c6163纵向数控改造设计_毕业设计(编辑修改稿)

c6163纵向数控改造设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

快速空载起动转矩 M 在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下： ofa MMMM  m a x 式中 : M —— 快速空载起动转矩  cmN maxaM —— 空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩  cmN fM —— 折算到电机轴上的摩擦转矩  cmN oM —— 由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩 cmN 在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩  cmN 可用下式计算： 2m a x2m a xm a x 106021060   aa tnJnJJM  pbUn 360maxmax  式中 : J —— 传动系统折算到电机轴上的总等效 转动惯量  2cmkg  —— 电机最大角速度  2srad maxn —— 电机最大转速  minr maxU —— 运动部件最快速度  minmm p —— 脉冲当量  setpmm b —— 步进电机的步距角  18 at —— 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间(s)  mi m a xm a x rUn pb   起动加速时间 at =30(ms)  cmNtnJM aa   2m a xm a x  折算到电机轴上的摩擦转矩 fM iLFM oof 2      NGFfF zo 6 95 0 2 9  2512 ZZi 式中 : oF —— 导轨的摩擦力 (N) zF —— 垂 直方向的切削力 (N) G—— 运动部件的总重量 (N) f —— 导轨摩擦系数，取 f = i —— 齿轮降速比  —— 传动链总效率，一般可取  cmNiLFM oof  2  附加摩擦转矩 :  212 oopoo iLFM   式中 : poF —— 滚珠丝杆预加负荷，一般取 mF31 ， mF 为进给牵引力 (N) oL —— 滚珠丝杆导程 (cm) 19 o —— 滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取 o      cmNiLFMoopoo  212 22 上述三项合计 :  cmNMMMM ofa  a x ○ 2 快速移动时所需转矩 M  cmNMMM of  ○ 3 最大切削负载时所需要的转矩 M iLFMMMMMM oyoftof 2 式中 : tM —— 折算到电机轴上的切削负载转矩  cmNiLFM oyt   1 1 82  从上面计算看出 M 、 M 、 M 三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。 从表 322查出，当步进电机为五相十拍时为 a x  jq MM 则最大静转矩为 :  cmNMj  a x 从表 323 查出 150BFG2815 最大转矩为为 245 cmN ，大于所需最大静转矩，可以满足此项要求。 d) 校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性 前面已经计算出机床最大快移时，需步进电机的最高起动频率 kf 为,切削进给时所需步进电机运行频率 ef 为 从表 323 中查出 150BFG2815 型步进电机允许的最高空载起动频率为4000Hz，运行频率为 16000Hz，再从图 315， 316查出 150BFG2815 步进电机起 20 动矩频特性和运行矩频特性如图 3 所示 : 当快速运动和切削进给时， 150BFG2815 型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性可以满足要求。 纵向进给伺服系机械部分计算与校核 计算切削力 主切削力 F（ N） 按经验公式估算： DFZ  ZF — 走刀方向的切削分力 （ N） maxD — 车床身上加工最大直径 （ mm） maxD =630mm 1 . a x 6 3  DF Z =（ N） ZF ： XF ： YF =1： ： XF — 走刀方向的切削力 YF — 垂直走刀方向的切削力 21 XF = ZF  =(N) YF = ZF  =(N) 丝杆螺母副的计算和造型 (1) 计算进给牵引 力 纵向进给选为综合导轨。 参考表 — 2， — 3 两表〈〈机床设计手册 .3〉〉 查书《综合作业指导书》 P22 )(39。 GFfkfF Zxm  在正常情况下： k — 考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取 K= 39。 f — 滑动导轨磨擦系数 ～ G — 溜板及刀架重力查《综合作业指导书》表 1— 1，取 G =800N )(39。 GFfkfF Zxm  = + (+500)=(N) (2) 计算最大动负载 C C=3L wf mF L 10660nT n01000L vs 参考《机床设计手册 .3》 P185～ P210 选用滚珠丝杆导轨 式中： 0L — 滚珠丝杆导程。 初选 mmL 80  sv — 为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的 1/2～ 1/3 取 sv =1m/min 0T — 使用寿命（ h），对于数控机车取 =15000h wf — 运转系数，按一般运转取 ～ （查表 3— 14《综合作业指导》取 wf 为 L — 寿命以 610 转为 1 单位 22 n — 丝杆转速 r/min  01000L vn s 8 11000 125  1060 6nTL  610 1500012560 113 C= mwFfL3 = (3) 滚珠丝杆螺母副的选型 可采用 WD6008 外循环螺纹调整预紧的双螺母珠丝杆副， 1 列 圈，其额定功动负载为 18200（ N） ，精度等级按表《综合作业指导书》表 317 选为 3级。 (4) 传功效率计算：  = )tan(/tan rr 式中： r— 螺旋升角， WD6008 r= 39。 2530  — 磨擦角 取 10’ 滚动磨擦系数 ～ )10253t a n( )253t a n()t a n(t a n 39。 39。 0 39。 0   r r (5) 刚度验算 先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如 A 图所示，最大牵引力(N)。 支承 L=1500mm，丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷 1/3。 ① 丝杠的拉伸或压缩变形量 1 23 图 35 查《综合作业指导书》 图 34，根据 mF =(N), mmD 600  查出   105 可算出 1 = LL =(1051500)mm=10 2 mm 由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杆进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4倍。 其实际变形量 39。 1 (mm)为 39。 1 =1/4 1 =102/2=10 2mm ② 滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 查《综合作业指导 书》图 35， W系列 1 列 圈滚珠和螺纹滚道接触变形量 Q Q = 因进行预紧 2 =1/2 Q =1/2= ③ 支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形 3 采用 D8208 型推力球轴承， 1d =35mm,滚动体直径 Qd =,滚动体数量 24 Z=18, mmZdF Q mc 33 2222  注意此公式中单位应为 N 因施加预紧力 ，故 3 =1/2 c =1/2= 根据以上计算  = 3 ＋ 2 ＋ 1 =＋ ＋ =定位精度 因为查表达 11《综合作业指导书》定位精度为 177。 (6) 稳定性校核 滚珠丝杆两端采用推力球轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。 (7) 纵向滚珠丝杆副几何参数 表 3： WD6008 滚珠丝杆副几何参数 参数名称 符号 关系式 WD6008 公称直径 0d 60 25 螺 纹 滚 道 导 程 0L 8 接触角  3 钢球直径 qd 9 滚道法面半径 R dR  4 偏心距 e s in2   pdRe 30 螺纹升角 r r= dL00arctan 39。 2530 螺 杆 外 径 d d = 0d (～ ) qd 内 径 1d 1d = 0d ＋ 2e － 2R 78 接触直径 2d 2d = 0d － qd Cos 34 螺 母 螺纹直径 D D = 0d － 2e ＋ 2R 22 内 径 1D 1D = 0d ＋ ( ～) qd 938 齿轮传动比计算 已知纵向进给脉冲当量 =,滚珠丝杆导程 0L =8mm， 初选步进电 26 动机步距角 ，可计算出传动比 i ： i =0360Lbp p －脉冲当量（ mm/step） 0L －滚珠丝杆的基本导程（ mm） b －步进电机的步距角 i =0360Lbp =  =3/8 因为可进定齿轮齿数为 i = 1Z / 2Z =24/64 1Z =24 ， 2Z =64 根据《机械设计》，又因进给给运动齿轮受力不大，模数 m取 2， 则有关参数如下表所示 (见表 4)： 表 4：传动齿轮几何参数 齿 数 Z 24 64 分度圆 d=m  Z 48 128 齿顶圆 ad =d ＋ 2m 52 132 齿根圆 fd = d －2 齿 宽 (6～ 10) m 20 20 中心距 A =( 1d ＋2d )/2 88 27 进电机的计算和选型 (1)初选步进电机 ① 计算步进电机负载转矩 mT mT = b mpF236 p －脉冲当量（ mm/step）取 p =mF －进给牵引力（ N）取 mF = b －步距角，初选双拍制为  －电机－丝杆的传动效率，为齿轮、轴承、丝杆效率之积，分别为 、 和。 mT = bmpF236 8 22 9 3 3 8 1 7   N.cm ② 算步进电机启动转矩 根据负 载转矩除以 mT 一定的安全系数来估算步进电机启动转矩 qT qT = mT /～ 一般纵向进给伺服系统的安全系数取 ～ qT = mT /=③ 计算最大静扭矩 查《综合作业指导书》表 322，如取五相十拍，则  =maxjqTT = maxjT = qT /=○ 4 计算步进电机运行的频率和最高起动频率 kf 28 efp。