数控车床的传动系统设计(完整版)资料.doc

《数控车床的传动系统设计(完整版)资料.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控车床的传动系统设计(完整版)资料.doc（130页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、数控车床的传动系统设计（完整版）资料(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）XX学院毕 业 论文题 目：C618数控车床的传动系统设计学生姓名： XX学院 院 系： 机电工程系 专 业： 数控技术应用 指导教师： 级 别： XX学院2021年6月毕业设计(论文)任务书一、毕业设计(论文题目：C618数控车床的传动系统设计二、毕业设计(论文)内容：1.对C618数控车床的一些主要机构主轴箱及典型机构传动系统进行分析，了解其的大致结构组成。2.重点对机床进给伺服系统机械部分以及步进电动机改造设计、计算和同步带传动改造设计。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮间隙采用

2、双薄片调隙方式；为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。3. 对数控系统驱动的电路进行设计。驱动电路采用离低压驱动方式4. 润滑系统的改造。采用油气润滑方式，这种润滑方式不同于油雾润滑方式，油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中，油量大小可达最佳值。压缩空气有散热作用，润滑油可回收，不污染周围空气。 注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师填写并交学校教学处审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。论文开题报告1.选题的背景与意义：一个国家数控机床的水平和拥有量是衡量其工业现代化程度、衡量国家综合竞争力的重要指标，而数控机床的核心技术正是数控系统。虽然我

3、国在低档经济型数控机床上的数控系统基本实现了国产化，但在中高档的数控系统方面还处于劣势地位。两年前，日本法那克公司和德国西门子公司在中国以12000台和7000台的销售数量，基本垄断了中国中高档数控系统市场。但目前，这种中高档数控机床“空芯化”现象已经有所改变。中国机床工具工业协会提供的数字显示，过去五年来，我国数控机床行业科研攻关、标准化等方面取得了一批阶段性成果。全行业平均每年完成科研项目项以上。目前全行业拥有的近项国家标准中，一半以上采用国际标准。行业初步建起了产、学、研结合、国内外结合的新型技术开发体系，已建立起国家超精密机床工程技术研究中心、国家精密工具工程技术研究中心、国家高效磨削

4、工程技术研究中心、国家数控系统工程技术研究中心、国家高档数控工程研究中心等尖端科研中心，经认定的国家级企业技术中心达家。近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃

5、升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 国内数控机床的特点： 1）新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 2）数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3）数控机床发展的关键配套产品有了突破。为此这

6、就迫切要求我们对数控机床的开发与设计，而对数控C618车床的传动系统设计就具有特别的意义随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。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。数控机床与普通机床相比，其主

7、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，就能实现新工件加工。2）加工精度高； 3）生产效率高； 4）减轻劳动强度，改善劳动条件；5）良效益好的经济 6）有利于生产管理的现代化。2.研究的基本内容与拟解决的主要内容：对C618车床主进行数控传动系统设计。1. 对C618数控车床的一些主要机构主轴箱及典型机构传动系统、进给传动系统进行分析，了解其的大致结构组成。2. 重点对机床进给伺服系统机械部分以及步进电动机改造设计和计算和同步带传动改造设计。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮间隙采用双

8、薄片调隙方式；为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。3. 对数控系统驱动的电路进行设计。驱动电路采用离低压驱动方式。4. 润滑系统的改造。采用油气润滑方式，这种润滑方式不同于油雾润滑方式，油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中，油量大小可达最佳值。压缩空气有散热作用，润滑油可回收，不污染周围空气。3 研究的方法与技术路线：通过观察普通C618车床和普通C618数控车床，确定其改造方向，并对其进行改造，并查阅有关资料，对进给伺服机构机械部分和轴组件部分重新进行计算，使其提高性能。对进给伺服机构机械部分和轴组件部分重新进行计算是这次设计中的一大难点，通过查阅有关以往普通C618数

9、控车床资料，经过反复修改计算，将其性能提高。纵向进给机械结构改造方法，为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮间隙采用双薄片调隙方式。.横向进给机械结构改造方法，为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。减速机构改造方法，采用同步齿形带传动机构。轴组件改造方法，主轴采用空心形状大大减小了应力的集中，使轴的刚度有很大提高。计算并验证分析解决上述改造相关问题所拟定的设计参数。数控控制板改造方法，为提靠性和处理速度，采用硬件环形分配器产生脉冲控机的运转。为增强系统的抗干扰能力，输入输出信号要经电隔离。驱动电路改造方法，采用离低压驱动方式。隔离电路和功率放大电路改造方法

10、，隔离电路采用的光电隔离电路；功率放大电路采用双电源型。润滑方式的改造方法，采用油气润滑方式替代传统的油雾润方式。VC618数控车床的传动系统设计摘要 （一） 改造设计总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。（二） 设计任务对C618卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控

11、制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。关键字:传动系统 伺服进给系统数控机床改造设计目录前言1设计任务及要求2第一章改造设计分析31.1数控车床工作原理及组成31.2数控车床是高度自动化机床，数控车床主传动系统的特点3第二章设计任务42.1伺服进给系统的设计改造42.2数控系统的硬件电路设计42.3机械改造部分的设计4数控系统运动方式的确定4伺服进给系统的设计改造52.4机械改造部分的设计5第三章 车床的数控改造设计63.1主传动系统作用63.2对主传动系统的基本要求63.3主传动系统的变速方式6第四章 进给伺服机构机械部分的设计计算84.1 选择脉冲当量84.2计算切削力84.3滚珠丝杆螺母

12、副的计算和选型94.4传动比计算134.5步进电机的计算和选型14第五章 同步带传动设计18第六章 分析论证、结论19参考文献20致谢词21结束语21附录22附录24前 言1 数控技术发展背景一个国家数控机床的水平和拥有量是衡量其工业现代化程度、衡量国家综合竞争力的重要指标，而数控机床的核心技术正是数控系统。虽然我国在低档经济型数控机床上的数控系统基本实现了国产化，但在中高档的数控系统方面还处于劣势地位。两年前，日本法那克公司和德国西门子公司在中国以12000台和7000台的销售数量，基本垄断了中国中高档数控系统市场。目前，这种中高档数控机床“空芯化”现象已经有所改变。中国机床工具工业协会提供

13、的数字显示，过去五年来，我国数控机床行业科研攻关、标准化等方面取得了一批阶段性成果。全行业平均每年完成科研项目项以上。目前全行业拥有的近项国家标准中，一半以上采用国际标准。行业初步建起了产、学、研结合、国内外结合的新型技术开发体系，已建立起国家超精密机床工程技术研究中心、国家精密工具工程技术研究中心、国家高效磨削工程技术研究中心、国家数控系统工程技术研究中心、国家高档数控工程研究中心等尖端科研中心，经认定的国家级企业技术中心达家。近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于

14、单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。近年来我国

15、企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机

16、床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 2 国内数控机床的特点 1）新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 2）数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3）数控机床发展的关键配套产品有了突破。设计任务及要求第一章 改造设计分析1.1数控车床工作原理及组成 数控车床工作原理：数控机床加工零件时，首先应编制零件的加工程序，这是数

17、控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变化、起停，进给运动的方向、速度和位移量以及其它如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的开、关等动作，使刀具与工件及其它辅助装置严格的按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。 数控机床的组成数控机床主要由数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等四部分组成。如图所示：1.2数控车床是高度自动化机床，数控车床主传动系统的特点：1、机床有足够高的转速和大的功率，以适应高效率加工的需要；2、主轴转速的变换迅速可靠，一般能自动变速；3、主轴

18、应有足够高的刚度和回转精度；4、主轴转速范围应很广，如对铝合金材料的高速切削，几乎没有上限的限制，主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速)，而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定。第二章 设计任务2.1伺服进给系统的设计改造 数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。2.2数控系统的硬件电路设计 数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控

19、制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。数控装置的设计方案通常有：l 1）可以全部自己设计制作l 2）可以采用单板机或STD模块或工控机改制l 3）可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动 在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以不课程设计将采取第三钟方案。2.3 机械改造部分的设计数控系统运动方式的确定数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由C6

20、18车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。伺服进给系统的设计改造 数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。1）闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。2）半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。3)开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，

21、但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上序比较，由于所改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。 在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以不课程设计将采取第三钟方案。2.4机械改造部分的设计主传动部分的改造设计 将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。进给机构的改造将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向

22、进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。其它部件的改造 刀架部分：拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。经总体设计方案的论证后，确定的C618的车床经济型数控改造的总体方案示意图如图所显：C618车床的主轴转速部分采用了变频调速交流异步电机，有级变速部分采用电磁离合器控制机构；车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动，经步进电机驱动，齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动；刀架改成由微机控制，经电机驱动的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，需安装主轴脉冲发生器。第三章 车床的

23、数控改造设计改造后的C618数控车床的主传动系统的作用就是产生不同的主轴切削速度以满足不同的加工条件要求。3.1主传动系统作用数控机床主传动系统的作用就是产生不同的主轴切削速度以满足不同的加工条件要求。 3.2对主传动系统的基本要求1）有较宽的调速范围，可增加数控机床加工适应性，便于选择合理切削速度使切削过程始终处于最佳状态。2）有足够的功率和扭矩，使数控加工方便实现低速时大扭矩，高速时恒功率，以保证加工高效率。3）有足够的传动精度，各零部件应具有足够精度、刚度、抗振性，使主轴运动高精度，从而保证数控加工高精度。4）噪声低，运动平稳，使数控机床工作环境良好、宜人。3.3主传动系统的变速方式 采

24、用变速齿轮传动采用少数几对齿轮降速，用液压拨叉自动变速，电机主轴仍为无级变速，并实现主轴的正反启动、停止、制动。该方式扭矩大，噪声大，一般用于较低速加工。 采用同步齿形带传动 采用直流或交流主轴伺服电机，由同步齿形带传动至主轴，该方式主轴箱及主轴结构简单，主轴部件刚性好；传动效率高、平稳、噪声小；不需润滑；但由于输出扭矩小，低速性能不太好，在中档机床中应用较多。采用主轴电机直接驱动亦称一体化主轴、电主轴，由主轴电机直接驱动，电机、主轴合二为一，主轴为电机的转子。该方式处理好散热、润滑非常关键，一般应用于高速机床。第四章 进给伺服机构机械部分的设计计算4.1 选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲

25、当量，纵向： 0.01mm/步， 横向：0.005mm/步（半径）4.2计算切削力4.2.1纵车外圆主切削力FZ（N）按经验公式估算：FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360 按切削力各分力比例： FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 F X=53600.25=1340 FY=53600.4=21444.2.2横切端面主切削力FZ（N）可取纵切的0.5 FZ=0.5FZ=2680此时走刀抗力为FY（N），吃刀抗力为Fx（N）。仍按上述比例粗略计算： FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 FY=26800.25=670 FX=26800.4=10724.3滚珠丝杆螺母副

26、的计算和选型4.3.1纵向进给丝杆1）计算进给牵引力Fm（N）纵向进给为综合型导轨 Fm=KFx+f（Fz+G） =1.1581340+0.16（5360+800） =2530 式中 K考虑颠复力距影响的实验系数，综合导轨取K=1.15； f滑动导轨摩擦系数：0.150.18； G溜板及刀架重力：G=800N2）计算最大动负荷C C=3LfWFM L=60nt/106 N=1000Vs/Lo 式中 Lo滚珠丝杆导程，初选L=6mm； Vs最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/21/3），此处Vs=0.6m/min T使用寿命，按15000h； fw运转系数，按一般运转取F=1.21.

27、5； L寿命、以106为一单位。n=1000Vs/Lo=10000.60.5/6=50r/minL=60NT/106=606015000/106=45C=3LfwFm=3451.22530=10798.7N3）滚珠丝杆螺母副的选型查阅表，可用W1L400b外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N，精度等级按表4-15选为3级（大致相当老标准E级）。4)传动效率计算=tg/tg(+)试中螺旋升角，W1L400b=244摩擦角10=tg/tg(+) =tg244/tg(244+10)=0.944.3.1刚度验算最大牵引力为2530N。支撑间距L=1500mm螺

28、母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。A. 丝杠的拉伸或压缩变形量1根据Pm=2530N，D0=40mm，查出L/L=1.210-5可算出：1=L/L1500=1.210-51500=1.810-2由于两端采用向心推力球轴承，且丝杆又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量 1(mm)为：1=0.2510-2B滚珠与螺纹滚道间接触变形qW系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量q ：q=6.4m因进行了预紧， 2 =0.5q =0.56.4=3.2mC支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形3采用8107型推力球轴承，d1=35mm，滚动体直径dq=6.34mm，滚动体数量Z=1

29、8，c=0.00243Fm2/(dqZ2) =0.002432532/(6.35182)注意，此公式中Fm单位为kgf应施加预紧力，故3=0.5=0.50.0075=0.0038mm根据以上计算：= 1+2+3 =0.0045+0.0032+0.0038 =0.0115mm定位精度5）稳定性校核滚珠丝杆两端推力轴承，不会产生产生失稳现象不需作稳定性校核。4.3.2横向进给丝杆1）计算进给牵引力Fm横向导轨为燕尾形，计算如下：Fm=1.4Fy+f(Fz+2Fx+G) =1.4670+0.2(2680+21072+600)2023N2）计算最大动负荷C n=1000V3/L0=10000.30.5

30、/5=30 L=60nT/106=603015000/106 C=3LfwFm=3271.22030=7283N3）选择滚珠丝杠螺母副从附录A表3中查出，W1L20051列2.5圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为8800N，可满足要求，选定精度为3级。4）传动效率计算=tg/tg(+)=tg433/tg(433+10)=0.9655）刚度验算横向进给丝杠支承方式如图所示，最大牵引力为2425N，支承间距L=450mm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。计算如下：A.丝杠的拉伸或压缩变形量1(mm)查图4-6，根据Fm=2032N，D0=20MM，查出L/L=5105 可算出1=

31、L /LL=4.2105 450=1.89102mm显然系统应进行预拉伸，以提高刚度 故 =0.251=4.7103B.滚珠与螺纹滚道间接触变形查资料（机床数控改造设计与实例M1版，）。 q=8.5m因进行了预紧 2=0.5q=0.58.5=4.25mC.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8103型推力球轴承，dq=5Z=13d=17mmc=0.00243Fm2/(dqZ2)=0.00243202.3/5132=1.3103 考虑到进行了预紧，故 3=0.5 c=0.51.3103=6.5104综合以上几次变形量之和得：=123=4.7103+4.25103/+ =0.00960.015（定位

32、精度 ）6）稳定性校核滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。4.4传动比计算4.4.1纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量 p =0.01，滚珠丝杠导程L0=6mm，初选步进电机步距角0.75。可计算出传动比i i=360p / bL 0 =3900.01/0.756=0.8可选定齿轮齿数为： I=Z1/Z2 Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=254.4.2横向进给齿轮箱传动比计算已确定横向进给脉冲当量p =0.005，滚珠丝杠导程L0=5mm，初选步进电机步距角0.75。可计算出传动比iI=360p / bL 0=3600.005/0.755=0.48

33、考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速：i=Z1Z2/Z3Z4=34/55=2420/4025Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数参照下表：齿数324024402025分度圆D=mz648048804050齿顶数da=d+2m688452844454齿根数df=d-21.25m597543753545齿宽(6-8)m202020202020中心距A=(d1+d2)/27264454.5步进电机的计算和选型4.5.1纵向进给步进电机计算1）等效传动惯量计算方法计算如下，传动系统折算到电机

34、轴上的总传动惯量J(kgcm2)可有下式计算：J=Jm+J1+（Z1/Z2）2(J2+Js)+G/g(L0/2)2式中：Jm步进电机转子转动惯量(kgcm2)J1，J2齿轮Z1、Z2的转动惯量(kgcm2)Js滚珠丝杠传动惯量(kgcm2)参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF，其转子转动惯量Jm=10(kgcm2)J1=0.78103d14L1=0.781036.422=2.6 kgcm2J2=0.78103d24L2=0.78103822=6.39 kgcm2Js=0.7810344150=29.952 kgcm2G=800N代入上式：J=Jm+J1+（Z1/Z2）2(J2+Js)+

35、G/g(L0/2)2 =10+2.62+(32/40)2(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2)2=36.355 kgcm2考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。Jm/J=10/36.355=0.275基本满足惯量匹配的要求和运行矩频特性。计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率Fk=1000Vmax/60p =10002.4/600.01=4000HzFe=1000Vs/60p =10000.6/600.01=1000Hz从表中查出150BF002型步进电机允许的最高空载起动频率为2800Hz运行频率为8000Hz,再从有关手册中查出150BF002型步进电机起动矩频特性和运

36、行矩频特性曲线。当步进电机起动时，f起=2500时，M=100Ncm,远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩（782Ncm）直接使用则会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现），将起动频率降到1000Hz时，起动力矩可增加到5884Ncm，然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运行矩频特性完全可以满足要求。2）电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转距不同，下面分别按各阶段计算：A.快速空载启动力矩M起在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下： M起=Mamax+Mf+Ma Mamax

37、=J= Jnnax102/(60ta/2) = J2nmax102/(60ta)nmax=maxb/p360将前面数据代入，式中各符号意义同前。nmax=maxb/p360=24000.75(0.01360)=500r/min 启动加速时间ta=30ms Mamax=J2nmax102/(60ta)=36.3552500102/(600.03)=634.5Ncm 折算到电机轴上的摩擦力距Mf： Mf=FOL0/2i=f(Pz+G)L0/(2Z2/Z1) =0.16(5360+800)0.6/(20.81.25)=94Ncm 附加摩擦力距M0MO=FPOL0(1-02)/2i=1/3FtL0(1

38、-02)/(2Z2/Z1) =1/325300.6(1-0.92)/( 20.81.25) =805.30.19=15.3Ncm上述三项合计：M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8NcmB快速移动时所需力矩M快。M快=Mf+M0=94+15.3=109.3NcmC快速切削负载时所需力矩 M切M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2i=94+15.3+13400.6/(20.81.25) =94+15.3+127.96=237.26Ncm 从上面计算可以看出，M起、M快和M切三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选步进电机的依据。从有关手册机

39、床数控改造设计与实例M查出，当步进电机为五相十拍时 =Mq/Mjmax=0.951最大静力矩Mjmax=743.8/0.951=782Ncm按此最大静力矩从有关手册中查出，150BF002型最大静转矩为13.72Nm。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还需进一步考核步进电机起动矩频特计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率Fk=1000Vmax/60p =10002.4/600.01=4000HzFe=1000Vs/60p =10000.6/600.01=1000Hz由110BF003型步进电机的技术参数可知其最高空载起动频率为1500Hz，运行频率为7000Hz。根据110BF003型

40、电机的起动距频特性和运行矩频特性曲线可以看出，当步进电机起动时F=1500Hz，M=98Ncm，小于机床所需的起动力矩（184.4Ncm），直接使用会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现）。将起动频率将为1000Hz时，既可满足要求。当机床快速起动和切削进求。进给时，则完全满足运行矩频要第五章 同步带传动设计同步齿形带的选择和校核在车床改造时中，步进电动机与四缸传动副之间装有减速机构，通过减速机构可得到所需的脉冲当量和增大的驱动力矩。减速机构采用同步齿形带传动机构，同步齿形带传动相对齿轮传动是一种新型的带传动，其利用同步带的齿型与带轮的轮齿传递运动，无相对滑动，无噪声，无需润滑，传动精度和效率高，同步带传动的带速高达4080m/s.传递功率可达100KW，传动比可达1020，传动效率98%。因此在这次数控改造中我们采用同步齿形带来传递运动。如表1（1）模数 根据表1.12 m=4（2）齿数 查表