用微机数控系统改造C6132型车床的设计（全套含CAD图纸）
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851设计说明书用微机数控系统改造C6132型车床设计系、部学生姓名指导教师专业班级完成时间摘要下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，结构简单，系统的定位精度较高。普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动纵溜板、横溜板的移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作，刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。C6132车床改造属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。关键词微机控制；伺服系统；回转刀架；自动车削下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709853ABSTRACTTHENUMERICALCONTROLENGINEBEDISMOREANDMOREWIDESPREADINMACHINEFINISHINGPROFESSIONAPPLICATIONNUMERICALCONTROLENGINEBEDDEVELOPMENT,ONTHEONEHANDISTHEENTIREFUNCTION,THEHIGHPERFORMANCEONTHEOTHERHANDISTHESIMPLEPRACTICALECONOMYNUMERICALCONTROLENGINEBED,HASTHEAUTOMATICPROCESSINGTHEBASICFUNCTION,THEOPERATIONSERVICEISCONVENIENTTHEECONOMYNUMERICALCONTROLSYSTEMPASSESCOMMONLYUSEDISTHESPLITRINGSTEPBYSTEPSTHECONTROLSYSTEM,THEPOWERSTEPBYSTEPSTHEELECTRICALMACHINERYFORTOACTUATETHEPART,DOESNOTHAVETHEEXAMINATIONFEEDBACKORGANIZATION,THESYSTEMPOINTINGACCURACYISHIGHKNIFERESTVERTICALTOENTER,GIVESPORTANDHORIZONTALTOSTOCKFORSPORTTOCANBELINKED,CUTORDERBYARTIFICIALCONTROLEVENCARRYONTHENUMERICALCONTROLTRANSFORMATIONTOTHEORDINARYLATHEMAINLYVERTICALANDHORIZONTALENTERGIVESYSTEMTRANSFORMINTOBYWHATCOMPUTERCONTROLTHEKNIFERESTISTRANSFORMEDINTOTHEGYRATIONKNIFERESTTHATCANBECHANGEDONEHUNDREDSHEETSAUTOMATICALLYINTRODUCESTHEENGINEBEDTHEMICROCOMPUTERNUMERICALCONTROLSYSTEMTHETRANSFORMATIONTOBEPOSSIBLETOENHANCETHEENGINEBEDTHEOPERATIONALPERFORMANCE,REDUCESTHEPRODUCTIONCOST,OBTAINSTHEHIGHECONOMICEFFICIENCYWITHTHEFEWFUNDSINVESTMENTTAKETHEC6132LATHENUMERICALCONTROLTRANSFORMATIONASTHEEXAMPLE,INLINEWITHAREASFARASPOSSIBLEFEWTOTHELATHEMODIFICATION,CONTROLSECTIONANTIJAMMING,TRANSFORMATIONCOSTLOWPRINCIPLE,CARRIESONTHENUMERICALCONTROLTRANSFORMATIONTOTHELATHELATHEFORTHENCTRANSFORMATIONISMAINLYVERTICALANDHORIZONTALFEEDSYSTEMINTOACOMPUTERCONTROLLED,THEINDEPENDENCEMOVEMENTCANFEEDSYSTEMCANTRANSFORMTOOLAUTOMATICTOOLCHANGEOFROTARYTOOLTHUS,THEUSEOFNCDEVICES,LATHECANBEIMPORTEDATAPREPROCESSINGMACHININGINSTRUCTIONSASTHECUTTINGPROCESSOFCUTTINGPARAMETERS,PRIORITIESANDCUTTINGTOOLWILLAUTOMATICALLYBYOPERATION,REGULATIONANDREPLACEMENT,COUPLEDWITHTHEVERTICALANDHORIZONTALLINKAGEFUNCTIONS,CNCLATHEAFTERTHECONVERSIONCANBEPROCESSEDINTOVARIOUSSHAPESREVIEWTHEROTATINGPARTS,ANDMULTIPLEPROCESSESCANBEAUTOMATICALLYPROCESSEDTURNING,THUSENHANCINGTHEEFFICIENCYOFPRODUCTIONANDPROCESSINGACCURACY,ALSOSUITABLEFORSMALLBATCHMULTIPLETYPESOFREVIEWPARTSOFTHEPROCESSING下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854C6132LATHEBELONGSTOECONOMICNUMERICALCONTROLLATHESTRANSFORMATIONOFTRANSFORMATION,MAINLYINTHENUMERICALCONTROLSYSTEMBYUSINGNCSYSTEMTRANSFORMATION,OFTRANSVERSEANDLONGITUDINALFEEDINGSYSTEM,OPENLOOPCONTROLBYSTEPPINGMOTORDRIVERCOMPONENTS,LATHE,THROUGHTHESTEPPERMOTORDRIVINGBALLSCREWROTATIONKEYWORDSTHECOMPUTERCONTROLSSERVOSYSTEMTURNTHEKNIFERESTROUNDAUTOMATICTURNING下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855目录1前言12设计方案321总体方案的确定3211系统的运动方式与伺服系统的选择3212计算机系统3213机械传动方式322系统运动方式的确定323伺服系统的选择324执行机构传动方式的确定425计算机的选择426总体方案框图绘制43横向进给伺服系统机械部分计算与校核531计算切削力532滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型5321计算进给牵引力5322计算最大动负载C6323滚珠丝杆螺母副的选型6324传动效率计算7325刚度验算7326稳定性校核8327横向滚珠丝杆副的几何参数933齿轮传动比计算1034横向步进电机计算和选型11341初选步进电机11342校核步进电机转矩1235横向进给伺服系统机械部分结构设计17351横向进给伺服系统总图设计17352进给伺服系统的装配图184纵向进给伺服系统机械部分计算与校核20下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985641计算切削2042滚珠丝杆螺母副的计算和造型20421计算进给牵引力20422计算最大动负载C21423滚珠丝杆螺母副的选型21424传功效率计算21425刚度验算22426稳定性校核23427纵向滚珠丝杆副几何参数2343齿轮传动比计算24431进给齿轮箱传比计算2444步进进电机的计算和选型25441初选步进电机25442校核步进电机转矩2745纵向进给伺服系统机械部分结构设计31451纵向进给伺服系统总图设计32452进给伺服系统的装配图325微机数控系统硬件电路的设计3451硬件电路一般要求3452控制系统的组成及功能34521CPU、存储器、I/O接口电路扩展34522控制系统的功能3653步进电机控制电路36531步进电机开环驱动原理36532脉冲分配37533驱动电路37534其他辅助电路386微机控制系统的软件设计3961监控程序3962直线圆弧插补程序设计3963升降速处理软件41下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985764步进电机的软件控制及转程序设计437机床的加工程序编制46致谢49参考文献50附录51下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709859下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098510下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985111前言经济型数控是我国80年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造车床，投资少、见效快，成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。数控机床与通用机床相比，增加了功能，提高了性能，简化了结构，较好地解决形状复杂、精密、小批及形状多变零件的加工问题，能够获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是心有余而力不足。（2）目前，各企业都有大量的通用机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费。（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。要较好地解决上述问题，通用机床数控化改造便是很好的对策。通用机床的数控化改造就在通用机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。这一工作早在20世纪60年代已经开始时迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，在国外已发展成为一个新兴的工业部门。从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有26的机床经过数控改造，中小企业则多达74。在美国有许多数控专业化公司为世界各地担供数控化改造业务。中国是拥有300多万台机床的国家，其中大部分都是多年累积生产的通用机床，如卧式车床和各种铣床等，自动化程度低，要想在近几年来内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的。因此，通用机床的数控化改造大有可为。它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造主要方向之一。十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098512机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。CA6132是金属切削机床加工中比较常用的一类机床。属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面，圆锥面，端面，螺纹面等，借助于成型刀具，还能加工各种回转表面。普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动纵溜板、横溜板的移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作，刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。本说明书介绍了此次设计的任务，将普通卧式车床（C6132）改造为经济型数控车床；有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序编制。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985132设计方案21总体方案的确定211系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。212计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用MCS51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。213机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆。为了保证一定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。22系统运动方式的确定数控系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。23伺服系统的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098514移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服电机驱动。半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。24执行机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。尽量消除传动间隙。例如采用间隙齿轮等。提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。25计算机的选择微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。26总体方案框图绘制微机步进电机运动部件步进电机功率放大光隔离光隔离功率放大下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098515图1总体方案框图3横向进给伺服系统机械部分计算与校核31计算切削力根据数控机床精度要求确定脉冲当量0005MM/SETP横切端面51MAX670DFZ查综合作业指导书P13页式中车床床身上加工最大直径MAX横切端面时主切削力可取纵切时的ZFZ21NDFZ30852670351MAX4519382YXZ式中走刀方向的切削力（N）XF垂直走刀方向的切削力（N）YNX417965120FY0432滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型321计算进给牵引力横向导轨为燕尾形，参考机床设计手册2622；623表2GFFKFYZXM查阅综合作业指导书P22页式中，切削分力（）XYZG移动部件的重量（N）表11查得横向溜板及刀架重力800N下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098516滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同FK考虑颠复力矩影响的实验系数取K14NGFFFYZXM97582322计算最大动负载C选用滚珠丝杆导轨参考机床设计手册3P185P210OSMWLVNTF1063查阅综合作业指导书P22页式中L寿命，以转为一单位610N丝杆转速（R/MIN）为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2SV1/3取MIN/40VS丝杆导程（MM）初选5MMOLOLT为使用寿命（H）,对于数控机床取15000H运转系数，查表314一般取1215WFMIN/805410RNVS7266TLNFFCMW95839133323滚珠丝杆螺母副的选型查阅综合作业指导书附表2，可采用WD2505外循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副，1列25圈，其额定动负载为9700N,精度等级按表317选为级。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098517324传动效率计算TAN式中螺旋升角，WD250593摩擦角取滚动摩擦系数000300040197103TANTA325刚度验算横向进给丝杆支承方式图2所示，最大牵引力95897N,支承间距350MM，因丝杆长度较短，不需预紧螺母及轴承预紧。L计算如下丝杆的拉伸或压缩变形量MM1查阅综合作业指导书图34,根据95897N,D25MM查出MF可5108L算出图2横向进给丝杆支承方式下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098518ML35110823108滚珠与螺纹滚道间接触变形量2查图35得系列列25圈滚珠和螺纹滚道接触变形量QMQ54因进行了预紧MQ25412支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3采用推力球轴承8104查阅机床设计手册表59137,D20MM,滚动体直径5556MM,数量Z13QDMZDFQMC051356978020523232综合以上几项变形量之和定位精78783321度326稳定性校核计算临界负载NKF2LEIFZK式中E材料弹性模量2/CMNI截面惯性矩4L丝杆两轴承端距离CM丝杆支承方式系数，从表315中查出，一端固定，一端简支ZF为200ZF124782641CMDI下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098519NLEIFFZK4918263501622一般2540,所以KNKFN此滚珠丝杆不会产生失稳。327横向滚珠丝杆副的几何参数其参数如表1表1WD2505滚珠丝杠几何参数参数名称符号关系式WD2505公称直径OD25导程OL5接触角93钢球直径QD3175滚道法面半径RQD5201651偏心距ESINQ0045螺纹滚道螺纹升角ODLARCT93外径DQO25024365内径1RED121788螺杆接触直径2DCOS2Q2183螺纹直径DEDO28212螺母内径1QD250125635下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852033齿轮传动比计算已确定横向脉冲当量，滚珠直径导程5MM,SETPMP05OL初选步进电动机步距角可计算传动比7I4305732OBPLI考虑到结构上的原因不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板有行程，故此处可采用两级齿轮降速。25,0,4,253431ZZI因进给运动齿轮受力不大，模数M取2，有关参数参照表2表2传动齿轮几何参数齿数Z24402025分度圆DMZ48804050齿顶圆MDA252844454齿根圆F5143753545齿宽610M20中心距21DA6445下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852134横向步进电机计算和选型341初选步进电机A计算步进电机负载转矩MTBPF236查阅综合作业指导书P22页式中脉冲当量，取PSETPMP05进给牵引力NMF步距角，初选双拍制为B7电机丝杆传动效率为齿轮、轴承、丝杆效率之积分别为94082、NFTBMPM859340980752736362B估算步进电机起动转矩QT根据负载转矩除以一定的安全系数来估算步进电机起动转矩MNCMQT503MQT一般横向进给伺服系统取0405CNQ79241C计算最大静转矩MAXJT查表322如取五相十拍，则9510MAXJQTCNTQJ3729510MAX下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098522D计算步进电机运行频率和最高启动频率EFKFPSEVF601PKFMAX式中最大切削进给速度SV最大快移速度MAX脉冲当量，取PSETPMP05HZVFPSE3616401FPK9052MAXE初选步进电机型号根据估算出的最大静转矩在表323中查出90BF004最大静转矩为MAXJT245NCM可以满足经济型数控机床有可能使用较大的切削用量，应该选MAXJT用稍大转矩的步进电机，以留有一定余量，另一方面与国内同类型机床进行类比的要求。决定采用90BF004，但从综合作业指导书P24页查出，步进电机最高空载启动频率为4000HZ,满足空载时333333HZ的要求。KF342校核步进电机转矩前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选后，应该进行校核计算。等效转动惯量计算计算简图见图2，根据表324，经二对齿轮降速时，传动系统折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算2CMKGJ242321OSLGGJZZJ式中齿轮及其轴的转动惯量321、321、2CMK齿轮的转动惯量4J42CMKG下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098523丝杆转动惯量SJ2CMKG丝杆导程CMOLG工件及工作台重量NG800NA齿轮、轴、丝杆等圆柱体惯量计算表324所示圆柱体转动惯量计算公式如下对于钢材，81078334MDLJ式中M圆柱体质量KGD圆柱体直径CML圆柱体长度或原长CM钢材的密度为31087CMK244318020CMKGLDJ3229624343107878CKJ34475210MGLD243061CKJSS因此242321OSLGGJZJZJ2222863509806197539050CMKG基本满足惯量匹配的要求。B电机转矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算1）快速空载起动转矩M在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098524OFAMMX式中快速空载起动转矩MCMN空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩MAXCMN折算到电机轴上的摩擦转矩FC由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩OC在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算CMN2AX2MAXMAX106106TNJNJMPBU3AXA式中传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量J2CMKG电机最大角速度2SRAD电机最大转速MAXNMIN运动部件最快速度UI脉冲当量PSETP步进电机的步距角B运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间SATMIN6741053610MAXARUNPB起动加速时间30MSATCMNTNJMAA0613607428310622MXMX折算到电机轴上的摩擦转矩FMILFOF2下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098525NGFFZO2463802150312ZI式中导轨的摩擦力NOF垂直方向的切削力NZG运动部件的总重量N导轨摩擦系数，取015FF齿轮降速比I传动链总效率，一般可取0708CMNILFMOF2673580246附加摩擦转矩21OPOIL式中滚珠丝杆预加负荷，一般取，为进给牵引力NPOFMF3滚珠丝杆导程CML滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取O90OCMNILFMOPO5813580297122上述三项合计COFA971324671MX2）快速移动时所需转矩CMNMOF932473）最大切削负载时所需要的转矩ILFOYFTOF2式中折算到电机轴上的切T削负载转矩下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098526CMNILFMOYT685430291从上面计算看出、三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从表322查出，当步进电机为五相十拍时为9510MAXJQM则最大静转矩为CNMJ82139507MAX从表323查出90BF004最大转矩为为245，大于所需最大静转矩，可以满足此项要求。校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性前面已经计算出机床最大快移时，需步进电机的最高起动频率为KF333333HZ,切削进给时所需步进电机运行频率为16667HZEF从表323中查出90BF004型步进电机允许的最高空载起动频率为4000HZ，运行频率为16000HZ，再从图315，316查出90BF004步进电机起动矩频特性和运行矩频特性如图3所示。当快速运动和切削进给时，90BF004型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性可以满足要求。CMCM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098527图3电机起动矩频特性和运行矩频特性35横向进给伺服系统机械部分结构设计机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的装配图，用以表达设计构思、设计特点及计算结果，进给伺服系统总图设计。351横向进给伺服系统总图设计横向进给机构可以从俯视图看出，横向进给的齿轮箱和步进电机装在床鞍后面，滚珠丝杆也需用盖板保护。横向进给的手柄可以拆除也可保留，将原机的方刀架拆除，改装自动回转刀架，由计算机控制，根据程序，自动转位、夹紧。从总图中可以看到带动刀架回转的微型电机、齿轮箱。总体图上还画出此车床上加工螺纹的部件光电编码器在数控车床上，利用光电编码器装在主轴或主轴箱中与主轴保持一定传动比的伸出轴上，当主轴旋转一圈时，光电编码器就发出一定数量的脉冲，输入到计算机中，经过计算机的运算控制步进电机，带动滚珠丝杆，使刀架进给一定的螺距。而附录E中光电编码器用弯板装在主轴箱左端面，通过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连。因伸出轴不可能与弹性联轴器孔的尺寸完全一致，故还要设计一个中间过渡套。控制面板上有数码显示，按键、各种指示灯及开关，注意设计时要与硬件电路图一致。352进给伺服系统的装配图经过计算，已知横向进给系统采用90BF004型步进电机。经过二对齿轮减速，齿轮齿数。齿轮模数M2,滚珠丝杆直径25042431ZZ、为MM,滚珠丝杆螺母选用的是外循环沟槽式垫片调隙WD2505。5OD进行应保证足够应考虑以上问题设计应保证足够的行程，C6132经济型数控车床，在床面上加工最大尺寸为320MM，横向进给行程至少为185MM，图中设计了两对减速齿轮，减小了齿轮箱体的高度，使横向拖板运动时，防尘盖11不致和箱体上盖4干涉，从图中可以看出横向拖板12最大运动距离为200MM，另外还需注意从横向拖板装刀架的中心到主轴中心的距离必须大于等于行程与方刀架见方及刀头伸出21下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098528度之和，设计时应注意，主轴中心与床身中心并不重合，C6132车床此尺寸为5MM。C6132车床刀架见方为220200，刀头伸出长度为30MM左右。滚珠丝杆与横向导程的平行度应小于005MM，为达到此要求，可在镗床上对床鞍两边的装轴承孔在一次装卡中镗出。为保证滚珠丝杆转动轻快灵活，无阻滞现象，必须使滚珠螺母与两端轴承同轴。在本设计中，滚珠螺母14与横向拖板12之间装有一垫片，通过水平面内滚珠螺母，在垂直面内与两端支承同轴，在通过内六角螺钉20的过孔，调整水平面内滚珠螺母与两端支承同轴，调整好以后，打入定位销21。滚珠丝杆左右各采用一对径向轴承，在右端又采用一对止推轴承，以承受轴向力。当丝杆受到向右的轴向力时，通过丝杆台阶传给止推轴承15动圈，经钢珠传给止推轴承15不动圈，再通过挡圈，一对径向轴承16的外圈传给法兰盘再传到床鞍上。丝杆受到向左的轴向力通过丝杆右端的圆螺母传给止推轴承的动圈钢珠，经不动圈传给法兰盘、床鞍，此处必注意丝杆所受的轴向力必须传到床鞍等固定体上。另外，要注意止推轴承不动圈和轴颈之间必须画出间隙。双片消隙齿轮的中间开有三个月牙形的槽放入压簧，并用三个内六角螺钉固定（AA断面和EE断面），这种消隙齿轮的装配顺序首先将双片齿轮相对转过一个齿距，使双片齿轮的齿对齐，弹簧受压，上紧螺钉，装入箱体后将螺钉松开，弹簧将双片齿轮沿周向错开，以消除与齿轮的间隙，此时在将螺钉上紧（因而在设计时，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，弹簧两端用削扁的销子压住）此设计中应注意箱体中留足够的扳手空间，双片齿轮用二个六角螺钉固紧，六角扳手可以齿轮箱体上端面伸入（端盖拆下），六角螺钉和滚珠丝杆在轴向留有足够的空间，但此空间也不宜留得过大，以免加大箱体尺寸，双片齿轮采用三个开槽螺钉紧固。螺丝刀需从箱体左面孔中伸入（拆去端盖）。90BF004型步进电机轴为平键，为防止运转过程中齿轮从电机上松动滑出，在齿轮的轮毂上装一顶丝，（电机轴上钻一小窝）并用铅丝在顶丝口处与齿轮轮毂缠住以防松。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985294纵向进给伺服系统机械部分计算与校核41计算切削主切削力F（N）按经验公式估算DZ51MAX670走刀方向的切削分力（N）Z车床身上加工最大直径（MM）320MMAXDMAX383530FZ51AX670102504ZY走刀方向的X切削力下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098530垂直走刀方向的切削力FY025958825NXZ04153412NYZ42滚珠丝杆螺母副的计算和造型421计算进给牵引力纵向进给选为综合导轨。参考表622，623两表机床设计手册3查书综合作业指导书P22GKFFZXM在正常情况下考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K115K滑动导轨磨擦系数015018F溜板及刀架重力查综合作业指导书表11，取800NGG115958825017383530800189065NFKFZM422计算最大动负载COSMWLVNTFF1063参考机床设计手册3P185P210选用滚珠丝杆导轨式中L寿命，以转为一单位610N丝杆转速（R/MIN）为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2SV1/3取MIN/80VS下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098531丝杆导程（MM）初选5MMOLOLT为使用寿命（H）,对于数控机床取15000H运转系数，查表314一般取1215WFR/MIN6710VSN606TL1110247NCMWFF3423滚珠丝杆螺母副的选型查阅附录A表A2，可采用WD4506外循环垫片调隙双螺母珠丝杆副，1列25圈，其额定功动负载为17100（N），精度等级按表综合作业指导书表317选为3级。424传功效率计算TAN/R式中R螺旋升角，WD4506R2433磨擦角取10滚动磨擦系数00030004940167TAN32TAR425刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图4所示，最大牵引力189065N。支承间距L1500MM，丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷1/3。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098532图4纵向进给滚珠丝杠支承方式A丝杠的拉伸或压缩变形量查综合作业指导书图34，根据1NFM65890MD40查出可算出1LL2510451090由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杆进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量MM为1M22110356045B滚珠与螺纹滚道间接触变形2查综合作业指导书表35，W系列1列25圈滚珠和螺纹滚道接触变形量Q54MQ因进行预紧724512C支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形3采用8107型推力球轴承，35MM,滚动体直径635MM,滚动体1DQD下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098533数量Z18,MZDFQMC013583561902052232注意此公式中单位应为NM因施加预紧力，故Q067135213根据以上计算42092可以满足要求，考虑此经济型数按车床有可能使用较大的切削用量，应该先稍大转矩的步进电机，以留有一定的余量，另一方面，与国内同类型机床进行类比，决定采用130BF001步进电机，但从表中看出130BF001步进电机最高空载起动频率为3000HZ，不能满足4000HZ的要求，此项指标可暂不考KF虑，可以采用软件开降速程序来解决。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098537442校核步进电机转矩前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。等效转动惯量计算计算简图见图，根据综合作业指导书表324，传动系统折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算2CMKGJ2021LGGJZJSM式中齿轮及其轴的转动惯量21J、21、2CMK滚珠丝杆转动惯量S2CKG丝杆导程CM1500MMOLOLG工件及工作台重量NG1500N参考同类型机床，初步反应式步进电机130BF，其转子转动量74MJ2CMKGA齿轮、轴、丝杆等圆柱体惯量计算表324所示圆柱体转动惯量计算公式如下对于钢材，81078234DLJ式中M圆柱体质量KGD圆柱体直径CML圆柱体长度或原长CM钢材的密度为31087CMK2146CKGLDJ2329245078CMKJSS下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098538代入公式可得2021LGGJZJSM732064363114732064377131542CMK考虑步进电机与传动系统惯车匹配问题14905374JM满足惯量匹配的要求。B电机转矩的计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算1）快速空载起动转矩在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下OFAMMX式中快速空载起动转矩MCN空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩MAXCMN折算到电机轴上的摩擦转矩FC由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩OC在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算CMN2AX2MAXMAX106106TNJNJMPBUN30AXA式中传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量J2CMKG电机最大角速度2SRAD电机最大转速MAXNMIN运动部件最快速度UI脉冲当量PSETP下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098539步进电机的步距角B运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间SATMIN501367240MAXAXRUNPB起动加速时间30MSATCMNTNJMAA6354810362453106222MXMX折算到电机轴上的摩擦转矩FILFMOF2GFZO12ZI式中导轨的摩擦力NOF丝杆导程CM06CMLOL垂直方向的切削力NZG运动部件的总重量N导轨摩擦系数，取017FF齿轮降速比I传动链总效率，一般可取0708CMNZLGFFILMZOF68210附加摩擦转矩2OPOIL式中滚珠丝杆预加负荷，一POF般取，为进给牵引力MF31下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098540189065N滚珠丝杆导程CM06CMOLOL滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取取09290OCMNILFMOPO2514580261932上述三项合计COFA463869MX2）快速移动时所需转矩CMNMOF152683）最大切削负载时所需要的转矩ILFOYFTOF2式中折算到电机轴上的切削负载转矩TCMNILFMOYT521874026598从上面计算看出、三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从综合作业指导书表322查出，当步进电机为五相十拍时为9510MAXJQ则最大静转矩为CMNMJ7569104MAX查表323中130BF001型步进电机最大转矩为931NCM，大于所需最大转静转矩，可以满足要求。校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。已计算出机床最大快移时需步进电机的最高起动频率为4000HZ，切削进KF入时所需步进电机运行频率为13333HZ。EF下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098541从综合作业指导书表323中查出130BF001型步进电机允许的最高空载起动频率为3000HZ，运行频率为16000HZ，再从综合作业指导书图315，316查出130BF步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如（C）图所示，当步进电机起动时，2500HZ时，100NCM,不能满足此机床所要求的FM空载起动力矩64454NCM。直接使用则会施行失步现象，所以必须采取开降进控制用软件实现，将起动频率到1000HZ起动转矩可增高到5884NCM，然后电路上再采用高低压驱动电路，可将电机输出转矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，130BF001型步进电机运行矩频特性（D）图完全可以满足要求如图5图5电机运行矩频特性45纵向进给伺服系统机械部分结构设计机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的机械装配图，用以表达，设计者构思，设计特点及计算结果一。451纵向进给伺服系统总图设计纵向进给机构，在原机床装进给箱的位置，将进给箱拆除，装伺服系统齿轮箱，在箱体的左面装步进电机，滚珠丝杆右端轴承座仍装在原机床滑动丝杆后轴承座处。滚珠丝杆装有挡板，以防止切屑掉下损坏滚珠丝杠。将C6132床的溜板箱拆除，在滚珠螺母座前面有控制板，装有急停，电源开关等几个按钮，便于工人操作。总图上还必须画出此车床上加工螺纹的部件光电编码器在经济型数按车床上，利用光电编码器装在主轴或在主轴箱与主轴保持一定传动比的伸出轴上，当主轴旋转一圈时，光电编码器就发出一定数量的脉冲，输入计算中，经过计下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098542算的运算，控制步进电机，带功滚珠丝杠，使刀架进给一定的螺距。而光电编码器用弯板装在主轴箱左端面，通过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连，因伸出轴不可能与弹性联轴器的尺寸完全一致，故中间还要设计一个中间过渡套。452进给伺服系统的装配图经过计算，已知此纵向进给系统采用130BF001型步进电机，经过一对齿轮减速，齿轮系数32。40。模数M2滚珠丝杆公称直径为45MM。滚珠1Z20D丝杠螺母副先用的是外循环沟槽式垫片凋隙WD4506。进行结构设计进，注意考虑以下问题（1）进行改造设计时，将原C6132车床进给箱挤掉，利用原来的安装基面安装齿轮箱体45。因而必须注意齿轮箱体螺钉中心距的尺寸，应保证箱的安装螺钉和销钉均在原来的安装基础面上，床尾的轴承座仍要装在原C6132车床尾部轴承的加面上。（2）为保证滚珠丝杠与导轨平行设计时，应注意使齿轮箱体的丝杠中心，与床尾轴承座中心线距安装基面尺寸一致以保证水平面的丝杠与导轨平行。齿轮箱体在床身上的安装螺钉的位置与车尾轴承座螺钉在床身上的安装位置必须根据床身具体情况确定，以保证在垂直面内丝杆与导轨平行。水平面内的平行度达不到要求可刮研齿轮箱体或床尾轴承座的安装基面，如垂直面内平行度达不到要求，可安装螺钉的过孔进行调整，调好后，插入定位销。（3）保证滚珠丝杠转动平稳，轻快，必须使滚珠丝杆螺母座板定19与丝杠两端支承同轴，设计时，在螺母座与弯板之间设计垫片58，装调时可以修磨垫片来保证螺母座在平面内与两面端
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