買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 目 錄 一、緒論 1 1 引言 . . 2機(jī)床數(shù)控改造的目的 . . 2 1 3數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展 . . 3 1數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展 . 3 2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 . 4數(shù)控改造 . . 4 1數(shù)控系統(tǒng)的選擇 . 4 2存儲(chǔ)器 . 4 3I/O 接口線路 . 4 4其他部件的選擇 .、 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計(jì)算 2 1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . 1 1選擇脈沖當(dāng)量 . 1 2計(jì)算切削力 . 1 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 . 1 4齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算 . 2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 2 1 切削力計(jì)算 . 2 2滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 . 2 3齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算 . 3 自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì) . 3 1刀架的回轉(zhuǎn)和選位 . . 3 2減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . 3 3蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . 3 4螺旋升降裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 .、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3 1概述 . . . . . 2單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 2 1主要技術(shù)特性及硬件配制 . 2 2存儲(chǔ)空間的分配 . 2 3 I/O 地址分配 . 2 4單片機(jī)部分電路設(shè)計(jì)圖如圖紙所示 .文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 3 2 5光電隔離電路 . 2 6功率放大電路 . 2 7其他輔助電路 . .、軟件設(shè)計(jì)部分 4 1概述 . . . . . 2總體方案設(shè)計(jì) . 3插補(bǔ)方法的確定 . 4進(jìn)給控制字 .謝 . .考文獻(xiàn) .文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 一、 緒論 言 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加速，因此對(duì)機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速的發(fā)展起來。 從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床（ 1952年 美國）問世至今，機(jī)床的數(shù)控化率在不斷的提高。世界各工業(yè)國家已普遍生產(chǎn)和應(yīng)用，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控化率在 1988年就已 達(dá)到 70%。 我國從開放搞活以來，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促使我國的機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。當(dāng)前普遍應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，它綜合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、測量技術(shù)和機(jī)械制造等方面的最新成果，是一種靈活高效的自動(dòng)化機(jī)床，是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品之一。各大企業(yè)不斷設(shè)置數(shù)控機(jī)床擴(kuò)大再生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的普及率不斷提高，這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控改造是否必要可從以下幾點(diǎn)說明。 數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還 是受到其他條件的限制。 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，對(duì)中小企業(yè)常是力不從心。 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，而且替代的機(jī)床閑置起來又造成浪費(fèi)。 國內(nèi)訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)需要。 通過數(shù)控機(jī)床對(duì)具體生產(chǎn)有多余功能。 要較好地解決上述問題，應(yīng)走普通車床數(shù)控改造之路，從一些工業(yè)化國的經(jīng)驗(yàn)者，機(jī)床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如：日本的大企業(yè)中有近 30%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則是 70%以上。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世 界各地提供機(jī)床數(shù)控改造服務(wù)。我國作為機(jī)床大國 些發(fā)達(dá)國家如德國、美國、 日本等就非常重視對(duì)舊機(jī)床的改造， 而且已形成了一個(gè)完善的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的改造體系。 由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造已成為一個(gè)永恒的課題。 我國應(yīng)在這方面加大宣傳力度， 走出一條買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 適合我國國情的機(jī)床的數(shù)控改造之路。機(jī)床數(shù)控改造節(jié)省資金，同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省 60 80的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的 1/3 即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí) ， 也只需花費(fèi)購買新機(jī)床 60的費(fèi)用， 并可以利用現(xiàn)有地基。性能穩(wěn)定可靠， 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后， 即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3復(fù)雜零件而言， 難度越高， 功效提高得越多。 且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。因此，普通機(jī)床的數(shù)控不但存在的必要，而且大有可為，尤其對(duì)一些中小企業(yè)更是如此 。 1. 2 機(jī)床數(shù)控改造的目的 設(shè)備是企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)營目標(biāo)的物質(zhì)基礎(chǔ)。設(shè)備的技術(shù)性能 和技術(shù)狀態(tài)不但直接 影響產(chǎn)品質(zhì)量，還關(guān)系工時(shí)、材料和能源的有效利用，同時(shí)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。設(shè)備的技術(shù)改造和更新直接影響企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品開發(fā)和市場開拓。因此，從企業(yè)產(chǎn)品更新替代、發(fā)展品種、提高質(zhì)量、降低能耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行充分的技術(shù)分析，有針對(duì)性的用新技術(shù)改造和更新現(xiàn)有設(shè)備，是提高企業(yè)素質(zhì)和市場競爭力的一種有效方法。 據(jù)全國工業(yè)普查的統(tǒng)計(jì)資料介紹，截止到 2000 年底，數(shù)量較多涉及面較寬的金屬加工機(jī)床的擁有量約為 384 萬臺(tái)，其中役齡在 6 15 年約為 153. 2萬臺(tái)，約占 39. 9%， 役齡在 16a 以上約為 133. 7 萬臺(tái)，約占 34. 8%。這表明我國工業(yè)制造業(yè)的裝備，乃至各行各業(yè)的設(shè)備仍有相當(dāng)大數(shù)量比較落后，有待改造或更新。鑒于此，采用數(shù)控技術(shù)對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，尤其適合我國機(jī)床擁有量大，生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 1. 3 數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展 1. 3. 1 數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展 第二次世界大戰(zhàn)后，美國為革新飛機(jī)制造業(yè)中用于仿形機(jī)床的靠模和樣件的加工設(shè)備，開始研制新型機(jī)床。 1952年，美國帕森斯公司 與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，研制成功第一代數(shù)控系統(tǒng)。用于三坐標(biāo)立式銑床。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 其插補(bǔ)裝置采 用脈沖乘法器，整個(gè)控制裝置由真空管組成。 1959年，晶體管元件問世，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印制板電路，從此數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第二代。 1965 年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，由于其體積較小，功耗低，抗干擾能力較強(qiáng)，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。上述三代數(shù)控系統(tǒng)均為硬接線數(shù)控系統(tǒng)，稱為普通數(shù)控系統(tǒng) 現(xiàn)了以小型計(jì)算機(jī)替代專用硬接線裝置，以控制軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。 1970 年前后，美國英特爾公司首先開發(fā)和使用了四位微處理器， 1974年美、 日等國首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，由于中、大規(guī)模集成電路的集成度和可靠性高、價(jià)格低廉，所以微處理器數(shù)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。這就是微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，從而使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了第五代?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)為了進(jìn)一步擴(kuò)展功能，增強(qiáng)實(shí)時(shí)控制能力和可靠性，常采用多微處理器結(jié)構(gòu)，由多個(gè)微處理器構(gòu)成功能模塊，各功能模塊之間的互連與通信，或采用共享總線結(jié)構(gòu)，或采用共享存貯器結(jié)構(gòu)。 控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1、向高速度、高精度發(fā)展 現(xiàn)代機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)多采用 32 位 多 行技術(shù)，使運(yùn)算速度得了很大的提高。與高性能數(shù)控系統(tǒng) 相配合，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用了交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)的位置、速度和電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)多達(dá) 9個(gè)，使機(jī)床可以加工較復(fù)雜的空間線型或型面。 2、可靠性的提高 由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于組織批量生產(chǎn)，故可保證產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大量采用大規(guī)模集成電路，采用專用芯片及混合式集成電路，提高了集成度，減少了元器件數(shù)量，提高了可靠性。 3、采用自動(dòng)程序編制技術(shù) 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)利用其自身很強(qiáng)的存貯及運(yùn)算能力，把很多自動(dòng)編程功能植入數(shù)控系統(tǒng)。在一些新型的數(shù)控系統(tǒng)中，還裝入了小型工藝數(shù)據(jù) 庫，使得數(shù)控系統(tǒng)不僅具有在線零件程序編制功能，而且可以在零件程序編制過程中，根據(jù)機(jī)床性能，工件材料及零件加工要求，自動(dòng)選擇最佳刀具及切削用量。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 數(shù)控改造 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) 通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量 沖，沖。驅(qū)動(dòng)元件采用直流步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠。 控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心，在選擇時(shí) ， 要對(duì)其性能、 經(jīng)濟(jì)性及維修服務(wù)等進(jìn)行綜合考慮，盡量選用名牌 產(chǎn)品。 根據(jù)被改機(jī)床的結(jié)構(gòu)、 性能及被加工零件的精度來選擇數(shù)控系統(tǒng)。 既要功能相匹配，又要盡量減少過剩的數(shù)控功能。 這樣一方面可避免資金浪費(fèi)，另一方面也可避免因數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜而增加的故障率。 目前數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型：步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)；異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)； 交 / 直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其中步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)， 其伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、 功率步進(jìn)電機(jī)、 電液脈沖馬達(dá)等。該系統(tǒng)位移精度較低， 但結(jié)構(gòu)簡單、 調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低 、抗干擾性能強(qiáng)、 對(duì)環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。 適用于精度要求一般的中小型機(jī)床的改造，也是目前數(shù)控改造中應(yīng)用最為廣泛的一種。 異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制精度高，但在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜， 工作量大，成本也高， 調(diào)試?yán)щy， 一般不采用。 交 / 直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)， 其精度介于前二者之間，結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單，適用于控制精度要求較高的大、 中型機(jī)床的改造。 總體方案確定為用 51 系列單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/一 級(jí)齒輪減速，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。示意圖如圖 1所示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 圖 1 由于設(shè)計(jì)的是經(jīng)濟(jì)型車床的改造，所以在考慮具體的方案時(shí)，其本原則是在滿足需要的前提下，對(duì)于機(jī)床盡可能減少改動(dòng)量，以降低成本。 8031單片機(jī)在數(shù)控改造應(yīng)用較普通，各種應(yīng)用軟件較多，系統(tǒng)開發(fā)較容易，且其價(jià)格低廉，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，速度快，指令系統(tǒng)的效率高，體積小，最適宜用來開發(fā)簡易和小型專用的數(shù)控裝置。 存儲(chǔ)器 由于 8031無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ,需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器 ,同時(shí) ,8031內(nèi)部只有 128 字節(jié)的數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 ,也不能滿足控制系統(tǒng)的要求 ,故擴(kuò)展了兩片2764的程序存儲(chǔ)器和一片 6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 8031芯片的 2用來傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù) ,傳送高八位地址 ,需傳送低八位地址和數(shù)據(jù) ,所以要采用 74鎖存低八位地址 ,031芯片的 40口低八位地址共同組成 16位地址 ,2764和 6264 芯片都是 8要 13 根地址線 ,7 低八位接 74輸出 ,12 接 8031 芯片的 統(tǒng)采用全地址譯碼 ,兩片 2764 芯片片選信號(hào) 別接 74碼器的 統(tǒng)復(fù)位后程序從 0000H 開始執(zhí)行。 6264 的片選信號(hào) 接 74碼器的 片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址 )、 8031 芯片控制信號(hào) 2764 的腳 ,讀寫控制信號(hào) 別接 6264 芯片的 實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫。由于 8031芯片內(nèi)沒有 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 I/O 接口電路 由于 8031 只有 3口部分能提供用戶作為 I/O 口使用 ,不能滿足輸入輸出口的需求 ,因而系統(tǒng)擴(kuò)展了 兩片 8155可編程輸入輸出接口電路。 8155的片選信號(hào) 別接 743和 4、B、 C 分別接到 8031 的 I/O 接口與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的 :8155(1)芯片的 面板上的選擇開關(guān) ;各種運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)控制 ;出刀位信號(hào) ,控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn) ,到達(dá)指定的刀位 ,刀架夾緊之后 ,發(fā)出換刀回答信號(hào) ,經(jīng) 8155(1)的 入計(jì)算機(jī) ,控制刀架開始進(jìn)給。 8155(2)芯片的 、 沖 ,輸出是 X!Y 向的限位控制 ,顯示器的位選信號(hào) ,顯示器的段選信號(hào)由 8031的 117 控制。 其它部件的選擇 直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參照金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)選取。滾珠絲杠選取 列，北京機(jī)床廠產(chǎn)品。為內(nèi)循環(huán)雙螺母墊片預(yù)進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便、剛度高。 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱，在原機(jī)床進(jìn)給箱處安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，采用原固定方式。 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造。拆除原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微 進(jìn)給和機(jī)床刀具對(duì)零件操作，原有的支承結(jié)構(gòu)也保留。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)。 縱橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪 減速，調(diào)隙齒輪用于消除齒輪傳動(dòng)中的間隙，以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)精度。 在原溜板箱處安裝縱、橫向快速進(jìn)給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的緊急處理需要。 所示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 二、 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計(jì)算 縱向進(jìn)給系統(tǒng)得設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺(tái)重量： 80間常數(shù)： T=25滾珠絲杠導(dǎo)程： S=6程： L=1200 沖當(dāng)量： =距角： =： m/工最大直徑： =400 工最大長度： 1000 板及力架重力： 800N 刀架快段速度： 2.4 m/大進(jìn)給速度： 0.6 m/電機(jī)功率： 動(dòng)加速時(shí)間： 30 床定位精度 選擇脈沖當(dāng)量： 根據(jù)機(jī)床精度要求確定，縱向 。 算切削力： 縱車外圓 ; 由文獻(xiàn)可知切削功率 k 式中： N 電動(dòng)機(jī)功率 主動(dòng)系統(tǒng)總功率一般為 取 = 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)：取 c=文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 又因 120 有 120 式中 V 切削速度取 100m/切削力 120 00=參考文獻(xiàn)二可知，主切削力 表 :88 則可計(jì)算如下表 : 2 2 2 3 3 3 F(z( 83.7 ，切削深度 刀量 f=0.4 參數(shù)作為下 邊計(jì)算用，由參考文獻(xiàn)一得一般外圓車削時(shí) z z= z= 橫切端面： 主切削力 取縱切的 1/2 1/2= 取 =z = =z= 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型： 縱向進(jìn)給絲杠 計(jì)算進(jìn)給率引力 N） 縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌 Fx+f（ ） 式中 K 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)綜合導(dǎo)軌取 K=f 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 溜板及力架重力： 800 N Fx+f (G)=00)= 計(jì)算最大的負(fù)載 C C= 其中 L=600 n=10000 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 其中 滾珠絲杠導(dǎo)軌。 初選 s 最大切削力 F 的進(jìn)給速度可取最高進(jìn)給速度的（ 1/21/3），此外 T 使用壽命 按 15000h f w 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)。按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 f w= L 壽命以 106 轉(zhuǎn)為 1 單位。 N=1000000 =50r/=600=60 50 15000/10=45 C= =451/3 滾珠絲杠螺母副的選型。 據(jù)北京機(jī)床研究所滾珠絲杠產(chǎn)品的樣本選取絲杠直徑 40，選用型號(hào)為6 1 2 3 其額定動(dòng)載荷為 163000 N，精度等級(jí) E 級(jí)，強(qiáng)度夠用。 傳動(dòng)效率計(jì)算 = + ) 螺旋升角 2 44 = + )= 44 / 44 +10 )= 剛度計(jì)算： 滾珠絲杠受工作負(fù)載 起的導(dǎo)程 變化 量 m/E F 其中： 在工作負(fù)載 用下引起每一導(dǎo)程的變化量 工作負(fù)載即進(jìn)給率引力 N 滾珠絲杠的導(dǎo)程（ E 材料彈性模數(shù)對(duì)鋼 E 為 104（ N/ S 滾珠絲杠截面積（內(nèi)徑）（ S=（ d /2） 2 d =（ d !/2） 2=() 2 中 e=)= L = 0/E F=106 10珠絲杠受扭轉(zhuǎn)引起的導(dǎo)程變化量 2 +很小，忽略不計(jì)。 所以 L= =100 L / 00/10m 查表知 E 紋精度絲杠允許誤差 15 m m 15 m 剛度夠 穩(wěn)定性校核： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 滾珠絲杠兩端用推力球軸承，支承基本不變，穩(wěn)定性不存在問題。 齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算 ： 設(shè)計(jì)計(jì)算公式均來自參考文獻(xiàn)一 縱向傳動(dòng)有關(guān)齒輪計(jì)算，傳動(dòng)比 i i= 60 p=6/360 0 滾珠絲杠導(dǎo)程 步距角 p 脈沖當(dāng)量 故取 2 0 m=2 b=18 =20 d1=4mm 0 =68 =84mm 9 5 d=d1+=72 縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算 傳動(dòng)慣量的計(jì)算 （）工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 180 p/ ) 2 W=（ 180 2 80 =）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 10 4 )齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 10 4 4=10 4 )電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J J=1/22（ 4） +3=1/+需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M 起 M 起 =f+大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=f+t 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= 0 式中 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 折算 到電機(jī)軸上的摩擦力力矩 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 力力矩 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 n/10m 當(dāng) n=， i/s=2000 =10 n=， mm nt=f i/s=1000 100 80 6=10m=f=S/2 i=f i 當(dāng) =f = 80 25=0=S/2 i(12) 0=加載荷 ,則 X S/6 i(12)=(6 t=S/2 i= 以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=f+ 削時(shí)所需力矩 M=f+0=速進(jìn)給時(shí)所需力矩： M= 0=以上數(shù)據(jù)分析，所需最大力矩 生在快速啟動(dòng)時(shí)。 步進(jìn)電機(jī)最高工作效率 0 p=2000/60 進(jìn)電機(jī)的選擇 對(duì)于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) 表選用 110 直 流 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 其 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 是 800N 電機(jī)在 啟動(dòng)遠(yuǎn)達(dá)不到所需要的轉(zhuǎn)矩 以采買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 用高低壓功放電路，并在程序設(shè)計(jì)中有速度控制子程序以免啟停時(shí)發(fā)生失步現(xiàn)象。其矩頻特性滿足實(shí)際需要的轉(zhuǎn)矩。 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似。所用的公式不在詳細(xì)說明 工作 臺(tái)重量： 30間常數(shù) ： T=25珠絲杠導(dǎo)程： S=6程： L=226沖當(dāng)量： p=距角： =： m/工最大直徑： 210架快移速度： 大進(jìn)給速度： 電機(jī)功率： 切削力計(jì)算： 橫向進(jìn)給量為縱向的 1/31/2，取 1/2。則切削力約為縱向的 1/2 切斷 工件時(shí) x= 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算： 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌 P=f (+2取 k= f = 則 (0+2 n=10000=30r/ 壽命值： L=600 6 則 L=60 n T/106=60 30 15000/106=27 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 Q=271/3 據(jù)北京機(jī)床廠滾珠絲杠產(chǎn)品，選取滾珠絲杠公稱直徑為 25，型號(hào) 5 1 2 3額定動(dòng)載荷為 23100N，所以強(qiáng)度足夠。 效率計(jì)算 螺旋開角 r=3 39 摩擦角 =10 =tg(r+ )=39 / 39 +10 )= 剛度驗(yàn)算 橫向絲杠支撐方式如下圖 4，最大牽引力為 撐間距L=450珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程 變化量 為： d=5+2 5 5 = F 其中 E=106N/=（ d/2） 2= 106 10珠絲杠受扭距引起的導(dǎo)稱變化量很小，可以忽略，故 = 1/ m/m 三級(jí)精度絲杠允許誤差為 15 m，所以剛度不夠， 滾珠絲杠直徑亦不加大，采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則 Q= 0+2 = L=106 10 =10m/m 此時(shí)剛度夠用 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 穩(wěn)定性計(jì)算 由于選用的絲杠直徑和以前機(jī)床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問題。 輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算： 傳動(dòng)比： i= s/360 5/360 4 0 m=2 b=20 =20 8 00 2 04 3 5 d=74轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 180 2 30=杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 45=輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2=104 2=15.6 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=1/22（ + 1/ + 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 i/5=1000 =416r/ 10 416 10m=cm nt=n+i/s=1000 000 100 80 5=r/10 m=f= i=30 0=(12)/ 2 i= t= 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 快速空載起動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 M 啟 = 削時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 M 切 = + 速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 M 快 =0=需最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) 步進(jìn)電機(jī)最高工作效率 0 p=1000/60 步進(jìn)電機(jī)的選擇 0000 p=1000 0 于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) 1/選用 110步進(jìn)電機(jī) ,便于設(shè)計(jì)和采購 ,同樣也用高低壓功放電路和速度控制子程序 ,防止失步。 自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般都 配有四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 ,它是據(jù)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備的需要 ,同時(shí)兼顧刀架機(jī)床上能夠獨(dú)立控制的需要而設(shè)計(jì)的。現(xiàn)有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀 ,其結(jié)構(gòu)主要有插銷式和端齒盤式。由于刀架生產(chǎn)廠家無一標(biāo)準(zhǔn) ,因此 ,結(jié)構(gòu)、尺寸各異。由于目前使用較多的是端齒盤式四工位自動(dòng)刀架 ,所以就選用端齒盤式四工位自動(dòng)刀架。 從自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動(dòng)完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動(dòng)作。下面依次討論刀架要完成上述過程的設(shè)計(jì)原理。 刀架的抬起 ,利用螺紋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成軸向直線運(yùn)動(dòng)， 從而達(dá)到抬起刀架的目的，在這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。在刀架的抬起過程中要防止刀架轉(zhuǎn)動(dòng)這可通過設(shè)計(jì)一個(gè)帶有斜面的粗定位銷和定位銷槽的配合來完成，并使斜面間摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，大于上述轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 刀架的回轉(zhuǎn)和選位 刀架由一個(gè)微電機(jī)通過傳動(dòng)系統(tǒng)來帶動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線是豎直的而轉(zhuǎn)速比起微電機(jī)來要慢的多，由于電機(jī)空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動(dòng)比較適合于這場合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作原理是：當(dāng)?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r(shí)由一個(gè)正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn) 動(dòng)，因此刀架的抬起運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)由同一傳動(dòng)系統(tǒng)來先后完成。 刀架轉(zhuǎn)過一定角度后要選位看一看轉(zhuǎn)到這個(gè)位置的刀具是否符合加工要求，這一切是由于微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)具體的說當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動(dòng)此位置時(shí)程序自動(dòng)地將改位置的編碼與所需刀具編碼加以比較，若相同，該刀具就選定此位，否則再移動(dòng)，重復(fù)上述過程。 每次轉(zhuǎn)過的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來確定由于設(shè)計(jì)的四工位刀架每次轉(zhuǎn) 360/4=90 度刀架編碼分別位 00， 01， 10， 11。刀架編碼信號(hào)的發(fā)出是由于裝在隨刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng)的微機(jī)電源開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的微機(jī)開關(guān)的觸頭朝外它的開頭狀態(tài)由一個(gè)內(nèi)表面凸輪來控制凸輪實(shí)際上是只有一定半徑差的兩個(gè)內(nèi)圈弧表面微動(dòng)開關(guān)觸頭與小半徑差的兩個(gè)內(nèi)圓弧表面接觸開關(guān)便接通與大半徑內(nèi)圓弧表面接觸開關(guān)便中斷與此對(duì)應(yīng)的信號(hào)分別是 0和 1所需要的微動(dòng)開關(guān)數(shù)目等于編碼的位數(shù)即四方刀架有兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，另外刀架編碼信號(hào)并非刀架轉(zhuǎn)到此位置時(shí)才發(fā)出的而是提前發(fā)出的當(dāng) 刀架轉(zhuǎn)到某個(gè)刀位時(shí)粗定位開關(guān)發(fā)信號(hào)，停轉(zhuǎn)微機(jī)進(jìn)行編碼比較，根據(jù)比較結(jié)果，或刀架選定此位，或繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，粗定位開關(guān)的通斷控制也是由一個(gè)類似于表面凸輪的定位槽來完成了刀架的下降定位和壓緊。 刀架選定位置后斜面插入斜面槽中使之粗定位然后微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)由于斜面銷的棘輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)只是下降再由精定位元件來精定位。 精定位元件選用端面齒盤來精定位齒盤齒廓部分的形狀精度可以從工藝上嚴(yán)加控制再經(jīng)過反復(fù)對(duì)研，即可得到很高的精度，由于端面齒盤定位位多齒接觸，接觸面積大因此它還有接觸剛度好，定位尺寸穩(wěn)定性好和壽命長等特 點(diǎn)，此外這種元件允許刀架下降時(shí)有一定角度誤差。 定位完畢需要壓緊刀架才能安全可靠地工作，壓緊力是由刀架下降到底后微電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，壓緊力大小應(yīng)是切削力大小兩倍以上而且應(yīng)能調(diào)整，當(dāng)壓緊力達(dá)到調(diào)整數(shù)值時(shí)使微電機(jī)停轉(zhuǎn)且始終能保持這一壓力直到下一動(dòng)作循環(huán)的開始。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 本減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成告訴級(jí)齒輪傳動(dòng)的一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器。由經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（張新義主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 六章 32和表 6 33已知電機(jī)功率為 120400r/作可靠 30000次取為 40000次換刀時(shí)間（ 270）為 設(shè)傳動(dòng)比為 i= =. 選擇材料 刀架為一般工作器，選常用材料及熱處理， 40面淬火齒面硬度 48 552算許用應(yīng)力 選用齒面精度等級(jí)為 5級(jí)精度（ 58） 初選小齒輪齒數(shù) 19 大齒輪齒數(shù) i*9= 88 實(shí)際齒數(shù)比 188/19= 齒數(shù)比誤差為 |M 理 |/M 理 =| 在允許范圍內(nèi) 2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 計(jì)算公式按式（ 6 6） (2 d)*(u+1)/u)*(h* H) (1)確定計(jì)算參數(shù) 10 P1/10 10 齒數(shù) 19， 88查表 6 15得 1 2 1 2 是直齒輪 0 故 表 6 7假設(shè) ，刀具在直線的上方，當(dāng) F0 時(shí)，表示在直線的下方，當(dāng) F=0 時(shí)。表示在直線上。 實(shí)際計(jì)算時(shí)， 某時(shí)刻刀具運(yùn)動(dòng)到 i），該點(diǎn)的偏差值 C 刀具沿 +X 走一步，則新點(diǎn)的坐標(biāo)=， =差函數(shù) = ） =理當(dāng)0時(shí)，刀具沿 +=e，用遞推法計(jì)算而不乘除法，也不需要計(jì)算和保存。刀具的中間坐標(biāo)，減小了計(jì)算量和運(yùn)行時(shí)間，提高了插補(bǔ)速度。 終點(diǎn)判別是根據(jù)插補(bǔ)循環(huán)數(shù) i 與刀具沿 X， Y 軸應(yīng)進(jìn)給的總數(shù) N= 這里設(shè)計(jì)的直線插補(bǔ)程序作為一個(gè)子程序供調(diào)用其終點(diǎn)坐標(biāo)值。在主加工程序中有初始化的內(nèi)容，這部分在管理程序的主模塊完成，在此寫主要是為了程序表達(dá)更清楚。 進(jìn)給控制字 設(shè)置 一個(gè)字節(jié)的控制字。用來