普通车床的数控化改造论文 - 图文(4)

攀枝花学院专科毕业论文(设计) 4具体的改造过程

静转矩 5N.m 空载起动频率 2200 空载运行频率 30000 ?转动惯量 40kg.cm2 重 量 4.5kg

图4.1 电机简图

3矩频特性：

?J? M?ka2?nmax?2=J (N?cm) ?10?60t由于：nmax =

vmax?b(r/min)

?p3602?vmax?b?2则： Mka=J?(N?cm) ?10360?60t??p式中：J?---传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg?cm2）;

Ε---电机最大角加速度（radnmax）；

s2---与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（r/min）；

T---运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s）； ；?p为脉冲当量（mm/脉冲）； vmax---运动部件最大快进速度（mm/min）

?b---初选步进电机的步距角[（o）步]，对于轴、轴承、齿轮、联轴器，丝

McD2杠等圆柱体的转动惯量计算公式为J=(kg?cm2),对于钢材，材料密度

8?33为7.8?10(kg?cm),则上式转化为J=0.78D4L?10?3(kg?cm2), 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。 a丝杠的转动惯量Js

Js=Js/i2，i为丝杠与电机轴之间的总传动比 由于 i=1

则: Js=0.78D4L?10?3

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=0.78(6.3)4170?10?3 =208.9(kg?cm2)

b工作台质量折算

L。）2M(kg?cm2),式中：L0为丝杠导程（cm）；M为工作台JG=（2?质量（kg）. 由于L0=1cm M=90kg

L。）2M 2?1 =(90 )2?2?3.14则 ：JG=（

=2.28(kg?cm2) 4一对齿轮传动

小齿轮装置在电机轴上转动惯量不用折算，为J1大齿轮转动惯量J2折算到电机轴上为

z12J2J=() 22z2i5两对齿轮传动

i2，二级分速比为i1?z2和i2?z4。于是，齿轮1的传动总速比i=i1?z1z3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到电机轴上，分别为J2(

z12z)和J3 (1)2。齿轮4的转动惯量要进行二次折算或以总z2z2速比折算为：

z32z12J4J=() () ?42z2z4 i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=1.5的转动惯量J45，其分度圆直径d=45?1.5=67.5mm S=27mm 则: J45=0.78?6.754?10?3=4.371 kg?cm2 n=40,m=1.5的转动惯量J40，其分度圆直径d=40?1.5=60mm S=27mm 则: J40=0.78?64?10?3=2.73kg?cm2

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n=30,m=1.5的转动惯量J30，其分度圆直径d=30?1.5=45mm S=27mm 则: J30=0.78?4.5

410?3=0.964 kg?cm2 ?n=45,m=1.5的转动惯量J45，其分度圆直径d=45?1.5=67.5mm S=30mm 则: J45=0.78?6.754?10?3=4.9538 kg?cm2 n=50,m=1.5的转动惯量J50，其分度圆直径d=50?1.5=75mm S=30mm 则: J50=0.78?7.54?10?3=7.548 kg?cm2 n=60,m=1.5的转动惯量J60，其分度圆直径d=60?1.5=90mm S=30mm 则: J60=0.78?94?10?3=15.66 kg?cm2 两输入输出轴的转动惯量为:

J输入=0.78?1.84?13?10?3=0.106 kg?cm2 ； L=130mm J输出=0.78?2.54?13?10?3=0.396 kg?cm2 ； L=130mm 查表得：JD=4 kg?cm2 综上可知：

J?=JD+JS+JG+J30+J40+J60+J50+2J45

=252.302 kg?cm2 又由于 V =1.46?1600 =2236mm/min

2?3.14?2336?0.36?2则：Mka=252.302?10=41.1N?cm ?360?60?1.5?0.016力矩的折算： 1）Mkf=空载摩擦力矩

Mkf

=

G?f'?L。

2??i式中：G为运动部件的总重力（N）；f'为导轨摩擦系数；i为齿轮传动降速比；?为传动系统总效率，一般取?=0.7~0.85；L0为滚珠丝杠的基本导程（cm）。

由于G=90?10=900N, f'=0.05, i=1, ?=0.85

90?10?0.05?1 kf2?3.14?0.85?1 =8.4N.cm

则M =

7M0附加摩擦力矩

M0=

FyjL。2??i(1-?20)

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，

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?0为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取?0≥0.9 得 Fyj=1/3Fm=1/3?1728.8=576.3N 又 L。=10mm ，?0=0.95

576.3?1则 M0=

2?3.14?0.95?1=96.6 N?cm 则 M由于Mkpkp =Mka+M?Mmpkf+M0=41.1+8.4+96.6=140 N?cm

=?Mjmax

则所选步进电机为五相十拍的 经表查得 ：λ=0.951 则 Mkp=1.67N.m??Mjmax=0.95?5=4.75 N?m

所以所选步进电机合乎要求

8据步进电机的矩频特性计算加减速时间校核的快速性 T=

(Jr?Jl)?(f0-fn)

57.3(Tcp?Tl)式中：T为加减速时间，Jr和Jl分别为转子，负载的转动惯量（kg?m2）

，Tcp,Tl为电机最大平均转矩，负载转矩（N?m） ?为电机得步距角（°）

f0,fn为起始加速时和加速终了时的频率（Hz）

由于

Jr=0.4?10 ?3kg?m2 Jl=0.0252 kg?m2 β=0.36°

Tcp=5 N?m Tl=1.67N?m f0=2200Hz fn=30000Hz

?3?3(0.4?10?25.2?10)?0.36? 则 T=(30000-2200)

57.3?(5?1.67) =1.2s<1.5s

所以选此步进电机能满足要求。

4.1.2 横向步进电机的选择

1步距角的确定

(?i?360)p? ?b?L0 L0=6mm i=1 ?p=0.005 ? ?b≤0.3 ?初选电机型号为:110BYG5602 具体参数如表4.3所示。

表4.3 110BYG5602电机具体参数

横向电机 110BYG5602 静转矩

步距角 0.3 空载起动频率 相数 5 空载运行频率 15

驱动电压 80V 转动惯量 电流 3A 重量

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16 N?m 2500 35000 ?15kg.cm2 16kg

图4.2 电机简图

2距频特性 力矩的折算

(1)空载摩擦力矩Mkf

Gf'L0 Mkf =

2??iG=60?10=600N f'=0.05 L0=6mm ?=0.8

60?10?0.05?0.6 kf6.28?0.8?1 =3.5(N?cm)

M? =

3附加摩擦力矩 M0

M0?FyjL02??i(1??) 0) (N?cm23433.6=1144.5N L0=6mm Fyj=1/3Fm=1/3?1144.5?0.6 M0 = ?6.28?0.95?1=115 N?cm 转动惯量的折算

4滚珠丝杠的转动惯量

Js=0.78D4L?10?3 ? D=4cm L=26cm

? Js=0.78D4L?10?3 =0.78(4)426?10?3

2 =5.19 (N?cm)

5工作台转动惯量

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