CA6140车床数控化的改造【说明书+CAD】
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I 摘 要 针对现有常规 遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了 械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以单片机为 控制系统对信号进行处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。 关键词 : 数控机床 单片机数控系统 改装设计 o of a of is to s to of of We PU to , to 目录 摘 要 . I . I 第一章 绪论 . 1 控系统发展及趋势 . 1 内外数控系统发展概况 . 1 控技术发展趋势 . 1 能化新一代 控系统 . 1 通机床数控改造的目的与意义 . 2 观看改造的目的与意义 . 2 观看改造的目的与意义 . 2 控改造的研究内容及优缺点 . 3 外改造业的兴起 . 3 控化改造的内容 . 3 床数控化改造的优缺点 . 3 第二章 普通车床数改的总体方案 . 4 体方案 . 4 传动系统和进给系统的改造 . 4 轴脉冲发生器 . 5 轴脉冲发生器的结构及原理 . 5 第三章 车床进给系统的数控化改造 . 7 珠丝杠螺母副 . 7 珠丝杠副的工作原理、特点及类型 . 7 珠丝杠副的结构 . 8 纹滚道型面的形状及其主要尺寸 . 8 杠副的循环方式 . 9 向进给系统的设计与计算 . 10 向进给系统的设计计算 . 10 珠丝 杠设计计算 . 12 轮及转距的有关计算 . 15 向进给系统的设计与计算 . 18 向进给系统的设计计算 . 18 滚珠丝杠设计计算 . 19 轮及转矩有关计算 . 21 珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧方法 . 22 珠丝杠副的安装结构 . 24 承结构 . 24 给系统传动齿轮间隙的消除 . 25 用减速箱的目的及注意事项 . 25 少或消除空程的必要性和方法 . 25 动刀架的分类 . 26 动刀架的设计 . 26 第五章 数改 进电机的设计 . 28 进电机的工作方式 . 28 进电机的选择 . 28 进电机选用的基本原则 . 28 改 向进给系统步进电机的确定 . 29 改 向进给系统步进电机的确定 . 30 第六章 数控系统硬件电路设计 . 31 控系统基本硬件组成 . 31 片机控制系统的设计 . 31 件配置 . 31 口地址分配 . 31 进电机与微型机的接口电路 . 32 向控制 . 32 结 论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 35 附录 . 37 1 第 一 章 绪论 控系统发展及趋势 内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的 制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构， 能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 自动 编程系统进行编制。 控技术发展趋势 1. 性能发展方向 (1) 高速高精高效化 (2) 柔性化 (3) 工艺复合性和多轴化 (4) 实时智能化 2. 功能发展方向 (1) 用户界面图形化 (2) 科学计算可视化 (3) 插补和补偿方式多样化 (4) 内装高性能 5) 多媒体技术应用 3. 体系结构的发展 (1) 集成化 (2) 模块化 (3) 网络化 (4) 通用型开放式闭环控制模式 能化新一代 控系统 当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代 控系统已成为可能。 智能化新一代 控系统将计算机智能技术、网络技术、 服 控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。 2 通机床数控改造的目的与意义 观看改造的目的与意义 从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 (1) 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 (2) 可以实现加工的自动化，而且是柔性 自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了 柔性自动化 。 (3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要 修配 。 (4 ) 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 (5) 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的优点： (1)降低了工人的劳动强度； (2)节省了劳动力（一个人可以看管多台机床）； (3)减少了工装；缩短了新产品试制周期和生产周期； (4)可对市场需求作出快速反应等等。 以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行 性制造单元）、 性制造系统）以及 算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 观看改造的目的与意义 由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（ 称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20 年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到 1995 年只有 而日本在 1994 年已达 因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 3 控改造的研究内容及优缺点 外改造业的兴起 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个 永恒 的课题。在美国，机床改造业称为机床再生（ 。从事再生业的著名公司有： 程公司、 床公司、 宝）服务集团、 备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（ 。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 控化改造的内容 机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点： （ 1）恢复原功能 ，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； （ 2） ，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成 床、床； （ 3）翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的 统以最新 行更新； （ 4）技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术 ,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 床数控化改造的优缺点 1. 减少投资额、交货期短 2. 机械性能稳定可靠，结构受限 3. 熟悉了解设备、便于操作维修 4. 可充分利用现有的条件 5. 可以采用最新的控制技术 4 第 二 章 普通车床数改的总体方案 体方案 由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。根据 床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为： 采用微机对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。如图 2 1 所示。传动系统和进给系统的改造 普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开。分别由各自的电机来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。同时，为了提高机床的精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。 1. 机械部分的 改造 首先拆去进给箱、溜板箱；还要对车床的床鞍进行部分的改造，拆去纵向小拖板、 横向拖板的丝杠换成滚珠丝杠，并且由一端驱动的步进电机来控制。 2. 刀架的改造 通车床的刀架不能满足数改后的车床的性能和精度的要求。所以，必须要换成数控自动刀架。 图 2改 床总体方案示意图 5 齿轮图 2 - - 2 车 螺 纹 及 控 制 电 路8 0 8 6P I 轴脉冲发生器 由于 通车床的主传动系统的精度及其灵活性基本满足数改后车床精度的要求。改造后的车床既需要考虑一定的技术要求，以实现造价低廉。 经济方便的要求。所以在改造时，仍然保留原有的主传动系统，只是为了在车螺纹时保证主运动与进给运动的联系，在原床头 X 轴输出端上安装一个脉冲发生器，发生脉冲以使步进电机准确地配合主轴的旋转而产生进给运动，从而完成车削螺纹的动作，其车螺纹的控制电路如图 2 2 所示： 通车床在加工螺纹时，为了得到符合加工要求的螺距，就必须保证主轴和进给之间的联系。但是，在数改后的车床上，由于主轴的运动与进给运动之间没有机构上的直接联系，为了变成这些功能，就设置了主轴脉冲发生器，发出脉冲以使步进电机准确地配合主轴的旋转而产生进给运动，这样既可以解决了主轴转一转，车刀进给一个螺距的动作的问题， 进而在单片机系统的控制下，保证这种联系的顺利完成。 轴脉冲发生器的结构及原理 图 2 3（ a）所示是脉冲发生器的结构原理图： 图 2 3 主轴脉冲发生器示意图 6 脉冲发生器的组成部分包括白炽灯、聚光镜、光栅盘、光阑板、光敏管及其光电整形放大电路组成。光栅盘和光阑板都是玻璃材料制成，玻璃表面经过研磨抛光后用镀膜法镀上一层不透光的铬层，透光条及用照相腐蚀法制成。在光栅盘上刻有明暗条纹，有单条和 1024 个条两组。当平行光束经过光栅盘时，在光栅盘的另一面就产生明暗光带，这光带通过一个光阑狭 缝，照在对应的光敏管上，从而产生光电脉冲信号，经斯密特电路整形后输出。单条纹的一组产生同步脉冲，每转发一个脉冲； 1024 条纹的一组通过光栏上两个相位差 /4间距的狭缝，产生两组每转 1024 个脉冲组相差为 /4 的脉冲序列，供给微机处理，借以判断主轴正、反转，且可以从 1024 个脉冲中均匀地取出 F 个脉冲，作为中断信号控制插补速度，实现 F 进给控制的目的。 7 第 三 章 床进给系统的数控化改造 数控机床的传动装置是指将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其 附属机构。包括齿轮减速器、丝杠螺母副、导轨、工作台等。为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙、低磨擦、低惯量、高刚度、高谐振频率能及有适宜的阻尼比的要求。为了达到这些要求，采取主要措施如下： （ 1）尽量采用低摩擦的传动，如采用静压导轨、滚动导轨和滚动丝杠等，以减少摩擦力。 （ 2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能大地加速，以达到跟踪指令，系统折算到驱动轴上的转动惯量尽量小的要求。 （ 3）缩短传动链以及预紧的办法提高传动系统的刚度。如采用大扭矩 宽调速的直流电机与丝杠直接联接，应用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副，丝杠支承设计成两端轴向固定的，并可用预拉伸的结构等办法来提高传动系统的刚度。 （ 4）尽量消除传动间隙，减少反向死区误差。如采用消除间隙的联轴器（如用加锥销固定的联轴套，用键加顶丝紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等），采用有消除间隙措施的传动副等。 珠丝杠螺母副 滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件， 它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能 。滚珠丝杠副的结构原理示意图如图 31 所示， 在 丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出 。 它可将旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转变为旋转运动。因此，滚珠丝杠副既是传动元件，也是直线运动与旋转运动相互转换的元件。 图 31 滚珠丝杠结构原理图 珠丝杠副的工作原理、特点及类型 弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有 8 滚珠回路管道 b，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封 闭的循环滚道，滚道内装满滚珠。当丝杠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。 滚珠丝杠副的特点是： （ 1）磨擦损失小、传动效率高，高达 动丝杠为 （ 2）螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高、刚性好。 （ 3）磨擦阻力小，且几乎与运动速度无关，动静磨擦力之差极小，不易产生低速爬行现象，保证了运动的平稳性。 （ 4）磨损小，寿命长，精度保持性好。 （ 5）不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，也能将直线运动转换为旋转运动，可满足一些特 殊要求的传动场合，但当立式使用时，应增加制动装置。 （ 6）工艺复杂，成本高。 国产的标准滚珠丝杠副分为两类：定位滚珠丝杠副（ P 类），即通过旋转角度和导程控制轴向位移量的滚珠丝杠副；传动滚珠丝杠副（ T 类），即与旋转角度无关，用于传递动力的滚珠丝杠副。 此外，滚珠丝杠副通常还可根据其特征进行分类，如按制造方法的不同分为普通滚珠丝杠副和滚轧滚珠丝杠副；按螺母类型式分为单侧法兰盘单螺母型、双法兰盘双螺母型、圆柱双螺母型、圆柱单螺母型、简易螺母型及方螺母型等；按螺旋滚道型面分为单圆弧面和双圆弧面；按滚珠的循环方式分为 ：外循环和内循环式。 珠丝杠副的结构 目前国内外生产的滚珠丝杠副，尽管在结构上各种各样，其主要区别是在螺旋滚道型面的形状、滚珠的循环方式以及轴向间隙的调整和预加载的方法等方面。 纹滚道型面的形状及其主要尺寸 螺旋滚道型面（即滚道法向截形）的形状有多种，常见的截形有单圆弧面和双圆弧型面两种。图 32 为螺旋滚道型面的简图，图中钢球与滚道表面接触点处的公法线与螺纹轴线的垂线间的夹角称为接触角 。理想接触角 =45。 图 3 2 滚珠丝杠副螺旋滚道型面的形状 （ a） 单圆弧 （ b）双圆弧 9 （ 1）型面 如图 3 2（ a）所示，通常滚道半径 大于滚珠半径 常 2 于单弧型面的螺纹滚道，接触角 是随轴向负荷 F 的大小而变化。当 F=0 时， =0，承载后，随 F 的增大， 的大小由接触变形的大小决定。当接触角 增大后，传动效率 向刚度 及承载能力随之增大。 （ 2）圆弧型面 如图 3 2（ b）所示，滚珠与滚道只在内相切的两点接触，接触角不变。两圆弧交接处有一小空隙，可容纳一些脏物。这对滚珠的流动有利。 单圆弧型面， 接触角 是随负载的大小而变化，因而轴承刚度和承载能力也随之而变化，应用较少。双圆弧型面，接触角选定后是不变的，应用较广。 杠副的循环方式 常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。 图 33 插管式外循环方式原理图 1 压板 2 弯管（回珠管） 3 螺母 4 滚珠 （ 1）外循环 外循环多用螺旋槽式和插管式。图 33 所示为常用的插管式，被压板 1 压住的弯管 2 的两端插入螺母 3 上与螺纹滚道相切的两个孔内，引导滚珠 4 构成循环回路。特点是结构简单、制造方便。但径向尺寸较大，弯管端部容易磨损。若不用弯管，在螺母 3 的两个孔内装上反向器，引导滚珠通过螺母外表面的螺旋凹槽形成滚珠循环回路，则称为螺旋槽式，其径向尺寸较小，工艺也较简单。外循环式使用较广，其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性。 （ 2）内循环 内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种型式。如 10 图 34(a)所示为圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向器槽 2。反向槽靠圆柱外圆面 及其上端的凸键 1 定位，以保证对准螺纹滚道方向。图 34(b) 为扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽 3，用镶块的外廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。 图 34 内循环方式原理图 1 凸键 2、 3 反向器 内循环反向器和外循环反向器相比，其结构紧凑、定位可靠、刚性好、且不易磨损、返回滚道短、不易发生滚珠堵塞、磨擦损失也小。其缺点是反向器结构复杂、制造困难、且不能用于多头螺纹传动。 由于滚珠在进入和离开循环反向装置时容易产生较大的阻力，而且滚珠在反向通道中的运动多属前珠扒后珠的滑移运动，很少有“滚动”，因此滚珠在反向装置中的摩擦力矩 M 反在整个滚珠丝杠的摩擦力矩 所占比重较大，而不同的循环反向装置由于回珠通道的动轨迹不同，以及曲率半径的差异，因而M 反 /较小。 向进给系统的设计与计算 经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动 刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必像产品设计要求的那么高，而从改造方便，实用方面来考虑。一般都把步进电机放在纵向滚珠丝杠的左端。 向进给系统的设计计算 电机初步估算转速为 1500r/给速度 m/据机械设计手册可知： n（ 3 11 为滚珠丝杠的基本导程 丝杠的最大移动速度 mm/ 丝杠副最大相对转速 r/ i 传动比则： h 0 00 所以根据滚珠丝杠基本导程的基本系列可在机械设计手册中查到 已知条件： 工作台重量： W=95f=950N 步距角： 0 /s e 滚珠丝杠基本导程： 程： S=1000冲 当量 快速进给速度： 4m/削力计算 由机床设计手册可知，切削功率 K （ 3 式中 N 电机功率，查机床说明书， N= 主传动系统总效率，一般为 = K 进给系统功率系数，取为 K= 则： 因为 61200 （ 3 3） v NF 1200 式中 v 切削线速度，取 v =150m/ 主切削力 6 1 2 0 0 4 . 6 81 9 0 9 . 4 4150 由金属切削原理可知，主切削力： F （ 3 0 /p m m s e t p 12 式中： 切削深度（ f 进给量（ mm/r）； 总修正系数； 从机床设计手册中可得知，在一般外圆车削时： ( 0 . 1 0 . 6 ) ( 0 . 1 5 0 . 7 ) 取： 0 . 5 0 . 5 1 9 0 9 . 4 4 9 5 4 . 7 2 0 . 6 0 . 6 1 9 0 9 . 4 4 1 1 4 5 . 6 6 4 珠丝杠设计计算 根据经济型数控机床系统设计可知，综合导轨车床丝杠的轴向力： ( ) F f F W ； 式中 为 X、 Z 方向上的切削力； f 导轨的摩擦系数； W 为工作台的重量； K 考虑颠覆力矩影响的实验系数。 其中 K=f =为 则： P=(50)=（ 1）计算： 寿命值： 66010 (3 为滚珠丝杠当量转速； 使用寿命时间（ h）； 由以上条件，可以确定步进电机与滚珠丝杠齿轮之间的传动比： 0 0 . 7 5 6 1 . 2 53 6 0 3 6 0 0 . 0 1 由于电机轴与滚珠丝杠之间是降速传动，所以滚珠丝杠的转速为： m a x 11 = 1 5 0 0 m i n 1 2 0 0 m i 2 5n n r 电 机 由机械设计手册可知，当量转速 间变化时： 13 m a x m ； （ 3 6） 取 1r/ 则： 1 2 0 0 1 6 0 0 . 5 / m i n 6 0 0 m r ； 则： 66 0 6 0 0 1 5 0 0 010 = 6540 10 (转 ) 最大动负载： 3 i W P f f (3其中： P 滚珠丝杠的轴向力； 寿命值； 运动系数； 硬度系数； 从经济型数控机床系统设计表中可查到： 1；则： 3 5 4 0 1 . 2 1 1 5 5 5 . 4 5 1 5 1 9 9 . 5 8 9 9 。 根据最大动负载荷 Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。可在机械计手册中查到适合的滚珠丝杠。型号为 3 额定动载荷 18， 800N，所以强度足够用。 (2) 效率计算 根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率 为： () ； (3式中： 为螺旋升角； 为摩擦角。其中： 00d 0L 为滚珠丝杠基本导程； 0d 为滚珠丝杠的公称直径； 6 2443 . 1 4 4 0a r c t g a r c ； 14 滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f=中摩擦角 可计算为： 12a r c t g f 则： 1442( 442 tg 。 (3) 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载 P 引起的导程变化量： 1 ； (3式中： 0L 滚珠丝杠的基本导程（ P 工作负载（ N）； E 弹性模量； F 滚珠丝杠截面积（按内径定）（ 滚珠丝杠截面积： 22 ； （ 3 10） 其中： 0 22d d e R ； 式中： e 滚珠丝杠滚道圆弧偏心距； R 滚道圆弧半径； 其中： / 2 c o D ； （ 3 11） 1 / 2； 式中： 滚珠直径； 接触角； 根据机械设计手册中的滚珠标准系列选 45 则： 15 41 . 0 4 2 1 . 0 4 2 . 0 82 m m 4/ 2 c o s 2 . 0 8 c o s 4 5 0 . 0 5 72 D m m ； 0 2 2 4 0 2 0 . 0 5 7 2 2 . 0 8 3 5 . 9 5d d e R m m ； 2223 . 5 9 5 3 3 . 1 4 1 0 . 1 4 722dF c m ； 因此： 601 555 ； 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 2L 很小，可忽略。 即： 1 ； 所以，导程变形总误差 为： 0 。 查 表可知 3 级精度滚珠丝杠允许的螺距误差（ 1 米）长为 19 /um m ，故刚度够用。 (4) 稳定性验算 由于滚珠丝杠两端采用固定支承，所以稳定性没有问题。 轮及转距的有关计算 (1) 有关齿轮计算 传动比 i ： ； 故取： 2； 0； m=2； b=20 a =20； 11 2 3 2 6 4d m Z m m ； 22 2 4 0 8 0d m Z m m ； 11 2 * 6 8d h m m ； 22 2 * 8 4d h m m ； 16 12 6 4 8 0 7222m m 。 (2) 转动惯量计算 工作台质量折算到电机轴上的转动惯量： 2 2 2 21180 1 8 0 0 . 0 1( ) ( ) 9 5 5 5 . 5 5 . 5 53 . 1 4 0 . 7 5 k g m m k g c m ； 丝杠的转动惯量： 44 17 0 L ； （ 3 12） 式中： D 滚珠丝杠的公称直径； 1L 丝杠长度； 则： 4 4 2 27 . 8 1 0 4 1 5 0 2 9 . 9 5 2 2 9 9 . 5 2sJ k g c m k g c m 齿轮的转动惯量： 4 4 21 7 . 8 1 0 6 . 4 2 2 6 . 1 7zJ k g c m ； 4 4 22 7 . 8 1 0 8 2 6 3 . 9zJ k g c m ； 电机的转动惯量很小可忽略。 因此，总转动惯量： （ 3 221 ( 2 9 9 . 5 2 6 3 . 9 ) 2 6 . 1 7 5 . 5 5 2 6 4 . 31 . 2 5 k g c m (3) 所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩： m a x 0 M M ； （ 3 最大切削负载时所需力矩： 0a t f M M M ； 快速进给时所需力矩： 0 M； （ 3 15） 式中： 2 1 121 s Z J J 17 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； 折算到电机轴上的摩擦力矩； 0M 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩； 切削时折算到电机轴上的加速度力矩； 折算到电机轴上的切削负载力矩； 4109 . 6a ； 当 时： ； m i n/ 0 0m a xm a x ； 4m a x 2 6 . 4 3 8 3 3 . 3 31 0 9 . 1 7 7 9 1 7 . 79 . 6 0 . 0 2 5 m N c m ； 当 时： a ； m i n/ 5 01 0 0 01 0 0 000 ； 42 6 . 4 3 1 4 2 . 1 71 0 1 . 5 7 1 5 79 . 6 0 . 0 2 5 m N c m ； 00 022f W h i ； 当 时， 时： 0 . 1 6 9 5 0 . 6 1 . 4 5 2 2 1 4 . 5 2 22 3 . 1 4 0 . 8 1 . 2 5 m N c m ； 00 20012； 当 0 =预加载荷 13，则： 18 2 2000(1 ) 9 5 . 4 7 2 0 . 6 (1 0 . 9 ) 0 . 5 7 7 6 5 7 . 7 66 6 3 . 1 4 0 . 8 1 . 2 5 m N c 0 9 5 . 4 7 2 0 . 6 9 . 1 2 9 1 22 2 3 . 1 4 0 . 8 1 . 2 5 m N c ； 所以，快速空载启动所需力矩： m a x 0 M M = 切削 时所需力矩： 0a t f M M M = 快速进给时所需力矩： M=0= 由上分析计算可知，所需最大力矩 生在快速启动时： 向进给系统的设计与计算 经济型数控改造的横向进给的设计比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝 杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。 向进给系统的设计计算 由于横向进给系统的设计计算与纵向类似，所用到的公式不在详细说明，只计算结果。 电机初步估算转速为 1500r/给速度 2 / 根据机械设计手册可知 ； （ 3 则： 0 02 0 0 0m a xm a x ； 根据机械设计手册可查到滚珠丝杠的标准系列，初选 4hP 。 已知条件如下： 19 工作台重量： 300； 脉冲当量： 0 . 0 0 5 /m m s t e p ； 步距角： 0 /a s te p ； 进给速度： m a x 2 / m ； 滚珠丝杠基本导程： 0 4L ； 滚珠丝杠行程： 650S ； (1) 削力计算 横向进给量为纵向的 1123，取 12 ，则切削力约为纵向的 12 ： 1 1 9 0 9 . 4 4 9 5 4 . 7 22 ； 在切断工件时： 0 . 5 0 . 5 9 5 4 . 7 2 4 7 7 . 3 6 N ； 珠丝杠设计计算 (1) 强度计算 对于燕尾型导轨： () F f F W ； （ 3 取 K=f = 则： 1 . 4 4
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