ca6140車床數控化改造說明書-wenkub.com

　 　

【正文】 m=2mm,a=20 176。 (5)絲杠的剛度驗算 工作時受軸向力和扭轉作用，因絲杠 受扭時引起的導程變化很小，可忽略不計，故工作負載引起的導程變化量Δ L=FmLo/ES 式中： Lo 絲杠導程 進給牽引力 Fm=1754N 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 第 37 頁 37 E彈性模量 * 610 N/cm2 s滾珠絲杠截面積（按底徑直 d1= s=） 則Δ L=FmLo/ES=*106cm 絲杠 1m長度上導程變形總誤差Δ L總 =100Δ L/Lo=三級 精度滾珠絲杠允許誤差為 15um/m 故剛度足夠。 絲杠外徑 d1= 循環(huán)列圈數 2**2 額定動載荷 Ca=22780N 剛 度 1240N/um kc (4)傳動效率計算 絲杠副傳動效率η =tgr／ tg(r+θ )=O． 953 式中 y—— 螺旋升角 (CDM32065滾珠絲杠 )， y=3176。 0． 5/6=／ min， L=60nT/106 = L=60**15000/106=30 Cm= fwFmL3 = C= 3 30 *1. 2 *17 54 654 0 N? 根據 Cm值， Cm Ca的原則 查表可采用 CDM32065外循環(huán)雙螺母墊片預緊的雙螺母滾珠絲杠副。 =6mm； Vs—— 最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的 (1／ 2～ 1／3)，此處 Vmax=0． 4m／ min； T—— 使用壽命，數控機床用滾動絲杠壽命 15000h； fw—— 運轉系數，按一般運轉取 1． 2～ L—— 壽命，以 106r為 1單位。 O． 40=1072N 橫向進給 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 (1)選型 橫向為燕尾導軌，則軸向進給切削力 Fm Fm= KFx+f′ (Fz+2Fy+G) =1． 4179。 橫 向進給系統的設計計算 橫向進給切削力的確定 設計參數： 溜板及刀架重力：橫向 600 N； 刀架快速速度：橫向 1． 2 m/min； 最大進給速度：橫向 0． 4 m/min； 主電動機功率： P主 =7， 5 kW； 起動加速時間： 30 ms； 機床定位精度：177。 m): 空載起動頻率 /(step/s): 2800 空載運行頻率 /(step/s): 80 電感 /mH: 電阻 /Ω : 分配方式 : 五相十拍 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 第 35 頁 35 外形尺寸 /mm: φ 150179。遠不能滿足此機床所需求的空載起動力矩 ()，直接使用則會產生失步現象，所以必須采用升降速控制 (用軟件實現 )，將運動頻率降到 1 000H2時，起動力矩可增到 588． 4 Ncm，然后在電路上采用高低壓驅動電路，還可將步進電機輸出力矩擴大 1倍左右。 最大靜力矩 Mjmax= Mq/λ =按此最大靜轉矩，查表， 150BF002型最大靜轉矩為 1372 Ncm。(Fz+G) Fc垂直方向切削力 η 主傳動效率 = Mf=FoLo/2? η i= f180。 ,z1=42,z2=70,齒寬b=17mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動效率η = 3齒輪幾何尺寸 計算 : d1=z1m=84mm, d2=z2m=140mm, da1=(z1+2)m=88mm, da2=(z2+2)m=144mm, df1=()m=79mm, df2=()m=135mm, a=(z1+z2)m/2=112mm 3齒輪校核 : 5) 小齒輪轉矩 T1=T*K1 式中 T—— 電動機的輸出功率 K1— — J電動機效率 取 則 T1=9600Nmm 6) 小齒輪的轉速 m a x1 6 2 5 / m in360yvnr??? ? ? 7) 小齒輪的圓周速度 11 / 600 00 /V d n m s??? 8) 動載荷系數 AVK K K K K??? ? ? ? 式中 KA—— 使用系數取 1 Kv—— 動載荷系數取 KB—— 齒向載荷系數取 Ka—— 齒向載荷分配系數 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 第 32 頁 32 由1211[ 1 . 8 8 3 . 2 ( ) ] c o s 1 . 7 5 8ZZ??? ? ?? ? ? ? ? 查表并插值得 Kα = 則 K=1***= 9) 許用彎曲應力 F F lim[ ]= /N X FY Y S?? 式中： Flim? —— 彎曲疲勞極限； Flim1? 1=460N/mm2 Flim2? 2=390N/mm2 NY —— 彎曲壽命系數 1NY? 2 1NY ? YX—— 尺寸系數取 1 SF—— 安全系數取 則 2F 1 F l im 1[ ] = / 35 3. 85 /N X FY Y S N m m?? ? 2F 2 F l im 2[ ] = / 30 0 /N X FY Y S N m m?? ? 10) 齒要彎曲疲勞強度校核計算 由式 F 1 F a Sa 1 F= 2 K T Y Y Y /bd m [ ]???? 式中 FaY —— 齒形系數 Fa1Y = Fa2Y = SaY —— 應力修正系數 Sa1Y = Sa2Y = Y? —— 重合度系數 Y 5 5 / 77???? ? ? 則F 1 1 F a S a 1 F2 * 1 . 5 6 * 9 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 4 * 1 . 6 5 3 * 0 . 6 7 7 = 2 3 . 9 4 2 [ ]2 0 * 8 4 * 2??? ? F 2 1 F a S a 2 F2 * 1 . 5 6 * 9 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 2 5 * 1 . 7 5 * 0 . 6 7 7 = 2 1 . 7 3 4 [ ]2 0 * 8 4 * 2? ? 故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。 (5)絲杠的剛度驗算 工作時受軸向力和扭轉作用，因絲杠受扭時引起的導程變化很 小，可忽略不計，故工作負載引起的導程變化量Δ L=FmLo/ES 式中： Lo 絲杠導程 進給牽引力 Fm=2530N E彈性模量 * 610 N/cm2 s滾珠絲杠截面積（按外 徑 d1= s=） 則Δ L=FmLo/ES=*106cm 絲杠 1m長度上導程變形總誤差Δ L總 =100Δ L/Lo=三級精度滾珠絲杠允許誤差為 15um/m 故剛度足夠。 絲杠外徑 d1=39mm 循環(huán)列 圈 數 2**2 額定動載荷 Ca=31714N 額定靜壓載荷 Coa=101702N 剛 度 1240N/um kc (4)傳動效率計算 絲杠副傳動效率η =tgr／ tg(r+θ )=O． 956 式中 y—— 螺旋升角 (CDM40085滾珠絲杠 )， y=3176。 查表可采用 CDM40085外循環(huán) 雙螺母墊片 預緊的雙螺母滾珠絲杠副。 =1000179。 (2)計算最大動負載 Cm= fwFmL3 , L=60nT/106 n=1000Vs/L。 6) 同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或 裝 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 第 29 頁 29 置時，可獲得較好的同步性。 2) 運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行、由于主要存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦因數小，且其差值也很小，因而啟動轉矩小，動作靈敏，即使在低速情況下也不會出現爬行現象。由于滾珠的存在，絲杠與螺母之間是滾動摩擦，僅在滾珠之間存在滑動摩擦。 O． 40=2144N 縱向進給 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 滾珠絲杠工作原理及特點： 滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置，是數控機床 伺服系統中使用最廣泛的傳動裝置。 根據機床精度要求確定脈沖當量δ p，縱向： 0． 01mm／步；橫向： 0． 005 mm／ 步 。在使用時，一定要考慮動態(tài)轉矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降的特點。 連續(xù)運行頻率 步進電機起動后，其運行速度能根據指令脈沖頻率連續(xù)上升 而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運行頻率。 360b mKZ? ＝m— 電機相數； Z— 轉子齒數； K— 系數，相鄰兩次通電相數相同， K＝ 1； 相鄰兩次通電相數不同， K＝ 2。靜態(tài)轉矩與失調角θ的關系叫矩角特性，近似為正弦曲線。 光電隔離電路 ： 在步進電機驅動電路中，脈沖信號經功率放大器后控制電動機勵磁繞組，由于步進電機需要的驅動電壓較高 (約 80v)，電流較大 (約6A)，若將輸出信號與功率放大器直接相聯，將會引起強電干擾。通過調整脈沖變壓器的磁芯和 R5可改變高壓供電的時間寬度 tb。 步進電機驅動電路的主要功能是功率放大，它將光電隔離電路進來的弱信號經功率放大，變成較強的電信號，直接驅動步進電機，如圖所示。在功率晶體管 V導通的瞬間，電容相當于短路，迫使流過繞組的電流上升進一步加快，這樣可使電 流的前沿明顯變陡，從而提高了步進電機的高頻性能。 單電壓功率放大電路 最大的特點是結構 簡單，但它的缺點是工作效率低，在高頻工作狀態(tài)時其效率很差。 電 路的時間常數為 T=L/（ RL+RC） 時間常數表示開關回路在導通時允許步進電機繞組電流上升的速率。 驅動放大器的 作用：將環(huán)形分配器發(fā)出的 TTL 電平信號放大至幾安培到十幾安培的電流，送至步進電動機的各繞組。查表法的基本思路是：根據步進電機與計算機的接線情況及通電方式求出所需要的環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表，將其存入存儲器中，運行時按節(jié)拍序號查表獲得相應控制數據，在規(guī)定時刻通過輸出口將數據輸出到步進電動機的驅動電路。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 第 22 頁 22 2 軟件脈沖分配的控制 軟件脈沖分配器是指實現步進電機脈沖分配控制的計算機程序。其功能 可由硬件或軟件產生，硬件環(huán)形分配器是根據步進電機的相數和控制方式設計的 脈沖分配控制 —— 硬件（環(huán)形分配器） 硬件環(huán)形分配器的種類很多，有專用基金的集成電路，可以用 JK觸發(fā)器或 D觸發(fā)器構成，還可以用通用的可編程邏輯器件組成。環(huán)形分配器是用于控制步進電機的通電方式的，其作用是將數控裝置送來的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式加到功率放大器上，控制各相繞組的通電、斷電。因此，步進電機轉速的高低、升或降速、啟動和停止都完全取決于控制器的有無或頻率。反應式步進電動機是利用磁阻轉矩使轉 子轉動的，是我國使用最廣泛的步進電動機形式。 步進電動機的轉速決定于控制繞組與電源接通和斷開的脈沖變化頻率。考慮到是在普通車床上進行改造，精度要求不是很高，為了簡化結構，降低成本，我們采用了微機控制的步進電機開環(huán)伺服系統。此外，步進電機控制的開環(huán)系統不存在位置檢測與反饋控制的問題，結構比較簡單，易于控制系統的實現與調試。 4) 低速、大轉矩 根據機床的加工特點，經常在低速下進行重切削，即在低速下進給驅動系統必須有大的轉矩輸出 。對于低檔型數控系統，驅動控制精度 一般為 ；而對于高性能數控系統，驅動控制精度為 1um 甚至為 。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 19 第四章伺服進給系統的結構設計與計算 伺服進給傳動系統概述 數控機床的伺服進給系統由伺服驅動電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構及 執(zhí)行部件組成。其中梯形齒多用在轉速不高或小功率動力傳動中，而圓弧齒多用在數控加工中心等要求較高的數控機床主運動傳動系統中。 加工螺紋時，為保證主軸每轉一轉，刀具準確移動一個導程，須配置主軸脈沖發(fā)生器作