毕业设计（论文）-CA6140数控改造进给控制系统设计.doc

ca6140 普通车床数控化改造ca6140数控改造进给控制系统设计摘要：数控机床（numerical control machine tools）是一种利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的机床。它是一种典型的机电一体化产品。而目前我国机床数控化绿极低，与美国、日本、德国等发达国家相比存在很大的差距。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高、供货期长等问题，因此为了提高产品的竞争力，必须大力提高机床数控化率。提高机床数控化率的方法有多种，其中一种是直接购买或制造数控机床来投于生产；一种是对现有的普通机床进行数控化改造。本文以ca6140普通机床的数控化改造为例，介绍了机床数控化改造的方法，其主要介绍了z轴数控化改造方案的确定及改造中相关配件选型进行了计算。关键词：数控系统、变频器、伺服驱动器、滚珠丝杠、伺服电机英文：ca6140 design of nc feed control systemsummary：cnc machine tools (numerical control machine tools) is a digital information on the movement of machine tools and machining process controlled machine tool. it is a typical mechatronic products . at present chinas machine tool nc green is very low, and the united states, and japan, and germany and other developed countries there is a big gap. machine tool processing products are generally of poor quality, less variety, high costs and long availability period and other issues, so in order to improve the competitiveness of their products, we must strive to increase the rate of nc machine tools. improving machine tool numerical control method of a combination of factors, one of these is the direct purchase or manufacturing cnc machine tools to investment in production, and the other is on an existing machine tool numerical control transformation. this article ca6140 machine tool numerical control transformation, for example, describes the method of machine tool numerical control transformation, its mainly introduces the z-axis numerical control transformation scheme determination and related accessories in the retrofit selection have calculated.keyword：numerical control ;frequency transformer; servo drives ; ball screw ; servo motor本人声明我声明，本毕业设计（论文）是由本人在指导老师的指导及和同学讨论交流下完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。目 录第一章 数控机床的概念（）1.2 数控机床的特点（）1.3 数控机床的地位和作用.（）1.1 机械加工业的发展现状.（）第二章 普通机床数控化改造概述（）2.1 机床数控化改造的含义（）2.2 机床数控化改造的必要性.（）2.3 机床数控化改造的目的（）2.5 机床数控化改造的经济性（优点） （）2.4 机床数控化改造的意义（）第三章 对ca6140普通车床的数控化改造（）3.1 数控化改造的总体方案（）3.1.1 ca6140普通车床的原有性能特性.（）3.1.2 数控化改造的所增加的功能及部件.（）3.2 z轴数控化改造的具体方案（本次设计的中心课题）（）3.2.1数控化改造所需设备的选型（）1、cnc数控系统的选择.（）2、滚珠丝杠的选型及计算.（）1）设计参数.（）2）滚珠丝杠的选型方案.（）3）纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算.（）3、z轴伺服电机的选型与计算.（）4、伺服驱动器的选型.（）5、隔离变压器的选择.（）3.2.2 电路中导线和电器的选型及计算.（）1、自动空气开关的选型.（）2、转换开关的选型.（）3、熔断器的选型计算.（）4、接触器的选型.（）5、中间继电器的选型.（）6、阻容吸收器及二极管的选用.（）7、导线型号的选择.（）3.3 新增设备的预算.（）3.4 新增设备清单、电器元件清单.（）3.4.1 新增设备清单.（）3.4.2 电器元件清单.（）第一章 数控机床的概念1.1 机械加工业的发展现状随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。目前，在机械制造工业中约有加工总量75%80%是属于单间小批量生产，尤其是一些宇航、造船、机床、重型机械及国防工业部门的零件，精度要求高、形状复杂、加工批量小、改型频繁，采用普通机床加工这些零件效率低，劳动强度大，有时甚至不能加工。采用组合机床加工此类零件也不够合理，因为需要经常改装与调整设备。在目前的发展中，普通机床，组合机床的缺点和不足日益暴露。为解决上述一系列的问题，数字程序控制机床（数控机床）应运而生，有效解决了上述的一系列矛盾，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。1.2 数控机床的特点1） 采用数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。因为数控机床是按照预定的加工程序自动进行加工，加工过程消除操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以用软件来进行校正及补偿，因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度；2） 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，在航天、造船、模具等加工业中广泛应用；3） 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率23倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十几倍甚至几十倍；4） 可以实现一机多用，能进行钻、镗、铣等的一体化综合加工，因此可以实现一次装夹、多面加工，提高了加工效率，节省了厂房面积。5） 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产反面发展。1.3 数控机床的地位和作用由于数控机床集高精度、高效率于一身，故在许多企业的生产中，以代替坐标镗床、万能铣床，完成精度加工任务。随着数控机床的精度和自动化程度的不断提高，数控机床已从满足单件、小批量生产中的精密复杂零件，逐步扩大到批量生产的柔性加工系统。数控机床已成为高度机电一体化的典型产品，是现代机床技术水平的重要标志，是体现现代机械制造业工艺水平的重要标志。第二章 普通机床数控化改造概述2.1 机床数控化改造的含义机床数控化改造是指以可使用的普通机床为“毛胚”，通过改造手段将其改造成为具有数控机床的功能且与同类数控机床性能相近的数控机床。2.2 机床数控化改造的必要性1） 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂零件；2） 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而提高加工效率和零件加工的多变性；3） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，是装配容易；4） 可以实现多工序的集中，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；6） 我国机床数控化程度极低，机电产品在国际军品及民品的市场上竞争力不大，且每年需要从国外进口很多的机电产品，在国际上处于被动。2.3 机床数控化改造的目的用数控装置、伺服系统、滚珠丝杠副及其他辅助装置等对普通机床进行数控化改造，将其有机结合，使普通机床基本具备同类数控机床的性能的数控机床。提高零件生产效率、降低劳动强度，提高零件加工精度，实现复杂曲面、曲线的自动化成型加工，实现“柔性自动化”加工单件、小批量生产的精密零件加工，以适应近年来机电产品市场不断变化的需要。2.4 机床数控化改造的意义目前，各企业一般都有不少普通机床，完全用数控机床加以替换根本不可能。解决这个问题，必须走普通机床数控化改造之路。通过对普通机床进行数控化改造，使普通机床成为与同类数控机床的性能相近的数控机床，以适应复杂零件加工及零件加工多变性的各项新要求，以提高企业（工厂）在机械加工业中的竞争力。2.5 机床数控化改造的经济性（优点） 1） 减少投资额，交货期短。 同购买新机床相比大大节省了费用的投入，改造费用低，大型、特殊机床尤其明显；而且交货期短。2） 旧机床的力学性能稳定可靠。旧机床所利用的床身、立柱等基础件都是坚固的铸造件，经过了长期的自然去应力，机床的应力已失效，改造后机床的性能高、质量好，可以作为新机床持续使用多年。3） 熟悉设备，便于操作维修。改造后的机床，可以精确的计算出机床的加工能力，并由于多年使用，操作者对机床的加工特性非常了解，在操作使用及维修方面培训时间短，见效快。4） 可以充分利用现有的条件。可以充分利用现有地基，及利用加工现场现有的其他条件，减少安装费用的投入。第三章 对ca6140普通车床的数控化改造3.1 数控化改造的总体方案对普通车床进行数控化改造，可以显著提高机床的性能和减轻操作者的劳动强度。而合理选择数控系统和改造方案，可保证改造效果和降低改造成本。具体考虑改造方案时，要在满足使用要求的前提下，对机床床身改动尽可能少，以降低成本；其他增配设备也应该尽可能合用就好，尽量避免功能过剩。3.1.1 ca6140普通车床的原有性能特性主轴及进给共用一台电动机，主轴可进行固定的多级调速，不能很好地适应零件在加工中对切削速度的要求；进给采用普通的丝杠完成，精度等级低，相对加工零件的质量不高，此外，进给只能进行手动或机械自动的单轴进给；刀架需进行手动换刀，在加工中不能连续进行多工序加工；控制上采用按钮接触器控制，机床布线繁多；外围辅助装置设计简单，存在很多的不安全因素。ca6140普通车床3.1.2 数控化改造的所增加的功能及部件对ca6140普通车床进行数控化改造，主轴驱动系统中使用变频器调速技术（利用原有的电动机），使主轴能够实现较宽调速范围，获得合理的切削速度和切削效果，以满足各种以满足各种工况的切削要求，主轴采用1024p/r增量式主轴编码器进行对主轴转速和角位移的监控及反馈，以实现螺纹加工时能够保证精度；进给系统中使用滚珠丝杠更换原有的丝杠，提高传动精度，提高加工零件的质量；刀架更换为电动刀架，使机床能够自动换刀，能够一次对刀完成零件的粗精加工；采用广州数控设备厂的全套数控系统、伺服驱动系统作为改造后机床的主控系统，对机床各执行部件进行自动化控制；对电气控制柜进行重新设计并进行重新布线安装，重新对电器元件进行计算及选型；对机床的辅助装置等外围连接进行数控化设计。数控系统与外部器件总体连线图3.2 z轴数控化改造的具体方案（本次设计的中心课题）对z轴进行数控化改造，主要考虑传动精度及改造后的自动性本课题拟用伺服装置通过数控系统对伺服装置的控制达到纵向自动插补进给，用滚珠丝杠更换原来的丝杠和光杆。主要操作如下，第一，拆去原机床的溜板箱、进给箱、挂轮箱、光杆、丝杠及安装座，配上滚珠丝杠及相应的安装装置；第二，选电动机，确定减速比和保持转矩（采用无间隙联轴器）；第三，滚珠丝杠采用可预紧安装方式；第四，安装电动机及相应的伺服控制装置，并完成外部接线；最后，设置系统参数并进行加工精度的调整。本方案全面考虑了改造后的零件加工精度要求，决定采用半闭环控制。半闭环控制数控机床的特点是在伺服电机轴或数控机床的传动丝杠上装有角度检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接的检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。半闭环数控系统的调试比较简单方便，并具有很好的稳定性。机床进给系统改造主要是数控系统的选择，滚珠丝杠的选型，伺服电机的选型，驱动装置的选配和系统参数的设置等。z轴进给传动数控化改造的示意图3.2.1 数控化改造所需设备的选型1、cnc数控系统的选择在选择数控系统的型号时，考虑ca6140机床适合于各类机械厂的单件、中小批量生产使用，加工精度要求不算太高，但要求数控改造后能进行复杂零件的加工，所以数控系统选择连续性数控系统，以满足数控化改造后机床的定位、插补、循环加工和螺纹加工等功能。综合考虑性价比，在充分调研比较的基础上，根据改造的要求，本方案选用广州数控公司生产的gsk980td车床系统，广州数控公司同时生产与该数控系统相匹配的伺服驱动器，从而有利于维修和管理。gsk980td数控系统采用先进的开放体系结构，性价比高，且属于连续切割控制系统。具有以下特点：1）x、z轴联动，m级插补精度，最高速度10m/min（可选配两轴联动、m级插补精度、最高速度20m/min；两轴联动、m级插补精度、最高速度30m/min），内置plc可实现各自动刀架、主轴自动换挡等控制，梯形图可编辑、上传、下载；2）i/o口可扩展（选配功能），具有螺距误差补偿、刀尖半径补偿、反间隙补偿功能，采用s型、指数型加减速控制，适应高速、精加工；3）具有攻丝功能，可车削公英制单头、多头直螺纹，锥螺纹，端面螺纹，变螺纹距螺纹，螺纹退尾长度、角度和速度特性可设定；4）集成中文、英文显示界面，零件程序全屏幕编辑，可存储6144kb、384个零件程序，提供多级密码操作功能，方便设备管理；5）cnc软件支持cnc与pc、cnc与plc间的双向通信，软件程序可通信升级；6）安装尺寸、电器接口、指令系统、操作界面显示与gsk980ta兼容；7）可靠性高。软、硬件中两方面都采取了面向工业的抗干扰措施，因此具有很高的可靠性。gsk980td车床数控系统的重要技术参数见下表。gsk980td车床数控系统的技术参数运动控制功能控制轴数：x、z两轴最小指令单位：0.001mm插补方式：x、z两轴直线插补、圆弧插补位置指令范围：-9999.999mm+9999.999mm最高快速移动速度：x轴：3825000mm/min z轴：7650000mm/minx、z轴切削进给上限速度：1080000mm/min每转进给：0.001500mm/min（需安装1024p/r主轴编码器）轴快速移动倍率为f0时的快速移动速度。 设定值为：64000mm/min主轴模拟电压输出为10v时，主轴的最高转速。设定值为109999mm/min电子齿轮比（0255）电子手轮功能：有加减速方式：直线型快速加减速，直线型快速加减速，参数可调。主轴点动时速度。设定范围：18000r/min显示界面显示器类型：320x240点阵式白底液晶（lcd）,ccfl背光显示方式：中/英文菜单图形显示功能：有g功能31种g指令：g00、g01、g02、g03、g04、g05、g08、g09、g28、g32、g33、g34、g40、g41、g42、g50、g65、g70、g71、g72、g73、g74、g75、g76、g90、g92、g94、g96、g97、g98、g99，宏指令g65可完成27中算术、逻辑运算及跳转。螺纹功能米制/英制单头直螺纹、锥螺纹及米制/英制端面螺纹。螺纹退尾长度可设定（通过参数设定）螺纹螺距：0.001500.000mm（米制）主轴编码器：1024p/r增量式编码器补偿功能反向间隙补偿：x、z轴螺纹误差补偿：x、z轴刀尖半径补偿：x、z轴刀具补偿：16组刀具长度补偿刀具功能适配四工位电动刀架，可选配032工位刀架功能；（t01t32），换刀控制时序由plc程序控制。无卡盘、尾座控制功能刀位信号输入方式：直接输入换刀方式：mdi自动绝对换刀或手动相对换刀。（正转选刀，反转锁紧）对刀方式：定点对刀，试切对刀刀补执行方式：移动刀具，坐标偏移主轴功能控制方式：可设置为四档位控制或模拟电压控制档位控制：s1、s2、s3、s4直接输出模拟控制：可设置四档主轴自动或手动换挡。（输出010v模拟电压）恒线速切削功能：有（模拟电压控制方式下有效）辅助功能手动/mdi方式控制主轴正转、反转、停止；切削液起停；润滑起停；mdi/自动方式可控制主轴自动换挡通信功能rs232通信接口为标准配置，可选配通信功能。程序编辑程序容量：40kb可编辑子程序抗干扰能力符合gb/t17626.22006要求适配部件开关电源：gsk pb(配套提供，已安装连接df3a系列三相反应式,dy3b系列三相混合式,da98系列交流伺服刀架控制器：gsk pb外形尺寸420mmx320mmx136mm装配形式标准面板、大面板、箱式一体化下出线，一体化后出线改造前ca6140普通机床的一些技术参数见下表。ca6140主要技术参数最大工件长度2000mm最大车削长度1900mm床身上最大工件回转直径400mm刀架上最大工件回转直径210mm主轴正转时转速的种数24种主轴正转时转速范围101400r/min主轴反转时转速的种数12种主轴反转时转速范围141580r/min主轴孔径48mm床鞍刀架的纵向及横向进给量的总数64种主轴每转刀架的纵向标准进给量范围0.081.59mm/r主轴每转刀架的纵向细进给量范围0.0280.054mm/r主轴每转刀架的纵向粗进给量范围1.716.33mm/r主轴每转刀架的横向标准进给量范围0.040.79mm/r主轴每转刀架的横向细进给量范围0.0140.027mm/r主轴每转刀架的横向粗进给量范围0.863.16mm/r床鞍刀架的快速移动速度4m/min公制螺纹种数44种英制螺纹种数20种模数螺纹种数39种径节螺纹种数37种刀杆截面尺寸25mmx25mm刀架回转角度90纵向进给最小刻度(精度)0.01mm横向进给最小刻度(精度)0.005mm机床的重量2570kg机床的长度3668mm机床的宽度1000mm机床的高度1267mm*注：对照ca6140普通车床的技术参数及广州数控公司的gsk980td数控系统的技术参数，证明gsk980td数控系统能满足对ca6140的控制、满足本课题改造的要求，此外再考虑系统稳定性，系统性价比及维护方便性等，本课题选用广州数控公司的gsk980td数控系统。2、滚珠丝杠的选型及计算1）设计参数拖板及刀架的重力1000n定位精度0.015mm主电动机功率7500w启动加速时间30msx轴快速移动速度3.8m/minz轴快速移动速度7.6m/minx轴工作进给速度6200mm/minz轴工作进给速度12400mm/minx轴滚珠丝杠的直径/螺距20/4mmz轴滚珠丝杠的直径/螺距40/6mm主轴转速范围2002000r/minx轴电机转矩6nm（经验值）z轴电机转矩8nm（经验值）2）滚珠丝杠的选型方案根据下表对滚珠丝杠进行初步选型：1.螺纹滚道型面的选择，要求经济、易调试、稳定，选用双圆弧型面。2.滚珠循环方式：内循环方式、外循环方式。外循环方式结构简单、工艺性好、经济实用，适用于重载荷传动、高速驱动及精密定位系统，在目前使用广泛。本课题拟选用外循环方式。3.轴向间隙的调整和预紧力的选择，要求经济可靠、易拆装、刚度高。选用双螺母垫片式预紧，结构简单、拆卸方便、刚度高。 滚珠丝杠的预紧方式预特紧点预紧方式单螺母预紧双螺母预紧变位导程增大钢球直径垫片式齿差式螺帽式代号bzdcl滚珠螺母受力方式拉伸式（l）拉伸式拉伸式拉伸式（外）压缩式（l）压缩式压缩式（内）结构特点结构简单，尺寸最紧凑，避免了双螺母形位误差对于紧力矩的影响结构简单、紧凑，制造方便，只需筛选钢球配置结构简单，刚性好，预紧可靠，不易松弛结构紧凑，可精密微调，预紧可靠，调整方便，不会松弛结构紧凑，调整方便，制造简单调整方法卸下滚珠螺母精确检测原装钢球的尺寸，按预紧力的要求，重新换装大于若干m的钢球改变垫片的厚度尺寸，使双重螺母重新获得所需的预紧力重新预紧时，脱开差齿圈，并相对于螺母上的齿在圆周上错位若干齿，然后再复位旋转预紧螺帽是双螺母产生相对轴向位移，预紧后需锁紧螺帽适用场合对预紧力要求不大的中等载荷，又无需调整的最佳选择一次预紧，长期使用无需调整，适用于中等载荷高刚度、重载荷定位型丝杠，调整方便的最佳选择需要准确预紧的精密定位型丝杠，调整方便对预紧力要求不严，适合随时可调整的传动型丝杠备注制造较难使用中不变随时调整当预紧力大时，装配困难，使用中不宜调整使用中不便随时调整预紧力，装配时需要配磨匹配制造复杂，成本高，与主机装配后调整不方便不能定量微调，螺母轴向尺寸长3） 纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算1.切削力的计算。由机床设计手册可知，切削功率： （1）式中 p主轴电动机功率，p7.5 kw 主传动系统总效率，一般为0.750.85，取0.80 k进给系统功率系数，取k0.96则 pc7.50.800.96 kw5.76 kw切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力和最大切削转速来计算，即切削功率的另一种表示方法为： （2）式中 p主轴电动机功率，p7.5 kw fz主切削力（n） 切削速度（m/min）按最大切削速度计算，取100 m/min,则主切削力：由机床设计手册可知，在外圆车削时：fx（0.10.55）fz （3）fy（0.150.65）fz （4）取纵向切削分力fx0.5fz ，横向切削分力fy0.6fz ，得：fx0.534561728 nfy0.634562073.6 n2.滚珠丝杠的设计计算。根据切削力和运动部件的重量引起的进给牵引力，计算丝杠轴向载荷：根据机床设计手册中进给牵引力的试验公式计算（纵向为三角形导轨），则：fmkfx(fzg) （5）式中 fm进给牵引力（n）fx 切削分力（n） k颠覆力矩影响的试验系数，k1.15滑动导轨摩擦因素，0.150.18，取0.17 g溜板及刀架重力，g1200n则fm1.151728 n0.16(34561200) n2732.16 n3.计算最大动载荷。 （6）其中 t60nt/ （7） n （8）式中 t寿命，以为1单位； n丝杠转速； 滚珠丝杠导程，初选6mm ； 最大切削力下的进给速度，可取最高速度的1/31/2，本 课题取1/2 ； 运转系数，按一般运转1.21.5，取1.4 ； 硬度系数，为60hrc时，1，小于60hrc时，1， 本机床取1 ； t丝杠的使用寿命，按20000 h计算。n （10000.50.6）/6 r/min 50 r/mint60nt/ （605020000）/ 万r 60 万r丝杠工作的最大动载荷c。（其中1.4 ，1） 1.412732.16 n 14955.84 n4.选择滚珠丝杠螺母副。查机械零件设计手册，根据cca（ca是滚珠丝杠的额定载荷，见下表）的原则，使选取的滚珠丝杠的额定动载荷大于计算的最大工作载荷。由上面初选丝杠导程及计算所得的最大动载荷，选取滚珠丝杠的型号为cdm40065，其表示外循环插管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式的滚珠丝杠，公称直径为40mm，导程为6mm，右旋螺纹，载荷钢球为5圈，精度等级为3级的定位滚珠丝杠副。cdm40065的额定载荷为2877114955.84 n，故强度足够。cdm40065型滚珠丝杠的具体参数见下表。cdm40065型滚珠丝杠的具体参数公称直径/mm导程/mm钢球直径/mm丝杠外径/mm螺纹底径/mm额定载荷/n接触刚度(n/)4063.96939.535.128770959702191螺母安装连接尺寸/mm71-110901591591385473m63、z轴伺服电机的选型与计算本课题拟用伺服电机作为z轴纵向进给的带动机构。选用弹性联轴器将滚珠丝杠和伺服电机直接连接，既保证传动的紧凑性，又保证传动精度，而且弹性联轴器和刚性联轴器相比在传动过程中能减少震动，减少噪音，其传动比为i1。1.负载转矩（tm）及最大静转矩（tjmax）的计算。根据能量守恒原理，电动机等效载荷转矩可按下式估算：tmfmpo2oii （9）式中 tm电动机的负载转矩； fm纵向进给的进给牵引力，为2732.16 n； po滚珠丝杠的导程，po6mm o丝杠螺母副的传动效率tan/tan（） i各级传动的传动效率，此处选用联轴器直接与滚珠丝杠连接，传动比为1，传动效率高，传动损失忽略不计，取i1。传动效率的计算。根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率为： tan/tan（） （10）式中 丝杠螺母副的传动效率； 摩擦角，； 螺旋升角，根据tan螺距/（3.14公称直径）；其中 tan6/（3.1440）0.0478 （可得，273）则 tan/tan（） tan273/ tan（27310） 0.966所以 tmfmpo2oii 2732.16610-323.140.96611nm 2.693 nm若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则起动转矩为tqtm （11）式中 tq启动时的转矩； tm电动机的等效负载转矩； 安全系数，取值为0.30.5，在此取0.3。则tq2.693/0.38.98 nm查实用微电机手册，选伺服电机的起动转矩和最大静转矩的关系为：tqtjmax0.850则tjmaxtm8.980.85 nm10.56 nm查广州数控da98a伺服驱动装置说明书，部分伺服电机的型号、规格如下：sjt系列部分电机规格项目规格130jtm050c130jtm060c130jtm075c驱动器输入电压三相220v三相220v三相220v额定电流（in）4.7a5.6a6.8a额定转矩（tn）5nm6nm7.5nm最大转矩（tmax）12.5nm18nm20nm极对数444额定转速（nn）2000rpm2000rpm2000rpm最高转速（nmax）2500rpm2500rpm2500rpm转动惯量（j）1.4110-3kg1.6210-3kg1.9510-3kg加速时间常数（tm）（额定力矩）60ms56ms53ms项目规格110sjtm020c110sjtm040c110sjtm060c驱动器输入电压三相220v三相220v三相220v额定电流（in）2.5a4.5a5a额定转矩（tn）2nm4nm6nm最大转矩（tmax）6nm12nm18nm极对数444额定转速（nn）2000rpm2000rpm2000rpm最高转速（nmax）2500rpm2500rpm2500rpm转动惯量（j）0.3410-3kg0.6810-3kg0.9510-3kg加速时间常数（tm）（额定力矩）45ms45ms33ms根据计算及上表中的数据，选择型号为130jtm075c的伺服电机作为本设计方案所需的电机，可见转矩足够大，而且加速性能好。130jtm075c型伺服电机的主要参数为：130jtm075c型伺服电机额定电流（in）额定转矩（tn）驱动器输入电压额定功率（pw）最大转矩（tmax）额定转速（nn）最高转速（nmax）加速时间常数（tm）极对数6.8a7.5nm三相220v1.5kw20nm2000rpm2500rpm53ms42.伺服电机传动速度的验算。由于是用联轴器直接连接，传动比为1：mnnpo10-3 （12）式中 m最高快速移动的速度； nn电动机的额定转速，取值为2000rpm； po滚珠丝杠的导程（螺距），取值为6mm。则 mnnpo 2000610-3 m/min 12 m/min本课题设计值为7.6m/min，可见传动速度足够，能够满足设计要求。电动机的外形尺寸（图）电动机的外形尺寸（表）4、伺服驱动器的选型查广州数控da98a伺服驱动装置说明书伺服驱动器的规格如下：伺服驱动器规格输出功率（kw）0.40.81.01.51.72.3电机额定转矩（nm）24410645输入电源单相/三相ac220v-15%+10% 50/60hz单相/三相ac220v-15%+10% 50/60hz使用环境温度工作：055 存贮：2080湿度小于90% （无结露）振动小于0.5g（4.9m/s2），1060hz（非连续运行）控制方法 位置控制 速度试运行 jog运行 电机测试再生制动内置控制特性速度频率响应：200hz或更高速度波动率：0.03（负载0100%）；0.02（电源15%10%）（数值对应于额定速度）调速比：15000脉冲频率：500khz控制输入伺服使能控制输出 伺服准备好输出 伺服报警输出 定位完成输出/速度到达输出位置控制输入方式 脉冲+符号 ccu脉冲/cw脉冲电子齿轮比19999/19999反馈脉冲10000脉冲/转速度控制4种内部速度加减速功能参数设置加减速时间 110000ms （0r/min1000r/min）监视功能转速、当前位置、指令脉冲积累、位置偏差、电机转矩、电机电流、直线速度、转子绝对位置、指令脉冲频率、运行状态、输入输出端子信号等。保护功能超速、主电源过压欠压、过流、过载、制动异常、编码器异常、控制电源异常、位置超差等。显示、操作6位led数码管、4个按键适用负载惯量小于电机惯量的5倍重 量2.67kg3.48kg尺 寸24416392mm（参观外图形）244163112mm（参观外图形）根据伺服电机额定功率为1.5kw，选择输出功率1.72.3kw的伺服驱动器作为z轴电机的驱动装置（选择型号为：da98a25）。伺服驱动器接线端子及其与外部器件接线图5、隔离变压器的选择查广州数控da98a伺服驱动装置说明书选择隔离变压器的说明如下：隔离变压器规格型号容量（kva）相数输入电压（v）输入电流（a）bs-1201.23相380220bs-2002.0bd-3003.0bd-800.8单相bd-1201.2根据z轴伺服电机为1.5kw，在考虑到x、z两轴的伺服供电都是用同一个隔离变压器，但x轴驱动的功率相对比z轴驱动的功率小。故选择隔离变压器的型号为bd300，其容量为3.0kva，可见容量足够大，符合机床的各种工作要求。3.2.2 电路中导线和电器的选型及计算设计线路中涉及到的各回路功率估算名 称功 率主轴电机7.5kwx轴电机约1.0kwz轴电机1.5kw刀架电机约0.75kw冷却泵电机约0.5kw油泵电机约0.5kw其他约1.5kw*注：其他包括照明功率、驱动器工作功率、系统工作功率、接触器线圈工作功率、继电器线圈工作功率、散热风扇功率等。1、自动空气开关的选型自动空气开关即低压断路器，是低压配电系统和电力拖动系统中非常重要的电器，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器等的组合，集多种控制及保护于一身，并具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、分析能力高等优点。本课题拟用作电路中的保护器件。 电源总开关：（本电路中用自动空气开关作为总回路的第二级电源开关）电路中总回路的功率等于下面各级功率之和，即p总 主轴（7.5）+x轴电机（1.0）+z轴电机（1.5）+刀架电机（0.75）+冷却泵电机（0.5）+油泵电机（0.5）+其他（1.0） 12.75kw 由于总功率不是很大，直接按满载荷计算。则总电流为：i总p总u13.25380103 a34.37 a （取34 a）故选择型号为dz47le40的自动空气开关作为总回路的上电控制，其额定电流为40a（三相四线 4p），可见符合工作要求。 根据各级上电控制回路的功率选择各级上电的自动空气开关：主轴上电（7.5kw）、伺服上电（约2.5kw）、刀架电动机（约0.75kw）、冷却回路（约0.5kw）、润滑回路（约0.5kw）、接触器工作电源（约0.5kw）、系统上电（约0.3kw）故选择各级上电的自动空气开关的型号如下：各级控制回路自动空气开关的选型主轴上电rdm10820额定电流20a/三相（3p）伺服上电rdm10820额定电流20a/三相（3p）刀架电机rdm10820额定电流20a/三相（3p）冷却rdm10820额定电流20a/三相（3p）润滑rdm10820额定电流20a/三相（3p）接触器工作dz4763 c16额定电流16a/两相（2p）系统上电dz4763 c10额定电流10a/单相（1p）辅助控制回路dz4763 c10额定电流10a/单相（1p）2、转换开关的选型转换开关也是电源总开关中的一个，作为总回路上电的第一级，它是安装在机床侧面为了方便机床上电而设置的，它的承载能力应与总上电的自动空气开关相近，故选hz1240型转换开关，其额定电流为40a符合设计的选型要求。3、熔断器的选型计算熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中起过载保护和短路保护作用的电器元件，当流过熔断器的电流大于规定值时，其自身产生的热量是熔体熔断，从而实现过载保护和短路保护。熔断器具有结构简单、体积小、质量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点。在本控制回路中采用熔断器作为第三级总电源开关。流过熔断器的电流与加在其上的电压同上面的电源总开关一样，故选择其型号为：rt2040 （额定电流为40 a）。4、接触器的选型接触器是用于远距离频繁的接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。接触器具有操作频率高、工作可靠、价格便宜维护方便等优点，且接触器可实现欠压保护特性。本设计课题拟用接触器作为主电路（包括主轴上电、伺服上电、刀架正转、刀架反转、冷却回路、润滑回路）上电控制。根据各回路的功率分析，除主轴上电回路功率较大（7.5kw）其他回路功率较小且差别不大，为了维修方便可用同一型号的接触器，但在计算时考虑符合其中最大值，即伺服上电回路，其功率约2.5kw。 主轴回路接触器额定电压：380 v额定电流：i主轴p主轴3807.5103380 a19.7 a （取20 a）选择接触器型号为： 其他回路接触