C6140普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進(jìn)給系統(tǒng)）含開題及2張CAD圖

C6140普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進(jìn)給系統(tǒng)）含開題及2張CAD圖,c6140,普通,車床,數(shù)控,改造,橫向,縱向,進(jìn)給,系統(tǒng),開題,cad C6140普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進(jìn)給系統(tǒng)） 摘 要 跟著自動化的遍及國內(nèi)生產(chǎn)和進(jìn)口的數(shù)控車床并不能滿足市場的需求，而且也沒有足夠的資金可以將全部的普通車床換成數(shù)控車床，為了節(jié)約資金和優(yōu)化資源，對原來的舊車床進(jìn)行的數(shù)控化改造。提高這類機(jī)器的自動化的程度并提高其生產(chǎn)能力。目前，國家需要舊機(jī)床的數(shù)控化改造，舊機(jī)床改造是目前企業(yè)開發(fā)的過渡型機(jī)床。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主要是靠兩個方面來保證和提高加工零件的精度：一方面是系統(tǒng)的控制精度；另一方面機(jī)床本身的機(jī)械傳動精度。由于位移的位置和速度必須要同時自動控制。所以數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床的進(jìn)行比較應(yīng)該更加準(zhǔn)確，以保證機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性。 本設(shè)計是對C6140機(jī)床進(jìn)行橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造，通過改造方案的選擇、計算數(shù)據(jù)、繪制裝配圖完成該設(shè)計。在改造機(jī)床時安裝步進(jìn)電機(jī)，拆除原來的絲杠安裝滾珠絲杠副。繪制橫向和縱向進(jìn)料系統(tǒng)的裝配圖。 關(guān)鍵詞：滾珠絲杠 ；滾珠絲杠螺母副 ；步進(jìn)電機(jī) Abstract Follow automation in domestic production and imports of CNC lathe cannot meet the demand of the market, but also don't have enough money to change all the ordinary lathe numerical control lathe, in order to save cost and optimize the resources utilization, nc reconstruction was conducted on the basis of the original lathe enhance the automation of the machine and improve the productivity at present, countries ask CNC reforming the old machine tools, CNC machine tools transformation is the transitional enterprise development at present. Economic CNC lathes are mainly based on two aspects to ensure and improve the precision of parts: one is the control precision of the system; On the other hand the mechanical precision of the machine itself As a result of the position of the displacement and velocity must be automatic control at the same time, so the numerical control lathe feed system comparing with ordinary lathe Should be more accurate, in order to assure transmission precision and working stability of the mechanical system. This design is horizontal and vertical feed system of C6140 lathe numerical control transformation, through the selection of retrofit scheme of calculating data draw assembly drawings to complete the design in the transformation of machine tool when the stepper motor installation, dismantling the original screw installation of ball screw pair draw the horizontal and vertical feed system of the assembly drawing. Keywords: Ball screw；Ball screw nut deputy；Stepper motor  目 錄 第1章 概 述 1 1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史 1 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的組成 2 1.1.2 數(shù)控機(jī)床的分類 2 1.2 機(jī)床數(shù)控化改造........................ 2 1.2.1 機(jī)床數(shù)控化改造的意義 2 1.2.2 經(jīng)數(shù)控化改造后機(jī)床的優(yōu)越性 2 1.2.3 機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容 3 1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀............ 3 1.3.1 國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀 3 1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢.... 4 1.4.1 數(shù)控化改造后機(jī)床性能的大幅度提高 4 1.4.2 對機(jī)床精度、速度要求的提高 4 1.5 數(shù)控化改造的必要性................ 5 1.5.1 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 5 1.6 數(shù)控化改造的任務(wù)及優(yōu)缺點(diǎn).... 5 1.6.1機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn) 5 1.6.2數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) 5 1.7 主要技術(shù)指標(biāo) 6 第2章 車床數(shù)控化改造方案 7 2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分總體改造方案 7 2.1.1 對進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的就基本要求 7 2.1.2 進(jìn)給系統(tǒng)總體改造方案 8 2.2 控制部分的改造方案分析. 9 2.2.1 直接選用合適數(shù)控系統(tǒng)的改造方案 9 2.2.2 基于PLC的控制方案 9 2.3 設(shè)計參數(shù)............................. 10 第3章 進(jìn)給傳動部件的計算和選擇 13 3.1 進(jìn)給系統(tǒng) 13 3.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 13 3.1.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算.... 26 第4章 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法 33 第5章 安裝及調(diào)試中應(yīng)注意的問題 35 5.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 35 5.1.1 進(jìn)給系統(tǒng)的改造應(yīng)注意的問題 35 5.1.2 機(jī)床防護(hù)應(yīng)注意的問題 35 5.2 機(jī)床數(shù)控化改造的聯(lián)調(diào) 35 5.2.1 空運(yùn)轉(zhuǎn)前的檢查 35 5.2.2 各種動作實(shí)驗(yàn) 36 5.2.3 空運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 36 第6章 總 結(jié) 37 附 錄............................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) 49 致 謝 51 第1章 概 述 1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史 1946年，世界上第一臺電子計算機(jī)被創(chuàng)造出來了，它解放了人腦的一部分，為人類進(jìn)入信息社會創(chuàng)造了基礎(chǔ)。六年后的1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在了機(jī)床上面，第一臺CNC機(jī)床是由美國生產(chǎn)的。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。近50年來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個重要發(fā)展階段。 （1） 數(shù)控（NC）階段（1952～1970年） 一開始計算機(jī)運(yùn)算速度慢，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但是并不能滿足實(shí)時控制的要求。人們只能使用數(shù)字邏輯電路將專用于機(jī)床的計算機(jī)作為一個數(shù)字控制系統(tǒng)“搭接”，該數(shù)字控制系統(tǒng)稱為HARD-WIRED NC，簡稱NC。隨著元件的發(fā)展，這個階段已經(jīng)經(jīng)歷了三代，即第一代1952年的電子管 1959年的第二代晶體管；1965年的第三代 小規(guī)模集成電路。 （二） 計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計算機(jī)開始分批生產(chǎn)。然后它被移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此開始進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。到1971年，美國INTEL公司首次將單片機(jī)上使用大規(guī)模集成電路技術(shù)的計算機(jī)，計算器和控制器兩個最重要的組件集成在一起。稱為微處理器（MICROPROCESSOR），也稱為中央處理單元（CPU）。 到1974年，微處理器已被用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀嬎銠C(jī)功能強(qiáng)大，所以它們控制機(jī)床的能力不如使用微處理器那么經(jīng)濟(jì)。并且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不是很理想。早期的微處理器速度和功能并不理想，但還是可以用多處理器架構(gòu)解決。由于通用計算機(jī)的核心組件是微處理器，所以它仍被稱為計算機(jī)數(shù)字控制。 到1990年，PC的性能已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段。 總之，計算機(jī)數(shù)控也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代小型計算機(jī)；1974年的第五代微處理器和1990年的第六代基于PC。 （三）數(shù)控車床的特點(diǎn) 數(shù)控車床在機(jī)械制造業(yè)得到日益廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸韵碌奶攸c(diǎn)：（1）能夠自動加工不同的工件；（2）工序集中；（3）生產(chǎn)效率和加工精度高、加工的質(zhì)量穩(wěn)定；（4）可以完成復(fù)雜型面的加工；（5）減輕工人的勞動量。 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的組成 （1）程序的編制及程序的載體；（2）輸入裝置；（3）數(shù)控裝置；（4）輔助控制裝置；（5）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測裝置；（6）機(jī)床的機(jī)械部件。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床的分類 按照不同的分類方式，數(shù)控機(jī)床有不同的類型。 （1）按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類 ①點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床；②直線控制數(shù)控機(jī)床；③輪廓控制的數(shù)控機(jī)床； （2）按伺服系統(tǒng)的類型分類 ①開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；②閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；③半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床； （3）按工藝用途分類 ①金屬切削類數(shù)控機(jī)床；②金屬成型類數(shù)控機(jī)床；③數(shù)控特種加工機(jī)床； （4）按照功能水平分類 ①分辨率和進(jìn)給系統(tǒng);②多坐標(biāo)聯(lián)動功能；③顯示功能；④通信功能；⑤主微處理單元CPU 1.2 機(jī)床數(shù)控化改造 顧名思義，數(shù)控機(jī)床的改造是在機(jī)床上增加一個數(shù)控裝置，以便它能夠完成自動加工，以達(dá)到預(yù)定的加工過程目標(biāo)。 1.2.1 機(jī)床數(shù)控化改造的意義 眾所周知，制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中占有很高的地位，是推動國家民族技術(shù)進(jìn)步的主要力量。加入世貿(mào)組織后，中國的制造業(yè)就面臨巨大挑戰(zhàn)。中國制造業(yè)的水平普遍低于發(fā)達(dá)國家。舊的數(shù)控機(jī)床的改造也是改進(jìn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的方法之一。 發(fā)達(dá)國家也非常重視數(shù)控機(jī)床的改造。機(jī)床改造產(chǎn)業(yè)正在逐漸脫離機(jī)床制造業(yè)，形成數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線的新興產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域。 1.2.2 經(jīng)數(shù)控化改造后機(jī)床的優(yōu)越性 （1）改造后的機(jī)床可以提高加工零件的精度和生產(chǎn)效率; （2）改造后的機(jī)床改造可以提高機(jī)床的性能和質(zhì)量，可以加工難以加工或普通機(jī)床不能加工的復(fù)雜表面零件; （3）改造后的機(jī)床可實(shí)現(xiàn)剛性自動化，效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍; （4）可實(shí)現(xiàn)多工序集中，減少機(jī)床間零件由于頻繁搬運(yùn)引起的誤差，減少工件的定位誤差; （5）自動檢測功能，如自動報警，自動監(jiān)測，自動補(bǔ)償?shù)?，可以更好地調(diào)整機(jī)器的加工狀態(tài) （6）數(shù)控加工大大的解放了工人，節(jié)省了人力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品的試生產(chǎn)周期和生產(chǎn)周期，并且能夠快速響應(yīng)市場需求。 1.2.3 機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容 (1)精度恢復(fù)和機(jī)械傳動部分的改進(jìn)； (2)選定數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)； (3)數(shù)控機(jī)床輔助裝置的選??； (4)電控柜的設(shè)計和制作； (5)整機(jī)蓮接調(diào)試； 1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 1.3.1 國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)已經(jīng)有60多年的歷史，在60年內(nèi)數(shù)控機(jī)床取得了很大的進(jìn)步。目前美、德、日三國家。但因其社會條件不同，各有特點(diǎn)。 美國數(shù)控行業(yè)市場的特點(diǎn)是政府支持機(jī)床行業(yè)的發(fā)展，美國國防等部門不斷為機(jī)床的發(fā)展指明方向。數(shù)控機(jī)床的主體設(shè)計、制造生產(chǎn)和數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)十分深厚，一直重視科學(xué)研究和創(chuàng)新。 德國政府一直重視機(jī)床行業(yè)的重要戰(zhàn)略地位。德國的數(shù)控機(jī)床具有良好的質(zhì)量和性能，特別是大型，重型和精密數(shù)控機(jī)床。德國非常重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)和附件的先進(jìn)實(shí)用性，其各種功能部件在質(zhì)量和性能方面均居世界前列。西門子系統(tǒng)和Heidenhain的精密光柵都是世界聞名的。 日本政府特別支持機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。通過規(guī)劃和法規(guī)，公司的生產(chǎn)和出口量一直領(lǐng)先于世界前列。在技術(shù)上領(lǐng)先，產(chǎn)量上居世界第一。 1.3.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀 長久以來，我們開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)一直以傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)架構(gòu)為主。這種封閉的系統(tǒng)限制了CNC對多變量智能控制的發(fā)展，并且不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程。 近年來，在政府的支持下，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)迅速發(fā)展起來。如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺，煙臺第二機(jī)床附件廠開發(fā)了數(shù)控機(jī)床的各種動力卡盤和濾芯去除裝置;濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)的數(shù)控龍門鏜銑床，數(shù)控落地鏜銑床和數(shù)控鍛造設(shè)備等30多個系列100多個品種的數(shù)控輔助產(chǎn)品。 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床有如下幾個特點(diǎn)： （1）新產(chǎn)品開發(fā)取得重大突破，科技含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。 （2）數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量明顯增加，數(shù)控率大幅提高。 （3）數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品取得突破。 1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢 1.4.1 數(shù)控化改造后機(jī)床性能的大幅度提高 數(shù)控系統(tǒng)的使用是數(shù)控轉(zhuǎn)換中最關(guān)鍵的部分。改造機(jī)器的性能取決于CNC系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床和數(shù)字設(shè)備的核心。經(jīng)過多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展到使用微機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。并進(jìn)一步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，信息技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合。 開放式系統(tǒng)可以通過光纖和PC之間的連接進(jìn)行控制。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能適應(yīng)工廠自動化需求，高速內(nèi)部安裝PMC由專用的PMC處理器梯形圖和程序控制控制，友好的用戶界面，操作、維護(hù)方便。 1.4.2 對機(jī)床精度、速度要求的提高 為了提高機(jī)床的精度和速度，最基本的方法是使用閉環(huán)控制。理論上，閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置伺服精度取決于測量裝置的測量精度。閉環(huán)控制可以獲得高精度和高速度，但制造和調(diào)試成本高。 對于想要實(shí)現(xiàn)NC轉(zhuǎn)換的高精度和高速度的中小型機(jī)床，最好使用半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測元件安裝在中間傳動裝置上并間接測量執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置。半閉環(huán)控制方法更適合精度要求稍高的中小型機(jī)床的數(shù)控改造。 1.5 數(shù)控化改造的必要性 1.5.1 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的改造已經(jīng)發(fā)展成為國外新興的工業(yè)部門。其發(fā)展的原因是有方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場和生產(chǎn)上的原因。我國共有400多萬臺機(jī)床，這些機(jī)床大多都是多年積累的通用機(jī)床，若想實(shí)現(xiàn)自動化、精密化加工，無論是資金還是中國機(jī)床制造商的產(chǎn)能量都無法做到。因此，盡快將中國現(xiàn)有的通用機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床尤為重要。 數(shù)控技術(shù)正在經(jīng)歷從專有閉環(huán)開環(huán)控制模型到通用開放實(shí)時動態(tài)全閉環(huán)模型的根本性變革。中國機(jī)床數(shù)控率小于3％，機(jī)床年度數(shù)控率為6％。 1.6 數(shù)控化改造的任務(wù)及優(yōu)缺點(diǎn) 1.6.1 機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn) 首先是恢復(fù)原有功能，診斷和恢復(fù)機(jī)床和生產(chǎn)線上存在的故障; 二是數(shù)控，在普通機(jī)床上增加數(shù)字顯示設(shè)備，或增加數(shù)控系統(tǒng)，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床和數(shù)控機(jī)床; 三是翻新，為了提高精度，效率和自動化程度，翻新機(jī)械和電氣部件，并重新組裝機(jī)械部件以恢復(fù)原始精度;不符合生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)使用最新的CNC進(jìn)行更新。 四是技術(shù)升級或技術(shù)創(chuàng)新。大大提高裝修水平和檔次。 1.6.2 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) （1）減少投資量，縮短交貨時間與購買新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60％?80％的成本，轉(zhuǎn)型成本低。特別是大型和特殊的機(jī)床尤為明顯。一般大型機(jī)床改造，僅花費(fèi)新機(jī)采購成本的三分之一，交貨時間短。然而，一些特殊情況，例如生產(chǎn)和安裝高速主軸和托盤式自動更換裝置，太費(fèi)力且昂貴。改造的成本通常增加2到3倍。 （2）穩(wěn)定可靠的機(jī)械性能。改造后的機(jī)器代替了被焊接的部件，性能高，質(zhì)量好，可作為多年的新設(shè)備使用。但是，由于原有機(jī)械結(jié)構(gòu)的局限性，不宜進(jìn)行突破性改造。 （3）熟悉設(shè)備了解，操作維護(hù)方便購買新設(shè)備時，不知道新設(shè)備是否能滿足其加工要求。轉(zhuǎn)換不是這種情況，機(jī)床的加工能力可以準(zhǔn)確計算出來。另外，由于多年的使用，操作人員已經(jīng)了解了機(jī)床的特點(diǎn)，培訓(xùn)時間短，操作維護(hù)有效。一旦修改過的機(jī)器安裝完畢，就可以實(shí)現(xiàn)滿載運(yùn)行。 （4）充分利用現(xiàn)有條件充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，無需像新設(shè)備一樣重建基礎(chǔ)。 （5）可以采用最新的控制技術(shù)，根據(jù)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展速度，及時提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率。提高設(shè)備的質(zhì)量和檔次，并將舊機(jī)床改為現(xiàn)在的機(jī)床水平。 1.7 主要技術(shù)指標(biāo) 1.床身上最大加工直徑400mm； 2.最大加工長度1000mm； 3.X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖； 4.X方向最快移動速度Vxmax=3000/min，Z方向?yàn)閂zmax=6000mm/min； 5.X方向最快工進(jìn)速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向?yàn)閂zmaxf=800mm/min； 6.X方向定位精度±0.01mm，Z方向±0.02mm； 7.可以車削柱面、錐面與球面等； 8.安裝螺紋編碼器，可以車削米/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導(dǎo)程為24mm； 9.安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)控制自動選刀； 10.自動控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號； 第2章 車床數(shù)控化改造方案 2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分總體改造方案 2.1.1 對進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的就基本要求 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動主要是提供代表生產(chǎn)力的主切削運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動的目的是確保刀具和工件的相對位置。進(jìn)給運(yùn)動的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須具有以下幾點(diǎn)： 運(yùn)動部件之間的摩擦阻力進(jìn)給系統(tǒng)中的摩擦阻力會降低傳動效率并產(chǎn)生摩擦熱，特別是系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性。由于動摩擦阻力和靜摩擦阻力之間的差異導(dǎo)致爬行現(xiàn)象，因此有必要有效減小運(yùn)動部件之間的摩擦阻力。摩擦阻力的主要來源是導(dǎo)軌和螺釘。其中一個主要目標(biāo)是改善導(dǎo)軌和螺釘結(jié)構(gòu)以減少摩擦。 消除驅(qū)動器之間的間隙進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動是雙向的。結(jié)果，系統(tǒng)的快速響應(yīng)惡化，并且在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，傳輸鏈路中的間隙可能導(dǎo)致定位誤差。對于閉環(huán)伺服系統(tǒng)，驅(qū)動鏈路中的間隙會增加系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性。因此，在傳動系統(tǒng)中，必須使用包括滾珠絲杠，軸承，齒輪，蝸輪，甚至聯(lián)軸器和聯(lián)軸器來消除間隙。 傳動系統(tǒng)的精度和剛度要高：通常，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的線性位移精度達(dá)到納米級，角位移達(dá)到第二級。因此，提高傳動系統(tǒng)的傳動精度和剛度是重中之重。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)，螺母的支撐結(jié)構(gòu)和蝸輪是決定傳動精度和剛度的主要部件。因此，它們的加工精度和表面質(zhì)量可以保證提高系統(tǒng)的接觸精度。預(yù)加載如軸承和滾珠絲杠不僅可以消除間隙，還可以大大提高系統(tǒng)的剛度。傳動鏈中的齒輪減速可以降低脈沖當(dāng)量，減少傳輸錯誤的傳輸，并提高傳輸精度。 減小運(yùn)動慣量，具有適當(dāng)?shù)淖枘幔哼M(jìn)給系統(tǒng)中每個部件的慣性直接影響伺服系統(tǒng)的啟動和制動特性，特別是對于高速運(yùn)動部件。系統(tǒng)中的阻尼一方面可以降低系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，另一方面可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此必須在系統(tǒng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖枘帷? 2.1.2 進(jìn)給系統(tǒng)總體改造方案 普通車床的數(shù)控改造主要針對進(jìn)料系統(tǒng)的改造。轉(zhuǎn)換的主要任務(wù)是提供組件。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造方案去除了原機(jī)床的進(jìn)料箱和滑動箱，并利用原機(jī)床進(jìn)料箱的安裝孔和銷孔安裝了齒輪箱體。將縱向進(jìn)給滾珠絲杠安裝在原來的螺絲位置。滾珠絲杠兩段仍采用原來的固定方式這樣可以減少工作量，并且由于滾珠絲杠的摩擦因數(shù)小于原有的絲杠所以使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。步進(jìn)電機(jī)，齒輪箱安裝在機(jī)床側(cè)靠近主軸箱的位置，為便于安裝滾珠絲杠副，螺絲不是一體的，而是分開的，并且使用連接套筒剛性連接。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造方案：原來的手動機(jī)構(gòu)專用于微進(jìn)給和機(jī)床工作和調(diào)整部件，原有的支撐機(jī)構(gòu)也保留下來?？紤]到結(jié)構(gòu)上的原因，在使用齒輪箱的過程中，不使齒輪太大而導(dǎo)致齒輪箱太大影響到橫向溜板箱的有效行程，因此，在橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中使用兩級齒輪減速器。步進(jìn)電機(jī)和變速箱安裝在機(jī)器的背面。 電動機(jī)傳動方式：通常有三種方法來修改電機(jī)驅(qū)動部分。 （1）數(shù)控車床通常使用齒輪傳動裝置在機(jī)械進(jìn)給中實(shí)現(xiàn)一定的減速比，如圖2-1a所示。由于齒輪在制造過程中無法達(dá)到理想的齒面要求，因此始終存在一定量的齒隙，但齒隙會導(dǎo)致進(jìn)給系統(tǒng)反向進(jìn)給。對于閉環(huán)系統(tǒng)，間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖2-1 電動機(jī)與絲杠之間的聯(lián)接方式 （2）經(jīng)同步帶輪傳動的進(jìn)給運(yùn)動。如圖2-1b所示，這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單。同步帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動時引起的震動和噪聲，但只適于低扭矩特性要求的場所。安裝時中心距要求嚴(yán)格，且同步帶與帶輪的制造工藝復(fù)雜。 （3）電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接。如圖2-1c所示，此結(jié)構(gòu)通常是電動機(jī)軸與絲杠之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。 進(jìn)給系統(tǒng)傳動方案 進(jìn)給傳動系統(tǒng)包括橫向（X軸）進(jìn)給和縱向（Z軸）進(jìn)給，均采用同步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。其中縱向進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)過一級齒輪減速后驅(qū)動滾動絲杠實(shí)現(xiàn)縱向（Z軸）；橫向進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)過一級齒輪減速后驅(qū)動絲杠實(shí)現(xiàn)橫向（X軸）進(jìn)給。進(jìn)給系統(tǒng)傳動原理如圖2-2所示 圖2-2C6140車床數(shù)控改造示意圖 2.2 控制部分的改造方案分析 針對機(jī)床數(shù)控部分，可以選配適合的數(shù)控裝置，直接選用已有數(shù)控系統(tǒng)或自行設(shè)計控制系統(tǒng)，如微機(jī)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及DCS控制系統(tǒng)等。 2.2. 1 直接選用合適數(shù)控系統(tǒng)的改造方案 同一臺機(jī)器可以配置各種數(shù)字控制設(shè)備或數(shù)字控制系統(tǒng)中的功能選擇。機(jī)床制造商提供的數(shù)控系統(tǒng)分為主流系統(tǒng)和自適應(yīng)系統(tǒng)。主流系統(tǒng)在技術(shù)上相對比較成熟，但對用戶使用有技術(shù)要求。相反，它應(yīng)該滿足主機(jī)的主要性能要求，綜合分析系統(tǒng)的性能和價格，并選擇合適的系統(tǒng)。 2.2.2 基于PLC的控制方案 1. PLC控制方案分析 2. PLC本質(zhì)上是專為在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用自動控制而設(shè)計的計算機(jī)。更直接適用于編程語言的控制要求和更強(qiáng)的抗干擾能力。 3. PLC具有邏輯控制、定時控制、步進(jìn)控制等較強(qiáng)的功能，同時它的編程語言形象、簡單，目前廣泛應(yīng)用于以下方面的控制； 4. 各種專用機(jī)床的順序加工控制； 1） 各種普通數(shù)控機(jī)床的邏輯控制可獨(dú)立改造原電氣系統(tǒng)，還可完成數(shù)控化改造，并于CNC裝置相配合完成數(shù)控加工。 2） 將PLC應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，車床的PLC數(shù)控系統(tǒng)主要是用PLC對車床的進(jìn)給系統(tǒng)的控制，可以有以下三種控制方式： ①一種是使用PLC直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。這種控制方式的原理是利用程序使PLC在一定的時間內(nèi)產(chǎn)生脈沖電流，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。這種方式需要硬件少，但變速、換向等編程復(fù)雜、難度大，有時難以實(shí)現(xiàn)。 ②另一種控制方式是PLC只控制信號，如圖2-3所示為控制原理圖。 圖2-3控制原理圖 ③ PLC和定位模塊共同控制，實(shí)現(xiàn)專用車床的數(shù)控改造。PLC與定位模塊通信，并將一速/二速的速度和位置傳送給定位模塊。速度和位置分別由發(fā)送脈沖的速率和脈沖數(shù)決定。 2.3 設(shè)計參數(shù) 現(xiàn)列出C6140a臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)： 1.工件最大回轉(zhuǎn)直徑； 在床身 ：400毫米； 在床鞍 ：210毫米： 2.工件最大長度：1000毫米； 3.主軸孔徑：48毫米： 4.主軸前段孔錐度：莫氏6號： 5.主軸轉(zhuǎn)速范： 正轉(zhuǎn)（24級)：10-1400轉(zhuǎn)/分 反轉(zhuǎn)（12級）：14-1580轉(zhuǎn)/分 6.加工螺紋范圍： 公制（44種）：1-192毫米 英制（20種)：2-24牙/英寸 模數(shù)(39種）：0.25-48毫米 徑節(jié)(37種）：1-96徑節(jié) 7.進(jìn)給量范圍： 細(xì)化：0.028-0.054毫米/轉(zhuǎn) 縱向（64種） 正常：0.08-1.59毫米/轉(zhuǎn) 加大：1.71-6.33毫米 細(xì)化：0.014-0.027毫米/轉(zhuǎn) 橫向（64種） 正常：0.04-0.79毫米/轉(zhuǎn) 加大：0.86-3.16毫米/轉(zhuǎn) 8.刀架快速移動速度： 縱向：4米/分 橫向：2米/分 9.主電機(jī)： 功率：7.5千瓦 轉(zhuǎn)速：1450轉(zhuǎn)/分 10.快速電機(jī)： 功率：370瓦 轉(zhuǎn)速：2600轉(zhuǎn)/分 11.冷卻泵： 功率：90瓦 轉(zhuǎn)速：25升/分 12.外形尺寸：2668×1000×1190毫米 13.重量 ：約2000公斤 第3章 進(jìn)給傳動部件的計算和選擇 縱、橫向進(jìn)給傳動部件的計算和選型主要包括：進(jìn)給已知參數(shù)、切削力計算、滾珠絲杠設(shè)計計算、齒輪及步進(jìn)電動機(jī)的相關(guān)計算等。 3.1 進(jìn)給系統(tǒng) 3.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 1.縱向已知參數(shù) 工作臺重量（G） 800N 起動加速時間（T） 25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程（S） 6mm 行程（L） 1000mm 快速進(jìn)給速度（） 4m/min 脈沖當(dāng)量（） 0.01mm/步 步矩角（） 0.75°/步 2. 切削力計算 由《機(jī)械加工手冊》和《車床數(shù)控化改造實(shí)例》等提供的資料可知，采用公式： （3-1) 式中 N——電動機(jī)功率，查閱機(jī)床的說明書可知，為7.5KW; ——主傳動系統(tǒng)總功率，一般為0.6-0.7； K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取0.96； 取=0.65，帶入公式（2.210得： 又根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式： (3-2) 式中 ——功率（KW）； ——主切削力（N）； V——切削速度（m/s） 取υ為100m/min，即為υ=1.67m 由《機(jī)械加工手冊》可知，在一般的外圓車削時： (3-3) (3-4) ?。? 3. 滾珠絲杠設(shè)計計算 （1）計算進(jìn)給率引力（）綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力，根據(jù)式： (3-5) 式中 、——切削力（N）； G——工作臺的重量（N)； ——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，隨導(dǎo)軌類型而不同（取0.15-0.18）； k——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)（k=1.15）。 取k=1.15，=0.16，G=800N帶入得： (2)計算最大東負(fù)載C 最大動負(fù)載式： (3-6) 式中 L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位，有 (3-7) n——絲杠轉(zhuǎn)速（r/min），用下式計算： (3-8) ——最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），可取最高進(jìn)給速度的1/3—1/2； ——絲杠導(dǎo)程（mm）； T——為使用壽命（h），對于數(shù)控機(jī)床取T=15000h； ——硬度系數(shù)，??； ——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見表3-1 表3-1 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 一般運(yùn)轉(zhuǎn) 有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 滾珠絲杠導(dǎo)程初選=6mm：取=1m/min；T=15000h；取 =1.2；取。 則帶入數(shù)據(jù)得 最大動負(fù)載為 （3）滾珠絲杠螺母的選型 根據(jù)滾珠絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副1列2.5圈，其額定動載荷為16400N,精度取3級，公稱直徑40mm，其結(jié)構(gòu)如圖所示 彎曲的螺旋槽在放在一起時形成球的螺旋形路徑。該球在螺母上具有球形回路b，并連接螺旋滾道的幾圈的兩端以形成封閉的循環(huán)滾道。當(dāng)螺釘在滾道中旋轉(zhuǎn)時，它也會沿著滾道旋轉(zhuǎn)。因而迫使螺母（或絲杠）軸向移動。 滾珠絲杠副的特點(diǎn)是： 1摩擦損失小，傳動效率高，可達(dá)0.92?0.96（滑動螺桿為0.2?0.40）。 2預(yù)緊螺母后，可以完全消除間隙，傳動精度高，剛性好。 3.摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動速度無關(guān)，動靜摩擦力差異極小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，保證了運(yùn)動的平穩(wěn)性。 4磨損小，壽命長，精度好。 5不能自鎖，可逆，即將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，而且還將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可以滿足一些特殊要求的變速器場合，但是在垂直使用時，應(yīng)增加制動裝置。 ⑥工藝復(fù)雜，成本高。 國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠副分為兩類：定位滾珠絲杠（P級），即通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移的滾珠絲杠副;變速器滾珠絲杠（T）是一種無論旋轉(zhuǎn)角度如何都能傳遞動力的滾珠絲杠。 另外，滾珠絲杠通?？梢愿鶕?jù)其特性進(jìn)行分類，如制造方法分為普通滾珠絲杠副和滾珠絲杠副;根據(jù)螺母的類型分為單法蘭型單螺母型，雙法蘭型雙螺母型，圓柱雙螺母型，圓柱形單螺母型，簡單螺母型和方形螺母型等;螺旋滾道表面分為單弧面和雙弧面;按滾珠的循環(huán)方式分為：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)式。 圖3—1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)原理圖 目前國內(nèi)外制造的滾珠絲杠副，盡管結(jié)構(gòu)各異，但其主要區(qū)別在于螺旋滾道型面。形狀，滾珠循環(huán)方法，軸向間隙調(diào)整和預(yù)加載方法。 1.螺紋滾道型材的形狀及其主要尺寸 螺旋滾道輪廓（即滾道的正常截斷）具有各種形狀。圖3-2是螺旋滾道輪廓的示意圖。理想接觸角α=45°。 （1）輪廓如圖3-2（a）所示。通常2 rn=（1.04~1.11） Dw。對于單弧螺紋飛行，接觸角α隨著軸向載荷F而變化當(dāng)F = 0時，α= 0，加載后，隨著F的增大，α的大小由接觸變形的大小決定。隨著接觸角α的增加，傳動效率Ed，軸向剛性Rc和承載能力增加。 （2）圓弧剖面如圖3-2（b）所示，球與滾道僅在與內(nèi)部相切的兩點(diǎn)接觸，接觸角α不變。兩條弧線的交點(diǎn)處有一個小間隙，可以容納一些污垢。這對滾珠的流動有利。 對于單個圓弧剖面，接觸角α隨負(fù)載的大小而變化。雙圓弧面，選擇接觸角后，不變且廣泛使用。 圖3—2 滾珠絲杠副螺旋滾道型面的形狀 （a） 單圓弧 （b）雙圓弧 2. 絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有兩種：當(dāng)球在循環(huán)過程中脫離與螺釘?shù)慕佑|時，球有時被稱為外部循環(huán);內(nèi)部循環(huán)始終與螺絲保持接觸。 圖3—3 插管式外循環(huán)方式原理圖 1—壓板 2—彎管（回珠管） 3—螺母 4—滾珠 （1）外循環(huán)外循環(huán)使用螺旋槽和插管。圖3-3顯示了一種常見的插管類型。引導(dǎo)滾珠4構(gòu)成循環(huán)回路。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。但是，徑向尺寸較大，彎管末端容易磨損。如果不需要彎頭，則將反向器安裝在螺母3的兩個孔中，以引導(dǎo)球通過螺母外表面上的螺旋槽形成球循環(huán)回路。它被稱為螺旋槽型。使用范圍廣泛的外部循環(huán)，缺點(diǎn)是難以在接縫處做平滑的軌道，影響球的滾動的平滑度。 （2）內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)使用逆變器來實(shí)現(xiàn)球循環(huán)。如圖3-4（a）所示，是一個圓柱形凸鍵逆變器，變頻器的圓柱部分嵌入螺母中，反槽2的一端是打開的。反向凹槽位于圓柱體的外圓柱表面上，凸鍵1位于圓柱體的上端，以確保螺紋座圈的對齊。圖3-4（b）是一個圓形插入反向器，反向器是一個半圓形平面插入。插入件嵌入螺母的槽中，并且其端部設(shè)置有與插入件的輪廓定位的反向凹槽3。比較兩個逆變器，后者的尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸并縮短了軸向尺寸。然而，反向器的外部尺寸和螺母上的凹槽的精度要求較高。 圖3—4 內(nèi)循環(huán)方式原理圖 1—凸鍵 2、3—反向器 與外環(huán)逆變器相比，內(nèi)環(huán)逆變器和外環(huán)逆變器具有結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，耐磨性低，返回路徑短，無球堵塞，摩擦損失小等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造，不能用于多線程驅(qū)動器。 由于球容易進(jìn)出循環(huán)反轉(zhuǎn)裝置，容易產(chǎn)生較大的阻力，球在反向通道中的運(yùn)動主要是前球和后球的滑動運(yùn)動?！皾L動”幾乎沒有，所以反向裝置中的球的摩擦力矩M大于整個滾珠絲杠的摩擦力矩Mt。由于返回胎圈通道的不同軌跡和曲率半徑的不同，不同的換向裝置具有不同的M倒數(shù)/ Mt值。 （4）傳動效率計算 傳動效率計算公式： (3-9) 式中 ——絲杠螺旋長生角 ——摩擦角，滾珠絲杠副的滾動系數(shù)范圍（0.003—0.004），摩擦角大約為 取，，則帶入數(shù)據(jù)得： （5）剛度驗(yàn)算： 絲杠的拉伸或壓縮變形量。關(guān)注絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程的變化量按式 (3-10) 式中 ——在工作負(fù)載，作用下引起第一導(dǎo)程的變化量（mm）; ——工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（N）; ——滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）; E——材料彈性模數(shù)，對鋼; “+”用于拉伸，“-”用于緊縮。 滾珠絲杠截面積： (3-11) 其中： ； 式中： ——滾珠絲杠滾道圓弧偏心距； R——滾道圓弧半徑； 其中： (3-12) (3-13) 式中： ——滾珠直徑； ——接觸角； 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》中的滾珠標(biāo)準(zhǔn)系列選， 則： ； ； ； 式中，，，d=35.95mm，取A為（帶入數(shù)據(jù)得： 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略不計。 計算滾珠絲杠上的伸縮量或壓縮量的變形量（mm）公式： (3-14) 式中L——滾珠絲杠的有效長度（mm） L=1000mm，所以 已知精度等級為3級。行程為1000mm，查表可知絲杠行程變動量允許出現(xiàn)的偏差為，，所以剛度足夠 (6) 穩(wěn)定性計算 兩端采用一端固定一端徑向支撐，選用接觸球軸承支撐其特點(diǎn)極限轉(zhuǎn)速較高，可以同時承受徑向載荷和橫向載荷，也可以承受純軸向載荷。并且兩對串聯(lián)限制一個方向的軸向位移。故不再驗(yàn)算。 4.齒輪及步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計算 （1） 有關(guān)齒輪的計算 齒輪的傳動比計算 （3-15） 步距角，導(dǎo)程，脈沖當(dāng)量齒輪傳動比為： 可選定的齒輪數(shù)為， 考慮其結(jié)構(gòu)原因取，齒輪傳動參數(shù)見下表3-3 表3-2滾珠絲杠行程公差 項(xiàng)目 符號 有效行程 精度等級 1 2 3 4 5 目標(biāo)行程公差 <315 6 8 12 16 23 315—400 7 9 13 18 25 400—500 8 10 15 20 27 500—630 9 11 16 22 30 行程變動量公差 <315 6 8 12 17 23 315—400 6 8 12 17 25 400—500 7 10 13 19 26 500—630 7 11 14 21 29 任意300mm內(nèi)行程變動量 — 6 8 12 16 23 2弧度內(nèi)行程變動量 — 4 5 6 7 8 表3-3齒輪傳動參數(shù) 齒數(shù) z 32 40 分度圓 64 80 齒頂圓 68 84 齒根圓 59 75 齒寬 b 20 20 中心矩 72 （2）轉(zhuǎn)動慣量計算絲杠傳動系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量計算公式： （3-16） ——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——絲杠轉(zhuǎn)動慣量 ——絲杠導(dǎo)程 G——工作及工作臺重量 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量計算公式： （3-17） D——圓柱體直徑（cm） L——圓柱體長度或厚度（cm） ——材料比重（） ——鋼材的密度， G——重力加速度 轉(zhuǎn)動慣量為： 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 工作臺折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量： （3-18） 式中G——工作臺重量 g——重力加速度 ——絲杠導(dǎo)程 電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略，總的轉(zhuǎn)動慣量計算： （3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算： 快速空載起動時所需力矩 （3-19） 式中 ——快速空載起動力矩（） ——空載起動時折算到電動機(jī)軸上的加速力矩（） ——折算到電動機(jī)軸上的摩擦力矩（） ——絲杠預(yù)緊時折算到電動機(jī)軸上的附加摩擦力矩（） 最大切削負(fù)載時所需力矩 （3-20） ——折算到電動機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 （） 快速進(jìn)給時所需力矩： （3-21） 采用絲杠螺母副傳動時，上述力矩可用以下公式計算： （3-22） 式中——傳動電動機(jī)折算到電動機(jī)軸上的總的等效轉(zhuǎn)動慣量 ——電動機(jī)最大的角加速度 ——電動機(jī)最大轉(zhuǎn)速 （3-23） ——運(yùn)動部件最大進(jìn)給速度 ——脈沖當(dāng)量 ——步進(jìn)電機(jī)的步距角（°） ——運(yùn)動部件從停止起動加速到最大進(jìn)給速度所需時間（s） 根據(jù)公式計算： 摩擦力矩： （3-24） 式中 ——導(dǎo)軌的摩擦力（N）， ——垂直方向的切削力（N) G——運(yùn)動部件的總重量（N) ——導(dǎo)軌摩擦因數(shù) i——齒輪降速比，按計算 ——傳動鏈總效率，一般可取，附加摩擦力矩(N?cm） （3-25） 式中 ——滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷（N) ——滾珠絲杠導(dǎo)程（cm） ——滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般 當(dāng)帶入公式有 一般取預(yù)加負(fù)荷為最大軸向負(fù)荷的1/3，根據(jù) 求的公式計算： 折算到電動機(jī)軸上的切削力矩： （3-26） 式中——進(jìn)給方向上最大的切削力（N） 帶入數(shù)據(jù)得： 所以快速空載起動時所需力矩為 最大切削負(fù)載時所需力矩為 快速進(jìn)給時所需力矩為 從以上的數(shù)據(jù)分析，所需最大力矩發(fā)生在快速起動時。 表3-4步進(jìn)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 步進(jìn)電機(jī) 相數(shù) 三相 四相 五相 六相 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 4）步進(jìn)電機(jī)最高工作頻 （3-27） 式中 ——運(yùn)動部件最大快速進(jìn)給速度（m/min)； ——脈沖當(dāng)量（mm/步） 圖3—5步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性與運(yùn)行特性 （5）步進(jìn)電機(jī)的選擇對于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) （3-28） 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)型號選擇110BF003型步進(jìn)電機(jī)，最大靜轉(zhuǎn)矩為700具體數(shù)據(jù)看下表，選擇廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器DF3A—06實(shí)現(xiàn)對該步進(jìn)電機(jī)的有效驅(qū)動。 3.1.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 1.橫向已知參數(shù) 工作臺重量（G） 600N 起動加速時間（T） 25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程（S）? 4mm 行程（L） 650mm 快速進(jìn)給速度（） 2m/min 脈沖當(dāng)量（） 0.005mm/步 步矩角（） 0.75°/步 2. 切削力的計算 橫向切削力為縱向的1/2 （3-29） 按公式計算： 3.滾珠絲杠設(shè)計計算 （1）計算進(jìn)給牽引力（）按燕尾型導(dǎo)軌計算 （3-30） 式中 k=1.4， 帶入數(shù)據(jù)得 （2）計算最大動負(fù)載C，，T按15000h計算，取=1.2； 帶入數(shù)據(jù)得 最大動負(fù)載為： (3) 滾珠絲杠螺母的選型：根據(jù)滾珠絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副1列2.5圈，其額定動載荷為14200N,精度取3級，公稱直徑20mm。 (4) 效率計算 取經(jīng)計算螺旋升角，摩擦角 ①絲杠的拉伸或壓縮變形量。關(guān)注絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程的變化量按式 式中 ——在工作負(fù)載，作用下引起第一導(dǎo)程的變化量（mm）; ——工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（N）; ——滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）; E——材料彈性模數(shù)，對鋼; “+”用于拉伸，“-”用于緊縮。 式中，，，d=17.619mm，取A為（帶入數(shù)據(jù)得： 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略不計。 計算滾珠絲杠上的伸縮量或壓縮量的變形量（mm）公式： 式中 L——滾珠絲杠的有效長度（mm） L=640mm，所以 已知精度等級為3級。行程為640mm，查表可知絲杠行程變動量允許出現(xiàn)的偏差為，，所以剛度足夠 4. 齒輪及步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)計算 （1） 有關(guān)齒輪的計算 齒輪的傳動比計算 步距角，導(dǎo)程，脈沖當(dāng)量齒輪傳動比為： 可選定的齒輪數(shù)為， 考慮其結(jié)構(gòu)原因取，齒輪傳動參數(shù)見下表 表3-5齒輪傳動參數(shù) 齒數(shù) z 18 30 分度圓 36 60 齒頂圓 40 64 齒根圓 31 55 齒寬 b 20 20 中心矩 48 （2）轉(zhuǎn)動慣量計算絲杠傳動系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量計算公式： ——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——絲杠轉(zhuǎn)動慣量 ——絲杠導(dǎo)程 G——工作及工作臺重量 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量計算公式： D——圓柱體直徑（cm） L——圓柱體長度或厚度（cm） ——材料比重（） ——鋼材的密度， G——重力加速度 轉(zhuǎn)動慣量為： 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 工作臺折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量： 式中 G——工作臺重量 g——重力加速度 ——絲杠導(dǎo)程 電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略，總的轉(zhuǎn)動慣量計算： （3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算： 快速空載起動時所需力矩 式中——快速空載起動力矩（） ——空載起動時折算到電動機(jī)軸上的加速力矩（） ——折算到電動機(jī)軸上的摩擦力矩（） ——絲杠預(yù)緊時折算到電動機(jī)軸上的附加摩擦力矩（） 最大切削負(fù)載時所需力矩 ——折算到電動機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 （） 快速進(jìn)給時所需力矩： 采用絲杠螺母副傳動時，上述力矩可用以下公式計算： 式中 ——傳動電動機(jī)折算到電動機(jī)軸上的總的等效轉(zhuǎn)動慣量 ——電動機(jī)最大的角加速度 ——電動機(jī)最大轉(zhuǎn)速 ——運(yùn)動部件最大進(jìn)給速度 ——脈沖當(dāng)量 ——步進(jìn)電機(jī)的步距角（°） ——運(yùn)動部件從停止起動加速到最大進(jìn)給速度所需時間（s） 根據(jù)公式計算： 摩擦力矩： 式中 ——導(dǎo)軌的摩擦力（N）， ——垂直方向的切削力（N) G——運(yùn)動部件的總重量（N) ——導(dǎo)軌摩擦因數(shù) i——齒輪降速比，按計算 ——傳動鏈總效率，一般可取，附加摩擦力矩(N?cm） 式中 ——滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷（N) ——滾珠絲杠導(dǎo)程（cm） ——滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般 當(dāng)帶入公式有 一般取預(yù)加負(fù)荷為最大軸向負(fù)荷的1/3，根據(jù) 求的公式計算： 折算到電動機(jī)軸上的切削力矩： 式中——進(jìn)給方向上最大的切削力（N） 帶入數(shù)據(jù)得： 所以快速空載起動時所需力矩為 最大切削負(fù)載時所需力矩為 快速進(jìn)給時所需力矩為 從以上的數(shù)據(jù)分析，所需最大力矩發(fā)生在快速起動時。 （4）步進(jìn)電機(jī)最高工作頻 式中 ——運(yùn)動部件最大快速進(jìn)給速度（m/min)； ——脈沖當(dāng)量（mm/步） （5）步進(jìn)電機(jī)的選擇對于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)型號選擇110BF003型步進(jìn)電機(jī)，最大靜轉(zhuǎn)矩為800具體數(shù)據(jù)看下表，選擇廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器DF3A—06實(shí)現(xiàn)對該步進(jìn)電機(jī)的有效驅(qū)動。 （6）穩(wěn)定性計算 兩段采用一端固定一段徑向支持，選用角接觸軸承支撐，采取背對背的安裝方式。其特性通過預(yù)緊可以限制軸向位移、增加軸承剛性。 6.齒輪間隙調(diào)整 由于主、從動齒輪在制造過程中不可避免存在著加工誤差為了使這一對相互捏合的齒輪在安裝后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中心矩減少誤差采用墊片調(diào)整法消除斜齒輪間隙。 第4章 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法 滾珠絲杠副的軸向間隙指的是螺母的位移和由于滾珠和滾道在負(fù)載中的接觸的彈性變形引起的螺母的原