CA6140普通车床的经济型数控改造回转刀架及其控制设计说明书.doc

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1、精选资料 摘 要所谓数字控制机床是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它的优点很多,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座,配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾,不占据丝杠空间。横向进给机构的改造：拆除横向丝杠换上滚珠丝杠

2、,由步进电机带动。总体设计方案:CA6140车床主轴转速部分保留圆机床的手动变速功能。车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动。最后,根据已知条件对纵向横向伺服进给机构进行设计与计算。 关键词:数控、车床、改造可修改编辑精选资料ABSTRACT Numerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automaticallu in sequences as specified by the program that contains the information for the

3、 tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is

4、significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machine

5、s. The reformation of the vertical mechanism: we demolish the current smooth leading, leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevant position. The reformation of the horizontal mechanism: we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And

6、 Stepper motor drives the screw. The overall master design: the spindles gearshift of the CA6140 mechanism controlled by the former operating lever. The moving of the vertical table and the horizontal table is drove by the ball screw, which is drove by the Stepper motors. The last, we design the ver

7、tical and horizontal mechanism on the basis of known numbers.Key word: Numerical Control、 machining、 information可修改编辑精选资料目 录第一章 绪论11.1机床数控改造的意义31.2数控机床的主要改造步骤3第二章 设计的任务及要求52.1 CA6140横向进给系统及刀架数控改造设计的任务52.2 CA6140横向进给系统及刀架数控改造设计的要求5第三章 改造设计的总体方案63.1设计参数的确定63.2改造方案的确定73.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择73.2.2机械传动方式7第

8、四章 滚珠丝杠副的设计和计算84.1选择脉冲当量84.2计算切削力84.2.1纵车外圆84.2.2横切端面84.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型94.3.1滚珠丝杠轴向进给切削力的计算94.3.2滚珠丝杠的平均转速计算94.3.3滚珠丝杠的寿命计算104.3.4滚珠丝杠副在高速和定工作载荷的情况下的选用104.3.5滚珠丝刚副在受动载荷的情况下的选用124.3.6按额定静载荷选用滚珠丝杠副134.3.7滚珠丝杠副的选型134.3.8滚珠丝杠副的刚度验算16 4.3.9滚珠丝杠副的稳定性验算18第五章 减速器的设计计算19第六章 步进电机的选型及计算216.1等效转动惯量的计算21可修改编辑6.2根

9、据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号226.2.1步距角226.2.2矩频特性236.3启动矩频特性和运行矩频特性校核266.3.1启动矩频校核276.3.2运行矩频校核286.4步进电机的安装尺寸30第七章 刀架的改造设计317.1刀架改造的意义317.2自动换刀装置形式的选择317.3螺旋转位刀架的工作原理337.4对自动换刀装置的要求357.5自动换刀装置的主要部件设计计算及选择357.5.1杆、蜗轮的设计计算357.5.2电机的选择36第八章 结论37参考文献38致 谢39可修改编辑精选资料第一章 绪论随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中

10、数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，“十五”期间，中国数控机床行业实现了超高速发展。其产量2001年为17521台，2002年24803台，2003年36813台，2004年51861台，是2001年的3.7倍，平均年增长39；2005年国产数控

11、机床产量59639万台，接近6万台大关，是“九五”末期的424倍。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展

12、先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。为了弥补我国数控机床的严重不足，许多企业与厂家都对原有的普通机床改装成数控机床。目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。但是机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机

13、床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能

14、地与数控机床相接近。数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备。在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐；同时目前大多数企业还有数量

15、众多，而且还具有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相对较低、不能批量生产，生产的自动化程度不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性和转型周期，又不能马上淘汰。而改造现有旧机床、配备与之相适应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，不失为一条投资少、提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提升竞争力，在我国成为世界制造业中心及制造强国的进程中，占有一席之地。所以，针对普通车床6140存在以下几个问题：1) 车床整体太破旧，机床磨损严重，加工精度达不到要求。2) 车床电气元件老化，连接线不稳

16、固。3) 普通车床加工存在局限性，不能实现现代多种零件的加工。4) 随着机床的发展，机床也变成了数控化、人性化、效益化。普通车床实现一人操作多台机床，不能自动化控制。因此，据上述问题普通车床即将面临淘汰，因此，普通车床的改造势在必行。机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的

17、转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。然而，数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1) 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现

18、新工件加工；2) 加工精度高，具有稳定的加工质量；3) 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；4) 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；5) 机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产效率高（一般为普通机床的35倍）；6) 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度改善劳动条件；7) 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.1机床数控改造的意义 1) 节约成本。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费

19、用，并可以利用现有地基。 2) 改造时间短。 3) 性能更稳定。在改造过程中可以对原机床的机械部分重新装配加工，恢复到原有精度；采用数控软件控制机床各部分，更加可靠。 4) 设计风险小。对普通的旧机床改造，即使改造失败，也不会造成较大损失。 5) 可以更好的体现用户的愿望。在改造过程中，用户可以根据自己的需求对机床进行调整。 6) 机械性能稳定可靠。原机床床身立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，改造后机床性能高、质量好，可以继续作为新设备使用多年。 7) 采用最新的控制技术。可根据技术革新的发展速度，提高机床的自动化水平和工作效率，提升设备质量和档次，将旧机床改造成当今水平的机床。 8) 提高

20、生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 9) 更有利于使用和维护。1.2数控机床的主要改造步骤 1) 作好改造的前期准备工作。对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。dfgsdfget457683245ERTIUI#$%#*SDFSDHFJjVs中国设备管理网 WP0 2) 进行电气改造的机床一般均需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容，也要确定因改造而需进行机械结构改动的要求和内容。为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设

21、计、绘图、零件制作等应先期完成。停机后需拆、改、加工的部分等也应事先规划完毕，提出明确要求。机械性能完好是电气改造成功的基础。dfgsdfget457683245ERTIUI#$%#*SDFSDHFJjVs中国设备管理网 WP0 3) 改造前应熟悉技术资料，做到思路清晰，层次分明。dfgsdfget457683245ERTIUI#$%#*SDFSDHFJjVs中国设备管理网 WP0 4) 原系统的拆除必须对照原图纸进行，并及时作出标记，防止遗漏或过拆。dfgsdfget457683245ERTIUI#$%#*SDFSDHFJjVs中国设备管理网 WP0 5) 根据设计图纸合理配置新系统，以确保

22、连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。dfgsdfget457683245ERTIUI#$%#*SDFSDHFJjVs中国设备管理网 WP0 6) 调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护、系统灵敏度，防止发生人身及设备事故。可修改编辑精选资料第二章 设计的任务及要求第三章 第三章 改造设计的总体方案第四章 滚珠丝杠副的设计和计算4.1选择脉冲当量步进电机是一种把电脉冲信号转变成直线位移或角位移的执行元件。对于每一个电脉冲步进电机都会产生一个恒定的步进角位移。每一个脉冲或每步的转角称为步进电机的步距角，每脉冲代表电机一定的

23、转角。这个转角经齿轮副和滚珠丝杠使工作台移动一定的距离。每个脉冲所对应的执行元件的移动距离，就称为脉冲当量或分辨率。记为，单位mm/脉冲。脉冲当量应根据机床或工作台进给系统所要求的定位精度来确定。考虑到机械系统存在传动误差，脉冲当量必须小于定位精度值。在此改造中，机床定位精度的设计要求是0.015mm,根据该精度要求可以确定纵向传动系统的脉冲当量为0.01mm。又因为横向进给系统的脉冲当量一般为纵向进给系统的一半，所以横向进给系统的脉冲当量为0.005mm。4.2计算切削力 4.2.1纵车外圆主切削力（N）按经验公式估算： 按切削力各分力比例可得： 4.2.2横切端面主切削力根据经验比较为纵车

24、的0.5，所以 此时走刀力，吃刀抗力，仍按上述方法计算，则： 4.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型由于我国现在已经有了生产滚珠丝杠副的专业工厂，因此，这次在改造中需要的滚珠丝杠就完全没有必要自己从头到来研制它，只应根据它的使用条件，承载能力和寿命等合理地选用符合需要的滚珠丝杠副就可以了。现在选用滚珠丝杠副的方法比较多，但是通过比较和参考同类选用经验，如果还采用经验法或类比法来选用滚珠丝刚副，就容易出现选用不合理的现象，造成结构尺寸过大，增加驱动装置的负荷等缺陷。目前人们认为教合理的选用方法是按照滚珠丝杠的额定静载荷 (其转速)和额定动载荷 (其转速)及传动速比的要求来确定所需选用的滚珠丝杠副的公称

25、直径和基本导程。如今各滚珠丝杠生产厂家都在他们所制定的结构系列表中列出了其各型号滚珠丝刚副的的额定静载荷和额定动载荷值。从实际应用中可知，滚珠丝杠副的螺纹滚道在一定的轴向载荷作用下，经历一定的应力循环之后，就要产生疲劳点蚀现象。因此，当滚珠丝杠副在较高转速（一般转速）下工作时，应按其使用寿命选则基本尺寸，并校核其载荷能力是否超过额定动载荷。当滚珠死杠副在低速（一般转速）下工作时，应按其使用寿命和额定静载荷两种方法来确定其基本尺寸，并选择其中较大的。当滚珠丝杠副在静载荷下工作时，则只需按额定静载荷选择其结构尺寸。 4.3.1滚珠丝杠轴向进给切削力的计算因为横向导轨为燕尾形导轨，所以可用下公式计算

26、： 式中 K考虑颠覆力矩影响的实验系数，燕尾形导轨取K=1.15 滑动导轨摩擦系数，=0.150.18。在此设计中取0.17G溜板及刀架重力，G=600N 4.3.2滚珠丝杠的平均转速计算最大切削力下的进给速度 (r/min),可取最高进给速度的1/21/3(取为1/2),横向最大进给速度为0.3m/min,丝杠导程选,则滚珠丝杠的平均速度为： 4.3.3滚珠丝杠的寿命计算滚珠丝杠的使用寿命取，则滚珠丝杠的寿命为： 4.3.4滚珠丝杠副在高速和定工作载荷的情况下的选用如前所诉，滚珠丝杠副在高速或较高速的情况下工作时，它的失效形式主要是螺纹滚道或滚珠表面的疲劳点蚀。滚珠丝杠副抵抗疲劳点蚀的能力用

27、额定动载荷表示。实验研究表明，滚珠丝杠副的额定动载荷与使用寿命的关系为：式中 额定动载荷，N 滚珠丝杠副的轴向载荷，N 滚珠丝杠副的额定寿命，转由上式可见，对于选定的滚珠丝杠副而言，它的使用寿命与其所承受的轴向载荷的三次方成反比，即它所承受的轴向载荷越大则其使用寿命越短。对于在转速，和工作寿命时间T一定的条件下，滚珠丝杠副的总转速N为：式中 平均转速， 使用寿命时间，对应的工作寿命为：在生产实际中常以小时数表示额定的工作寿命，则得以小时计算的滚珠丝杠副的寿命为： 式中 工作寿命各类机械对滚珠丝杠副的寿命要求，额定寿命(转),具体参数可以参照下表4.1 表4.1各类机械对滚珠丝杠副的寿命要求及寿

28、命系数机械类别寿命L（h）寿命系数K普通机械5000100002.152.71普通金属切削机床100002.71数控和精密机械150003.11测试机械和仪器150003.11航空机械10001.26 由上表和知选中的滚珠丝杠的寿命是合乎要求的。在高速或定载荷的情况下滚珠丝杠的工作寿命所对应的计算动载荷值为：式中 滚珠丝杠副轴向进给切削力，N 运转系数，此处取1.2 精度系数，丝杠副精度等级选3级，则精度系数为1对于选用的滚珠丝杠副，其计算动载荷应满足下列条件：4.3.5滚珠丝刚副在受动载荷的情况下的选用 车床在运行过程中，难免存在一定的冲击振动，温度等因数也会引起硬度的变化，这些都会对滚珠丝

29、杠副的寿命产生影响，所以应对其进行计算。在此情况下滚珠丝杠副的计算动载荷值可按下式计算：式中 寿命系数，参照表4.1选取。此处选 转速系数，取 载荷性质系数，参照表4.2选取。此处选 动载荷硬度影响系数，参照表5.3选取。此处选 轴向工作载荷，N表4.2载荷性质系数 载荷性质系数K平稳或轻微冲击1.01.2中等冲击1.21.5教大冲击或振动1.52.5表5.3硬度影响系数 硬度（HRC）585552.55047.54540动载荷硬度影响系数1.01.111.351.561.922.43.85静载荷硬度影响系数1.01.111.401.672.12.654.5同在高速和定工作载荷情况一样，按使用

30、寿命选用选用滚珠丝杠副尺寸系列时，其额定动载荷值应等于或大于计算动载荷值，即应满足下列条件：4.3.6按额定静载荷选用滚珠丝杠副滚珠丝杠副在低速（）下工作时，其主要失效形式螺纹滚道或滚珠表面产生较大的塑性变形。而滚珠丝杠副抵抗塑性变形的能力用额定静载荷表示。当滚珠丝杠副的工作载荷是静载荷或其转速小于10r/min时，则应按额定静载荷选用滚珠丝杠副的尺寸系列。其计算静载荷值应按下式计算：对于按额定静载荷所选用的滚珠丝杠副，应使其额定静载荷值大于或等于计算静载荷值。即应满足下式：式中 额定静载荷值，N 计算静载荷值，N 载荷性质系数，可从表4.2中查出 静载荷硬度影响系数，可从表5.3中查出 轴向

31、工作载荷，N4.3.7滚珠丝杠副的选型应该指出的是按上述3种情况选用的滚珠丝杠副的主要尺寸和预紧力对滚珠丝杠副的传动特性是有一定影响的。从滚珠丝杠副的尺寸系列表中可见，滚珠丝杠副的主要尺寸参数是公称直径和基本导程。上述的，的确定和所加预紧力的大小对该丝杠副的传动特性，如刚度、传动精度、驱动力矩和使用寿命等均有密切的关系。因此，在选择滚珠丝杠副的系列尺寸时，需要加以全面的考虑。现就滚珠丝杠副的主要尺寸参数，和所加预紧力对其刚度、传动精度、驱动力矩和使用寿命等的影响情况列表4.4中比较说明：表4.4滚珠丝杠副的主要尺寸对其传动精度的影响主要尺寸参数刚度位移精度惯量驱动力矩寿命公称直径增大增大增大增

32、大减小减小增大减小基本导程增大增大降低减小增大延长减小减小增高增大减小降低预紧力增大增大增大增大降低减小减小降低减小增高根据上述的计算和分析结合滚珠丝杠副的尺寸系列或产品样本就可以初选滚珠丝杠副的型号了。在此次的改造中选用江汉丝杠厂的HJGS系列滚珠丝杠副。该系列丝杠结构先进，性能良好。与老结构相比，轴向、径向尺寸都有明显的缩小，机械效率可达90%95%，比梯形丝杠的效率提高了3倍左右。通过查机械手册表可以知道2506-3内循环单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为12945N，额定静载荷为29026N。 4.3.8滚珠丝杠副的刚度验算对于精密传动的滚珠丝杠副通常要进行刚度验算。而滚珠丝杠副的刚度主要

33、取决于该滚珠丝杠副在载荷的情况下，丝杠的轴向变形，滚珠与滚道间的接触变形和支撑丝杠的轴承的轴向接触变形的大小。 1）丝杠副的轴向变形量滚珠丝杠副的轴向变形，当丝杠长度L较大时，它在滚珠丝杠副总的轴向变形量中所占的比重较大。其轴向变形量的大小与滚珠丝杠副的支承方式有很大关系。在此次改造中选用一端固定，一端浮动，三点支承的形式。 所以滚珠丝杠副的轴向变形量为： 式中 轴向进给切削力引起导程的变化量 轴向进给切削力，N 滚珠丝杠材料的弹性模量，对于钢 A滚珠丝杠的横截面积由于滚珠丝杠一端采用推力球轴承支承，又因滚珠丝杠进行了预紧，故丝杠的刚度可比一端固定的丝杠提高4倍左右。所以其实际变形量为： 2）

34、滚珠与螺纹滚道间接接触变形对于滚珠丝杠副，其滚珠与螺纹滚道在工作过程中会产生接触变形，该变形量在可修改编辑精选资料总的变形量中也占有较大的比重。应该注意的是滚珠与螺纹滚道间接接触变形在有无预紧时的变形量是有很大区别的，在本次改造中因为滚珠丝杠要进行预紧，所以应按下式计算：式中 轴向进给切削力，N 预紧力，N（一般取的1/3） 滚珠直径，mm 工作螺母的滚珠数目。 圈数 列数 一圈的滚珠数目其中一圈的滚珠数目不可能为小数，所以取整为19。滚珠丝杠的公称直径 3）支承滚珠丝杠副轴承的轴向变形由于滚珠丝杠副大都采用滚动轴承支承，次改造也不例外。在实际应用中，如果支承滚珠丝杠副的轴承刚度不足，将会影响

35、到整个传动系统的精度。为了保证丝杠副的工作性能，必须提高支承滚珠丝杠副轴承的刚度。在众多轴承系列中，推力球轴承能较大提高轴向刚度，所以在此改造中选用推力球轴承。但是，支承滚珠丝杠副的推力球轴承仍会产生一定的变形量，此变形量对整个刚度还是有较大影响。其变形量的计算过程：如下：式中 轴承的轴向载荷，N 轴承的滚动体数目 轴承的滚动体直径因为传动系统进行了预紧，所以除上述变形外，螺母座及轴承支座（含紧固螺钉）的变形也会影响到滚珠丝杠副的刚度。但是，该变形量的计算较为困难，一般根据滚珠丝杠副的精度要求在结构上尽量增强螺母座及轴承刚度，而不做变形量的计算。所以，滚珠丝杠副的刚度验算，主要是校核丝杠副的轴

36、向变形量、滚珠与螺纹滚道间接接触变形和支承滚珠丝杠副轴承的轴向变形三者之和不大于滚珠丝杠副传动精度所允许精度的一半。即： 丝杠副的传动精度等于机床定位精度的0.8倍，所以由上式可知，滚珠丝杠副的刚度是符合要求的。4.3.9滚珠丝杠副的稳定性验算由于在此次改造中滚珠丝杠副采用一端推力球轴承支承一端固定的支承方式，不会产生失稳现象，所以不用做丝杠的稳定性验算。通过上述的验算分析，所选滚珠丝杠副完全符合使用要求。可修改编辑精选资料第五章 减速器的设计计算为了减小冲击和调整步进电机的输出速度，在步进电机和丝杠之间加一个减数器。在此只对减速器的齿轮做设计，其他部件如支承齿轮的轴和轴承等根据实际情况而定。

37、由设计要求可知横向进给系统的脉冲当量步，滚珠丝杠的导程为6mm,初选的步进电机的步进角为，由此可计算传动比如下： （5.1）式中 电动机步距角 滚珠丝杠导程 步进电机步距角由上式可知，横向传动系统的传动比为5/2，小于5，所以可以选择一级传动。大小齿轮均采用45钢并进行调质处理。选小齿轮硬度HBS为260290，大齿轮硬度为HBS220250。齿轮副精度选为6级。由传动比公式可知大小齿轮 的齿数有多种分配方式，但是在此次改造任务中要尽量减小减速器的重量和合适的外观尺寸。综合考虑下做出如下选择：中心距： 在这次设计中为了减小减速器的外观尺寸，所以大小齿轮均采用悬臂布置，由此可确定齿宽系数为0.2

38、，故大齿轮的齿宽为：由式510取可修改编辑第六章 步进电机的选型及计算目前在伺服驱动系统中常用的是步进电机、电液脉冲马达、直流伺服电机和交流伺服电机等设备。在此次改造设计中选用步进电机作为伺服驱动设备，它与其他设备相比有如下优点： 步进电机的转速仅取决于脉冲频率，而不受电压高低、电流大小及波形的影响。 可以开环控制，也可闭环控制，控制灵活。开环控制不需要位置或速度的检测元件，系统结构简单，能方便的控制脉冲的个数和脉冲的频率实现定位和调速。采用位置反馈和速度反馈的闭环控制系统，不仅可以控制精确的位置和平稳的转速，而且扩大了步进电机的应用领域。 输出转角（步距角）没有长期积累误差。每转一圈，积累误

39、差会自动消除。 启动、停止、反转及其他运行方式的改变，都可以在少量的脉冲周期内完成，并具有定位转矩。选用步进电机主要考虑三个问题，一是步距角要满足系统脉冲当量的要求；二是满足最大静转矩的要求；三是启动转矩与启动频率、工作运行转矩与运行频率必须满足所选电机型号相应的启动矩频特性和工作矩频特性。6.1等效转动惯量的计算传动系统折算到电机轴上的总传动惯量可由下式计算：式中 总转动惯量， 小齿轮转动惯量， 大齿轮转动惯量， 滚珠丝杠转动惯量， 电动机的转动惯量， 工作台转动惯量， 转动惯量可以按下式计算：小齿轮转动惯量：大齿轮转动惯量：滚珠丝杠转动惯量：电动机的转动惯量：初选反应式步进电机为110BF

40、，由此可知电动机的转动惯量为4.7 。工作台转动惯量：所以传动系统折算到电机轴上的总传动惯量为：6.2根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 6.2.1步距角 初选步进电机型号为110BF003，并从步进电机技术参数表（见机电设计指导）中查出步距角或。从式5.1可知，步距角、减速比、脉冲当量和丝杠导程有如下关系：初选电动机型号时要合理选择步距角和传动比。结合分析和式5.1可以确定电动机的步距角为1.5 6.2.2矩频特性 1)空载启动所需力矩步进电机空载启动是指电动机在没有外加工作载荷情况下的启动。步进电机所需的空载力矩可按下式计算：式中 空载启动力矩， 空载启动时运行部件由静止升速到最大快进速

41、度折算到电机 轴上的加速力矩 空载启动时折算到电机轴上的摩擦力矩， 由于丝杠预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩 加速力矩计算：式中 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， 与运动部件最大进给速度对应的电机最大转速 为运动部件从静止启动家加速到最大快速进给所需要的时间（一般为30ms） 为运动部件最大快进速度 脉冲当量 电机步距角折算到电机轴上的摩擦力矩的计算：式中 运动部件总重量 为导轨摩擦系数 齿轮传动比 传动总效率 丝杠导程附加力矩计算：式中 滚珠丝杠预紧力滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取大于或等于0.9结合以上各式就可以得出步进电机空载启动力矩了，计算结果如下： 2）快速移动时所需力矩 快速移动所需力矩 空载启动时折算到电机轴上的摩擦力矩， 由于丝杠预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩 3）最大切削负载时所需力矩式中 附加摩擦力矩， 摩擦力矩， 折算到电机轴上的工作载荷，对于数控系统则是