機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-CA6132普通車(chē)床的數(shù)控改造進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 目錄目錄 1.緒論2 2.設(shè)計(jì)要求3 2.1 總體方案設(shè)計(jì)要求3 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)4 2.3.其它要求7 3.進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算8 3.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)8 3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型.8 3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量.9 3.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟9 3.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟12 3.2.4 齒輪有關(guān)計(jì)算.16 3.2.4(1)縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算16 3.2.4(2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算.19 4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型23 4.1 步

2、進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則23 4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折24 5.主軸交流伺服電機(jī).26 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 2 頁(yè) 共 37 頁(yè) 5.1 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的確定26 5.2 主軸的變速變速范圍26 5.3 初選主軸電機(jī)的型號(hào)26 5.4 主軸電機(jī)的校核26 6. 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)27 6.1 控制系統(tǒng)的功能要求.27 6.2 硬件電路的組成27 6.3 設(shè)計(jì)說(shuō)明27 7. 車(chē)床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)30 7.1.滾珠絲桿30 7.2 導(dǎo)軌副.30 7.3 安裝電動(dòng)卡盤(pán).29 7.4 脈沖發(fā)生器30 8安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題31 8.1 滾珠絲杠副的特點(diǎn)31 8.2 滾珠絲杠螺母副的

3、選擇31 8.3 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整31 8.4 聯(lián)軸器的安裝31 8.5 主軸脈沖發(fā)生器的安裝31 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè) 結(jié)論.32 參考文獻(xiàn)33 全套圖紙，加 153893706 摘要摘要 針對(duì)把 CA6132 車(chē)床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的目標(biāo)，對(duì)車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn) 行設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)的思路是根據(jù)執(zhí)行件所受到的載荷，選擇并校核其相關(guān)的零 部件，包括滾珠絲杠螺母副、減速齒輪和電機(jī)，本文還對(duì)機(jī)構(gòu)的重要零件作 了比較詳細(xì)地介紹。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：切削力；滾珠絲杠副；減速齒輪；步進(jìn)電機(jī) 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 4 頁(yè) 共 37 頁(yè) 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)

4、論文 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè) Common machine tools numerical alteration- feed system design Abstract his article talks about the design of feed system bases on the aim of changing the CA6132 lathe into numerical lathe of economic style.Its designing method is selecting and checking the related parts,containing ba

5、ll screw,speed-decreaseing gear and engine from the force that is loaded in the executive parts.This article also makes detailed introduction on the important parts in this mechanism. Key words:cutting force；ball screw；speed-decreasing gear ；walking engine 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 1 緒論 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床

6、相比,增加了功能,提高了性能,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu).較好地解決形狀 復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問(wèn)題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn) 率，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂 貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；（2）目前，各企業(yè)都有大量的 普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪 費(fèi)；（3）在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需； （4）通用數(shù)控機(jī)床對(duì)某一類(lèi)具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余功能。 要較好的解決上述問(wèn)題，應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通 機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有

7、一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。 這一工作早在 20 世紀(jì) 60 年代已經(jīng)在開(kāi)始迅速發(fā)展，并有專(zhuān)門(mén)企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門(mén)業(yè)務(wù)。目 前，國(guó)外已發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)部門(mén)，從美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床 的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有 26%的機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造，中小企業(yè) 則達(dá) 74%。在美國(guó)有許多數(shù)控專(zhuān)業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國(guó)是擁有 300 多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動(dòng)化程度低。要想 在近幾年用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國(guó)機(jī)床制造廠的能力都 是辦不到的，因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、

8、生產(chǎn) 水平和教育水平，已成為中國(guó)設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增 功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小 批量零件生產(chǎn)；（3）自動(dòng)化程度提高、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4） 降低對(duì)工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的 周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。 普通車(chē)床（如 CA6132，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類(lèi)機(jī)床。普通機(jī)床 刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱變速后， 由光杠或

9、絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改 變參數(shù)時(shí)要停車(chē)進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序 也由人工控制。 對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、 能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控 裝置，車(chē)床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)， 切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù) 控改裝后的車(chē)床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車(chē)削， 從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加

10、工。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 37 頁(yè) 2 設(shè)計(jì)要求 2.1 總體方案設(shè)計(jì)要求 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的選擇等。 （1）普通車(chē)床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能， 還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車(chē)床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車(chē)床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中

11、，MCS51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠 性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS51 系 列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器， 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工 數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng) 中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副 組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （

12、7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠 絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè) 間隙的機(jī)構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 總體方案設(shè)計(jì)圖如下圖（1）所示： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖（2）所示： 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 1 圖 2 2.22.2 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)包括車(chē)床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 現(xiàn)列出 CA6132 臥式車(chē)床的技術(shù)數(shù)據(jù)： 名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm 工件最大直徑 在刀架上 210mm 頂尖間最大距離 650;

13、900;1400;1900mm 宋制螺紋 mm 1-12(20 種) 加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2-24(20 種) 模數(shù)螺紋 mm0.25-3(11 種) 徑節(jié)螺紋 t/m7-96(24 種) 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 共 37 頁(yè) 最大通過(guò)直徑 48mm 孔錐度莫氏 6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍101400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍14-1580r/min 縱向級(jí)數(shù)64 進(jìn)給量縱向范圍0.028-6.33mm/r 橫向級(jí)數(shù)64 橫向范圍0.014-3.16mm/r 滑板行程 橫向320mm 縱向650;900;1400;1900mm

14、最大行程140mm 刀架最大回轉(zhuǎn)角 90 刀杠支承面至中心的距離26mm 刀杠截面 BH2525mm 頂尖套莫氏錐度5# 尾座 橫向最大移動(dòng)量10mm 外形尺寸 長(zhǎng)寬高241810001267mm 圓度 0.01mm 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 37 頁(yè) 工作精度圓柱度200:0.02 平面度0.02/300mm 表面粗糙度 Ra1.6-3.2m 主電動(dòng)機(jī)7.5kw 電動(dòng)機(jī)功率 總功率7.84kw 改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上210mm 最大加工長(zhǎng)度 1000mm 快進(jìn)速度 縱向2.4m/min 橫向1.2m/min 最大切削進(jìn)給速度

15、縱向0.5m/min 橫向0.25m/min 溜板及刀架重力 縱向800N 橫向600N 代碼制ISO 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 2 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 11 頁(yè) 共 37 頁(yè) 脈沖當(dāng)量 縱向0.01mm/脈沖 橫向0.005mm/脈沖 機(jī)床定位精度0.015mm 刀具補(bǔ)償量 0mm-99.99mm 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向0.15mm 橫向 0.075mm 自動(dòng)升降速性能 有 2.3.其它要求 （1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量 ，以降低成本縮短改造 周期。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配

16、順序，保正安裝、 調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 12 頁(yè) 共 37 頁(yè) 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等。 方案如下： 掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。 進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠、 光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車(chē)床 尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。 溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按 鈕。橫溜板箱部分

17、：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺 母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。刀 架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。 3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠 絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。計(jì) 算簡(jiǎn)圖如圖（3）所示： 圖 3 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 13 頁(yè) 共 37 頁(yè) 3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工 精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)

18、機(jī)床精度的要求來(lái)確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控機(jī)床來(lái)說(shuō)，常采用的脈沖當(dāng)量為 0.01mm/step 和 0.005mm/step,在 CA6140 的技術(shù) 參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量 fp 為 0.01mm/step。橫向脈沖當(dāng)量為 fp=0.005mm/step。 3.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇與校核步驟 （1）最大工作荷載計(jì)算 滾珠絲杠的工作載荷 Fm（N）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受 的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動(dòng)體重力和作 用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。 由于原普通 CA6132 車(chē)床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式 3-1 計(jì)算

19、工作載荷 的大小。 （3-1） )( GFfkFF vlm 1）車(chē)削抗力分析 車(chē)削外圓時(shí)的切削抗力有 FxFyFz，主切削力 Fz 與主切削速度方向一致垂直向 下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力 Fy 與縱向進(jìn)給垂直，影 響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力 Fx 與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或 校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。 縱切外圓時(shí)，根據(jù)車(chē)床參數(shù)，參考機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)車(chē)，選取車(chē)床的 ，f=0.5mm,床的主切削力 Fz 可以用下式計(jì)算：mmap2 . 4mmNkc/2552 （3-2） fakAkF pcDcc 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 14 頁(yè) 共 37 頁(yè) 由金屬

20、切削原理知： Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 （3-3） 得 Fx=1340(N) Fy=2144(N) 因?yàn)檐?chē)刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車(chē)刀受到的車(chē)削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上， 車(chē)削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷Fv 和 Fc 與車(chē)刀所受到的車(chē)削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系。 l F 因此，作用在進(jìn)給托板上的載荷可以按下式求出： 托板上的進(jìn)給方向載荷 =Fx=1340(N) l F 托板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N) 托板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N) 因此，最大工作載荷 )( GFfkFF vlm =1.151340+0.04(5360+909.8) =1790.68(N)

21、 對(duì)于三角形導(dǎo)軌 K=1.15,=0.030.05,選=0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G 是縱向 f f 橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向橫向溜板箱的重量為 75kg,刀架重量為 15kg.（2）最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷 Ca 選用，可用式 3-4 計(jì)算： C=fmFm （3-4） L 為工作壽命，單位為 10r，L=60nt10;n 為絲杠轉(zhuǎn)速（rmin）,n=1000vL0;v 為 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（mmin）,可取最高進(jìn)給速度的 1/21/3;L0 為絲杠的 基本導(dǎo)程，查資料得 L0=12mm;fm 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)有沖擊振動(dòng)，所以取 fm=1.5.

22、 V 縱向=1.59mm/r1400r/min=2226mm/min n 縱向=v 縱向1/2/L0=22261/2/12=92.75r/min L=60nt/106=6092.7515000/106=83.5 則 C=fmFm =1.51790.68=11740（N） 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷 Ca 不得小于最大載荷 C;因此有 CaC=11740N 另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另 一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 Coa 是否充 分地超過(guò)了滾珠絲杠的工作載荷 Fm,一般使 Coa/Fm=23. 初選

23、滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。考慮到 簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 37 頁(yè) 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為:CD638-3.5-E，主要參數(shù)為 Dw=4.763mm,Lo=8mm,dm=63mm,=，圈數(shù)列數(shù):3.51 1920 圖 5 滾珠絲桿傳動(dòng)示意圖 （3）縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 =t/tg(+)=tg/tg(+)=0.92 （3-5）1920192010 2）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲

24、杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形， 絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。 1 絲杠的拉壓變形量 1 1=Fml/EA （3-6） =1790.682280/20.610(31.5)2 =0.0064mm 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 采用有預(yù)緊的方式，因此用公式 2=0.0013 （3-7） =0.0013 3 2 36.145 3 68.1790 763 . 4 68.1790 =0.0028mm 在這里 Fyj =1/3Fm=1/31790.68=597N Z=dm/Dw=3.1463/4.763=41.53 Z=41.533.51=

25、145.36 絲杠的總變形量 =1+2=0.0064+0.0028=0.0092mm4 所以絲杠很穩(wěn)定。 3.2.33.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 （1 1）型號(hào)選擇）型號(hào)選擇 1）最大工作載荷計(jì)算 由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k=1.4 =0.05,為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷， f l F =1340N,Fv=5360N,Fc=2144N,G=60kg,t=15000h, l F 最大工作載荷：Fm=k+ (Fv+2Fc+G) l F f =1.41340+0.05(5360+22144+9.860) =2387.8N 2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算 V

26、 橫=1400r/min0.79mm/r=1106mm/min n 橫絲=v 橫1/2/L0縱=11061/2/4=138.25r/min L=60nt/=60138.2515000/106=124.43 C=fmFm =1.52387.8=17881.2N 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 37 頁(yè) 初選滾珠絲杠型號(hào)為：CD506-3.5-E 其基本參數(shù)為 Dw=3.969mm,=,L0=6mm,dm=50mm,圈數(shù)列數(shù)：3.51 011 2 (2)(2) 橫向滾珠絲杠的校核橫向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率 計(jì)算 =tg/tg(+)=tg/tg(+)=0.93 011 2 0

27、11 2 10 2) 剛度驗(yàn)算 1. 絲杠的拉壓變形量 1=FmL/EA=3440.4320/20.6104252=0.0027mm 2.滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2=0.0013 =0.0013 3 2 46.138 3 8 . 2387 969 . 3 8 . 2387 =0.0079mm 在這里 Fyj=Fm/3=2387.8/3=795.9N Z=dm/Dw=3.1450/3.969=39.56 Z=39.563.51=138.46 絲杠的總變形量 =1+2=0.0027+0.0079=0.0124mm0.015mm 查表知 E 級(jí)精度允許的螺距誤差為 0.015mm，故所選絲杠合

28、格 （3）滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)： 數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用 1-5 級(jí)精度的滾珠絲杠，1-5 級(jí)度絲杠 的行程公差數(shù)值如表（2）所示： 精度等級(jí) 項(xiàng)目符號(hào) 有效行 程 lm/mm 12345 315 68121623 31540079131825 400500810152027 目標(biāo)行程公差 ep 500630911162230 315 68121623 31540068121725 400500710131926 行程變動(dòng)量公差 Vmp 500630711142129 任意 300mm 內(nèi)行程變動(dòng) 量 V300p68121623 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共

29、 37 頁(yè) 2rad 內(nèi)行程變動(dòng)量 V2p45678 表（2）滾珠絲杠行程公差/m (4) 滾珠絲杠加工工藝 基于滾珠絲杠是縱向進(jìn)給的關(guān)鍵零件，它的傳動(dòng)精度將直接影響機(jī)床的切削精度， 因此對(duì)所加工零部件的精度有很大的影響。為了達(dá)到所需的傳動(dòng)精度，絲杠在制造過(guò) 程中必須采用特定的工藝方法，以下就絲杠的工藝進(jìn)行分析。 絲杠屬于軸類(lèi)零件，其加工方法可以參照軸類(lèi)零件加工方法。 毛坯選擇鑄件，加工工藝過(guò)程如下 確定毛坯加工余量： 根據(jù)切削加工簡(jiǎn)明手冊(cè)上的說(shuō)明，徑向加工 余量為 4mm，軸向加工余量為 1.5mm. 基準(zhǔn)選擇： 加工絲杠的過(guò)程中要用到兩個(gè)定位基準(zhǔn)，分別為端面中心孔和外圓表面。在加工 外時(shí)，

30、如軸頸、絲杠螺紋選擇中心孔作為定位基準(zhǔn)，在校直中心孔時(shí)選擇外圓表面作 為定位基準(zhǔn)。 表（3）絲杠加工工藝過(guò)程 工序號(hào)工序名稱(chēng)工序內(nèi)容定位基準(zhǔn) 1 下料 鋸棒料 2 熱處理 正火，校直 （徑向圓跳動(dòng) 1.5mm) 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 19 頁(yè) 共 37 頁(yè) 3 粗車(chē) 車(chē)兩端面,打 中心孔,外圓 表面精車(chē)各段 外圓,各留 2.53mm 加工 余量 中心孔 工序號(hào)工序名稱(chēng)工序內(nèi)容定位基準(zhǔn) 4 校直 冷校直到徑向 圓跳動(dòng) 0.5mm 5 修正孔修正中心孔外圓表面 6 半精車(chē) 半精車(chē)各外 圓,各留磨余 量 0.57 ；車(chē) 槽至尺寸(槽 深加磨余量)； 粗車(chē)螺紋,留 0.50.7 加 工余

31、量 中心孔 7 銑鍵槽 在軸頸裝齒輪 處銑出鍵槽 中心孔 8 校直 用反向錘擊法 敲打螺紋小徑 處進(jìn)行校直, 徑向圓跳動(dòng) 0.2mm 9 熱處理低溫時(shí)效 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 20 頁(yè) 共 37 頁(yè) 10 修正孔修正中心孔外圓表面 11 半精車(chē)螺紋 半精車(chē)螺紋, 每側(cè)面留 0.15mm 加工余 量 中心孔 12 校直 冷校直到徑向 圓跳動(dòng) 0.15mm 3.2.4 齒輪有關(guān)計(jì)算 (1)縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1）有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知： 工作臺(tái)重量：W=80kgf=800N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=12mm 步距角: =0.75/step 脈沖當(dāng)量:

32、 p=0.01mm/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min 所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比 i=2.5 （3-9） 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=32 , Z2=40 ,模數(shù) m=2mm 齒寬 b=20mm 壓力角 =20 齒輪的直徑 d1=mz1=232=64mm d2=mz1=240=80mm d2=d1+2ha*=68mm d2=d2+2ha*=84mm 兩齒輪的中心矩 a= = =72mm 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 21 頁(yè) 共 37 頁(yè) 2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J1=W()2= ( )2 80=0.467kg.cm2 （3-10）

33、 對(duì)材料為鋼的圓柱形零件,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算: J=7.810-4D4L kg.cm2 （3-11） 式中 D-圓柱形零件的直徑,cm L-零件的軸向長(zhǎng)度,cm 所以,絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J1=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3=11.475 kg.cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: =7.810-46.442=2.617 kg.cm2 =7.810-4842=6.39 kg.cm2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可忽略。 因此，折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=(1/i2)（JS+Jz2）+Jz1+J1=(1/2.52)（11.475+6.39）+2.617+0.467=5.942

34、kg.cm2=59.42N. cm2 絲杠名義直 徑/mm 導(dǎo)程/mm 1m 長(zhǎng)絲杠 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.cm2 絲杠名義直 徑/mm 導(dǎo)程/mm 1m 長(zhǎng)絲杠 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.cm2 40.941035.76 20 50.84 50 1231.98 52.24881.58 25 62.001078.02 54.91 60 1274.96 30 64.478157.35 59.2610150.47 68.72 70 12145.1335 88.3010263.49 40516.29 80 12255.84 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 22 頁(yè) 共 37 頁(yè) 615.4510420.31

35、 815.18 90 12392.75 626.1312649.56 824.5416615.1645 1022.63 100 20562.44 639.75201233.93 50 837.64 120 241144.60 表(4)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+Mo 式中, Mamax-空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩; Ma-折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩; Mf-折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩; Mo-由絲杠預(yù)緊所引起,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加

36、摩擦力矩; Mat-切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩; Mt-折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩; Ma=10-4N.m （3-12） 式中, J-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, kg.cm2 n-絲杠轉(zhuǎn)速,r/min T-時(shí)間常數(shù),s 當(dāng) n=nmax時(shí) Ma=Mamax nmax=416.7 r/min Mamax= 10-4=2.49 N.m 當(dāng) n=nt時(shí), Ma=mat 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 23 頁(yè) 共 37 頁(yè) nt=24.88 r/min Mat= 10-4 = 0.0616N.mMf= N.cm （3-13） 式中 -導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) f nt-切削加工時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min; w-移動(dòng)

37、不見(jiàn)的重量，N; Lo-絲杠導(dǎo)程，cm; i-傳動(dòng)比； - 傳動(dòng)效率。 當(dāng) =0.8 =0.16 時(shí)， f Mf= = 12.23 N.cmMo=(1-) （3-14） 式中， o-絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，取 0.9 FO-預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1 / 3，即 FP / 3 則 Mo=(1-0.92)=8.108N.cm Mt=128 N.cm 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo=103+12.23+8.108=123.338 N.cm 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt=6.16+12.23+8.108+128=151.42 N.cm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩

38、M=Mf+Mo=12.23+8.108=20.338 N.cm 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩 Mamax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) Mmax=123.338 N.cm (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 24 頁(yè) 共 37 頁(yè) 1)有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知： 工作臺(tái)重量：W=30kgf=300N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=4mm 步距角: =0.75/step 脈沖當(dāng)量: p=0.005mm/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=1m/min 所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比 i=1.67 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=18 , Z2=30 ,模數(shù) m

39、=2mm 齒寬 b=20mm 壓力角 =20 d1=36mm d2=60mm da1 =40mm da2=64mm a=48mm 2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J1=W()2= ( )2 30=0.0439 kg.cm2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: Js=7.810-42450=0.624 kg.cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: =7.810-43.642=0.262 kg.cm2 =7.810-4642=2.022 kg.cm2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可忽略。 因此，折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=(1/i2)（JS+Jz2）+Jz1+J1=()2（0.624+2.022）

40、+0.262+0.0439=1.258 kg.cm2=12.58N. cm2 3)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 25 頁(yè) 共 37 頁(yè) nmax=416.7 r/min Mamax= 10-4=0.2184N.m=2.18kgf.cm nt=33.17 r/min Mat= 10-4=0.0174N.m=0.174 kgf.cm Mf= = =0.287kgf.cm=0.028N.m Mo=(1-0.92) =0.649kgf.cm =0.065N.m Mt=10.242kgf.cm =1.024 N.m 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo=2.18

41、+0.287+0.065=2.532kgf.cm =25.32 N.cm 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt=0.174+0.287+0.649+10.242=11.352kgf.cm=113.52 N.cm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+Mo=0.287+0.649 =0.936kgf.cm = 9.36N.cm 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩 Mamax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) Mmax=2.532 kgf.cm =25.32 N.cm （3）繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選型，完成齒輪傳動(dòng)比計(jì)算后可以著 手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。 在繪制機(jī)械

42、裝配圖時(shí)，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況以及伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)與原 機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的一些問(wèn)題。 1）了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等 的結(jié)構(gòu)尺寸。 2）根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號(hào)，軸承座的結(jié)構(gòu)以及 軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號(hào)。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 26 頁(yè) 共 37 頁(yè) 3）減速齒輪的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，確定齒輪側(cè)隙的調(diào)整方法，在滿足裝配工 藝的前提下，合理設(shè)計(jì)齒輪箱結(jié)構(gòu)。 4） 考慮各部位間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾 珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平

43、行，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的聯(lián)接 與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進(jìn)電機(jī)在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。 5）考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問(wèn)題。例如，絲杠螺母的潤(rùn)滑、防塵、 防鐵屑保護(hù)、軸承的潤(rùn)滑及密封、齒輪的潤(rùn)滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。 6）在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序， 保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。 此外，注意繪制裝配圖時(shí)的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布 置及圖形畫(huà)法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合 的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。 圖 6 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 27 頁(yè) 共 37 頁(yè) 4

44、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則 合理選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工 作情況，經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下： 4.1.1 步距角 步距角應(yīng)滿足 （4-1） 式中， i-傳動(dòng)比 min-系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角 4.1.2 精度 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位 置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量 精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足： mi s （4-2） 式中， m -步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 s-系統(tǒng)對(duì)

45、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。 4.1.3 轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求， 必須考慮以下條件 a.起動(dòng)力矩。一般選取為 MqMLo/0.3-0.5 （4-3） 式中，Mq-電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩 MLo-電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩 根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（5）所示，表中 MJM為步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的最大靜載矩，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 28 頁(yè) 共 37 頁(yè) 相數(shù)33445566 運(yùn)行 方式 拍數(shù)3648510612 Mg/Mjm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866

46、 表（5）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)、拍數(shù)啟動(dòng)力矩表 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。 4.1.4 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此，相應(yīng) 負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足： Ftfopm (4-4) 式中，ft-極限啟動(dòng)頻率， fopm-要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。 4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折 4.2.1 CA6132 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq=308.35 N.cm 為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以步進(jìn)電

47、動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm為： Mjm=356.06 N.cm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： fmax=3333.3 HZ 綜合考慮，查步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表選用 90BF002 型直流電動(dòng)機(jī)，能滿足使用要求。 4.2.2 CA6132 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq=63.3 N.cm 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 29 頁(yè) 共 37 頁(yè) 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm為： Mjm=73.09 N.cm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： fmax=3333.3 HZ 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用 90BF002 型直流電動(dòng)機(jī)，能滿足使用要

48、求。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 30 頁(yè) 共 37 頁(yè) 5 主軸交流伺服電機(jī) 5.1 主軸的變速范圍 主軸能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為變速范圍 Rn，即 Rn=nmax/nmin,數(shù)控 機(jī)床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于 Nmax=1800 nmax=14 Nmax/nj=2nj/min (5-1) 則 nj=113r/min 這里 nj 為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍 Rn 為： Rn= nmax /nj =1800/113=15.9 (5-2) 主軸電機(jī)的功率是：7.5kw 5.2 初選主軸電機(jī)的型號(hào) 選主軸

49、電機(jī)的型號(hào)為：SIMODRIVE 系列交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為 1HP6167-4CB4， 連續(xù)負(fù)載 PH/KW=14.5，間隙負(fù)載（60%）/kw=17.5kw,短時(shí)負(fù)載（20min）/kw=19.25kw, 額定負(fù)載 n/r.min-1=5000,最大轉(zhuǎn)速 nmax/ r/min=8000，額定轉(zhuǎn)矩 277N.m,慣性矩 0.206/kg.m2晶體管 PWM 變頻器型號(hào)為 6SC6058-4AA02 5.3 主軸電機(jī)的校核 電動(dòng)機(jī)恒恒功率調(diào)速范圍： Rn= nmax/nmin =8000/5000 =16 所以所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文

50、 第 31 頁(yè) 共 37 頁(yè) 6 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 6.1 控制系統(tǒng)的功能要求 （1）z 向和 x 向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制 （2）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制 （3）螺紋加工控制 （4）行程控制 （5）鍵盤(pán)及顯示 （6）面板管理 （7）其他功能：光電隔離、功率放大、報(bào)警、急停、復(fù)位。 6.2 硬件電路的組成 后面所畫(huà)大圖采用 MCS-51 系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組 成如下： （1）CPU 采用 8031 芯片； （2）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 2764 兩片，6264 一片； （3）擴(kuò)展可編程接口芯片 8155 兩片； （4）地址鎖存器，譯碼器個(gè)一個(gè)； （5）鍵盤(pán)電路，顯示電路； （6）

51、光電隔離電路，功率放大功率； （7）越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路； （8）面板管理電路。 6.3 設(shè)計(jì)說(shuō)明 （1）CPU 采用 8031 芯片，由于片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有 128 字節(jié)， 因此，擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器 2764 兩片（16KB） ，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264（8KB）一片。8031 的 I/O 口也不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了兩片 8155 可編程接口芯片。 （2）采用 74LS138 三-八譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。2764（1） 、2764（2） 、 6264、8155（1）和 8155（2）的片選信號(hào)分別接到譯碼器的 Y0Y4,74LS138 的輸入 A

52、、B、C 分別接 8031 的 P2.5、P2.6、P2.7。 （3）由于 2764 和 6264 芯片都是 8KB，需要 13 根地址線，A0A7 低 8 位接 74LS373 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 32 頁(yè) 共 37 頁(yè) 芯片的輸出。A8A12 接 8031 芯片的 P2.0P2.A，74LS373 地址鎖存器在選通信號(hào) ALE 在高電平時(shí)直接傳送 8031P0 口低 8 位地址，當(dāng) ALE 在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低 8 位地址鎖存器，此時(shí)，P0口可用來(lái)向片外傳送讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。 （4）接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接及設(shè)計(jì)說(shuō)明如下： 8155（2）PA.0PA.7 輸出的指令脈沖通過(guò)光

53、電隔離電路和功率放大電路直接驅(qū) 動(dòng)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的共八相繞組。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配器方式，雖然運(yùn) 行速度慢一些，但可以省去兩個(gè)硬件環(huán)形分配器，電路比較簡(jiǎn)單，由于步進(jìn)電機(jī)的每 一相繞組需和一個(gè) I/O 接口相連，以便與控制寄存器中某一指定相位對(duì)應(yīng)，因此，占 用的 I/O 口數(shù)量較多。 8155（2）的 PC.0PC.5 作為顯示器位選信號(hào)，顯示器的段選信號(hào)則由 8031 的 P1.0P1.7 發(fā)出，8155 的 PB.0PB.3 是鍵盤(pán)掃描輸入。 行程限位報(bào)警信號(hào)+Z,-Z,+X,-X 分別通過(guò) 8155（2）的 PB.4,PB.5,PB.6,PB.7 提出 中斷請(qǐng)求，根據(jù)不同的中斷口

54、可以直接識(shí)別行程的方向，此時(shí)相應(yīng)的紅燈報(bào)警。 8155 小的 PC.0PC3 接自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架（四方刀架） ，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時(shí)， 由 PC.0PC3 發(fā)出換位信號(hào)，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)指定的刀位。刀 架夾緊后，即發(fā)出回答信號(hào)，表示已完成換刀過(guò)程，可以進(jìn)行切削加工。換刀回答信 號(hào)經(jīng) 8155（1）的 PB.5 輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開(kāi)始進(jìn)給。 8155（1）PA.0PA.5接控制面板上的控制開(kāi)關(guān)，設(shè)有編輯空運(yùn)行、自動(dòng)、手工（I） 、 手工（II） 、回零等選著方式。 8155（1）PB.0PB.4接控制面板上的按鈕開(kāi)關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)、暫停、單段運(yùn)行、連續(xù) 運(yùn)行、急停等操作功能。 加工

55、螺紋時(shí)，與車(chē)床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)出螺紋加工信號(hào)和零位螺紋 信號(hào)，螺紋加工信號(hào)送入 8031 的 T0，通過(guò)設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時(shí) 的縱向進(jìn)給量，從而加工出不同螺距的螺紋，零位螺紋信號(hào)送入 8155（1）的 PB6,用來(lái) 防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。 （5）系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及 I/O 接口芯片地址編碼見(jiàn)表（6） （6）操作面板設(shè)計(jì)方案之一見(jiàn)圖（6）： 芯片 接 74LS138 引腳 地址選擇線 片內(nèi)地 址單元 （字節(jié)） 地址編碼 2746（1） Y0 000X XXXX XXXX XXXX8K0000H1FFFH 2746（2）Y1001X XXXX XX

56、XX XXXX8K2000H3FFFH 6264Y2010X XXXX XXXX XXXX8K4000H5FFFH 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 33 頁(yè) 共 37 頁(yè) RAMY3 0111 1110 XXXX XXXX 2567E00H7EFFH 8155 （1） I/OY30111 1111 1111 1XXX67FF8H7FFDH RAMY41001 1110 XXXX XXXX2569E00H9EFFH 8155 （2） I/OY4 1001 1111 1111 1XXX 69FF8H9FFDH 表(6)芯片地址編碼 圖 7 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 34 頁(yè) 共 37

57、 頁(yè) 7 車(chē)床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 7.1.滾珠絲桿 滾珠絲桿必須采用三點(diǎn)支承形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置可放在絲杠的任一端，由于 拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速齒輪，也可在滾珠絲桿的 左端設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)用軸承支承座，而在絲杠托架處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速箱。 7.2 導(dǎo)軌副 為減少運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，滑板和刀架移動(dòng)部 件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶 7.3 安裝電動(dòng)卡盤(pán) 為了提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工效率，還可考慮用電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)裝置，這 種裝置也可與數(shù)控裝置的信號(hào)電路相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、松開(kāi)，提高加工過(guò)程的自 動(dòng)化程。 7.4 脈沖發(fā)生器 改造后

58、的簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床需要自動(dòng)化加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或者異 軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件，目的是用來(lái)檢測(cè)主軸轉(zhuǎn) 角的位置，并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所加工螺紋的螺距值進(jìn)行 處理。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 35 頁(yè) 共 37 頁(yè) 8 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題 8.1 滾珠絲杠螺母副的選擇 滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜。都是由專(zhuān)業(yè)工廠按系列 化進(jìn)行生產(chǎn)。因此在進(jìn)行設(shè)備改造時(shí)，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇合適以后再 決定被改造設(shè)備的 其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。 8.2 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠

59、副間隙時(shí)，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠 副最大負(fù)載的 1 / 3 為宜。在 實(shí)際調(diào)整中，可以把車(chē)床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi) 部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于 0.01mm，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝 置預(yù)緊的判斷標(biāo)準(zhǔn)。 8.3 聯(lián)軸器的安裝 傳動(dòng)絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷(xiāo)孔座按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因?yàn)橥?聯(lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時(shí)，往往會(huì)引起軸線的直線度誤差增大，從而 使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動(dòng)附加載荷，影響絲杠副的傳動(dòng) 性能。 8.4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 主軸脈沖發(fā)生器的的引出軸按比例 1：1 無(wú)間隙柔性連接傳動(dòng)，連接后應(yīng)保證 兩者都有很

60、好的同步性，安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃件，不能隨意敲打碰撞， 使用中車(chē)床主軸轉(zhuǎn)速不能超過(guò)脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 36 頁(yè) 共 37 頁(yè) 結(jié)論 這次課題設(shè)計(jì)總計(jì)費(fèi)時(shí)一個(gè)多月，剛開(kāi)始時(shí)不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖 書(shū)館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，終于知道 了該怎么做。接下來(lái)塞選出一系列有價(jià)值的資料，與同組同學(xué)不斷的討論、向老師請(qǐng) 教，終于完成了設(shè)計(jì)。 在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識(shí)，同時(shí)將所 學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來(lái)，做到了學(xué)以致用，還學(xué)會(huì)了查資料，除此之外，我還懂 得了團(tuán)結(jié)合作的重要

61、性，知道了集體的力量！ 當(dāng)然，在此過(guò)程中也有許多不足之處，例如：知識(shí)的不全面，所學(xué)的還沒(méi)有全部 掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。 同時(shí)，做設(shè)計(jì)也是磨練決心與毅力的過(guò)程，面對(duì)復(fù)雜冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，打印長(zhǎng)篇的論 文，我也想過(guò)放棄，但想到它的意義我就又堅(jiān)持了下來(lái)。做完了后，有一種豁然開(kāi)朗 的感覺(jué)，內(nèi)心激動(dòng)無(wú)比，經(jīng)過(guò)了這次設(shè)計(jì)以后，我有信心，我也堅(jiān)信只要努力、堅(jiān)持， 我們就能走好人生的每一步。 韶關(guān)學(xué)院 2009 屆畢業(yè)論文 第 37 頁(yè) 共 37 頁(yè) 參考文獻(xiàn) 11吳振彪主編.機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo).中國(guó)人民大學(xué)社.2000. 22余英良主編.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社.1997 33機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組編. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第一，三，四冊(cè). 械工業(yè) 出版社.1998. 44明興祖主編.數(shù)控加工技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.2001. 55胡占齊，楊莉主編.機(jī)床數(shù)控技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社.1999. 66王先逵主編.機(jī)械制造工藝學(xué). 機(jī)械工業(yè)出版社.2002. 77邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社.2002 88黃調(diào)，趙松年主編.機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社. 1999. 99機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).華中科技大學(xué)出版社 1010切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社