【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足： 式()mtfop][?式中， 極限啟動(dòng)頻率，tf 要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。mfop][ 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量，它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。因此，脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定，CA6140 的定位精度為177。，因此選用的脈沖當(dāng)量為 ~ 脈沖。 步距角的選擇根據(jù)步距角初步選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表中查到步距角 ，b?三種不同脈沖分配方式對(duì)應(yīng)有兩種步距角。步距角 及減速比 與脈沖當(dāng)量 和b?ip?絲杠導(dǎo)程 有關(guān)。初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)合理選擇 及 , 并滿足： 0L i 式（）0)36(Lipb????由上式可知： i=360 1/ L。?=176。初選電機(jī)型號(hào)為:90BYG5502 具體參數(shù)如表 所示表 90BYG5502 具體參數(shù)縱向電機(jī) 步距角 相 數(shù) 驅(qū)動(dòng)電壓 電 流90BYG5502 5 50V 3A靜轉(zhuǎn)矩 空載起動(dòng)頻率 空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 重 量 2200 30000? 圖 電機(jī)簡(jiǎn)圖 矩頻特性： ???JMka= ( cmN?) ??2106ax2tn?由于： = (r/min)maxn3pbv??則： =J ( )kM??21060ax2t??c?式中：J 為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（?）。ε 為電機(jī)最大角加速度（ ） ； 為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)2cmkg? 2sradmaxn應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min） ；t 為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s） ； 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min） ； 為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖） ；maxv p?為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角[（186。）步]，對(duì)于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓b?柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為 J= ( ),對(duì)于鋼材，材料密度為 10 (82McD2mkg? ?3?),則上式轉(zhuǎn)化為 J= L 10 ( ),式中：Mc 為圓柱體質(zhì)量（kg） ；3cmkg? 4?3?c?D 為圓柱體直徑（cm） ，JD 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由資料查出。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js Js=Js/ ， 為絲杠與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比i2由于 =1則: Js= L 104?3?=() 170 10=( )2cmkg?(2)工作臺(tái)質(zhì)量折算GJ=（ ） M( ),式中： 為絲杠導(dǎo)程（cm） ； 為工作臺(tái)質(zhì)量?2。L2?0LM（kg）.由于 =1cm =90kg0LM則 ： =（ ）GJ?2。= 902)(?=( )2cmkg?1）一對(duì)齒輪傳動(dòng)小齒輪裝置在電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不用折算，為 .大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 折算到電1J2J機(jī)軸上為 = ( )2iJ21z2）兩對(duì)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)總速比 = ,二級(jí)分速比為 和 .于是，齒輪 1 的轉(zhuǎn)動(dòng)i1?2 12zi?34zi慣量為 ,齒輪 2 和 3 裝在中間軸上，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要分別折算到電機(jī)軸上，分別為1J( ) 和 ( ) .齒輪 4 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要進(jìn)行二次折算或以總速比折算為：2z321z= ( ) ( ) 式（）iJ421z?43z2因此，可以得到這樣的結(jié)論：在電機(jī)軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不必折算，在其他軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算時(shí)除以該軸與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比平方。由于減速機(jī)構(gòu)為一對(duì)齒輪傳動(dòng)，且第一級(jí) =1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)i慣量如下：n=45,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,其分度圓直徑 d=45 =?S=27mm 則: = 10 = ?43?2cmkg?n=40,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,其分度圓直徑 d=40 =60mm40J?S=27mm 則: = 6 10 =?3?2ckg?n=30,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,其分度圓直徑 d=30 =45mm30J?S=27mm 則: = 10 = 30J?43?2cmkg?n=45,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,其分度圓直徑 d=45 =?S=30mm 則: = 10 = J?43?2ckg?n=50,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,其分度圓直徑 d=50 =75mm50?S=30mm 則: = 10 = J?43?2cmkg?n=60,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,其分度圓直徑 d=60 =90mm60?S=30mm 則: = 9 10 = J?43?2ckg?兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:J 輸入= 13 10 = 。 L=130mm43?2m?J 輸出= 13 10 = 。 L=130mm?ckg?查表得： =4 D2cmkg?綜上可知：= + + + + + + +2 式?JDSJG304J6054J（）= 2cmkg?又由于 V = 1600?=2236mm/min則： = 10 =.?2?cmN?(3)力矩的折算：1） =空載摩擦力矩kf= 式（）kfi239。??。LfG?式中： 為運(yùn)動(dòng)部件的總重力（N） ； 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； 為齒輪傳動(dòng)降速比；G39。fi為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取 =~； 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（ cm） 。??0L由于 =90 10=900N, =, =1, =?39。fi?則 ==2） 附加摩擦力矩0= (1 ) 式0i2??。LFyj20（）式中： 為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，即預(yù)緊力，一般取 1/3Fm。Fm 為進(jìn)給牽引力，yjF為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 ≥? 0?得 =1/3 =1/3 =?又 L。=10mm ， =?則 =?= cmN?則 = + + =++=140 kpkaf0 cmN?由于 =k?maxj?則所選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍的經(jīng)表查得 ：λ=則 = = 5= kpM?maxj??mN?所以所選步進(jìn)電機(jī)合乎要求 據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性計(jì)算加減速時(shí)間校核的快速性T= ( ) 式（）)(???0fn式中：T 為加減速時(shí)間， 和 分別為轉(zhuǎn)子，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ）rl 2mkg?為電機(jī)得步距角（176。） ， , 為電機(jī)最大平均轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ ）?cpl N?, 為起始加速時(shí)和加速終了時(shí)的頻率（Hz）0fn由于 = 10 = β=176。rJ?3?2mkg?lJ2mkg?=5 = =2200Hz =30000Hz cpTN?lT?0fnf 則 T= (300002200)????)(( =所以選此步進(jìn)電機(jī)能滿足要求。 橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇 步距角的確定 式(）0)36(Lipb???? =6 =1 = ≤ ?0Lmip?b?初選電機(jī)型號(hào)為:110BYG5602 具體參數(shù)如表 所示。表 110BYG5602 電機(jī)具體參數(shù)橫向電機(jī) 步距角 相數(shù) 驅(qū)動(dòng)電壓 電流110BYG5602 5 80V 3A靜轉(zhuǎn)矩 空載起動(dòng)頻率 空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 重量16 mN?2500 35000? 216kg圖 電機(jī)簡(jiǎn)圖 距頻特性(1)力矩的折算1)空載摩擦力矩 kfM = kf iLG??2039。=60 10=600N = =6mm =?39。f0L? =??=( )cmN?2)附加摩擦力矩 0 ( ) )1(220????iLFyj c?=1/3 =1/3 = =6yjm?0Lm =?=115 cN?(2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算1)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 = 10 =4cm =26cmsJD4L?3??DL = 10?sJD4L?3?=(4) 26 10 = ( )2cmN?2)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 = 式（5 GJ2(）。?LM.12）= =60kg0L = = 60=( )?GJ2(）。?）（ ?2cmkg?(3)多脈沖減速裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算Z=30 d= = 30=45mm mZ= 10 = 10 = J?DL?2ckg?Z=40 d=m = 40=60mm ?= 10 = 6 10 = 2m?Z=45 d= = 45= mZ= 10 = 10 = J?DL?2ckg?Z=50 d= = 50=75mm = 10 = 10 = 2m?Z=60 d= = 60=90mm mZ?= 10 = 9 10 = J?DL2ckg?又由于 輸入 = J 輸出 = = J2ckg? ?DJ2cmkg?則 = + + =58 ?SGJm? = 10kaMJtVpb????3602max2?= 1600=1248mm/min = = =176。maxVtp?b? =50kaM?. 2?? = cmN? = + + =++115=又 ≤ maxj?步進(jìn)電機(jī)為五相十拍 λ= == 16=?所以此步進(jìn)電機(jī)符合條件(4)上升時(shí)間校核 = ( )t)(???0fn= 10 = 10 rJ??2mkg?l?3?2cmkg?= = = =2500Hz =35000Hz??cpl 0fnf = (350002500)?t )((???? =合乎要求6 .1 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的功能要求 （1）z 向和 x 向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制（2）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制（3）螺紋加工控制（4）行程控制（5）鍵盤(pán)及顯示（6）面板管理 主軸系統(tǒng)的改造 在對(duì) CA6140 車床的數(shù)控改造中，保留了原有的變速箱，由變速箱手柄來(lái)完成主圖 主軸電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖軸的有級(jí)調(diào)速。主軸電動(dòng)機(jī)采用 1PH7 系列，配備相應(yīng)的電氣控制設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)，主軸點(diǎn)動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)等功能，如圖 所示，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)命令通過(guò)面板操作寫(xiě)在程序中，由 PLC 輸出端口控制正轉(zhuǎn)繼電器（KAZ）或反轉(zhuǎn)繼電器（KAF） ，使接觸器 KM1 和 KM2 動(dòng)作，完成主軸的正反轉(zhuǎn)切換，為減小主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流計(jì)，使用了 KMKM KM5 三個(gè)接觸器來(lái)完成電動(dòng)機(jī)的 Y—切換。為適應(yīng)螺紋加工的要求，主軸上安裝了編碼器，通過(guò)端口 X472 輸入 611UE 反饋到PCU 單元。熱繼電器（FR）的一組常開(kāi)觸點(diǎn)接入 X111 輸入點(diǎn) ,當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱時(shí)，熱繼電器（FR）動(dòng)作，使 有效，PCU 單元產(chǎn)生報(bào)警，并切斷主軸電動(dòng)機(jī)的電源。 機(jī)床控制系統(tǒng)改造(1)主軸編碼器 在螺紋加工中必須知道主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算進(jìn)給速