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文檔簡介
1、C6140車床數(shù)控化改造之機械系統(tǒng)改造 內(nèi)容摘要利用數(shù)控系統(tǒng)改造車床是提高老設(shè)備利用率的一種重要手段。改造后的機床除了能加工平面及孔等簡單的零件外,還能加工形狀復(fù)雜(如加工圓弧面、斜面及凸輪等)的零件,具有高精、高效及加工面廣等特點,還可以減少人工的工作量,只要輸入一定的加工程序就可以得到相應(yīng)的加工結(jié)果本文介紹了一種C6140車床數(shù)控改造的機械系統(tǒng)部分改造的一種方案。改造后機床利用微型計算機控制伺服電機轉(zhuǎn)動,縱橫向進給運動改造成分別用伺服電機來控制,普通絲杠被改裝成一對齒輪和滾珠絲杠,伺服電機帶動齒輪運動,再將動能傳到滾珠絲杠,滾珠絲杠轉(zhuǎn)動使工作臺移動。論文最后對系統(tǒng)的誤差及精度進行分析,并提
2、出改進的方法、建議。關(guān)鍵詞:數(shù)控改造 機械系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng) 伺服電機AbstractUtilizing NC system reforms lathes is an important method to heighten the rate of old equipments. The innovated lathe characterizes high precision 、high efficiency and wide-machining and so forth, and it can save workload .Only some machining program input ,t
3、he corresponding result will be doneThis article introduces a way of economic NC reform of C6140 lathe at its mechanical system .The reformed system uses microcomputer to control the servo electromotor. The x-axis and y-axis forward-moving systems are controlled by respective electromotor . The ordi
4、nary screw lever will be changed into a pair of gears and rolling-bead screw lever. The servo motor will drive gear to move , and then spread the kinetic energy to rolling-bead screw lever, and the rolling-bead screw lever run and move the gears .In the end ,making an analysis on the error margin an
5、d the precision and giving methods for amelioration and advice Key words: NC reform mechanical system open-hoop system servo motor 目 錄前言5正文131總體設(shè)計方案1311對機床改造的方案1312實現(xiàn)的目標(biāo)142.傳動系統(tǒng)的改造1521機械部分的數(shù)控化改造1522進給傳動系統(tǒng)的改造15221改造要求15222進給機構(gòu)的改造15223導(dǎo)軌副的改造1623縱向(向)進給系統(tǒng)改造16231改造要求及目標(biāo)16232縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計17233切削力的計算17234滾珠絲杠
6、設(shè)計計算18235有關(guān)齒輪計算19236轉(zhuǎn)動慣量的計算20237所需轉(zhuǎn)動力矩的計算2124橫向(Y向)進給系統(tǒng)設(shè)計與計算22241切削力計算22242滾珠絲杠設(shè)計計算:22243齒輪及轉(zhuǎn)矩的計算:24244轉(zhuǎn)動慣量的計算24245所需轉(zhuǎn)動力矩的計算2531步進電機選用的基本原則2632步進電機的選擇274分析誤差來源2841機械結(jié)構(gòu)原因2842齒輪副誤差補償分析2843滾珠絲杠副誤差補償分析28結(jié)論29致謝30前言由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,普通機床已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動生產(chǎn)率的要求如果設(shè)備全部更新?lián)Q代,不僅資金投入太大成本太高,而且原有設(shè)備的閑置又會造成極大的浪費。所以最經(jīng)濟的
7、辦法,就是對原有設(shè)備進行經(jīng)濟型數(shù)控改造。這樣既可以提高生產(chǎn)率,改善加工工藝還可以減少資金投入。因此方法對于中小型企業(yè)是十分有效的。該課題來源于生產(chǎn)實踐的需要,利用大量閑置舊機床,對起進行數(shù)控化改造后,成為一種高效的、多功能的經(jīng)濟型數(shù)控機床,是一種推陳出新、盤活存量資金的有效辦法,是低成本自動化的必由之路。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù),對傳統(tǒng)機械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品:數(shù)控機床;其技術(shù)范圍涉及很多領(lǐng)域:機械制造技術(shù);信息處理技術(shù);自動控制技術(shù);伺服驅(qū)動技術(shù);傳感器技術(shù);軟件技術(shù)等。機床數(shù)控化改造的必要性、目的和背景(1)微觀看改造的必要性 1) 可以加工出傳統(tǒng)機床加工
8、不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。2) 可以實現(xiàn)加工的柔性自動化,大大提高加工效率。實現(xiàn)“柔性自動化”加工。 3)加工零件的精度高,尺寸分散度小,使裝配容易,不再需要“修配”。 4)可實現(xiàn)多工序的集中,減少零件 在機床間的頻繁搬運。 5) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能,因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 6)降低了工人的勞動強度,節(jié)省了勞動力,減少了工裝,縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期,可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 此外,機床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS (計算機集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。(2)宏觀看改造的必要性 從宏觀上看
9、,工業(yè)發(fā)達國家的機械工業(yè),由于對其機械工業(yè)進行信息化改造,使得他們的產(chǎn)品競爭力大為增強。而我國在這方面比發(fā)達國家約落后近20年,數(shù)控化率極低。這也說明了數(shù)控化改造的必要性。進行經(jīng)濟型數(shù)控機床開發(fā),是符合我國國情的有效的機床更新途徑。在當(dāng)前的市場需求多變,競爭激烈的環(huán)境中,企業(yè)需要迅速地開發(fā)出新產(chǎn)品,以低價、好質(zhì)量、快速去滿足市場需求的變化。而數(shù)控機床最適宜加工小批量、多品種、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期短的零件;數(shù)控機床的柔性化加工,符合產(chǎn)品頻繁變化的要求。國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 目前,數(shù)控技術(shù)正由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上,數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超
10、薄型、超小型化;在智能化基礎(chǔ)上,綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù),實現(xiàn)了高速、高精、高效控制,加工過程中可自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù),實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理;在網(wǎng)絡(luò)化上,CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體,機床聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。而我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu),CNC只能作為非智能的機床運動控制器。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的加工參數(shù),無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定
11、量,因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。所以,對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動從直流向交流全數(shù)字式轉(zhuǎn)變,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉向開放轉(zhuǎn)變,控制系統(tǒng)由專用計算機向通用計算機轉(zhuǎn)變,能根據(jù)控制對象迅速、靈活地更改軟硬件,具有聯(lián)網(wǎng)通信功能等,主要就是:1、智能化 2、網(wǎng)絡(luò)化 3、集成化 4、微機電控制系統(tǒng) 5、數(shù)字化 1)性能發(fā)展方向 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟,對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機床信息化正朝著以下幾個方面發(fā)展。(1)高速高精高效化采用高速芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng),并改善機床動、靜
12、態(tài)特性等有效措施。(2)柔性化包含兩方面:數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性;群控系統(tǒng)的柔性。 (3)工藝復(fù)合性和多軸化指一次裝夾后,完成多工序、多表面的復(fù)合加工,以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工。(4)實時智能化現(xiàn)代數(shù)控機床的智能化發(fā)展將通過快速作出實現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策,對機床的工藝參數(shù)進行實時控制,使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)?;贑AD和CAM的數(shù)控編程自動化。(6)發(fā)展可靠性最大化。它采用更高集成度的電路芯片,同時通過自動運行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序,實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進行故障診斷和報警。 2)功能發(fā)展方向(1)用戶界面圖形化圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶
13、的使用,人們可以通過窗口和菜單進行操作,便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。(2)科學(xué)計算可視化可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等,從而縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域,可視化技術(shù)可用于CAD/CAM。(3)插補和補償方式多樣化插補如直線插補、圓弧插補等。補償功能如間隙補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、帶平滑接近和退出刀具半徑補償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊,可直接用梯形圖或高級語言編程,具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。(5
14、)多媒體技術(shù)應(yīng)用可以做到信息處理綜合化、智能化。3)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展(1)集成化、模塊化、采用高度集成化和大規(guī)??删幊碳呻娐芬约皩S眉呻娐稟SIC芯片,可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。(2)網(wǎng)絡(luò)化機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通用型開放式閉環(huán)控制模式采用此模式易于將實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等融于一體,從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。(3)智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)它將各高新技術(shù)融于一體,形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。我國機床行業(yè)已擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和從低檔到高檔次的產(chǎn)品,但是,我國數(shù)控機床領(lǐng)
15、域與美國、日本和歐洲還有相當(dāng)?shù)牟罹?。目前,越來越多的企業(yè)都在推廣和普及使用數(shù)控車床。為降低設(shè)備采購成本,一些中小企業(yè)通過將普通車床改造為數(shù)控車床,不但可以取得較好的應(yīng)用效果,還可以充分利用舊的普通車床,從而延長了設(shè)備的使用壽命,提高了設(shè)備的利用率。為使數(shù)控改造取得滿意的效果,在改造過程中應(yīng)注意以下幾個方面問題。1 )普通車床改造的工藝流程一般情況下,機床可以保留的部分包括主軸箱,床身,大、中溜板,尾座等。機床改造前,應(yīng)先將要改造的機床進行大修處理,大修處理范圍包括:主軸箱傳動精度調(diào)整,主軸徑向跳動及軸向竄動精度修復(fù),機床導(dǎo)軌平面度及直線度、卡盤裝夾精度調(diào)整等,達到一定精度要求后再進行數(shù)控改造。
16、數(shù)控改造部分包括增加數(shù)控裝置,X,Z軸驅(qū)動器及驅(qū)動電機,換裝X,Z軸滾珠絲杠及電動刀架,增加必要的控制電器、開關(guān),冷卻液及潤滑裝置改造等。2 )數(shù)控裝置和驅(qū)動方式的選擇一般情況下,數(shù)控改造有2種方案:(1) 步進電機 的開環(huán)系統(tǒng)方案,系統(tǒng)中沒有反饋電路,不帶檢測裝置,控制指令單向傳遞,系統(tǒng)對工作臺的實際偏差不能修正,控制精度取決于步進電機的步進精度和傳動機構(gòu)的精度,其控制精度不高。(2) 采用伺服電機的半閉環(huán)系統(tǒng),檢測元件裝在電機軸或絲杠軸的端部(一般是集成在伺服電機內(nèi)),系統(tǒng)的閉環(huán)控制環(huán)內(nèi)不包括機械傳動環(huán)節(jié),反饋的僅是進給傳動系統(tǒng)的部分誤差,一般是電機軸或絲杠軸的角位移、角速度經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后成
17、為工作臺的實際位移,由于采用高分辨率的反饋檢測元件(主要是編碼器),且傳動部位具有補償功能,因此,可以獲得比較滿意的精度與速度。二種方案相比,前者經(jīng)濟性好,后者加工精度較高。采用哪種方案關(guān)鍵要看加工對象的精度要求,如果能夠滿足零件的加工精度要求,應(yīng)優(yōu)先采用步進電機的開環(huán)方案,既可以保證零件的加工質(zhì)量,又可以有效降低改造成本。此外,數(shù)控裝置的控制精度一定要和電機以及滾珠絲杠精度匹配,這樣才能實現(xiàn)最佳的加工效果。目前,國內(nèi)一些數(shù)控品牌如廣州數(shù)控、四維數(shù)控、華中數(shù)控、新方達等采用步進電機的數(shù)控裝置都將PLC集成在數(shù)控裝置中,改造起來非常方便,控制精度也比較高,許多品牌和型號已經(jīng)可以達到微米級的控制精
18、度,有著較高的性價比,可以優(yōu)先選用。3 數(shù)控裝置要求數(shù)控裝置的選擇是數(shù)控改造的關(guān)鍵,性能過高,功能過多,會造成改造成本的增加,反之如果性能較低,功能較少,則不一定能夠滿足加工需要,因此,需要結(jié)合零件的性能要求和基本屬性進行合理選用滾珠絲杠的選用和安裝按照循環(huán)結(jié)構(gòu)來分,滾珠絲杠可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式,其中內(nèi)循環(huán)式又可分為浮動式法蘭型螺母結(jié)構(gòu),浮動式法蘭、直筒型墊片預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu),浮動式法蘭、直筒型螺紋預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu)等;外循環(huán)式包括插管埋入式法蘭型螺母結(jié)構(gòu),插管埋入式法蘭、直筒型墊片預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟型數(shù)控改造方案最常用的是內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭型螺母結(jié)構(gòu)滾珠絲杠,該種結(jié)構(gòu)的絲杠具有成本低,傳動精度可靠
19、的優(yōu)點,缺點是能夠承受的額定靜、動載荷較低,不適合大余量強力切削。滾珠絲杠的精度一般可以分為7個等級,即1,2,3,4,5,7,10級,1級精度最高,依次逐漸降低,選擇的原則也要結(jié)合加工零件的精度要求以及與數(shù)控裝置和電機的控制精度相匹配。一般情況下,傳動精度主要有2個指標(biāo),即行程偏差和行程變動量。雖然數(shù)控系統(tǒng)可以對滾珠絲杠傳動誤差進行補償,但從應(yīng)用角度來講,絲杠的傳動精度要求也不能過低。對于一般使用要求,滾珠絲杠在任意300 mm軸向行程內(nèi)的變動量應(yīng)不能超過005mm,行程偏差小于002 mm,這樣才能確保整個工藝系統(tǒng)的改造精度。滾珠絲杠在安裝時應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙,可用百分表測出具體的間隙值,
20、在加工程序中予以補償或重新調(diào)整絲杠間隙。絲杠兩端軸承座及其連接處剛性要好,否則易產(chǎn)生絲杠軸向竄動,造成工件加工過程中軸向或徑向尺寸不穩(wěn)定。驅(qū)動器和驅(qū)動電機如果采用步進電機驅(qū)動方案,驅(qū)動器和驅(qū)動電機可采用三相混合式步進電機驅(qū)動器和驅(qū)動電機(目前國內(nèi)一些品牌驅(qū)動器已采用五相混合式),驅(qū)動器結(jié)構(gòu)一般為高速單片機嵌入式,通過優(yōu)化電路,提高控制性能;驅(qū)動方式采用PWM(脈寬調(diào)制)恒流斬波控制,三相正弦波電流輸出,并提供零位信號輸出;應(yīng)具備矢量細(xì)分技術(shù),電機每轉(zhuǎn)細(xì)分應(yīng)不小于12 000脈沖(003。)以確保驅(qū)動精度的可靠性,并具備完善的過載、過熱、過壓、短路等保護功能;控制精度要與CNC裝置的控制精度和滾
21、珠螺母絲杠精度相匹配;功放電壓應(yīng)達到DC300 V,以確保電機高速運轉(zhuǎn)時仍有高轉(zhuǎn)矩輸出;具備掉電相位記憶功能,驅(qū)動斷電后自動記憶當(dāng)前相位;位置脈沖方式為單雙脈沖控制,整半步運行模式;步進電機要求低速運行平穩(wěn),最高轉(zhuǎn)速不小于1 500 rmin,以滿足高速加工的需要;額定功率、額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩可視比,可以優(yōu)先選用。主軸調(diào)速改造普通機床進行數(shù)控改造時主軸調(diào)速一般有自動和手動2種方案可供選擇,自動方案是主軸電路上增加主軸變頻器,通過在程序中指令設(shè)定,調(diào)整變頻器輸出頻率,從而達到改變電機運行頻率和速度的目的,采用變頻器變頻的最大優(yōu)點是可以采用機床原來的主軸普通電機,方便的進行轉(zhuǎn)速調(diào)控,因而改造成本較
22、低;缺點是普通電機通過變頻在較低轉(zhuǎn)速運行時,運行穩(wěn)定性較差,不利于提高零件的加工精度,因此,采用此種方法進行主軸變速時不能設(shè)定太低的轉(zhuǎn)速。如果零件加工確實需要在低轉(zhuǎn)速情況下進行,且加工精度有一定要求,則應(yīng)將主軸電機更換為專用變頻電機。如果采用手工變速方案,則不需要對主軸傳動系統(tǒng)的電路做任何改制,只需要在變速的程序段指令前加暫停指令(Go4或MO),使機床暫時停止運行,手工調(diào)整主軸箱轉(zhuǎn)速后,繼續(xù)執(zhí)行后面程序指令加工零件即可。數(shù)控裝置應(yīng)具備以下基本性能要求。1) 硬件的要求數(shù)控裝置應(yīng)能滿足交流伺服、混合式步進、反應(yīng)式步進等多種驅(qū)動系統(tǒng)的要求。采用16位以上的CPU,主頻速度較高,大規(guī)模的CPLD可
23、編程芯片,以確保復(fù)雜曲面的插補計算速度;液晶顯示屏幕可盡量大一些,以方便進行編程、數(shù)據(jù)的觀察;中文菜單全屏幕編輯,具備快捷鍵功能,操作簡單;具有試刀、對刀功能,可實現(xiàn)任意點起動,任意點結(jié)束;具有刀補、換刀、主軸倍率、進給倍率功能;若對切削有特殊需要,還應(yīng)考慮增加DA無級變速功能,使之滿足恒線速切削要求。2) 對性能的要求控制精度應(yīng)小于001 mii1,加工程序存儲量應(yīng)不小于32 kB并具有斷電保護功能;工作狀態(tài)應(yīng)包括文件管理、空運行、手動、自動、回零、MDI及對刀等基本的功能;編程方式包括增量編程和絕對編程,能實現(xiàn)各坐標(biāo)反向間隙補償及刀具補償;可實現(xiàn)直線插補、圓弧插補、螺紋插補、循環(huán)加工等基本
24、G指令,以滿足零件結(jié)構(gòu)多樣化加工需要;T(刀具)功能完備,一般應(yīng)具有8刀位控制,8組刀補功能,并可實現(xiàn)換刀偏置、試切對刀、自動補償?shù)裙δ?;M功能完備,應(yīng)可實現(xiàn)4個停止指令(MOO,M01,M02,M30)、主軸正反轉(zhuǎn)、發(fā)信、程序跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用等。3 )對通信接口的要求由于數(shù)控裝置程序存儲量有限,為方便地實現(xiàn)程序的輸入、輸出和外部存儲,數(shù)控裝置上最好具有通信接口,常用的RS232接口就可以滿足其要求。4 )對參數(shù)設(shè)定功能的要求參數(shù)設(shè)定功能應(yīng)包括設(shè)定工件號、快進速度、刀架反轉(zhuǎn)時間、主軸最高轉(zhuǎn)速、順序號增量、間隙補償、換刀偏置等,通過對上述參數(shù)的設(shè)置,可使編程及對絲杠和刀具參數(shù)的設(shè)置更加方便,有利
25、于加工效率和加工精度的提高。5 )文件管理功能基本的文件管理功能應(yīng)包括程序段號、容量的顯示,可以使程序段清晰并及時提醒操作者對程序進行管理;全屏幕程序編制、檢查和修改使編程操作舒適方便;程序診斷、復(fù)制、刪除等功能,可實現(xiàn)程序管理的簡便以及對程序的校驗和相似程序的復(fù)制修改。6) 對通信接口的要求由于數(shù)控裝置程序存儲量有限,為方便地實現(xiàn)程序的輸入、輸出和外部存儲,數(shù)控裝置上最好具有通信接口,常用的RS232接口就可以滿足其要求。7) 對參數(shù)設(shè)定功能的要求參數(shù)設(shè)定功能應(yīng)包括設(shè)定工件號、快進速度、刀架反轉(zhuǎn)時間、主軸最高轉(zhuǎn)速、順序號增量、間隙補償、換刀偏置等,通過對上述參數(shù)的設(shè)置,可使編程及對絲杠和刀具
26、參數(shù)的設(shè)置更加方便,有利于加工效率和加工精度的提高。8) 冷卻液及潤滑系統(tǒng)改造一般情況下,不需要對機床原來的冷卻系統(tǒng)進行特殊改動,從經(jīng)濟性上考慮,可以采用手工打開卻液泵進行加工過程中零件的冷卻,如果有特殊要求,一般CNC系統(tǒng)上都有冷卻液接口,可通過PLC設(shè)置,實現(xiàn)冷卻液的自動開關(guān)。機床潤滑系統(tǒng)改造可以采用加裝潤滑泵,通過PLC設(shè)定潤滑時間的方法進行改造,潤滑時間可設(shè)定為工作若干時間進行潤滑加油的定時潤滑方式,這樣可極大地降低手工潤滑的勞動強度,提高設(shè)備的保養(yǎng)水平。9)電器系統(tǒng)改造如果改造的車床使用年限已經(jīng)較長,可以利用數(shù)控改造將現(xiàn)有的電器部分進行更新。如果設(shè)備沒有特殊的功能要求,電器改造比較簡
27、單,主要增加的電器元件包括主軸、絲杠電機變壓器,X,Z軸驅(qū)動器,電動刀架控制器,以及必要的控制開關(guān)、繼電器等,若主軸有變速需要,則需要增加變頻電機或變頻器。10)數(shù)控改造后機床應(yīng)達到的基本技術(shù)要求無論是采用步進電機的開環(huán)系統(tǒng)還是采用伺服電機的半閉環(huán)系統(tǒng),數(shù)控改造后機床的主要技術(shù)性能必須滿足如下要求:床身導(dǎo)軌平行度O01 mm;縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度O02 mm;橫向?qū)к壍钠叫卸萇03 mm;溜板移動在水平面內(nèi)直線度O015 mm;重復(fù)定位精度,Z軸O01 mm,x軸O01 mm;定位精度Z軸O02 mm,X軸002 mm;精車外圓精度,圓度0005 mm;圓柱度O03 mm;端面平行度0
28、02 ram300 mm。數(shù)控改造后,機床的技術(shù)性能只有符合上述要求,才能確保數(shù)控設(shè)備高精度、高性能、高效率的優(yōu)點,滿足各種通用加工的需要本文對C6140車床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造的主要過程:(1)收集車床的技術(shù)參數(shù),進行數(shù)控化改造的方案設(shè)計和總體設(shè)計。(2)具體地完成對開環(huán)控制系統(tǒng)機械部分的改造設(shè)計計算。(3)依據(jù)設(shè)計計算和改造實際繪制除了改造后車床的(X軸)和縱向(軸)的設(shè)計裝配圖,以及總外型布局圖。(4)分析在數(shù)控改造中出現(xiàn)的問題,以及解決問題的建議、方法。正文1總體設(shè)計方案機床改造中應(yīng)該注意的問題:1) 在改造前,應(yīng)對要改造的機床進行全面的檢查和修理,使其恢復(fù)原有的精度或盡量高的精度。這樣
29、才能保證在實施改造后,機床的精度不至于降低;2) 改造時,應(yīng)盡量保留機床的原有功能,特別是手動功能,如此可為操作人員提供方便的 加工條件;3) 原有車床的傳動鏈終端一般為T型絲杠,它的傳動精度低,運動阻力大,所以應(yīng)把它改為滾動絲杠;4) 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、平面和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的改造中,應(yīng)將支架設(shè)計為活動式,以便于拆除,為平面坐標(biāo)系方式的加工提供方便。11對機床改造的方案經(jīng)改造的主要有機械部分和數(shù)控部分。系統(tǒng)保留原有的手動機構(gòu)。將C6140車床數(shù)控化改造后,使系統(tǒng)能夠控制主軸轉(zhuǎn)速,并實現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)控制工作臺,實現(xiàn)其縱、橫向進給運動??刂评鋮s和潤滑,通過鍵盤輸入加工程序。C6140車床數(shù)控化改造后半自動
30、的。床身的上部內(nèi)裝主軸傳動系統(tǒng)為主軸變速系統(tǒng),這部分采用原機床的主軸傳動系統(tǒng)。床身的底部是可作冷卻液箱的底座,數(shù)控系統(tǒng)顯示器及按鍵位于操作者的右邊,便于觀察、調(diào)試和操作。床身右側(cè)的電器箱內(nèi)裝有兩坐標(biāo)的進給伺服控制系統(tǒng),床身左側(cè)的電器箱內(nèi)裝有主控器和強電系統(tǒng)。顯示器采用LED,用以顯示輸入的程序,機床的實際位置和已存儲的各種信息。手動操作時,顯示器可作為數(shù)字讀出裝置使用。數(shù)控系統(tǒng)采用為兩坐標(biāo)開環(huán)控制,由步進電機經(jīng)一級齒輪減速后驅(qū)動??蓪崿F(xiàn)兩坐標(biāo)直線插補和兩坐標(biāo)圓弧插補。采用系列單片機組成微機控制系統(tǒng),它的可靠性高、能在惡劣的環(huán)境下工作,且功能強,速度高。數(shù)控系統(tǒng)還有刀具長度偏移和半徑補償功能,自
31、診斷功能,可進行自動加、減速,并具有備用電池,停電是可做存儲已編程序的電極。采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理,由I/O接口輸出脈沖信號,經(jīng)光電隔離電路,功率放大再傳給步進電機,驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)X、Y 兩個方向的進給運動??傮w設(shè)計如下圖1-1所示:圖1-1 系統(tǒng)控制原理圖12實現(xiàn)的目標(biāo)論文中主要討論在對C6140車床進行數(shù)控化改造。C6140車床是車圓柱面和車螺紋的通用機床,它沒有準(zhǔn)確可靠的定位裝置,車工件時位置精度一般靠模板的精度和人工劃線的精度來保證,故其加工精度低于數(shù)控機床。由于普通車床的柔性差,不能滿足市場對形狀復(fù)雜、精度高、小批量、多品種零件需求。而數(shù)控化改造后系統(tǒng)采用步進電機為驅(qū)
32、動執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng),并且采用CNC數(shù)控系統(tǒng)控制X、Y工作臺,即采用以MCS-51單片機為控制系統(tǒng),實現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動改造,使得改造后的機床能加工除了車圓柱面和車螺紋等簡單的零件外,還能加工形狀復(fù)雜(如加工圓弧面、斜面等)的零件,且加工精度高、效率高,滿足市場的需求,且價格較廉。2.傳動系統(tǒng)的改造21機械部分的數(shù)控化改造數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的主要特點:1)、結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,自動化程度高;2)、廣泛采用高效、無間隙傳動裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品;3)、具有適應(yīng)無人化、柔性化加工的特殊部件;4)、對機械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高。主傳動系統(tǒng)不變,進給系統(tǒng)采用滾動絲桿副螺母副代替原有絲杠副,以提高機床運行精度??紤]
33、到改造的目標(biāo)及成本的原因,決定C6140車床的主軸支承仍采用滾動軸承支承,導(dǎo)軌仍使用動壓導(dǎo)軌。22進給傳動系統(tǒng)的改造 221改造要求進給伺服系統(tǒng)改造后性能的好壞將直接影響到整個系統(tǒng)的性能的好壞。也因此對進給伺服系統(tǒng)提出了改造設(shè)計要求:(1)、提高傳動部件的剛度,減小傳動部件的慣量;(2)、減小傳動部件的間隙,并減小系統(tǒng)的摩擦阻力;(3)、高精度 就是說伺服系統(tǒng)的輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。(4)、穩(wěn)定性好 指系統(tǒng)在給定輸入或受外界干擾作用下,能在短暫的調(diào)節(jié)后,達到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。(5)、快速響應(yīng),無超調(diào) 它是衡量伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo),反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。(6)、低速大轉(zhuǎn)
34、矩 機床加工的特點是在低速時進行重切削。因此,要求伺服系統(tǒng)在低速時要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。(7)、調(diào)速范圍寬 指機械要求電機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。在數(shù)控機床中,由于加工用刀具、被加工材質(zhì)及零件加工要求的不同,為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件,就要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。222進給機構(gòu)的改造考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制,沒有位置反饋,故進給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動環(huán)節(jié)。本車床的X,Y兩軸進給系統(tǒng)去掉了原來的進給系統(tǒng)的中間傳動環(huán)節(jié),直接采用了步進電機一級減速齒輪滾珠絲桿的傳動方案。拆除原來的絲桿,增加少量的機械附件,就可安裝步進電機及滾珠絲桿螺母副,帶動工作臺移動。我們選用步進電
35、機的型號為110BF003,步進電機步距角選用,扭距是7.84Nm,電機脈沖當(dāng)量:。223導(dǎo)軌副的改造C6140車床采用的是鑄鐵-淬火剛滑動導(dǎo)軌,動、靜摩擦系數(shù)相差較大,低速易出現(xiàn)爬行,平穩(wěn)性和定位精度較低,能量損失大。在數(shù)控改造中可采用在原導(dǎo)軌上粘貼聚四乙炔軟帶涂層的方法,以減小摩擦系數(shù),增加耐磨性,且具有良好的自潤滑性和抗震性,該方法實現(xiàn)易、費用低。23縱向(向)進給系統(tǒng)改造231改造要求及目標(biāo)工作臺的進給運動是由步進電動機由一級消隙齒輪經(jīng)滾珠絲杠螺紋副,帶動工作臺移動。其中在縱向(軸)進給系統(tǒng)的改造布置中,滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺上,隨工作臺移動。步進電動機經(jīng)降速齒輪和滾珠絲杠的螺
36、母固定在床鞍上,通過滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)工作臺與床鞍之間的相對移動。滾珠絲杠螺母副,它的特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件,以減少摩擦,絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點有:(1)、傳動效率高,摩擦損失小,使用壽命長。(2)、給予適當(dāng)預(yù)緊,可消除絲杠和螺母的螺紋間隙,反向時就可以消除空程死區(qū),防止失步;定位精度高,剛度好。(3)、有可逆性絲杠和螺母都可以作為主運動件,故可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。(4)、運動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象,傳動精度高。附:C6140車床的主要參數(shù)如下表2-1表2-1工作臺面寬長(mm)3201250工作
37、臺最大行程(mm)橫向400縱向750主軸轉(zhuǎn)速(r/min)201500最大工件質(zhì)量(Kg)150快速進給速度(m/min)橫向1.54縱向2.3機床進給部件重量(N)橫向4410 縱向 2156232縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計機床進給部件參數(shù)初選:橫向工作臺及夾具重量: = 3000 N(估計值)滾珠絲杠的基本導(dǎo)程: = 6mm螺紋升角: 行程:S= 750mm快速進給速度:= 2m/min(經(jīng)驗值)233切削力的計算現(xiàn)在以工作壽命和實際加工過程中的最大切削力為基礎(chǔ)進行設(shè)計計算,以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠。由機床設(shè)計手冊可知,切削功率=NK公式中N電機功率,查機床說明書,N4KW;主傳動系
38、統(tǒng)總效率,一般為0.60.7取0.65; K進給系統(tǒng)功率系數(shù),取K0.96則:4*0.65*0.96=2.946KW又因為FZ/v6120FZ=6120NC/v式中 v-切削線速度,取v100m/min.主切削力FZ=6120*2.496/100=152.76(kgf)=1527.6(N)由可知,主切削力FZ=CFZapXFZfYfzKFZ查表得: CFZ=188kgf/mm2=1880MpaXFZ=1 YFZ=0.75 KFZ=1則可計算FZ如表2-2所示:表2-2ap(mm)222333f(mm)0.20.30.40.20.30.4FZ(N)112515241891168722872837
39、當(dāng)FZ=1520N時,切削深度ap=2mm,走刀量f=0.3,以次參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。從機床設(shè)計手冊中可知,在一般車削外圓時:FX=(0.10.6)FZ FY=(0.1540.7)FZ取FX=0.5 FZ =0.5*1527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.6*1527.6=916.5N234滾珠絲杠設(shè)計計算綜合導(dǎo)軌車床絲桿的軸向力:P=K FX+f”(FZ+W)式中 K+1015,f=0.150.18,取K=0.16。則:P=1.15*763.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N(1)強度計算:壽命值Li=60niTi/106Ni=n主f/L0=1000vf/(
40、DL0)取工件直徑 D=80mm,查表得 Ti=15000h則:ni=100*100*0.3/(3.14*80*6)=20r/minLi=18最大動負(fù)載 Q=PfWfh查表得運轉(zhuǎn)系數(shù) fW=1.2 硬度系數(shù)fH=1則 Q=*1.2*1*1250.8=3933.6N根據(jù)最大動負(fù)載荷Q的值,可以選擇滾珠絲杠的型號。參照汗江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列,滾珠絲杠直徑為,型號為FC1B325E2,其額定動載荷是10689N,所以強度足夠。(2)效率計算 根據(jù)機械原理公式,絲杠螺母副的傳動效率為:式中 摩擦角=10 螺旋升角325 =0. (3)剛度驗算:滾珠絲杠工作負(fù)載p引起的道程變化量 1= 式
41、中 L0=6mm=0.6cm: E=20.6166N/cm2滾珠絲杠截面積 F=2=(2.8031/2)23.14 則 L1=5.910-6滾珠絲杠受扭拒引起的導(dǎo)程變化量很小,可忽略,即L=L1,所以:導(dǎo)程變形總誤差為=100/L0L=100/0.6*5.9*10-6=9.8m/m查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差(1m長)為15m/m,故剛度足夠。(4)穩(wěn)定性驗算:由于機床原絲桿直徑為30mm,現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為32mm,支撐方式不變,所以穩(wěn)定性不存在問題,可不進行驗算。235有關(guān)齒輪計算傳動比 I=L0/360P=0.75*6/(360*0.01)=1.25齒輪材料極其許用應(yīng)力的確定:小
42、齒輪用45#表面淬火 齒面硬度為45HRC大齒輪用45#調(diào)質(zhì)處理,表面硬度為220HBS。因Hlim1=1120Mpa, Hlim2=550MpaSH=1.1 故H1=1190MpaH2=500Mpa因Flim1=240Mpa Flim2=190Mpa SF=1.3 F1=185MpaF2=146Mpa齒面接觸強度設(shè)計設(shè)齒輪按8級精度選,取載荷系數(shù)K=1.5齒寬a=0.4粗取 Z1=32 Z2= Z1i=23*1.25=40滿足誤差要求,取齒輪壓力角a=200粗選模數(shù)m=2則 小齒輪直徑d1=m Z1=64mm大齒輪直徑d2=m Z2=80mmda1=d1+2ha*=68mmda2=d2+2h
43、a*=68mm中心距a=m(Z1+Z2)/2=72mm齒寬為大齒輪 b2=a*a=30mm小齒輪 b1=35(補償安裝誤差)236轉(zhuǎn)動慣量的計算 工作太折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量:J1=(180P/)2W=(180*0.01/3.14*0.75)2*80=0.468kg.cm2=4.68N.cm2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量:JS=7.8*10-4D4L1=114.75N.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動慣量:JZ1=7.8*10-4*6.44*2=26.17N.cm2JZ2=7.8*10-4*84*2=63.9N.cm2電機的轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略。因此總的轉(zhuǎn)動慣量:J=(JS+ JZ2)/i2+ JZ1+ JS=145.19
44、N.cm2237所需轉(zhuǎn)動力矩的計算快速空載啟動時所需力矩M=Mamx+Mf+M0最大切削負(fù)載所需力矩M=Mat+Mf+M0+Mt快速進給時所需力矩M= Mf+M0式中 Mamx空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩:Mf折算到電機軸上的摩擦力矩:M0由于絲杠預(yù)緊所引起,折算到電機軸上的附加摩擦力矩:Mat切削時折算到電機軸上的加速度力矩:Mt折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma=(Jn/9.6T)*10-4N.m當(dāng)n=nmax=Manmax=vmaxi/L0=416.7r/minMamax=2.52N.m=25.72kgf.cm當(dāng)n=nt時 Ma=Mat:nt=n主要 的ft/L0=24.88r
45、/minMat =0.1505N.m=1.536kgf.cmMf=當(dāng)=0.8 f=0.16時Mf=12.23N.cmM0=-(1-)當(dāng)=0.9時預(yù)加載荷P0=3/1FS 則M t=76.38*0.6/(2*3.14*0.8*1.25)=0.462kg.cm=72.97N.cm所以,快速空載起動所需力矩M=Mamax+Mf+M0=274.05N.cm切削時所需力矩:M= Mf+M0+Mamax=105.18快速進給時所需力矩M= +Mf+M0=16.85N.cm由以上分析計算可知:所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時,Mamax=27.405kgf.cm=274.05N.cm24橫向(Y向)進給
46、系統(tǒng)設(shè)計與計算橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單,一般是步進電機安裝在大拖板上,法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來,以保證其同軸度,提高傳動精度,已知條件:工作臺重(估算)W=40kgf=300N時間常數(shù): T=4mm左旋行程mm脈沖當(dāng)量步矩角step快速進給速度vmax=1m/min241切削力計算橫向進給量為縱向的,取,則切削力約為縱向力的kgf=763.8N在切斷工件時:y=0.5FZ=0.5*76.38=38.19kgf=381.9N242滾珠絲杠設(shè)計計算:(1)強度計算:對于燕尾型導(dǎo)軌:Fy+f(FZ+W)取f=0.2則()kgf=747.
47、4N壽命值iniTi/106=13.5最大動負(fù)載fHP=213.55kgf=2135N根據(jù)最大負(fù)荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號滾珠絲杠直徑為mm,型號為c1B204-5-E2左,其額定動負(fù)荷,所以強度足夠用效率計算:根據(jù)機械原理公式,絲杠螺母副的傳動效率為:式中 摩擦角=10 螺旋升角328 =0.956(2) 剛度驗算:滾珠絲杠工作負(fù)載p引起的道程變化量 1= 式中 L0=4mm=0.4cm: E=20.61106N/cm2滾珠絲杠截面積 F=2= 3.14 則 L1=5.9610-6滾珠絲杠受扭拒引起的導(dǎo)程變化量很小,可忽略,即L=L1,所以:導(dǎo)程變形總誤差為=100/L0L=100/0.4
48、*5.96*10-6=14.9m/m查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差(1m長)為15m/m,故剛度足夠。(3)穩(wěn)定性驗算:由于選用滾珠絲杠的直徑不變,而支撐方式由原來的一端固定,一端懸空,變?yōu)橐欢斯潭?,一端徑向支撐,所以穩(wěn)定性增強,故不在驗算243齒輪及轉(zhuǎn)矩的計算:傳動比 I=L0/360P=0.75*4/(360*0.005)=1.67齒輪材料極其許用應(yīng)力的確定:小齒輪用45#表面淬火 齒面硬度為45HRC大齒輪用45#調(diào)質(zhì)處理,表面硬度為220HBS。因Hlim1=1120Mpa, Hlim2=550MpaSH=1.1 故H1=1190MpaH2=500Mpa因Flim1=240Mpa F
49、lim2=190Mpa SF=1.3 F1=185MpaF2=146Mpa齒面接觸強度設(shè)計設(shè)齒輪按8級精度選,取載荷系數(shù)K=1.5齒寬a=0.4粗取 Z1=18 Z2= Z1i=18*1.67=30滿足誤差要求,取齒輪壓力角a=200粗選模數(shù)m=2則 小齒輪直徑d1=m Z1=36mm大齒輪直徑d2=m Z2=60mmda1=d1+2ha*=40mmda2=d2+2ha*=64mm中心距a=m(Z1+Z2)/2=96mm齒寬為大齒輪 b2=a*a=40mm小齒輪 b1=45(補償安裝誤差)244轉(zhuǎn)動慣量的計算 工作太折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量:J1=(180P/)2W=(180*0.005/3.
50、14*0.75)2*3/100=0.0439kg.cm2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量:JS=7.8*10-4D4L1=0.624kg.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動慣量:JZ1=7.8*10-4*3.6*2=0.262kg.cm2JZ2=7.8*10-4*64*2=2.022kg.cm2電機的轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略。因此總的轉(zhuǎn)動慣量:J=(JS+ JZ2)/i2+ JZ1+ JS=1.258kg.cm2245所需轉(zhuǎn)動力矩的計算快速空載啟動時所需力矩M=Mamx+Mf+M0最大切削負(fù)載所需力矩M=Mat+Mf+M0+Mt快速進給時所需力矩M= Mf+M0式中 Mamx空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩:Mf折算到電機軸上的摩
51、擦力矩:M0由于絲杠預(yù)緊所引起,折算到電機軸上的附加摩擦力矩:Mat切削時折算到電機軸上的加速度力矩:Mt折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma=(Jn/9.6T)*10-4N.m當(dāng)n=nmax=Manmax=vmaxi/L0=416.7r/minMamax=0.2184N.m=2.23kgf.cm當(dāng)n=nt時 Ma=Mat:nt=n主要 的ft/L0=33.17r/minMat =0.0174N.m=0.1775kgf.cmMf=當(dāng)=0.8 f=0.2時Mf=0.028N.cmM0=-(1-)當(dāng)=0.9時預(yù)加載荷P0=3/1FS 則M t=38.19*0.4/(2*3.14*0.8*5)=0.
52、287kg.cm=0.028N.cm所以,快速空載起動所需力矩M=Mamax+Mf+M0=2.633N.cm切削時所需力矩:M= Mf+M0+Mamax=24.04N.cm快速進給時所需力矩M= +Mf+M0=4.03N.cm由以上分析計算可知:所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時,Mamax=2.633kgf.cm=26.33N.cm3步進電機的選擇31步進電機選用的基本原則合理選擇步進電機是比較復(fù)雜的問題,需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況,經(jīng)過分析后才能正確的選擇,基本原則如下(1)、步矩角mn/i式中i傳動比;mn系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角(2)、精度步進電機的精度可用步距
53、誤差或積累誤差衡量積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始,經(jīng)過任意步后,轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值,用積累誤差衡量精度比較實用所選用的步進電機應(yīng)滿足i式中m步進電機的積累誤差;s系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部分允許的角度誤差(3)、轉(zhuǎn)矩為了使步進電機正常運行(不失步,不越步),正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求,必須考慮:)啟動力矩一般啟動力矩選取為:M式中 Mq電動機啟動力矩; ML0電動機靜負(fù)載荷2) 在要求的運行頻率范圍內(nèi),電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電機轉(zhuǎn)動慣量(包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量)引起的慣性矩之和(4)啟動頻率由于步進電機的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低,因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動
54、慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足:ftfopm式中ft極限啟動頻率; fopm要求步進電機最高啟動頻率。32步進電機的選擇(1) C6140縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定:q=為滿足最小步距的要求,電動機選用三想六拍工作方式,查表知:q/Mjm=0.866所以,步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩MjmMjmq0.866=791.14N.cm步進電機的最高工作頻率fmax=vmax/60=2000/(60*0.01)=3333.3Hz綜合考慮,查表選用110BF003型直流步進電機,能夠滿足使用要求(2) 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定q=電動機仍選用三相六拍工作方式,查表知:qim=0.866所以,步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩im為:im=N.cm步進電動機最高工作頻率fmax=3333.3Hz為了便于設(shè)計和采購,仍選用110BF003型直流步進電動機,能夠滿足使用要
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