发布时间 : 星期六 文章c6140普通卧式车床数控化改造之横向进给系统轴设计更新完毕开始阅读
（6-5）
2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2由式（4-13）可知，Teq2包括三部分：折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt、移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tt、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0.T0相对于Tt和 很小,可以忽略不计.则有:
Teq2?Tt?Tf
(6-6)
其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩T1由式{4-14}计算。本设计中在对滚珠丝杠进行计算的时候，已知进给方向的最大工作载荷F1=.,则有：
T1=
FfPh2??i?935.69?0.006N·m?1.06N·m
2??0.7?1.2再由式{4-10}计算承受最大工作负载{Fe=}情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：
T1???FC?G?Ph0.16??2673.4?1300??0.006?N·m?0.72N·m
2??i2??0.7?1.2Teq2?Tt?Tf?1.78N·m （6-7）
最后由式{6-6}，求的最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩： 经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩：
m Teq?maxTeq1,Teq2?2.82N·{3}步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机采用的开环控制，当电网电压降低时其输出转
矩会下降，可能造成丢歩，甚至堵转。因此，根据Teq来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本设计中取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：
m?11.28N·m (6-8) Tjmax?4Teq?4?2.82N· 对于前面预选的130BYG5501型步进电动机，由表可知，其最大静转Tjmax= 20N· m,可见完全满足
式（6-8）的要求。
（4）步进电动机的性能校核
1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定横向最快工进速度vmaxf=800mm/min,脉冲当量δ=0.01mm/脉冲，由式（4-16）求出电机对应的运行频率fmaxf=800/(60×Hz≈1333Hz。从130BYG5501的运行矩频特性图6-4可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf≈17N·m,远远大于最大工作负载转矩Teq2=·m,满足要求。
2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定横向最快空载移动速度vmax=6000mm/min,仿照式（4-16）求出电机对应的运行频率fmaxf=6000/(60×Hz=10000Hz。从图6-4查得，在此频率下，电动机的输出转矩Tmax= N·m,大于快速空载起动时的负载转矩Teq1=·m,满足要求。
3）最快空载移动时电动机运行频率校核 最快空载移动速度Vmax=6000mm/min, 对应电动机的运行频率?max=10000Hz。查表可知130BYG5501的极限运行频率为20000Hz,可见没有超出上限。
4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq=57.55kg.cm,电动机转子自身的转动惯量
??Jm=33kg.cm,查表可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载起动频率?q=1800Hz。则由式（4-17）可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率为：
fL?fq1?JeqJm?1087Hz
上式说明，要想保证步进电动机起动时不失歩，任何时候的起动频率都必须小于1087Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选的很低，通常只有100Hz（即100脉冲、s）。
综上所述，本设计中横向进给系统选用130BYG5501步进电动机，可以满足设计要求。 6.同步带传递功率的校核
分两种工作情况，分别进行校核。
（1）快速空载起动 电动机从静止到加速至nm=1200/min,由式（6-5）可知，同步带传递的负载转矩Teq1=传递的功率为P=nmTeq1/=1200×≈
(2) 最大工作负载、最快工作速度 由式（6-7）可知，带需要传递的最大工作负载转矩Teq2 =，任务书给定最快工进速度Vmaxf=800mm/min,对应电动机转速nmaxf=(Vmaxf/〥z) a/360=160r/min. 传递的功率为P=nmaxfTeq2/=160×≈.
可见，两种情况下同步带传递的负载功率均小于带的额定功率。因此，选择的同步带功率合格。
五、绘制进给传动机构的装配图
在完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动机的计算、选型后，就可以着手绘制进给传动机构的装配图了。在绘制装配图时，需要考虑以下问题：
1) 了解原车床的详细结构，从有关资料中查阅床身、床鞍、中滑板、刀架等的结构尺寸。 2) 根据载荷特点和支承形式，确定丝杠两端轴承的型号、轴承座的结构，以及轴承的预
紧和调节方式。
3) 考虑各部件之间的定位、连接和调整方式。例如：应保证丝杠两端支承与螺母座同轴，
保证丝杠与机床导轨平行，考虑螺母座、支承座在安装面上的连接与定位，同步带减速箱的安装与定位，同步带的张紧力调节，步进电动机的联接与定位等。
4) 考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。例如：丝杠螺母的润滑、防尘防铁屑保
护、轴承的润滑及密封、行程限位保护装置等。
5) 在进行各零部件设计时，应注意装配的工艺学，考虑装配的顺序，保证安装、调试和
拆卸的方便。
6) 注意绘制装配图时的一些基本要求。例如：制图标准，视图布置及图形画法要求，重
要的中心距、中心高、联系尺寸和轮廓尺寸的标注，重要配合尺寸的标注，装配技术要求、标题栏等。
横向进给传动机制的装配图，如后插页的图6-2
六、控制系统硬件电路设计
根据人任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能： 1）接收键盘数据，控制LED显示; 2）接收控制面板的开关与按钮信号; 3）接收车床限位开关信号; 4）接收螺纹编码器信号；
5）接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号；
6）控制X、Z向步进电动机的驱动器； 7）控制主轴的正转、反转与停止；
8）控制多速电动机，实现主轴有级变速； 9）控制交流变频器，实现主轴无级变速； 10）控制切削液泵起动/停止； 11）控制电动卡盘的夹紧与松开； 12）控制电动刀架的自动选刀； 13）与PC机的串行通信。
图6-5为控制系统的原理框图。CPU选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52；由于AT89S52本身资源有限，所以扩展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片SRAM芯片6264用作数据存储器，存放用户程序；键盘与LED显示采用8279来管理；输入/输出口的扩展选用了并行接口8255芯片，一些进/出的信号均做了隔离放大；模拟电压的输出借助与DAC0832；与PC机的串行通信经过MAX233芯片。如下图所示：
复合电路 CPU AT89S52 单片机 并行 接口 芯片 8255 隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大X向步进电动机 Z向步进电动机 刀架电动机 主轴电动机 卡盘电动机 切削液泵电动机 刀架刀位信号 限位开关信号 晶振电路 EPROM 芯片 W27C51SRAM 芯片 6264 键盘与 显示口芯 片8279 D/A转换芯 片DAC0832 串行接口 螺纹光栅信号 芯片 MAX233 操作面板开关/按钮信号 交流变频器 主轴电动机