車床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，車床通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。
關(guān)鍵詞：微機(jī)控制；伺服系統(tǒng)；回轉(zhuǎn)刀架；自動(dòng)車削
ABSTRACT
The numerical control engine bed is more and more widespread in machine-finishing profession application. Numerical control engine bed development, on the one hand is the entire function, the high performance; On the other hand is the simple practical economy numerical control engine bed, has the automatic processing the basic function, the operation service is convenient. The economy numerical control system passes commonly used is the split-ring step-by-steps the control system, the power step-by-steps the electrical machinery for to actuate the part, does not have the examination feedback organization, the system pointing accuracy is high. Knife rest vertical to enter, give sport and horizontal to stock for sport to can be linked, cut order by artificial control even.Carry on the numerical control transformation to the ordinary lathe. Mainly vertical and horizontal enter give system transform into by what computer control.The knife rest is transformed into the gyration knife rest that can be changed one hundred sheets automatically. Introduces the engine bed the microcomputer numerical control system the transformation to be possible to enhance the engine bed the operational performance,Reduces the production cost,Obtains the high economic efficiency with the few funds investmentTake the C6132 lathe numerical control transformation as the example,In line with are as far as possible few to the lathe modification,Control section anti-jamming,Transformation cost low principle,Carries on the numerical control transformation to the lathe.
Lathe for the NC transformation is mainly vertical and horizontal feed system into a computer-controlled, The independence movement can feed system can transform Tool Automatic Tool Change of Rotary Tool. Thus, the use of NC devices, lathe can be imported at a pre-processing machining instructions. As the cutting process of cutting parameters, priorities and cutting tool will automatically by operation, regulation and replacement, coupled with the vertical and horizontal linkage functions, CNC lathe after the conversion can be processed into various shapes review the rotating parts, and multiple processes can be automatically processed turning, thus enhancing the efficiency of production and processing accuracy, also suitable for small batch multiple types of review parts of the processing.
C6132 lathe belongs to economic numerical control lathes transformation of transformation, mainly in the numerical control system by using nc system transformation, of transverse and longitudinal feeding system, open loop control by stepping motor driver components, lathe, through the stepper motor driving ball screw rotation.
Key words：the computer controls; servo system; turn the knife rest round; automatic turning
目 錄
1 前 言 1
2 設(shè)計(jì)方案 3
2.1 總體方案的確定 3
2.1.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 3
2.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 3
2.1.3 機(jī)械傳動(dòng)方式 3
2.2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 3
2.3 伺服系統(tǒng)的選擇 3
2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 4
2.5 計(jì)算機(jī)的選擇 4
2.6 總體方案框圖繪制 4
3 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核 5
3.1 計(jì)算切削力 5
3.2 滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、選型 5
3.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 5
3.2.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 6
3.2.3 滾珠絲桿螺母副的選型 6
3.2.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 7
3.2.5 剛度驗(yàn)算 7
3.2.6 穩(wěn)定性校核 8
3.2.7 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) 9
3.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 10
3.4 橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型 11
3.4.1 初選步進(jìn)電機(jī) 11
3.4.2 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 12
3.5 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3.5.1 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì) 17
3.5.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖 18
4 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核 20
4.1 計(jì)算切削 20
4.2 滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和造型 20
4.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 20
4.2.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 21
4.2.3 滾珠絲桿螺母副的選型 21
4.2.4 傳功效率計(jì)算： 21
4.2.5 剛度驗(yàn)算 22
4.2.6 穩(wěn)定性校核 23
4.2.7縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù) 23
4.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 24
4.3.1 進(jìn)給齒輪箱傳比計(jì)算 24
4.4 步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 25
4.4.1 初選步進(jìn)電機(jī) 25
4.4.2 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 27
4.5 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
4.5.1 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì) 32
4.5.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖 32
5 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 34
5.1硬件電路一般要求 34
5.2控制系統(tǒng)的組成及功能 34
5.2.1 CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路擴(kuò)展 34
5.2.2控制系統(tǒng)的功能 36
5.3步進(jìn)電機(jī)控制電路 36
5.3.1步進(jìn)電機(jī)開環(huán)驅(qū)動(dòng)原理 36
5.3.2脈沖分配 37
5.3.3驅(qū)動(dòng)電路 37
5.3.4其他輔助電路 38
6 微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 39
6.1 監(jiān)控程序 39
6.2 直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 39
6.3升降速處理軟件 41
6. 4步進(jìn)電機(jī)的軟件控制及轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì) 43
7 機(jī)床的加工程序編制 46
致 謝 49
參考文獻(xiàn) 50
附 錄 51
1 前 言
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是我國(guó)80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價(jià)格便宜，用它來改造車床，投資少、見效快，成為我國(guó)“七五”、“八五”重點(diǎn)推廣的新技術(shù)之一。
數(shù)控機(jī)床與通用機(jī)床相比，增加了功能，提高了性能，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批及形狀多變零件的加工問題，能夠獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來越廣泛，但是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也受到其他條件的限制。
（1） 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，對(duì)中小企業(yè)常是心有余而力不足。
（2） 目前，各企業(yè)都有大量的通用機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)。
（3） 在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)需要。
（4） 通用數(shù)控機(jī)床對(duì)某一類具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余功能。
要較好地解決上述問題，通用機(jī)床數(shù)控化改造便是很好的對(duì)策。通用機(jī)床的數(shù)控化改造就在通用機(jī)床上增加微機(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)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)開始時(shí)迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門業(yè)務(wù)。目前，在國(guó)外已發(fā)展成為一個(gè)新興的工業(yè)部門。從美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則多達(dá)74%。在美國(guó)有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地?fù)?dān)供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國(guó)是擁有300多萬臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，其中大部分都是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，如臥式車床和各種銑床等，自動(dòng)化程度低，要想在近幾年來內(nèi)用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，通用機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。它適合中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。
十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。由于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，該技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)還將是我國(guó)機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對(duì)于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。
CA6132是金屬切削機(jī)床加工中比較常用的一類機(jī)床。屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，車床通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，通過刀架的縱向和橫向移動(dòng)，能加工出內(nèi)外圓柱面，圓錐面，端面，螺紋面等，借助于成型刀具，還能加工各種回轉(zhuǎn)表面。普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光桿或絲桿帶動(dòng)縱溜板、橫溜板的移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作，刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。
對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造成為微機(jī)控制的，能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)，刀架改造為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于切削過程中切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)運(yùn)行，調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)查的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)加工車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適合小批量多品種復(fù)查零件的加工。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識(shí)，獨(dú)立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書不只反映了設(shè)計(jì)的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。
本說明書介紹了此次設(shè)計(jì)的任務(wù)，將普通臥式車床（C6132）改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床；有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造總體方案確定及框圖、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及校核、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、加工程序編制。
2 設(shè)計(jì)方案
2.1 總體方案的確定
2.1.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇
由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(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)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
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)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光隔離電路、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鍵盤操作實(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。
2.1.3 機(jī)械傳動(dòng)方式
為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿。為了保證一定的傳動(dòng)精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(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)。
2.2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定
數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。
2.3 伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向送的。
指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動(dòng)部件上的檢測(cè)反饋元件，用來檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或位流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而是用檢測(cè)元件出驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺(tái)實(shí)際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。
2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定
為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
Ⅰ 盡量采用低磨擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。
Ⅱ 盡量消除傳動(dòng)間隙。例如采用間隙齒輪等。
Ⅲ 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。
2.5 計(jì)算機(jī)的選擇
微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾部分組成。
2.6 總體方案框圖繪制
圖1總體方案框圖
3 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核
3.1 計(jì)算切削力
根據(jù)數(shù)控機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量0.005mm/setp
橫切端面
查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P13頁(yè)
式中——車床床身上加工最大直徑
橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)的
式中 ——走刀方向的切削力（N）
——垂直走刀方向的切削力（N）
3.2 滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、選型
3.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力
橫向?qū)к墳檠辔残危? 參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).2》6.2-2；6.2-3表
查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè)
式中：，，——切削分力（Ｎ）
G——移動(dòng)部件的重量（N）
表1-1查得橫向溜板及刀架重力800N
——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同
K——考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 取K=1.4
3.2.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C
選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3》P185-P210
查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè)
式中： L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位
n ——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）
——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3
取
——絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=5mm
T——為使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000h
——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.5
3.2.3 滾珠絲桿螺母副的選型
查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》附表Ａ-2，可采用WD2505外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為9700N,精度等級(jí)按表3-17選為３級(jí)。
3.2.4 傳動(dòng)效率計(jì)算
式中：——螺旋升角，WD2505
——摩擦角取 滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003-0.004
3.2.5 剛度驗(yàn)算
橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖2 所示，最大牽引力958.97N,支承間距＝350mm，因絲桿長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。
計(jì)算如下:
Ⅰ 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)
查 閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4,根據(jù)＝958.97N,D=25mm查出可
算出：
圖2 橫向進(jìn)給絲桿支承方式
Ⅱ 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量
查圖3-5得Ｗ系列１列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量
因進(jìn)行了預(yù)緊
Ⅲ 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形
采用推力球軸承8104查閱《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).２》表5.9-137,d=20mm,滾動(dòng)體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13
綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：
＜ 定位精度
3.2.6 穩(wěn)定性校核
計(jì)算臨界負(fù)載(N)
式中:E——材料彈性模量()
I ——截面慣性矩()
L——絲桿兩軸承端距離(cm)
——絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支為2.00
一般=2.5-4.0,所以>>
此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。
3.2.7 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù)
其參數(shù)如表1
表1 WD2505滾珠絲杠幾何參數(shù)
參數(shù)名稱
符號(hào)
關(guān)系式
WD2505
螺
紋
滾
道
公稱直徑
25
導(dǎo)程
5
接觸角
鋼球直徑
3.175
滾道法面半徑
R
1.651
偏心距
e
0.045
螺紋升角
螺
桿
外徑
d
24.365
內(nèi)徑
21.788
接觸直徑
21.83
螺
母
螺紋直徑
D
28.212
內(nèi)徑
25.635
3.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算
已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=5mm,
初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比:
考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速。
因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，
有關(guān)參數(shù)參照表2
表2 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)
齒數(shù)
Z
24
40
20
25
分度圓
d=mz
48
80
40
50
齒頂圓
52
84
44
54
齒根圓
43
75
35
45
齒寬
(6-10)m
20
中心距
64
45
3.4 橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型
3.4.1 初選步進(jìn)電機(jī)
a 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩
查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè)
式中: ——脈沖當(dāng)量，取
——進(jìn)給牽引力(N)
——步距角，初選雙拍制為
——電機(jī)—絲桿傳動(dòng)效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為
b 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N.cm)
一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取0.4-0.5
c 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩
查表3-22如取五相十拍，則
d 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動(dòng)頻率
式中: ——最大切削進(jìn)給速度
——最大快移速度
——脈沖當(dāng)量，取
e 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)
根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出90BF004最大靜轉(zhuǎn)矩為245N.cm >可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國(guó)內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比的要求。決定采用90BF004，但從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P24頁(yè)查出，步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為4000Hz,滿足空載時(shí)(3333.33Hz)的要求。
3.4.2 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩
前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。
Ⅰ 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對(duì)齒輪降速時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算:
式中: ——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——絲桿導(dǎo)程(cm)
G——工件及工作臺(tái)重量(N) G=800(N)
a 齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算
表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下:
對(duì)于鋼材，
式中: M——圓柱體質(zhì)量
D——圓柱體直徑 (cm)
L——圓柱體長(zhǎng)度或原長(zhǎng)(cm)
鋼材的密度為
因此
基本滿足慣量匹配的要求。
b電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算
機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算:
1） 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算如下：
式中: ——快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
——空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
——由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩
在采用絲桿螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計(jì)算：
式中: ——傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——電機(jī)最大角速度
——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速
——運(yùn)動(dòng)部件最快速度
——脈沖當(dāng)量
——步進(jìn)電機(jī)的步距角
——運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間(s)
起動(dòng)加速時(shí)間=30(ms)
折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
式中: ——導(dǎo)軌的摩擦力(N)
——垂直方向的切削力(N)
G——運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)
——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15
——齒輪降速比
——傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7-0.8
附加摩擦轉(zhuǎn)矩:
式中: ——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N)
——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)
——滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取
上述三項(xiàng)合計(jì):
2） 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩
3） 最大切削負(fù)載時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩
式中:——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩
從上面計(jì)算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。
從表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)為
則最大靜轉(zhuǎn)矩為:
從表3-23查出90BF004最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項(xiàng)要求。
Ⅱ 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性
前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333.33Hz,切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1666.7Hz
從表3-23中查出90BF004型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)膱D3-15，3-16查出90BF004步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖3所示。
當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，90BF004型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿足要求。
圖3 電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性
3.5 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖，用以表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及計(jì)算結(jié)果，進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)。
3.5.1 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)
橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以從俯視圖看出，橫向進(jìn)給的齒輪箱和步進(jìn)電機(jī)裝在床鞍后面，滾珠絲桿也需用蓋板保護(hù)。橫向進(jìn)給的手柄可以拆除也可保留，將原機(jī)的方刀架拆除，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)程序，自動(dòng)轉(zhuǎn)位、夾緊。從總圖中可以看到帶動(dòng)刀架回轉(zhuǎn)的微型電機(jī)、齒輪箱。
總體圖上還畫出此車床上加工螺紋的部件光電編碼器在數(shù)控車床上，利用光電編碼器裝在主軸或主軸箱中與主軸保持一定傳動(dòng)比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)滾珠絲桿，使刀架進(jìn)給一定的螺距。而附錄E中光電編碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連。因伸出軸不可能與彈性聯(lián)軸器孔的尺寸完全一致，故還要設(shè)計(jì)一個(gè)中間過渡套。
控制面板上有數(shù)碼顯示，按鍵、各種指示燈及開關(guān)，注意設(shè)計(jì)時(shí)要與硬件電路圖一致。
3.5.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖
經(jīng)過計(jì)算，已知橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用90BF004型步進(jìn)電機(jī)。經(jīng)過二對(duì)齒輪減速，齒輪齒數(shù)。齒輪模數(shù)m=2,滾珠絲桿直徑為mm, 滾珠絲桿螺母選用的是外循環(huán)溝槽式墊片調(diào)隙WD2505。
進(jìn)行應(yīng)保證足夠應(yīng)考慮以上問題
Ⅰ 設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的行程，C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，在床面上加工最大尺寸為320mm，橫向進(jìn)給行程至少為185mm，圖中設(shè)計(jì)了兩對(duì)減速齒輪，減小了齒輪箱體的高度，使橫向拖板運(yùn)動(dòng)時(shí)，防塵蓋11不致和箱體上蓋4干涉，從圖中可以看出橫向拖板12最大運(yùn)動(dòng)距離為200mm，另外還需注意從橫向拖板裝刀架的中心到主軸中心的距離必須大于等于行程與方刀架見方及刀頭伸出度之和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，主軸中心與床身中心并不重合，C6132車床此尺寸為5mm。C6132車床刀架見方為220200，刀頭伸出長(zhǎng)度為30mm左右。
Ⅱ 滾珠絲桿與橫向?qū)С痰钠叫卸葢?yīng)小于0.05mm，為達(dá)到此要求，可在鏜床上對(duì)床鞍兩邊的裝軸承孔在一次裝卡中鏜出。
Ⅲ 為保證滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)輕快靈活，無阻滯現(xiàn)象，必須使?jié)L珠螺母與兩端軸承同軸。在本設(shè)計(jì)中，滾珠螺母14與橫向拖板12之間裝有一墊片，通過水平面內(nèi)滾珠螺母，在垂直面內(nèi)與兩端支承同軸，在通過內(nèi)六角螺釘20的過孔，調(diào)整水平面內(nèi)滾珠螺母與兩端支承同軸，調(diào)整好以后，打入定位銷21。
Ⅳ 滾珠絲桿左右各采用一對(duì)徑向軸承，在右端又采用一對(duì)止推軸承，以承受軸向力。當(dāng)絲桿受到向右的軸向力時(shí)，通過絲桿臺(tái)階傳給止推軸承15動(dòng)圈，經(jīng)鋼珠傳給止推軸承15不動(dòng)圈，再通過擋圈，一對(duì)徑向軸承16的外圈傳給法蘭盤再傳到床鞍上。絲桿受到向左的軸向力通過絲桿右端的圓螺母?jìng)鹘o止推軸承的動(dòng)圈鋼珠，經(jīng)不動(dòng)圈傳給法蘭盤、床鞍，此處必注意絲桿所受的軸向力必須傳到床鞍等固定體上。另外，要注意止推軸承不動(dòng)圈和軸頸之間必須畫出間隙。
Ⅴ 雙片消隙齒輪的中間開有三個(gè)月牙形的槽放入壓簧，并用三個(gè)內(nèi)六角螺釘固定（A-A斷面和E-E斷面），這種消隙齒輪的裝配順序:首先將雙片齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，使雙片齒輪的齒對(duì)齊，彈簧受壓，上緊螺釘，裝入箱體后將螺釘松開，彈簧將雙片齒輪沿周向錯(cuò)開，以消除與齒輪的間隙，此時(shí)在將螺釘上緊（因而在設(shè)計(jì)時(shí)，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，彈簧兩端用削扁的銷子壓?。┐嗽O(shè)計(jì)中應(yīng)注意箱體中留足夠的扳手空間，雙片齒輪用二個(gè)六角螺釘固緊，六角扳手可以齒輪箱體上端面伸入（端蓋拆下），六角螺釘和滾珠絲桿在軸向留有足夠的空間，但此空間也不宜留得過大，以免加大箱體尺寸，雙片齒輪采用三個(gè)開槽螺釘緊固。螺絲刀需從箱體左面孔中伸入（拆去端蓋）。
Ⅵ 90BF004型步進(jìn)電機(jī)軸為平鍵，為防止運(yùn)轉(zhuǎn)過程中齒輪從電機(jī)上松動(dòng)滑出，在齒輪的輪轂上裝一頂絲，（電機(jī)軸上鉆一小窩）并用鉛絲在頂絲口處與齒輪輪轂纏住以防松。
4 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核
4.1 計(jì)算切削
主切削力F（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算：
—走刀方向的切削分力（N）
—車床身上加工最大直徑（mm）=320m
=3835.30
：：=1：0.25：0.4
—走刀方向的切削力
—垂直走刀方向的切削力
=×0.25=958.825(N)
=×0.4=1534.12(N)
4.2 滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和造型
4.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力
縱向進(jìn)給選為綜合導(dǎo)軌。參考表6.2—2，6.2—3兩表〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3〉〉
查書《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22
在正常情況下：
—考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15
—滑動(dòng)導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.15～0.18
—溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表1—1，取=800N
=1.15×958.825+0.17(3835.30+800)=1890.65(N)
4.2.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C
參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3》P185～P210 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌
式中：
L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位
n ——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）
——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3
取
——絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=5mm
T——為使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000h
——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.5
r/min
60
==11102.47(N)
4.2.3 滾珠絲桿螺母副的選型
查閱附錄A表A—2，可采用WD 4506外循環(huán)墊片調(diào)隙雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動(dòng)負(fù)載為17100（N），精度等級(jí)按表《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-17選為3級(jí)。
4.2.4 傳功效率計(jì)算：
=
式中：
r—螺旋升角，WD4506 r=2.433
—磨擦角取10’ 滾動(dòng)磨擦系數(shù)0.003～0.004
4.2.5 剛度驗(yàn)算
先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖4所示，最大牽引力1890.65N。支承間距L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷1/3。
圖4 縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式
a.絲杠的拉伸或壓縮變形量查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4，根據(jù)
查出 可算出
由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4
倍。其實(shí)際變形量(mm)為
b.滾珠與螺紋滾道間接觸變形
查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-5，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量
=5.4μm
因進(jìn)行預(yù)緊
c.支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形
采用8107型推力球軸承，=35mm,滾動(dòng)體直徑=6.35mm,滾動(dòng)體數(shù)量Z=18,
注意此公式中單位應(yīng)為N
因施加預(yù)緊力，故
根據(jù)以上計(jì)算
<定位精度
因?yàn)椴楸磉_(dá)1-1《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為±0.01
4.2.6 穩(wěn)定性校核
滾珠絲桿兩端采用推力球軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。
4.2.7縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù)
表3
表3 WD4506滾珠絲桿副幾何參數(shù)
參數(shù)名稱
符號(hào)
關(guān)系式
WD4506
螺
紋
滾
道
公稱直徑
45
導(dǎo) 程
6
接觸角
2.433
鋼球直徑
3.969
滾道法
面半徑
=0.52
2.064
偏心距
=(－
0.0034
螺紋升角
2.433
螺
桿
外 徑
=-(0.2～0.25)
44.2
內(nèi) 徑
=＋2－2
40.88
接觸直徑
=－Cos
41.03
螺
母
螺紋直徑
=－2＋2
49.12
內(nèi) 徑
=＋(0.2～0.25)
45.79
4.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算
4.3.1 進(jìn)給齒輪箱傳比計(jì)算
已確定縱向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=6mm,
初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比:
因?yàn)榭蛇M(jìn)定齒輪齒數(shù)為
32/40或20/25
， 或 ，
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，又因進(jìn)給給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，
則有關(guān)參數(shù)如表4所示：
表4 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)
齒數(shù)
Z
32
40
分度圓
d=mz
64
80
齒頂圓
68
84
齒根圓
59
75
齒寬
(6-10)m
20
20
中心距
72
4.4 步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型
4.4.1 初選步進(jìn)電機(jī)
a 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩
查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè)
式中: ——脈沖當(dāng)量，取
——進(jìn)給牽引力(N) 取
——步距角，初選雙拍制為
－電機(jī)－絲桿的傳動(dòng)效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，分別為0.98、0.99、0.99和0.94。
N.cm
b 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N.cm)
一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取0.4-0.5
c 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩
查表3-22如取五相十拍，則
d 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動(dòng)頻率
式中: ——最大切削進(jìn)給速度 =0.8 m/min
——最大快移速度 =2.4m/min
——脈沖當(dāng)量，取
e 初步選電機(jī)型號(hào)
根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩在表3-22中查出110BF004最大靜扭矩為490>420.92可以滿足要求，考慮此經(jīng)濟(jì)型數(shù)按車床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該先稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定的余量，另一方面，與國(guó)內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比，決定采用130BF001步進(jìn)電機(jī)，但從表中看出130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動(dòng)頻率為3000HZ，不能滿足=4000HZ的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。
4.4.2 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩
前面所初步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。
Ⅰ 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖，根據(jù)《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-24，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算:
式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——絲桿導(dǎo)程(cm) =1500mm
G——工件及工作臺(tái)重量(N) G=1500(N)
參考同類型機(jī)床，初步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)130BF，
其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)量
a齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算
表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下:
對(duì)于鋼材，
式中: M——圓柱體質(zhì)量
D——圓柱體直徑 (cm)
L——圓柱體長(zhǎng)度或原長(zhǎng)(cm)
鋼材的密度為
代入公式可得：
=7.32＋0.64[36.31＋1.4]
=7.32＋0.64×37.71=31.54
考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣車匹配問題：
滿足慣量匹配的要求。
b 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算:
1） 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算如下：
式中: ——快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
——空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
——由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩
在采用絲桿螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計(jì)算：
式中: ——傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——電機(jī)最大角速度
——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速
——運(yùn)動(dòng)部件最快速度
——脈沖當(dāng)量
——步進(jìn)電機(jī)的步距角
——運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間(s)
起動(dòng)加速時(shí)間=30(ms)
折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩
式中: ——導(dǎo)軌的摩擦力(N)
—絲桿導(dǎo)程(cm) =0.6cm
——垂直方向的切削力(N)
G——運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)
——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.17
——齒輪降速比
——傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7-0.8
附加摩擦轉(zhuǎn)矩:
式中: ——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力1890.65(N)
——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm) =0.6cm
——滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 取0.92
上述三項(xiàng)合計(jì):
2） 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩
3） 最大切削負(fù)載時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩
式中:——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩
從上面計(jì)算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。
從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)為
則最大靜轉(zhuǎn)矩為:
查表3—23中130BF001型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為931N.cm，大于所需最大轉(zhuǎn)靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足要求。
Ⅱ 校核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。
已計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為4000Hz，切削進(jìn)入時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1333.3Hz。
從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3—23中查出130BF001型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為3000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)摹毒C合作業(yè)指導(dǎo)書》〉圖3—15，3—16查出130BF步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，=2500Hz時(shí)，=100N.cm,不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩64454N.cm。直接使用則會(huì)施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開降進(jìn)控制〈用軟件實(shí)現(xiàn)〉，將起動(dòng)頻率到1000Hz起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可增高到588.4N.cm，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)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)，130BF001型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求：如圖5
圖5 電機(jī)運(yùn)行矩頻特性
4.5 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖，用以表達(dá)，設(shè)計(jì)者構(gòu)思，設(shè)計(jì)特點(diǎn)及計(jì)算結(jié)果一。
4.5.1 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)
縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，在原機(jī)床裝進(jìn)給箱的位置，將進(jìn)給箱拆除，裝伺服系統(tǒng)齒輪箱，在箱體的左面裝步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲桿右端軸承座仍裝在原機(jī)床滑動(dòng)絲桿后軸承座處。滾珠絲桿裝有擋板，以防止切屑掉下?lián)p壞滾珠絲杠。將C6132床的溜板箱拆除，在滾珠螺母座前面有控制板，裝有急停，電源開關(guān)等幾個(gè)按鈕，便于工人操作。
總圖上還必須畫出此車床上加工螺紋的部件光電編碼器在經(jīng)濟(jì)型數(shù)按車床上，利用光電編碼器裝在主軸或在主軸箱與主軸保持一定傳動(dòng)比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入計(jì)算中，經(jīng)過計(jì)算的運(yùn)算，控制步進(jìn)電機(jī)，帶功滾珠絲杠，使刀架進(jìn)給一定的螺距。
而光電編碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連，因伸出軸不可能與彈性聯(lián)軸器的尺寸完全一致，故中間還要設(shè)計(jì)一個(gè)中間過渡套。
4.5.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖
經(jīng)過計(jì)算，已知此縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用130BF001型步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)過一對(duì)齒輪減速，齒輪系數(shù)=32。=40。模數(shù)m=2滾珠絲桿公稱直徑為=45mm。滾珠絲杠螺母副先用的是外循環(huán)溝槽式墊片凋隙WD4506。
進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)，注意考慮以下問題
（1）進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，將原C6132車床進(jìn)給箱擠掉，利用原來的安裝基面安裝齒輪箱體45 。因而必須注意齒輪箱體螺釘中心距的尺寸，應(yīng)保證箱的安裝
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