C61100普通车床数控化改造-纵向进给机械参数（齿轮传动）的计算和设计说明书.docx
C61100普通车床数控化改造-纵向进给机械参数-齿轮传动设计5张CAD图
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普通车床 C61100数控化改造（纵向进给机械参数（齿轮传动）的计算和设计）摘要这次的毕业设计是对普通车床进行的数控化的改造。进给私服系统的机械传动纵向的一部分的数控化改变与设计的计算是重要性内容，重点是的设计钢珠丝杠，轴承的设计与选择以及步进电机的计算和选择。以综合型应用计算机、自行的控制、自行的运行以及非常好的机械型高级以及新颖技术的结果称为数控机床。数控车床运行时要据悉自己加入的数控加工编程不同，根据数控设施里控制的车床一部件的运动部件廓，因此响应组件模样的要求。数控车床看做机电液气一体化的象征的物品，能够让机械制造中的结构麻烦的、精致的、大量的、多式多样的组件问题得到改变，生产的品质非常稳定，效率比将会非常高。关键词：数控；轴承；机床IVAbstractThe graduation design is the transformation of CNC lathe of the. The main contents of the feed servo system The calculation and design of NC transformation of longitudinal mechanical transmissionpart of the system, mainly with the design of ball screw Calculate, calculation and selection of bearing design and selection and stepper motor. NC machine tool the comprehensive application.Computer, automatic control, automatic detection and the precise mechanical type high and novel technology products.NC machine tools work according to the NC program input, controlled by the numerical control device in machine tools The moving parts processing parts of the profile, so as to meet the requirements of the shape of parts. CNC machine tools as electromechanical integration of liquid gas The logo of the product, can solve the complex structure of machinery manufacturing,precision, batch, changeable parts The problem of processing, quality is very stable, the production efficiency is relatively high.Key word：CNC,machine,tool bearings目 录摘要IAbstractII目 录III第一章绪论11.1 背景11.2 数控化改造的发展11.3 普通数控化改造的变化2第二章 数控车床纵向进给系统传动的方案设计42.1纵向进给系统设计的基本要求6第三章数控改造中的重要部件的探究73.1 步进电机73.1.1 步进电机的结构与种类73.1.2 步进电机工作原理83.1.3 步进电机的选择方法83.2 轴承93.2.1 轴承的构造与分类93.2.2 轴承的工作原理103.2.3 轴承的选择方法10第四章 纵向进给系统的数控化改造和设计114.1 切削力的计算114.2 滚珠丝杠的计算114.3 进给牵引力的计算124.4 额定动静载荷及使用寿命的计算124.5 滚珠丝杠的验算134.5.1 传动效率的计算134.5.2 刚度验算134.5.3 稳定性校核144.5.4 滚珠丝杠的支撑结构形式154.6 步进电机的计算和选择164.6.1 负载转矩及最大静转矩的计算164.6.2 初选步进电机174.6.3 转矩计算174.6.4 确定步进电机194.7 轴承的设计与计算204.7.1 轴承的计算204.7.2 轴承的选择21总结与结论23参考文献24附录一：25附录二：32河海大学文天学院本科毕业设计第一章绪论1.1 背景在外国已拥有了一个新兴的制造业部门就是企划相关的数控车床改造，从上世纪 60 年代以来就已经快速的发展了 起来，而且还有许多的巨型相关的公司开始于数控机床的改造，它能发展起来原因是：第一：技术。社会生产力的快速发展，要求着制造技术向自动化和精密化式前进。而且刀具的物质和电子技术有了非常大的发展，反映到控制系统中，技术能协助车床自行化又能提升运行的可靠度。这些技术进步与很高的生产率要求， 精密的生产和表面加工的增加等，声明了很老车床是需要我们去进行换代。第二：市场。因为很多国家现在还不能能力创新制造拥有自主产权的数控机床，因此我们必须去解决数控机床达到市面上的满足量的特别重要以及相当完美的方法。第三：经济。经相关的部门统计使用了改造设计技术加以完善数控机床比之前更新的设备可以节约 50的 资金。这不仅能够资金不太多的小企业的技术改造开辟了新路，让那些特别大的公司有着非常大的兴趣去花钱。 这样的话就让数控机床的更加美好的去变大创造了非常雄厚的基石。第四：生产。在工业发展中，现代化的机械设计的基本特征主要多品种、中批量及小批量的生产。从而可以得出来，做完这些生产目标数控机床是其最好的选择。因为上面的原因,要完成我国的生产制造的现代化，这样让我国目前已经有的普通机床去达到特别以及相当完美的使用熟练，在这发展的慢慢长路是必须经历改变的创造的。数控机床通过发展与改变后有下面的方式去应用：特别不一样的数字改变了应向数控中心应用的方向，机床控制系统的控制和运算功能更明显的加强，使的数控机床总体布局会更加合理，机床的 伺服系统采用交流数字伺服系统代替直流伺服系统，编程会趋合理化，生产工艺更趋容易化，90%机床的检测和监控系统要能完成自动化。1.2 数控化改造的发展进入新世纪后，国家更加清楚的声明了数控机床产业上的发展地位，让数控化改造发展提供了 特别方便的政策上支持。我国机床行业通过几十年的成长，13形成了具有一定生产规模与技术能力的产业特征，拥有了特别快的速度去发展有了特别好的基石，尤其是“十五”过后，对这特别快而且士气相当高的国内市场需求以及相当良好的政策环境，车床行业迅速发展的我国，让品质和质量都得到相当好了升华。就现在而言，机床生产以及使用特别大的我国，其实还不是车床制造特别强的国家，跟世界上数控化改造相当强的国家还是有一段相当大的距离的。一方面是因为数控车床在不同种类、 技术和数量上还是跟不上国家内部市场快速使用的需求。就现在而言国内生产的机床在市面上卖的越来越好的。2002 到 2005 年以来，我国在这 4 年里都成为了世界上最大的车床进口国和使用国， 2004 年进口，从台湾、德国、日本进口分别占国内市场 19.7%、12.1%和 8.6%。第二方面车床制造的公司能力设备基本的设施还不是太高，在这个产业里生产能力不是非常的好、综合管理和提供帮助的能力等方面还是不能响应当前快节奏的要求。第三方面国产功能的零件和数控系统的前进始终不能快速向前，让数控机床的事业很难发展下去，特别是为档次相当高的数控车床设定了的特别重要功能零件和数控系统。 这已经是我国不可忽略的重要问题。1.3 普通数控化改造的变化当前我国机床数控化率其实不高， 10 年以来， 我国的数控车床每年大约能制造出为 0. 7 万台左右，每年的总值为大约为 18 亿元。机床的年产量数控化为 6%。由此可见我们的大多数制造行业和企业的生产、设备上几乎绝大数是相等比较非常的旧老的车床。它与普通机床相比,其优势性是非常明显的,不仅产品的质量稳定。目的是响应创造业生产细软化、生产系统能够自动运行的能够快速响应的需要，数字控置的车床能够自动运行度的过程在持续提升。随着人工智能技术的成长，具体表现在以下多个方面：（1） 在生产过程中，加工、检测一体化是实现迅速制造、快速检验和快速响应的非常有效果的条件的方法，将检测、建立模型、生产、操作机床四者加入在一个系统中，因此完成消息 。就是数控系统。数控机床通过发展与改变后有下面的方式去应用：特别不一样的数字改变了应向数控中心应用的方向，机床控制系统的控制和运算功能更明显的加强，使的数控机床总体布局会更加合理。（2） 能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和模拟，用它来找到相关错误的原因，想出办法去相应的去解决问题，使之获得相应的制造的许多经验，就是智能故障回放和故障仿真技术。（3） 通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息。（4） 自动识别负载，并自动调整参数 的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。 这种驱动装备能自动识别电机及负载的转动惯量，而且能够自己对系统的数据进行整理和应用，导致驱动系统能够非常好的方法行动。这被称为智能化交流伺服驱动装备。（5） 将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，基于专家系统或根据相关的模拟模型中“加工参数的智能优化 与选择器”用当今现在最基本的方法，想像，使用它最好的数据去解决去得到数剧，以此来缩短产品之前的预备的相关工作、让程序效率以及加工工艺水平的结果得到最大化的提高。因此这被称为生产的数据的智能优化与使用。（6） 根据已有的故障信息，应用现代智能方法 实现故障的快速准确定位。这就是智能故障自诊断与自修复技术。第二章 数控车床纵向进给系统传动的方案设计普通机床等以相关金属切削生产最普通的一类的车床。普通车床的布局如图2.1 所示。数控车床机床控制系统的控制和运算功能更明显的加强，使的数控机床总体布局会更加合理，机床的 伺服系统采用交流数字伺服系统代替直流伺服系统，编程会趋合理化，生产工艺更趋容易化。图 2.1 普通车床的结构布局图将普通车床使用相关的数控化的改进， 相关于将纵向以及横向进给系统改良生成微机控制的、能够独立行动的进给服务装备系统；普通车床的刀架来改进成能自行换掉相关的有关刀具让刀具进行运行来让机器来 回转刀架。所以，尽量使用相关的数控装备，数控机床是可以事先输入数据以此来 让机器工作。相关的命令进行着切削相关物品的加工。是因为数控车床切削加工中的相关切削数剧，自行运动进行调节和更换根据切削顺序和刀具就会按程序，电机跟杠丝使用柔性相连自行运动进行相关数据的变换与输入，数控车床的选择服从机器对电机的大小来使用进行检验的，对杠丝杠上的直径 及支承的多样性来选择完成强度较核。在设计与想像结合在一起的，不但要让理论上得到相关的需要，而且也要让满足生产当今的实际情况。设计大部分都是在先简单后困难、先局部的普通车床（如 C696,C678,C680,CA6300,C630）等是金属相关的切削在生产上最常用的一种类型的机床。普通机床的工作过程如图 2.1 所示。当零件办随主轴转动时，经过刀架的纵向以及横向推移，能加工出样式特别多成形回转面能圆柱面、圆锥面、端面， 加工出内外、螺纹面等。借助相当完好的刀具。普通车床刀架刀架的纵向进给的纵向和横向进给运动是 由关键轴回转运动经挂轮传递而来，经过加速带的加速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜板、横溜板移动。进给系数通过自己事先准备好、调整好，以此来改变参数时要停车完成相关的一系列的操作。和横向进给不能联动，切削训序也由人工控制。用数控车床来完成部件时， 首先应将要完成的零件相关的几何信息和工艺信息变成加工由输入相关的部分送入数控装备，通过数控装置的运算、处置，按各坐标轴的相关分成送到各轴机械传动系统的 驱动电路，经过转换、变大进行伺服电动机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具和工件及其他辅助的目标换成不同的装置严格地按照加工程序规定的、 有条件不会发生错乱的地作，因此加工出零件的全部轮廓。数控车床拥有特别好的不刚性，当处理时，只需重新编制 加工相关的有些步奏，在此很久以前的设计都得到体现，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新完成机床的设计完成，导致生产准备时间太长。经济型 数控车床，对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠的位置和速度同两方面来实现：一是机床本身的机械运动有着特别好的相关正确性；二是系统的 控制精度。数控车床的进去的零件系统，由于必须对进给位移时实现自动控制。所以，数控机床与普通卧式机床相比应具有有更好的精度 保证的非常的平稳和系统的与数控之间有着特别而且拥有的精确性。数控改进对机械运动平台的要求有以下系列：（1)因此完成低振动以及高可靠性这些方面的不同要求。因此我们应该选择比较小的、运动精度相当高、运行特别平稳、工作能力比较高以及传递扭矩大 的传动一系列的工作器件。（2)尽量减小传动链和用相当捏紧的办法提升传动系统达到之间想要的的刚度。（3)尽量让传动间隙消失，导致减小反向距离的之间的误差。因此就应该让消除间隙的联轴节与消除传动齿轮间隙的机构等。（4)减小摩擦力通过使用低摩擦的传动副。（5)可以用特别好的降低速度的比率，以此让我们达到数控机床应该必须的脉冲当量，以此让运动移动的距离尽可能的增加速度来完成跟踪指今。只从使用方面来看的话，通过目前市场上的普遍情况来看，滚珠丝杠可采用替换来代替很老的机床的 T 型丝杠。再者可对原车床上 T 型丝杠进行完美的修改加调整，在这发展的慢慢长路是必须经历改变的创造的。数控机床通过发展与改变后有下面的方式去应用。应用现代智能方法 实现故障的快速准确定位。社会生产力的快速发展，要求着制造技术向自动化和精密化式前进。而且刀具的物质和电子技术有了非常大的发展，反映到控制系统中，技术能协助车床自行化又能提升运行的可靠度。这些技术进步与很高的生产率要求，精密的生产和表面加工的增加等， 声明了很老车床是需要我们去进行换代2.1 纵向进给系统设计的基本要求数控设施发出的控制指令变换成速度达到指标的相应角位移以及直线移动量，带动运动零件运动数控机床的进给系统。根据工件加工的需要，在车床上各运动位置的数据调控这可以是它们之间毫无关系的，也可以是联动的。所以，数控机床对进给系统的必须在一起保证在正确地、 稳定、 和很快的时间做出反应就这三个方面。因此想要做到这种要求，一开始就应该以非常好的高能力的伺服驱动电机，而且还也需要特别好的质量的机械结构与之相匹配。 目的是提升进给系统机械结构性能主要采取以下措施：（1） 高质量的机械传动配合与高性能的 伺服电动机使现代数控机床进给系统性能有了大幅度提升。（2） 最佳惯量匹配主要是为保证伺服驱动电机的工作性能和满足传动系统对控制指令的响应的要求。（3） 提高系统机械结构 的传动刚度。（4） 数控机床进给系统多采用刚度高摩擦因数小而稳定 的滚动摩擦副， 如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等。第三章数控改造中的重要部件的探究3.1 步进电机3.1.1 步进电机的结构与种类图 3.1 常见步进电机外形结构图 3.2 单定子径向反应式步进电机结构原理图3.1.2 步进电机工作原理图 3.3 步进电机齿距图步进电机是能够对电脉冲信号变化成为为角位移或线位移进行着相关的步进电机的结构开环控制器件。在载荷不多的情况下以及电机能正常工作情况下， 电机的转动速度快慢、电机在停止时候的位置必须由脉冲信号的频率与脉冲数俩个来决定的，在没有负载加以干扰的情况下，给电机得到了相当的脉冲信号后， 于是电机就快速的回 转过一个步距角。由于这种关系的存在， 再加上步进电机只有周期性的误差而且无累积误差等特点。步进电机的结构 使得在速度、位置等控制领域通过控制使的让人们更加的了解电机的工作原理。 尽管步进电机已被在很多地方都被得到应用，但步进电机其实并不像一般的直流类型的电机，交流电机 在正常的情况下来得到使用。因此步进电机的结构就应该由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统才能用。从以上可以得知在生活中用好步进电机其实不是一件特别简单的事情，步进电机的结构在机械、电机、电子及计算机等许多领域都有非常多的涉及。 步进电机的结构让相当多的领域变得简单起来了。在当今社会,有很少的工厂会去生产步进电机，但具有相关的专业技术人员，能够自己生产，去研究步进电机的结构的工厂就特别的少，相当一部分的厂家只有 10 几人，并且他们几乎没有生产步进电机的设备。只是处在一种盲目的仿制阶段。这就使用电机的人在产品选型、使用中造成许多困难。由于以上情况的出现，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大使用电机的人在选择型、使用、及整机改进上时有所帮助。3.1.3 步进电机的选择方法步进电机有步距角（涉及到相数） 、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择电机的步距角由负载精度的要求所来确定的，因此负载的最小分辨率转换到电机轴上，在这其中每个当量电机应该走多少角度 。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有 0.36 度/0.72 度（五相电机） 、0.9 度/1.8 度（二、四相电机） 、1.5 度/3 度（三相电机）等。2、静力矩的选择我们简单的明确步进电机的动态力矩是有些难度的，我们通常第一步是确定电机的静力矩。电机工作中的负载是静力矩选择的根据，而负载一般由惯性负载和摩擦负载组成。单一的惯性负载与单一的摩擦负载是不负存在的。直接起动时二种负载我们都应该加进去的， 惯性负载是加速起动时主要考虑的问题，摩擦负载是 恒速运行进只要考虑的问题。通常情况下，静力矩应为摩擦负载的 2-3 倍内好，静力矩一经确定，电机的机座与它的长度便就能很快的确定下来了。3、电流的选择由于静力矩这样的电机，在电流参数方面的不同，所以它的运行特性的差别很大，因此，我们可依据矩频特性曲线图，来判断电机中通过的电流。4、力矩与功率换算步进电机通常在特别大的范围内调速使用、其功率是一直变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：P= M=2n/60 P=2nM/60式中：P 功率单位是瓦，为角速度，单位为弧度，n 为转速，M 单位为 N mP=2fM/400(半步工作） 其中：f 为每秒脉冲数（简称 PPS)3.2 轴承3.2.1 轴承的构造与分类根据滚动轴承按照所能够承受的载荷方向性的不同，可分为：1. 向心轴承：主要用于承受径 向载荷的滚动轴承，其公称接触角从 0 度到45 度。按公称接触角不同，又分为：1） 径向接触轴承：公称 接触角为 0 度的向心轴承；2） 角接触向心轴承：公称 接触角为 0-45 度的轴承。2. 推力轴承：主要应用于承受轴向载荷的滚动轴承，其公称接触角为 45-90度。按公称接触角的不同，又分为： 1）轴向接触轴承：公称接触角为 90 度的推力轴承；2）角接触推力轴承：公称的接触角45o 与90o 之间的推力轴承。3.2.2 轴承的工作原理轴承的原理是非常的简单：物体滚动相对比滑动的简单。轴承利用圆滑的金属滚珠以及光滑的内圈与外圈金属面来使它减小摩擦。因此这些钢珠或滚柱“承载”着载荷，使设备可以平稳旋转起来。3.2.3 轴承的选择方法对主机可否获得美好的工作性能，延长使用寿命取决于正确选用滚动轴承； 十分重要得是对公司可否缩短维修的时间量，大量减少维修的支出，提高电机的运转率，都有着非常至关重要的作用。因此，不但是设计制造的单位，而且维护使用的单位，高度重视在选择滚动轴承时的选择方法。一般选择轴承的步骤分为：1. 根据轴承工作环境（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），从上面我们知道了电机的重要性。因此在选择轴承一般的类型、公差等级和游隙；2. 根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号， 或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命；第四章 纵向进给系统的数控化改造和设计已知条件：工作台重量： G=1500kgf=15000N 时间常数： T=30ms丝杠基本导程： P0 =10mm 行程： S=4000mm脉冲当量：0.01mm/step切削力： FZ=50KN步距角： =0.75/step 传动比：i=8空转快速进给：200r/min4.1 切削力的计算由实用机床设计手册知： 在一般切削时，Fx =（0.10,.2） FzFy =(0.150.7) Fz取：则： Fz =0.5 50000=25000NFx =0.5Fy =0.6则： Fz =0.6 50000=30000N4.2 滚珠丝杠的计算1. 螺纹滚道型面的选择：单圆弧型面、双圆弧型面。要求：经济、易调试、稳定。方案：选用双圆弧型面。原因：因为双圆弧型面接触角没有发生变化，双圆弧共同处的小空隙能够有一些污渍，这对于滚珠丝杠有利而不致堵塞。2. 滚珠循环方式：内循环、外循环。方案：选用外循环。原因：结构简单、工艺性优良、适合成批生产、经济实用、适用于重载荷传动、高速驱动及精密定位系统，是目前应用最广泛的结构。3.轴向间隙的一般选择有：垫片式、螺纹式、齿差式。要求：经济可靠、易拆装、刚度高。方案：选用双螺母垫片式预紧。原因：结构简单、装卸方便、刚度高。4.3 进给牵引力的计算由实用机床设计手册知：Fm =K Fx +f（ Fz +G）式中： Fx 切削分力（N）;K 颠覆力矩影响的实验系数，K=1.15；f滑动导轨摩擦系数，f=0.150.18，取 f=0.16；则：Fmax=1.15 25000+1.6（50000+15000）=39150NFmin=fG=0.16x15000=2400N4.4 额定动静载荷及使用寿命的计算（1） 平均载荷：F = 2 Fmax + Fmin =26900N=27445kgfe3平均回转数：Nm = n1 t1 + n2 t2=10 0.1+200 0.9=181r/min额定动载荷Ca = Fe fs =26900 1.2=3228N=3228kgf额定静载荷：Cao = Fmfs =39150 1.2=4698N=4698kgf动额定负荷Ca =5931kgf 静额定负载Cao =22528kgf（2） 寿命时间 Lh 的计算C31hL = a 106 Pe fw 60n3= 593111064.5 滚珠丝杠的验算 3228e 1.2 =330.57h60 1814.5.1 传动效率的计算由机械原理知：丝杠螺母副的传动效率h0 为：h0 =tan ytan( y +a)式中：a摩擦角 a= 10oy螺旋升角 y= 3o 25可得：htan 3o 25=o = tan(3o 25 +10o ) =0.953100%95.3%4.5.2 刚度验算滚珠丝杠在所做运动时受轴向力与转矩两个的作用，因此导程 P0 的变化，因钢珠丝杠受转矩时引起导程变化不是很大，因此忽略不计，则负载引起的导程变化量DP0 为：DP0= Fm P0EA河海大学文天学院本科毕业设计14式中：E材料弹性模量，E= 20.6 104 MPadA滚珠丝杠的截面积即 d=7.2cm，则 A= p42 =40.69 cm2P0 滚珠丝杠导程， P0=10cm 其中 “+”用于拉伸， “-”用于压缩时。DP0= Fm P0 =EA26900 120.6 106 40.69= 3.2110-5 cm钢珠丝杠受转矩导致它的导程DP0 很小，可忽略不计，则DP0 = P1 所以导程变形总误差DPS 为SDP = PS DPP00式中： DPS 纵向最大行程，由机床说明书知DPS =4000mm。于是：DPS= 4000 3.2110-5 = 128.4um10选 C5 级，由机床说明书知：丝杠纵向有效行程 4000m，且丝杠精度等级 C5 级，由下表有效行程u 内的目标行程公差ep 和行程变动量Vup 。表 4.1 精度等级精度等级C0C1C2C4C5有效螺纹的长度（mm)40005272140由上图可知：DPS =128.4140，则刚度是足够的。4.5.3 稳定性校核滚珠丝杠不失稳的条件：临界载荷 FK Fmax由于：FK =f p2 EIKL2K公式中： fK 丝杠支撑方式系数，通过机械零件手册得到， fK =2.0河海大学文天学院本科毕业设计E材料弹性模量，E= 20.6 106 Ncm2L丝杠两支撑轴距离，通过机械零件手册得到，L=1200mm K滚珠丝杠的静安全系数，取 K=1 4I截面惯性矩24其中：d=( d0 -1.2DW )I = p d 464上式中d0 滚珠丝杠的公称直径， d0 =80mm=8cm；DW 滚珠丝杠的滚珠直径， DW则：=6.350mm=0.6350cm；d=7.238cm I=134.66 cm2KF = 9.51054.5.4 滚珠丝杠的支撑结构形式滚珠丝杠支撑结构的形式可分为一端固定与一端自由式、 一端固定与一端游动式和两端固定式三种。图 4.1 一端固定一端自由第一种，一端固定一端自由式主要适用于结构简单的，丝杠的轴向刚度比两端低，丝杠的压杆稳定性相对比较低，丝杠受拉伸有些值和比较短的零件。图 4.2 一端固定一端游走第二种，一端固定一端游动式主要适用于螺母与两端支撑同轴，结构较复杂工艺困难，轴向刚度比两端低，压杆稳定性和临界转速比同长度的第一种高且较长的卧室安装丝杠。图 4.3 两端固定第三种，两端固定式主要适用于轴承无间隙，丝杠的轴向刚度是一端固定的4 倍，一般不受压固有频率较高，无稳定性问题，可以进行提前拉伸和对刚度和位移精度要求高的丝杠综上所述，可以选择两端固定式支撑形式。4.6 步进电机的计算和选择4.6.1 负载转矩及最大静转矩的计算根据能量守恒定理，电动机等效负载转矩可按以下估算：F P26980 10 10-3Tm = m 0 =2ph0hii2 3.14 0.966 0.98 8= 5.656Nm若不考虑起动时运动部件惯性的影响，则起动转矩为:取安全系数为 0.3， 则：Tq =T = Tmq0.3Tm0.3 0.5= 11.312Nm查实用机床设计手册 ，当步进电机为五相十拍时，选步进电机的起动转矩和最大转矩的关系可得：l= Tq Tj max= 0.951Tj max = 11.895Nm4.6.2 初选步进电机合理的选用步进电机是相当复杂的问题， 需要根据电机在所有系统中的真实工作情况，得到分析后于是才能做出正确的选择。根据实用机床设计手册由Tj max =11.895Nm 可初选 150BF002 型步进电机其最大静转矩 14Nm11.895Nm，基本满足了要求。4.6.3 转矩计算主要为了让步进电机能够正常的运动 、正常的启动而且满足对于转速这方面的要求，所以必须考虑在要求与在运行频率范围内，电动机的静载力矩与电动机的转动惯量（包含负载的转动惯量）引起的惯性矩之和应该小于电机运行力矩。表 4.2 行星减速器的选择根据上述所得数据，可以选 MF150s 行星减速器，经过查上表可知其转动惯量为：FJ= 3.09kg cm2查资料得到，MF150 行星减速器尺寸图如下：图 4.4 MF150 行星减速器尺寸1. 快速空载起动时所需转矩在明确电机最大静转矩时， 因对机床动态性能要求非常高，所以必须快速空载起动时所需转矩 T 的要求：T= Tamax + Tf +T0式中： Tamax 快速空载起动时所需的转矩（ N m）Tf 克服摩擦所需的转矩（ N m）T0 丝杠预紧的附加转矩（ N m ）由动力学可知：Tamax = JFe其中：e= pn30t，t 为时间常数，t=30ms=0.03sn = vmaxiP0其：Vmax 刀架快速移动最大值，取Vmax =2m/min=2000mm/min则：n = 2000 8 = 1600r/min10Tamax =1.725 N mTf =GfP02phhi= 0.505N m0 iT =F0 L002phhi0 i式中： F0 预紧载荷， 一般为最大轴向载荷的 1/3可得：F = 1 F=8967N03 m则：T =F0 L0=1.885 N m02phhi0 iT= Tamax + Tf + T0 =1.725 +0.505+1.885=4.115 N m2. 快速移动时所需转矩T = Tf + T0 =0.505+1.885=2.39 N m3. 最大切削负载时所需转矩 TT= T = Tf+ T0+ T1= Tf+ T0+ FX P02ph0i= 7.54N m比较得知：T 切 Tq T 快T 切 最大，所以以此作为校核初选。电动机依据初选为步进电机五相十拍:l= Tq Tj max= 0.951T= Tq =j maxl7.540.951= 7.928N m4步进电机的最高工作频率 fmaxf= 1000Vmax= 1000 2= 3333.33 Hzmax60p60 0.014.6.4 确定步进电机查表可知选择 150BF002 型步进电机，允许的最高空载频率为 8000Hz，允许最高空载频率 2800Hz，故升降速控制和高低压驱动电路成了必须采用的。表 4.3 150BF002 型步进电机相关数据型号相数额定电压/V静态电流/A步距角保持转
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