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所以，快速空载启动所需力矩
M快空=Mamax+Mf+MO=0.4536+0.05687+0.017=0.52747N.m=5.2747kgf.cm 切削时所需力矩
M切=Mat+Mf+MO+Mt=0.1464+0.05687+0.017+0.269=0.48927N.m=4.8927kgf.cm 快速进给时所需力矩
M快速=Mf+MO=0.05687+0.017=0.07387N.m=0.7387kgf.cm 由以上计算可得，所需最大力矩Mamax发生快速启动时Mamax=M快空=0.52747N.m
4步进电动机的计算与选型
4.1步进电动机选用的基本原则
合理选用步进电动机是比较复杂的问题，需要根据电动机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下：
4.1.1步距角α
步距角应满足 α ≤错误!未找到引用源。式中 i—传动比
αmin—系统对步进电动机所驱动部件要求的最小转角 4.1.2精度
步进电动机的精度可以用步距误差或累积误差衡量，累积误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用累积误差衡量精度比较实用，所选用的步进电动机应满足：
△θm≤i [△θs] 式中， △θm ---步进电动机的累积误差。 4.1.3转矩
为了使步进电动机正常运转（不失步，不越步）正常启动并满足对转速的要求，必须考虑以下条件
①启动力矩，一般启动力矩选取为 Mq≥
Ml0
0.3~0.5amin i [△θs]---系统对步进电动机驱动部分允许的角度误差。
式中 Mq——电机启动力矩
ML0——电机静负载力矩 ②在要求在运行频率范围内，电机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机的转动惯量（包含负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 4.1.4启动频率
由于步进电动机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此，
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相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足： ft≥[fop]m 式中 ft---极限启动频率，
[fop]m---要求步进电动机最高启动频率。 4.2步进电动机的选择
4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 Mq=
Ml0246.61错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。==616.525 N.cm 0.40.4为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866 所以步进电动机最大静转矩Mjm为：Mjm=引用源。=
Mq0.866
错误!未找到引用源。错误!未找到
616.525=711.92N.cm=7.12 N. m 0.866步进电动机最高工作频率：fmax=错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
730==608.3HZ 60?0.02综合考虑，查表选用90BF002型直流电动机，能满足使用要求。
4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 Mq=
Ml00.52747错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。==1.3187 N.m 0.40.4为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866 所以步进电动机最大静转矩Mjm为：Mjm=引用源。=
Mq0.866
错误!未找到引用源。错误!未找到
1.3187=1.5227N. m 0.866步进电动机最高工作频率：fmax=错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
370==616.7HZ 60?0.01综合考虑，查表选用90BF002型直流电动机，能满足使用要求。
5电动刀架的选择
自动转位刀架的设计是普通机床数控化改造的关键。它要求刀架要具有抬起、回转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回转直径的条件下，提供选用的多把刀的可能性。
电动刀架的安装较方便，只要将原车床上的刀架拆下将电动刀架装即可，但要注意两点：
1) 电动刀台的两侧面应与车床的横向进给方向平行。
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2) 电动刀台与系统的连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后
面，再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线，走线到系统。其好处在于：避免走线杂乱无章，而使得加工时切屑、冷却液以及其它杂物磕碰电动刀架系统。 综合各方面因素，选用常州武进机床数控设备厂生产的LD4-I型系列四工位自动刀架。
机床型号 C6140 刀位数 4 电机功率（W） 7500 电机转速 1400r/min 夹紧力 1 切体尺寸 152×152 下刀体尺 161×171
LD4-I型刀架技术指标
配车床型号 C6140 重复定位精度 ≤0.005mm 工作可靠性 >30000次 换刀时间 90° 2.9（秒） 180° 3.4（秒） 270° 3.9（秒）
6控制系统硬件电路设计
6.1控制系统的功能要求
1) 接收操作面板的开关与按钮信号 2) 接收车床限位开关信号
3) 接收螺纹编码器信号、电动卡盘加紧信号、电动刀架刀位信号 4) 控制X（90BF002）、Z（90BF002）向步进电动机的驱动器 5) 控制主轴的正反转与停止信号 6) 控制切削液泵起动和停止 7) 控制电动卡盘的加紧与松开 8) 与PC的串行通信（可选） 6.2硬件电路的组成：
后面所画大图采用系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下：
（1）光电编码器
（2）三菱编程器FX2N—64MR—001 （主机32入/32出继电器输出）
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（3）X轴、Y轴与刀架台步进电机驱动器CH250 （4）X轴、Y轴与刀架台驱动步进电机90BF002 （5）CE2109串口光电隔离器 （6）主轴电机 （7）液压泵电机 （8）数控面板 （9）LED显示器 6.3电路原理图
主轴正转 反转冷却泵刀架台轴轴刀架脉冲刀架转向轴脉冲轴转向轴脉冲轴转向刀架台电机驱动器轴驱动器轴驱动器?1号刀具?检索确定录制点保存负2号刀具?3号刀具?4号刀具????自动手动回原点锥面直线螺纹圆弧清除速度对刀换刀点动步进轴负限位轴正限位轴负限位卡盘松开卡盘夹紧轴正限位光电编码器FX2N-64MR-001主轴正转冷却泵主轴反转卡盘夹紧刀架转向轴转向卡盘松开轴转向照明灯刀架脉冲轴脉冲轴脉冲电磁离合器风扇电机.
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7总结
机电一体化课程设计是一个重要的实践性教学环节。要求学生综合运用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练。
本次设计，让我们对三年的知识有了总体的综合运用，提高了我们综合能力和灵活运用所学的基础理论的能力，各科之间的联系有了清晰的认识。在做设计的过程中，不但复习了所学过的知识点，还学到了新的知识，同时将所学到的知识充分的运用起来，做到了学以致用，还学会了查资料，除此之外，我还懂得了团结合作的重要性，知道了集体的力量！
当然，在此过程中也有许多不足之处，例如：知识的不全面，所学的还没有全部掌握，思维的狭隘等，让我在毕业前上了生动形象的一课。
通过这次课程设计，让我们知道自己还有很多的不足，只有通过不断的学习、改进，更好的提高自己的综合能力才能在社会上立足。同时我也坚信只要努力、坚持，我们就能走好人生的每一步。
8参考文献
1、《数控技术课程设计》 范超毅、赵天婵、吴斌方主编 华中科技大学出版社 2007年5月 2、《机械设计手册单行本》（机械传动） 成大先主编 化工工业出版社 2004年1月 3、《机械原理》（第七版） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编 高等教育出版社 2006年5月 4、《机械设计》（第八版） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编 高等教育出版社 2006年5月 5、《机电一体化机械系统设计》 赵松年、张奇鹏主编 机械工业出版社 1996年 6、《机床设计手册》 《机床设计手册》编委会主编 机械工业出版社 1979年 7、《机床电气自动控制》 陈远龄主编 重唐大学出版社 2007年7月 8、《机电一体化设计基础》 刘武发、刘德平主编 化工工业出版社 2007年5月 9、《计算机工程制图》 陈锦昌、刘就女、刘林编著 华南理工大学出版社 2001年8月 10、《机械制造工艺设计简明手册》 李益民 哈尔滨工业大学 1994年
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机电一体化课程设计-C6140卧式车床数控化改造设计
