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1、CA6140車床縱向進給數(shù)控化改造 目錄 目錄 設計內(nèi)容與要求 設計參數(shù) 一、 淺談數(shù)控改造的目的與意義 二、 總體方案的設計 三、 進給伺服系統(tǒng)機械部分設計與計算 3.1 進給系統(tǒng)機械結構改造設計 3.2 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當量 3.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號擇雨核步驟 3.2.3 縱向滾珠絲杠的校核 3.3 齒輪的有關計算 3.4 繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖 四、步進電動機的計算與選擇 4.1 步進電動機選用的基本原則 4.2 步進電動機的 五、結論與發(fā)展 設計內(nèi)容與要求

2、具體設計內(nèi)容： 一、 淺談數(shù)控改造的目的與意義 二、 總體方案的設計 （一） 伺服系統(tǒng)的擬定：1、伺服系統(tǒng)的選擇 2、縱向進給機構的改造 （二）總體方案的確定（附總體方法裝配圖） 三、縱向進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算------計算縱向進給伺服系統(tǒng) 1、確定系統(tǒng)的脈沖當量 2、計算切削力 3、進行滾珠絲杠螺母副設計，計算，選型。 4、齒輪的傳動計算 5、步進電動機的計算與選用 設計參數(shù)： 主軸電動機功率7.5KW 主軸最高轉(zhuǎn)數(shù)1400r/min最低轉(zhuǎn)數(shù)10r/min 縱向進給量0.028~1

3、.68mm/r 快速移動速度4.2m/min 加工最大長度1400mm 刀架最大縱向行程1500mm 大托板 小托板及刀架總重量155KG=1550N 縱向定位精度±0.015 重復定位精度±0.01 絲杠導程10mm 一、淺談數(shù)控改造的目的與意義 數(shù)控機床與普通機床相比，增加了功能，提高了性能，簡化了結構。較好的解決形狀復雜、精密。小批量及形狀多變零件的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應用越來越廣泛，但是數(shù)控的應用也受到其他條件限制：（1）數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；（2）目前，歌企業(yè)都有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床替

4、代更換基本不可能，而且替代下的機床往往閑置起來又會造成浪費；（3）在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；（4）通用數(shù)控機床對某一類具體生產(chǎn)項目有多余功能。 要較好的解決上述問題，應走通用機床數(shù)控改造之路。普通機床的改造就是在普通機床上增加微機數(shù)控裝置，使器具有一定的自動化能力，以現(xiàn)實額定的加工工藝目標。這一工作早就在20世紀60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務。目前國外已經(jīng)發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看，機床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機床經(jīng)過數(shù)控化改造，其中小企業(yè)則達74%。在美國也有許多數(shù)控專業(yè)化

5、公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務。中國是擁有300多萬臺機床的國家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機床，自動化程度低。要想在近幾年用自動化和精密設備更新現(xiàn)有機床，無論是資金還是中國機床制造廠的能力都辦不到的，因此，普通機床數(shù)控化改造大有可為，它適合中國的經(jīng)濟水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已經(jīng)為中國設備技術改造的主要方向之一。 機床數(shù)控化改造的優(yōu)點：（1）改造閑置設備，能發(fā)揮機床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機床的使用價值，可以提高固有資產(chǎn)的使用效率；（2）適應多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動化程度提高、專業(yè)性強、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造經(jīng)費

6、低、經(jīng)濟性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可以滿足生產(chǎn)急需。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。 普通車床（如C616，C618，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機床。普通機床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動。進給參數(shù)要靠手工預先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進行操作。刀架的縱向進給運動和橫向進給運動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。 對數(shù)控車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改為用微機控制的、能獨立運行的進給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預先輸入的加工指令進

7、行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和道具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進給聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實現(xiàn)多工序自動車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應小批量多種復雜零件的加工。 二、總體方案的設計 總體方法設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。 （1） 普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能夠暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2） 車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降

8、低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電動機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3） 根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中，MCS-51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選MCS-51系列單片機擴展系統(tǒng)。 （4） 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還有包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)儲存器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)的信息的顯示器，包括電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應有包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路

9、。 （5） 設計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6） 縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。 （7） 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間的機構。 （8） 采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。 總體方案設計圖 進給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖 三、進給伺服系統(tǒng)機械部分設計與計算 3.1進給系統(tǒng)機械結構改造設計 進給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱總成絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠

10、絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車尾座端原來裝軸承座的部分。 3.2進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當量、計算切削力滾珠絲杠螺母副的設計、計算與選型、齒輪傳動計算、步進電機的計算和選型等。 3.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當量 脈沖當量是指一個進給脈沖使機床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量，它是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本參數(shù)。因此，脈沖當量應根據(jù)機床精度的要求來確定。對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用的脈沖當量為0.01mm/step和0.005mm/step，在CA6140的技術參數(shù)中，要求縱向脈沖當量fp為0.01mm/step。橫向脈沖當量fp為0

11、.005mm/step。 3.2.2縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號選擇與校核步驟 （1）最大工作荷載計算 滾珠絲杠的工作載荷Fm（N）是指滾珠絲杠副驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進給牽引力。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動體重力和作用在導軌上的其他切削分力相關的摩擦力。 由于原普通CA6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌к墸瑒t用公式Fm=KFL+F`(Fv+G)計算工作載荷的大小。 1） 車削抗力分析 最大切削功率Pq=7.5×0.8=6KW 主運動系統(tǒng)總效率一般為0.7~0.85取0.8 切削功率應在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削

12、速度來計算。即P 主切削力fc=Pq×10^(-3)/v=3600N 最大切削速度，按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛體的速度V=100m/min 在一般外圓車削時Fz=（0.1~0.55）Fc，F(xiàn)x=(0.15~0.65)Fc 取Fz---縱向切削分力 Fx---橫向切削分力 因此，最大工作載荷Fm=KFz+f`(Fz+G)=1.15×2088+0.16×（1728+900）=2821.7N 取f`=0.16，W---移動部件的重量N 2） 滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速的計算 最大切削力下的進給速度Vs（r/min）可取最高進給速度的1/2~1/3取1/2，縱向最大進給速度為0.6m/min，

13、絲杠導程Pn=10mm，則滾珠鋼絲平均轉(zhuǎn)速N=1000VS/Pn=30r/min 3) 計算載荷Fc的計算 Fc=Kf*Kh*Ka*Fm=1.2×1×1×2821.7=3386.04N Kf---載荷系數(shù) Kh---硬質(zhì)系數(shù) Ka---精度系數(shù) Fc---計算載荷 載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn) 一般運轉(zhuǎn) 有沖擊和振動運轉(zhuǎn) Kf 1.0-2.0 1.2-1.5 1.5-2.5 硬質(zhì)系數(shù) 滑到實HRC際硬度 ≥58 55 50 45 Kh 1 1.11 1.56 2.4 精度系數(shù) 精度 C,D E,

14、F G H Ka 1 1.1 1.25 1.43 3） 計算額定動載荷Ca` Ca`=Fc =3600 =10647N 假定每天開機6小時，每年300個工作日，工作8年以上 Lh=6×300×8=14400h 4） 根據(jù)Ca`值從滾珠絲杠副系列中選所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額定動載荷Ca`值等于或者大于Ca`，并列出其主要參數(shù)值。 5） 數(shù)據(jù)Do=60mm P=10mm R=0.52do=30.96mm λ=3°2′ do=5.953mm D1=Do+2e-2R=60+2×0.707（R-do/2）-2R=53.81mm 另外例

15、如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式---滾珠接觸面上的塑形變形。 初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡易經(jīng)濟改造，所以采用外循環(huán)。 因此初選滾珠絲杠的型號為CD63×8—3.5—E形，主要參數(shù)為Dw=4.763mm Lo=8mm dm=63mm λ=2°19′，圈數(shù)×列數(shù)3.5×1 （3）縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為η=tgλ/tg(λ+φ)=tg3°2′/tg(3°2′+10′)=94.6% 2）剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導程發(fā)生變化，從而影

16、響其定位精度和運動平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。 1絲杠的拉壓變形量δ1 δ1=(F*P)/(E*A)=(Fm*P)/(E*d^2π)=(4×2821.7×10×10^3)(/206×10^9×π×0.0538^2)=6.062×10^-2um 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2 M=Fm*Do*tg(λ+φ)/2=2812.7×60×tg(3°2′+10′)/2=4732.7N/mm=4.73N/m δ2=(P* φ)/2π=(P^2*

17、M)/（2π*G*Jc）=(16P^2*M)/( π^2Gdl^4)=(16×10×4.73×10)/（π^284.2×10^5×0.0538^4）=1.11×10^-6cm=1.11×10^-2um s絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=6.026×10^-2+1.11×10^-2=7.136×10^-2um 查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm，故所選絲杠合格。 3）壓桿穩(wěn)定性驗算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷為Fk Fk=fz^2EI/L^2 E為絲杠材料彈性模量，對剛E=20.6×1

18、0^4Mpa I為截面慣性距，對絲杠圓截面I=πdl^4/64mm^2(dl為絲杠的低經(jīng)) L為絲杠的最大工作長度mm fz為絲杠的支承方式系數(shù)表3-1 方式 兩端端自由 一端固定一端自由 兩端固定 兩端簡支 Fz 0.25 2 4 1 由Fk=fzπ^2EI/L^2 且fz=2.0 E=20.6×10^4Mpa I=πdl^4/64mm^4 L=2800mm為絲杠長度，由于I=πdl^4/64=π(63-5.953)^4/64=519414mm Fk=2×3.14^2×20.6×10^4×519614/2800^2=276276

19、 Nk=276276/1875=149》4 所以絲杠穩(wěn) 3.2.4齒輪的有關計算 （1）有關齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關計算 1）有關齒輪計算，由前面的條件可知： 工作臺重量：W=900N(根據(jù)圖紙粗略計算) 滾珠絲杠的導程：Lo=10mm 步距角：α=0.75°/step 脈沖當量：δp=0.01mm/step 快速進給速度：Vmax=6m/min 所以，變數(shù)箱內(nèi)齒輪的傳動比i=Z2/Z=αlo/360° δp=0.75×10/(360°×0.01)=2.1 a． 選擇齒輪材料及確定極限應力 無特殊要求，為制造方便，采用軟齒面。小齒輪采用45號剛調(diào)質(zhì)，硬度為23

20、0HBS—250HBS;大齒輪采用45號剛正火，硬質(zhì)為170HBS—220HBS。 有表查的δHlim1=560Mpa δHlim2=530Mpa δFlim1=210Mpa δFlim2=190Mpa b．齒輪的有關參數(shù)選取如下：Z1=25 Z2=50 模數(shù)m=2mm 齒輪b=20mm 壓力角α=20° 齒輪的直徑 d1=mz1=2×25=50mm d2=mz2=2×50=100mm dα1=d1+2h*=54mm dα2=d2+2h*=104mm

21、 c.兩齒輪的中心距 a=(d1+d2)/2=79mm 表1得，齒輪系數(shù)YH1=2.65 YH2=2.35 表2得，應力修正系數(shù)YS1=1.59 YS2=1.71 表3得，彎曲疲憊安全系數(shù)SF=1.3 轉(zhuǎn)距 T=9.55×10^6p/n=9.55×10^6×7.5/1000=71625n.mm 載荷系數(shù) K=1.1 表1 Z 17 18 19 20 22 25 28 30 35 40 45 50 60 80 YF 2.97 2.91 2.85 2.81 2.75 2.65 2.58 2.54 2.47 2

22、.41 2.37 2.35 2.3 2.25 表2 Z 17 18 19 20 22 25 28 30 35 40 45 50 60 80 100 Y 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.7 1.7 1.7 1.8 S 3 4 5 6 8 9 1 3 5 7 9 1 3 7 0 表3 安全系數(shù) 軟齒面（≤350HBS) 硬齒面（≥350HBS) 滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪和重要齒輪 SH 1.0-1.1 1.1-1

23、.2 1.3 SF 1.3-1.4 1.4-1.6 1.6-2.2 D．校核齒根的彎曲強度 《δf》1=YN1*δFLim1/Sf=210/1.3=162Mpa 《δf》2=YN2*δFLim2/Sf=190/1.3=146Mpa 故齒輪彎曲強度校核合格 e．驗算齒輪的圓周速度 V=πd1n1/(60×1000)=（3.14×50×1000/(60×1000）=2.6m/s 由表可知，選取該齒輪傳動為8級精度 2）轉(zhuǎn)動慣量計算： 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 Js=(180δp/πφ)^2w=180×0.01/(3.14×0

24、.75)=4.67N.cm^2 絲杠的傳動慣量 Jt=7.8×10^-4D^2L=7.8×10^-4×3.2^4×169.7=13.879kgf.cm^2=13.879N.cm^2 齒輪的傳動慣量 Jz1=7.8×10^-4×7.2^4×2.2=4.611kgf.cm^2=46.11N.cm^2 Jz2=7.8×10^-4×9^4×2.2=11.258kgf.cm^2=112.58N.cm^2 電動機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略不計 因此，總的轉(zhuǎn)動慣量 J=(Jt+Jz2)/i^2+Jz1+Js=(13.879+11.258)/1.25^2+4.61

25、1+0.467=21.345kg.cm^2=213.45N.cm^2 3)所需轉(zhuǎn)動力矩計算： 快速空載啟動時所需力矩 M=Mamxa+Mf+Mo 最大切削負載時所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt 快速進給時所需力矩 M= Mf+Mo 式中: Mamxa---空載啟動時折算到電機軸上的附加摩擦力矩， Mf---折算到電機軸的摩擦力矩 Mo---由到絲杠預緊引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩 Mat---切削時折算的電機軸上的加速度力矩 Mt---折算到電機軸上的切削負載力矩

26、 Ma=Jn/9.6T×10^-4N.m 當n=n max時， Ma max=Ma n max=v max i/p=2000×1.25÷6=416.7r/min Ma max=21.345×416.7÷（9.6×0.025）×10^-4=3.706N/m=37.06kgf.cm N=n t時，Ma=Mat nt=nfi/p=(1000vfi/πD）/P=1000×100×0.3×1.25÷（3.14×100×6）=19.9r/min Mat=44.767×19.9÷（9.6×0.025）×10^-4=0.3712N.m=3.172kgf.cm Mf=FoP/

27、2πηi=f`wp/2πηi 當η（0.7~0.85）取η=0.75 f`=0.17時 Mf=0.17×90×0.6÷（2×3.14×0.75×1.25）=1.559kgf.cm=15.59N/cm Mo=p^op(1-η^o^2)/2πηi 當η^o=0.9時預加載荷p^o=Ff/3，則： Mo= FfP(1-η^o^2)/ 2πηi=176.25×0.6×（1-0.9^2）÷（6×3.14×0.75×1.25）=1.137kgf.cm=11.37N.cm Mt= FfP/2πηi=176.25×0.6÷（2×3.14×0.7×1.25）=17.961kgf.cm=17.961

28、N.cm 所以，快速空載啟動所需力矩 M=Ma max+Mf+Mo=37.06+1.137+1.155=39.352kgf.cm=393.52N.cm 切削時所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt=3.721+1.559+1.137+17.96=24.377kgf.cm=24.377N.cm 由以上分析計算可知： 所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時 Mmax=39.352kgf.cm=393.52N.cm 4）繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副和步進電機的計算選型，完成齒輪傳動比計算后可以著手繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖。 在繪制機械裝配圖時，除了從總體上

29、考慮機床布局情況以及伺服進給機構與原機床的聯(lián)系外，還應認真的考慮與具體結構設計有關的一些問題。 1） 了解原機床的詳細結構，從有關資料中查閱床身、縱溜板、橫流板、刀架等的結構尺寸。 2） 根據(jù)載荷特點和支承形式確定絲杠兩端支承軸承型號，軸承座的結構以及軸承預緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸承支承軸承的型號。 3） 減速齒輪的參與和結構尺寸計算，確定齒輪側隙的調(diào)整方式，在滿足裝配工藝的前提下，合理設計齒輪箱的結構。 4） 考慮各部位間的定位、連接和調(diào)整方法。例如，應保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機床導軌平行，考慮螺母座，軸承座在安裝面上的連接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進電

30、機在齒輪箱上的連接于定位等。 5） 考慮密封、保護、潤滑以及安全機構等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵、防鐵屑保護、軸承的潤滑以及密封、齒輪的潤滑及密封、行程限位保護裝置等。 6） 在進行各零部件結構設計時，應注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。 此外，注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如，繪圖標準、試圖布局以及圖形畫法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標準、重要配合的標注、裝配技術要求、標題欄要求等。 四、步進電動機的計算與選型 4.1步進電動機選用的基本原則 合理選用步進電動機是比較復雜的問題，需要根據(jù)電動機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況

31、，經(jīng)過分析后才能正確選擇。現(xiàn)僅就選用步進電動機最基本的原則介紹 如下： 4.1.1步距角α 步距角應滿足α≤αmin/i 式中，i---傳動比 αmin---系統(tǒng)對步進電動機所驅(qū)動部件要求的最小轉(zhuǎn)角 4．1.2精度 步進電動機的精度可以用步距誤差或累計誤差衡量，累計誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過比較實用，所選用的步進電動機應滿足： △θm---步進電動機的累計誤差 （△θs）---系統(tǒng)對步進電動機驅(qū)動部分允許的角度誤差 4.1.2轉(zhuǎn)矩 為了使步進電動機能正常運轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件 a． 啟動力矩。一般選

32、取為 Mq≥MLo/0.3~0.5 式中，Mq---電動機啟動力矩 MLo---電動機靜負載力矩 根據(jù)步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（4）所示，表中M JM為步進電動機的最大靜載矩，是步進電動機技術數(shù)據(jù)中給出的。 運行 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 方式 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg/Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.897 0.951 0.866 0.866 表（4）步進電動機相數(shù)、拍數(shù)啟動力矩表 由于步進電動機的啟動頻率

33、隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此，相應負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應滿足： Ft≥（f op）m 式中，f---極限啟動頻率 （f op）m---要求步進電動機最高啟動頻率 4.2步進電動機的選擇 4.2.1CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq=MLo/0.4=123.339÷0.4=308.35N.cm 為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表得: Mq/Mjm=0.866 所以步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm=Mq/0.866=308.35÷0.866=356.06N.cm 步進電動機最高工作頻率： F max=v

34、max/60δp=2000÷（60×0.01）=3333.3Hz 綜合考慮，查步進電動機技術數(shù)據(jù)表選用90BF002型直流電動機，能滿足使用要求。 五、結論與展望 將CA6140普通車床數(shù)控化改造后，首先要對改造前的CA6140普通車床進行經(jīng)濟分析，論證改造的必要性，然后進行相關技術的可行性研究，其次結合市場調(diào)研，確定改造方案，確定性能和精度指標。 （1） 拆卸車床，對主傳動系統(tǒng)進行大修，對車床相關部件和參數(shù)進行繪制、測量，為CA6140普通車床數(shù)控化改造提供原始數(shù)據(jù)。 （2） 根據(jù)切削力理論，進行進給系統(tǒng)的設計與計算，選擇合適的滾珠絲杠螺母副、步進電機的型號，設計具有強度、

35、剛度和穩(wěn)定性較好的支承形式。 （3） 根據(jù)選擇的數(shù)控系統(tǒng)裝置系統(tǒng)，結合CA6140普通車床電氣控制系統(tǒng)，設計出既經(jīng)濟又實用的電氣控制系統(tǒng)。 （4） 根據(jù)改造的經(jīng)濟和精度指標，選擇性價比較優(yōu)數(shù)控裝置系統(tǒng)，為同類改造提供了參考依據(jù)。 （5） 利用現(xiàn)代光學等測試技術，檢測調(diào)整的安裝水平，通過不斷調(diào)試達到精度要求。CA6140普通車床數(shù)控化改造后的加工精度比改造前高。 CA6140普通車床數(shù)控化改造后，手動快速進給為手動運動的10%~150%倍，車床最小單位為0.001mm。除了實現(xiàn)圓弧、斜線、螺紋加工、自動換刀等功能，也減少了輔助加工的時間、降低了對工人技術等級的要求，還留有通信（網(wǎng)絡）接口，不但可以離線編程加工，還可以實現(xiàn)多臺車床聯(lián)網(wǎng)形成網(wǎng)絡化，構成CIMS系統(tǒng)，實現(xiàn)高速、較高精度、較高效率、自動化、智能化加工等。