3264 普通C6143車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造

3264 普通C6143車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造,普通,c6143,車床,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控,改造 第 1 頁(yè) 共 32 頁(yè)XXXX 大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目：C6143 型臥式車床的數(shù)控化改造及橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)院 （系）： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起止時(shí)間： 第 2 頁(yè) 共 32 頁(yè)[摘要] 針對(duì)現(xiàn)有常規(guī) C6143 普遍車床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說(shuō)明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了 C6143 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。采用以 8031 為 CPU 的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是我國(guó)從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺(tái)階。利用現(xiàn)有的普通車床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。數(shù)控車床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，數(shù)控機(jī)床的占有率還不足百分之三，但是在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的占有率達(dá)到了百分之三十六以上，單從數(shù)字上來(lái)看我過(guò)和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家還有相當(dāng)大的距離。其主要原因?yàn)閿?shù)控車床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。在金屬加工行業(yè)中車床在所有加工設(shè)備中占有最大比重，例如最常見(jiàn)的軸類零件，就是由車床加工而成本論文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀，以 C6143 普通車床為例提出簡(jiǎn)易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造思路和設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床， 單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，改裝設(shè)計(jì)， 伺服電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 電氣控制線路 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠 數(shù)控改造， 第 3 頁(yè) 共 32 頁(yè)AbstractTo remedy the defects of ordinary lathe C6143, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine’s usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 China's actual conditions and economic CNC lathe is from the ordinary to the lathe and NC lathe important development stage.Use of existing ordinary lathe, NC transformation is its low cost and highly efficient way.CNC lathe as a typical electromechanical integration products, machinery manufacturing plays an enormous role,good solution to the structural complexity of modern machinery, precision, small batches, changeable parts processing,able to stabilize the quality of the processing products, a significant increase in production efficiency.As the big machine, CNC machine tools was less than 3.0% share.However, in Europe and the United States and other developed countries to achieve the 36% share of the CNC machine moreI can see from the figures over Europe and the United States and other developed countries there is still a considerable distance.The main reason for the higher prices of CNC lathe, a one-time investment to fill larger enterprises.CNC transformation of the ordinary would be a better process.Lathe in the metal processing industry accounts for the largest proportion of all processing equipment, for example, the most common shaft.Papers from the machining cost is the present status of domestic enterprises.Simple C6143 made to the general economic NC lathe ideas and design methods.KEY WORDS： numerical control machine tool, single chip microcomputer system，reform design，The C6143 servo electrical machinery transmission system control system electricity control line economical numerical control changes 第 4 頁(yè) 共 32 頁(yè)目錄1.緒論…………………………………………………………………………‥ 12.設(shè)計(jì)要求‥………………………………………………………………… 32.1 總體方案設(shè)計(jì)要求……………………………………………………… 32.2 設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………………………… 42.3.其它要求………………………………………………………………… 73.進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………… 83.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)…………………………………………… 83.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型………………………………… 83.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量………………………………………………………… 93.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇雨校核步驟……………………… 93.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟………………………… 12 3.2.4 齒輪有關(guān)計(jì)算…………………………………………………………………… 133.2.4（1）縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算……………………………………………143.2.4 (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算……………………………………… 154. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型……………………………………………… 204.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則………………………… ………………… 204.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折……………………………… ……………………… 215.主軸交流伺服電機(jī)…………………………… …………… ………………225.1 主軸的變速變速范圍…………………………………………………… 225.2 初選主軸電機(jī)的型號(hào)…………………………………………………… 225.3 主軸電機(jī)的校核………………………………………………………… 22 7.車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)…………………………… ………………………277.1.滾珠絲桿…………………………………… ……………………………277.2 導(dǎo)軌副…………………………………………………………………… 277.3 安裝電動(dòng)卡盤(pán)…………………………………………………………… 277.4 脈沖發(fā)生器…………………………………………………………… … 27 第 5 頁(yè) 共 32 頁(yè)8．安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題……………………………………………… 288.1 滾珠絲杠螺母副的選擇………………………………………………… 288.2 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整………………………………………………… 288.3 聯(lián)軸器的安裝…………………………………………………………… 288.4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝……………………………………………… 28結(jié)論…………………………………………………………………………… 29參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………… 30第 6 頁(yè) 共 32 頁(yè)1 緒論普通車床是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)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(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(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。一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床最早是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1948 年，美國(guó)帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開(kāi)始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于 1952 年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過(guò)三年改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，于 1955 年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到 20 世紀(jì) 50 年代末，由于價(jià)格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了 60 年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開(kāi)始下降，一些民用工業(yè)開(kāi)始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展自 1952 年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。第一代數(shù)控：1952-1959 年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從 1959 年開(kāi)始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從 1965 年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的 NC 系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從 1970 年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從 1974 年開(kāi)始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)第 7 頁(yè) 共 32 頁(yè)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來(lái)，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。三、我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況我國(guó)從 1958 年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從 1965 年開(kāi)始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到 60年代末和 70 年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。與此同時(shí)，還開(kāi)展了數(shù)控加工平面零件自動(dòng)編程的研究。1972-1979 年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開(kāi)始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開(kāi)始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。從 80 年代初開(kāi)始，隨著我國(guó)開(kāi)放政策的實(shí)施，先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó) GE 公司的 MTC-1 數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開(kāi)發(fā)出 BSO3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和 BSO4 全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部 706 所研制出 MNC864 數(shù)控系統(tǒng)等。進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床已跨入一個(gè)新的發(fā)展階段。四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國(guó)的 SIEMENS 和美國(guó)的 A-B 公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了 16 位和 32 位微機(jī)處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)第 8 頁(yè) 共 32 頁(yè)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到 1MB 以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1 微米，高速進(jìn)給可達(dá) 100m/min,控制軸數(shù)可達(dá) 16 個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。五、數(shù)控機(jī)床改造的意義數(shù)控機(jī)床改造在國(guó)外已發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門(mén)，早在 60 年代已經(jīng)開(kāi)始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和生產(chǎn)上的原因。我國(guó)是擁有 300 多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，不論資金和我國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國(guó)現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動(dòng)化改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的 1/3 至 1/5，用戶承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時(shí)，它還可以作為全功能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化的方向過(guò)渡的主要內(nèi)容之一。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)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(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。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(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)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。第 9 頁(yè) 共 32 頁(yè)2 設(shè)計(jì)要求2.1 總體方案設(shè)計(jì)要求總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。（1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中，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)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS—51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。（7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦 小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。（8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力?？傮w方案設(shè)計(jì)圖如下圖（2）所示：進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖（3）所示：第 10 頁(yè) 共 32 頁(yè)加 工 工 件 形 狀 編 程 手 工 輸 入 計(jì) 算 機(jī) 磁 帶控 制 計(jì) 算 機(jī)功 率 放 大 器車 床 步 進(jìn) 電 機(jī)變 速 箱變 速 箱步 進(jìn) 電 機(jī)工 件 圖 （ 2） 數(shù) 控 車 床 改 造 的 總 體 方 案 示 意 圖微機(jī)光電隔離光電隔離 功率放大功率放大 Z向步 進(jìn)電 機(jī)步 進(jìn)電 機(jī)X向 床 鞍 及 拖 板中 拖 板圖 （ 3） 經(jīng) 濟(jì) 性 數(shù) 控 車 床 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 方 案 框 圖2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)?，F(xiàn)列出 C6143 臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)：名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 430mm工件最大直徑第 11 頁(yè) 共 32 頁(yè)在刀架上 210mm頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm公制螺紋 mm 1---12(20 種)加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2---24(20 種)模數(shù)螺紋 mm 0.25---3(11 種)徑節(jié)螺紋 t/m 7---96(24 種)最大通過(guò)直徑 48mm孔錐度 莫氏 6#主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/min反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14---1580r/min縱向級(jí)數(shù) 64進(jìn)給量 縱向范圍 0.028---6.33mm/r橫向級(jí)數(shù) 64橫向范圍 0.014---3.16mm/r滑板行程 橫向 320mm縱向 650;900;1400;1900mm最大行程 140mm刀架 最大回轉(zhuǎn)角 ±90°刀杠支承面至中心的距離 26mm刀杠截面 B×H 25×25mm頂尖套莫氏錐度 5#尾座第 12 頁(yè) 共 32 頁(yè)橫向最大移動(dòng)量 ±10mm外形尺寸 長(zhǎng)×寬×高 2418×1000×1267mm圓度 0.01mm工作精度 圓柱度 200:0.02平面度 0.02/φ300mm表面粗糙度 Ra 1.6---3.2μm主電動(dòng)機(jī) 7.5kw電動(dòng)機(jī)功率總功率 7.84kw改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大加工直徑 在床面上 400mm在床鞍上 210mm最大加工長(zhǎng)度 1000mm快進(jìn)速度 縱向 2.4m/min橫向 1.2m/min最大切削進(jìn)給速度 縱向 0.5m/min橫向 0.25m/min溜板及刀架重力 縱向 800N橫向 600N代碼制 ISO第 13 頁(yè) 共 32 頁(yè)脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2脈沖當(dāng)量 縱向 0.01mm/脈沖橫向 0.005mm/脈沖機(jī)床定位精度 ±0.015mm刀具補(bǔ)償量 0mm---99.99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 0.15mm橫向 0.075mm自動(dòng)升降速性能 有2.3.其它要求（1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量 ，以降低成本縮短改造周期。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。第 14 頁(yè) 共 32 頁(yè)3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示：第 15 頁(yè) 共 32 頁(yè)3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，常采用的脈沖當(dāng)量為 0.01mm/step 和 0.005mm/step,在C6143 的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量 fp 為 0.01mm/step。橫向脈沖當(dāng)量為fp=0.005mm/step。3.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇雨校核步驟（1）最大工作荷載計(jì)算滾珠絲杠的工作載荷 Fm（N ）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于原普通 C6143 車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式 3-1 計(jì)算工作載荷的大小。Fm=KFL+f’(Fv+G) （3-1 ） 1）車削抗力分析車削外圓時(shí)的切削抗力有 Fx﹑Fy﹑Fz，主切削力 Fz 與主切削速度方向一致垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力 Fy 與縱向進(jìn)給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力 Fx 與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它?？v切外圓時(shí)，車床的主切削力 Fz 可以用下式計(jì)算：Fz=CFzα PXFzfyFzVnFz KFz （3-2） =5360(N)由《金屬切削原理》知：Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 （3-3） 得 Fx=1340(N)Fy=2144(N)因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)第 16 頁(yè) 共 32 頁(yè)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷 F1﹑Fv 和 Fc 與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，作用在進(jìn)給托板上的載荷可以按下式求出：托板上的進(jìn)給方向載荷 F1=Fx=1340(N)托板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N)托板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N) 因此，最大工作載荷 Fm=KFL+f’(Fv+G) =1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8)=1790.68(N) 對(duì)于三角形導(dǎo)軌 K=1.15, f’=0.03～0.05,選 f’=0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G 是縱向﹑橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向﹑橫向溜板箱的重量為 75kg,刀架重量為 15kg.（2）最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷 Ca 選用，可用式 3-4 計(jì)算：C= fmm （3-4）3??L 為工作壽命，單位為 10r，L=60nt／10;n 為絲杠轉(zhuǎn)速（r／min）,n=1000v／L 0;v為 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m／min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3;L0 為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得 L0=12mm;fm 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)有沖擊振動(dòng)，所以取 fm=1.5.V 縱向=1.59mm/r×1400r/min=2226mm/minn 縱向=v 縱向×1/2/L 0=2226×1/2/12=92.75r/min ∴ L=60nt/10 6=60×92.75×15000/106=83.5則 C= fmFm = ×1.5×1790.68=11740（N）3?? 383.5初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷 Ca 不得小于最大載荷 C;因此有Ca＞C=11740N另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 Coa 是否充分地超過(guò)了滾珠絲杠的工作載荷 Fm,一般使 Coa/Fm=2～3.初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。考慮到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為型 CD63×8-3.5-E 型，主要參數(shù)為Dw=4.763mm,Lo=8mm,dm=63mm,λ=2 o19 ’，圈數(shù)×列數(shù) 3.5×1 （3）縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 ηη=tgλ/tg(λ+φ)=tg2 o19 ’/tg(2o19 ’+10’)=92% （3-5）第 17 頁(yè) 共 32 頁(yè)2）剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。1 絲杠的拉壓變形量 δ1δ1=±Fml/EA （3-6）=±1790.68×2280/20.6×10×π×(31.5) 2=0.0064mm2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 δ2采用有預(yù)緊的方式，因此用公式 δ2=0.0013× ????3????????????∑2 （3-7）=0.0013× 21790.6834.763×1790.683 ×145.36 =0.0028mm在這里 Fyj =1/3Fm=1/3×1790.68=597NZ=πdm/Dw=3.14×63/4.763=41.53Z∑=41.53×3.5×1=145.36 絲杠的總變形量 δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm>4所以絲杠很穩(wěn)定。3.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟（1）型號(hào)選擇1）最大工作載荷計(jì)算由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k=1.4 f’=0.05,F1 為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷，F(xiàn)l=2141N,Fv=5360N,Fc=1340N,G=60kg,t=15000h,最大工作載荷：Fm=kF1+f’(Fv+2Fc+G)=1.4×2144+0.05(5360+2×1340+9.8×75)=3440.4N2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算V 橫=1400r/min×0.79mm/r=1106mm/minn 橫絲=v 橫×1/2/L 0縱=1106×1/2/4=138.25r/minL=60nt/=60×138.25×15000/106=124.43C= fmFm = ×1.5×3440.4=25763.7N3?? 3124.43∴初選滾珠絲杠型號(hào)為：CD50×6-3.5-E其基本參數(shù)為 Dw=3.969mm,λ=2 o11’,L0=6mm,dm=50mm,圈數(shù)×列數(shù)×3.5×1(2) 橫向滾珠絲杠的校核1）傳動(dòng)效率 η 計(jì)算η==tgλ/tg(λ+φ)=tg2 o11 ’/tg(2o11 ’+10’)=93%2) 剛度驗(yàn)算1. 絲杠的拉壓變形量δ1=±Fm×L/EA=±3440.4×320/20.6×10 4×π×25 2=±0.0027mm2.滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2=0.0013× ????3????????????∑2 =0.0013× 23440.433.969×3440.43 ×145.36 =0.0070mm在這里 Fyj=Fm/3=3352.6/3=1118N第 19 頁(yè) 共 32 頁(yè)Z=πdm/Dw=3.14×50/3.969=39.56Z∑=39.56×3.5×1=138.48絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0027+0.0070=0.0097mm<0.015mm查表知 E 級(jí)精度允許的螺距誤差為 0.015mm，故所選絲杠合格（3）滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)：數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用 1---5 級(jí)精度的滾珠絲杠，1---5 級(jí)度絲杠的行程公差數(shù)值如表（2）所示：精度等級(jí)項(xiàng)目 符號(hào)有效行程lm/mm 1 2 3 4 5＜315 6 8 12 16 23315~400 7 9 13 18 25400~500 8 10 15 20 27 目標(biāo)行程公差 ep500~630 9 11 16 22 30＜315 6 8 12 16 23315~400 6 8 12 17 25400~500 7 10 13 19 26行程變動(dòng)量公差 Vmp500~630 7 11 14 21 29任意 300mm 內(nèi)行程變動(dòng)量 V300p 6 8 12 16 232πrad 內(nèi)行程變動(dòng)量 V2πp 4 5 6 7 8表（2）滾珠絲杠行程公差/μm3.2.4 齒輪有關(guān)計(jì)算(1)縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算1）有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知：工作臺(tái)重量：W=80kgf=800N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=12mm步距角: α=0.75°/step脈沖當(dāng)量: δ p=0.01mm/step快速進(jìn)給速度：V max=2m/min所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比i= = = =2.5 （3-9） Z2 Z1 φ L0360δ p 0.75×12 360×0.01 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=32 , Z2=40 ,模數(shù) m=2mm齒寬 b=20mm 壓力角 α=20°第 20 頁(yè) 共 32 頁(yè)齒輪的直徑 d 1=mz1=2×32=64mmd2=mz1=2×40=80mmdα2 =d1+2ha*=68mmdα2 =d2+2ha*=84mm兩齒輪的中心矩 a= = =72mmd1+d22 64+8022）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:J1=W( )2= ( )2 ×80× =0.467kg.cm2 （3-180δ pπφ 180×0.01 3.14×0.75 1100 10）對(duì)材料為鋼的圓柱形零件,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算:J=7.8×10-4D4L kg.cm2 （3-11） 式中 D---圓柱形零件的直徑,cmL---零件的軸向長(zhǎng)度,cm所以,絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:J1=7.8×10-4+D4L1=7.8×10-4×3.24×140.3=11.475 kg.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: =7.8×10-4×6.44×2=2.617 kg.cm2 ????1=7.8×10-4×84×2=6.39 kg.cm2JZ1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可忽略。因此，折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=(1/i2)（J S+Jz2）+Jz1+J1=(1/2.5 2)（11.475+6.39）+2.617+0.467=5.942 kg.cm2=59.42N. cm2絲杠名義直徑/mm 導(dǎo)程/mm1m 長(zhǎng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm2絲杠名義直徑/mm 導(dǎo)程/mm1m 長(zhǎng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm220 4 0.94 50 10 35.76第 21 頁(yè) 共 32 頁(yè)5 0.84 12 31.985 2.24 8 81.58256 2.00 10 78.025 4.916012 74.96306 4.47 8 157.355 9.26 10 150.476 8.727012 145.13358 8.30 10 263.495 16.29 80 12 255.846 15.45 10 420.31408 15.18 90 12 392.756 26.13 12 649.568 24.54 16 615.164510 22.6310020 562.446 39.75 20 1233.93508 37.64 120 24 1144.60表(3)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩M=Mamax+Mf+Mo最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M=Mf+Mo式中, Mamax---空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩;Ma---折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩 ;Mf---折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩;Mo---由絲杠預(yù)緊所引起 ,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩;Mat---切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩;Mt---折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩;Ma= ×10-4N.m （3-12 ）????9.6??式中, J---轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, kg.cm2n---絲杠轉(zhuǎn)速,r/minT---時(shí)間常數(shù),s第 22 頁(yè) 共 32 頁(yè)當(dāng) n=nmax 時(shí) Ma=Mamaxnmax= = =416.7 r/min??????????Lo 2000×2.512 Mamax= ×10-4=2.49N.m5.942×416.79.6×0.025 當(dāng) n=nt 時(shí), Ma=matnt= = = =24.88 r/min??主 ??????1000??π D fi L0 1000×100×0.3×2.53.14×80×12 Mat= ×10-4=0.0616N.mMf= = N.cm 59.42×24.889.6×0.25 FoLo 2πη i f’wLo 2πη i（3-13 ）式中 f’---導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)nt---切削加工時(shí)的轉(zhuǎn)速， r/min;w---移動(dòng)不見(jiàn)的重量，N;Lo---絲杠導(dǎo)程，cm;i---傳動(dòng)比；η--- 傳動(dòng)效率。當(dāng) η=0.8 f’=0.16 時(shí)，Mf= = 12.23 N.cmMo= (1- ) 0.16×800×1.22×3.14×0.8×2.5 FoLo2πη i η 2??（3-14 ）式中， η o---絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，取 0.9FO---預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1 / 3，即 FP / 3則 Mo= = ×(1-0.92)=8.108N.cmF pLo(1-η 2??) 6πη i 1340×1.26×3.14×0.8×2.5 Mt= = =128 N.cmFxLo 2πη i 1340×1.22×3.14×0.8×2.5 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M=Mamax+Mf+Mo=103+12.23+8.108=123.338 N.cm切削時(shí)所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt=6.16+12.23+8.108+128=151.42 N.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M=Mf+Mo=12.23+8.108=20.338 N.cm由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩 Mamax 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)第 23 頁(yè) 共 32 頁(yè)Mmax=123.338 N.cm(2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算1)有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知：工作臺(tái)重量：W=30kgf=300N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=4mm步距角: α=0.75°/step脈沖當(dāng)量: δ p=0.005mm/step快速進(jìn)給速度：V max=1m/min所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比i= = = =1.67Z2 Z1 φ L0360δ p 0.75×4360×0.005＝ 53 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=18 , Z2=30 ,模數(shù) m=2mm齒寬 b=20mm 壓力角 α=20°d1=36mm d2=60mmda1 =40mm da2=64mm a=48mm2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:J1=W( )2= ( )2 ×30× =0.0439 kg.cm2180δ pπφ 180×0.0053.14×0.75 1100 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:Js=7.8×10-4×24×50=0.624 kg.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: =7.8×10-4×3.64×2=0.262 kg.cm2 ????1=7.8×10-4×64×2=2.022 kg.cm2JZ1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可忽略。因此，折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=(1/i2)（J S+Jz2）+Jz1+J1=( )2（0.624+2.022）+0.262+0.0439=1.258 35kg.cm2=12.58N. cm23)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算第 24 頁(yè) 共 32 頁(yè)nmax= = =416.7 r/min??????????Lo 10004 ×53 Mamax= ×10-4=0.2184N.m=2.18kgf.cm1.258×416.79.6×0.025nt= = = =33.17 r/min??主 ??????1000??π D fi L0 1000×100×0.15×53.14×60×4×3 Mat= ×10-4=0.0174N.m=0.174 kgf.cm1.258×33.179.6×0.025Mf= = = =0.287kgf.cm=0.028N.mFoLo 2πη i f’wLo 2πη i 0.2×30×0.4×32×3.14×0.8×5Mo= = ×(1-0.92) =0.649kgf.cm =0.065N.mF pLo(1-η 2??) 6πη i 214.4×0.4×36×3.14×0.8×5 Mt= = =10.242kgf.cm =1.024 N.mFyL02πη i 214.4×0.4×32×3.14×0.8×5所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M=Mamax+Mf+Mo=2.18+0.287+0.065=2.532kgf.cm =25.32 N.cm切削時(shí)所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt=0.174+0.287+0.649+10.242=11.352kgf.cm=113.52 N.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M=Mf+Mo=0.287+0.649 =0.936kgf.cm = 9.36N.cm由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩 Mamax 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)Mmax=2.532 kgf.cm =25.32 N.cm（3）繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖在完成滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選型，完成齒輪傳動(dòng)比計(jì)算后可以著手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。在繪制機(jī)械裝配圖時(shí)，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況以及伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)與原機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的一些問(wèn)題。1）了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。2）根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號(hào)，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號(hào)。3）減速齒輪的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，確定齒輪側(cè)隙的調(diào)整方法，在滿足裝配工藝的前提下，合理設(shè)計(jì)齒輪箱結(jié)構(gòu)。4） 考慮各部位間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座。軸承座在安第 25 頁(yè) 共 32 頁(yè)裝面上的聯(lián)接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進(jìn)電機(jī)在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。5）考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問(wèn)題。例如，絲杠螺母的潤(rùn)滑、防塵、防鐵屑保護(hù)、軸承的潤(rùn)滑及密封、齒輪的潤(rùn)滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。6）在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。此外，注意繪制裝配圖時(shí)的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布置及圖形畫(huà)法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則合理選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：4.1.1 步距角 α 步距角應(yīng)滿足 α ≤ （4-1 ）α min ??式中， i---傳動(dòng)比α min---系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角4.1.2 精度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用第 26 頁(yè) 共 32 頁(yè)累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足：△θ m≤i [△θ s] （4-2）式中， △θm ---步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 [△θs]---系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。 4.1.3 轉(zhuǎn)矩為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件a. 起動(dòng)力矩。一般選取為Mq≥MLo/0.3-0.5 （4-3）式中，M q---電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩MLo---電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（4）所示，表中 MJM 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜載矩，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6運(yùn)行方式 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12Mg/Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866表（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)、拍數(shù)啟動(dòng)力矩表在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。4.1.4 啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此，相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足：Ft≥[fop]m (4-4)式中，f t---極限啟動(dòng)頻率，[fop]m---要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折4.2.1 C6143 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定Mq= =308.35 N.cmML00.4 ＝ 123.3380.4 為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知：第 27 頁(yè) 共 32 頁(yè)Mq/Mjm=0.866所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為：Mjm= =356.06 N.cmMq 0.866＝ 308.350.866 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻