普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)(ca6132)_圖文.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課題名稱：普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：陳燊 學(xué)號(hào)：01320131Y19 院系：機(jī)械系 專業(yè)：數(shù)控技術(shù) 班級(jí)：13gz數(shù)控1班 指導(dǎo)老師：馬麗起訖時(shí)間：2016年4月1日 至 2016年5月10日CA6132型普通車床數(shù)控化改造陳燊摘 要 目前鑒于機(jī)械制造行業(yè)對(duì)于加工精度與加工效率的要求不斷提升，普通車床已難以承擔(dān)以上重任。但基于普通車床基數(shù)大數(shù)控車床價(jià)格昂貴的前提，普通車床數(shù)控化改造勢(shì)在必行。改造完成的新型機(jī)床具有適應(yīng)性較強(qiáng)、加工精度較高、生產(chǎn)效率較高和加工質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。它綜合地應(yīng)用了計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、高精度測(cè)量和創(chuàng)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的前沿技術(shù)，是今后機(jī)床控制的明確發(fā)展方向之一。關(guān)鍵詞：普通車床CA6132；數(shù)控化改造；伺服系統(tǒng)；滾珠絲杠目 錄摘要.2緒論.4第1章 CA6132車床數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬訂.7 1-1 總體方案.71-2 設(shè)計(jì)XY數(shù)控工作臺(tái)及其控制系統(tǒng) .8 第2章 CA6132車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算.92-1 脈沖當(dāng)量選擇.92-2 切削力計(jì)算.92-3 滾珠絲杠螺母副計(jì)算和選型.102-4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算.152-5 步進(jìn)電機(jī)計(jì)算與選型.16第3章 CA6132電氣部分改造.22總結(jié).23參考文獻(xiàn).緒 論隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品越來(lái)越精密復(fù)雜，且需頻繁改型，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，所以數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。但隨之而來(lái)的是普通機(jī)床的安置問(wèn)題，單純地棄之不用對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)太過(guò)浪費(fèi)；另一方面，數(shù)控車床價(jià)格較之普通車床太過(guò)昂貴。因此，市場(chǎng)對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造的呼吁之聲，日益高漲。一數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生美國(guó)最 早開(kāi)始研制數(shù) 控機(jī)床。1948年，在美國(guó)帕森 斯公司研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī) 床任務(wù)時(shí)，首先提出了研制數(shù) 控機(jī)床的設(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)室建立合作，開(kāi)始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并在1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)樣機(jī)（這是一臺(tái)采用了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 靠性且機(jī)床的價(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)的發(fā)展不僅僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到其它機(jī)械設(shè)備的升級(jí)上，因此使數(shù)控技術(shù)不斷擴(kuò)展應(yīng)用的范圍直至今天。二數(shù)控機(jī)床的發(fā)展從美國(guó)研制第一臺(tái)數(shù) 控機(jī)床以來(lái)，隨著與數(shù)控相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和更新?lián)Q代，先后經(jīng)過(guò)了五個(gè)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)始采用晶體管電路控制的數(shù)控系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路控制的數(shù)控系統(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)控制的數(shù)控系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從1974年開(kāi)始采用微機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)。第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上代替了以往的絕大多數(shù)的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代化的數(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)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，只需改變相應(yīng)的輸入軟件，就可以適應(yīng)不同類型不同功能機(jī)床的控制要求，具有很大的適應(yīng)性。隨著集成 電 路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù) 控裝置中，使其體積日益變小，價(jià)格逐年降低，可靠性顯著提高，功能也更加完善和穩(wěn)定。近年來(lái)，微型電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益進(jìn)步，它的成果正在不斷擴(kuò)張到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中以及隨之出現(xiàn)的計(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)控制系統(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)展前景。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)等首先開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，并研制了成功第一臺(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，借此我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展在品種上、性能上以及技術(shù)上均有了質(zhì)的變化。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、高適應(yīng)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，還要求具有更高要求的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成自動(dòng)化制造系統(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位以及32位微機(jī)處理器、數(shù)據(jù)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)床分辨率精度高達(dá)0.1微米，高速進(jìn)給速度高達(dá)100m/min,控制軸數(shù)高達(dá)16個(gè)軸，并采用非常先進(jìn)的電裝工藝等等。至于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也發(fā)展得非常迅速。交流傳動(dòng)已由模擬向數(shù)字方向發(fā)展，以運(yùn)放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)字集成電路所取代，從而解決了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等干擾精度的因素。五數(shù)控機(jī)床改造的意義數(shù)控機(jī)床改造在西方各國(guó)已發(fā)展成一個(gè)新興的行業(yè)，早在60年代已經(jīng)開(kāi)始便已誕生，其發(fā)展的原因是多方面因素導(dǎo)致的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和生產(chǎn)上的眾多因素。我國(guó)是擁有300多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的機(jī)械制造大國(guó)。而這些機(jī)床又大多是使用多年的老舊機(jī)床，全部替換為數(shù)控機(jī)床以我國(guó)機(jī)床制造廠的經(jīng)濟(jì)實(shí)力是無(wú)法承受的。因此，盡快將我國(guó)現(xiàn)有普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)數(shù)控化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求處理的難題。數(shù)控化改造是建立在微電子控制技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上的。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，而且在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動(dòng)化改裝方案，有較大的推廣性與適應(yīng)性。而且改造費(fèi)用較低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的百分之三十左右（具體視情況而定），用戶可以承受。從相關(guān)成功應(yīng)用的事例可以證明，投入使用后，成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，獲得了顯著的經(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)的機(jī)械加工環(huán)境，普通機(jī)床的數(shù)控化改造已成為我國(guó)機(jī)械設(shè)備技術(shù)改造主要方向。同時(shí)，它還可以成為全功能數(shù)控機(jī)床換代的準(zhǔn)備時(shí)期，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)技術(shù)人才，積累維護(hù)經(jīng)驗(yàn)、熟練使用經(jīng)驗(yàn)，而且實(shí)現(xiàn)了我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)向機(jī)電一體化制造技術(shù)發(fā)展。第一章 CA6132車床數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定1-1 總體方案確定一、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、逆時(shí) 針插補(bǔ)、暫 停、循 環(huán)加工、公英制螺 紋加工等功能，并且在車削加工中，要求刀具沿X Y軸運(yùn)動(dòng)有確 定的函 數(shù)關(guān)系（即：刀具以給定的速 率相對(duì)于工件沿加工路徑運(yùn)動(dòng)）， 所以不能選用點(diǎn)位 控制系統(tǒng)，因?yàn)辄c(diǎn)位 控制系統(tǒng) 要求工件相對(duì) 于刀 具移動(dòng)過(guò)程中 不進(jìn)行切削。因此，改造后的機(jī)床 應(yīng)選用連續(xù)控制系統(tǒng)。CA6132型 車床改造屬 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(kāi) 環(huán)控 制系統(tǒng)，因?yàn)殚] 環(huán)控制系統(tǒng)適 用于精 度 要求 較高的機(jī)床設(shè)計(jì)，且閉環(huán) 控制系統(tǒng)的造價(jià)昂貴。二、控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用PLC控制。由于PLC控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，工作環(huán)境 不挑剔，易于檢修等特點(diǎn)，且對(duì)PIC系統(tǒng)較為熟悉，因此采用PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 三、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)過(guò)齒輪減速再傳向傳動(dòng)杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，所以選用滾珠絲杠螺母副以及滾動(dòng)導(dǎo)軌。 同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除齒間間隙，所以采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)。 齒輪傳動(dòng)也采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。 1-2 設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及參數(shù)在任務(wù)書(shū)中已經(jīng)給出。系統(tǒng)總體方案見(jiàn)圖1-1根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，采用連續(xù)控制系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。這樣可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，調(diào)試和維修都比較容易。為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件以避免上述不利因素的產(chǎn)生。此工作臺(tái)采用滾珠絲杠螺母副和滾動(dòng)導(dǎo)軌。為盡量消除傳動(dòng)間隙，可設(shè)法調(diào)整傳動(dòng)齒輪的中心距以消除齒側(cè)間隙。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仍采用AT89S51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 PLC Z向步進(jìn)電機(jī)功率放大光電隔離上拖板 X向下拖板 步進(jìn)電機(jī)光電隔離功率放大 圖1-1 CA經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體方案框圖第二章 CA6140車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算一臺(tái)CA6132普通車床改造成數(shù)控車床，采用PLC控制系統(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。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：加工最大直徑：在床面上 320加工最大長(zhǎng)度：700溜板及刀架重力： 縱向 960N 橫向 600N刀架快速速度: 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min最大進(jìn)給速度: 縱向 0.8m/min 橫向 0.4m/min主電機(jī)功率 5.4Kw起動(dòng)加速時(shí)間 25ms機(jī)床定位精度: 0.01mm伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)：確定系統(tǒng)的負(fù) 載、確定系統(tǒng)脈 沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣 量計(jì)算，空 載起動(dòng)及切削力計(jì)算，確定伺服電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo) 向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖?，F(xiàn)分述如下：2-1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的選擇一個(gè)進(jìn)給脈沖，使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量，也稱為機(jī)床的最小設(shè)定單位（脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)最基本技術(shù)參數(shù)）。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床車床常采用的脈沖當(dāng)量是0.010.005mm/脈沖。根據(jù)機(jī)床精度要求調(diào)研確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/脈沖，橫向：0.005mm/脈沖2-2 切的計(jì)算削力在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算傳動(dòng)和導(dǎo)向元件，選用伺服電機(jī)等都需要根據(jù)切削力計(jì)算，以下是數(shù)控車床中的切削力的計(jì)算。1.縱車外圓主切削力F (N)按齒輪傳動(dòng)的效率計(jì)算: =0.67D=0.67320=3835 切削力各分力比例如下： =38350.25=959 =38350.4=153 2.橫切端面主切削力可取縱切里的二分之一 此時(shí)走刀抗力為(N),吃刀抗力為，仍按上述比例粗略計(jì)算: :=1:0.25:0.4 =19180.25=480 =19180.4=7672-3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的選型首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式等。結(jié)構(gòu)類型確定之后，即可計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，例如：公稱直徑d0（絲杠外徑d），導(dǎo)程，圈數(shù)j，列數(shù)K等。滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。在此選用螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，與螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進(jìn)入通孔。擋珠器用圓形型鋼彎成弧形，并焊接上螺栓，固定在螺母上。它的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，螺母外徑尺寸較小。與此同時(shí)缺點(diǎn)是：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確，擋珠器鋼性差、耐磨性差。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有以下幾種，雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過(guò)盈滾珠預(yù)緊等。本次設(shè)計(jì)選用雙螺母螺紋式預(yù)緊結(jié)構(gòu)，它通過(guò)調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，工作可靠，滾道磨損時(shí)可隨時(shí)調(diào)整，預(yù)緊量不很準(zhǔn)確，應(yīng)用較普遍。1、 縱向進(jìn)給絲杠1.計(jì)算進(jìn)給率引力(N)滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削時(shí)的走 刀抗力以及移 動(dòng)部件的重 量以及切 削分力作用在導(dǎo)軌上的摩 擦力，其數(shù)值大小和導(dǎo)軌有關(guān)?？v向進(jìn)給導(dǎo)軌為綜合型導(dǎo)軌由上可知： =959 N=3835 N=960 N=1.15=0.16 得：(N)= +(+G) =1.15959+0.16(3835+960)=1870 N式中 考慮受力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù),綜合導(dǎo)軌取K=1.15; -滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.150.18;-溜板及刀架重力: =960 N.2. 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載滾珠絲杠副的直徑d0，必須保證在一定軸向負(fù)載的作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)后在滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕磨損和變形等現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載，由此： = = 式中 -滾珠絲杠導(dǎo)程,初選=6; -最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的(),此處=0.5m/min -使用壽命,按15000h; -運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.21.5; -壽命，以10轉(zhuǎn)為1個(gè)單位。將數(shù)據(jù)分別帶入上式得： =83r/min=75=1.21870=9463 N3. 滾珠絲杠螺母副的選型查閱下表,可采用江漢機(jī)床廠C1型2506-2.5滾珠絲杠副,循環(huán)列數(shù)2.5圈,其額定動(dòng)負(fù)載為9610 N.（序號(hào)7） 4.傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： =0.073789367 0.075541426式中 螺旋升角, =422 -摩擦角取10滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004將各數(shù)據(jù)帶入上式得： = 5. 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量；滾珠與螺紋滾道間的接觸變形；支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形；滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起導(dǎo)程的變化量；和螺母座及軸承支座的變形。最后一種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。因此滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是前三種變形量，他們的和應(yīng)不大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副?？v向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖2-1所示。最大牽引力為1870 N.軸承支撐間距=700，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 圖2-1 （1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲桿在工作中可能會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的允許安全系數(shù)（S），見(jiàn)下表。絲杠不發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，其計(jì)算公式為=E-絲杠材料的彈性模量。對(duì)于鋼，E=206GPa;l-絲杠工作長(zhǎng)度；-絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩；-長(zhǎng)度系數(shù)。=N安全系數(shù)S=179.7，查上表，（S）=3-4. S(S),絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。（2） 高速長(zhǎng)絲杠工作是可能產(chǎn)生共振，因此需驗(yàn)證其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速-臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。=9910=991010927 r/min=10000 r/min,所以絲杠工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生共振。 （3）滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求7 =50所以該絲杠副工作穩(wěn)定。2-4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算1.縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量=0.01滾珠絲杠導(dǎo)程=6，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75。可計(jì)算出傳動(dòng)比 =0.8可選定齒輪齒數(shù)為: =或2.橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量=0.005 ,滾珠絲杠導(dǎo)程=6,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75可計(jì)算傳動(dòng)比 : =0.48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的有效行程,故此處可采用兩級(jí)齒輪降速: = =24、=40、=20、=25因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取2。有關(guān)參數(shù)如下:表2-1齒數(shù)324024402025分度圓648048804050齒頂圓688452844454齒根圓597543753545齒寬（610）202020202020中心距7264452-5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須首先根據(jù)機(jī)械結(jié) 構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn) 動(dòng)慣 量的數(shù)據(jù)分別計(jì)算各種工況下所需的等 效力矩，在根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜 轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩 頻特性選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。一、縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算1.等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算見(jiàn)圖2-1，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的慣量（）可由下式計(jì)算： =+式中 -步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）;、-齒輪、的傳動(dòng)慣量（）;-滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。參考市場(chǎng)上較常見(jiàn)的數(shù)控機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)150BF，起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10。 =0.7810=0.78106.42=2.62=0.7810=0.78*1082=6.39=0.78104150=29.952=1000 N代入上式： =+=10+2.62+=36.474考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題 /=10/36.474=0.274基本滿足匹配的要求。2.電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面按個(gè)階段計(jì)算：（1） 快速空載起動(dòng)力矩起 。在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 起 =+ =10= =將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 =500 。起動(dòng)加速時(shí)間 =30 =36.47410=636.6 N折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： = =94 N附加摩擦力矩： = =805.30.19=153 N上述三項(xiàng)合計(jì)：起 =+ =636.6+94+153=881.5 N（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩快 快=+=94+153=247 N（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩切 切=+=+ =94+153+=94+153+127.96 =375 N從上面的計(jì)算可以看出，起、快和切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以次作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，=0.951。最大靜力矩=881.5/0.951=927 N 。按此最大靜轉(zhuǎn)距從表查出，型最大靜轉(zhuǎn)距為13.72 N 。大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，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)距頻特性和運(yùn)行距頻特性。3.計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 =4000 HZ=1000 HZ從表中查出 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800 HZ運(yùn)行頻率為8000 HZ ， 130BF001步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如圖2-3，2-4所示，可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500Hz時(shí)，M=100，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（881.5）直接使用將會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制，將起動(dòng)頻率將到1000Hz時(shí)，起動(dòng)力矩可增到588.4，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可以將步進(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)，130BF001型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（圖2-4）完全可以滿足要求。二、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型電機(jī)選為計(jì)算步驟如上所述，經(jīng)計(jì)算滿足要求，此處計(jì)算略。第3章 CA6132電氣部分改造電氣控制線路主電路如圖a 所示，QF1QF4 為空氣開(kāi)關(guān)，F(xiàn)U 為熔斷器，這些開(kāi)關(guān)對(duì)控制電路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。M1為7. 5 kW主電機(jī)，選擇三菱FR - A540 - 7. 5K- CH變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，交流接觸器KM1 控制變頻器的通電和斷電。當(dāng)變頻器無(wú)故障時(shí)，B 端觸頭閉合，KM1線圈得電，變頻器通電；當(dāng)變頻器有故障時(shí)，B 端觸頭斷開(kāi)，KM1 線 圈失電，其常開(kāi)觸 頭斷開(kāi)，變頻器 自動(dòng)斷電，同時(shí)A 端 觸頭 閉合，指示燈HL 顯示報(bào) 警。FR1 為熱繼電器，對(duì)主 軸 電 機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，RC1 為三相 滅弧器，構(gòu)成三相負(fù) 載的阻容 吸收回 路，能夠抑制接 觸器吸合釋放時(shí) 的干 擾 噪聲。L 是為改善 功率因素而使用的交 流電抗器。R、S、T 為變頻器的電 源輸入端，U、V、W 為輸出控制電機(jī)端，STF 和STR 分別接主軸正反轉(zhuǎn)控制 繼電器觸頭KA1 和K A2 ，2 和5分別 接主軸模 擬量輸 出信號(hào)（0 + 10V） AO4 和AGND4 ，以控制變 頻器的輸 出電壓 頻率。執(zhí)行過(guò) 程為：當(dāng)PLC發(fā)出主軸正反轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，KA1或KA