普通机床改造成数控机床.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 毕 业 论 文西北工业大学网络教育学院毕业论文任务书一、 题目：CA6140普通车床的数控化改造二、 指导思想和目的要求：本论文从：普通机床数控化改造现状及问题、802S数控系统的组成、数控机床伺服系统、主轴交流伺服电机的选择、机械部分的改造、进给电机的选择、纵向步进电机的选择、横向步进电机的选择、微机控制系统硬件电路设计等方面着手，实现了CA6140普通车床的数控化改造，在完成机床设计、数控技术、电工技术、可编程控制器等相关课程之后,能够运用所学的知识独立完成数控车床的进给系统的自动控制系统设计,从而使我们进一步加深和巩固对所学的知识的理解和

2、掌握,并提高我们的实际操作能力。 运用所学的理论知识,进行数控系统设计的初步应用,培养我们的综合设计能力和计算能力； 明白和掌握三相反应式伺服步进电动机的进给驱动的方式和原理以及控制方法； 掌握PLC控制系统设计的基本原理和方式,并能具备查阅和运用标准手册、图册等有关技术工具书的能力；能熟练掌握编写技术的能力。三、 主要技术指标：802S数控系统、数控机床伺服系统、开环控制系统、闭环控制系统、机械部分、床身、主轴变速箱、拖板、自动换刀装置、拖板箱、主轴交流伺服电机、主轴、主轴电机、进给电机、步进电动机、步距角、精度、转矩、启动频率、纵向步进电机、脉冲当量、步距角、矩频特性、微机控制系统、控制系

3、统、主轴系统、机床控制系统、PLC用户程序、驱动器进度与要求：12月20日至12月31日 参加动员会，确定论文的选题、填写任务书1月1日-2月28日 调研、起草、修改论文；2月2日前 填写毕业论文中期检查表；3月1日至3月2日 将论文电子版及纸质版交与学习中心3月21日至3月30日 毕业答辩四、 主要参考书及参考资料：1吴振彪.机电综合设计指导中国人民大学出版社.20002余英良.机床数控改造设计与实例机械工业出版社19973机床设计手册编写组编机床设计手册第一，三，四册机械工业出版社19984明兴祖主编.数控加工技术化学工业出版社20015胡占齐 杨莉.机床数控技术机械工业出版社19866黄

4、调 赵松年.机电一体化技术基础及应用机械工业出社19997杨有君.数字控制技术与数控机床机械工业出版社19998王先逵.机械制造工艺学机械工业出版社20029廖念钊 古莹庵.互换性与技术测量中国计量出版社200010中国机械工程学会，中国设计大典编委会李壮云主编中国机械设计大典第五卷江西科学技术出版社，200211陈碧秀等主编.实用中小电机手册。辽宁科学技术出版社200012王槐德主编.中国标准出版社.2003.13普通CA6140车床的说明书.14蔡天作.C6132车床的数控改造J.江西教育学院学报 ,1999,(06) 15彭士永.参加生产实践的几点体会J.辽宁农业职业技术学院学报 , 1

5、998,(01) 16王学东.开放式数控系统步进电机的控制研究J.邢台职业技术学院2003,(03) 17汪程 彭晓兰.优化两年制数控高职人才培养方案J.机械职业教育,2005,(08) 18杨丰.普通车床的数控改造J.长沙航空职业技术学院学报 , 2001,(01) 19陆红伟 汪木兰.数控系统实验装置的研制J. 南京工程学院学报 , 2001,(01) 20曹锦江.FANUC数控系统综合实验装置平台研制J.中国现代教育报，2006,(02) 21张涛 王文霞.生物学教学要注重与生产实践的结合J.生物学教学 , 2004,(10) 22袁振荣.MELSECK可编程控制器及其应用J.龙岩师专学

6、报,2000,(03) 23赖志刚.普通车床数控化改造技术研究J.萍乡高等专科学校学1998,(04) 24王洪章.普通车床数控化改造初探J.张家口职业技术学院学2005,(01) 25郝用兴.提升机PLC控制系统J.平原大学学报,2000,(03) 26柳青.PLC在产品自动检验系统中的应用J.湖南工业职业技术学院学2003,(01) 27周云波.PLC是机电一体化的极佳选择J.新疆石油教育学院学报,2003,(01) 28童志宝.FXON系列PLC定时器编程探讨J. 浙江万里学院学报,2003,(02)学习中心：常州工学院 班级：0743032130专业：机械设计制造及其自动化 学 生：

7、彭宇翔指导教师：诸伟新 【精品文档】第 26 页摘 要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中机构复杂，精密，批量小，多变零件的加工问题，我国作为机床大国，拥有大量的普通机床。因此，对普通机床数控化改造不失为一种较好的选择。关键词： C6140普通车床数控化改造数控系统主传动系统进给系统目 录摘要I目录 II第一章 绪论 11.1 现实背景和理论背景11.1.1现实背景 11.1.2理论背景 11.2普通机床数控化改造的意义 2第二章 普通机床数控化改造现状及问题 32.1主要研究内容及技术路线 32.2数控化改造后机床的优越性 32.3机床

8、的经济型数控化改造主要解决的问题 4第三章 普通机床数控化改造 53.1 802S数控系统的组成53.2数控机床伺服系统的选择 63.2.1开环控制系统 63.2.2闭环控制系统 73.3 机械部分的改造73.3.1床身 83.3.2 主轴变速箱83.3.3 拖板83.3.4 自动换刀装置93.3.5 拖板箱93.4主轴交流伺服电机93.4.1主轴的变速范围103.4.2初选主轴电机的型号103.4.3主轴电机的校核103 .5 进给电机的选择113.5.1 步进电动机的选用原则 113.5.2步距角 123.5.3精度123.5.4转矩123.5.5启动频率133.6纵向步进电机的选择133

9、.6.1确定系统的脉冲当量133.6.2步距角的选择143.6.3矩频特性143.6.4据步进电机的矩频特性计算加减速时间校核的快速性183.7 横向步进电机的选择 193.7.1步距角的确定 193.7.2距频特性203.8微机控制系统硬件电路设计223.8.1 控制系统的功能要求 223.8.2主轴系统的改造233.8.3机床控制系统改造243.8.4编写PLC用户程序263.8.5驱动器调试27参考文献 28致谢 30第一章 绪论1.1 现实背景和理论背景1.1.1现实背景数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机

10、械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。1.1.2理论背景针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制

11、系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。1.2普通机床数控化改造的意义企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化

12、较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0.01至0.02mm，已能满足CA6140车床改造后加工零件的精度要求。第二章 普通机床数控化改造现状及问题2.1主要研究内容及技术路线（1）纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。（2）纵向和横

13、向步进电机的选择。（3）主轴交流伺服电机的选择与校核。（4）微机控制系统硬件电路设计。2.2数控化改造后机床的优越性（1）机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。（2）机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者不能加工的复杂型面零件。（3）机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高3-7倍。（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运，降低工件的定位误差。（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好的调节了机床加工状态。还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。（6）数控加工降低了工人的劳动强度，节省了劳

14、动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期很生产周期，并可对市场需求做出快速反应。2.3机床的经济型数控化改造主要解决的问题（1）恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。（2）数控化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床。（3）翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新。（4）技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。第三章 普通机床数控化改造3.

15、1 802S数控系统的组成SINUM ER IK802D是德国SIEMENS公司推出的全数字化数控系统，它可控制4个数字进给轴和一个主轴。它由PCU（控制面板单元）、键盘、PP72/48（输入输出模块）、24V电源、驱动器SMODRIVE611UE、1FK6系列数字伺服电机和1PH7系列数字主轴电动机等部分组成。系统的各个部件通过现场总线PROFBUS连接。其结构，如图2.1：图3.1 802S数控系统组成框图图3.1中PCU单元是802S 的核心 ,它集成了PROFBUS接口、NC键盘、三个手轮接口以及PCMCIA接口（用于数据备份）。各软件部分NCK、HMI和PLC全部集成于PCU单元中。

16、 根据S802D系统简明调试指南技术手册,S802的PCU单元主要完成数控加工程序的处理及逻辑运算 ,有7个对外连接端口，X4(9芯孔式D 型插座)为PROFIBUS端口 ,用于与驱动器SIMODRIVE611UE模块上的X423接口相连接 ,通过该端口与输入输出模块PP72 /48上的 X2接口(9芯孔式D型插座)相连,再通过X111、X222、X333 接口与机床控制面板 MCP相连实现机床控制;X6RS232C串行接口,用于实现S802D数控系统与外部设备进行通讯;X8(三芯端子式插座)为数控系统工作电源的接线端子,其工作电源为24VDC；X10为键盘接口,通过电缆与全NC键盘相连，实现

17、程序参数的编辑、修改与存储等功能；X14X16(15芯孔式 D 型插座)为电子手轮接口，可连接三个手轮。 S802D数控系统的软件操作界面采用中(英)文菜单,通过全NC键盘(操作面板)及机床控面板(MCP)可以实现程序的编制及零件的自动加工,手动控制，编辑程序参数，与外部设备(如计算机)进行数据通迅，显示报警，编辑机床数据等功能。输入输出模块PP72/48主要完成内部PLC与外部设备的信号传输功能，每个模块具有三个独立的50芯插槽，每个插槽中包括了24位数字量输入和16位数字量输出。因此每个PP模块具有72位输入和48位输出。 802S数控系统中配备有驱动系统和伺服电动机，SMODRIVE61

18、1UE配备PROFBUS接口模块用于速度环和电流环控制。伺服电动机采用1FK6系列，选配1Vpp正弦波编码器。802S的位置环控制由PCU完成。车床系统带有两个数字进给轴（X轴和Z轴）和一个模拟主轴（变频器）正好由一个611UE模块实现。611UE的模拟输出口用于输出主轴速度给定，而611UE上的数字输出可用于模拟主轴的使能控制。WSG接口用于连接主轴编码器作为速度反馈。3.2数控机床伺服系统的选择数控机床按伺服控制主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。3.2.1开环控制系统系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和

19、功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称该之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。该机床数控化改造纵向和横向进给伺服驱动选择开环步进电机控制3.2.2闭环控制系统该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执

20、行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。由于闭环控制代价高，适用于精密和高精密数控机床，对于经济型数控机床选择此系统，无疑提高了它的成本和调试难度。3.2.3半闭环控制系统半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单

21、。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。由于它的性价比高，大部分普通机床数控化改造都采用此系统。3.3 机械部分的改造为了充分发挥数控系统的技术性能，保证改造后的车床在系统控制下重复定位精度，微机进给无爬行，使用寿命长、外型美观，机械部分作了如下改动。3.3.1 床身为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零件、部件的耐磨性，尤其是机床导轨的耐磨性。增加耐磨性的方法有：增加导轨的表面强度如：淬火；降低摩擦系数等。当前国内外数控机床的床身等大件多采用普通铸铁。而导轨则采用淬硬的合金钢材料，

22、其耐磨性比普通铸铁导轨高5至10倍。据此，在改造中利用旧床身，采用淬火制成导轨，贴塑用螺钉和粘剂固定在铸铁床身上。粘接前的导轨工作表面采用磨削加工，表面粗糙度Ra0.8mm，以提高粘接强度。3.3.2 主轴变速箱选用数控系统,主运动方式和传统机床一样都要求有十分宽广的变速范围（116）来保证加工时选择合理的切速，从而获得较高的生产率和表面质量,所以要根据具体情况对主轴变速箱进行改造。3.3.3 拖板拖板是数控系统直接控制的对象，不论是点位控制还是连续控制，对被加工零件的最后坐标精度将受拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。对于应用步进电机作拖动元件的开环系统尤其是这样。因为数控系统发出的指令仅使

23、拖板运动而没有位置检测和信号反馈，故实际移动值和系统指令值如果有差别就会造成加工误差。因此，除了拖板及其配件精度要求较高外，还应采取以下措施来满足传动精度和灵敏度要求。在传动装置的布局上采用减速齿轮箱来提高传动扭矩和传动精度(分辨率为0.01mm)。传动比计算公式为： 式（3.1）式中：为步进电机的步距角(度)；p为丝杠螺距，mm；为脉冲当量，即要求的分辨率，mm。在齿轮传动中，为提高正、反传动精度必须尽可能的消除配对齿轮之间的传动间隙，其方法有两种，柔性调整法和刚性调整法。柔性调整法是指调整之后的齿轮侧隙可以自动补偿的方法，在齿轮的齿厚和齿距有差异的情况下，仍可始终保持无侧隙啮合。但将影响其

24、传动平稳性，而且这种调整法的结构比较复杂，传动刚度低。刚性调整法是指调整之后齿轮侧隙不能自动补偿的调整方法，它要求严格控制齿轮的齿厚及齿距误差，否则传动的灵活性将受到影响。但用这种方法调整的齿轮传动有较好的传动刚度，而且结构比较简单。在设备改造中应用的配对齿轮侧隙方法是刚性调整法。采用滚珠丝杠代替原滑动丝杠，提高传动灵敏性和降低功率、步进电机力矩损失。 3.3.4 自动换刀装置为了满足在一台机床上一次装夹完成多工序加工，可采用自动刀架。自动刀架不但可代替普通车床手动刀架，还可用作数控机床微机控制元件。刀架体积小，重复定位精度高，适用于强力车削并安全可靠。3.3.5 拖板箱采用数控系统控制。拆除

25、原拖板箱，利用此位置安装新拖板箱，新拖板箱除固定在滚珠丝杠的螺母上。挂轮箱、走刀箱拆除，在此两个位置分别装控制螺纹加工的主轴脉冲编码器和拖板轴向伺服元件功率步进电机及减速箱。使改造后的机床外型美观、合理。改造后机床的启动、停机均由数控系统完成，故拆除原机床操纵杆，变向杠、立轴等杠杆零件。3.4主轴交流伺服电机3.4.1主轴的变速范围 主轴能实现的最高转速与最低转速之比称为变速范围, 即=,数控机床的工艺范围宽，切削速度与刀具，工件直径变化很大，所以主轴变速范围很宽。 由于 =1800 =14= 式（3.2） 则 =113r/min 这里为电动机的额定转速该机床主轴要求的恒功率调速范围为：= =

26、1800/113=15.9 式（3.3）主轴电机的功率是：7.5kw3.4.2初选主轴电机的型号选主轴电机的型号为：SIMODRIVE系列交流主轴驱动系统型号为1HP6167-4CB4，连续负载PH/KW=14.5，间歇负载（60%）/ =17.5kw,短时负载（20min）/=19.25,额定负载n=5000，最大转速=8000,额定转矩277N.m,惯性矩0.206/kg.m晶体管PWM变频器型号为6SC6058-4AA023.4.3主轴电机的校核电动机恒功率调速范围：=8000/500=16所以所选电动机型号的调速范围满足主轴所要求的调速范围。3 .5 进给电机的选择对于经济型数控化改造

27、，我们选用步进电机进行伺服控制。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。3.5.1 步进电动机的选用原则选用步进电动机时，通常希望步进电动机的输出转距，启动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转距也快速运行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此实际选用时，必须全面考虑。1)应考虑系统的精度和速度的

28、要求。为了提高精度，希望脉冲当量小。但是脉冲当量越小，系统的运行速度越低。故因兼顾精度也速度的要求来选定系统的脉冲当量。在脉冲当量确定以后，又可以为依据来选择步进电动机的步距角和传动机构的传动比。2)对位移误差的要求。步进电动机的步距角从理论上说是固定的，但实际上还是有误差的。此外，负载转距也将引起步进电动机的定位误差。应将步进电动机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全部考虑在内，使总的误差小于数控机床允许的定位误差。3)步进电动机的特性曲线对步进电动机参数选择有影响的特性曲线包括：起动距频特性曲线和反映转距也连续运行频率之间关系的工作距频特性曲线。4)步进电动机的选择既要满足快速

29、进给的要求，又要满足切削进给的要求。在这两种情况下，对转距和进给速度有不同的要求。若要求进给驱动装置有如下性能：在切削进给时的转距,最大切削进给速度,在快速进给时的转距，最大快速进给速度。3.5.2步距角步距角应满足： 式（3.4）式中， -传动比 - 脉冲当量 -丝杠导程3.5.3精度步进电动机的精度可以用步距误差或累积误差衡量，累积误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用累积误差衡量精度比较实用，所选用的步进电动机应满足：式（3.5）式中， -步进电动机的累积误差。 -系统对步进电动机驱动部分允许的角度误差。3.5.4转矩为了使步进电动机正常运转（

30、不失步，不越步）正常启动并满足对转速的要求，必须考虑以下条件：起动力矩一般选取为: 式（3.6）式中， -电动机起动力矩 -电动机静负载力矩根据步进电动机的相数和拍数，启动力矩选取如表5.1所示，表中MJM为步进电动机的最大静载矩，是步进电动机技术数据中给出的。运行方式相数33445566拍数3648510612Mg/0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866表3.1步进电动机相数、拍数启动力矩表在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。3.5.5启动频率由于步进电动机的启动频率随着负载

31、力矩和转动惯量的增大而降低，因此，相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足： 式(3.7)式中，-极限启动频率， -要求步进电动机最高启动频率。3.6纵向步进电机的选择3.6.1确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。因此，脉冲当量应根据机床精度的要求来确定，CA6140的定位精度为0.015mm，因此选用的脉冲当量为0.01mm/脉冲 0.005mm/脉冲。3.6.2步距角的选择根据步距角初步选步进电机型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角，三种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。步距角 及减速比与脉冲当量和丝杠导程

32、有关。初选电机型号时应合理选择及, 并满足： 式（3.8）由上式可知： =3600.011/ L。=0.36初选电机型号为:90BYG5502具体参数如表3.2所示表3.2 90BYG5502具体参数纵向电机步距角相 数驱动电压电 流90BYG55020.36550V3A静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量重 量5N.m22003000040kg.cm4.5kg表3.2步进电动机相数、拍数启动力矩表图3.2 电机简图3.6.3矩频特性：由于： =(r/min)则： =J()式中：J为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（）;为电机最大角加速度（）；为与运动部件最大快进速度对应的电

33、机最大转速（r/min）；t为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s）；为运动部件最大快进速度（mm/min）；为脉冲当量（mm/脉冲）；为初选步进电机的步距角（）步，对于轴、轴承、齿轮、联轴器，丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式为J=(),对于钢材，材料密度为7.810(),则上式转化为J=0.78DL10(),式中：Mc为圆柱体质量（kg）；D为圆柱体直径（cm），JD为电动机转子转动惯量，可由资料查出。(1)丝杠的转动惯量Js Js=Js/，为丝杠与电机轴之间的总传动比由于 =1则: Js=0.78DL10=0.78(6.3)17010=208.9()(2)工作台质量折算=（）(

34、),式中：为丝杠导程（cm）；为工作台质量（kg）.由于=1cm =90kg则 ：=（）=90=2.28()1）一对齿轮传动小齿轮装置在电机轴上转动惯量不用折算，为.大齿轮转动惯量折算到电机轴上为=()2）两对齿轮传动传动总速比=,二级分速比为和.于是，齿轮1的转动惯量为,齿轮2和3装在中间轴上，其转动惯量要分别折算到电机轴上，分别为()和 ().齿轮4的转动惯量要进行二次折算或以总速比折算为：=() () 式（3.9）因此，可以得到这样的结论：在电机轴上的传动部件转动惯量不必折算，在其他轴上的传动部件转动惯量折算时除以该轴与电机轴之间的总传动比平方。由于减速机构为一对齿轮传动，且第一级=1,

35、则可分别求出各齿轮与轴的转动惯量如下：n=45,m=1.5的转动惯量,其分度圆直径d=451.5=67.5mmS=27mm 则: =0.786.7510=4.371 n=40,m=1.5的转动惯量,其分度圆直径d=401.5=60mmS=27mm 则: =0.78610=2.73n=30,m=1.5的转动惯量,其分度圆直径d=301.5=45mmS=27mm 则: =0.784.510=0.964 n=45,m=1.5的转动惯量,其分度圆直径d=451.5=67.5mmS=30mm 则: =0.786.7510=4.9538 n=50,m=1.5的转动惯量,其分度圆直径d=501.5=75mm

36、S=30mm 则: =0.787.510=7.548 n=60,m=1.5的转动惯量,其分度圆直径d=601.5=90mmS=30mm 则: =0.78910=15.66 两输入输出轴的转动惯量为:J输入=0.781.81310=0.106 ; L=130mmJ输出=0.782.51310=0.396 ; L=130mm查表得：=4 综上可知：=+2 式（3.10）=252.302 又由于 V =1.461600=2236mm/min则：=252.30210=41.1(3)力矩的折算：1）=空载摩擦力矩= 式（3.11）式中：为运动部件的总重力（N）；为导轨摩擦系数；为齿轮传动降速比；为传动系

37、统总效率，一般取=0.70.85；为滚珠丝杠的基本导程（cm）。由于=9010=900N, =0.05, =1, =0.85则 =8.4N.cm2）附加摩擦力矩=(1-) 式（3.12）式中：为滚珠丝杠预加负载，即预紧力，一般取1/3Fm;Fm为进给牵引力，为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取0.9得 =1/3=1/31728.8=576.3N又 L。=10mm ，=0.95则 =96.6 则 =+=41.1+8.4+96.6=140 由于=则所选步进电机为五相十拍的经表查得 ：=0.951则 =1.67N.m=0.955=4.75 所以所选步进电机合乎要求3.6.4据步进电机的矩频特性计算加

38、减速时间校核的快速性T=(-) 式（3.13）式中：T为加减速时间，和分别为转子，负载的转动惯量（）为电机得步距角（），,为电机最大平均转矩，负载转矩（）,为起始加速时和加速终了时的频率（Hz）由于=0.410 =0.0252 =0.36=5 =1.67 =2200Hz =30000Hz 则 T=(30000-2200) =1.2s1.5s所以选此步进电机能满足要求。3.7 横向步进电机的选择3.7.1步距角的确定 式(3.14） =6 =1 =0.005 0.3 初选电机型号为:110BYG5602 具体参数如表3.3所示。横向电机步距角相数驱动电压电流110BYG56020.3580V3A

39、静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量重量16 25003500015kg.cm16kg表3.3 110BYG5602电机具体参数图3.3 电机简图3.7.2距频特性(1)力矩的折算1)空载摩擦力矩 =6010=600N =0.05 =6mm =0.8=3.5()2)附加摩擦力矩 =1/3=1/33433.6=1144.5N =6=115 (2)转动惯量的折算1)滚珠丝杠的转动惯量 =0.7810 =4cm =26cm =0.7810=0.78(4)2610 =5.19 ()2)工作台转动惯量 = 式（3 .15）=0.6cm =60kg =60=0.54( )(3)多脉冲减速装置的转动惯量折

40、算Z=30 d=1.530=45mm =0.7810 =0.784.51.810 =0.58 Z=40 d=m=1.540=60mm =0.7810 =0.7861.810 =1.82 Z=45 d=1.545=67.5mm =0.7810 =0.786.751.810 =2.92 Z=50 d=1.550=75mm =0.7810 =0.787.51.810 =4.44 Z=60 d=1.560=90mm =0.7810 =0.7891.810 =9.2 又由于 输入=0.106 J输出=0.396 =15.8 则 =+=58 = 10=0.781600=1248mm/min =1.5s =0.005 =0.3 =50 =7.257 =+ =7.527+3.5+115=125.7N.cm又 步进电机为五相十拍=0.95 =16N.m=1.257N.m0.9516=15.2N.m所以此步进电机符合条件(4)上升时间校核=1.5810 =5.810 =0.3 =16N.m =1.257N.m =2500Hz =35