ca6140车床经济型数控改装的设计(编辑修改稿)

ca6140车床经济型数控改装的设计(编辑修改稿)内容摘要：

为螺钉直径 . （ 1） D=6 通盖尺寸，内加密封圈 d3 取 M4螺 钉 0D = 2D = 4D = d=与校核 滚珠丝杠用轴承的选型 选用型号 7602025TVP 的 60゜推力角接触轴承 轴径 d=25mm 外径 d=52mm 宽度 B=15mm 球径 Dw= 球数 Z=16 动载荷 Ca=22020N 静载荷 Coa=44000N 预加载荷 500N 极限转速 2600r/min 校核 大部分滚动轴承是由于疲劳点蚀而失效的。 轴承中任一元件出现疲劳步剥落扩展迹象前院运转的总转数或一定转速下的工作小时数称为轴承寿命（指的承寿命。 实际选择轴承时常以基本额定寿命为标准。 轴承的基本额定寿命是指 90%可靠度，常用材料和加工质量，常规运转条件下的寿命，以符号 L10(r)或 L10h(h)表示。 不同可靠度，特殊轴承性能和运转条件时其寿命可对基本额定寿命进行修正，称为修正额定寿命。 西安工业大学毕业设计（论文） 20 标准中规定将基本额定寿命一百万转（ 106 r）时轴承所能承受的恒定载荷取为基本额定动载荷 C。 也就是说，在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作 106 r 而不发生点蚀失效，其可靠度为 90%。 基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。 径向基本额定动载荷 Cr 对向心轴承（角接触轴承除外）是指径向载荷，对角接触轴承则是指引起轴承套圈间产生相对径向位移时的载荷径向分量。 对推力轴承，轴向基本额定动载荷 Ca 是指中心轴向载荷。 (1) 当量载荷 滚动轴承若同时承受径向和轴向联合载荷，为了计算轴承寿命时在相同条件下比较，需将实际工作载荷转化为当量动载荷。 在当量动载荷作用下，轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿命相同。 当量动载荷 P的计算公式是： P= raF yf （ 314） 表 轴承滚动当量动载荷计算的 X,Y值 双列轴承 Fa/Fr≤ e Fa/Fre Y X Y X Y 1 2 2 当量动载荷式中 Fr 为径向载荷， N； Fa 为轴向载荷， N； X， Y分别为径向动载荷系数和轴向动载荷系数，可由上表查出。 上表中， e 是一个判断系数，它是适用于各种 X,Y 系数值的 Fa/Fr 极限值。 试验证明，轴承 Fa/Fr≤ e 或 Fa/Fre 时其 X,Y 值是不同的。 单列向心轴承或角接触轴承当 Fa/Fr≤ e 时， Y=0,P=Fr,即轴向载荷对当量动载荷的影响可以不计。 深沟球轴承和角接触球轴承的 e 值随 Fa/Cor的增大而增大。 Fa/Cor 反映轴向载荷的相对大小，它通过接触角的变化而影响 e值。 西安工业大学毕业设计（论文） 21  =0176。 的圆柱滚子轴承与滚针轴承只能承受径向力，当量动载荷Pr=Fr。 而  =90176。 的推力轴承只能承受轴向力，其当量动载荷 Pa=Fa。 由于机械工作时常具有振动和冲击，为此，轴承的当量动载荷应按下式计算： P=fd(XFr+Yfa) 冲击载荷系数 fd由表 选取 表 ： 载荷性质 机器举例 fd 平稳运转或轻微冲击 电机，水泵，通风机，汽轮机 ~1.2 则： P = df  Fr = 5360 =6432N (2) 基本额定寿命 滚动轴承的寿命随载荷的增大而降低，寿命与载荷的关系曲线如图，其曲线方程为： P L10=常数 式中 ： P当量动载荷， N。 L10基本寿命，常以 106 r为单位（当寿命为一百转时， L10=1）。  寿命指数，球轴承  =3，滚子轴承  =10/3。 由手册查得的基本额定动载荷 C是以 L10=1，可靠度为 90%为依据的。 由此可列出当轴承的当量动载荷为 P 时以转数为单位的基本额定寿命L10为 C  1=P  L10 L10= )(PC 106 r 若轴承工作转速为 n r/min ,可求出以小时数为单位的基本额定寿命 L10h (313) 表 滚动轴承预期使用寿命的荐用值 使用条件 预期使用寿命 h 另外由于横向丝杠与纵向丝杠采用同一轴承，且载荷小于纵向，因此同理可验证其是合理的。 4 步进电机的选择 22 4 步进电机的选择 纵向步进电机的选择 确定系统的脉冲当量 脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控 机床加工精度的一个基本技术参数。 因此，脉冲当量应根据机床精度的要求来确定， CA6140 的定位精度为177。 ，因此选用的脉冲当量为 ~。 步距角的选择 根据步距角初步选步进电机型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角 θ b ，三种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。 步距角 θ b 及减速比 i 与脉冲当量 δ p 和丝杠导程 L0 有关。 初选电机型号时应合理选择 θ b及 i, 并满足： θ b ≤(δ p i 360)/L0 （ 41） 由上式可知： θ b ≤δ p i 360/L0 =360  1/10 =176。 初选电机型号为 :90BYG5502 具体参数如表 所示 ： 表 ： 纵向电机 步距角 相数 驱动电压 电流 90BYG5502 5 50V 3A 静转矩 空载起动频率 空载运行频率 转动惯量 重量 2200 ≥ 30000 40 西安工业大学毕业设计（论文） 23 图 41 电机简图 矩频特性： kaM =J =J tn60max2  102 () 由于： nmax=360maxp bv (r/min) 则： Mka=J  21060360 m a x2 pt bv () 式中： J 为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（ ）。 ε为电机最大角加速度（ rad/s2 ）。 nmax 为与运动部件最大快 进速度对应的电机最大转速（ r/min）。 t 为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（ s）。 vmax 为运动部件最大快进速度（ mm/min）。 δ p 为脉冲当量（ mm/脉冲）； θ b 为初选步进电机的步距角 [（ 186。 ）步 ]，对于轴、轴承、齿轮、联轴器，丝杠等圆柱体的转动惯量 计 算 公 式 为 J= 8 2McD ( 2 ), 对 于 钢 材 ， 材 料 密 度 为 103 ( ),则上式转化为 J= L 103 ( ),式中：Mc为圆柱体质量（ kg）。 D 为圆柱体直径（ cm）， JD为电动机转子转动惯量，可由资料查出。 (1)丝杠的转动惯量 Js 西安工业大学毕业设计（论文） 24 Js=Js/i2 ， i 为丝杠与电机轴之间的总传动 比 由于 i=1 则 : Js= L 103 =()4 170 103 =( ) (2)工作台质量折算 工作台是移动部件，其移动质量惯量折算到滚珠丝杠轴上的转动量 JG:JG=（ 2。 L ） 2 M( ),式中： L。 为丝杠导程（ cm）。 M 为工作台质量（ kg） .由于 L。 =1cm,M=90kg 则 ： JG=（ 2。 L ） 2 M = 2) 1(   90 =( ) 1）一对齿轮传动 小齿轮装置在电机轴上转动惯量不用折算，为 J2折算到电机轴上为22iJ=J2( 21zz )2 2）两对齿轮传动 传动总速比 i=i1 i2,二级分速比为 i1=z2/z1 和 i2=z4/，齿轮 1 的转动惯量为 J1,齿轮 2和 3 装在中间轴上，其转动惯量要分别折算到电机轴上，分别 为 J2( 21zz )2 和 J3( 21zz )2 .齿轮 4 的转动惯量要进行二次折算或以总速比折算为： 24iJ=J4( 21zz ) 2 ( 43zz ) 2 （ 42） 因此，可以得到这样的结论：在电机轴上的传动部件转动惯量不必折算，在其他轴上的传动部件转动惯量折算时除以该轴与电机轴之间的总传动比平方。 由于减速机构为一对齿轮传动，且第一级 i=1,则可分别求出各齿轮与轴的转动惯量如下： n=45,m= 的转动惯量 J45,其分度圆直径 d=45 = S=27mm 则 :J45=  103 = n=40,m= 的转动惯量 J40,其分度圆直径 d=40 =60mm S=27mm 则 :J40= 64  103 = 西安工业大学毕业设计（论文） 25 n=30,m= 的转动惯量 J30,其分度圆直径 d=30 =45mm S=27mm 则 :J30=  103 = n=45,m= J45,其分度圆直径 d=45 = S=30mm 则 :J45=  103 = n=50,m= 的转动惯量 J50,其分度圆直径 d=50 =75mm S=30mm 则 :J50=  103 = n=60,m= 的转动惯量 J60,其分度圆直径 d=60 =90mm S=30mm 则 :J60= 94  103 = 两输入输出轴的转动惯量为 : J 输入 =  13 103 =。 L=130mm J 输出 =  13 103 =。 L=130mm 查表得： JD=4 综上可知： J  =JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45 （ 43） = 又由于 V = 1600 =2236mm/min 则： Mka= 0    102 = (3)力矩的折算： 1） Mkf 空载摩擦力矩 Mkf= i2 39。 。 LfG  （ 44） 式中： G为运动部件的总重力（ N）； f180。 为导轨摩擦系数； i为齿轮传动降速比； η 为传动系统总效率，一般取 η =~； L。 为滚珠丝杠的基本导程（ cm）。 由于 G=90 10=900N, f=, i=1, η = 则 Mkf =   = 2） M。 附加摩擦力矩 西安工业大学毕业设计（论文） 26 MO=i2。 FyjL(1η。 2 ) （ 45） 式中： Fyj 为滚珠丝杠预加负载，即预紧力，一般取 1/3Fm。 Fm 为进 给牵引力（ N） , η。 为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取 η。 ≥ 得 Fyj=1/3Fm=1/3 = 又 L。 =10mm ， η = 则 M。 = 6   = 则 kqM = kaM + kfM +M。 =++=140 由于 kqM ≤ mqM =λ jmaxM 则所选步进电机为五相十拍的 经表查得 ： λ = 则 kqM =λ jmaxM = 5 = 所以所选步进电机合乎要求 T=)( )( TlTcpJlJr  (fnf0) （ 46） 式中： T 为加减速时间， Jr 和 Jl 分别为转子，负载的转动惯量（ ） β为电机得步距角（ 176。 ）， Tcp,Tl 为电机最大平均转矩，负载转矩（ ） f。 ,fn 为起始加速时，加速终了时的频率（ Hz） 由于 Jr= 10。