普通车床的数控化改造设计.

1、普通车床的数控化改造设计摘要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CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。由于切削参数，切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量，多品种复杂零件的加工。本设计主要对横向进给系统的数控改造，其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨，把螺纹丝杠改成滚珠丝杠，一把的异步电动机改成伺服电动机（步进电

2、动机） ，最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。关键词 ：进给伺服系统，回转刀架，滚珠丝杠，导轨前 言1第1章横向进给传动链的设计计算 61.1 主切削力及其切削分力的计算 61.2 导轨摩擦力的计算 61.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 71.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 71.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 7第2章 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 92.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷 匕的校验 92.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 nc的校验102.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 10第3章计算机械传动

3、系统的刚度 113.1 计算机械传动系统的刚度 113.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度你.错误！未定义书签。第4章 驱动电动机的选型与计算 134.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 134.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 144.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩Tap错误！未定义书签。4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩154.5 选择驱动电动机的型号 16第5章机械传动系统的动态分析 185.1 计算丝杆一工作台纵向振动系统的最低固有频率与c错误！未定义书签5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率6nt错误！未定义书签。第6章机械传动系统的误差计算与分析 186.

4、1 计算机械传动系统的反向死区错误！未定义书签。6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差。错误！未定义书签6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 19第7章 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 197.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级207.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号20结 论 20谢辞 22参考文献23前言数控技术是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术，是发展最快的工业技术之一，以制造过程为对象，以信息技术为手段，以数字坐标方式对运动部件进行位置控制为主要特征，为单件小批量生产的自动化开辟了可行的技术途径。它是运用高新技术对传统产业进行改进和提升的。以

5、信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，将在一定程度上取决于数控机床的进步。由于数控机床具有加工精度高，生产效率高，对要加工的工件的适应性强，具有良好的经济效益，自动化程度高，工人劳动强度低等优点而被国内外广泛应用。最早采用数字控制技术进行机械加工的思想，是20 世纪 40 年代提出的。 1952 年，美国麻省理工学院成功的研制出一套三坐标联动数控铣床，1959 年由美国克耐.杜列克公司发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。 1960 年，出现了小规模的集成电路，使数控系统的可靠性得到进一步的提高，数控发展到第三代。1967 年，英国首先出现了FMS柔性制造系统。1974

6、年，美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床，多年来得到飞速发展和广泛的应用，这就是第五代数控MNC 。 20 世纪 80 年代，国际上又出现了柔性制造单元FMC。而在我国，从1958 年开始到20 世纪 60 年代中期处于研制开发时期。1965 年，国内开始研制晶体管数控系统。70 年代初研制成功X53K-1G 立式数控铣床，CJK-18 数控系统和数控非圆齿轮插齿机。80 年代，我国从日本 FANUC 公司引进5、 7、 3 等系列的数控系统和直流伺服电机、直流主轴电机技术，以及从美、德等国引进了一些新技术。1995 年我国数控机床品种有了新的发展，品种增多，规格齐全。现在

7、，我国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。2004 年，我过机床工具行业产品销售收入1032 亿元，大约是2000 年 507 亿元的 2.3 倍，平均年增长23%，其发展远高于机床工具全行业的平均发展速度。而机床产量从“九五”计划末期的几千台，增长到 2001 年的 17521 台， 2002 年的 24803 台， 2003 年的 36813台， 2004 年的 51861 台。机床品种也从“九五”期间的 128 种增长到1500多种。国产数控机床大部分达到了国际90 年代初期或中期水平。 “十五”期间，我国在高端数控机床关键技术研究方面取得了重大突破。目前数控机床在我国国民经济的各

8、行业发挥着越来越重要的作用，数控机床已经成为企业技术改造的首先设备之一。我过也已成为数控机床的生产大国、消费大国和进口大国。国民经济的各个行业需要大量数控机床的开发人才和应用人才。虽然我国数控技术取得了巨大发展，但与世界最先进的技术水平还有一定的差距。国外数控机床发展很快，呈现出高速、高效、高精度高、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化和环保化发展的趋势，我国数控技术的发展与世界的差距主要体现在以下几个方面：1，在技术水平上，国外对加工中心的研究已经转向高速、精密、多轴、复合、智能和环保等技术的研究。而我国加工中心的总体技术水平与国外同类产品的先进水平相比大约落后10-15 年

9、，在“高、精、尖 ”技术水平方面则更大。2，在产品结构上，高端市场（即高速、精密、多轴、复合加工中心市场）基本上被美国、日本和欧洲发达工业国家所垄断，国内开发的五轴联动数控机床、复合加工中心、高速加工中心等产品，虽然已经投入使用，但多数产品与商品化尚有一段距离，而且在技术水平上和性能参数上与欧、美、日等地的产品还有较大差距。低端市场（即普及型数控机床市场）受到周边的日本、韩国和我国台湾地区产品的冲击较大，形成激烈竞争。多年来，国产数控机床产量小、进口产品量大的局面一直存在。3，产品开发能力上，国内生产企业缺乏对产品竞争前数控技术的深入研究和开发，特别是对加工中心应用领域的拓展力度不强，集中体现

10、在：产品开发能力较弱，对产品标准规范的研究、制定滞后，技术创新能力不强。导致开发出的产品技术先进性不明显，市场针对性不强，缺乏市场竞争力。4，产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小。从总体上看，加工中心还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及配套能力较低；产品质量不高，主要体现在可靠性不高，商品化程度不足，关键功能部件没有自己配套的主渠道；数控系统的推广应用还不够等等。对于这些问题，首先国家政策要支持数控机床产业化基地建设；二是加强功能部件的开发制造能力；三是提高高档数控机床开发能力。同时，现如今的主要任务有以下四点：1 ，加快开发高档数控机床品种，缩短与世界先进水平的差距，提升我国机床

11、工具行业的整体水平，对市场急需的高档数控机床品种，要集中力量，重点突破，加大科技投入，加强基础研究与开发研究，提高原始创新和集成创新能力，掌握一批高档数控关键产品开发的核心技术，推出一批高档数控机床品种，满足重点用户急需，精心培育高档数控机床市场。2，积极促进功能部件产业化，培育一批功能部件的龙头企业，加大政策支持力度，重点开发高档数控系统、高速主轴单元、精密滚动功能部件、动力刀架、精密转台、高速导轨防护装置等高水平的功能部件，加快产业化进程，培育国产品牌，实现功能部件与数控机床的同步发展。3，进一步发展普及型数控机床，我国普及型数控机床技术已经成熟，产业化迫在眉睫，急需进一步提高可靠性和质量

12、，及时供应市场，提高产业集中度，实现稳定、可靠、快速的满足市场，以提高制造能力和生产集中度为重点，支持骨干企业快速发展。4，努力提高国产数控机床市场占有率是今年来的重中之重，要从质量、可靠性、服务等方面入手，创品牌、扩市场、挡进口、争出口。现在我国工科院校基本上都开设了数控课程，学生在课堂上学习了数控技术的基本内容后，对数控机床的基本原理、基本结构和有关知识都有了基本了解。如何把我们所学的理论知识加以巩固和应用，做到理论联系实际，正是本课题的重点训练内容和目的，通过本课题的研究可以培养我们的实际应用能力和创新能力，而我们设计的主要内容有以下几点1 ，加强数控机床结构设计的模块化训练。任何一类机

13、床都是由若干基础件、标准件、功能部件和数控系统组成。通过实施数控机床结构设计的模块化训练， 可以进一步理解数控机床的工作原理、组成部分和机床整机布局形式，帮助学生建立数控机床的整体概念和各功能模块在数控机床中的作用。2加强数控机床功能部件的选型与设计计算的训练。数控机床是由各种功能部件、数控系统的集成和创新，能否正确选用这些功能部件与整台数控机床的设计是否成功有很大关系。而这些功能部件的选择又与力学分析和大量的工程计算分不开。通过实施数控机床功能部件的选型与设计计算的训练，可以有效促进理论联系实际，巩固课堂上学到的知识并加以应用，必将取得事半功倍的效果。3， 加强数控机床的整机设计中应该把握的

14、主要问题的训练。包括整机布局形式，导轨形式的选择及支撑件的结构设计，滚珠丝杠螺母副及其支承方式的选择，主传动系统的选择及其设计，还有数控系统与其辅助装置的选择与设计等等。关键是以下几个方面：（ 1 ）在给定条件下采用什么洋的整机布局形式来保证机床具有足够的整机刚度，使机床具有较好的动态特性，以获得较高的精度。（ 2）机床采用什么样的导轨形式来减小阻尼，使机床移动部件的导轨摩擦力尽量小，在获得机床移动部件具有较高灵敏度的同时也提高坐标轴的定位精度。（ 3）机床设计时采用什么样的结构形式，包括功能部件和数控系统的选择，来保证机床工作时具有较高的可靠性。（ 4）采用什么样的技术措施来使机床具有较高的

15、技术指标，如定位精度、主轴转速、机床移动部件的快速移动速度等等。通过对学生实施数控机床的整机设计中应该把握的主要问题的训练，可以使学生在课程设计中体会到数控机床具有较高的加工精度和效率的原因，同时也体会到CNC 装置的最小设定单位，数控机床是怎样在设计中体现的，以培养学生的整机和部件设计能力。本课题的技术要求为：1. 总体方案设计总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式，伺服系统的类型，计算机（ CNC 装置）以及传动方式的选择等。（ 1） ） 数控系统的选择。普通车床数控化改造后应具有定位，快速进给，直线插补，圆弧插补，暂停，循环加工和螺纹加工等功能，因此普通车床数控化改造所选用的数控系统应

16、为连续控制系统。目前，市场上适用于普通车床数控化改造的数控系统较多，如西门子公司的SIEMENS802S 型系统， 华中数控公司的 “世纪星” 21/22 型系统、广州数控公司的980T 型系统等等。这主要取决于加工精度的要求（ 3） 功能部件的选择这主要是滚珠丝杆及其支承方式的选择、电动回转刀架的选择等等。（ 4） 结构设计和电气设计这主要是纵向进给传动系统、横向进给传动系统的设计和机床导轨的维护，一般采用贴塑导轨以减小摩擦力。机床电气设计包括机床原理图设计和 PLC 梯形图设计等等在上述方案的基础上，若条件允许，可以进一步对普通车床的主传动系统进行改造，以实现车床主传动系统的自动调速与控制

17、，使加工过程实现全自动化。2. 设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和车床拟实施数控化改造所需要的参数。对C6140 型车床的改造来说，设计参数如下。最大加工直径：在床面上，400mm ；在床鞍上，210mm。最大加工长度：1000mm快速进给：横向，1.2m/min最大切削进给速度：横向，0.3m/min溜板及刀架重力：横向，600N主电动机功率:7.5kw定位精度：± 0.015mm/100mm启动加速时间：30ms实施方案进给系统数控化改造的主要部位有：挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板、刀架等。现拟定以下改造方案。挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲编码器。进给箱部

18、分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操纵杠（ “三杠” ）拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支承安装在车床尾座端原来装轴承的部位。溜板箱部分：全部拆除，在原处安装滚珠丝杆的螺母座，丝杠螺母固定在其上。在该处还可以安装部分的操作按钮。横溜板部分：将原横溜板中的滚珠丝杠、螺母拆除，在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副，横向进给步进电动机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。刀架部分：拆除原刀架，在该处安装自动回转四方刀架总成。第1章 横向进给传动链的设计计算1.1 主切削力及其切削分力的计算1.1.1 计算主切削力Fz已知机床主电动机的额定功率%

19、为7.5kw,最大工件直径 D=400mm ,主轴计算转速 n=120r/min,在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率，刀具的 切削速度为V=二 Dn _603.14 400 10 8560=1.78m/s取机床的机械效率为 0.8,则由U (2-6)得P 3 , 10 8 7 531.78Fz = 103 4=-103=3370.79N1.1.2 计算各切削分力走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力Fy可由4(2-4)求出：Fx=0.25Fz=0.25 3370.79=842.7NFy =0.4Fz=0.4 3370.79=1348.32N主切削力Fz、走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀

20、方向的切削分力Fy如下页图所示1.2 导轨摩擦力的计算1.2.1由式141 (2-8a)计算在切削状态下的导轨摩擦力Fp .此时，导轨受到的垂向切削分力 Fv =Fz=3370.79N,横向切削分力 Fc = Fx =842.7N,移动部 件的全部重量(包括机床夹具和工件的质量 )W=600N,查表【4】2-3得鳗条紧 固力fg=2000N ,取导轨动摩擦系数 以=0.15 ,则F .!=N(W fg Fv Fc)=0.15(600+2000+3370.79+842.7)=1022.02N1.2.2按式【4(2-9a)计算在不切削状态下的导轨摩擦力F卬和F0Fr=N (W+fg)=0.15 父

21、(600+2000) =390NFo = % (W+fg )=0.2 x (600+2000) =520N1.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力1.3.1 按式14 (2-10a)计算最大轴向负载力FamaxFamax=Fy F j=1348.32+1022.02=2370.34N1.3.2 按式【4(2-10b)计算最小轴向负载力FaminFamin = F0=390N1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数取步进电动机的步距角a =1.5° ,滚珠丝杠的基本导程 L0=6mm,进给传动链的脉冲当量6P =0.005mm/脉冲，则由式 14(2-69)得i= 口 L。=1.5-6

22、=5- 360 ：360 0.005 - p按最小惯量条件，从图b】2-42和图14】2-43中查得该减速器可 以采用2级传动，传动比可以分别取i1=2, i2 =2.5。根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为z1 =20, z2 =40, z3 =20, z4 =50，模数 m=2 ,齿宽b=20mm1.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算1.5.1 按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷Cam已知数控机床的预期工作时间Lh=15000h ,滚珠丝杠的当量动载荷Fm =Famax=2370.34N ,查表 2-28 得，载荷系数 fw=1.3;查表412-29,初步选择滚珠丝杠的精度等级为

23、3级精度，取精度系数fa=1;查表42-30得,可靠性系数fc=1。取滚珠丝杠的当量动载荷nm=nmax (该转速为最大切削进进给速度vm a用的转速)，已知vmax =0.3m/min,滚珠丝杠的基本导程Lo =6mm ,贝U nmax幽巫= 1000 0.3=50r/minL0由式14 (2-19)得FfCam= 3 60nmLh100fa fc=3 605015000 2370.34 1.3 =10960.36N100 1 11.5.2按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径的d2m1、根据定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形已知本车床纵向进给系统的定位精度为15 Nm ,重

24、复定位精度为16 Nm则由式 4 (2-23)、式 fa (2-24)得、ma"(l)16=5.33、8m 3 2"max11、 八一，1-)15=3 3.75m54取以上结果的较小值，即、，=3-加2、估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底径d 2 m滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承的距离为L=行程+安全行程+2父余程+螺母长度+支承长度(1.2 -1.4)行程 + (25-30) Lo取 L=1.3 200+30 6=460mm由式U (2-25)得d 2m 至 0.078' 'max=0.078 父 J52

25、0；460 =22.02mm3、初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据以上计算所得的L。、Cam、d2m和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的FFZL型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副，型号为FFZL4006-3 ,其公称直径d。、基本导程L。、额定动载荷Ca和螺纹底径d?如下:d0=32mm, L0 =6mmCa=11700N Cam =10960.36 N故满足要求。1-2所示图1-2普通车床数控化改造计算简图将以上计算结果用于该部件的装配图设计，其计算简图如下图第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验2.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷Fc的校验已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径d2=28.9mm

26、,由图14】4-5可知滚珠丝 杠螺母副的最大受压长度L1 =313mm ,丝杠水平安装，取K1=1/3，查表 412-44得 心=2,则由式42-35得44_d5128.9455Fc=K1K2= 105=2 F 105 =4.7469 105 NL1233132本车床纵向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为 Famax =2370.34 N,远小于其临界压缩载荷Fc的值，故满足要求2.2滚珠丝杠螺母副临界转速nc的校验由图414-5得滚珠丝杠螺母副临界转速的计算长度L2 =337 mm,其弹性模量 E=2.1 M 105MPa ,密度P=2x7.8x10,N /mm3 ,重力加速度 g3

27、 . 2g=9.8 10 mm/s滚珠丝杠的最小惯性矩为I=d24=314 28.94=34224.81 mm46464滚珠丝杠的最小截面积为.二 2 3.14 -2一A= d22=28.92 =655.63 N4 4取K1 =0.8,由表1412-44得九= 3.927,则由式l4】2-36得60 2 百 60 3.927221 105 34224.81 9.8 103nc K12=0.822：L22 ：A 2 3.14 3372 ；1 7.8 10655.63=38518r/min本纵向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为133r/min ,远小于其临界转速，故满足要求。2.3滚珠丝杠螺

28、母副的额定寿命的校验查附录 以以表A-3得额定滚珠丝杠的额定动载荷Ca =11.7M103N ,已知其轴向载荷 Fa = Famax =2370.34 N ,滚珠丝杠的转速 n= nmax = 50r / min ,运转条 件系数fw =1.2,则由式 4 (2-37), (2-38)得, Ca 361 1700367L= (一)3 106 =()3 106 -6.96 107rFa fw2370.34 1.2L60n6.96 10760 50= 23199h本车床数控化改造后，滚珠丝杠螺母副的总工作寿命Lh =23199 > 15000h ,故满足要求。第3章计算机械传动系统的刚度3.

29、1 计算机械传动系统的刚度3.1.1 计算滚珠丝杠的拉压刚度Ks本机床纵向进给传动链的丝杠支承方式为一端固定，一端游动。丝杠的拉压刚度Ks可按式【4(2-42)计算已知滚珠丝杠的弹性模量E=2.1父105 MPa ,滚珠丝杠的底径 d2 =28.9mm ,当滚珠丝杠的螺母中心至固定端支承中心的距离a= Ly = 313mm时，滚珠丝杠螺母副具有最小拉压刚度Ksmin ,根据式【4(2-43a)得smin二d22E二一2 104Ly_2_53.14 28.92 2.1 1054 313=439.89N /m当a= Lj =113时，滚珠丝杠螺母副具有最大拉压刚度Ksmax ,根据式4 (2-43

30、b)得Ks max7：d22EJ3 104=1219.55 N /m4Lj3.1.2 计算滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度Kb已知滚动体直径dQ=5.953mm,滚动体个数 Z=15 ,轴承的最大轴向工作载荷 FBmax =Famax =2370.34N,则由表412-45, 2-46 得Kb =2 1.95 3 dQZ2FBmax =3.9 146.97 = 573.2N/m3.1.3 计算滚珠丝杠与滚道的接触刚度Kc查附录A表A-3得滚珠与滚道的接触刚度K=413N Am ,滚珠丝杠的额定动载荷Ca =11700 N ,已知滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷 Famax =2370.34N ,则由

31、式 141 (2-46b)得F 1,Kc =K(3aL)3 =413 1.423= 587.84J / mc0.1Caa3.1.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度K由式U (2-47a)得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为maxs maxKbKc11219.55111 =234573.2 587.84故 Kmax=234 N/m由式【4】(2-47b)得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为11111 =175Kmin KsminKbKc 439.89 573.2 587.84故 Kmin =175 N /m3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K®由图1414-5得扭矩作用点之间的距

32、离L2=387mm,已知滚珠丝杠的剪切模量G=8.1 x104MPa,滚珠丝杠的底径d2 = 28.9mm,则由式14J2-48得=14326.66N.m/radI,二 d24G 3.14 (28.9 10)4 8.1 104 106K = =332L232 387 10，第4章驱动电动机的选型与计算4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量4.1.1 计算滚珠丝杠的转动惯量Jr已知滚珠丝杠的密度P = 7.8M10"kg/cm3 ,则由式14(2-63)得nJr0.78 血1=0.783 1 04( 2. 0140 2. 5 43 6 2. 01 2. 5 )j 12=1.38 kg.

33、cmm= 61.22 kg ,丝杠轴每转4.1.2 计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量 已知机床纵向进给系统执行部件的总质量圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=0.6cm ,则由式【4（2-65）得JL=m()2= 61.22 (果）2=0.56 kg .cm4.1.3 计算各齿轮的转动惯量jz1=jz3=0.78 10，44 2 =0.4kg.cm2，_二_4_.2Jz2 =0.78 1082 = 6.4kg .cmJz4 =0.78 10，104 2 =15.6kg.cm24.1.4 由式14】2-66计算加在电动机轴上总负载转动惯量Jd1111jd =Jz1 (Jz2 - Jz3)

34、/(Jz4 Jr JL) =0.46.8(15.6 1.38 0.56)i1i4252=2.8 kg .cm4.2计算折算到电动机轴上的负载力矩4.2.1 计算折算到电动机轴上的切削负载力矩Tc已知在切削状态下的轴向负载力Fa = Famax=2370. 3M丝杠每转一圈，机床执行部件轴向移动的距离L=6mm=0.006m ,进给传动系统的传动比i=5,进给传动系统的总效率n=0.85,则由式fa （2-54）得FaL2370.34 0.0062 3.14 0.85 5= 0.53N.m4.2.2 计算折算到电动机轴上的摩擦负载力矩T1已知在不切削状态下的轴向负载力F%=390N,则由式14（

35、2-55）得F 0L _390 0.0062 二 i 2 3.14 0.85 5-0.0884.2.3 计算由滚珠丝杠预紧力Fp产生的并折算到电动机轴上的附加负载力矩Tf已知滚珠丝杠螺母副的效率=0.94,滚珠丝杠螺母副的预紧力Fp为_1_1一FFamax2370.34 =790.11 Np 3 amax3则由式4 (2-56)得FPL02、790.11 0.0062、TfP-0 (1 - 02) =(1 -0.942)=0.0212二 i2 3.14 0.85 54.2.4 计算折算到电动机轴上的负载力矩T的计算1、 空载时，由式14 ( 2-57a)得TKJ =Tj Tf =0.088 0

36、.021 =0.112、 切削时，由式 4 2-57b得Tgj =Tc Tf -0.53 0.021 =0.554.3计算折算到电动机轴上的加速力矩Tap根据以上计算结果和表141A-5,初选130BF001型反应式步进电动机，其转动惯量Jm =4.6 kg .cm2 ；而进给传动系统的负载惯量 Jd = 2.8kg .cm2 ；取 加速时间ta =0.05s。当机床执行部件以最快速度v=1200mm/min运动时电动机的最高转速是1200,.nmax = 5 =1000r/min6由式fa (2-59)得2 二 nmax2 3.14 5 1000.Tap =(Jm Jd)7.4 = 79.0

37、3kgf .cm = 7.74N .mp 60 980ta60 980 0.054.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩4.4.1 按式14(2-61)计算空载启动力矩TqTq=Tap+ (“+Tf) =7.74+0.088+0.021=7.85N.m4.4.2 按式 4 (2-57a)计算快进力矩 TkjTkj =Tj+Tf =0.11N.m4.4.3 按式（2-57b）计算工进力矩 TgjTGJ =Tc+Tf =0.55N.m4.5 选择驱动电动机的型号4.5.1 选择驱动电动机的型号根据以上计算和表I41A-5,选择国产 130BF001型反应式步进电动机为驱动电动机，其

38、主要技术参数如下：相数， 5;步距角，0.75 0 / 1.5;最 大静转矩，9.31N.m ;转动惯量，4.6kg.cm2,最高空载启动频率， 3000Hz; 运行频率，16000Hz;分配方式，无相十拍；质量， 9.2kg4.5.2 确定最大静转矩 Ts由表U12-48给出的机械传动系统空载起动力矩Tq与所需的步进电动机的最大静转矩Tsi的关系可得T =0.951 则 Ts1=385 =8.25 N.mTs10.951 0.951机械传动系统空载启动力矩Tq与所需的步进电动机的最大静转矩Ts2的关系为Ts2 =TGJ ="5 =1.83N.m0.30.3取Ts1和Ts2中的较大者

39、为所需要步进电动机的最大静转矩Ts ,即Ts =8. 2 5J m本电动机的最大静转矩为9.31N.m ,大于Ts =8.25N.m ,可以在规定的时间里正常启动，故满足要求。4.5.3 验算惯量匹配为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量JL与伺服电动机的转动惯量Jm之比一般满足式 【4(2-67),即Jd0.25 d _1Jm因为J± = 28 =0.61可0.25,1,故满足惯量匹配要求Jm 4.6第5章 机械传动系统的动态分析5.1计算丝杆一工作台纵向振动系统的最低固有频率Mc滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度Ko = Kmin =175x106N/m,机床执行部件

40、的质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为m, ms,滚珠丝杠螺母副1.和机床执仃部件的等效质重为md=m+gms,已知m=61.22kg ,则2ms =- 3.22 58.5 7,8 1 0 = 3.67kg1 'nc175 106 62.44md =m+ - ms =61,22+1.22=62.44kg= 1670rad /s5.2计算扭转振动系统的最低固有频率Ont折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为Js=Ji=(4.6 2.8) =5kg. cm2 =0.0037 kg .cm2已知滚珠丝杠的扭转刚度Ks = K = 14326.66N.m/ rad，则Ks _ 14326.66J

41、s -' 0.0037= 1967.8rad /s由以上计算可知，丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率%c =1 67 0ad s、扭转振动系统的最低固有频率* =1967.8rad / s ,都比较高，一般按6n =300rad/s的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。第6章机械传动系统的误差计算与分析6.1计算机械传动系统的反向死区已知机械传动系统的综合拉压刚度的最小值轨的静摩擦力F0 =520N，由式(2-52)得.：=2、=0 103 = 5206- 103 = 5.94 1 0，mmKmin175 10即A=5.94Nm<7Nm ,故满足要求Kmin =175m

42、106N /mm ,导6.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差由式14 (2-53)得'max k maxmax -Fo(Kmin131)103 =520 (6Kmax175 106=0.749 10 3 mm=5 m故满足要求6.3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差6.3.1计算由扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量已知负载力 T= Tkj =0.11N m=110N mm,由图44-5得扭矩作用点之 间的距离 L2=387mm ,丝杠底径 d2=28.9mm,则由式 以(2-49)得2 TL22 110 387二-7.21 10”7.21 10= 0.00449d228.9

43、6.3.2由该扭转变形量e引起的轴向移动滞后量a将影响工作台的定位精度，由式U! (2-50 )得、=L0 二=6 0.00449 = 0.000073mm =0.07m 360360第7章确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号7.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级本进给传动系统采用开环控制系统，应满足下列要求：V300P +ep £0.8父(定位精度&max 7)=0.8(70 -1.266 -0.051) =0.8 (40 -0.749 -0.07) =31.34mep +5 M0.8x(定位精度 ©max 6)=31.34 Nm取滚珠丝杠螺母副的精度等级为3级，查表2-20得V300p =12 Nm；当螺纹 长