【導讀】天津大學成人高等教育本科畢業(yè)設計(論文). 題目：CA6140普通車床橫向進給機構的數(shù)控化改造。完成期限：2021年8月23日至2021年12月24日。專業(yè)_機械工程及自動化_職稱__. 接受任務日期批準日期。㈠CA6140臥式車床的技術數(shù)據(jù)：。最大加工長度750、1000、1500、2021mm. 滑板行程橫向320mm縱向650、900、1400、1900mm. 刀杠支承面至中心的距離26mm. 尾座頂尖套莫氏錐度5#橫向最大移動量±10mm. 外形尺寸長×寬×高2418×1000×1267mm. 電動機功率主電動機總功率。最大加工直徑在床面上400mm在床鞍上210mm. 溜板及刀架重力橫向600N. 脈沖分配方式逐點比較法。自動升降速性能有。計算了步進電機的空載起動頻率和切削時的工作頻率，步進電動機的選擇，標準。其中關鍵部分是橫向進給機構改造的設計計算、步進電機的選型計算和控制。序號起止日期計劃完成內容實際完成內容檢查日期。3繪制橫向進給系統(tǒng)裝配圖完成。7修改并裝訂論文,準備答辯完成。指導教師批準日期年月日簽名。傳動和控制電路的改造，

　　

【正文】 2 CA6140 普通車床 橫向 進給機構 的數(shù)控化改造 20 上表中， e 是一個判斷系數(shù)，它是適用于各種 X,Y 系數(shù)值的 Fa/Fr 極限值。試驗證明，軸承 Fa/Fr≤ e 或 Fa/Fre 時其 X,Y 值是不同的 。 單列向心軸承或角接觸軸承當 Fa/Fr≤ e 時， Y=0， P=Fr即軸向載荷對當量動載荷的影響可以不計。深溝球軸承和角接觸球軸承的 e 值隨 Fa/C0r 的增大而增大。 Fa/C0r反映軸向載荷的相對大小，它通過接觸角的變化而影響 e 值。 ? =0176。的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當量動載荷 Pr=Fr； 而? =90176。的推力軸承只能承受軸向力，其當量動載荷 P0a=Fa 。 由于機械工作時常具有振動和沖擊，為此，軸承的當量動載荷應按下式計算： P=fd(XFr+YFa) （ 315） 式中 ： fd 為 沖擊載荷 因素 由表 36 選取 表 36 沖擊載荷因素 fd 載荷性質 舉 例 fd 平穩(wěn)運轉或輕微沖擊 電機，水泵，通風機，汽輪機 ~ 中等沖擊 車輛，機床，起重機，冶金設備，內燃機 ~ 強大沖擊 破碎機，軋鋼機，振動篩，工程機械 ，石油鉆機 ~ 由于軸承載荷與縱向載荷之比：raFF =26801027 =≤ e 查表得 ： X=1， Y=0 df = 則： P=fd(XFr+YFa) = df ? Fr =? 2680 =3216N ⒉ 基本額定壽命 滾動軸承的壽命隨載荷 的增大而降低，其曲線方程為： ?????????? Pf CfnL Pth 6010 6 （ 316） 式中 ： P 為 當量動載荷， N； Lh 為 基本壽命， h； 天津大學成人高等教育本科畢業(yè)設計 (論文 ) 21 ft 為溫度系數(shù)，（當在小于 100℃工作時， ft = ） ； fP 為溫度系數(shù)，（當在輕微沖擊下工作時， fP = ） ； n 為軸承工作轉速 ， r/min； ? 為 壽命指數(shù)， （ 球軸承 ? =3，滾子軸承 ? =10/3） 。 若已知軸承的當量動載荷 P、轉速 n 和預期 壽命 L’h，則可按下式求得相應的計算額定動載荷 C’， 它與所選用軸承型號的 C 值必須滿足下式要求： ?161060 ????????? htP Lnf PfCC （ 317） 表 37 滾動軸承 不同場合下的預期 壽命 L’h 使用條件 使用壽命 h 不經(jīng)常使用的儀器和設備 300~3000 短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴重后果，如手動機械，農用機械，裝配吊車，自動送料裝置 3000~8000 間斷使用的 機械，中斷使用將引起嚴重后果，如發(fā)電站輔助設備，流水作業(yè)的傳動裝置，帶式運輸機，車間吊車 8000~12021 每天 8 小時工作的機械，但經(jīng)常不是滿載荷使用，如電機，一般齒輪裝置，壓碎機，起重機和一般機械 10000~25000 每天 8 小時工作，滿載荷使用，如機床，木材加工機械，工程機械，印刷機械，分離機，離心機 20210~30000 24 小時連續(xù)工作的機械，如壓縮機，泵，電機，軋機齒輪裝置， 紡織機械 40000~50000 24 小時連續(xù)工作的機械，中斷使用將引起嚴重后果，如纖維機械，造紙 機械，電站主要設備，給排水設備，礦用泵，礦用通風機 ? 100000 則額定動載荷 ?161060 ????????? htP Lnf PfCC 由上表查得 ? =3 ， P=3216N， L’h=20210h， fP = ， ft = ， n=50r/min 則 C’=15108N 因為 ， C=17000NC’ 所以 ， 此軸承合乎要求 CA6140 普通車床 橫向 進給機構 的數(shù)控化改造 22 第四章 步進電動機的計算與選型 步進電動機選用的基本原則 合理選用步進電動機是比較復 雜的問題，需要根據(jù)電動機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。 選用步進電機最基本的原則： ⒈ 步距角 α 步距角應滿足 ： imin??? （ 41） 式中 ： i 為 傳動比 ； α min 為 系統(tǒng)對步進電動機所驅動部件要求的最小轉角 。 ⒉ 精度 步進電動機的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值，用累積誤差衡量 精度比較實用，所選用的步進電動機應滿足： ? ?sm i ?? ??? （ 42） 式中 ： △θm 步進電動機的累積誤差。 [△θs]系統(tǒng)對步進電動機驅動部分允許的角度誤差。 ⒊ 轉動慣量 鋼材圓柱體轉動慣量（ kgcm2）為： 34 ??? LDJ （ 43） 式中 ： D 為圓柱體直徑（ cm）； L 為圓柱體長度或 厚度（ cm）。 ⒋ 轉矩 為了使步進電動機正常運轉（不失步，不越步）正常啟動并滿足對轉速的要求，必須考慮以下條件 ： 起動力矩一般選取為 ： Mq≥Mjmax/λ （ 44） 式中 ： Mq 為 電動機起動 轉 矩 ； Mjmax為 電動機 最大 靜 轉 矩 。 根據(jù)步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選 取如表 41 所示，表中 Mjm為步進電動機的最大靜載矩，是步進電動機技術數(shù)據(jù)中給出的。 天津大學成人高等教育本科畢業(yè)設計 (論文 ) 23 表 41 步進電動 起動轉矩和最大靜轉矩的關系 運行方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 λ =Mq/Mjmax 在要求的運行頻率范圍內，電動機 的 運行力矩應大于電動機的靜載力矩與電動機轉動慣量（包括負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。 ⒌ 起 動頻率 由于步進電動機的 起 動頻率隨 著負載力矩和轉動慣量的增大而降低， 不能保證在快速空載起動和運行時不失步， 因此， 還要用起動 力 矩頻率特性和運行頻率特性兩條重要的性能曲線來檢查所選的電機的型號是否滿足要求。 步進電動機的選 擇 等效轉動慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉動慣量 J∑（ kgcm2）可以由下式計算： ? ? ? ? ?????????? ???????? ?????????????????????????????? 24243322211 2 ?osM LgGJJzzJJzzJJJ （ 45） 式中 ： JM 為 步進電機轉子轉動已慣量 （ kgcm2）； J J J J4 為齒輪 z z z z4 的 轉動慣量（ kgcm2） Js 為滾珠絲杠轉動慣量（ kgcm2） 參考同類型機床，初選反應式步進電機 130BF，其轉子的轉動慣量 JM=cm2 3411 ??? LdJ = 44 2 103= kgcm2 3422 ??? LdJ = 84 2 103= kgcm2 3433 ??? LdJ = 4 2 103= cm2 3444 ??? LdJ = 84 2 103= cm2 34 ??? LdJ ss = 4 45 103= cm2 G=600N CA6140 普通車床 橫向 進給機構 的數(shù)控化改造 24 計算 總的轉動慣量 J∑： ? ? ? ? ?????????? ???????? ?????????????????????????????? 24243322211 2 ?osM LgGJJzzJJzzJJJ ? ? ? ? ?????????? ???????? ????????????????????????? 222 2 ?g = kg cm2 電機力矩計算 機床在不同的工作情況下，所的轉矩不同，下面分別按各階段計算： ⒈ 快速空載起動力矩 Mqd（ Ncm）： Mqd=Mamax+Mf+Mo （ 46） ⒉ 快速 進給時所需 力矩 Mkj（ Ncm）： Mkj=Mf+Mo （ 47） ⒊ 最大切削負載時所需 力矩 Mqx（ Ncm）： Mqx=Mf+Mo+Mt （ 48） 式中 ： Mamax 為 空載起動時折算到電機軸上的加速 力矩： aa tnJJM ? ?????? ??? 60 102 2m a xm a x ?? （ 49） 式中 ： J∑為傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉動慣量（ kgcm2）； ε為電機最大角加速度（ rad/s2）； ta為運動部件從停止起動咋加速到最大快進速度所需時間（ s）； nmax 為電機最大轉速（ r/min）。 ??? 360m a xm a x bpvn ?? （ 410） 式中 ： vmax 為運動部件最大快進速度（ mm/min）； δp 為脈沖當量（ mm/脈沖）； θb=步進電機的步距角（ 176。）。 Mf為摩擦力矩： ? ?i LGFfM ozf ??2 ??? （ 411） 式中 ： f’為導軌摩擦系數(shù)； Fz 為垂直方向的切削力（ N）； G 為運動部件的總重量（ N）； 天津大學成人高等教育本科畢業(yè)設計 (論文 ) 25 Lo 為滾珠絲杠導程（ cm）； i 為齒輪降速比，12zzi? ； η為傳動鏈總效率，一般取 ～ 。 Mo 為附加摩擦力矩： iLFM opoo ??2? （ 412） 式中 ： Fpo 為滾珠絲杠預緊負荷，一般取 1/3Fm，（ N）； ηo 為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率 ，一般取 ηo≥ 。 Mt 為折算到電機軸上的切削負載力矩： iLFM ott ??2? （ 413） 式中 ： Ft 為進給方向最大切削力（ N）。 ⒋ 代入數(shù)據(jù)計算： ??? 360m axm ax bpvn ??= ? =1000r/min aa tnJJM ? ?????? ??? 60 102 2m a xm a x ?? 2? ??? ?=cm ? ?i LGFfM ozf ??2 ??? ? ? ?? ?? ? =cm iLFM opoo ??2? ?? ?? ?= Ncm iLFM ott ??2?