C6163型车床的经济型数控改造设计
表4：传动齿轮几何参数
齿 数 分度圆 齿顶圆 齿根圆 齿 宽 中心距 Z 24 48 52 46.5 20 88 64 128 132 126.5 20 d=m?Z da =d＋2m df=d－2?1.25 (6～10) m A=(d1＋d2)/2 3.3.4 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Tm
Tm=
36?pFm2??b?
?p－脉冲当量（mm/step）取 ?p=0.01mm/step
Fm－进给牵引力（N）取 Fm=2175.94N
?b －步距角，初选双拍制为0.750
?－电机－丝杆的传动效率，为齿轮、轴承、丝杆效率之积，分别为0.98、0.99、0.99
和0.94。
Tm=
36?pFm2??b? ?36?0.01?2175.94783.338??182.36N.cm
2?3.14?0.75?0.98?0.99?0.99?0.944.295② 算步进电机启动转矩
根据负载转矩除以Tm一定的安全系数来估算步进电机启动转矩Tq
Tq=Tm/0.3～0.5
一般纵向进给伺服系统的安全系数取0.3～0.4
Tq= Tm/0.4=182.36/0.4=455.9N.mm
③ 计算最大静扭矩
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查《综合作业指导书》表3-22，如取五相十拍，则?=
TqTjmax=0.951
Tjma=xTq/0.951=455.9/0.951=479.39N.mm
4 计算步进电机运行的频率和最高起动频率fk ○
fe?1000vs1000?1?1666.7HZ =
60?0.0160?p=
fk
1000vmax1000?2??3333HZ
60?p60?0.01式中：vs－最大切削进给速度m/min , vs=1m/min
vmax－最大快移速度m/min, vmax=2m/min
?p－脉冲当量, ?p=0.01mm/step
根据估算出的最大的静转矩Tjmax=479.39N.mm在表3-23中查出130BF001最大静扭矩为931N>479.39N可以满足要求，，但从表中看出130BF001步进电机最高空载起动频率为3000HZ，不能满足fk=3333HZ的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。
(2) 校核步进电机转矩
前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。 ①效转动惯量计算
计算简图如前（a）所示，根据《综合作业指导书》表3-24，传动系统计算到电机轴上的总的转动惯量 J?可由下式计算：
GJ?=Jm＋J1＋(Z1)2[(J2＋JS)＋((L0)2)]
Z2g2?Jm—步进电机转子转动惯量（kg.cm2） J1.J2—矢轮Z1Z2的转动惯量（kg.cm2）
JS—滚珠丝杆转动惯车（kg.cm2）
参考同类型机床，初步反应式步进电机BF1， 作台质量折算到电机轴上的转动惯量：
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I180?p4＝(
2??)w＝(
180?0.013.14?0.75)2
×80＝0.468kg·cm2＝4.68N·cm2
齿轮转动惯量：
J1＝7.8×10-4×4.84×2=8.281kg·cm2=82.81 N·cm2
J2＝7.8×10-4×12.84×2=53.678kg·cm2
丝杆传动惯量：
J3=7.8×10-4×64×140=141.52kg·cm2=1415.2 N·cm2 电机转动惯量很小，可以忽略。
因此，总的转动惯量：
Ｊ＝
1i2(J3+J2)+J1+J4 =11.252(141.52+53.68)+0.468+8.281 = 130.52 kg·cm2=1305.2 N·cm2 (1) 所需转动力矩计算。
快速空载启动所需力矩：M?Mamax?Mf?Ma 最大切削力负载时所需力矩：M?Maf?Mf?Mo?Mt 式中：Mamax－－空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩 Mf――折算到电机轴上的摩擦力矩
Mo――由于丝杆预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩 Maf――切削时折算到电机轴上的加速度力矩 Mt――折算到电机轴上的切削负载力矩 Ma?Jn9.6T?10?4N?M 当n?nmax时，Mmax?Ma n?imax?VmaxL?2000?2.67/8?66.75r/min o M130.25?667.5max?9.6?0.025?10?4?36.3Nm363kgfcm
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当n?nt时，Ma?Mat
1000vfi1000?100?0.3?1.25nifi?Dnt????18.66
L0L03.14?80?8Mat?130.52?18.66?10?4?1.015N?m?1.015kgf?m9.6?0.025
F0L0f'wL0Mf??
2?ni2?ni当??0.8，f'?0.16时， Mf?0.16?80?0.8?0.7633N·cm
2?3.14?0.8?2.67 M0?P0L0?1??? 2?ni当??0.9时，预加载荷P0?Fx3则
62.85?0.8?1?0.920.2373kgf?cm?2.373N?cm M0?6?3.14?0.8?2.67 Mt???FXL02??i?62.85?0.8?3.7483kg?f?cm?37.483N?CM
2?3.14?0.8?2.67所以，快速空载启动所需力矩：
M?Mamax?Mf?M0?363?0.7633?0.2373?340.0006kgf?cm?3400.06N?cm
快速进给时所需力矩：
M?Mf?M0?0.7633?0.2373?1.0006kgf?cm?10.006N?cm 切削时所需力矩：
M?Mat?Mf?M0?Mt
?10.15?0.7633?0.2373?3.7483 ?14.89kgf?cm?148.9N?cm 由以上分析计算可知：
所需最大力矩Mmax发生快速启动时：Mmax?3400N?cm ，所以选择型号WD6008
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