摘 要 數(shù)控機床即數(shù)字程序控制機床，是一種自動化機床 ，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機床研究的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。 隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機床借助現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。 本設(shè)計是對 通立式銑床進行數(shù)控化改造。為了實現(xiàn)把 通立式銑床改造成經(jīng)濟型數(shù)控銑床， Z 進給系統(tǒng)進行數(shù)控改造，并增加了 置和伺服系統(tǒng)。對主傳動系統(tǒng)，我選用 0M 動機通過帶傳動驅(qū)動主軸。對進給系統(tǒng)，我把原先的滑動絲杠換成滾珠絲杠，以提高精度和效率。通過單片機的設(shè)計，構(gòu)成控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控改造，滾珠絲杠，伺服系統(tǒng) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 NC is an is of of NC to C In to NC I am to C to NC I C I to to of a NC 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此，對數(shù)控機床的改造也就顯得比較重要，數(shù)控機床的設(shè)計與改造也成為工業(yè)發(fā)展的一個重要方面。 該課題來源于生產(chǎn)實踐的需要，利用大量閑置舊機床，對其進行數(shù)控化改造后，成為一種高效的、多功能的經(jīng)濟型數(shù)控機床，是一種推陳出新、盤活存量資金的有效辦法，是低成本自動化的必由之路。 數(shù)控機床即是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。現(xiàn) 代數(shù)控機床都采用計算機（微型機算計）作為控制系統(tǒng)，它由 統(tǒng)，機床主機及輔助裝置組成。 數(shù)控機床的發(fā)展及目前的狀況 ： 第一臺數(shù)控機床問世于美國，是為了適應(yīng)航空工業(yè)制造復(fù)雜零件的需要而產(chǎn)生的， 70年代初以前，美國處于領(lǐng)先的地位， 70 年代中期，前蘇聯(lián)生產(chǎn)的數(shù)控機床在數(shù)量上趕超美國成為第一。 1981 年，日本超過了其他國家而成為世界上最大的數(shù)控機床生產(chǎn)國家。 在國外數(shù)控機床的數(shù)量中，最多的是普通數(shù)控機床，特別是數(shù)控車床，但是發(fā)展最快的則是可以自動換刀具的加工中心，目前國際上研制的數(shù)控設(shè)備則是由加工中心為主體的柔 性加工單元及柔性制造系統(tǒng)。 我國的機床數(shù)控行業(yè)起步于 1961 年，到現(xiàn)在已有 45 年多的歷史了， 70 年代中期開始進入實用階段，但直至 80 年代 初 由于引進了國外數(shù)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵器件，數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)中才獲得較好的應(yīng)用，我國目前狀況是：數(shù)控系統(tǒng)已形成年產(chǎn) 500套多功能數(shù)控機床和 3000套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的能力。我國已建立了以中 、 低檔數(shù)控機床為主的產(chǎn)業(yè)體系， 20 世紀(jì)90 年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機床。隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，機床設(shè)備數(shù)控化率的提高已是衡量一個國家機械制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。據(jù)最近有關(guān)資料表明，我國機床總有量 380余萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)只有 臺，即我國機床數(shù)控化率還不到 3%，而一些發(fā)達國家早已達到 20%以上，因此，我國機械制造水平與發(fā)達國家相比差距很大，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。 數(shù)控未來發(fā)展的趨 勢 往高精，高速，高柔性化及高復(fù)合化加工方向。 集成化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、通用型開放式閉環(huán)控制模塊。 高效多軸化、實時智能化、用戶界面圖形化、科學(xué)計算可視化、插補和補償方式多樣化。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 數(shù)控化改造的優(yōu)點 (1)投資額少。同購置新機床相比，可以節(jié)省 20 30 的費用。 (2)熟悉了解設(shè) 備、便于操作維修。購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。 (3)由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。 (4)可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。因此可節(jié)約費用，降低改造成本，同時也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 在數(shù)控改造中應(yīng)注意的問題 ： 車床改造的工藝流程 應(yīng)保留的部分：主軸箱，床身，大、中溜板，尾座等等。改造前，應(yīng)將機床大修處理：包括主軸箱傳動，精度調(diào)整，主軸徑向跳動及軸向竄動精度修復(fù)，機床導(dǎo)軌平面度及直線度，卡盤裝夾精度調(diào)整等。 改造部分包括：增加數(shù)控裝置， X，Y， Z 軸驅(qū)動器驅(qū)動電機，換裝 X， Y， Z 軸滾珠絲杠及電動刀架，增加必要的控制電器開關(guān)，冷卻液及潤滑裝置改造等。 滾珠絲杠的選用和安裝 。 應(yīng)盡量消除齒輪副和絲桿副的間隙，齒輪全部采用雙片薄齒輪錯齒法消除嚙合縫隙。也可采用軟件補償進給量的方法消除。 銑床工作臺重，而且銑削力也較大，垂直絲桿要配備較大功率的驅(qū)動電動機，要在工作臺上加配重或平衡液壓缸來平衡。 改造的主要內(nèi)容 (1)恢復(fù)原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)； (2)，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或 加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 床、 床； (3)翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部件重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 統(tǒng)以最新 行更新； (4)技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 目 錄 前言 . 2 第一章 數(shù)控機床的概述 . 6 . 6 . 6 . 6 控機床的特點 . 7 控機床組成 . 7 要性和迫切性 . 7 第二章 銑床機械機構(gòu)的改造設(shè)計 . 9 . 9 數(shù)控銑床機械結(jié)構(gòu)的主要特點 . 9 . 10 設(shè)計： . 10 . 10 . 12 . 13 . 14 . 14 . 15 . 16 . 17 . 17 . 21 的設(shè)計 . 21 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 第三章 普通銑床的電氣改造部分 . 23 控系統(tǒng) . 23 設(shè)計 . 24 示器接口設(shè)計 . 26 . 28 . 28 . 31 結(jié) 論 . 33 致 謝 . 34 參 考 文 獻 . 35 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 第一章 數(shù)控機床的概述 控機床 控機床的概念 數(shù)控機床是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，既包括 床，也包括 床，數(shù)字控制機床，簡稱 床 。 數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機床的運動和加工過程。計算機數(shù)控機床簡稱 床，是利用具有專門存儲程序的計算機來實現(xiàn)對機床的全部或部分控制系統(tǒng)。工作原理是 :將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由 數(shù)控裝置控制主運動的變速，起停，進給運動的方向 、 速度和位移大小 、 以及諸如刀具的選擇 、 交換 、 工作夾緊 、 松開和冷卻的起 、 停等動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格按數(shù)控程序的要求進行工作。 控機床的產(chǎn)生及發(fā)展簡史 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能 、 精度和效率日趨提高，因此對加工機械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備 高精度與高自動化的要求。 在機械產(chǎn)品中，單位與小批量產(chǎn)品占到 70%這類產(chǎn)品一般都采用通用機床加工，當(dāng)產(chǎn)品改變時，機床與工藝裝備均需作 相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機床的自動化程度不高，基本上需要人工操作，難以提高生產(chǎn)效率和保證生產(chǎn)質(zhì)量。特別是一些有曲線 、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿形機床，或者借助劃線和樣板手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。 數(shù)字控制機床就是為了解決單位 、 小批量，特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化，并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。 數(shù)控機床的發(fā)展簡史 在美國誕生了第一臺數(shù)控機床后，可劃分為兩個階段： 第一階段：數(shù)控階段（ 1952 1970 年）。早期采用數(shù)字邏輯電路組合成一臺機床，專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng) ，被稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為數(shù)控。 第二階段：計算機數(shù)控（ 段（ 1970 年現(xiàn)在）。到 1970 年，通用小型計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控階段。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 控機床的特點 與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點： 有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 加工形狀復(fù)雜的零件； 般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間； 性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的 3 5 倍）； 以減輕 勞動強度； 維修人員的技術(shù)要求更高。 控機床組成 數(shù)控機床一般由下列幾個部分組成： 數(shù)控機床的主 體 ，包括機床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。 它 是用于完成各種切削加工的機械部件。 數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、 示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。 它 在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當(dāng)幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。 床數(shù)控化改造的必要性和迫切性 數(shù)控機床是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，它集精密 、 柔性和集成與 一身，它可以較好的解決形狀復(fù)雜 、 精密 、 小批多變的零件加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，是一種高度自動化機床。其造價較低，改造周期短，可靠性高，改造技術(shù)也日趨成熟，加買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 之我國特有的經(jīng)濟實用產(chǎn)品 “ 經(jīng)濟型數(shù)控裝置 ” 的技術(shù)指標(biāo)不斷的提高，產(chǎn)品的更新和完善的進度不斷的加快，產(chǎn)量不斷的提高，故有廣闊的前景， 工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造。而我國在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家落后約 20 年。隨著我國現(xiàn)代化制造的不斷推進，每年都有大量機電產(chǎn)品進口，這 就說明了機床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 第二章 銑床機械機構(gòu)的改造設(shè)計 述 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此，對數(shù)控機床的改造也就顯得比較重要，數(shù)控機床的設(shè)計與改造也成為工業(yè)發(fā)展的一個重要方面。銑床的應(yīng)用十分廣泛，主要用于加工面或成型表面。若要在立式銑床上加工圓弧、凸輪等特殊類平面時，就要借助于圓工作臺、分度頭等機床附件，并對機床進行整體調(diào)整。加工精度較低，基礎(chǔ)調(diào)整工作費事。所以，為提高工件的加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于加工 圓弧面和凸輪的曲面等，可以利用數(shù)控方法對銑床進行數(shù)控化改造。普通銑床經(jīng)濟型數(shù)控化改造包括兩個方面，即機床電器的數(shù)控化改造和機床本體的數(shù)控化改造。 數(shù)控銑床機械結(jié)構(gòu)的主要特點 (1)可以加工出傳統(tǒng)銑床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確的算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 (2)可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)銑床提高 (3 7)倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程 序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控銑床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。 (3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 (4)可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在銑床間的頻繁搬運。 (5)由以上四條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力 (一個人可以看管多臺銑床 )，減少了裝卸，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求做出快速反應(yīng)等。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 控改造的計算設(shè)計 向方向（ X 軸）的設(shè)計 ： 工作臺的進給運動是由步進電動機由一級消隙齒輪經(jīng)滾珠絲杠螺紋副，帶動工作臺移動。其中在縱向（軸）進給系統(tǒng)的改造布置中，滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺上，隨工作臺移動。步進電動機經(jīng)降速齒輪和滾珠絲杠的螺母固定在床鞍上，通過滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)工作臺與床鞍之間的相對移動。滾珠絲杠螺母副，它的特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件，以減少摩擦，絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。 滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點有： （ 1） 傳動效率高，摩擦損失小，使用壽命長。 （ 2） 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間 隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，防止失步；定位精度高，剛度好。 （ 3） 有可逆性 絲杠和螺母都可以作為主運動件，故可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。 （ 4） 運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 床的主要技術(shù)規(guī)格：如表 2示 機床進給部件參數(shù)初選： 縱向工作臺及夾具重量： = 2200 N（估計值） 滾珠絲杠的基本導(dǎo)程： 0L = 8紋升角： 0393 行程： S= 680大縱向行程） 快速進給速度：取 驗值） 削力 計算 現(xiàn)在以工作壽命和實際加工過程中的最大銑削力為基礎(chǔ)進行設(shè)計計算，以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠。 工件材料為 ： 40鍛件并調(diào)質(zhì) 銑削寬度 ： 22 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 銑削深度 ： 5 刀具直徑 d ： 32 齒切厚 ： 刃齒數(shù) Z ： 4 刀具材料為 ：高速剛立銑刀 表 2 工 作 臺 工作面積 寬 *長 20*1250 承載重量 00 T 型槽數(shù)目 個 3 T 型槽寬度 8 T 型槽間距 0 行 程 X 向（工作臺縱向）手動 /機動 00/680 Y 向（滑座橫向）手動 /機動 55/240 Z 向（升降臺垂向）手動 /機動 70/350 進 給 切削進給速度 mm/， Y： Z： 8速移動進給速度 mm/， Y： 2300 Z： 770 進給級數(shù) 8 進給電機功率 他 機床外形尺寸（長 *寬 *高） 272*1770*2094 機床凈重（約） 800 據(jù) 機床設(shè)計手冊 有公式： 1500N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 珠絲杠所受的平均軸向載荷 計算 用高速鋼立銑刀逆銑合金剛時， 工件的切削力可查 數(shù)控機床書 中得 : 縱向進給力 （取中間值： 500=1650N 橫向進給力3 5 0 （取中間值： 500=直進給力2 0 （取中間值： 500=375N 故可知在插補平面內(nèi)的合力為 : 22 =1734N 那 么絲杠所受的平均工作載荷： 22 1 7 4 3 1 1 6 233 N 所以絲杠軸向所受載荷 )( 其中 橫向分力 275N 縱向工作臺及夾具重量 2200N 為顛覆力矩影響系數(shù) 取 為當(dāng)量摩擦系數(shù) M 取 么 162 + 2200+1275) =1903N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 杠副工作負(fù)荷計算及絲杠型號的選擇 初始估計絲杠的基本導(dǎo)程為 80 現(xiàn)在根據(jù)最大當(dāng)量動載荷計算公式： f 式中： 運轉(zhuǎn)系數(shù)，取 精度系數(shù)，取 9.0絲杠所受軸向載荷（ N ）， 1903 L 壽命值，可據(jù)公式 61060 n 為絲杠平均轉(zhuǎn)速（ r / 11 0 0 0 * 2 28 =156.3 r/中： 大切削力下的進給速度，可取最高進給速度 m a x 2 . 5 ( m i n )V m m 的12 則： 61060 T 使用壽命 時間，據(jù)查經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計手冊取 T=15000 小時 L 66 0 1 5 6 . 3 1 5 0 0 010 從而， f 3 1 4 0 . 6 2 5 1 9 0 3 1 . 20 . 913194N 01000買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 根據(jù)機床設(shè)計手冊得， 故可選絲杠型號為： 5008內(nèi)循環(huán)浮動返向器），5008基本尺寸為： 公稱直徑： 50螺距： 8 剛球直徑： 5 螺紋升角， = 339 絲杠外徑， d = ( 紋底徑 ， 1d =30動載荷 25000 13194N 故選擇符合要求，絲杠可用。 動效率的計算 根據(jù)機械設(shè)計原理滾珠絲杠的傳動效率 的計算公式為： 式中： 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知， = 339 摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角 10 則可得： )01392393 =97% 度驗算 滾珠絲杠受工作負(fù)荷 起的導(dǎo)程的變化量： 01 其中：彈性模量對于鋼為： 26 /1021 滾珠絲杠橫截面積： F（ 2 而： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 22249232 則： 01 /61 9 0 3 0 . 8 1 0 . 2 1 02 1 1 0 7 . 1 珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 2L 很小，可以忽略，故1； 故導(dǎo)程的變形誤差為： 100100 01 查表得 E 級精度絲杠所允許的螺紋誤差（ 1m 長）為 15 m /m ，故剛度足夠 。 定性的驗算 (1)臨界壓縮載荷的驗算 由于縱向（ X 軸）的滾珠絲杠兩端采用的是滾珠絲杠螺紋副固定，絲杠一般不會受壓，又由于機床的原普通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能滿足要求。 (2)臨界轉(zhuǎn)速的驗算 由計算得已知絲杠平均工作轉(zhuǎn)速為： 1 5 6 . 3 m i n 1 0 0 m i nn r r 因此，必須進行臨界轉(zhuǎn)速的驗算，即： 2m a 其中式中符號表示： 絲杠的最大轉(zhuǎn)速：m a 0 0 0 * 2 . 5 3 1 2 . 5 m i a 2f 絲杠支承方式系數(shù)取 f （因為沒有受壓） 910 2222紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 絲杠的長度。 l = 工作最大行程 + 螺母長度 + 兩端余量（取 40 螺母長度由機床零部件設(shè)計上可查得，絲杠設(shè)計部分 l = 680 + （ 131 + 40） 2 = 680 + 342 = 1022撐跨距 1l 應(yīng)略大于 l 取 1l = 1100 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 680 + 131 + 40 + 1100 10222 = 811 + 40 + 39 = 8904 . 7 3 0 . 0 3 499100 . 8 9 2 =9533 /可見滿足： m a x 3 1 2 . 5 / m i n r 所以滿足穩(wěn)定性的要求。 輪傳動設(shè)計的有關(guān)計算： 由于初選的步進電動機（ 110系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 p = 步距角為： 絲杠導(dǎo)程為： 8oL 如果不采取齒輪傳動，那么每個脈沖對應(yīng)的絲杠螺母傳動的距離為： 0 脈沖當(dāng)量所以需要有減速機構(gòu)，也就是要設(shè)計齒輪減速。 采用減速齒輪具有如下特點： 便于配置出所要求的脈沖當(dāng)量 ； 減小工作臺以及絲杠折算到電動機軸上的慣量 ； 放大電動機輸出扭矩，即增大工作臺的推力 。 但采用減速齒輪會帶來額外的傳動誤差，使機床的快速移動速度降低，并且其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動慣量，這些應(yīng)引起注意。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 進電機型號的計算選擇 步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電信號轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移的機電元件。每輸入一個脈沖，步進電動機轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一定角度，它與普通的勻速旋轉(zhuǎn)的電動機不同，它是步進式的，所以稱步進電機。它的優(yōu)點有：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)相對應(yīng)，改變通電順序可以改變步進電機的旋轉(zhuǎn)方向；步矩誤差不會長期積累；在負(fù)載范圍內(nèi)步矩角和轉(zhuǎn)速不受電源電壓波動的影響，而僅與脈沖頻率有關(guān)；維持控制繞組的電流不變，電機便停在某一位置上不動，即步進電機有自整角能力，不需要機械制動，步矩角可在很大的范圍內(nèi)變化；步進電機的主要特性：步矩角、啟動頻率、 連續(xù)運行頻率和加減速特性。步進電機的缺點是效率低，拖動負(fù)載的能力不大，脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)整范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過 18000 數(shù)控系統(tǒng)對伺服電機的基本要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機需滿足調(diào)速要求。負(fù)載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機應(yīng)有足夠的驅(qū)動力矩，動態(tài)響應(yīng)快，為了使步進電機正常工作運行（不失步、不超程），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，電機最大靜轉(zhuǎn)矩（步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)），必須大于電機的實際最大啟動力矩。電機的運行頻率必須大于電機實際最高工作頻率。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機床移動部件相對于每一個進給脈沖信號的 位移量，其大小視機床的加工精度而定。根據(jù) 床工作狀況選系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 。 根據(jù)同類型的機床及以往的經(jīng)驗，結(jié)合重量輕、功耗小、外觀尺寸和與步距角相配合的原則，初選步進電動機類型，然后驗算是否滿足使用要求，否則選取其它型號，最后直到滿足要求為止。 初選步進電機型號為： 110應(yīng)式步進電動機。 向步進電機選擇計算 (1)根據(jù)機電一體化基礎(chǔ)所提供的計算公式： 2221 21( 2 ； 21,大齒輪的慣量 )( 2 ； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 ( 2 ； (N ， 2156 ； P ( ； (2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 計算快速空載起動時所需力矩 起M 依據(jù)公式： 0m a x 起 式中： 起M 空載起動力矩 )( ； ( ； ( ； 0M ( ； 又： JM a m 式中： J ( ， 2 . 0 3 4 . 6 1 6 . 6 4 J N c m ； ( 2 又： 260中： r ； (s 取 25又： 360 則： m a x 2 5 0 0 0 . 7 5 5 2 1 / m i 0 1 3 6 0 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 則： 5216 0 0 52 3 22 1 .8 s 故： JM a m 140N 又因為： f 2 00 式中： 0F (N ； 般可取 ，現(xiàn)取 ； 又： )(0 式中： 垂直方向的切削力 )(N ， ( 0 . 2 0 . 3 ) 3 7 5f N N； f 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， 04.0f (貼塑導(dǎo)軌 )； 橫向工作臺及夾具重量 )(N ， 2200； 則： 0 0 . 0 4 ( 3 7 5 2 2 0 0 )F =103N 故： 1 0 3 0 . 82 3 . 1 4 0 . 8 1 . 6 7 又： 20000 12 式中： 0 0 1 3873 N； 0 0 95% ； 故： 20 3 8 7 0 . 8 1 0 . 9 52 3 . 1 4 0 . 8 1 . 6 7M 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 3 7 (1 0 . 9 ) 3 . 7 N c m 0m a x 起 =140+53.5 (4)快速進給時所需力矩 快M 依據(jù)公式： 0f 快 而： 9 . 8 3 . 7 1 3 . 5M N c m 快 故有： 1 3 . 5 1 5 3 . 5M N c m M N c m 快 起 (5)最大切削負(fù)載時所需力矩 切M 根據(jù)公式： 0切 式中： 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩 )( ； 又有公式： 2 0 式中： (N ， (1 1 . 2 ) 1 . 2 1 5 0 0 1 8 0 0 N ； 則： 1 8 0 0 0 . 82 3 . 1 4 0 . 8 1 . 6 7 172N 故： 0切 9 7 2 (6)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 依據(jù)文獻實用機床設(shè)計手冊上，有： 對于在最大切削力下工作時所需要電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： a x 切MM j 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 3 7 1 6 1 8N c m 對于空載起動時所需要的電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： MM j 由 和 可知，以計算得： 大于 2所以就以 1為選取步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進電機為 110它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：m a x 1689 jN c m M 所以初選的步進電機型號符合要求。 進電機動載荷矩頻特性和運行矩頻 特性 由數(shù)控技術(shù)得：動矩頻特性： 01000 m 1000 =4167行矩頻特性： P 01000其中： 大 切 削 力 下 的 進 給 速 度 )m ， 可 取 最 高 進 給 速 度 m a x 2 .5 m i 的 3121 ，現(xiàn)取中間值，即 m a . 4 6 m i m 。 所以 ： 1000 =2431由步進電機 110矩頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進電機在起動時力矩是滿足要求的。 所以最終就確定步進電機的型號為： 110應(yīng)式步進電動機。 向 (Y 軸 )的設(shè)計 Y 軸的絲杠選擇與 X 軸一樣為 循環(huán)浮動返向器 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 Y 軸的齒輪副設(shè)計也與 X 軸相同，這里不再累贅。 Y 軸方向步 進電動機的選擇： Y 軸銑削圓周力： =1500N 則有 Y 向絲杠牽引力： +G =1500+410562N 則有電機軸負(fù)載力矩： 其中： F 絲杠牽引力 不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動力矩為： 可取安全系數(shù)極限值 有： a 相十拍的五相步進電機最大啟動力矩： a x 電機最大工作頻率：m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 . 6 26676 0 6 0 0 . 0 1 z 綜合以上可選取步進電機型號為： 110應(yīng)式步進電動機。 步進電機 110外型尺寸為： 160110 ，軸徑為 11 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 第三章 普通銑床的電氣改造部分 控系統(tǒng) 機電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成?？刂葡到y(tǒng)的控制對象主要包括各種機床，如車床、銑床、磨床等等?？刂葡到y(tǒng)的基本組成如圖 3示 : 圖 3國電子工業(yè)協(xié)會 )所屬的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)委員會的定義：“ 用一個存儲程序的計算機，按照存儲在計算機內(nèi)的讀寫存儲器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的部分或全部功能，在計算機之外的唯一裝置是接口”。 際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的定義：“數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機床移動和加工零件?！?數(shù)控系統(tǒng)分輪廓控制和點位控制系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的核心是完成數(shù)字信息運算、處理和控制的計算機，即數(shù)字控制裝置。 數(shù)控裝置有兩種類型： 一是完全由硬件邏輯 電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置，即 置， 置是數(shù)控技術(shù)發(fā)展早期普遍采用得數(shù)控裝置； 二是由計算機硬件和軟件組成的計算機數(shù)控裝置，即 置，它是由硬件和軟件共同完成或是在硬件的支持下由軟件單獨實現(xiàn)全部數(shù)控功能。 從外部特征看， 統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。它們二者是互相支持，不可分割的， 工作是在硬件的支持下，由軟件來實通信接口 軟件 微 機 步進電機驅(qū)動電路 步進電機 機 床 開關(guān)量控制電路 主運動驅(qū)動電路 主軸電動機 買文