普通车床数控改造

一般车床数控改造一般车床数控改造84/84一般车床数控改造如有帮助，欢迎支持。中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目：一般车床数控改造毕业设计专题题目：CA6140车床数控改造毕业设计主要内容和要求：对CA6140车床进行数控改造。要求实现主轴的分级无级变速；纵向进给传动系统脉冲当量为脉冲；横向进给系统脉冲当量为脉冲；刀架改为自动转位刀架(四工位)从而实现自动换刀；经过MCS-51系列8051单片机对数据进行计算办理，由I/O接口输出步进脉冲信号控制进给速度和行程；为了保持切削螺纹的功能，要在主轴外端或其他适合部位装上脉冲发生器。纲要数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用，但数控机床一次性投资较大，对机床进行数控化改造不失为一良策。本设计利用数控装置对CA6140一般车床进行控制,主传动系统部分采用交流调频主轴电动机经带轮及分级齿轮变速箱驱动主轴，经过变频器和齿轮变速箱实现分段无级变速；进给系统采用步进电机经过减速后驱动滚珠丝杠运动，在纵向进给系统中经过一级齿轮减速后驱动滚珠丝杠，在横向进给系统中经过二级齿轮减速驱动滚珠丝杠；刀架改为自动转位刀架(四工位)从而实现自动换刀；经过MCS-51系1如有帮助，欢迎支持。列8051单片机对数据进行计算办理，由I/O接口输出步进脉冲信号控制进给速度和行程；为了保持切削螺纹的功能，要在主轴外端或其他适合部位装上脉冲发生器；将车床的手动尾座改造成为可控电动尾座。本次设计的数控改造为经济适用型，改造简单易行，可降低劳动强度，提高生产效率。主要介绍了经济型数控机床进给伺服系统设计计算。阐述了CA6140一般数控车床的主轴系统的改进及机床纵向、横向进给系统的改造设计及计算。要点词：CA6140车床；数控改造；滚珠丝杠；步进电动机ABSTRACT2如有帮助，欢迎支持。TheNCmachineplaysaverygreatroleinmechanicalengineering．Althoughtheinvestmentneedsagreatdealofmoney，itisagoodwaytotrydigitalmodificationforordinarylathe.ThespindlespeedofCA6140remainsthemanualfunctionofshiftinggears．Thealterationiseasyanditcanreducelaborintensityandimproveproductiveefficiency．buttheNCMachinelargerone-timeinvestment,NCmachinetoolsforthetransformationofagoodafterall.ThedesignofthedeviceusingNCLatheCA6140control,partofthemaintransmissionsystemusingACspindlemotorandgradedbythepulleydrivenspindlegearbox,throughtheinverterandgearboxtoachievesub;FeedSystemusedbysteppermotordrivenballscrewslowdownaftercampaignverticalfeedsystemthroughagearaftertheballscrewdrive,inthehorizontalfeedsystemthroughtwogear-drivenballscrew;Tooltoautomaticallytransfertoolcarrier(4-position),thusachievingautomatictoolchange;byMCS-51series8051datatobedealtwith.fromtheI/Ointerfacestepperpulseoutputsignaltocontrolthefeedrateanditineraries;Inordertomaintainthefunctionofcuttingthread,totheouterendofspindleorotherappropriatelocationloadedpulsegenerator;LathewillbetransformedintoTailstockmanuallycontrolledelectricTailstock.ThedesignoftheNCtransformationoftheeconomy-theapplication,transformingsimple,canreducelaborintensity,improveproductionefficiency.IntroducedamajoreconomicNCmachinetoolservosystemdesign.ExpoundedtheCA6140ordinaryNClathespindlesystemimprovementsandverticalmachine,horizontalfeedsystemofthedesignandcalculation.Keywords：CA6140lathe；digitalmodification；ballscrew；steppingmotor3如有帮助，欢迎支持。目录第一章归纳61.O序言6经济型数控改造的实质意义6技术解析6经济解析7市场解析7生产解析7综合解析7数控机床的基本结构及工作原理7数控机床的分类9按加工工艺方法分类9按控制运动的方式分类9按驱动装置的特点分类10数控机床的特点及应用范围11数控机床的加工特点11数控机床的应用范围12第二章经济型车床数控改造整体方案的确定13设计任务13整体数控改造方案设计13第三章主传动系统设计15归纳15数控机床主传动系统的特点15主传动系统的配置方式16主传动系统的主轴电动机的选型16交流主轴电机的调速17分级变速齿轮箱的传动系统设计18主传动系统组件的结构形式22第四章伺服进给系统的结构设计与计算24伺服进给传动系统归纳24步进电动机及开环进给控制25步进电动机的驱动控制25、步进电机的驱动放大电路28步进电动机参数说明31纵向进给系统的设计计算32设计参数32纵向进给切削力的确定334如有帮助，欢迎支持。纵向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型33纵向进给减速齿轮的设计与校核36纵向进给步进电动机的计算和选型37横向进给系统的设计计算40横向进给切削力的确定40横向进给切削力的确定40横向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型40横向进给减速齿轮的设计与校核42横向进给步进电动机的计算和选型46滚珠丝杠的安装48滚珠丝杠的安装形式48滚珠丝杠轴承的校核48除掉齿轮缝隙的措施：51第五章自动辗转刀架的设计52自动辗转刀架主要种类及特点52自动辗转刀架的设计计算53自动辗转刀架步进电动机的采用53自动辗转刀架的蜗轮蜗杆设计计算54第六章电动尾座的设计57设计方案57电动尾座改造部分设计计算57电动尾座驱动电动机的选择57电动尾座用的齿轮设计57第七章主轴编码器的设计597．1编码器工作原理597．2主轴编码器的安装60第八章数控车床数控系统设计61618.2计算机数控（CNC）系统的简介62归纳62微办理器数控（MNC）系统的组成638.3CNC系统的硬件结构64单微办理机与多微办理机结构64大板式结构与功能模块式结构658.4CNC系统的软件668.4.1CNC系统软件的组成与功能668.4.2CNC系统软件的特点和结构69系统软件结构的分类718.5CNC系统的工作过程725如有帮助，欢迎支持。8.5.1CNC系统的数据段历程728.5.2CNC系统自动工作时的整体流程72运动轨迹的插补原理73运动轨迹插补的看法73运动轨迹插补的方法74逐点比较法74结论80参照文件81致谢错误！不决义书签。第一章归纳1.O序言由于现代工业的飞速发展，一般机床已越来越不能够满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。若是设备全部更新换代，不但资本投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。所以最经济的方法就是进行一般机床的数控改造，这样既能够提高生产率，改进加工工艺，还可以够减少资本投入，采用此方法对中、小型企业来说是十分理想的选择。1.1经济型数控改造的实质意义当前，各企业一般都有很多一般车床，完好用数控车床加以代替根本不可能。解决这个问题，必定走一般车床数控改造之路。日本大企业中有26%的机床经过数控化改造，而中小企业则占74%;美国有好多数控专业化企业为用户供应数控改造服务。我国拥有300万台机床，此中大量的是通用车床。所以，一般车床的数控改造，大有可为。数控改造一般是指对一般车床某些部位作必然的改造，配上数控装置，从而使车床拥有数控加工能力。技术解析在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大。现在科学技术发展很快，特别是微电子技术、计算机技术的发展更快。应用到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，有些企业6如有帮助，欢迎支持。已在这方面做了有益的试一试。实践证明，改造后的机床满足了技术发展的需要，提高了生产率和产品精度，增大了设备适应能力和型面加工范围。经济解析由于新式机床价格昂贵，一次性投资巨大，若是把旧机床设备全部以新式机床代替，要开销大量的资本，而代替下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用数控技术对旧机床加以改造，和购买新机床对照，则能够节约50％以上的资本。一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1／3到l／5，一般用户都能够肩负得起，这为资本紧张的中小型企业的技术改造首创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了较大的吸引力。市场解析据国内资料统计，订购新的数控机床的交货周期一般较长，经常不能够满足用户需要。所以机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。生产解析在现代机械制造工业中，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重。若要达成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，此中数控机床是最能适应这类生产需要的。综合解析从上述解析中不难看出，数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上，拥有可靠性高、柔性强、易于实现机电一体化、经济性可观等优点。为此，在旧有机床进步行数控改造能够提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资本投入而获取较大的经济效益。1.2数控机床的基本结构及工作原理数控机床加工部件的工作过程分以下几个步骤实现：（1）依照被加工部件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序。（2）所编程序指令输入机床数控装置中。7如有帮助，欢迎支持。（3）数控装置对程序（代码）进行翻译、运算此后，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助运动。（4）在机床上加工出合格的部件。下面对其各组成部分加以介绍。1．输入装置数控加工程序可经过键盘，用手工方式直接输入数控系统。还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传达到数控系统中。部件加工程序输入过程有两种不同样的方式：一种是边读入边加工，另一种是一次将部件加工程序全部读入数控装置内部的储藏器，加工时再从储藏器中逐段调出进行加工。．数控装置数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部储藏器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑办理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。部件的轮廓图形经常由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必定按部件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹搬动。但输入的部件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能够满足要求。所以要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动各执行部件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。3．驱动装置和检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格依照指令信息的要求驱动机床的搬动部件，以加“出吻合图样要求的部件。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大多数。当前多数采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。检测装置将数控机床各坐标轴的实质位移量检测出来，经反响系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反响回来的实质位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。4．辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑鉴识和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置达成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。现宽泛采用可编程控制器（PLC）作数控机床的辅助控制装置。5．机床本体8如有帮助，欢迎支持。数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。1.3数控机床的分类按加工工艺方法分类1．金属切削类数控机床有数控车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床和加工中心等。2．特种加工类数控机床数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。3．板材加工类数控机床数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。4．非加工设备，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。按控制运动的方式分类．点位控制数控机床机床搬动部件只能实现由一个地址到另一个地址的精确定位，在搬动和定位过程中不进行任何加工。如：数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。2．点位直线控制数控机床机床搬动部件不但要实现由一个地址到另一个地址的精确搬动定位，而且要控制工作台以必然的速度沿平行坐标轴方向进行直线切削加工。主要有简单数控车床、数控镗铣床等。3．轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床不但可达成点位及点位直线控制数控机床的加工功能，而且能够对两个或两个以上坐标轴进行插补，所以拥有各种轮廓切削加工功能。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。轮廓控制系统的结构要比点位直线控制系统更加复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，尔后进行相应的速度与位移控制。9如有帮助，欢迎支持。按驱动装置的特点分类1．开环控制数控机床其控制系统不带反响装置，平时使用功率步进电动机为伺服执行机构。开环控制系统结构简单，成本较低。不能够进行误差校正，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工部件的精度。开环系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简单经济型数控机床。2．半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床的特点是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角度检测装置（如光电编码器等），经过检测丝杠的转角间接地检测搬动部件的实质位移，尔后反响到数控装置中去，并对误差进行修正。半闭环数控系统的调试比较方便，而且拥有很好的坚固性。当前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，使结构更加紧凑。10如有帮助，欢迎支持。3．闭环控制数控机床闭环控制数控机床的特点是在机床搬动部件上直接安装直线位移检测装置，将测量的实质位移值反响到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使搬动部件4．混杂控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混杂控制数控机床。混杂控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床。混杂控制系统又分为两种形式：（1）开环补偿型控制方式。其特点是基本控制采用步进电动机的开环伺服机构，其他附加一个校正电路。经过装在工作台上的直线位移测量元件的反响信号校正机械系统的误差。（2）半闭环补偿型控制方式。其特点是用半闭环控制方式获取高速度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获取高速度与高精度的一致。1.4数控机床的特点及应用范围数控机床的加工特点1．加工精度高当前数控机床的脉冲当量宽泛达到了0．001mm，而且进给传动链的反向缝隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿。数控机床的加工精度由过去的±0．01mm提高到±0．005mm。定位精度90年代初中期已达到±～±0．005mm。11如有帮助，欢迎支持。2．对加工对象的适应性强在数控机床上改变加工部件时，只要重新编制（改换）程序，输入新的程序后就能实现对新部件的加工。3．自动化程度高，劳动强度低数控机床对部件的加工是按早先编好的程序自动达成的,操作者除了操作面板、装卸部件、要点工序的中间测量以及观察机床的运转外，其他的机床动作直至加工达成，都是自动连续达成，不需要进行深重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减少，劳动条件也获取了相应的改进。4．生产效率高数控机床能有效的减少灵便时间与辅助时间，每一道工序都能采用最有益的切削用量，采用了很高的空行程运动时间。所以耗资在快进、快退、和定位的时间比一般机床少得多。5．优异的经济效益在单件、小批量生产的情况下，能够节约工艺装备开销、辅助生产工时、生产管理开销及降低废品率等，所以能够获取优异的经济效益。有益于现代化管理用数控机床加工部件，能正确地计算部件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有益于使生产管理现代化。数控机床的应用范围数控机床最适合加工拥有以下特点的部件：（1）多品种小批量生产的部件；（2）形状结构比较复杂的部件；（3）精度要求高的部件；（4）需要频频改型的部件；（5）价格昂贵，不同样意报废的要点部件；（6）需要生产周期短的急需部件；（7）批量较大，精度要求高的部件。12如有帮助，欢迎支持。第二章经济型车床数控改造整体方案的确定2.1设计任务采用ISO标准语言，绝对/增量方式混杂编程。连续方式控制X,Z向二轴。脉冲当量:X向，0.005mm/脉冲;Z向脉冲。迅速定位速度:X轴为lm/min,Z轴为3m/min。最大编程尺寸:士9999.99mm,8位数码管。最大加工速度:直线为1.5m/min，圆弧为0.6m/min。螺纹加工:公制0.25～12mm，英制33.5～3牙/吋。数控系统程序储藏器和数据储藏器各8KB。2.2整体数控改造方案设计本次设计属于经济型数控化改造，基本源则是在满足使用要求的前提下对机床的变动尽可能少,以降低成本。整体方案为：本设计利用数控装置对CA6140一般车床进行控制,主传动系统部分采用交流调频主轴电动机经带轮及分级齿轮变速箱驱动主轴，经过变频器和齿轮变速箱实现分段无级变速；进给系统采用步进电机经过减速后驱动滚珠丝杠运动，在纵向进给系统中经过一级齿轮减速后驱动滚珠丝杠，在横向进给系统中经过二级齿轮减速驱动滚珠丝杠；刀架改为自动转位刀架(四工位)从而实现自动换刀；经过MCS-51系列8051单片机对数据进行计算办理，由I/O接口输出步进脉冲信号控制进给速度和行程；为了保持切削螺纹的功能，要在主轴外端或其他适合部位装上脉冲发生器；将车床的手动尾座改造成为可控电动尾座。13如有帮助，欢迎支持。14如有帮助，欢迎支持。第三章主传动系统设计3.1归纳主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应拥有必然的转速和必然的变速范围，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和和制动。主传动系统包括电动机、传动系统和主轴部件，对照一般车床的主传动系统在结构上比较简单，由于变速功能由主轴电动机的无级调速来肩负，省去了复杂的齿轮变速机构，只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的变速范围。数控机床主传动系统的特点与一般机床比较，数控机床主传动系统拥有以下特点：转速高、功率大。使数控机床能进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。变速范围宽。一般Rn>100,以保证加工时能采用合理的切削用量，从而获取最正确的生产率、加工精度和表面质量。主轴变速迅速可靠。数控机床的变速是依照控制指令自动进行的，所以变速机构必定适应自动操作的要求。主轴组件的耐磨性高，使传动系统拥有优异的精度保持性。3.1.2数控机床主传动系统的设计要求主轴拥有必然的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和和制动。主电动机拥有足够的功率，全部机构和元件拥有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。主传动的相关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。控制灵便可靠，调整维修方便，润滑密封优异，以满足机床的使用要求。结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。15如有帮助，欢迎支持。3.2主传动系统的配置方式主传动系统的主轴电动机的选型数控机床的调速是依照控制指令自动执行的，所以变速机构必定适应自动操作的要求。在主传动系统中，当前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。为了扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合的调速方式。我们采用交流主轴电动机配以齿轮变速箱实现分级无级调速。由于交流调速电机体积小，转动惯性小，动向响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少。在中小功率领域已占优势，故本次设计采用交流调速电动机。经过调治供电频率的方法调速。功率特点见以下列图：16如有帮助，欢迎支持。主轴电动机在额定转速时输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率和转矩将发生变化。在额定转速至最低转速为恒转矩速度范围，在额定转速至最高转速为恒功率速度范围。恒功率的速度范围只有1：3的速度比。当电动机速度高出某必然值此后，其功率——速度曲线又会向下倾斜，不能够保持恒功率。交流主轴电机的调速交流主轴电动机属于交流感觉电动机,当定子三相绕组通上交流电时,将建立起旋转磁场,其主磁通Φm的空间转速为同步转速,其值为n0=60f1/p(r/min)式中f1--定子供电电源频率（HZ）—旋转磁场极对数感觉电动机转子的转数n为n=n0（1-s）=60f1（1-s）/p式中s—转差数,s=n0-n/n0由上式可知，调速方法可分为两类。第一类是改变同步转数n0的调速，它分为两种方法，一是改变电动机极对数p。由于p是整数，所以只能获取级差很大的有级调速，不能够满足数控机床的要求；二是改变电动机的供电频率f1。可获取圆滑的无级调速，是一种高效型交流调速，范围宽，精度高。第二类是不改变同步转速的调速，常用的有调压调速和电磁调速。由于有转差功率耗费，效率低，特点软，不适合数控机床调速。在实质调速时，单纯改变电源频率是不够的，由于由“电动机学”可知，旋转磁场以n0速度切割定绕组，同在每相绕组感觉电势为E1=4.44f1k1w1Φm≈u1式中k1w1—-定子每相绕组等效匝数；Φm—每极磁通量；u1—定子相电压所以Φm=u1/4.44f1k1w1由上式可知，如在变频调速中，只保持定子电压u1不变，则主磁通大小将会发生变化。若是频率从工频往下调治，则上升，将以致断念过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。所以，必定在降低频率的同时，降低电压，以保持不变。这就是所谓的恒磁通变频调速中的“调速控制”。17如有帮助，欢迎支持。只能用变频调速，而且是有效方法。变频调速的主要环节是为交流电机供应变频、变压电源的变频器，变频器分为：·交–直–交变频器分电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器变成直流，再经逆变器变成频率和电压都可变的交流电压。电流型是切换一串方波，方波电流供电，用于大功率。·交–交变频器该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变成频率和电压都可变的交流电。当前对于中小功率电机，用得最多的是电压型交–直–交变频器。分级变速齿轮箱的传动系统设计在设计数控机床主传动时，必定考虑电动机与机床主轴功率特点般配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围Rnp远大于电动机的恒功率范围Rdp，所以在主轴之间要串通一个分级变速箱，以扩大其恒功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。我们先设定主轴的最高转速为4000r/min,最低转速为了30r/min,计算转速为150r/min，最大切削功率为，交流主轴电机额定转速为1500r/min,最高转速为4500r/min.主轴要求的恒功率变速范围Rnp=4000/150=26.7电动机的恒功率变速范围Rdp=4500/1500=3主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机所能供应的恒功率变速范围，故必定配以分级变速箱。取变速箱的公比Φf等于电动机的恒功率变速范围Rdp,即Φf=Rdp=3，功率特点图是连续的，无缺口无重合的。如变速箱的变速级数为Z，则主轴的恒功率变速范围Rnp等于Rnp=ΦfZ-1Rdp=ΦfZ故变速箱的变速级数Z=lgRnp/lgΦ取Z=3变速齿轮箱采用一级变速三对齿轮副数,齿数分别为:高速级Z1:Z2=112:58；中速级Z1:Z2=68：102；低速大转矩级Z1:Z2=30：140利用原车床主轴箱内的第三轴和主轴，查车床图册，两轴的中心距为170mm。因所采用电机与原电机功率同样，故轴不用另行校核。三副齿轮只校核低速重载齿轮副即可。校核以下：<1>已知电动机输出功率为7.5KW,额定转速为1500r/min,则经同步带传18如有帮助，欢迎支持。动，第三根轴的转速为750r/min。经Z1:Z2=30/140传动后，主轴转速为160r/min.<2>大、小齿轮均采用45钢并进行调质办理,选小齿轮硬度HBS260～290,大齿轮硬度HBS220～250,精度选6级。m=2mm,a=20°,齿宽b=20mm,ha*=1,c*=0.25,齿轮传动效率η<3>齿轮几何尺寸计算:d1=z1m=60mm,d=zm=280mm,22da1=(z1+2)m=64mm,da2=(z2+2)m=284mm,df1=(z1-2.5)m=55mm,df2=(z2-2.5)m=275mm,a=(z1+z2)m/2=170mm<3>齿轮校核:1)小齿轮转矩9550*P**T175091.2Nm式中P——电动机的输出功率η——齿轮传动效率取2)动载荷系数KKAKVKK式中KA——使用系数取1Kv——动载荷系数取KB——齿向载荷系数取Ka——齿向载荷分配系数由113.2()]cosZ1Z2查表并插值得Kα则3)许用波折应力[F]=FlimYNYX/SF式中：Flim——波折疲倦极限；22Flim1=460N/mmFlim2=390N/mmYN——波折寿命系数YN1YN21YX——尺寸系数取1SF——安全系数取则[F1]=Flim1YNYX/SF353.85N/mm219如有帮助，欢迎支持。[F2]=Flim2YNYX/SF300N/mm2齿要波折疲倦强度校核计算由式F=2KT1YFaYSaY/bd1m[F]式中YFa——齿形系数YFa1YFa2YSa——应力修正系数YSa1YSa2Y——重合度系数Y0.250.75/则2*1.56*91600[F]F1=2KT1YFaYSaY/bd1m=20*60*2F2=2KT1YFaYSaY/bd2m=2*1.56*91600[F]20*280*2故齿根波折强度足够，满足要求。20如有帮助，欢迎支持。传动系统图见以下列图转速图见以下列图21如有帮助，欢迎支持。主轴转速从4000r/min至145r/min由AB、BC、CD在段连接而成，属电动机的恒功率区，从145r/min降至30r/min上图中的CD段为恒转矩区。如取总效率η=0.75，则电动机功率。可采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，连续额定输出功率为。主传动系统组件的结构形式在检查原有主轴轴承圆满、运转正常的前提下，保留原有主轴支撑方式。保留原机床的主轴手动变速。改造后使其主/运动和进给运动分别，主电机的作用仅为带动主轴旋转。增加一只电磁离合器，用以接收数控系统的停体系动信号以控制原制动装置制动停车。加工螺纹时，为保证主轴每转一转，刀具正确搬动一个导程，须配置主轴脉冲发生器作为主轴地址信号的反响元件。脉冲发生器采用同轴安装，橡胶管柔性联接，意在实现角位移信号传达的同时，又能吸取车床主轴的部分振动，从而使主轴脉冲发生器转动平.稳，传达信号正确。22如有帮助，欢迎支持。数控机床主轴带传动变速常用多楔带和同步带。同步带又称为同步齿形带，按齿形不同样又可分为梯形齿同步带和圆弧齿同步带两种。此中梯形齿多用在转速不高或小功率动力传动中，而圆弧齿多用在数控加工中心等要求较高的数控机床主运动传动系统中。我们采用H型梯形齿同步带。查手册选两梯形齿同步带用带轮为Z1:Z2=22：44，带宽为50.8mm,小带轮节圆为80mm,大带轮节圆为194mm。带高齿高节距。23如有帮助，欢迎支持。第四章伺服进给系统的结构设计与计算4.1伺服进给传动系统归纳数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作变换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机、功率步进电机、电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和迅速运动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有实质上的差别，它能依照指令信号精确地控制执行部件的运动速度与地址，以及几个执行部件按必然规律运动所合成的运动轨迹。伺服进给系统的基本要求：精度要求伺服系统必定保证机床的定位精度和加工精度。对于低档型数控系统，驱动控制精度一般为；而对于高性能数控系统，驱动控制精度为1um甚至为。响应速度为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有优异的迅速响应特点，即要求追踪指令信号的响应要快。3)调整范围调整范围Rn是指生产机械要求电动机能供应的最高转速nmax和最低转速nmin之比。为保证在任何情况下都能获取最佳切削条件，就要求进给驱动系统必定拥有足够宽的调整范围。4)低速、大转矩依照机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必定有大的转矩输出。伺服系统实现地址伺服控制有开环、闭环、半闭环三种方式。开环控制的伺服系统存在着控制精度不高的问题，但步进电机拥有角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差不会累积。步进电机的转速和输入脉冲频率也有严格的对应关系，而且拥有在负载能力范围内不随电流、电压、负载、环境条件的颠簸而变化的特点。其他，步进电机控制的开环系统不存在地址检测与反响控制的问题，结构比较简单，易于控制系统的实现与调试。而且随着电子技术和计算机控制技术的发展，在改进步进电机控制性能方面也获取了可喜的进展。所以，在必然范围内，这类采用步进电机傲为驱动执行元件的开环伺服系统能够满足加工要求，适合于在精度要求不很高的一般数控系统中应用。诚然闭环、半闭环控制为实现高精度的地址伺服控制供应了可能，可是由于在系统中增加了地址检测、反响比较及伺服放大等环节，除了给安装调24如有帮助，欢迎支持。试增加了工作量和复杂性外，从控制理论的角度看，要实现闭环系统的优异稳态和动向性能，其难度也将大为提高。考虑到是在一般车床进步行改造，精度要求不是很高，为了简化结构，降低成本，我们采用了微机控制的步进电机开环伺服系统。4.2步进电动机及开环进给控制步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的执行元件，是一种用脉冲信号控制的电动机，也称为脉冲电动机,在负载能力及动向特点范围内，步进电动机将来自数控装置的进给脉冲输出，电动机的角位移与控制脉冲数成正比，转速与控制脉冲频率成正比。对于每一个电脉冲,步进电机都将产生一个恒定的步进角位移,每一个脉冲或每步的转角称为步进电机的步距角θb,θb取为0.75。每脉冲代表电机必然的转角,这个转角经齿轮副和滚珠丝杠副使工作台搬动必然的距离"每个脉冲所对应的执行件的移距,称为脉冲当量或分辨率依照机床精度要求确定脉冲当量δp，纵向：0．01mm／步；横向：0．005mm／step。步进电动机的转速决定于控制绕组与电源接通和断开的脉冲变化频率。步进电动机的优点:能够开环驱动而无需反响,无坚固性问题,无累积定位误差,能响应数字信号,适合于数字计算机控制,机械结构简单,很少需要保护,不易受污染,可重复地堵转而不会损坏,相当坚固耐用。步进电动机的缺点：运动的增量和步距是固定的，在步进辩白率上缺乏灵便性，承受大惯性负载的能力有限，可供使用的电机尺寸和输出功率是有限的。步进电动机的种类好多，平时分为三各种类：反响式、永磁式和混杂式。反响式步进电动机是利用磁阻转矩使转子转动的，是我国使用最宽泛的步进电动机形式。步进电动机的驱动控制步进电机是一种特其他机电元件，不能够直接接到交直流电源上工作，必定使用专用的驱动器。步进电机的驱动控制系统框图以以下列图所示。25如有帮助，欢迎支持。齿轮箱CNC指令环形分步进电动机功率放大器n脉冲配器电源步进电动机环形分配器用来接收来自控制器的脉冲信号，每来一个脉冲，环形分配器的输出变换一次。所以，步进电机转速的高低、升或降速、启动和停止都完好取决于控制器的有无或频率。同时，环形分配器还必定接受控制器的方向信号，从而决定步进电机的转动方向。1、脉冲分配控制步进电机驱动电路达成由弱电到强电的变换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的拥有必然功率的电流脉冲信号。驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成。环形分配器是用于控制步进电机的通电方式的，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲依照必然的序次和分配方式加到功率放大器上，控制各相绕组的通电、断电。环形分配器的主要功能是把来自控制环节的时钟脉冲串按必然的规律分配给步进电机各相驱动器的输入端以控制励磁绕组的导通或截止。同时，由于电动机有正反转要求，所以脉冲环分配既是周期性的，又是可逆的。所以环形分配器是一种可逆循环的特别编码计数器。其功能可由硬件或软件产生，硬件环形分配器是依照步进电机的相数和控制方式设计的1、脉冲分配控制——硬件（环形分配器）硬件环形分配器的种类好多，有专用基金的集成电路，能够用JK触发器或D触发器组成，还可以够用通用的可编程逻辑器件组成。集成CH250是一种专为反响式三相步进电机设计的环形分配器。该集成电路采用CMOS工艺，集成度高，可靠性好。以以下列图示当DIR=“1”时，每来一个脉冲（CLK）则电动机正转一步；当DIR=“0”时，每来一个脉冲（CLK）则电动机反转一步。26如有帮助，欢迎支持。电源A相驱CNC装置

CLKDIRFULL/HALF

B相驱环形M分配器C相驱三相硬件环形分配器的驱动控制软件脉冲分配的控制软件脉冲分配器是指实现步进电机脉冲分配控制的计算机程序。硬件脉冲分配器不占用计算机资源，但需要电路的支持，硬件成本较高。软件脉冲分配器不需额外电路，但要占用计算机运转时间。软环形分配器的设计方法有多种，如查表法、比较法、移位存放器法等，最常用的是查表法。查表法的基本思路是：依照步进电机与计算机的接线情况及通电方式求出所需要的环形分配器输出状态表，将其存入储藏器中，运转时按节拍序号查表获取相应控制数据，在规准时辰经过输出口将数据输出到步进电动机的驱动电路。对于三相六拍环形分配器，每当接收到一个进给脉冲指令，环形分配器软件依照下表所示真值表，按序次及方向控制输出接口将A、B、C的值输出即可。导电相工作状态CBAA001AB011B010BC11027如有帮助，欢迎支持。C00CA1014.2.2、步进电机的驱动放大电路一般步进电机需要几个安培的电流，而环形分配器的输出电流很小，不能够直接驱动步进电机，所以需要功率放大电路实现对脉冲分配回路弱信号的放大，产生电机脉冲信号工作所需的激磁电流，。功率放大电路有单电压、双电压、斩波型等。驱动放大器的作用：将环形分配器发出的TTL电平信号放大至几安培到十几安培的电流，送至步进电动机的各绕组。驱动放大器的控制电路：单电压简单驱动、高低压切换驱动、高压恒流斩波、调频调压、细分驱动等。单电压功率放大电路单电压功率放大电路是步进电动控制中最简单的一种驱动电路。此中L是步进电机的电感；RL是绕组电阻；D是二续流二极管；它为绕组放电供应回路；Rc是一个外接的功率电阻，也是一个限流电阻，V是大功率开关晶体管。电路的时间常数为T=L/（RL+RC）时间常数表示开关回路在导通时赞同步进电机绕组电流上升的速率。T越小，则在晶体管V从截止变成导通时赞同步进电机按指数曲线上升越快，达到稳准时间越短，T越大，电流上升越慢，达到坚固值的时间就越长。驱动电路时间常数T对电机绕组的电流到达稳态值的时间有极大的关系，它影响步进电机的工作频率。T越小，电流到达稳态的时间越短，则电机的工作频率即可越高；反之，T越大，电流到达稳态的时间越长，电机的工作频率就越低。单电压功率放大电路最大的特点是结构简单，但它的缺点是工作效率低，在高频工作状态时其效率很差。它的外接电阻Rc耗资相当大的一部分能量，而且Rc还会发热影响到电路工作的正常坚固状态。所以单电压功率放大电路一般只用于小功率步进电动机的驱动，28如有帮助，欢迎支持。单电压功率放大电路单电压基本改进电路以以下列图所示单电压基本改进电路29如有帮助，欢迎支持。它在外接电阻Rc的两端并联了一个电容C，同时在贯注回路中串通一个电阻Rd。在Rc上并联电容C能够改进步进电机绕组的电流前沿特点。在功率晶体管V导通的瞬时，电容相当于短路，迫使流过绕组的电流上升进一步加速，这样可使电流的前沿显然变陡，从而提高了步进电机的高频性能。在Rc上并联C，俣的在一个步进的周期中，注入绕组的平均电流值相对增加了，从而提高了步进电机的转矩。特别是在高频段工作时更加显然。这类电路在实质应用中有着很多的应用。步进电机驱动电路的主要功能是功率放大，它将光电隔断电路进来的弱信号经功率放大，变成较强的电信号，直接驱动步进电机，以下列图。当控制脉冲来时，vl，v3，v4全导通，并使脉冲变压器Tc的副边产生必然宽度的脉冲电流，使v2导通，使v5处于反向偏置，将低压Ga与绕组La切断，高压电源Gh经过v2、v1为步进电机某一相绕组La供电，使其电流上升沿变陡。经过tb时间后脉冲电流消失，使V2截止，Gh与绕组之间被切断。Ga经过v5、V1为La供电，供应电动机所需的额定电流。经过调整脉冲变压器的磁芯和R5可改变高压供电的时间宽度tb。30如有帮助，欢迎支持。速度控制：进给脉冲频率f→定子绕组通电/断电状态变化频率f→步进电机转速ω→工作台的进给速度V。V=60δf硬件环分：控制CLK的频率，控制电动机的速度。软件环分：控制相邻两次软件环分状态之间的延时时间，可电动机线圈通电状态的变化频率。光电隔断电路：在步进电机驱动电路中，脉冲信号经功率放大器后控制电动机励磁绕组，由于步进电机需要的驱动电压较高(约80v)，电流较大(约6A)，若将输出信号与功率放大器直接相联，将会引起强电搅乱。所以一般在接口电路与功率放大器之间都要接上隔断电路。步进电动机参数说明1、步距角θb每输入一个脉冲信号步进电动机所转过的角度称为步距角，以θb表示。步距误差是指步进电机运转时，转子每一步实质转过的角度与理论步距角之差值。b＝

360mKZm—电机相数；Z—转子齿数；K—系数，相邻两次通电相数同样，K＝1；相邻两次通电相数不同样，K＝2。2、矩角特点与最大静转矩若是在电机轴上外加一个负载转矩Mz，转子会偏离平衡地址向负载转矩方向转过一个角度θ，角度θ称为失调角。有失调角此后，步进电机就产生一个静态转矩（也称为电磁转矩），这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫矩角特点，，近似为正弦曲线。该矩角特点上的静态转矩最大值称为最大静转矩。3、启动频率空载时，步进电机由静止状态突然起动，并进入不失步的正常运转的最31如有帮助，欢迎支持。高频率，称为启动频率或突跳频率，加给步进电机的指令脉冲频率如大于启动频率，就不能够正常工作。步进电机在带负载（特别是惯性负载）下的启动频率比空载要低。而且，随着负载加大（在赞同范围内），启动频率会进一步降低。4、连续运转频率步进电机起动后，其运转速度能依照指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运转频率。其值远大于启动频率，它也随着电机所带负载的性质和大小而异，与驱动电源也有很大关系。5、矩频特点与动向转矩矩频特点是描述步进电机连续坚固运转时输出转矩与连续运转频率之间的关系，该特点上每一个频率对应的转矩称为动向转矩。当步进电机正常运转时，若输入脉冲频率逐渐增加，则电动机所能带动负载转矩将逐渐下降。在使用时，必然要考虑动向转矩随连续运转频率的上升而下降的特点。步进电机与滚珠丝杠联接方式：一种是直联，结构简单但运动位移的脉冲不是5的整数倍时给编程计算带来不便；另一种是在步进电动机与滚珠丝杠间能过减速器联接在一起，结构较复杂但有益于编程计算有益于提高加工精度。4.3纵向进给系统的设计计算设计参数加工最大直径：在床面上Φ400mm，在床鞍上Φ210mm；加工最大长度：1000mm；溜板及刀架重力：纵向800N；刀架迅速速度：纵向2．4m/min；最大进给速度：纵向O．8m／min；主电动机功率：P主=7，5kW；起动加速时间：30ms；机床定位精度：±0．015mm。依照机床精度要求确定脉冲当量δp，纵向：0．01mm／步；横向：0．005mm／步。32如有帮助，欢迎支持。纵向进给切削力的确定-3P主≥Pm/ηm=FzV*10/ηm式中ηm=0.75～0.85;V--主轴传达全部功率时的最低速度主切削力Fz按经验公式估计：Fz=0.67Dmax=5360N式中Dmax为车床床面上加工的最大直径按切削力各分力比Fz：Fx：Fy=1：0．25：0．4Fx=5360×0．25=1340NFy=5360×O．40=2144N纵向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型滚珠丝杠工作原理及特点：滚珠丝杠螺母机构是辗转运动与直线运动互相变换的传动装置，是数控机床伺服系统中使用最宽泛的传动装置。在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形螺旋槽，这两个圆弧形槽合起来便形成了螺旋滚道，在滚道内装入滚珠。当丝杠相对螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内转动，迫使二者发生轴向相对位移。为了防范滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能返回丝杠螺母之间组成一个闭合回路。由于滚珠的存在，丝杠与螺母之间是转动摩擦，仅在滚珠之间存在滑动摩擦。滚珠丝杠螺母机构有以下特点。摩擦损失小、传动效率高。滚珠丝杠螺母机构的传动效率可达0.92～0.96，是一般滑动丝杠螺母机构的3～4倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠螺母机构的四分之一。运动平稳，摩擦力小、矫捷度高、低速时无爬行、由于主要存在的是转动摩擦，不但动、静摩擦因数小，且其差值也很小，所以启动转矩小，动作矫捷，即使在低速情况下也不会出现爬行现象。轴向刚度高、反向定位精度高，由于可能完好除掉丝杠与螺母之间的缝隙并可实现滚珠的预紧，所以轴向刚度，反向时无空行程，定位精度高。磨损小、寿命长、保护简单，使用寿命是一般滑动丝杠的4～10倍。传动拥有可逆性、不能够自锁，由于摩擦因数小，不能够自锁所以使该机构的传动拥有可逆性，即不但能够把旋转运动转变成直线运动，而且还可以够把直线运动转变成旋转运动。同步性好，用几套同样的滚珠丝杠副同时传动几个同样的部件或装33如有帮助，欢迎支持。置时，可获取较好的同步性。有专业厂生产，采用配套方便，当前滚珠丝杠不但宽泛应用于数控机床，而且越来越多地代替一般丝杠螺母机构，用于各种精美机床和精美装置。计算进给牵引力FmFm=KFx+f′(Fz+G)=1．15×1340+0．16(5360+800)=2530N式中K——考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1．15；f′——滑动导轨摩擦系数，取：0．15～0．18；G——溜板及刀架重力，G=800N。计算最大动负载Cm=3LfwFm,L=60nT/106n=1000Vs/L。式中L——滚珠丝杠导程，初选L。=8mm；Vs——最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的(1／2～1／3)，此处Vmax=0．8m／min；T——使用寿命，数控机床用转动丝杠寿命15000h；fw——运转系数，按一般运转取1．2～1.5L——寿命，以106r为1单位。n=1000Vs/L。=1000×0．8×0．5/8=50r／min，L=60nT/106=L=60*50*15000/106=45Cm=3LfwFm=C=345*1.2*2530纵向进给滚珠丝杠螺母副的选型滚珠丝杠副选择的主要依照是工作动负荷Cm(N)必定小于滚珠丝杠的额定动负荷Ca(N),即必定满足:Cm<Ca。公称直径dm越大,承载能力和刚度越大,数控机床常用进给丝杠的公称直径dm为Φ30～80mm"取dm=Φ40mm"滚珠丝杠副按其使用范围及要求分为7个精度等级,即1、2、3、4、5、7、10,1级最高,其他依次降低一般采用4～7级,数控机床及精美机械可选2～3级,滚珠丝杠副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度,应选择3级精度。查表可采用CDM4008-外5循环双螺母垫片预紧的双螺母滚珠丝杠副。字母含意：C：外循环插管D：垫片预紧M：插管埋入式。其几何参数以下：公称直径do=40mm导程Lo=8mm钢球直径34如有帮助，欢迎支持。螺旋角r=3°38′丝杠外径d1=39mm循环列圈数2*2.5*2额定动载荷Ca=31714N额定静压载荷Coa=101702N刚度1240N/umkc传动效率计算丝杠副传动效率η=tgr／tg(r+θ)=O．956式中y——螺旋升角(CDM4008-5滚珠丝杠)，y=3°38′；θ——摩擦角，θ=10′。转动摩擦系数0．003—0．004。丝杠的刚度验算工作时受轴向力和扭转作用，因丝杠受扭时引起的导程变化很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量L=FmLo/ES式中：Lo-丝杠导程进给牵引力Fm=2530NE-62弹性模量20.6*10N/cms-滚珠丝杠截面积（按外径确定2）则L=FmLo/ES=8.229*10-6cm丝杠1m长度上导程变形总误差L总三级精度滚珠丝杠赞同误差为15um/m故刚度足够。丝杠的坚固性计算EI滚珠丝杠失稳时临界负载Pc=(ul)2式中：u—丝杠轴端系数，两端铰支取u=1l—丝杠长度，取2000mm62E—丝杠弹性模量，对钢材质取E=20.6*10N/cmd44I—丝杠截面惯性矩，对实心圆柱体I=64cmEIPcr=(ul)2=65KN许用安全系数[nst]=4坚固性安全系数n=Pcr/Fm=65000/2530=25.691≥435如有帮助，欢迎支持。故滚珠丝杠满足坚固性要求不失稳。纵向进给减速齿轮的设计与校核齿轮的设计<1>传动比的选定对于步进电机,当脉冲当量δp确定,而且滚珠丝杠导程L0和电机步距角θb选定后,则该轴伺服传动系统的传动比i=θb?L0/(360δ<2>齿轮的设计大、小齿轮均采用45钢并进行调质办理,选小齿轮硬度HBS260～290,大齿轮硬度HBS220～250,精度选6级。m=2mm,a=20°,z1=42,z2=70,齿宽b=17mm,ha*=1,c*=0.25,齿轮传动效率η<3>齿轮几何尺寸计算:d1=z1m=84mm,d2=z2m=140mm,da1=(z1+2)m=88mm,da2=(z2+2)m=144mm,df1=(z1-2.5)m=79mm,df2=(z2-2.5)m=135mm,a=(z1+z2)m/2=112mm<3>齿轮校核:小齿轮转矩T1=T*K1式中T——电动机的输出功率K1——J电动机效率取则T1=9600Nmm6)小齿轮的转速vmax625r/minn1y3607)小齿轮的圆周速度Vd1n1/600002.75m/s8)动载荷系数KKAKVKK式中KA——使用系数取1Kv——动载荷系数取KB——齿向载荷系数取Ka——齿向载荷分配系数36如有帮助，欢迎支持。由[1.883.2(11)]cosZ1Z2查表并插值得Kα则9)许用波折应力[F]=FlimYNYX/SF式中：Flim——波折疲倦极限；22Flim11=460N/mmFlim22=390N/mmYN——波折寿命系数YN1YN21YX——尺寸系数取1SF——安全系数取则[F1]=Flim1YNYX/SF353.85N/mm2[F2]=Flim2YNYX/SF300N/mm2齿要波折疲倦强度校核计算由式F=2KT1YFaYSaY/bd1m[F]式中YFa——齿形系数YFa1YFa2YSa——应力修正系数YSa1YSa2Y——重合度系数Y0.250.75/则F1=2KT1YFaYSaY/bd1m=2*1.56*9600[F]20*84*2F2=2KT1YFaYSaY/bd2m=2*1.56*9600[F]20*84*2故齿根波折强度足够，满足要求。纵向进给步进电动机的计算和选型等效转动惯性量计算传动系统折算到电机轴上总的转动惯量：J=JM+J1+(Z1/Z2)2[(J2+JS)+G(L0/2)2/g]37如有帮助，欢迎支持。式中JM——步进电机转子转动惯量kg/cm2，J1,J2——齿轮z1，z2的转动惯量kg/cm2Js——滚珠丝杠转动惯量kg/cm2参照同类机床，初选磁滞式(反响式)步进电机150BF，其转子转动惯量JM=10kg/cm2对资料为钢的圆柱形部件,其转动惯量计算:J7.8*104D4L式中D—圆柱形部件直径—部件轴向长度J1=7.8×10-4d42：J1=6.6kg/cm2，J2=7.8×10-4d42：J2=50.94kg/cm2，Js查表查出:1m长丝杠转动惯量为15.18kg/cm2，则kg/cm2G=800N，得G(L0/2)2/g=1.325kg/cm2则总的转动惯量J=10+6.6+(42/70)2[50.94+30.36+1.325]=46.345kg/cm2负载转矩计算及最大静转矩选择a.迅速空载起动时所需力矩Mq=Mamax+Mf+M0式中Mq迅速起动时所需力矩Mamax—迅速空载时折算到电动机轴上的最大加速力矩Mf折算到电动机轴的摩擦力矩M0丝杠预紧时折算到电动机轴上的附加摩擦力矩当工作台迅速搬动时,电动机转速max=Vmaxθb/(δMamax=J*2*nmax/(60T)=46.345*2*500*10-2/60/0.03=808.87Ncm折算到电动机轴上的摩擦力矩Mf=FoLo/2ηi式中Fo导轨的摩擦力Fo=f′(Fz+G)Fc垂直方向切削力η主传动效率Mf=FoLo/2ηi=f′(Fc+G)Lo/2ηi=0.16*(5360+800)*0.8/(2*0.8*1.667)=88.218Ncm附加摩擦力矩Mo=FpoLo(1-ηs2)/2η式中Fpo滚珠丝杠预加负荷取1/3Fm=2530/3=843Nηs滚珠丝杠未预紧时的传动效率取为38如有帮助，欢迎支持。迅速搬动时所需力矩最大切削负载时所需力矩MQ=Mf+M0+Mt式中Mt折算到电动机轴上的切削负载力矩=FxLo/2ηNcm则MQ从上面计算能够看出，Mq，Mk，MQ三种工况下，以迅速空载起动所需力矩最大。以此项作为初选步进电机的依照。查表，查表，当步进电机为五相十拍时=Mq／Mjmax=0．951。最大静力矩Mjmax=Mq/λ按此最大静转矩，查表，150BF002型最大静转矩为1372Ncm。大于所需最大静力矩，可作为初选型号，但还必定进一步核查步进电机起动矩频特点和运转矩频特点。计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率步进电动机的最高工作频率Fmax=1000Vmax/60δ150BF002型步进电机赞同的最高空载起动频率为2800Hz，运转频率为000Hz。由150BF002步进电机起动矩频特点和运转矩频特点曲线看出当步进电机起动时，=2500Hz时，M=100Ncm。远不能够满足此机床所需求的空载起动力矩(926.07Ncm)，直接使用则会产生失步现象，所以必定采用起落速控制(用软件实现)，将运动频率降到1000H2时，起动力矩可增到588．4Ncm，尔后在电路上采用高低压驱动电路，还可将步进电机输用心矩扩大1倍左右。当迅速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运转频率特点完好能够满足要求。依照计算综合考虑选150BF002型步进电动机磁阻式步进电动机技术数据:型号:150BF002相数:5步距角(°):电压/V:80/12相电流/A:13最大静转矩/(N·m):空载起动频率/(step/s):2800空载运转频率/(step/s):80电感/mH:电阻/Ω:分配方式:五相十拍39如有帮助，欢迎支持。外形尺寸/mm:φ150×155质量/kg:14纵向进给机构改造时拆掉原机床的进给箱及丝杠,将步进电机减速齿轮箱安装在原机床的尾端,滚珠丝杠仍安装在原丝杠的地址,两端仍采用原固定方式,这样能够减小改装工作量，并由于滚珠丝杠的磨擦系数小于原丝杠,从而使纵向进给机构整体刚度增大。为了便于安装滚珠丝杠副，丝杠轴不是整体的，而是分移式的，用套筒刚性联接。采用一级齿轮减速。4.4横向进给系统的设计计算横向进给切削力的确定设计参数：溜板及刀架重力：横向600N；刀架迅速速度：横向1．2m/min；最大进给速度：横向0．4m/min；主电动机功率：P主=7，5kW；起动加速时间：30ms；机床定位精度：±0．015mm。滚珠丝杠导程取为6mm横向进给切削力的确定横向进给力为纵向的1/2～1/3，取为1/2，则Fz=1/2F纵=2680N按切削力各分力比Fz：Fx：Fy=1：0．25：0．4Fx=2680×0．25=670NFy=2680×O．40=1072N横向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型选型横向为燕尾导轨，则轴向进给切削力FmFm=KFx+f′(Fz+2Fy+G)=1．4×670+0．2(2680+2*670+600)=1754N式中K——考虑颠覆力矩影响的实验系数，燕尾导轨取；40如有帮助，欢迎支持。f′——滑动导轨摩擦系数，取：0.2；G——溜板及刀架重力，G=600N。计算最大动负载Cm=3LfwFm,L=60nT/106n=1000Vs/L。式中L——滚珠丝杠导程，初选L。=6mm；Vs——最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的(1／2～1／3)，此处Vmax=0．4m／min；T——使用寿命，数控机床用转动丝杠寿命15000h；fw——运转系数，按一般运转取1．2～1.5L——寿命，以106r为1单位。n=1000Vs/L。=1000×0．4×0．5/6=33.33r／min，L=60nT/106=L=60*33.333*15000/106=303Cm=LfwFm=C=330*1.2*17546540N依照Cm值，Cm<Ca的原则查表可采用CDM3206-外5循环双螺母垫片预紧的双螺母滚珠丝杠副。字母含意：C：外循环插管D：垫片预紧M：插管埋入式。其几何参数以下：公称直径do=32mm导程Lo=6mm钢球直径螺旋角r=3°25′丝杠外径d1循环列圈数2*2.5*2额定动载荷Ca=22780N刚度1240N/umkc传动效率计算丝杠副传动效率η=tgr／tg(r+θ)=O．953式中y——螺旋升角(CDM3206-5滚珠丝杠)，y=3°25′；θ——摩擦角，θ=10′。转动摩擦系数0．003—0．004。丝杠的刚度验算工作时受轴向力和扭转作用，因丝杠受扭时引起的导程变化很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量L=FmLo/ES式中：Lo-丝杠导程进给牵引力Fm=1754N41如有帮助，欢迎支持。6E-弹性模量20.6*10N/cm2s-滚珠丝杠截面积（按底径直确定2）则L=FmLo/ES=7.07*10-6cm丝杠1m长度上导程变形总误差L总三级精度滚珠丝杠赞同误差为15um/m故刚度足够。丝杠的坚固性计算EI滚珠丝杠失稳时临界负载Pc=(ul)2式中：u—丝杠轴端系数，两端铰支取u=1l—丝杠长度，取1000mmE—丝杠弹性模量，对钢材质取6E=20.6*10N/cm2d44I—丝杠截面惯性矩，对实心圆柱体I=64cmEIPcr==(ul)2=65KN许用安全系数[nst]=4坚固性安全系数n=Pcr/Fm=65000/1754=37.058≥4故滚珠丝杠满足坚固性要求不失稳。横向进给减速齿轮的设计与校核齿轮的设计<1>传动比的选定对于步进电机,当脉冲当量δp确定,而且滚珠丝杠导程L0和电机步距角θb选定后,则该轴伺服传动系统的传动比i=θb?L0/(360δ<2>齿轮的设计采用二级齿轮传动,i1=2;i2取Z1=36；Z2=72；Z3=40；Z4=50大、小齿轮均采用45钢并进行调质办理,选小齿轮硬度HBS260～290,大齿轮硬度HBS220～250,精度选6级。m=2mm,a=20°,齿宽b=20mm,ha*=1,c*=0.25,齿轮传动效率η=0.98<3>齿轮几何尺寸计算:42d1=z1m=72mm,d2=z2m=144mm,da1=(z1+2)m=76mm,da2=(z2+2)m=148mm,df1=(z1-2.5)m=67mm,df2=(z2-2.5)m=139mm,a1=(z1+z2)m/2=108mmd3=z3m=80mm,d4=z4m=100mm,da3=(z3+2)m=84mm,da4=(z4+2)m=104mm,df3=(z3-2.5)m=75mm,df4=(z4-2.5)m=95mm,a3=(z3+z4)m/2=90mm43<3>齿轮校核:一级齿轮副强度校核：小齿轮转矩T1=T*K1式中T——电动机的输出功率K1——J电动机效率取则T1=9600Nmm2)小齿轮的转速n1vmax625r/miny3603)小齿轮的圆周速度Vd1n1/600002.355m/s4)动载荷系数KKAKVKK式中KA——使用系数取1Kv——动载荷系数取KB——齿向载荷系数取Ka——齿向载荷分配系数由[1.883.2(11)]cosZ1Z2查表并插值得Kα则5)许用波折应力[F]=FlimYNYX/SF式中：Flim——波折疲倦极限；22Flim11=460N/mmFlim22=390N/mmYN——波折寿命系数YN1YN21YX——尺寸系数取1SF——安全系数取则[F1]=Flim1YNYX/SF353.85N/mm2[F2]=Flim2YNYX/SF300N/mm2齿要波折疲倦强度校核计算由式F=2KT1YFaYSaY/bd1m[F]式中YFa——齿形系数YFa1YFa2YSa——应力修正系数YSa1YSa2Y——重合度系数Y0.250.75/44则F1=2KT1YFaYSaY/bd1m=2*1.553*9600[F]20*72*2F2=2KT1YFaYSaY/bd2m=2*1.553*9600[F]20*72*2故齿根波折强度足够，满足要求。二级齿轮副强度校核：n2n1/i312.5r/min小齿轮转矩T2=9550P2/n2式中P2=P1*η2T2=9550P2/n2=18816N/mm2)小齿轮的圆周速度Vd1n1/600001.308m/s3)动载荷系数KKAKVKK式中KA——使用系数取1Kv——动载荷系数取KB——齿向载荷系数取Ka——齿向载荷分配系数由[1.883.2(11)]cosZ1Z2查表并插值得Kα则4)许用波折应力[F]=FlimYNYX/SF式中：Flim——波折疲倦极限；22Flim11=460N/mmFlim22=390N/mmYN——波折寿命系数YN1YN21YX——尺寸系数取1SF——安全系数取则[F1]=Flim1YNYX/SF353.85N/mm2[F2]=Flim2YNYX/SF300N/mm2齿要波折疲倦强度校核计算由式F=2KT1YFaYSaY/bd1m[F]式中YFa——齿形系数YFa1YFa2YSa——应力修正系数YSa1YSa245Y——重合度系数Y0.250.75/[F]则F1=2KT1YFaYSaY/bd1m=20*80*2F2=2KTYYY/bdm=[F]1FaSa220*80*2故齿根波折强度足够，满足要求。4.4.5横向进给步进电动机的计算和选型等效转动惯性量计算传动系统折算到电机轴上总的转动惯量：J=JM+J1+(Z1/Z2)2[(J2+JS)+G(L0/2)2/g]式中JM——步进电机转子转动惯量kg/cm2，J1,J2——齿轮z1，z2的转动惯量kg/cm2Js——滚珠丝杠转动惯量kg/cm2参照同类机床，初选磁滞式(反响式)步进电机150BF，其转子转动惯量JM=10kg/cm2对资料为钢的圆柱形部件,其转动惯量计算:J7.8*104D4L式中D—圆柱形部件直径—部件轴向长度J1=7.8×10-4d4：J1=4.19kg/cm2，J2=7.8×10-4d4：J2=67.08kg/cm2，J3=7.8×10-4d4：J1=6.39kg/cm2，J4=7.8×10-4d4：2，Js查表查出:1m长丝杠转动惯量为11.45kg/cm2，则Js=11.45*2=22.901kg/cm22G=600N，得G(L0/2)2/g=0.994kg/cm则总的转动惯量J=10+4.19+[36/72]2[67.08+6.39]+[36402[15.6+0.994]7250]kg/cm2负载转矩计算及最大静转矩选择a.迅速空载起动时所需力矩Mq=Mamax+Mf+M0式中Mq迅速起动时所需力矩Mamax—迅速空载时折算到电动机轴上的最大加速力矩Mf折算到电动机轴的摩擦力矩M0丝杠预紧时折算到电动机轴上的附加摩擦力矩当工作台迅速搬动时,电动机转速ｎmax=Vmaxθb/(δ46Mamax=J*2*nmax/(60T)=35.212*2*500*10-2/60/0.03=615.444Ncm折算到电动机轴上的摩擦力矩Mf=FoLo/2ηi式中Fo导轨的摩擦力Fo=f′(Fz+G)Fc垂直方向切削力η主传动效率Mf=FoLo/2ηi=f′(Fc+G)Lo/2ηi=0.2*(2680+600)*0.6/(2*0.8*2.5)=31.321Ncm附加摩擦力矩Mo=FpoLo(1-ηs2)/2η式中Fpo滚珠丝杠预加负荷取ηs滚珠丝杠未预紧时的传动效率取为迅速搬动时所需力矩最大切削负载时所需力矩MQ=Mf+M0+Mt式中Mt折算到电动机轴上的切削负载力矩=FxLo/2η则MQ从上面计算能够看出，Mq，Mk，MQ三种工况下，以迅速空载起动所需力矩最大。以此项作为初选步进电机的依照。查表，查表，当步进电机为五相十拍时λ=Mq／Mjmax=0．951最大静力矩按此最大静转矩，查表，130BF001型最大静转矩为931Ncm。大于所需最大静力矩，可作为初选型号，但还必定进一步核查步进电机起动矩频特点和运转矩频特点。计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率步进电动机的最高工作频率Fmax=1000Vmax/60δ依照计算综合考虑选130BF001型步进电动机磁阻式步进电动机技术数据:型号:130BF001相数:5步距角(°):电压/V:80/12相电流/A:10最大静转矩/(N·m):空载起动频率/(step/s):3000空载运转频率/(step/s):16000电感/mH:电阻/Ω:分配方式:五相十拍外形尺寸/mm:φ130×170质量/kg:474.5滚珠丝杠的安装4.5.1滚珠丝杠的安装形式采用两端固定，可在丝杠一端安装碟形弹簧和调整螺母，既能对丝杠施加预紧力，又能让弹簧来补偿丝杠的热变形，保持预紧力近乎不变。这类支承的特点是：刚度最高，只要轴承无缝隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的四倍。安装时需要螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难：丝杠一般不会受压，无压杆坚固问题，固有频率比一般固定要高。滚珠丝杠的支承轴承应采用滚珠丝杠专用轴承，这是一种特其他向心推力球轴承，其接触角增大到60度，增加了滚珠数量并相应减小了滚珠直径，使轴向刚度增大到一般向心推力球轴承的两倍。该轴承一般是成套销售，出厂时已调好预紧力，使用极为方便。我们纵向进给系统中左端采用成对滚珠丝杠专用轴承，右端采用深沟球轴承。横向进给系统中采用深沟球轴承。4.5.2滚珠丝杠轴承的校核纵向右端深沟球轴承的校核左端采用了滚珠丝杠专用双列成对向心推力球轴承，不需要校核。已知：d=30mm,n=50r/min.轴承所受轴向载荷A=2.53KN,所受径向载R=1.34KN,Lh′=15000h采用6306型轴承，查手册：由得：e=0,34由:A/R=2.53/1.34=1.888A/R>e查表得：径向载荷系数轴向载荷系数则因轴承工作温度不高故查表取6ftCr31061*20.8*1033Lh=1060n()(1.5*4.065*103)16231hfpPr60*50Lh>Lh′=15000故轴承满足设计要求。使用机械设计手册电子版V3.0常用设计计算程序中转动轴承设计，盘问结果以下：转动轴承设计报告一、设计信息48设计者Name=李晓瑞设计单位Comp=中国矿业大学设计日期Date=2007-5-