《CA6140數(shù)控化改造的機械設(shè)計說明書》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《CA6140數(shù)控化改造的機械設(shè)計說明書（33頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、計算機數(shù)字控制系統(tǒng)（Computer Numerical Control 簡稱為CNC系統(tǒng)）。一個完整的現(xiàn)代化數(shù)字控制機床由數(shù)控裝置，可編程控制器，電源模塊，伺服模塊，伺服電機，反饋系統(tǒng)，機床控制面板，人機通訊單元，手持單元，液壓系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，機床本體，滾珠絲杠，自動換刀系統(tǒng)，等等組成。 數(shù)控機床的生產(chǎn)率高，設(shè)備柔性好，使工人的勞動強度大為減輕，具有較高的經(jīng)濟效益，能加工普通機床所不能加工的復(fù)雜形面。由于數(shù)控機床的優(yōu)越性，在國際競爭日益激烈、產(chǎn)品品種變化頻繁的形勢下，各國都致力與開發(fā)生產(chǎn)各種數(shù)控機床，其中將普通機床改造為經(jīng)濟型數(shù)控機床，簡單方便，易于實現(xiàn)，使系統(tǒng)的性能價格比大為

2、提高。 本次的設(shè)計題目是將C6140普通車床改造成為MCS-51系列單片機控制的經(jīng)濟數(shù)控車床。由于是初次設(shè)計，所以經(jīng)驗有限，在設(shè)計過程中難免會出現(xiàn)不足之處，還請各位老師，同學們多多指導(dǎo)，幫助。 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、脈沖當量的選擇 脈沖當量由設(shè)計任務(wù)書可知： 縱向：0.01mm/脈沖 橫向：0.005mm/脈沖 縱向： 0.01mm/脈沖 橫向： 0.005mm/脈沖 二、切削力計算 1、設(shè)計任務(wù)書給出床面上最大加工直徑為：DMAX=400mm 2、用經(jīng)驗公式計算下圖縱車外圓時的各切削分力：

3、 ①主切削力： FZ =0.67* DMAX1.5 =0.67*4001.5 =5360N 縱車外圓時的主切削力： FZ =5360N 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、切削力計算 ②再按以下比例可求出分離力FX和FY FX:FY:FZ=1:0.25:0.4 走刀方向的切削力: FX =0.25*FZ=0.25*5360=1340N 垂直走刀方向的切削力: FY =0.4*FZ=0.4*5360=2144N 3、用經(jīng)驗公式計算如下所示橫車端面時的各切削分力： ①主切削力F`Z(N)可取縱切的

4、一半如下： F`Z=FZ/2=5360/2=2680 ②繼續(xù)用經(jīng)驗工式粗略計算： F`Z:F`Y:F`X=1:0.25:0.4 走刀抗力為： F`Y=2680*0.25=670 吃刀抗力為： F`X=2680*0.4=1072 縱車外圓時的切削分力： FX = 1340N FY =2144N 橫車端面時的切削分力： F`Y=670 F`X=1072 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向進給率引力計算。 作用在滾珠絲杠上的進給率引力主要包括切削時的走刀當力以及移動中的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，由于 C

5、6140縱向是綜合導(dǎo)軌，為了提高機床低速運動的平穩(wěn)性，將其縱向改造為貼塑綜合導(dǎo)軌。 選用公式： Fm=K.Fx+f `(Fz+G) 上式中Fx ,Fz —切削力（N）； G—移動部件的重量（N）； f `—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)， K—考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)。 由于改造后的機床縱向采用貼塑綜合導(dǎo)軌故選取: K=1.15 f `=0.04 縱向進給率引力： Fm=K*Fx+f `(Fz+G) =1.15*1340+0.04*(5360+1500) = 1815.4N 縱向進給率引力： Fm=1815.

6、4N 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向進給率引力計算。 作用在滾珠絲杠上的進給率引力主要包括切削時的走刀當力以及移動中的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，由于C6140是橫向是燕尾導(dǎo)軌，為了提高機床低速運動的平穩(wěn)性，將其改造為貼塑燕尾導(dǎo)軌。 選用公式： F`m=1.4*F`y+f `(F`z+2F`x+G`) 上式中F`x,F`z, F`y—切削力（N）； G`—移動部件的重量G`=850N； f `—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù); 由于改造后的機床橫向采用貼塑燕尾導(dǎo)軌故選取: f `=0.04 橫向進給率引力： F`m=1.4*F`y+f `(

7、F`z+2F`x+G`) =1.4*670+0.04*(2680+2*1072+850) ≈ 1165N 橫向進給率引力： F`m≈ 1165N 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 三、計算最大動負載。 選用滾珠絲杠副的直徑d0時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的滾珠上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值（即稱為滾珠絲杠能承受的最大動負載C），可用下式計算： C=fωFm L=60*n*T/106 n=1000*vs/L0 L0—滾珠絲

8、杠導(dǎo)程，縱向初選L0=6mm, 橫向初選L`0=5mm; vs—最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的（1/2~1/3），此處 vs縱=0.5m/min*0.5, vs橫=0.2m/min*0.5; T—使用壽命，按15000h; fω—運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取fω=1.2~1.5，這里選取為fω=1.2; L—壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位。 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選為： 縱向: L0=6mm; 橫向: L`0=5mm; 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 三、計算絲杠的最大動負載。 ①縱向絲杠的最大動載荷C縱： n縱 =1000vs縱/L0 =1

9、000*0.5*0.5/6 =41.67r/min L縱 =60*n縱*T/106 =60*41.67*15000/106 = 37.503 C縱 = 縱fωFm =*1.2*1815.4 ≈7292N ②橫向絲杠的最大動載荷C橫： n橫 =1000vs橫/L`0 =1000*0.2*0.5/5 =20r/min L橫 =60*n橫*T/106 =60*20*15000/106 =18 C橫 =橫 fωF`m =*1.2*1165 ≈3664N 縱向絲杠的最大動載荷C縱： C縱 = 縱fωFm =7292N

10、 橫向絲杠的最大動載荷C橫： C橫 =橫 fωF`m ≈3664N 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 四、滾珠絲杠螺母副的選型。 查附錄A表3后： 縱向：可采用W1L4006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動負載為16400N，精度等級按表4-15 選為3級。 橫向：可采用W1L2005外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動負載為8800N，精度等級按表4-15 選為3級。 縱向： W1L4006 橫向： W1L2005 五、傳動效率的計算。 傳動效率計算工式如下：

11、 h=tgg/tg(g+j) 上式中： g—螺旋升角， 縱向：W1L4006 g=2。44` 橫向：W1L2005 g`=4。33` j—摩擦角取10`滾動摩擦系數(shù)0.003~0.004 縱向：h=tgg/tg(g+j) =tg2。44`/tg(2。44`+10`)≈0.94 橫向：h`=tgg`/tg(g`+j) =tg4。33`/tg(4。33`+10`)≈0.96 傳動效率計算結(jié)果如下： 縱向：h≈0.94 橫向：h`≈0.96 六、滾珠絲杠縱向W1L4006和橫向W1L2005的幾何參數(shù)如下所示： 名 稱 符號 計算

12、公式 W1L4006 W1L2005 螺 紋 滾 道 公稱直徑 d0 40mm 20mm 導(dǎo) 程 L0 6mm 5mm 接 觸角 β 2044` 4033` 鋼球徑(mm) dq 3.969 3.175 滾道法面半徑 R R=0.52dq 2.064 1.651 偏 心 距 e 0.056 0.045 螺紋升角 γ γ=arctg(L0/3.14/d0) 2044` 4033` 螺 桿 螺桿外徑 d d=d0-(0.2~0.25)dp 39 19.4 螺桿內(nèi)徑 d1

13、d1=d0+2e-2R 35.984 16.788 螺桿觸直徑 dz dz=d0-dqCosβ 36.0355 16.835 螺 母 螺母螺紋直徑 D D=d0-2e+2R 44.016 23.212 螺母內(nèi)徑 D1 D1=d0+(0.2~0.25)dp 40.7938 20.635 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 七、縱向絲杠剛度驗算。 縱向進給滾珠絲杠支承方式如下所示： 最大牽引力Fm=1815.4N。支承間距為L=1500mm絲杠螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負荷的1/3。 ①縱向絲杠的拉伸或壓縮變形量d1按下式計算

14、： d1=ΔL/L0*L 在上式中L—滾珠絲杠在支承間的受力長度，L=1500（mm）; 在上式中ΔL—在工作負載作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，(mm) ΔL可用下式計算： ΔL=Fm *L0/(E*F) Fm —工作負載，即進給率引力，F(xiàn)m=1815.4N； L0—滾珠絲杠的導(dǎo)程，L0=6mm； E—材料彈性模數(shù)，對鋼E=20.6*104N/mm2; F—滾珠絲杠截面積，按內(nèi)徑確定為: F=1016.97mm2; 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 七、縱向絲杠剛度驗算。 ΔL=Fm *L0/(E*F) =1815.4*6/(20.6*104*101

15、6.97) =0.000052mm d1 =ΔL/L0*L =0.000052/6*1500 =0.013mm 由于兩端均采用了向心推力球軸承,且絲杠雙進行了預(yù)拉伸,故其拉壓剛度可以提高四倍,其實際變形量為: d`1 =d1/4=0.013/4=0.00325mm ②滾珠與螺紋滾道間接觸變形d2 經(jīng)查圖4-7,W系列1列2.5 圈滾珠各螺紋滾道接觸變形量dQ: dQ=4.5μm 因為進行了預(yù)緊故: d2=dQ/2=4.5/2=2.25μm=0.00225mm ③支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3 采用8107型推力球軸承,d1=35mm,滾動體直徑dQ=6

16、.35mm,滾動體數(shù)量Z=18; 注意:式中Fm單位為Kgf; 拉伸或壓縮變形量為: d1=0.00325mm 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量為: d2=0.00225mm 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 七、縱向絲杠剛度驗算。 dC =0.0024*(Fm2/dQ/Z2)1/3 =0.0024*(181.542/6.35/182)1/3 ≈0.0061mm 因為施加了預(yù)緊力,故: d3 =dC /2 =0.0061/2 =0.00305mm 根據(jù)以上計算總的變形量: d=d1+d2+d3 =0.0032

17、5+0.00225+0.00305 =0.00855mm<定位精度0.015mm 支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3: d3=0.00305mm 結(jié)論: 總的變形量<定位精度,故滿足機床使用要求。 八、縱向絲杠穩(wěn)定性校核。 滾動絲杠兩端采用了推力軸承,不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需要穩(wěn)定性校核。 結(jié)論: 穩(wěn)定性好。 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 九、橫向絲杠剛度驗算。 橫向進給滾珠絲杠支承方式如下所示： 最大牽引力F`m= 1165N,D0=20mm;支承間距為L=450mm;絲杠螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負荷的1/3。 計算如下: ①

18、橫向絲杠的拉伸或壓縮變形量d1(mm)： 查表4-6,根據(jù)F`m= 1165N,D0=20mm,查出 dL/L=3*10-5 ,可算出 d1 =dL/L *L =3*10-5*450 =0.0135mm 由于兩端均采用了向心推力球軸承,且絲杠雙進行了預(yù)拉伸,故其拉壓剛度可以提高四倍,其實際變形量為: d`1 =d1/4=0.0135/4 ≈ 0.0034mm 拉伸或壓縮變形量為: d1=0.0034mm 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 九、橫向絲杠剛度驗算。 ②滾珠與螺紋滾道間接觸變形d

19、2 經(jīng)查圖4-7,W系列1列2.5 圈滾珠各螺紋滾道接觸變形量dQ: dQ=6μm 因為進行了預(yù)緊故: d2=dQ/2=6/2=3μm=0.003mm ③支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3 采用8102型推力球軸承,d=15mm,滾動體直徑dQ=4.763mm,滾動體數(shù)量Z=12; 注意:式中Fm單位為Kgf; dC =0.0024*(Fm2/dQ/Z2)1/3 =0.0024*(116.52/4.763/122)1/3 ≈0.0065mm 因為施加了預(yù)緊力,故: d3 =dC /2=0.0065/2 ≈0.0033mm 根據(jù)以上計算總的變形量: d=d1+d2

20、+d3 =0.0034+0.003+0.0033 =0.0097mm<定位精度0.015mm 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量為: d2=0.003mm 支承滾珠絲杠的軸向接觸變形d3: d3=0.0033mm 結(jié)論: 總的變形量<定位精度,故滿足機床使用要求。 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 十、橫向絲杠穩(wěn)定性校核。 計算臨界負載FK(N) FK=fz*π2*E*I/L2 式中E—材料彈性模量,鋼: E=20.6*106N/cm2; I—截面慣性矩(cm4)絲杠: I=π/64*d14,d1為絲杠內(nèi)徑; L—絲杠

21、兩支承端距離(cm); fz—絲杠支承方式系數(shù),從表4-13中查出,一端固定,一端簡支fz =2.00 I=π/64*d14 =π/64*1.67884 = 0.3899 cm4; FK=fz*π2*E*I/L2 =2.00 *π2*20.6*106* 0.3899 /452 = 78293.4N nk=Fk/F`m = 78293.4/ 1165 = 67.2>>[ nk] (一般[ nk]=2.5~4) 經(jīng)計算此滾珠絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 nk= 67.2>>[ nk] 結(jié)論: 穩(wěn)定性好。

22、設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向齒輪傳動比計算。 已確定縱向進給脈沖當量δp=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ｌo＝６mm，初選步進電機步距角θb=0.75o?？捎嬎愠鰝鲃颖萯: i =360o*δp/Ｌo/θb=360o*0.01/0.75o/6 =0.8 可選齒輪齒數(shù)為： 　i =Z1/Z2 =32/40或20/25 即：取Z1＝32, Z2＝40 或Z1＝20, Z2＝25 初選步進電機步距角為： θb=0.75o 二、橫向齒輪傳動比計算。 已確定橫向進給脈沖當量δp=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ｌo＝5mm，?？捎嬎愠鰝鲃颖萯:

23、 i =360o*δp/Ｌo/θb=360o*0.005/0.75o/5 =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，故此處采用雙級齒輪降速： 　i =(Z1/Z2)* ( Z3/Z4)=(3/5)*(4/5) =(24/40)*(20/25) 即：取Z1＝24, Z2＝40 ,Z3＝20, Z4＝25 初選步進電機步距角為： θb=0.75o 因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)m?。?。 有關(guān)幾何參數(shù)如下表所示： 齒數(shù) 32 40 24 40 20 25 分度圓 d=mz 64 8

24、0 48 80 40 50 齒頂圓 da=d+2m 68 84 52 84 44 54 齒根圓 df=d-2*1.25m 59 75 43 75 35 45 齒　寬 (6~10)m 20 20 20 20 20 20 中心距 A=(d1+d2)/2 72 64 45 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向步進電機計算。 一、等效傳動慣量計算。 計算簡圖如下所示： 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量JΣ(Kg.cm2)可由下式計算: JΣ=JM+J1+(Z1/Z2)2[(J2+JS)+G/g(L0/

25、(2π))2] 在上公式中： JM—步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（kgcm2）。 J1、J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動慣量（kgcm2） JS—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（kgcm2） 參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)慣量JM=10 kgcm2。 J1=0.78*10-3*D14*L1=0.78*10-3*6.44*2 =2.62 kg.cm2 J2=0.78*10-3*D24*L2=0.78*10-3*84*2 =6.39kg.cm2 Js=0.78*10-3*44*150=29.952kg.cm2 初選反應(yīng)式步進電

26、機： 150 BF 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向步進電機計算。 G=1500N 代入上式： JΣ=JM+J1+(Z1/Z2)2[(J2+JS)+G/g(L0/(2π) )2] =10+2.62+(32/40)2[(6.39+29.952) +1500/9.8(0.6/(2π))2] =36.77 kg.cm2 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題： JM/ JΣ=10/36.77=0.272 基本滿足慣量匹配要求。 二、電機的力矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算： ①快速空載起動力矩M起 在快速空載起動階段

27、，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： M起=Mamax +Mf +Mo Mamax= JΣ*ε = JΣ*10-2*nmax/ (0.6/(2π)*ta) = JΣ*nmax*2π*10-2/ (60*ta) 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量JΣ=36.77 kg.cm2 JM/ JΣ=0.272 基本滿足慣量匹配要求。 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向步進電機計算。 nmax=(Vmax/δp )* (θb/360o) 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。 nmax=(Vmax/δp )* (θb/360o)

28、 =(2000/0.01)*(0.75 o /360 o) = 416.7 rpm 起動加速時間：ta=25ms=0.025s Mamax = JΣ*nmax*2π*10-2/ (60*ta) =36.77*416.7*2π*10-2/ (60*0.025) =641.8 N.cm 折算到電機軸上的摩擦力矩Mf: Mf =FoLo/(2πηi)=f `(Fz+G)*Lo/(2πηZ2/Z1) =0.04*(5360+1500)*0.6/(2π*0.8*1.25) =26.2 N.cm 附加摩擦力矩Mo: Mo =FpoLo/(2πη

29、i)*(1-ηo2) =Fm/3*Lo/(2πηZ2/Z1)* (1-ηo2) =1815.4/3*0.6/(2π*0.8*1.25)(1-0.92) =11 N.cm 上述三項合計： M起=Mamax +Mf +Mo=641.8+26.2+11 =679 N.cm 快速空載起動力矩M起： M起=679 N.cm 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向步進電機計算。 ②快速移動時所需力矩M快。 M快= Mf

30、+Mo=26.2+11=37.2 N.cm ③最在切削負載時所需力矩M切： M切 = Mf +Mo+Mt= Mf +Mo+FxLo/(2πηi) =26.2+11+1340*0.6/(2π*0.8*1.25) =165.2 N.cm 從上面的計算可以看出，M起、M快和M切三種工況上，以快速空載起動所需力矩最大，經(jīng)此項作為初選步進電機的依據(jù)。 從表4-22查出,當步進電機為五相十拍時λ=M起/ Mjmax =0.951。最大靜力矩Mjmax =M起/λ=679/0.951≈714N.cm。 按此最大靜力矩從表4-23查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為1372N.

31、cm。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動頻率特性和運行頻率特性。 三、計算步進電機空載起動頻率f起和切削時的工作頻率f切。 快速移動時所需力矩M快： M快=37.2 N.cm 最在切削負載時所需力矩M切： M切 =165.2 N.cm 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 一、縱向步進電機計算。 f起 =1000Vmax/60/δp=1000*2.0/60/0.01 =3333.3Hz f切=1000Vs/60/δp=1000*0.5/60/0.01 =833.3 Hz 從表4-23中查出1

32、50 BF 002型步進電機允許的最高空載起動頻率為2800Hz運行頻率為8000Hz ，再從圖4-17，圖4-18查出150 BF 002型步進電機起動矩頻特性曲線和運行矩頻特性曲線（附第28頁）。由圖可以看出，當步進電機起動時，f起 =2500Hz時，M=100N.cm，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩(679N.cm)直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實現(xiàn)），將起動頻率降到 1000Hz時。起動力矩可增高到588.4N.cm ，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。 當快速運動和切削進給時，150BF002型步進電機運行矩頻

33、特性完全可以滿足要求。 空載起動頻率: f起 =3333.3Hz 切削時的工作頻率: f切=833.3 Hz 150BF002型步進電機起動矩頻特性曲線如下所示： 150BF002型步進電機運行矩頻特性曲線如下所示： 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向步進電機計算。 一、等效傳動慣量計算。 計算簡圖如下所示： 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量JΣ(Kg.cm2)可由下式計算: JΣ=JM+J1+(Z1/Z2)2{ J2+J3+(Z3/Z4)2 [(J4+JS) +G/g(L`0/(2π))2]} 在上公式中： JM—步進電機轉(zhuǎn)

34、子轉(zhuǎn)動慣量（kgcm2）。 J1、J2、J3、J4—齒輪Z1、Z2、Z3、Z4的轉(zhuǎn)動慣量（kgcm2） JS—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（kgcm2） 參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機110BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)慣量JM=4.7kgcm2。 J1=0.78*10-3*D14*L1=0.78*10-3*4.84*2 =0.828 kg.cm2 初選反應(yīng)式步進電機： 110 BF 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向步進電機計算。 J2=0.78*10-3*D24*L2=0.78*10-3*84*2 =6.39kg

35、.cm2 J3=0.78*10-3*D34*L3=0.78*10-3*44*2 =0.399kg.cm2 J4=0.78*10-3*D44*L4=0.78*10-3*54*2 =0.975kg.cm2 Js=0.78*10-3*24*45=0.561kg.cm2 G=850N 代入上式： JΣ=JM+J1+(Z1/Z2)2{ J2+J3+(Z3/Z4)2 *[(J4+JS)+G/g(L`0/(2π))2]} =4.7+0.828+(24/40) 2{ 6.39+0.399 + (20/25)2 [(0.975+0.561) +850/9.8*(0.5/(2π))

36、2]} =8.45kg.cm2 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題： JM/ JΣ=4.7/8.4=0.56 滿足慣量匹配要求。 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量: JΣ=8.45 kg.cm2 JM/ JΣ=0.56 滿足慣量匹配要求。 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向步進電機計算。 二、電機的力矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算： ①快速空載起動力矩M起 在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： M起=Mamax +Mf +

37、Mo Mamax = JΣ*ε = JΣ*10-2*nmax/ (0.6/(2π)*ta) = JΣ*nmax*2π*10-2/ (60*ta) nmax=(Vmax/δp )* (θb/360o) 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。 nmax=(Vmax/δp )* (θb/360o) =(1300/0.005)*(0.75 o /360 o) = 541.7 rpm 起動加速時間：ta=25ms=0.025s Mamax = JΣ*nmax*2π*10-2/ (60*ta) =8.4*541.7*2π*10-2/ (60*0.025

38、) = 190.6 N.cm 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向步進電機計算。 折算到電機軸上的摩擦力矩Mf: Mf =FoLo/(2πηi) =f `(F`z+G)*Lo/(2πη(Z2/Z1* Z4/Z3) ) =0.04*(2680+850)*0.5/(2π*0.8*2.1) =6.69 N.cm 附加摩擦力矩Mo: Mo =FpoLo/(2πηi)*(1-ηo2) =F`m/3*Lo/(2πη(Z2/Z1* Z4/Z3))* (1-ηo2) =1165/3*0.5/(2π*0.8*2.1)(1-0.92)

39、 = 3.5N.cm 上述三項合計： M起=Mamax +Mf +Mo= 190.6+6.69+3.5 =200.8N.cm ②快速移動時所需力矩M快。 M快= Mf+Mo=6.69+3.5 =10.2 N.cm ③最在切削負載時所需力矩M切： M切 = Mf +Mo+Mt= Mf +Mo+F`xLo/(2πηi) =6.69+3.5+1072*0.5/(2π*0.8*2.1) =60.97N.cm M起=200.8N.cm M快=10.2N.cm M切 =60.97N.cm 設(shè)計

40、項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向步進電機計算。 從上面的計算可以看出，M起、M快和M切三種工況上，以快速空載起動所需力矩最大，經(jīng)此項作為初選步進電機的依據(jù)。 從表4-22查出,當步進電機為三相六拍時λ=M起/ Mjmax =0.866。最大靜力矩Mjmax =M起/λ=200.8/0.866≈231.9N.cm。 按此最大靜力矩從表4-23查出，110BF 003型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N.m，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性。 三、計算步進電機空載起動頻率f起和切削時的工作頻率f切。 f起=1000Vmax/60/δp

41、=1000*1.3/60/0.005 =4333.3Hz f切 =1000Vs/60/δp =1000*0.2/60/0.005 =666.7 Hz 空載起動頻率: f起 =4333.3Hz 切削時的工作頻率: f切=666.7 Hz 設(shè)計項目 設(shè)計過程及說明 主要結(jié)果 二、橫向步進電機計算。 從表4-23中查出110 BF 003型步進電機允許的最高空載起動頻率為1500Hz,運行頻率為7000Hz ，再從圖4-17，圖4-18查出110 BF 003型步進電機起動矩頻特性曲線和運行矩頻特性曲線（附第35頁）。 由圖可以看出，當步進電機起動時，f起 =1500 Hz時，M=98N.cm，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實現(xiàn)），將起動頻率降到1100Hz 時。起動力矩可增高到240N.cm。 當快速運動和切削進給時，110BF003型步進電機運行矩頻特性完全可以滿足要示。 110 BF 003型步進電機起動矩頻特性曲線如下所示: 110 BF 003型步進電機運行矩頻特性曲線如下所示: