CA6140车床纵向系统设计说明书.doc
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目录
摘要及关键词············································································3
正文·······························································································4
前言部分·······················································································4
本论部分·······················································································5
第1章绪论····················································································5
1.1机床机电一体化改造总体方案的设计··············································5
1.2开环伺服进给系统机械部分设计····················································5
第2章机床机电一体化改造总体方案的设计·······························6
2.1课程设计任务书············································································6
2.2总体方案设计···············································································7
第3章开环伺服进给系统机械部分设计·······································9
3.1确定系统脉冲当量·········································································9
3.2计算切削力···················································································9
3.3滚珠丝杠螺母副的计算选型（纵向进给丝杠）·····································9
3.4齿轮传动比计算···········································································14
3.5步进电动机的计算和选型······························································14
第4章机械传动机构的调整和结构的简要说明··························19
4.1丝杠进给速度的调节···································································19
4.2轴向的预紧力的调整及定位··························································19
结论部分······················································································19
设计体会····················································································20
参考文献····················································································21
摘要及关键词
【摘要】
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。
但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。
我国作为机床大国，拥有大量的普通机床。
因此，对普通机床数控化改造不失为一种较好的选择。
【关键词】
机电一体化开环控制纵向进给系统设计滚珠丝杠螺母副步进电动机
正文
前言部分
计算机技术和先进制造技术的发展，推动了机械加工在各方面的变革和进步。
典型的数控机床已成为现代加工器械的鲜明代表。
考虑到企业的生产效率和投入成本，普通车床的数控化改造将是一个极为有意义的课题。
普通车床数控改造的设计是机电一体化系统课程设计的主要内容。
作为机械设计制造及其自动化专业的学生，这次设计是本人在学习完“机电一体化系统设计”、“数控机床”等专业课程之后进行的一个重要的实践性教学环节。
通过综合运用所学的机械、电子、自动控制、微机等知识，进行一次机电结合的全面训练，以培养独立分析问题，解决问题和进行机电一体化系统初步设计的能力。
此设计过程为期三个星期，在赵洪兵的指导下，本人将对普通车床进行开环控制纵向进给的改造。
由于学生水平有限，在设计乃至计算过程中难免会有一些错误，望各位老师及同学指点赐教。
不胜感激。
计算及说明
结果
本论部分
第1章绪论
1.1机床机电一体化改造总体方案的设计
1.1.1课程设计任务书
（1）题目
（2）原始数据
（3）主要技术参数
（4）课程设计的内容及要求
1.1.2总体方案设计
（1）系统的运动方式的确定
（2）伺服系统的选择
（3）执行机构传动方式的确定
（4）数控系统的选择
1.2开环伺服进给系统机械部分设计
1.2.1确定系统脉冲当量
1.2.2计算切削力
1.2.3滚珠丝杠螺母副的计算选型（纵向进给丝杠）
（1）计算进给牵引力
（2）计算最大动负载
（3）滚珠丝杠螺母副的选型
（4）传动效率计算
（5）刚度计算
（6）稳定性校核
计算及说明
结果
1.2.4齿轮传动比计算
1.2.5步进电动机的计算和选型
（1）等效转动惯量的计算
（2）电机力矩计算
（3）计算步进电动机空载起动频率和切削时的工作频率
1.2.6设计绘制伺服进给系统机械装配图
第2章机床机电一体化改造总体方案的设计
计算及说明
结果
案
结果
选用8031单片机
计算及说明
结果
第3章开环伺服进给系统机械部分设计
3.1确定系统脉冲当量
根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：
0.01mm/步，横向0.005mm/步。
3.2计算切削力
确定切削力（纵车外圆）：
主切削力按经验公式估算：
按切削力各分力比例：
取：
3.3滚珠丝杠螺母副的计算选型（纵向进给丝杠）
3.3.1计算进给牵引力
纵向进给为综合型导轨
式中——考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取；
——滑动导轨摩擦系数：
——溜板及刀架重力：
3.3.2计算最大动负载
计算及说明
结果
式中——滚珠丝杠导程，初选；
——最大切削力下的进给速度，可取最大进给速度的（），此处取；
——使用寿命，按；
——运转系数，按一般运转取；
——寿命，以转为1单位。
3.3.3滚珠丝杠螺母副的选型
查阅附录A表A-2，可采用外循环螺纹调整浴巾的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载为164000N，进度等级按表4-6选为3级（大致相当于老标准E级）。
3.3.4传动效率计算
式中——螺旋升角，，
——摩擦角，取，滚动摩擦系数
计算及说明
结果
3.3.5刚度计算
先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如图3-1所示。
最大牵引力为2530N，支承间距，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的。
图3-1纵向进给系统计算简图
（1）丝杠的拉伸或压缩变形量
查《课程设计指导书》P17，图4-2，根据
，查出，可算出
由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。
其实际变形量为：
（2）滚珠与螺纹滚道间接触变形
查《课程设计指导书》P18图4-3，W系列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量，因进行预紧，。
计算及说明
结果
（3）支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形
采用51107（旧代号为8107）型推力球轴承，，滚动体直径，滚动体数量z=18。
注：
此公式中的单位应为kgf。
因施加预紧力，故
据以上计算：
3.3.6稳定性校核
滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象，不需要作稳定性校核。
3.3.7纵向滚珠丝杠副的几何参数，如下表3-1。
表3-1滚珠丝杠的几何参数
名称
符号
参数
螺纹滚道
公称直径
40
导程
6
接触角
钢球直径（mm）
3.969
滚道法面半径
2.064
偏心距
0.056
螺纹升角
螺杆
螺杆外径
39
螺杆内径
35.984
螺杆接触直径
36.0355
螺母
螺母螺纹直径
44.016
螺母内径
40.7938
计算及说明
结果
3.4齿轮传动比计算
已取得纵向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程，初选步进电动机步距角。
可计算出传动比
可选定齿轮齿数为：
故，取，模数取2.5。
有关参数表3-2。
表3-2传动齿轮的几何参数
齿轮编号
齿数
32
32
24
分度圆
80
80
60
齿顶圆
85
85
60
齿根圆
73.75
73.75
53.75
齿宽
20
20
15
中心距
80
70
3.5步进电动机的计算和选型
3.5.1等效转动惯量计算
计算简图见图3-1，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下式计算：
计算及说明
结果
式中——步进电机转子转动惯量
、——齿轮、的转动惯量
——滚珠丝杠转动惯量。
参考同类型机床，初选反应式步进电机，其转子惯量
式中、——齿轮、的分度圆直径；
、——齿轮、的齿宽。
代入上式：
考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。
基本满足惯量匹配的要求。
计算及说明
结果
3.5.2电机力矩计算
机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：
（1）快速空载起动力矩
在快速空载起
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