CA6140車床傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造

紹紹興興職職業(yè)業(yè)技技術(shù)術(shù)學(xué)學(xué)院院 畢業(yè)論文畢業(yè)論文 2012 2012 屆 屆 CA6140CA6140 車床傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造車床傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造 機(jī)械部分設(shè)計機(jī)械部分設(shè)計 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 陳紅 學(xué)學(xué) 號號 083010101 系系 別別 機(jī)電工程系 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 蔡曉霞 完成日期完成日期 2011 4 25 目錄目錄 引言 1 1 CA6140 車床主傳動變速箱結(jié)構(gòu)分析 3 2 數(shù)控車床頭箱結(jié)構(gòu)分析 4 2 1 主傳動系統(tǒng) 4 2 2 進(jìn)給傳動系統(tǒng) 4 2 3 自動回轉(zhuǎn)刀架 5 3 伺服系統(tǒng)及步進(jìn)電動機(jī)的設(shè)計和計算 5 3 1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案 5 3 1 1 縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案 5 3 1 2 橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案 5 3 2 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計計算 6 3 2 1 選擇脈沖當(dāng)量 6 3 2 2 計算切削力 6 3 2 3 滾珠絲桿螺母副的計算和選型 6 3 2 4 傳動比計算 9 3 2 5 步進(jìn)電機(jī)的計算和選型 10 結(jié)論 15 致謝 15 參考文獻(xiàn) 15 1 CA6140CA6140 車床傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造機(jī)械部分設(shè)計車床傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造機(jī)械部分設(shè)計 083010101 陳紅 浙江勝達(dá)機(jī)械廠生產(chǎn)設(shè)備開發(fā)部 工程師 章魏 紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系 指導(dǎo)教師 蔡曉霞 摘要摘要 了解數(shù)控機(jī)床的概念 所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床 刀具 運動信息程序所指定的順序自動執(zhí)行 操作的過程 而計算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作 它的優(yōu)點很多 可以在同一機(jī) 我國現(xiàn)床上一次裝夾可完成多個操作 生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點 但它的價格昂貴 由于在使用的機(jī)床 大多數(shù)為普通車床 自動化程度低 要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 拆去原機(jī)床 的溜板箱 光杠與絲杠以及安裝座 配上滾珠絲杠及相應(yīng)的安裝裝置 縱向驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)及減速箱安 裝在車床的床尾 不占據(jù)絲杠空間 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 拆除橫向絲杠換上滾珠絲杠 由步進(jìn)電機(jī)帶 動 總體設(shè)計方案 CA6140 車床主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的手動變速功能 車床的縱向和橫向 進(jìn)給運動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 最后 根據(jù)已知條件對縱向橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與計算 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 數(shù)控 車床 改造 引言 本次畢業(yè)設(shè)計主要是對機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行改造 以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動橫向進(jìn)給運動 縱向進(jìn)給運動以及 刀架的快速換刀 使傳動系統(tǒng)變得十分簡單 傳動鏈大大縮短 傳動件數(shù)減少 從而提高機(jī)床的精度 設(shè)計中 我們對有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書籍 刊物進(jìn)行大量閱讀 收集了很多資料 了解 了數(shù)控機(jī)床的基本概念 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 數(shù)控機(jī)床的組成及其工作原理 擴(kuò)大了我們的知識面 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn) 對零件的加工質(zhì)量的要求 也越來越高 隨著社會對產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng) 產(chǎn)品品種增多 產(chǎn)品更新?lián)Q代加速 數(shù)控機(jī)床代替普 通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個必然的趨勢 同時 數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度 精度 可靠性及完善性的功能發(fā)展 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的 重要基礎(chǔ)裝備 它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注 由于計算機(jī)技術(shù)的興起 促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了 質(zhì)的突破 導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展 計算 2 機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用 為人類提供了實現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程自動化的理想手段 隨著計算機(jī)的發(fā)展 數(shù)控 機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用 同時使人們對傳統(tǒng)的機(jī)床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變 數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度 靈捷而多樣化的功能引起世人矚目 并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化 發(fā)展的先河 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品 它把刀具和工件之間的相對位置 機(jī)床電機(jī)的啟動和停止 主軸變速 工件松開和夾緊 刀具的選擇 冷卻泵的起停等各種操作和順序 動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上 然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機(jī) 經(jīng)過譯碼 運算 發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件 加工出所需的工件 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比 其主要有以下的優(yōu)點 1 1 適應(yīng)性強(qiáng) 適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件 在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時 只需重新編制 新工件的加工程序 就能實現(xiàn)新工件加工 2 2 加工精度高 3 3 生產(chǎn)效率高 4 4 減輕勞動強(qiáng)度 改善勞動條件 5 5 良好的經(jīng)濟(jì)效益 6 6 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品 需求量逐年激增 我國數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和 產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步 特別是在機(jī)床的高速化 多軸化 復(fù)合化 精密化方面進(jìn)步很大 但 是 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國家的同類產(chǎn)品相比 還存在差距 還不能滿足國家建設(shè)的需要 我國是一 個機(jī)床大國 有三百多萬臺普通機(jī)床 但機(jī)床的素質(zhì)差 性能落后 單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工 業(yè)國家的 1 10 左右 差距太大 急待改造 3 1 1 CA6140CA6140 車床主傳動變速箱結(jié)構(gòu)分析車床主傳動變速箱結(jié)構(gòu)分析 機(jī)床主軸箱是一個比較復(fù)雜的傳動件 表達(dá)主軸箱各傳動件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系時常用展開圖 展開 圖基本上 是按各傳動鏈傳遞運動的先后順序 沿軸心線剖開 并展開在一個平面上的裝配圖 如圖 1 圖 1 1 花鍵套 2 帶輪 3 法蘭 4 箱體 5 鋼球 6 齒輪 7 銷 8 9 螺母 10 齒輪 11 滑套 12 元寶銷 13 制動盤 14 制動帶 15 齒條 16 拉桿 17 撥叉 18 齒扇 19 圓鍵 該圖是沿軸 IV 一 I 一 II 一 III V 一 VI 一 XI 一 X 的軸線剖切面展開的 展開圖把立體展開 在一個平面上 因而 其中有些軸之間的距離拉開了 如軸 IV 畫得 III 與軸 V 較遠(yuǎn) 因而使原來相互 4 嚙合的齒輪副分開了 讀展開圖時 首先應(yīng)弄清楚傳動關(guān)系 卸荷帶輪電動機(jī)經(jīng)皮帶將運動傳至軸 I 左端的帶輪 2 見圖 1 的左上部分 帶輪 2 與花鍵套 1 用 螺釘連接成一體 支承在法蘭 3 內(nèi)的兩個深溝球軸承上 法蘭 3 固定在主軸箱體 4 上 這樣帶輪 2 可 通過花鍵 1 帶動軸 I 旋轉(zhuǎn) 皮帶 的拉力則經(jīng)軸承和法蘭 3 傳至箱體 4 軸 I 的花鍵部分只傳遞轉(zhuǎn)距 從而可避免因皮帶拉力而使軸 I 產(chǎn)生彎曲變 形 這種帶輪是卸荷的 既把徑向載荷卸給箱體 2 2 數(shù)控車床頭箱結(jié)構(gòu)分析數(shù)控車床頭箱結(jié)構(gòu)分析 2 12 1 主傳動系統(tǒng)主傳動系統(tǒng) 數(shù)控車床主運動要求速度在一定范圍內(nèi)可調(diào) 有足夠的驅(qū)動功率 主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準(zhǔn)確穩(wěn) 定 并有足夠的剛性與抗振性 如下圖所示為濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)的 MJ 50 型數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)圖 2 22 2 進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)給傳動系統(tǒng) 數(shù)控車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)是用數(shù)字控制 X Z 坐標(biāo)軸的直接對象 工件最后的尺寸精度和輪廓精度都 5 直接受進(jìn)給運動的傳動精度 靈敏度和穩(wěn)定性的影響 為此 數(shù)控車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)應(yīng)充分注意減 少摩擦力 提高傳動精度和剛度 消除傳動間隙以及減少運動件的慣量等 為使全功能型數(shù)控車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)要求高精度 快速響應(yīng) 低速大轉(zhuǎn)矩 一般采用步進(jìn)電機(jī) 通過滾珠絲杠螺母副帶動刀架移動 刀架的快速移動和進(jìn)給移動為同一條傳動路線 如圖 3 3 所示 MJ 50 數(shù)控車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)分為 X 軸進(jìn)給傳動和 Z 軸進(jìn)給傳動 2 32 3 自動回轉(zhuǎn)刀架自動回轉(zhuǎn)刀架 數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分 其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率 回轉(zhuǎn)式刀 架上回轉(zhuǎn)頭各刀座用于安裝或支持各種不同用途的刀具 通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn) 分度和定位 實現(xiàn)機(jī)床 的自動換刀 回轉(zhuǎn)刀架分度準(zhǔn)確 定位可靠 重復(fù)定位精度高 轉(zhuǎn)位速度快 夾緊性好 可以保證數(shù) 控車床的高精度和高效率 按照回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸相對于機(jī)床主軸的位置 可分為立式和臥式回轉(zhuǎn)刀架 從它上面我們可以看出 對 CA6140 車床的改造的方向 3 3 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動機(jī)的設(shè)計和計算機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動機(jī)的設(shè)計和計算 3 13 1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案 3 1 13 1 1 縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案 拆除原機(jī)床的進(jìn)給像 溜板箱 滑動絲杠 光杠等 裝上步進(jìn)電機(jī) 齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母 副 為了提高支承剛度 采用向心推力球軸承對加止推軸承支承方式 齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式 利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體 滾珠絲桿仍安置在原來的位置 兩端仍采用 原固定方式 這樣可減少改裝工作量 并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠 且外徑比原先的大 從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級齒輪減速 雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙 因為彈簧的彈力很 難適應(yīng)負(fù)載的變化情況 當(dāng)負(fù)載大時 彈簧彈力顯小 起不到消除間隙之目的 當(dāng)負(fù)載小時 彈簧彈 力又顯大 則加速齒輪的磨損 因此 采用定期人工調(diào)整 螺釘緊固的辦法消除間隙 縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩 以保持機(jī)床原外觀 起到美化機(jī)床的效果 在溜板箱上安裝了縱 向快速進(jìn)給和急停按鈕 以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時的操作需要和遇到意外情況時的急停處理需要 6 3 1 2 3 1 2 橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案 拆除原中拖板絲桿 安裝滾珠絲桿副 為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度 支承方式采用兩端裝止推軸承 步進(jìn)電機(jī) 齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè) 為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀 同時消除傳動過程的沖擊 減速機(jī) 構(gòu)采用二級傳動 從動輪采用雙薄片錯位消除間隙 3 23 2 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計計算進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計計算 3 2 13 2 1 選擇脈沖當(dāng)量選擇脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量 縱向 0 01mm 步 橫向 0 005mm 步 半徑 3 2 23 2 2 計算切削力計算切削力 1 1 縱車外圓 縱車外圓 主切削力 FZ N 按經(jīng)驗公式估算 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 5360 0 25 1340 FY 5360 0 4 2144 2 2 橫切端面 橫切端面 主切削力 F Z N 可取縱切的 0 5 F Z 0 5FZ 2680 此時走刀抗力為 F Y N 吃刀抗力為 F x N 仍按上述比例粗略計算 FZ FX FY 1 0 25 0 4 F Y 2680 0 25 670 F X 2680 0 4 1072 3 2 33 2 3 滾珠絲桿螺母副的計算和選型滾珠絲桿螺母副的計算和選型 1 1 縱向進(jìn)給絲桿的選型 縱向進(jìn)給絲桿的選型 計算進(jìn)給牽引力 Fm N 縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 Fm KFx f Fz G 7 1 158 1340 0 16 5360 800 2530 式中 K 考慮顛復(fù)力距影響的實驗系數(shù) 綜合導(dǎo)軌取 K 1 15 f 滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 0 15 0 18 G 溜板及刀架重力 G 800N 計算最大動負(fù)荷 C C 3 LfWFM L 60 n t 106 N 1000 Vs Lo 式中 Lo 滾珠絲桿導(dǎo)程 初選 L 6mm Vs 最大切削力下的進(jìn)給速度 可取最高進(jìn)給速度的 1 2 1 3 此處 Vs 0 6m min T 使用壽命 按 15000h fw 運轉(zhuǎn)系數(shù) 按一般運轉(zhuǎn)取 F 1 2 1 5 L 壽命 以 106 為一單位 n 1000Vs Lo 1000 0 6 0 5 6 50r min L 60 N T 106 60 60 15000 106 45 C 3 LfwFm 3 45 1 2 2530 10798 7N 滾珠絲桿螺母副的選型 查閱表 可用 W1L400b 外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副 1 列 2 5 圈 其額定動負(fù)載為 16400N 精度等級按表 4 15 選為 3 級 大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn) E 級 傳動效率計算 tg tg 試中 螺旋升角 W1L400b 2 44 摩擦角 10 滾動摩擦系數(shù) 0 003 0 004 tg tg tg2 44 tg 2 44 10 0 94 3 1 5 剛度驗算 最大牽引力為 2530N 支撐間距 L 1500mm 螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊 預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1 3 A 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 根據(jù) Pm 2530N D0 40mm 查出 L L 1 2 10 5 8 可算出 1 L L 1500 1 2 10 5 1500 1 8 10 2 由于兩端采用向心推力球軸承 且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉伸 故其拉壓剛度可以提高 4 倍 其實際變 形量 1 mm 為 1 0 25 10 2 B 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 q W 系列 1 列 2 5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 q q 6 4 m 因進(jìn)行了預(yù)緊 2 0 5 q 0 5 6 4 3 2 m C 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形 3 采用 8107 型推力球軸承 d1 35mm 滾動體直徑 dq 6 34mm 滾動體 數(shù)量 Z 18 c 0 0024 3 Fm2 dq Z2 0 0024 3 2532 6 35 182 注意 此公式中 Fm 單位為 kgf 應(yīng)施加預(yù)緊力 故 3 0 5 0 5 0 0075 0 0038mm 根據(jù)以上計算 1 2 3 0 0045 0 0032 0 0038 0 0115mm 定位精度 穩(wěn)定性校核 滾珠絲桿兩端推力軸承 不會產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核 2 2 橫向進(jìn)給絲桿 橫向進(jìn)給絲桿 計算進(jìn)給牽引力 F m 橫向?qū)к墳檠辔残?計算如下 F m 1 4 F y f Fz 2F x G 1 4 670 0 2 2680 2 1072 600 2023N 計算最大動負(fù)荷 C n 1000 V3 L0 1000 0 3 0 5 5 30 L 60 n T 106 60 30 15000 106 C 3 LfwF m 3 27 1 2 2030 7283N 選擇滾珠絲杠螺母副 9 從附錄 A 表 3 中查出 W1L20051 列 2 5 圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副 額 定動載荷為 8800N 可滿足要求 選定精度為 3 級 傳動效率計算 tg tg tg4 33 tg 4 33 10 0 965 剛度驗算 橫向進(jìn)給絲杠支承方式如 圖所示 最大牽引力為 2425N 支承間距 L 450mm 因絲杠長度較短 不需預(yù)緊 螺母及軸承預(yù)緊 計算如下 A 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 mm 查圖 4 6 根據(jù) F m 2032N D0 20MM 查出 L L 5 10 5 可算出 1 L L L 4 2 10 5 450 1 89 10 2mm 顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸 以提高剛度 故 0 25 1 4 7 10 3 B 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 查資料 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計與實例 M 1 版 q 8 5 m 因進(jìn)行了預(yù)緊 2 0 5 q 0 5 8 5 4 25 m C 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 采用 8103 型推力球軸承 dq 5 Z 13 d 17mm c 0 00243 Fm2 dq Z2 0 00243 202 3 5 132 1 3 10 3 考慮到進(jìn)行了預(yù)緊 故 3 0 5 c 0 5 1 3 10 3 6 5 10 4 綜合以上幾次變形量之和得 1 2 3 4 7 10 3 4 25 10 3 0 0096 0 015 定位精度 穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端推力軸承 不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核 10 3 2 4 3 2 4 傳動比計算傳動比計算 1 1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算 已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p 0 01 滾珠絲杠導(dǎo)程 L0 6mm 初選步進(jìn)電機(jī)步距角 0 75 可計算 出傳動比 i i 360 p bL 0 390 0 01 0 75 6 0 8 可選定齒輪齒數(shù)為 I Z1 Z2 Z1 32 Z2 40 或 Z1 20 Z2 25 2 2 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p 0 005 滾珠絲杠導(dǎo)程 L0 5mm 初選步進(jìn)電機(jī)步距角 0 75 可計 算出傳動比 i I 360 p bL 0 360 0 005 0 75 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 故此處可采用兩 級齒輪降速 i Z1Z2 Z3Z4 3 4 5 5 24 20 40 25 Z1 24 Z2 40 Z3 20 Z4 25 因進(jìn)給運動齒輪受力不大 模數(shù) m 取 2 有關(guān)參數(shù)參照下表 齒數(shù) 324024402025 分度圓 d mz648048804050 齒頂數(shù) da d 2m688452844454 齒根數(shù) df d 21 25m597543753545 齒寬 6 8 m202020202020 中心距 A d1 d2 2726445 3 2 5 3 2 5 步進(jìn)電機(jī)的計算和選型步進(jìn)電機(jī)的計算和選型 1 1 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算 等效傳動慣量計算 方法計算如下 傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動慣量 J kg cm2 可有下式計算 J Jm J1 Z1 Z2 2 J2 Js G g L0 2 2 式中 Jm 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 kg cm2 J1 J2 齒輪 Z1 Z2 的轉(zhuǎn)動慣量 kg cm2 11 Js 滾珠絲杠傳動慣量 kg cm2 參考同類型機(jī)床 初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 150BF 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 Jm 10 kg cm2 J1 0 78 10 3 d14 L1 0 78 10 3 6 42 2 2 6 kg cm2 J2 0 78 10 3 d24 L2 0 78 10 3 82 2 6 39 kg cm2 Js 0 78 10 3 44 150 29 952 kg cm2 G 800N 代入上式 J Jm J1 Z1 Z2 2 J2 Js G g L0 2 2 10 2 62 32 40 2 6 39 29 592 800 9 8 0 6 2 2 36 355 kg cm2 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題 Jm J 10 36 355 0 275 基本滿足慣量匹配的要求 電機(jī)力矩計算 機(jī)床在不同的工況下 其所需轉(zhuǎn)距不同 下面分別按各階段計算 A 快速空載啟動力矩 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 Ma Mamax J J nnax 10 2 60 ta 2 J 2 nmax 10 2 60 ta nmax max b p 360 將前面數(shù)據(jù)代入 式中各符號意義同前 nmax max b p 360 2400 0 75 0 01 360 500r min 啟動加速時間 ta 30ms Mamax J 2 nmax 10 2 60 ta 36 355 2 500 10 2 60 0 03 634 5N cm 折算到電機(jī)軸上的摩擦力距 Mf Mf FOL0 2 i f Pz G L0 2 Z2 Z1 0 16 5360 800 0 6 2 0 8 1 25 94N cm 附加摩擦力距 M0 12 MO FPOL0 1 02 2 i 1 3 Ft L0 1 02 2 Z2 Z1 1 3 2530 0 6 1 0 92 2 0 8 1 25 805 3 0 19 15 3N cm 上述三項合計 M 起 Mamax Mf Ma 634 5 94 15 3 743 8N cm B 快速移動時所需力矩 M 快 M 快 Mf M0 94 15 3 109 3N cm C 快速切削負(fù)載時所需力矩 M 切 M 切 Mf M0 Mt Mf M0 FOL0 2 i 94 15 3 1340 0 6 2 0 8 1 25 94 15 3 127 96 237 26N cm 從上面計算可以看出 M 起 M 快和 M 切三種工況下 以快速空載起動所需力矩最大 以此項 作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù) 從有關(guān)手冊 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計與實例 M 查出 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時 Mq Mjmax 0 951 最大靜力矩 Mjmax 743 8 0 951 782N cm 按此最大靜力矩從有關(guān)手冊中查出 150BF002 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 但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性 計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率 Fk 1000Vmax 60 p 1000 2 4 60 0 01 4000Hz Fe 1000Vs 60 p 1000 0 6 60 0 01 1000Hz 從下表中查出 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為 2800Hz 運行頻率為 8000Hz 再從 有關(guān)手冊中查出 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時 f 起 2500 時 M 100N cm 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩 782N cm 直接使用則會產(chǎn)生失 步現(xiàn)象 所以必須采用升降速控制 用軟件實現(xiàn) 將起動頻率降到 1000Hz 時 起動力矩可增加到 5884N cm 然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路 還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩擴(kuò)大一倍左右 當(dāng)快速運動和切削進(jìn)給時 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)運行矩頻特性完全可以滿足要求 2 2 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算 等效傳動慣量計算 橫向傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 J 可由下式計算 13 J Jm J1 Z1 Z2 2 J2 J3 Z3 Z J J G g L0 2 2 式中各符號意義同前 其中 J1 0 78 10 3 d14 L1 0 78 10 3 4 82 2 0 83kg cm2 J2 0 78 10 3 d24 L2 0 78 10 3 84 2 6 4 kg cm2 J3 0 78 10 3 d24 L3 0 78 10 3 44 2 0 4 kg cm2 J4 0 78 10 3 d24 L4 0 78 10 3 54 2 0 98 kg cm2 Js 0 78 10 3 24 45 0 56kg cm2 G 600n Jm 4 7 初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為 110BF 代入上式為 J Jm J1 Z1 Z2 2 J2 J3 Z3 Z J J G g L0 2 2 4 7 0 83 24 10 2 6 4 0 4 20 25 2 0 98 0 56 600 10 0 5 2 2 8 42kg cm2 考慮到步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量的匹配問題 Jm J 4 7 8 42 0 558 基本滿足慣量匹配要求 電機(jī)力矩計算 A 快速空載起動力矩 M M 起 Mamax Mf Ma Mamax J J nnax 10 2 60 ta 2 J 2 nmax 10 2 60 ta 式中 nmax max b p 360 1200 0 75 0 005 360 500r min ta 30ms Mamax J 2 nmax 10 2 60 ta 8 42 2 500 10 2 60 0 03 147N cm 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 Mf Mf FOL0 2 i f Pz G L0 2 Z2 Z1 0 2 2680 600 0 5 0 48 2 0 8 31 3N cm 附加摩擦力矩 M0 14 MO FPOL0 1 02 2 i 1 3 F t L0 1 02 2 Z2 Z1 1 3 2023 0 5 0 48 1 0 92 2 0 8 6 1N cm 上述三項合計 M 起 Mamax Mf Ma 147 31 3 6 1 184 4N cm B 快速移動時所需力矩 M 快 M 快 Mf M0 31 3 6 1 37 4N cm C 最大切削福載時所需力矩 M 切 M 切 Mf M0 Mt Mf M0 FOL0 2 i 37 4 1072 0 5 0 48 2 0 8 88 6N cm 由上面計算可以看出 M 起 M 快和 M 切三種工況下 以快速空載起動所需力矩最大 故以此項 作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù) 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 Mq 與最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 的關(guān)系可知 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相 六拍時 Mq Mjmax 0 866 最大靜力矩 Mjmax 184 4 0 866 213N cm 查 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)得 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 7 84N m 大于所需最大 靜轉(zhuǎn)矩 可