孟祥祥201382122普通銑床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)畢業(yè)論文0

1、<p><b>　　青島理工大學(xué)</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　題目： 普通銑床的數(shù)控改造設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： 孟祥祥 </p><p>　　學(xué)生學(xué)

2、號(hào)： 201382122 </p><p>　　院系名稱： 機(jī)電工程系 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 數(shù)控135 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 楊程 </p><p>　　2016年 6月 15 日</p&g

3、t;<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　專業(yè) 數(shù)控技術(shù) 班級(jí) 5班 姓名 孟祥祥 下發(fā)日期 2016年1月 3日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)說明書主要是介紹數(shù)控機(jī)床的改造過程的。隨著社會(huì)的發(fā)展與信息時(shí)代的到來，機(jī)械產(chǎn)品的性質(zhì)和質(zhì)量不斷提高，原有的機(jī)床已經(jīng)不

4、能滿足生產(chǎn)的需要，因此數(shù)控改造就成為必然。本設(shè)計(jì)實(shí)際上就是在原有的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)來提高機(jī)床的精度和生產(chǎn)率。同時(shí)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，它有助于提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行工程實(shí)踐的能力。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，對(duì)兩個(gè)坐標(biāo)軸作了改造，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后用脈沖控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的進(jìn)給。</p><p>　　在控制系統(tǒng)上，采用的是步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。在這種形式的控制方式情況下，步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的輸入并不依賴于轉(zhuǎn)子

5、的位置，而是按照原先設(shè)定的一個(gè)固定的規(guī)律發(fā)出控制型脈沖，步進(jìn)電機(jī)僅依靠這一系列既定的脈沖而工作。這種控制方式由于步進(jìn)電機(jī)的獨(dú)特性而比較適合于控制步進(jìn)電機(jī)，適合于我國的國情。這種控制方式的特點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、價(jià)格較低，特別是在開環(huán)控制設(shè)備當(dāng)中，負(fù)載的位置對(duì)其控制電路不存在任何反饋，并且依靠微機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)一些較復(fù)雜的步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖序列的產(chǎn)生。</p><p>　　關(guān)鍵詞：絲杠，精度，坐標(biāo)軸，脈沖進(jìn)給<

6、;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paple mainly introduced how to reformate numerially contorlled machine. Along with scociety’s development and arrival of information ages，feature

7、 and the quality of mechanical product are constantly raised，so transformateing numerially contorlled machine is necessary. Based on original foudation，and this design uses the computer to come to raise precision and the

8、 productivity of machine tool. At the same time as the graduation project，it contributes to raising，and the student use the konwle</p><p>　　In this form of control, stepper motor control pulse input does not

9、 depend on in the position of the rotor, but according to the originally set a fixed rule sends out the control pulse, stepper motor only rely on this a series of established pulse and work. This kind of control method i

10、s suitable for the control step motor, which is suitable for the situation of our country because of the uniqueness of stepping motor. The characteristics of this control, control is simple and easy to implement, </p&

11、gt;<p>　　KEY WORDS: screw, precision, coordinate axes, pulse and feed </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前 言3</b></p><p>　　第1章 數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)6</p&g

12、t;<p>　　1.1 系統(tǒng)總體改造方案的確定6</p><p>　　1.1.1 功能與技術(shù)參數(shù)分析6</p><p>　　1.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇7</p><p>　　1.1.3 擬訂總體方案7</p><p>　　1.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案的確定7</p><p>　　1.3 微機(jī)控

13、制系統(tǒng)方案的確定8</p><p>　　1.3.1 微型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容8</p><p>　　1.3.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的總體組成8</p><p>　　1.3.3 軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9</p><p>　　第2章 機(jī)械部分(縱向)的設(shè)計(jì)計(jì)算10</p><p>　　2.1 工作載荷分析及計(jì)算10<

14、/p><p>　　2.1.1 銑削抗力分析10</p><p>　　2.1.2 計(jì)算進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷11</p><p>　　2.2 滾珠絲杠螺母副的選型和校核12</p><p>　　2.2.1 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)類型的選擇12</p><p>　　2.2.2 滾珠絲杠螺母副的型號(hào)的選擇及校核步驟12<

15、;/p><p>　　2.3 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定19</p><p>　　2.3.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量19</p><p>　　2.3.2 傳動(dòng)比的選定19</p><p>　　2.3.3 齒輪傳動(dòng)的確定20</p><p>　　第3章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算21</p><p>　　3

16、.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算21</p><p>　　3.1.1 齒輪、絲杠等圓柱體慣量的計(jì)算21</p><p>　　3.1.2 工作臺(tái)折算到絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量21</p><p>　　3.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量22</p><p>　　3.1.4 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定22</p><p>　　3.1

17、.5 系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量22</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用22</p><p>　　3.2.1 電機(jī)力矩的計(jì)算22</p><p>　　3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核23</p><p>　　第4章 微機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1 微機(jī)控制系統(tǒng)概述26</p&

18、gt;<p>　　4.1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路26</p><p>　　4.1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件組成27</p><p>　　4.2 系統(tǒng)介紹27</p><p>　　4.2.1 單片機(jī)的選擇27</p><p>　　4.2.2 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展28</p><p>　　4.2.3 I

19、/O 口的擴(kuò)展31</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路32</p><p>　　4.3.1 確定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率33</p><p>　　4.3.2 驅(qū)動(dòng)回路的時(shí)間常數(shù)33</p><p>　　4.3.3 選用線路簡(jiǎn)單的串聯(lián)電阻法33</p><p>　　4.3.4 高壓電源電壓的確定34&

20、lt;/p><p>　　4.3.5 元器件型號(hào)的確定34</p><p>　　4.4 其他輔助電路的設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.4.1 急停、超程報(bào)警電路37</p><p>　　4.4.2 ISP在線編程接口37</p><p>　　4.4.3 復(fù)位電路37</p><p>　　4

21、.4.4 時(shí)鐘電路38</p><p>　　第5章 微機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.1 模塊組成39</p><p>　　5.2 緩沖區(qū)設(shè)置39</p><p>　　5.2.1 鍵盤緩沖區(qū)39</p><p>　　5.2.2 顯示緩沖區(qū)39</p><p>　　5

22、.3 中斷優(yōu)先級(jí)40</p><p>　　5.4 各模塊說明及流程圖40</p><p>　　5.4.1 主模塊40</p><p>　　5.4.2 暫停鍵“STOP”子模塊41</p><p>　　5.4.3 中斷模塊41</p><p>　　5.4.4 實(shí)時(shí)修改顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)模塊41</p>

23、<p><b>　　總結(jié)42</b></p><p><b>　　致 謝44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　附錄147</b></p><p><b>　　英文原文4

24、7</b></p><p><b>　　中文譯文54</b></p><p><b>　　附錄259</b></p><p><b>　　英文原文59</b></p><p><b>　　中文譯文66</b></p>&l

25、t;p><b>　　前 言</b></p><p>　　機(jī)械工程領(lǐng)域涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用、維修等基礎(chǔ)理論、技術(shù)和方法，并與材料工程、動(dòng)力工程、電氣工程、電子與信息工程、控制工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)設(shè)計(jì)工程等工程領(lǐng)域及力學(xué)學(xué)科密切相關(guān)。</p><p>　　隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械、電子產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期在縮短，因此對(duì)銑

26、床的要求也在提高，不僅要有較高的精度和生產(chǎn)率，而且能迅速的適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品的變換。社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。隨著電子技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)迅速的發(fā)展起來了。</p><p>　　近十幾年來，尤其是改革開放以來，本國特別注重?cái)?shù)控技術(shù)的發(fā)展，加快了數(shù)控機(jī)床的引進(jìn)與開發(fā)，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及。各大企業(yè)都不斷的購進(jìn)數(shù)控機(jī)床，來擴(kuò)大再生產(chǎn)和替換舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中不再是鳳毛麟角，而是不斷的普及。但

27、數(shù)控機(jī)床的成本比較高，在這種情況下，普通機(jī)床的改造就成了一種必要[10]。</p><p>　　1.數(shù)控改造的必要性 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密、多變零件的加工問題，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用還是受到其他條件的限制：</p><p>　?。?） 目前很多企業(yè)都有很多普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床代替很不現(xiàn)實(shí)，而且替代

28、后閑置下來的機(jī)床會(huì)造成很大的浪費(fèi)。</p><p>　?。?） 國內(nèi)定購數(shù)控機(jī)床的交貨期長，往往不能滿足急需。</p><p>　?。?） 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，對(duì)很多企業(yè)是一很大障礙。 </p><p>　?。?） 通用數(shù)控機(jī)床對(duì)很多企業(yè)來說，功能剩余。</p><p>　　要解決上述問題，普通機(jī)床的數(shù)控化改造是必由之路。從歐美等工業(yè)化國家的經(jīng)

29、驗(yàn)來看，機(jī)床的數(shù)控改造必不可少。因此，普通機(jī)床的數(shù)控改造不但有必要，而且大有可為尤其對(duì)一些中小企業(yè)更是如此[11]。</p><p>　　2.數(shù)控改造的目的和優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　改造的目的：</b></p><p>　　（1）為了提高生產(chǎn)進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　?。?）從提高資本效率出發(fā)，改造閑置

30、舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。</p><p>　?。?）為了適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　?。?）為了使技術(shù)等級(jí)較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品和提高生產(chǎn)率而進(jìn)行的數(shù)控改造。</p><p>　?。?）為了減少整個(gè)設(shè)備投資計(jì)劃而進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p><b&g

31、t;　　改造的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。</p><p>　?。?）可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而較高的提高了普通機(jī)床的效率。 （3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易減少和避免工人“修配”。 </p><p>　?。?）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零

32、件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 </p><p>　?。?）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能因而可減少和避免人機(jī)工作失誤和事故。</p><p>　　（6）一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力和勞動(dòng)成本。</p><p>　　機(jī)械性能穩(wěn)定可靠結(jié)構(gòu)受限。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高

33、、質(zhì)量好可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制不宜做突破性的改造[12]。 </p><p>　　用戶熟悉了解設(shè)備、便于操作維修購買新設(shè)備時(shí)不了解新設(shè)備是否能滿足其工藝要求。有的新設(shè)備由于種種原因設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，新設(shè)備不僅不能創(chuàng)造新財(cái)富反而消耗財(cái)富。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修

34、方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決實(shí)際工程問題的本領(lǐng)，鞏固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并且通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐擴(kuò)大和補(bǔ)充知識(shí)，使認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，培養(yǎng)調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力，練習(xí)查閱資料和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，查閱工具書或參考書，合理選擇設(shè)計(jì)計(jì)算

35、公式，正確計(jì)算，并能以圖紙和說明書表達(dá)設(shè)計(jì)的思想和結(jié)果。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但要提高解決具體問題的獨(dú)立工作能力，具體動(dòng)腦動(dòng)手能力，而且應(yīng)樹立正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)科學(xué)性，牢固樹立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。</p><p>　　第1章 數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 系統(tǒng)總體改造方案的確定</p><p>　　目前，在機(jī)械加工工業(yè)中，絕大多數(shù)是

36、舊式機(jī)床，如果改用微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的改造會(huì)使機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工不但提高加工精度和生產(chǎn)率，而且成本低、周期短，適合本國國情。利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的機(jī)電一體化改造的方法有兩種：一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制部件，另一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。前者需要新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜，后者選用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。這種標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)通常采用單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電源、步進(jìn)電機(jī)及專用的控制程序組成開環(huán)控

37、制，如下圖所示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。對(duì)機(jī)床的控制，過程大多是由單片機(jī)按照輸入的加工程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生進(jìn)給由軟件或硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖 經(jīng)功率放大、驅(qū)動(dòng)刀架、縱橫軸運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)刀具按規(guī)定的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)。微機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算的速度較快可以讓單片機(jī)每完成一次插補(bǔ)、進(jìn)給就執(zhí)行一次延時(shí)程序由延時(shí)程序控制進(jìn)給速度[13]。</p><p>　　圖1-1 開環(huán)控制圖</p><p>　

38、　1.1.1 功能與技術(shù)參數(shù)分析</p><p>　　設(shè)計(jì)的最初環(huán)節(jié)必須理解和分析設(shè)計(jì)任務(wù)所提出的主要功能和技術(shù)指標(biāo)。比 如，普通銑床的數(shù)控改造要求利用數(shù)控系統(tǒng)代替人工或機(jī)械凸輪、靠模來控，制銑床的運(yùn)動(dòng)提高，銑床的加工精度和自動(dòng)化水平滿足多品種小批量零件加工的功能要求。改裝的目的一方面要提高加工的精度，另一方面利用數(shù)控方法加工任意圓弧面或凸輪的曲面。設(shè)計(jì)任務(wù)提出和確定了縱向走刀橫向走刀的定位精度、走刀速度、主軸變

39、速等諸多技術(shù)參數(shù)。保持原有的銑床的工藝范圍外增加任意圓弧面或凸輪曲面的數(shù)控加工。同時(shí)控制縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行圓弧面或凸輪曲面的加工。并且要求能夠進(jìn)行人機(jī)對(duì)話編程及操作方便診斷功能和糾錯(cuò)功能強(qiáng)，提高準(zhǔn)確度精度減少人機(jī)工作失誤和事故以提高生產(chǎn)率。</p><p>　　1.1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　針對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的主要功能和技術(shù)指標(biāo)要求提出一些原理性的構(gòu)思。因?yàn)樗难b的銑床為普

40、通銑床，精度要求并不是很高，在使用過程中不需要調(diào)整并且加工過程中有輕微沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)上述實(shí)際條件，并考慮到經(jīng)濟(jì)成本問題可以初步選用“外循環(huán)插管埋入式法蘭直筒組合雙螺母墊片預(yù)緊CMD ”這種結(jié)構(gòu)類型的滾珠絲杠螺母副。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性優(yōu)良，承載能力較高，剛度高，預(yù)緊可靠，不易松弛等優(yōu)點(diǎn)。之所以使用齒輪傳動(dòng)是因?yàn)辇X輪傳動(dòng)有以下特點(diǎn): 1.能保持瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，平穩(wěn)性高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。2.傳遞的功率和速度范圍較大。3.結(jié)構(gòu)緊湊、工作可

41、靠，可實(shí)現(xiàn)較大傳動(dòng)比。4.傳動(dòng)效率高，使用壽命長。5.通過使用齒輪減速傳動(dòng)的作用可以使得對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求沒有那么高。</p><p>　　1.1.3 擬訂總體方案</p><p>　　通過對(duì)傳動(dòng)方式的選擇之后，還要對(duì)運(yùn)動(dòng)、布局、結(jié)構(gòu)、控制以及軟件等方面做出總體方案設(shè)計(jì)。方案可以同時(shí)作幾個(gè)，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后選擇其中一種較合理的作為最優(yōu)方案加以采用。比如普通銑床的數(shù)控化改造方案應(yīng)該在滿足改造

42、設(shè)計(jì)任務(wù)的前提下盡可能對(duì)普通銑床作較少改動(dòng)，這樣可以降低改造成本。</p><p>　　1.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案的確定</p><p>　　在熟悉原機(jī)床的操作過程及傳動(dòng)系統(tǒng)后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)改造方案。包括電機(jī)型號(hào)的選擇，減速比的確定，齒數(shù)模數(shù)及齒數(shù)的確定，原有絲杠及導(dǎo)軌是否重新更換，改換成滾珠絲杠螺母副時(shí)絲杠螺母副的型號(hào)及安裝形式如何確定，導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)方法等。<

43、;/p><p>　　X502 型銑床的外形及傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-2 所示[7]。工件裝在機(jī)床的工作臺(tái) 上，銑刀裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的刀桿上銑刀和工件相互間的位置可用縱向、橫向和升降進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　圖1-2 X502型立式銑床外形及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　根據(jù)實(shí)際要求可對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行如下的改動(dòng)，保留機(jī)床的原有主軸旋轉(zhuǎn)部分，保留原機(jī)床縱向進(jìn)給的機(jī)動(dòng)部分，

44、將離合器脫開，去掉手輪43，將手輪軸通過一對(duì)齒輪與步進(jìn)電機(jī)相連用步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)控制縱向工作臺(tái)的移動(dòng)，工作臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)改為通過一對(duì)齒輪與步進(jìn)電機(jī)相連的數(shù)控系統(tǒng)控制，工作臺(tái)升降移動(dòng)仍用手動(dòng)。為了保證精度要求橫向及縱向工作臺(tái)的絲杠為滾珠絲杠副傳動(dòng)[14]。</p><p>　　1.3 微機(jī)控制系統(tǒng)方案的確定</p><p>　　1.3.1 微型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p

45、>　?。?）控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)計(jì)算和參數(shù)選擇。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.3.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的總體組成</p><p>　　數(shù)控部分采用AT89S51-24PU單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。目前，數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最多的是AT89S51-24PU單片機(jī)，它有價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等特點(diǎn)。存儲(chǔ)芯片的選擇依據(jù)系統(tǒng)控

46、制程序的大小及CPU 的字長。I/0 擴(kuò)展芯片的個(gè)數(shù)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)需要的I/0通道的個(gè)數(shù)來確定[8]。</p><p>　　1.3.3 軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　涉及軟硬件任務(wù)分配的有控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)生于脈沖分配數(shù)碼顯示的字符發(fā)生鍵盤掃描管理。</p><p><b>　　硬件系統(tǒng)：</b></p><p>

47、;　?。?）基本組成最小系統(tǒng) </p><p><b>　?。?）系統(tǒng)擴(kuò)展 </b></p><p>　　1）程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 </p><p>　　2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 </p><p>　　3）輸入輸出端口擴(kuò)展 </p><p>　　4）綜合功能擴(kuò)展 </p><p>

48、<b>　?。?）接口技術(shù) </b></p><p><b>　　1）鍵盤接口技術(shù)</b></p><p><b>　　2）顯示器接口</b></p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)控制硬件電路。 </p><p>　　上述三個(gè)任務(wù)都可以用專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)也可用軟件編程實(shí)現(xiàn)。用硬件

49、實(shí)現(xiàn)編程比較簡(jiǎn)單但同時(shí)硬件成本及故障率高。用軟件實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省芯片，降低成本，但增加了編程難度。在決定用何種方法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)者的軟硬件方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及能力。 </p><p><b>　　軟件系統(tǒng)包括:</b></p><p>　?。?）軟件結(jié)構(gòu)與基本組成；（2）插補(bǔ)原理及軟件程序；（3）步進(jìn)電機(jī)控制軟件。</p><p>

50、　　第2章 機(jī)械部分(縱向)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.1 工作載荷分析及計(jì)算</p><p>　　根據(jù)指導(dǎo)書的分析，對(duì)于數(shù)控銑床來說，可采取按切削用量計(jì)算切削力法和按主電機(jī)功率計(jì)算切削力法兩種。一般來說，對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，可采用按主電機(jī)功率計(jì)算切削力法[16]。</p><p>　　2.1.1 銑削抗力分析</p><p>　　通

51、常都假定銑削時(shí)銑刀受到的銑削抗力是作用在刀齒的某一點(diǎn)上。</p><p>　　設(shè)刀齒受到的切削抗力的合力為F，將F沿銑刀軸線、徑向和切向進(jìn)行分解，則分別為軸向銑削力Fx、徑向銑削力Fy 和切向銑削力Fz。切向銑削力Fz 是沿銑刀主運(yùn)動(dòng)方向的分力，它消耗銑床主電機(jī)功率即銑削功率最多，因此切向銑削力Fz可按銑削功率Pm、kw或主電機(jī)功率Pe、kw算出。</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)有的機(jī)床的改裝

52、設(shè)計(jì)，可以從已知機(jī)床的電機(jī)的功率和主軸上的功率反推出工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)的銑削力。若該機(jī)床的主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)均用一個(gè)電機(jī)，進(jìn)給傳動(dòng)的功率較小，可在主傳動(dòng)功率上乘以一個(gè)系數(shù)。由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查得銑床傳動(dòng)系數(shù)k=0.85[2]。</p><p>　　主傳動(dòng)功率N 包括切削功率Nc、空載功率Nmo、附加功率Nmc三部分，即:N=Nc + Nmo + Nmc?？蛰d功率Nmo 是當(dāng)機(jī)床無切削負(fù)載時(shí)主傳動(dòng)系統(tǒng)空載所消耗的功率，對(duì)于一般

53、輕載高速的中、小型機(jī)床，可達(dá)總功率的50%，現(xiàn)取Nmo = 0.5N附加功率Nmc 是指有了切削載荷后所增加的傳動(dòng)件的摩擦功率，它直接與載荷大小有關(guān)?？梢杂孟率接?jì)算:Nmc = (1–η )Nc，所以總功率為</p><p>　　則: (2-1)</p><p>　　在進(jìn)給傳動(dòng)中切削功率:Nct = kNc =k(K

54、w)。</p><p>　　上式中k----銑床的傳動(dòng)系數(shù)，查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P17 公式3—8，得k=0.85[17]。</p><p>　　η 為傳動(dòng)效率，可由下式計(jì)算：</p><p>　　η=主軸上的傳動(dòng)功率/主電機(jī)的功率</p><p>　　由題設(shè)給定的已知條件可知:主軸上的傳動(dòng)功率N=1.45Kw，主電機(jī)的功率

55、N電機(jī)= 2.2 Kw。則</p><p><b>　　η==0.6591</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　Nct =0.85（0.51.4）/（2-0.6364）=0.4596(Kw)</p><p>　　切削時(shí)在主軸上的扭矩為：</p>&l

56、t;p>　　Mn = 955000Nct/n=9550000.4596/47.5=9240.3789(N·cm)</p><p>　　上式中n----主軸的最小轉(zhuǎn)速 由題設(shè)條件知n = 47.5 (r/min)</p><p><b>　　切向切削力</b></p><p><b>　　(2-2)</b>&

57、lt;/p><p>　　上式中d----銑刀的最大直徑(cm)，由題設(shè)條件知d = 3.2 cm</p><p>　　2.1.2 計(jì)算進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷 </p><p>　　作用在進(jìn)給工作臺(tái)上的合力F’與銑刀刀齒受到的銑削抗力的合力F大小相同，方向相反。合力F’就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力，工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向

58、載荷 FL ，工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷FC和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷FV 。</p><p>　　根據(jù)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》第三章表3-1“銑削加工主切削力與其它切削分力的比值”列表可計(jì)算出三組FL、FV、FC，取范圍的值計(jì)算最大值[15]。</p><p>　　（1）組 端銑—對(duì)稱銑削</p><p>　　FL=0.4 Fz=0.4×2887.6189=11

59、55.05(N)</p><p>　　FC=0.95Fz=0.95×2887.6189=2473.24(N)</p><p>　　FV=0.55Fz=0.55×2887.6189=1588.19(N)</p><p>　　（2）組 端銑—逆銑</p><p>　　FL =0.9Fz=0.9×2887.6189=2

60、598.86(N)</p><p>　　FC =0.7Fz=0.7×2887.6189=2021.33(N)</p><p>　　FV =0.55Fz=0.55×2887.6189=1588.19(N)</p><p>　?。?）組 端銑—順銑</p><p>　　FL =0.3Fz=0.3×2887.6189=

61、866.29(N)</p><p>　　FC =1.0Fz=1.0×2887.6189=2887.62(N)</p><p>　　FV =0.55Fz=0.55×2887.6189=1588.19(N)</p><p>　　由于銑床是兩軸聯(lián)動(dòng)，所以只考慮端銑，無需考慮周銑，則考慮采用第三組數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.2

62、 滾珠絲杠螺母副的選型和校核</p><p>　　2.2.1 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)類型的選擇</p><p>　　因?yàn)樗难b的銑床為普通銑床，精度要求并不是很高，在使用過程中不需要調(diào)整，并且加工過程中有輕微沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)上述實(shí)際條件，并考慮到經(jīng)濟(jì)成本問題，通過查第三章表3-2 和表3-3，可以初步選用“外循環(huán)插管埋入式法蘭直筒組合雙螺母墊片預(yù)緊（CMD)”【5】。這種結(jié)構(gòu)類型的滾珠絲杠螺

63、母副，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性優(yōu)良，承載能力較高，剛度高，預(yù)緊可靠，不易松弛等優(yōu)點(diǎn)。它主要適用于重載荷、高剛度、高速驅(qū)動(dòng)及較精密的定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用得較廣泛的結(jié)構(gòu)[18]。</p><p>　　2.2.2滾珠絲杠螺母副的型號(hào)的選擇及校核步驟</p><p>　　1.計(jì)算最大工作載荷</p><p>　　由題設(shè)已知條件，銑床導(dǎo)軌的類型為綜合導(dǎo)軌[8]。再查指導(dǎo)書P38

64、表3-29 得最大工作載荷Fm (2-3)</p><p>　　該式中K = 1.15;</p><p>　　取 f’= 0.16(f’=0.15~0.18)(摩擦系數(shù));G 為工作臺(tái)及夾具總重量的1/2。由題設(shè)已知條件可得G = 400 N。</p><p>　　將以上數(shù)值及先前計(jì)算得到的三組FL ，F(xiàn)V 數(shù)據(jù)代入上式

65、，可得到三組相應(yīng)的Fm 的最大值:</p><p>　　(1)組 Fm=1.15×1155.05+0.16×(1588.19+400)= 1646.42(N)</p><p>　　(2)組 Fm=1.15×2598.86+0.16×(1588.19+400)=3306.7794(N)</p><p>　　(3)組 Fm=1.1

66、5×866.29+0.16×(1588.19+400)=1314.34(N)</p><p>　　由以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知，第（2）組算得的Fm值較大。故最大工作載荷為</p><p>　　Fm=3306.7794(N)</p><p>　　2.計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C</p><p>　　最大動(dòng)載荷C可由下式計(jì)算</p>

67、<p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　(2-4) 式中，各參數(shù)見《專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》</p><p>　　----硬度系數(shù)，選fH =1.1(HRC≥60)</p><p>　　----運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，選fw =1.0(有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn))</p><p>　　L ----壽命，由下式計(jì)算<

68、/p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2-5) 式中:</b></p><p>　　T----使用壽命(h) 對(duì)于數(shù)控機(jī)床T=15000(h)</p><p>　　n----絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) 可由下式計(jì)算</p><p>　　n=100

69、0 Vs /L0 (2-6)</p><p>　　(2-6)式中:Vs ---- 最大切削力條件下的縱向進(jìn)給速度(m/min)，查指導(dǎo)書為540(mm/min)可取最高切削進(jìn)給速度的1/2-1/3，現(xiàn)取1/3:即</p><p>　　V =(1/3)×0.54(m/min)=0.18(m/min)</p><p>　　L0-

70、---所選用絲杠的基本導(dǎo)程，考慮到傳動(dòng)精度的要求可選基本導(dǎo)程為4、5、6(mm)的絲杠</p><p>　　基本導(dǎo)程為4 mm 時(shí):</p><p>　　L==60T/()×1000VS/L0=60×15000×1000×0.18/(1000000×4)=40.5</p><p>　　C1=()×1.0&#

71、215;1.1×3306.7794=12491.62(N)</p><p>　　基本導(dǎo)程為5mm 時(shí):</p><p>　　L=60nT/()=32.4</p><p>　　C2=()×1.0×1.1×3306.7794=11596.20(N)</p><p>　　基本導(dǎo)程為6mm 時(shí):</p&g

72、t;<p>　　L=60nT/()=27</p><p>　　C3=()×1.0×1.1×3306.7794=10912.44(N)</p><p>　　查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-11【12】</p><p>　　(1) 當(dāng)公稱直徑為d0=32mm 時(shí)</p><p>　　當(dāng)L0=4 時(shí) Ca=

73、6668N<C1 所以不合格</p><p>　　當(dāng)L0=5 時(shí) Ca=12945N>C2 所以合格</p><p>　　(圈數(shù)×列數(shù)=1.5×2) </p><p>　　當(dāng)L0=6 時(shí) Ca=10689N<C3 所以不合格</p><p>　　(2) 當(dāng)公稱直徑為d0=40mm 時(shí)</p>

74、<p>　　當(dāng)L0=5 時(shí) Ca=21183N>C2 所以合格</p><p>　　(圈數(shù)×列數(shù)=1.5×2) </p><p>　　當(dāng)L0=6 時(shí) Ca=16083N>C3 所以合格</p><p>　　(圈數(shù)×列數(shù)=2.5×1) </p><p>　　所以 絲桿選擇L0 為5

75、mm 或者6mm，d0=32mm 或者40mm</p><p>　　通過查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-143 可知:</p><p>　　當(dāng)公稱直徑d0 =32mm、基本導(dǎo)程為5mm 的絲杠。查得它們的承載能力Ca 為12945N，螺旋升角γ為2°51′(2.85°），圈數(shù)×列數(shù)分別為1.5×2，滾珠直徑dq 為3.175mm，β----接觸角

76、(45°）【6】。</p><p>　　當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為5mm 的絲杠，查得它們的承載能力Ca 為21183N，螺旋升角γ為2°16′(2.27°），圈數(shù)×列數(shù)分別為1.5×2，滾珠直徑dq 為3.175mm，β----接觸角(45°）。</p><p>　　當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為6mm 的絲

77、杠.查得它們的承載能力Ca 為16083N，螺旋升角γ為2°44′(2.73°），圈數(shù)×列數(shù)分別為1.5×2，滾珠直徑dq 為3.969mm，β----接觸角(45°）。</p><p><b>　　3.計(jì)算傳動(dòng)效率η</b></p><p>　　傳動(dòng)效率可由下式計(jì)算：</p><p>　　當(dāng)公

78、稱直徑d0 =32mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí):</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　---絲杠螺旋升角</b></p><p><b>　　——摩擦角，</b></p><p><b>　　46>0.9</b>

79、</p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí):</p><p><b>　　=0.9314</b></p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　當(dāng)

80、公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為6mm 時(shí)</p><p><b>　　=0.9423</b></p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>　　4.剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量</p>&l

81、t;p>　　當(dāng)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊.且預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3 時(shí).其實(shí)際變形量為（由指導(dǎo)書P39，公式3—24）可知： (拉伸為+，壓縮為-)</p><p><b>　　上式中，</b></p><p>　　E----材料彈性模數(shù)，對(duì)于鋼：</p><p>　　E =20.6× (N/mm²)</p>

82、<p>　　L----滾珠絲杠在支承間的受力長度(mm)</p><p>　　L= 工作長度+螺紋長度+軸承寬度+端蓋寬度≈700 mm</p><p>　　F----滾珠絲杠的截面積(mm²)可由下列幾式計(jì)算°</p><p><b>　　(2-8）</b></p><p><b&g

83、t;　　(2-9)</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　---滾珠直徑(mm)，β------接觸角( 45°)</p><p>　　R----滾道法面半徑(mm)，e----偏心距(mm) </p><p>　　D0 ----絲杠公稱直徑(mm)</

84、p><p>　　1)當(dāng)公稱直徑d0 =32mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí):</p><p>　　R=0.52×3.175=1.651 (mm)</p><p><b>　　e=0.045</b></p><p>　　d1=35+2×0.045-2×1.651=28.788(mm)</p>

85、<p>　　F=π（d1）²/4=650.8979(mm²)</p><p>　　=3303.7794×700/（20.6×10000×650.8979）=0.017263（mm）</p><p>　　=δ總/4=0.004316（mm）指導(dǎo)書P41 公式3-25</p><p>　　2）當(dāng)公稱直徑d0

86、 =40mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)：</p><p>　　R=0.52×3.175=1.651 (mm)</p><p><b>　　e=0.045</b></p><p>　　d1 =40+2×0.04490-2×1.651=36.7878(mm)</p><p>　　F=π（d1）2/4

87、=1062.9125(mm²)</p><p>　　=0.002697（mm）</p><p>　　3)當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為6mm 時(shí)：</p><p>　　R=0.52×3.969=2.06388（mm）</p><p>　　e=0.056130 </p><p>　

88、　d1 =35.984(mm)</p><p>　　F=π（d1）²/4=1016.971(mm²)</p><p>　　=0.002762（mm）</p><p>　　（2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形</p><p>　　當(dāng)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，且預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3 時(shí)，其實(shí)際變形量為</p><

89、p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　(2-11)式中:</b></p><p>　　Fm ----最大工作載荷( N)，F(xiàn)m=418.734 (N)</p><p>　　Fy ------預(yù)緊力(N) Fy =1/3Fm =139.579 (N)</p><p>

90、;　　d0-----滾珠直徑(mm)</p><p>　　Z∑----滾珠數(shù)量，Z∑=Z×圈數(shù)×列數(shù)</p><p>　　Z -----圈的滾珠數(shù)，Z=πD0/d0（外循環(huán)） </p><p>　　1) 當(dāng)公稱直徑d0 =32mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)</p><p>　　Z=π×

91、;32/3.175=31.66</p><p>　　Z∑=31.66×1.5×2=94.99</p><p>　　=0.0013×330.67994/=0.002930（mm）</p><p>　　當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3 時(shí)， 的值可減少一半。即：=/2=0.001465（mm）</p><

92、;p>　　2) 當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)</p><p>　　Z=π×40/3.175=39.5791</p><p>　　Z∑=31.66×1.5×2=118.7373</p><p>　　=0.0013×330.67994/=0.00255955（mm）</p><p&g

93、t;　　當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3 時(shí)，的值可減少一半。指導(dǎo)書P42， 即：</p><p>　　3) 當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)</p><p>　　Z=π×40/3.175=39.5791</p><p><b>　　Z∑=79.15</b></p><p>

94、　　=0.003072（mm）</p><p>　　當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3 時(shí)，的值可減少一半。即： </p><p>　?。?）滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形</p><p>　　1） 當(dāng)公稱直徑d0 =32mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)，選用型號(hào)為51206 的軸承，其參數(shù)如表2-1： <

95、/p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　可由下式計(jì)算： (2-12)</p><p><b>　　(2-12)式中</b></p><p>　　F -------最大工作載荷(N) Fm=418.734 (N)</p>

96、<p>　　-----軸承滾動(dòng)體直徑(mm)，</p><p>　　Z----兩邊軸承總的滾動(dòng)體數(shù)目由公式</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　Z=π（30+52）/16≈16</p><p>　　所以，可估算兩邊總的滾動(dòng)體的數(shù)目為32。將以上數(shù)據(jù)代入可得：</p&g

97、t;<p>　　=0.005693（mm）</p><p>　　基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)：</p><p>　　=0.004316+0.001465+0.005693=0.01147(mm)>0.01(mm)</p><p>　　可見，當(dāng)公稱直徑d0=32mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)不符合要求；</p><p>　　2)當(dāng)公稱直

98、徑d0 =32mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)，選用型號(hào)為51207的軸承，其參數(shù)如表2-2 </p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　由 公式（2-13）得，</p><p>　　Z=π（35+62）/18≈17</p><p>　　所以，可估算兩邊總的

99、滾動(dòng)體的數(shù)目為34。</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)代入可得：</p><p>　　=0.005257（mm）</p><p>　　基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)：</p><p>　　=0.001279+0.002259+0.005257=0.009095(mm)<0.01(mm)</p><p>　　可見，當(dāng)公稱直徑d

100、0 =40mm、基本導(dǎo)程為5mm 時(shí)符合要求；</p><p>　　3)當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為6mm 時(shí)，選用型號(hào)為51207 的軸承，其參數(shù)如表2-3 </p><p><b>　　表2-3</b></p><p><b>　　Z≈18</b></p><p>　　所以，可估

101、算兩邊總的滾動(dòng)體的數(shù)目為36。</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)代入可得：</p><p>　　=0.005072（mm）</p><p>　　基本導(dǎo)程為6mm時(shí)：</p><p>　　=0.009438（mm)<0.01(mm)</p><p>　　可見，當(dāng)公稱直徑d0 =40mm、基本導(dǎo)程為6mm 時(shí)符合要求；

102、</p><p>　　當(dāng)公稱直徑為40，基本導(dǎo)程為5mm 或?yàn)?mm 時(shí)，穩(wěn)定性均符合要求。以基本導(dǎo)程最大的滾珠絲杠作為最終選擇，即以Lo =6mm 的作為計(jì)算依據(jù)。經(jīng)查表，選用型號(hào)為CMD4006—2 的滾珠絲杠副。其參數(shù)如表2-4： </p><p>　　表2-4 CMD4006—2 的滾珠絲杠副技術(shù)參數(shù)</p><p>　　2.3脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定&l

103、t;/p><p>　　2.3.1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　由題設(shè)條件知 (2-14)</p><p>　　脈沖當(dāng)量=0.01mm/step </p><p>　　2.3.2傳動(dòng)比的選定</p><p>　　設(shè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為i，若為一對(duì)齒輪減速傳動(dòng)，則 ， 為主動(dòng)齒輪的齒

104、數(shù)， 為從動(dòng)齒輪的齒數(shù)。</p><p>　　對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)脈沖當(dāng)量確定和初選定步進(jìn)電機(jī)的步距角后，可根據(jù)下式計(jì)算出該伺服傳動(dòng)系統(tǒng)總的傳動(dòng)比，公式可查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P19 公式3-12【12】。</p><p>　　上式中：---滾珠絲杠的基本導(dǎo)程6mm</p><p>　　---步進(jìn)電機(jī)的步距角，今初選步=0.75°《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指

105、導(dǎo)書》P59[18]。</p><p>　　2.3.3齒輪傳動(dòng)的確定</p><p>　　對(duì)于數(shù)控機(jī)車的齒輪傳動(dòng)，應(yīng)采用設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工藝均較簡(jiǎn)單，而且易獲得高精度的平行軸漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)。</p><p>　　通常，齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)級(jí)數(shù)少一些比較好，因?yàn)榭梢詼p少零部件的數(shù)目，簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)，并且可以提高傳動(dòng)精度，減少空程誤差，有利于提高傳動(dòng)效率。同時(shí)i=1.67

106、 較小，故在此選用圓柱直齒輪單級(jí)傳動(dòng)。</p><p>　　一般模數(shù)取m=1～2，數(shù)控銑削取m=2。齒輪寬b=(3～6)m為了消除齒側(cè)隙，寬度可加大到（6～10）m。齒頂/根圓半徑公式，《機(jī)械原理》P130，表4-3[9]。</p><p>　　Z1 ≥17，取Z1 =39，m=2，則</p><p>　　=2×39=78(mm)</p>&

107、lt;p>　　=78+2×1×2=82(mm)</p><p>　　d1=d1-2×(1+0.25)m=78-2×1.25×2=73(mm)</p><p>　　b1 =(6～10) m，取b1 =9m=9×2=18(mm)</p><p>　　Z2 =Z1 i=39×1.25=48.75≈

108、49</p><p>　　d2 =mz2 =2×49=98(mm)</p><p>　　da2 =d2 +2 m=98+2×1×2=102(mm)</p><p>　　df2 = d2 -1.25m×2=98-1.25×2×2=93(mm)</p><p>　　b2 =(6～10)

109、m，取b2 =6m=6×2=12(mm)</p><p>　　中心距a=（d1+d2）/2=（78+98)/2=88(mm)</p><p>　　選小齒輪齒數(shù) =39，小齒輪的齒寬度=18mm，大齒輪齒數(shù) =49，大齒輪的寬度=12mm。</p><p>　　第3章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　　3.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算&l

110、t;/p><p>　　3.1.1齒輪、絲杠等圓柱體慣量的計(jì)算</p><p>　　可由下式計(jì)算: </p><p>　　J=MD2/8=0.78L(kgcm2) (3-1)</p><p><b>　　(3-1)式中：</b></p><p>　　M---圓柱體質(zhì)量（kg

111、）</p><p>　　D---圓柱體直徑（cm）</p><p>　　L---圓柱體長度或圓度（cm）</p><p><b>　　對(duì)主動(dòng)齒輪：</b></p><p>　　=0.781.8=5.19691(kg.cm2）</p><p><b>　　對(duì)從動(dòng)齒輪：</b>&

112、lt;/p><p>　　=0.781.2=8.63336(kg.cm2）</p><p><b>　　對(duì)滾珠絲杠：</b></p><p>　　=0.7870=11.85192 (kg.cm2)</p><p>　　3.1.2工作臺(tái)折算到絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　(3-2)

113、</b></p><p>　　v-----工作臺(tái)移動(dòng)速度(cm/min)</p><p>　　n-----絲桿轉(zhuǎn)速(r/min)</p><p>　　G-----工作臺(tái)的重量(N)</p><p>　　g-----重力加速度(9.8m/s²)</p><p>　　L0 -----絲桿導(dǎo)程(cm)&

114、lt;/p><p>　　3.1.3傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　(3-3) </p><p>　　=0.237+5.19891+(8.6336+11.95193)(39/49)²</p><p>　　=18.4123（kg.cm²）</p><p>　　式中， i--

115、---系統(tǒng)總的減速比(i>1)</p><p>　　-----各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm ²)</p><p>　　-----各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)速(r/min)</p><p>　　-----電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm² )</p><p>　　-----電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min)</p><p>

116、;　　3.1.4電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定</p><p>　　查表3.8《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，因?yàn)檫x用電機(jī)工作方式的是三相六拍，步距角為，故符合的是：110BF003 和110BF004[16]。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為：</p><p>　　110BF003：Jm1=46.1kgm²=4.61（kgcm2）</p><p>　　110BF004: Jm2=34

117、.3kgm²=3.43（kgcm2）</p><p>　　3.1.5系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　J∑1=JL +Jm1 =18.4123+4.61=23.022（kgcm2）</p><p>　　J∑2=JL +Jm2=18.4123+3.43=21.8423（kgcm2）</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用&

118、lt;/p><p>　　3.2.1電機(jī)力矩的計(jì)算</p><p>　　快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩: </p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：</p><p>　　M切=Mt+Mf+M0(Ncm) (3-5)</p&

119、gt;<p>　　電機(jī)的力矩主要是用來產(chǎn)生加速度，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動(dòng)力矩作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p>　?。?）空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩Mamax </p><p>　　Mamax=J∑12πnmax/60ta</p><p>　　=23.0220.0123.1416500/（600.03）</

120、p><p>　　=401.809（Ncm）</p><p>　　Mamax=J∑210^（-2）2πnmax/60ta</p><p>　　=21.84320.0123.1416500/（600.03）</p><p>　　=381.220（Ncm）</p><p><b>　　上式中，</b><

121、;/p><p>　　Fp0 ----滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載(N)，一般取最大工作載荷的1/3 </p><p>　　Fp0=1102.2664(N)</p><p>　　L0----滾珠絲杠基本導(dǎo)程0.8(cm)η</p><p>　　η0 ---- 滾珠絲杠未加預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取η0 ≥0.9，今取0.95 。</p><p

122、>　?。?）折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力Mt</p><p>　　Mt=FtL0/(2πηi)=2593.860.6/(23.14160.81.25)=248.1728(Ncm)</p><p><b>　　上式中，</b></p><p>　　Ft ----進(jìn)給方向最大切削力(N)，即前面計(jì)算進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷FL、FV 、FC 時(shí)所得到

123、第（4）組數(shù)據(jù)的FL</p><p>　　所以 Ft=FL =2598.86(N)</p><p><b>　　綜合以上,可得</b></p><p>　　M起1 =401.809+6.11115+11.7964=419.7169(N.cm) </p><p>　　M起2 =381.22+6.11115+11.7964=