【正文】 車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工公英螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。 機(jī)械傳動(dòng)方式 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿。選用滾珠絲桿螺母副。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。由于 C6163 車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本次設(shè)計(jì)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。經(jīng)過比較，由于 C6163 車床加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： (1) 盡量采用低磨擦的傳 動(dòng)和導(dǎo)向元件。 (2) 盡量消除傳動(dòng)間隙。 (3) 提高系統(tǒng)剛度?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。 微機(jī)的選擇 9 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由 CPU、存儲器擴(kuò)展電路、 I/O 接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路等幾部分組成。 (4) 傳動(dòng)效率計(jì)算 ? ??? ?? ?? tantan 式中： ? —— 螺旋升角， WD3006 39。383t a n 39。 計(jì)算如下 : 絲桿的拉伸或壓縮變形量 1? (mm) 查閱 ,根據(jù) mF? ＝ ,D=30mm 查出 ???LL? 可算出： ? ?mmLLL 351 ?? ??????? ?? c) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 2? 查圖得Ｗ系列１列 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q? mQ ?? ? 因進(jìn)行了預(yù)緊 mQ ??? ???? d) 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3? 采用推力球軸承 5204 查閱 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 .２ 》表 ,d=20mm,滾動(dòng)體直徑 Qd =,數(shù)量 Z=13 ? ?mmZd FQmc 0 0 5 7 0 8 70 0 0 5 0 0 5 3 223 2 ?????? 綜合以上幾項(xiàng)變形量之和： ? ? mm0 1 0 7 3321 ???????? ????? 〈定位精度 (6) 穩(wěn)定性校核 計(jì)算臨界負(fù)載 kF (N) 2LEIfF zk ?? 式中 :E—— 材料彈性模量 ( 2/cmN ) I—— 截面慣性矩 ( 4cm ) 12 L—— 絲桿兩軸承端距離 (cm) zf —— 絲桿支承方式系數(shù)，從表 中查出，一端固定，一端簡支 zf 為 )(1 2 7 8 4441 cmdI ???? ?? ? ?NL EIfF zk 8 2 6 3 450 1 2 2622 ??????? ?? 一般 ??kn =,所以 kF ??kn 此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。383? 鋼球直徑 qd 滾道法面半徑 R qdR ? 偏心距 e ? ? ?sin2qdRe ?? 螺紋升角 ? oodL?? arctan? 39。 32,20,45,1832204518855243214231?????????ZZZZZZZZi 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù) ````取 2，有關(guān)參數(shù)參照表 2 表 2: 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) Z 18 45 20 32 分度圓 d=mz 36 90 40 64 齒頂圓 mdda 2?? 40 94 44 68 14 齒根圓 mdd f ??? 31 85 35 59 齒寬 (610)m 20 中心距 2 21 ddA ?? 63 52 橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算，校核和選型 (1) 初選步進(jìn)電機(jī) a) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mT 式中 : p? —— 脈沖當(dāng)量，取 ?? mF —— 進(jìn)給牽引力 (N) b? —— 步距角，初選雙拍制為 ? ? —— 電機(jī) — 絲桿傳動(dòng)效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為 42 、 ? ?NFTbmpm 42 ?????? ???? ????? b) 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qT 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mT 除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qT () ?? mq TT 一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取 ? ?cmNTT mq . 6 ??? c) 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjT 15 查表 322如取五相十拍，則 m a x ?? jq TT? ? ?cmNTT qj . a x ??? d) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 ef 和最高啟動(dòng)頻率 kf pse Vf ?601000? pkVf ?601000 max? 式中 : sV —— 最大 切削進(jìn)給速度 maxV —— 最大快移速度 p? —— 脈沖當(dāng)量，取 setpmmp ?? ? ?HzVfpse 66 60 00 0601 00 0 ?? ??? ? ? ?HzVfpk m a x ?? ??? ? 根據(jù) 估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjT 在表 323 中查出 150BFG2815 最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxjT 可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比的要求。 (2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。 c) 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算 : ○1 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M 在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算如下： ofa MMMM ??? m a x 式中 : M —— 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ? ?cmN? maxaM —— 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ? ?cmN? fM —— 折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ? ?cmN? oM —— 由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩? ?cmN? 在采用絲桿螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種轉(zhuǎn)矩 ? ?cmN? 可用下式計(jì)算： 2m a x2m a xm a x 106021060 ????? ????? aa tnJnJJM ?? pbUn ???360maxmax ? 式中 : ?J —— 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2cmkg? ? —— 電機(jī)最大角速度 ? ?2srad maxn —— 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 ? ?minr maxU —— 運(yùn)動(dòng)部件最快速度 ? ?minmm p? —— 脈沖當(dāng)量 ? ?setpmm b? —— 步進(jìn)電機(jī)的步距角 ??? 18 at —— 運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間(s) ? ?mi m a xm a x rUn pb ????? ??? 起動(dòng)加速時(shí)間 at =30(ms) ? ?cmNtnJM aa ???????? ?? 2m a xm a x ?? 折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fM iLFM oof ??2? ? ? ? ? ? ?NGFfF zo 6 95 0 2 9 ?????? 2512 ??ZZi 式中 : oF —— 導(dǎo)軌的摩擦力 (N) zF —— 垂 直方向的切削力 (N) G—— 運(yùn)動(dòng)部件的總重量 (N) f? —— 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 f? = i —— 齒輪降速比 ? —— 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 ? ?cmNiLFM oof ??????? 2 ??? 附加摩擦轉(zhuǎn)矩 : ? ?212 oopoo iLFM ??? ?? 式中 : poF —— 滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取 mF31 ， mF 為進(jìn)給牽引力 (N) oL —— 滾珠絲桿導(dǎo)程 (cm) 19 o? —— 滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 ?o? ? ? ? ? ? ?cmNiLFMoopoo ?????????? 212 22???? 上述三項(xiàng)合計(jì) : ? ?cmNMMMM ofa ???????? a x ○ 2 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 M? ? ?cmNMMM of ??????? ○ 3 最大切削負(fù)載時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩 M? iLFMMMMMM oyoftof ??2???????? 式中 : tM —— 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ? ?cmNiLFM oyt ???? ??? 1 1 82 ??? 從上面計(jì)算看出 M 、 M? 、 M? 三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。 d) 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率 kf 為,切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 ef 為 從表 323 中查出 150BFG2815 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為 16000Hz，再從圖 315， 316查出 150BFG2815 步進(jìn)電機(jī)起 20 動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖 3 所示 : 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)， 150BFG2815 型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿足要求。參考表 — 2， — 3 兩表〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 .3〉〉 查書《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》 P22 )(39。f — 滑動(dòng)導(dǎo)軌磨擦系數(shù) ～ G — 溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表 1— 1，取 G =800N )(39。 初選 mmL 80 ? sv — 為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的 1/2～ 1/3 取 sv =1m/min 0T — 使用壽命（ h），對于數(shù)控機(jī)車取 =15000h wf — 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 ～ （查表 3— 14《綜合作業(yè)指導(dǎo)》取 wf 為 L — 壽命以 610 轉(zhuǎn)為 1 單位 22 n — 絲桿轉(zhuǎn)速 r/min ?? 01000L vn s ??8 11000 125 ?? 1060 6nTL ??? 610 1500012560 113 C= mwFfL3 = (3) 滾珠絲桿螺母副的選型 可采用 WD6008 外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副， 1 列 圈，其額定功動(dòng)負(fù)載為 18200（ N） ，精度等級按表《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表 317 選為 3級。2530 ? — 磨擦角 取 10’ 滾動(dòng)磨擦系數(shù) ～ )10253t a n( )253t a n()t a n(t a n 39。0 39。支承 L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷 1/3。其實(shí)際變形量 39。1? =1/4 1? =102/2=10 2mm ② 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2? 查《綜合作業(yè)指導(dǎo) 書》圖 35， W系列 1 列 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q? Q? = 因進(jìn)行預(yù)緊 2? =1/2 Q? =1/2= ③ 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形 3? 采用 D8208 型推力球軸承， 1d =35mm,滾動(dòng)體直徑 Qd =,滾動(dòng)體數(shù)量 24 Z=18, mmZdF Q mc 33 2222 ????? 注意此公式中單位應(yīng)為 N 因施加預(yù)緊力 ，故 3? =1/2 c? =1/2= 根據(jù)以上計(jì)算 ? = 3?