買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 控化改造 內(nèi)容摘要 本文提供了一種 床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造方案，改造的主要模塊有：機(jī)械部分和數(shù)字控制電路部分。機(jī)械部分主要是對(duì)絲杠、驅(qū)動(dòng)元件和減速齒輪的改造。改造后的系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)控制系統(tǒng)， 以 單片機(jī)為控制處理芯片， 實(shí)現(xiàn) X、 Y 兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)改造 ,使得改造后的機(jī)床能加工除了 銑削鍵槽、平面及孔等簡(jiǎn)單的零件外，還能加工形狀復(fù)雜（如加工圓弧面、斜面及凸輪等）的零件。改造后的數(shù)控機(jī)床具有高精、高效及加工產(chǎn)品范圍廣等特點(diǎn)。最后再對(duì)系統(tǒng)的誤差及精度進(jìn)行分析，并提出改進(jìn) 的方法、建議。 關(guān)鍵詞 ： 控化 改造 單片機(jī) 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 n in of s in to a in So,53K is so a of to of in NC an as on a 53K is it is NC in 文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 目 錄 前言 . 5 正文 . 12 . 12 體設(shè)計(jì)方案 . 12 床改造的方案比較 . 12 現(xiàn)的目標(biāo) . 15 傳動(dòng)的系統(tǒng)改造 . 15 械部分的數(shù)控化改造 . 15 氣部分的數(shù)控化改造 . 16 給系統(tǒng)的改造 . 16 給機(jī)構(gòu)的改造 . 16 改造要求 . 16 機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì) . 17 統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) . 17 件系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 17 造后的布局 . 18 算過(guò)程 . 18 向方向（ X 軸）的設(shè)計(jì) . 18 削力 . 19 珠絲杠所受的平均軸向載荷 . 20 杠副工作負(fù)荷計(jì)算及絲杠型號(hào)的選擇 . 21 動(dòng)效率 的計(jì)算 . 22 度驗(yàn)算 . 23 定性的驗(yàn)算 . 24 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的有 關(guān)計(jì)算 . 25 輪材料的選用及許用應(yīng)力 . 25 齒圓柱齒輪副的計(jì)算 . 26 進(jìn)電機(jī)型號(hào)的計(jì)算選擇 . 27 向 (Y 軸 )的設(shè)計(jì) . 34 3 數(shù)控部分設(shè)計(jì) . 35 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 36 控制器（ . 36 儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 . 36 展 I/O 接口 . 37 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 . 37 程控制 . 38 盤與顯示 . 39 位電路 . 39 急停車 . 39 程時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 . 39 進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)軟件控制 . 40 4 誤差來(lái)源及精度分析 . 40 差的來(lái)源 . 40 械結(jié)構(gòu)原因 . 40 控部分原因 . 40 差補(bǔ)償措施 . 40 輪副誤差補(bǔ)償 分析 . 40 控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償分析 . 41 珠絲杠副誤差補(bǔ)償 分析 . 42 結(jié)論 . 43 致謝 . 44 參考文獻(xiàn) . 45 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 前言： 該課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐的需要，利用大量閑置舊機(jī)床，對(duì)起進(jìn)行數(shù)控化改造后，成為一鐘高效的、多功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(dòng)化的必由之路。 數(shù)控技術(shù)及 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品：數(shù)控機(jī)床；其技術(shù)范圍涉及很多領(lǐng)域： 機(jī)械制造技術(shù)；信息處理技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) ； 傳感器技術(shù)； 軟件技術(shù)等。 數(shù)控機(jī)床即是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都采用計(jì)算機(jī)（微型機(jī)算計(jì)）作為控制系統(tǒng)，它由 統(tǒng)，機(jī)床主機(jī)及輔助裝置組成。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及目前的狀況 數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品自動(dòng)化發(fā)展中處于核心地位的一種高技術(shù)。 第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世于美國(guó)，是為了適應(yīng)航空工業(yè)制造復(fù)雜零件的需要而產(chǎn)生買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 的， 70 年代初以前，美國(guó)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(jī)床在數(shù)量上趕超美國(guó)成為第一。 1981年，日本超過(guò)了其他國(guó)家而成為世界上最大的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)家。 在國(guó)外數(shù)控機(jī)床的數(shù)量中，最多的是普通數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控車床，但是發(fā)展最快的則是可以自動(dòng)換刀具的加工中心，目前國(guó)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)。 國(guó)際數(shù)控技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)過(guò) 2個(gè)階段和 6代的發(fā)展過(guò)程，如表 1和表 2所示。 我國(guó)的機(jī)床數(shù)控行業(yè)起步 1961年，到現(xiàn)在已有 45年多的歷史了， 70年代中期開始進(jìn)入實(shí)用階段，但直至 80 年代處由于引進(jìn)了國(guó)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(guó)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(jī)床和 3000 套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置 的能力。我國(guó)已建立了以中，低檔數(shù)控機(jī)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(jī)床。隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，機(jī)床設(shè)備數(shù)控化率的提高已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)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(guó)機(jī)床總有量 380余萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不到 3%，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已達(dá)到 20%以上，因此，我國(guó)機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國(guó)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。 提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑：一是購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床；二是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。這 對(duì)于我國(guó)一個(gè)機(jī)床擁有量極大（其中大部分機(jī)床年齡較長(zhǎng)），而當(dāng)前經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，采用舊機(jī)床改造來(lái)提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率，是一個(gè)及其有效和實(shí)用的途徑。 表 1 硬件數(shù)控發(fā)展階段 第一代 1953年的電子管 第二代 1959年的晶體管分離元件 第三代 1965年的小規(guī)模集成電路 表 2 軟件數(shù)控發(fā)展階段 第四代 1970年的小型計(jì)算機(jī) 第五代 1974年的微處理器 第六代 1990年的基于 （ 數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 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(shí)時(shí)智能化、用戶界面圖形化、科學(xué)計(jì)算可視化、插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化。 內(nèi)裝高智能 媒體技術(shù)的應(yīng)用。 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)，引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，引入故障診斷專家系統(tǒng)。 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) 減少投資額，交貨期短 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 熟悉了解設(shè)備，便于操作維修 可充分利用現(xiàn)有的條件 可更好的因地制宜，合理刪選功能 可及時(shí)采用最新技術(shù)，充分利用社會(huì)資源 數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng) 無(wú)間隙。 有高的靜動(dòng)態(tài)剛度。 功率大，低振性，可靠性高。 便于操作和維修 機(jī)床數(shù)控改造的必要性 數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)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(wèn)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(dòng)化機(jī)床。其造價(jià)較低，改造周期短，可靠性高，改造技術(shù)也日趨成熟，加之我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)實(shí)用產(chǎn)品“經(jīng)濟(jì)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(jìn)度不斷的加快，產(chǎn)量不斷的提高，故有廣闊的前景，其必要性還體現(xiàn)在： 由于數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分 利用原有的設(shè)備和閑置設(shè)備，把它們改造成數(shù)控，使它們的原有功能和改造后新增加的功能得到充分的利用，提高了機(jī)床的使用價(jià)值。 易于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且針對(duì)性強(qiáng)，即可針對(duì)新加工的零件類型及機(jī)買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 床來(lái)進(jìn)行改造，改造后機(jī)床沒(méi)有多余的功能。 改造后的機(jī)床加工精度得到提高，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得到降低。 減少了輔助加工時(shí)間，可提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。 數(shù)控改造可在企業(yè)技術(shù)人員參加下開發(fā)，所以他們可熟悉，掌握改造后的機(jī)床性能，操作等，為以后的生產(chǎn)，維護(hù)，修理打下基礎(chǔ)。 數(shù)控改造的可能性 從整體上說(shuō)我國(guó)的數(shù)控機(jī) 床不多，僅占總機(jī)床的 這與西方工業(yè)國(guó)家一般達(dá)到 20%相差甚遠(yuǎn)，差距巨大。但是，我們也應(yīng)該看到，往往國(guó)家越發(fā)達(dá)，那么數(shù)控機(jī)床所占的比例也就越大。 從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械工業(yè)，由于對(duì) 其 機(jī)械工業(yè)進(jìn)行 信息化 改造，使得他們的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而 我國(guó)在這方面 比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 近 20年 ， 數(shù)控化率 極低 。這也說(shuō)明了數(shù)控化改造的必要性。進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床開發(fā)，是符合我國(guó)國(guó)情的有效的機(jī)床更新途徑。在當(dāng)前的市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中，企業(yè)需要迅速地開發(fā)出新產(chǎn)品，以低價(jià)、好質(zhì)量、快速去滿足市場(chǎng)需求的變化。而數(shù)控機(jī)床 最適宜加工小批量、多品種、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期短的零件；數(shù)控機(jī)床的柔性化加工，符合產(chǎn)品頻繁變化的要求。更何況，當(dāng)今工業(yè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床數(shù)量的擁有量反映了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能力和國(guó)防實(shí)力。因此，我國(guó)進(jìn)行數(shù)控改造是可行的也是行的通的。 在數(shù)控改造中應(yīng)注意的問(wèn)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(jī)床大修處理：包括主軸箱傳動(dòng)，精度調(diào)整，主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)精度修復(fù)，機(jī)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(dòng)器 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，換裝 X， Y， Z 軸滾珠絲杠及電動(dòng)刀架，增加必要的控制電器開關(guān)，冷卻液及潤(rùn)滑裝置改造等。 滾珠絲杠的造用和安裝 滾珠絲杠分為 1， 2， 3， 4， 5， 7， 10，七個(gè)等級(jí)， 1級(jí)最高， 10 級(jí)最低，任意 300面行程內(nèi)變動(dòng)量應(yīng)該不能 程偏差 裝時(shí)應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙。 驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式 寬調(diào)制 )，電機(jī)每轉(zhuǎn) 12000脈沖，以確保驅(qū)動(dòng)精度， V： 300 伏，電相位具有記憶功能，位置脈沖方式為單 /雙脈沖控制，整 /半步運(yùn)行模式，低速平穩(wěn)運(yùn)行，最高轉(zhuǎn)速 1500r/ 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 主軸調(diào)速改造 自動(dòng)調(diào)速，通過(guò)指令設(shè)定。 冷卻液及潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造 一般采用手工打開，可經(jīng)過(guò) 統(tǒng)上有冷卻液接口，通過(guò) 現(xiàn)冷卻液的自動(dòng)開和關(guān)。 電器系統(tǒng)的改造 主要增加元件包括：主軸，絲杠，變壓器， X， Y， Z 軸的驅(qū)動(dòng)器，電動(dòng)刀架控制器，以及必要的控制開 /關(guān)，繼電器等等，如所需增加變頻電機(jī)或變頻器。 數(shù)控改造后機(jī)床應(yīng)該達(dá)到的基本技術(shù)要求 如表 3所示 本文對(duì) 控改造的主要過(guò)程： 收集： 收集資料，查與 設(shè)計(jì)： 對(duì) 控改造的總體思路。 計(jì)算： 對(duì)橫向（ 縱向（ 改造計(jì)算， 繪圖 ： 繪制改造后 改造后外型布局圖。數(shù)控部分的電路原理圖。 分析： 分析在 數(shù)控改造中 可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，以及解決問(wèn)題的參考方法。 表 3 改造后的基本技術(shù)要求 床身導(dǎo)軌平行度 向?qū)к壍钠叫卸?向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度 板移動(dòng)在水平內(nèi)直線度 復(fù)定位精度： X 3194N 故選擇符合要求，絲杠可用。 動(dòng)效率 的計(jì)算 01000買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理滾珠絲杠的傳動(dòng)效率的計(jì)算公式為： 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： )0139293 =97% 度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)荷 01 /中：彈性模量對(duì)于鋼為： E=21 26 /10 滾珠絲杠橫截面積： F（ 2 而： F=22322d =94 2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： 11 0 0 1 0 0 1 0 . 20 . 8 =12.8 m /m 查表得 E 級(jí)精度絲杠所允許的螺紋無(wú)廠誤差（ 1m 長(zhǎng)）為 15 m /m ，故剛度足夠。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 定性的驗(yàn)算 (1)臨界壓縮載荷的驗(yàn)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(huì)受壓，又 由于機(jī)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(yàn)算 由計(jì)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(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，即：2m a 其中式中符號(hào)表示： 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(méi)有受壓） 910 22225 = 34杠的長(zhǎng)度。 l = 工作最大行程 + 螺母長(zhǎng)度 + 兩端余量（取 40 螺母長(zhǎng) 度由機(jī)床零部件設(shè)計(jì)上可查得，絲杠設(shè)計(jì)部分 l = 680 + （ 131 + 40） 2 = 680 + 342 = 1022撐跨距 1l 取 1l= 1100 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度 680 + 131 + 40 + 1100 10222買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 = 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(dòng)設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算： 由于初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ 110系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 p = 步距角為： 絲杠導(dǎo)程為： 8oL 果不采取齒輪傳動(dòng)，那么每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的距離為： = 8 =沖當(dāng)量 以需要有減速機(jī)構(gòu)，也就是要設(shè)計(jì)齒輪減速。 采用減速齒輪具有如下特點(diǎn)： 便于配置出所要求的脈沖當(dāng)量 減小工作臺(tái)以及絲杠折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 放大電動(dòng)機(jī)輸出扭矩，即增大工作臺(tái)的推力 但采用減速齒輪會(huì)帶來(lái)額外的傳動(dòng)誤差，使機(jī)床的快速移動(dòng)速度降低，并且其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這些應(yīng)引起注意。 輪材料的選用及許用應(yīng)力： 由于閉式齒輪主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕和輪齒折斷，因 此按照齒面接觸強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)來(lái)計(jì)算，最后校合彎曲強(qiáng)度。初選 7 級(jí)精度。 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，取小齒輪材料為 45#鋼；則齒輪硬度為 220 大齒輪也采用 45#鋼，其齒輪硬度為 180 由于： 1560 2530 取 S 1H =509文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 1H =482 901 ， 701 取 l i m 11 190 1361 . 4 l i m 22 170 1211 . 4 齒圓柱齒輪副的計(jì)算 (1)計(jì)算減速器的傳動(dòng)比 由 和步距角為： 75.0b，絲杠導(dǎo)程為： 則傳動(dòng)比： i 360 0= o(2)粗選小齒輪齒數(shù) 321 Z ，則大齒輪齒數(shù)： 12 =3 （可參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 169頁(yè)） 則實(shí)際傳動(dòng)比為： 齒輪壓力角 ，初選模數(shù) m=： 小齒輪直徑：11 2 . 5 3 2 8 0d m Z 齒輪直徑：22 2 . 5 5 3 1 3 3d m Z 齒輪大徑：11 2 8 0 2 1 . 0 8 2a ad d h 齒輪大徑：22 2 1 3 3 2 1 . 0 1 3 5d h 心距：12 2 . 5( ) ( 3 2 5 3 ) 1 0 622 Z 圓整中心距：取 110a 寬 為： 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 大齒輪： 2 0 1 0 4 4 圓整為：2 45b 齒輪：1 50b 了補(bǔ)償安裝誤差通常使小齒輪齒寬略寬一些 ) (3)齒輪彎曲強(qiáng)度應(yīng)力校核 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中表得齒性系數(shù) 1 Y 處載荷系數(shù)為 K=大轉(zhuǎn)矩查步進(jìn)電機(jī)相關(guān)參數(shù)，轉(zhuǎn)矩取 F=m 驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度（按最小齒寬 50計(jì)算）： 51111222 2 1 . 5 4 . 9 2 . 5 9 1 0 3 . 8 15 0 2 . 5 3 2 Y M P ab m Z =136 22212 . 3 43 . 8 1 3 . 4 4 1 2 12 . 5 9 P a M P 這里1以符合安全要求。 (4)齒輪的圓周速度 可據(jù)公式：16 0 0 0 6 0 0 . 7 5 8 7 5 m i o 1000*60 113 . 1 4 8 0 8 7 56 0 1 0 0 0 10 / 上式中： 1n 據(jù)初選步進(jìn)電機(jī)110運(yùn)行頻率： ，和步距角： 計(jì)算。 可知選用 7級(jí)精度是滿足要求的。 進(jìn)電機(jī)型號(hào)的計(jì)算選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移的機(jī)電元件。每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，它與普通的勻 速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)不同，它是步進(jìn)式的，所以稱步進(jìn)電機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)有：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 相對(duì)應(yīng) ,改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；步矩誤差不會(huì)長(zhǎng)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(dòng)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(jī)便停在某一位置上不動(dòng)，即步進(jìn)電機(jī)有自整角能力，不需要機(jī)械制動(dòng)，步矩角可在很大的范圍內(nèi)變化；步進(jìn)電機(jī)的主要特性：步矩角、啟動(dòng)頻率、連續(xù)運(yùn)行頻率和加減速特性。步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)是效率低，拖動(dòng)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(guò) 18000 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的基本要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機(jī)需滿足調(diào)速要求。負(fù)載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力矩，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，為了使步進(jìn)電機(jī)正常工作運(yùn)行（不失步、不超程），正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩（步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)），必須大于電機(jī)的實(shí)際最大啟動(dòng)力矩。電機(jī)的運(yùn)行頻率必須大于電機(jī)實(shí)際最高工作頻率。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機(jī)床移動(dòng)部件相對(duì)于每一個(gè)進(jìn)給脈沖信號(hào)的位移量，其大小視機(jī)床的加工精度而定。根據(jù) 矩角 。 根據(jù)同類型的機(jī)床及以往的經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)電動(dòng)機(jī)類型，然后驗(yàn)算是否滿足使用要求，否則選取其它型號(hào)，最后直到滿足要求為止。 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為： 110應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 向步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算 (1)計(jì)算工作臺(tái)、絲杠以及齒輪折算到電機(jī)軸上的慣量 根據(jù)機(jī)電一體化基礎(chǔ)所提供的計(jì)算公式： 2221 21式中：( 2； 21,大齒輪的慣量 )( 2； ( 2； (N , 2156 ； 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 P ( ； 齒輪及絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算： 由于有些傳動(dòng)件（如齒輪、絲杠等）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不易精確計(jì)算，可將其等效成圓柱體來(lái)近似計(jì)算。 圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可依據(jù)公式：324 式中： 材料密度 )( 3對(duì)鋼取 35108.7 ； d 圓柱體直徑 )(對(duì)于齒輪、絲杠等就是其等效直徑 )； l 圓柱體長(zhǎng)度 )(對(duì)于齒輪、絲杠等就是其等效齒寬或長(zhǎng)度 ) 則： 32 1411 543 . 1 4 7 . 8 1 0 8 5 . 032 20 7 K g 32 2422 543 . 1 4 7 . 8 1 0 1 3 . 3 4 . 532 21 8K g 3240 543 . 1 4 7 . 8 1 0 5 1 0 2 . 232 20 . 4 8 9K g 則可算得： 2221 21 221 2 2 0 0 0 . 80 . 1 5 7 1 . 0 7 8 0 . 4 8 91 . 6 7 9 . 8 2 3 . 1 4 22 5 K g (2)慣量匹配驗(yàn)算 初選的步進(jìn)電機(jī) 110轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)的慣量匹配條件： 141 1 2 . 0 3 0 . 4 4 14 4 . 6 1 所以慣量是匹配的。 (3)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 起 0m a x 起式中： 起M ( ； ( ； ( ； 0( ； 又 ： * JM a 式中： ( ， 2 . 0 3 4 . 6 1 6 . 6 4 J N c m ； ( 2 又： 260 其中： r ； 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 (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 5216 0 0 52 3 221.8 s 故： JM a 140N 又因?yàn)椋?2 00式中： 0F (N ； 般可取 ，現(xiàn)取 ； 又： )(0 式中：(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(tái)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 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 又： 20000 12 式中： 00 1 3873 N； 0 95% ； 故： 20 3 8 7 0 . 8 1 0 . 9 52 3 . 1 4 0 . 8 1 . 6 7M 3 7 (1 0 . 9 ) 3 . 7 N c m 0m a x 起=140+53.5 (4)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 快 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(shí)所需力矩 切 0切式中：( ； 又有公式： 2 0式中： (N ， ( 1 1 . 2 ) 1 . 2 1 5 0 0 1 8 0 0 N :； 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 則： 1 8 0 0 0 . 82 3 . 1 4 0 . 8 1 . 6 7 172N 故： 0切9 7 2 1 8 5 (6)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 依據(jù)文獻(xiàn)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)上，有： 對(duì)于在最大切削力下工作時(shí)所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為： MM j 7 1 6 1 8N c m 對(duì)于空載起動(dòng)時(shí)所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為： 6 1 由 和 可知，以計(jì)算得：初選的步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)型號(hào)符合要求。 進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 由數(shù)控技術(shù)得： 動(dòng)矩頻特性： 01000 1000 =4167行矩頻特性： f 601000其中： 大切削力下的進(jìn)給速度 )m ，可取最高進(jìn)給 速度 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 m a x 2 .5 m 3121，現(xiàn)取中間值，即m a . 4 6 m i m。 所以： 1000 =2431由步進(jìn)電機(jī) 110矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)力矩是滿足要求的。 所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為： 110應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 向 (的設(shè)計(jì) Y 軸的絲杠選擇與 X 軸一樣為 循環(huán)浮動(dòng)返向器 Y 軸的齒輪副設(shè)計(jì)也與 X 軸相同，這里不再累贅。 Y 軸方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇： Y 軸銑削圓周力：500N 則有 Y 向絲杠牽引力： +G =1500+4410 562N 則有電機(jī)軸負(fù)載力矩： T = 其中： F 絲杠牽引力 不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩為： 可取安全系數(shù)極限值 有：= 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 a 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(jìn)電機(jī)型號(hào)為： 110應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī) 110外型尺寸為： 160110 ，軸徑為 11 。 本系統(tǒng)以 單片機(jī)為控制核心，擴(kuò)展部件為外圍器件，是比較經(jīng)濟(jì)的數(shù)控系統(tǒng)。既滿足了機(jī)床的數(shù)控加工能力，又經(jīng)濟(jì)可靠。 該系統(tǒng)是由數(shù)控單元和步進(jìn)伺服單元組成。數(shù)控部分采用 列的 8031單片機(jī)，它和擴(kuò)展系統(tǒng)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源一起組成連續(xù)控制的數(shù)控系統(tǒng)?？刂坪诵陌凑账斎氲募庸こ绦驍?shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算處理，發(fā)出所需要的脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大功率后，驅(qū)動(dòng)補(bǔ)進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠副，從而使縱、橫向工作臺(tái)按零件加工所需的進(jìn)給速度及方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的開環(huán)自動(dòng)控制。系統(tǒng)的定位精度由軟件中適當(dāng)?shù)慕殿l處理來(lái)保證，重復(fù)定位采用固定 間隙來(lái)改善。最終使系統(tǒng)靈活性大 ，通用性強(qiáng)，數(shù)控功能豐富，可靠性高，且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，使用維護(hù)方便。 控制系統(tǒng)的主要功能 手動(dòng)暫停，手動(dòng)快速返回坐標(biāo)原點(diǎn)。 六個(gè)方向點(diǎn)動(dòng)傳給，手動(dòng)快速進(jìn)給。 間隙補(bǔ)償功能，刀具補(bǔ)償功能。 用戶指令掉電保護(hù)功能。 具有程序暫停、延時(shí)、局部循環(huán)、自動(dòng)循環(huán)功能。 用戶指令編輯、修改、刪除、清零功能。 錯(cuò)誤操作診斷、錯(cuò)誤操作顯示功能。 可自行進(jìn)行直線、斜線、圓弧的加工 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 系統(tǒng)的硬件組成如下所示。主要有主控制器 儲(chǔ)器、鍵盤顯示器、 I/O 接口和驅(qū)動(dòng)電路等 。部分可參照單片機(jī)原理書中所述。如圖 3示 控制器（ 用功能強(qiáng)、價(jià)格便宜的 8031 單片機(jī)。有 4 個(gè) 8 位的并行接口，一個(gè)串行接口， 8031 的 位地址 /數(shù)據(jù)總線接口， 1P 口作為顯示器的字型輸出口， 2P 口作為高 8 位地址總線接口，3時(shí)、計(jì)數(shù)、讀寫控制等特殊功能口。 時(shí)鐘采 用內(nèi)部方式，晶振頻率為 6芯片具有高集成度，應(yīng)用廣泛，有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)、計(jì)數(shù)器和一個(gè)處理功能很強(qiáng)的中央處理器。該芯片不易受干擾，容易實(shí)現(xiàn)屏蔽，可靠性高，能在較惡劣的環(huán)境下工作，功能強(qiáng)，速度高。指令執(zhí)行時(shí)間短，且具備刀具長(zhǎng)度偏移和半徑補(bǔ)償功能、自診斷功能，可以進(jìn)行加、減速操作。 8 0 3 1單 片 機(jī)存 儲(chǔ) 器 行 程 控 制接口譯 碼 鎖 存 鍵 盤 顯 示驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)圖 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 1）存儲(chǔ)器芯片的選擇。 8031 片內(nèi)只有 128 以必須對(duì)其進(jìn) 行外部程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。選擇存儲(chǔ)器應(yīng)考慮的主要因素是速度和容量。凡是工作時(shí)間小于 8031 的工作時(shí)間均可滿足要求。這里選用 1 片容量為 8的2764 1 片容量為 8的 6264靜態(tài) 帶有 備用電池