200屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料系、部機(jī)械系學(xué)生姓名指導(dǎo)教師職稱(chēng)教授專(zhuān)業(yè)機(jī)械制造與自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)2009年5月目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2二、總體改造方案5三、X6132型萬(wàn)能臥式升降臺(tái)銑床傳動(dòng)系統(tǒng)8四、步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠副的選取計(jì)算8五、關(guān)于滾珠絲桿副的性能分析18六、雙片齒輪錯(cuò)齒法20七、部分控制軟件的框圖21八、硬件部分電路的設(shè)計(jì)22九、凸輪加工程序25拾、設(shè)計(jì)體會(huì)27拾一、參考文獻(xiàn)282009屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書(shū)系機(jī)械系專(zhuān)業(yè)機(jī)械制造與自動(dòng)化指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱(chēng)X6132型銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造設(shè)計(jì)（垂向）內(nèi)容及任務(wù)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)了系統(tǒng)地綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決實(shí)際工程問(wèn)題的本領(lǐng)，鞏固和加深時(shí)所學(xué)知識(shí)的理解，并且通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐擴(kuò)大和補(bǔ)充了知識(shí)，使認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，培養(yǎng)了調(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(shū)或參考書(shū)，合理選擇設(shè)計(jì)計(jì)算公式，正確計(jì)算，并能以圖紙和說(shuō)明書(shū)表達(dá)設(shè)計(jì)的思想和結(jié)果，通過(guò)畢設(shè)計(jì)，不但提高了解決具體問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，具體動(dòng)腦動(dòng)手能力，而且建立了正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)了科學(xué)性，牢固樹(shù)立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)將銑床改造成MCS51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床。要求具有直線(xiàn)插補(bǔ)功能，機(jī)械部分要求計(jì)算，硬件電路部分要求8031作CPU，控制系統(tǒng)中要求包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口芯片，譯碼電路及鍵盤(pán)，顯示等外設(shè)，硬件電路要求包括3個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容備注15周25周1周1周方案論證及機(jī)械部分計(jì)算設(shè)計(jì)繪制機(jī)械總圖及裝配圖設(shè)計(jì)繪制電路原理圖繪制加工程序及整理說(shuō)明書(shū)主要參考資料（1）、金屬切削機(jī)床概論；機(jī)械工業(yè)出版社；顧維邦主編。（2）、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)；（1，2，3）（3）、機(jī)床數(shù)控制系統(tǒng)；林其駿主編；中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社；19919（4）、數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)；李福生主編；北京出版社；1996（5）、機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)；上海出版社；1979、6（6）、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)；林俊主編；中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社；19919（7）、微機(jī)原理與接口技術(shù)；趙長(zhǎng)德主編；中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社19909（8）、離合器圖冊(cè)；國(guó)防工業(yè)出版社；（9）、電機(jī)工程手冊(cè)；機(jī)械工業(yè)出版社；198210、現(xiàn)在機(jī)床設(shè)備；化學(xué)工業(yè)出版社，顧京主編教研室意見(jiàn)年月日系主管領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn)年月日湖南工學(xué)院200屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表系機(jī)械系學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專(zhuān)業(yè)機(jī)械制造與自動(dòng)化指導(dǎo)教師姓名課題名稱(chēng)X6132型銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造設(shè)計(jì)（垂向）評(píng)語(yǔ)（包括以下方面，學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；檢索和利用文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；學(xué)術(shù)水平或設(shè)計(jì)水平、綜合運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力；）是否同意參加答辯是否指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)分值指導(dǎo)教師簽字年月日湖南工學(xué)院200屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表系（公章）學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)答辯日期20095課題名稱(chēng)X6132型銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造設(shè)計(jì)（垂向）指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)定分值教師1教師2教師3教師4教師5小計(jì)課題介紹思路清晰，語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)（論文）有應(yīng)用價(jià)值。30必答題40答辯表現(xiàn)思維敏捷,回答問(wèn)題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確大、深入,知識(shí)面寬。自由提問(wèn)30合計(jì)100答辯評(píng)分分值答辯小組長(zhǎng)簽名答辯成績(jī)A40指導(dǎo)教師評(píng)分分值指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)B60最終評(píng)定成績(jī)分?jǐn)?shù)等級(jí)答辯委員會(huì)主任簽名年月日一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（1）、設(shè)計(jì)參數(shù)、機(jī)床數(shù)據(jù)工作臺(tái)尺寸3201320MM工作臺(tái)行程縱向700MM橫向255MM垂向350MM工作臺(tái)及夾具工件重力2650500KG工作臺(tái)快移速度縱向2300MM/MIN橫向2300MM/MIN垂向770MM/MIN工作臺(tái)進(jìn)給速度縱向2351180MM/MIN橫向2351180MM/MIN垂向8394MM/MIN主電機(jī)功率15KW起動(dòng)加速時(shí)間30MS定位精度001MM代碼制ISO輸入方式增量值，絕對(duì)值通用。控制坐標(biāo)數(shù)3最小指令值0010005MM/脈沖自動(dòng)升降速性能有工藝數(shù)據(jù)通用機(jī)床由于工藝范圍廣，在同一臺(tái)機(jī)床上常用不同材料刀具對(duì)不同材料和尺寸的工件進(jìn)行多種加工，故取具有代表性的典型加工條件為計(jì)算依據(jù)。通常以加工量最大的鋼料或鑄件為工件材料，硬質(zhì)合金或高速鋼為刀具材料，選取用該機(jī)床上用得最多的常用工序或極限加工工序及與此相應(yīng)的切削用量。結(jié)合本次改造，選取加工材料為HT200的平板凸輪的加工工藝。刀具粗齒圓柱銑刀孔徑27MM，直徑為63MM取63前角。為15。，后角。為12。，螺旋角為45。，齒數(shù)為6切削用量銑削鑄鐵銑前深度TMM取T6MM。進(jìn)給量粗齒圓柱銑刀，在加工鑄鐵裝夾系統(tǒng)剛性一般，機(jī)床功率75KW的條件下，取每齒進(jìn)給量FZ001015毫米齒，取FZ015毫米齒金屬切削手冊(cè)第二版，上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì)編（2）、工作量機(jī)床改造總圖；進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸縱向（或橫向，垂向）的機(jī)械裝配圖；單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖（3）、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)?？刂葡到y(tǒng)總體方案的分析論證及控制標(biāo)準(zhǔn)圖機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明硬件電路部分設(shè)計(jì)說(shuō)明加工程序控制及說(shuō)明在此機(jī)床上加工一盤(pán)形凸輪的零件加工程序單。（4）、答辯階段畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行畢業(yè)答辯，通過(guò)答辯按優(yōu)秀，良好，中等，及格，不及格五個(gè)等級(jí)來(lái)評(píng)定設(shè)計(jì)成績(jī)。二、總體改造方案采用微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出泳沖，經(jīng)光電隔離電路，功率放大到步進(jìn)電機(jī)，再齒輪減速，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)X、Y、Z方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。總體設(shè)計(jì)示意圖如下所示光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)脈沖發(fā)生器光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)、整形電路整形電路整形電路結(jié)合實(shí)際工作量，本次數(shù)控改造只涉及進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造，對(duì)于主軸部分不予考慮。數(shù)改過(guò)程中，對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心它的轉(zhuǎn)矩大小，調(diào)節(jié)范圍的大小和調(diào)節(jié)精度的高低，以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的快慢。滾珠絲杠作為當(dāng)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以其壽命長(zhǎng)、高剛度、高效率、高靈敏度、無(wú)間隙等顯著特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用，成為各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的重要配套部件，并已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和商品化。為了滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床高進(jìn)給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應(yīng)的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進(jìn)行必要的校核計(jì)算。1、伺服驅(qū)動(dòng)在我國(guó)設(shè)備數(shù)控改造的一段時(shí)間里，較多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，步進(jìn)電機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī)，它利用通電激磁繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩將脈沖電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。當(dāng)激磁繞組每產(chǎn)生一定規(guī)律獲得分配脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)過(guò)的角度與輸入的脈沖個(gè)數(shù)具有較嚴(yán)格的比例關(guān)系，而且轉(zhuǎn)動(dòng)與輸入脈沖在時(shí)間上同步，因此可以利用這些特點(diǎn)控制運(yùn)動(dòng)的速度和位移量。由于步進(jìn)電機(jī)容易丟步，啟動(dòng)頻率低，工作頻率也不夠高，低頻時(shí)振動(dòng)大，有時(shí)還自激振蕩，且沒(méi)有過(guò)載能力，當(dāng)工作條件變動(dòng)時(shí)，可能造成失誤，因此步進(jìn)電機(jī)多用于負(fù)載較小、負(fù)載變化不大或要求不太高的經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易型數(shù)控設(shè)備中。開(kāi)環(huán)伺服是由步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置組成的開(kāi)環(huán)式控制系統(tǒng)。由于沒(méi)有位置檢測(cè)及反饋裝置，就必須使其機(jī)械傳動(dòng)裝置在任何時(shí)刻、任何情況下均能?chē)?yán)格跟隨步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。然而實(shí)際上，在機(jī)械傳動(dòng)裝置的輸入與輸出之間總會(huì)有誤差存在的。這誤差的產(chǎn)生，除了有一部分是由傳動(dòng)鏈的傳誤差（如絲杠螺距累積誤差）引起的之外，還有一部分是由于傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)（如傳動(dòng)剛度、移動(dòng)件慣量、導(dǎo)軌摩擦力、間隙、速度阻尼等）產(chǎn)生的。這部分誤差在設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)中必須予以注意。它包括三部分、啟動(dòng)或反向時(shí)的死區(qū)誤差、由于傳動(dòng)剛度的變化引起的定位誤差、運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)誤差。2、數(shù)控裝置數(shù)控裝置的選擇也有多種方案，可以全部自行設(shè)計(jì)制作，可以來(lái)用單板機(jī)或模塊改制等，工廠(chǎng)中一般多采用以下兩種方法一種情況是所需的功能和要求有現(xiàn)成的數(shù)控裝置可以滿(mǎn)足，這時(shí)絕大多數(shù)都采取買(mǎi)現(xiàn)成產(chǎn)品的方案，因?yàn)樽孕性O(shè)計(jì)制作不但費(fèi)時(shí)間，投資也不一定能省，往往是投資更多，而且質(zhì)量也不容易保證的，另一種情況是買(mǎi)不到現(xiàn)成產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)有些特殊功能，這時(shí)大多采取買(mǎi)性?xún)r(jià)比盡量高的性能接近的裝置，然后自行補(bǔ)充或改造，至少也是買(mǎi)模塊或工控機(jī)，單板機(jī)來(lái)制作，很少全部自行設(shè)計(jì)制作，對(duì)于我們所需的數(shù)控裝置，除了直接能進(jìn)行漸開(kāi)線(xiàn)插補(bǔ)這一條功能外，其它沒(méi)有特殊的功能要求，市場(chǎng)上可以有很多種型號(hào)的銑床數(shù)控裝置供選擇，因此直接選用市場(chǎng)上現(xiàn)成的裝置切合實(shí)際，可以加快改造步伐，適合生產(chǎn)需要，但是作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，也需對(duì)其結(jié)構(gòu)、原理。控制方式等有新了解。能提出自己的處理辦法，即設(shè)計(jì)方案。根據(jù)所選方案確定選用國(guó)產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)數(shù)控系統(tǒng)，控制軸數(shù)X、，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)任意二軸，生產(chǎn)廠(chǎng)家南京微分電機(jī)廠(chǎng)江南機(jī)床數(shù)控工程公司。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)數(shù)控裝置。面板3、其它電氣裝置在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，還需要結(jié)合數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)配其它電氣裝置，包括強(qiáng)弱電信號(hào)的變換，傳輸或必要的處理，其中對(duì)輸入輸出接口部分還要考慮是否有隔離，屏蔽的要求，此外，還要配置所需要的電源，各種保護(hù)電路等輔助電路。步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)和安裝尺寸要符合GBN|3或JB/DQ3302的規(guī)定。連接方式控制柜（箱）與機(jī)床，柜（箱）與電機(jī)之間的電氣連接應(yīng)采用插頭插座或接線(xiàn)盒型，連接線(xiàn)應(yīng)有金屬軟管保護(hù)，并應(yīng)按符合GB522685，JB/GQ058085，JB/GQ057685有關(guān)章節(jié)規(guī)定和JB/DQ300280中13規(guī)定4、機(jī)械部分在設(shè)備的數(shù)控化改造中，雖然中心工作是數(shù)控部分，涉及較多的是微機(jī)但如果忽視了機(jī)械方面的要求而只是按數(shù)控方面的要求來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，或者在改造設(shè)計(jì)中制造不合理的裝運(yùn)，結(jié)果會(huì)給數(shù)控化改造帶來(lái)意想不到的不良后果，甚至是失敗。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)部分也非常重要。四、X6132型萬(wàn)能臥式升降臺(tái)銑床傳動(dòng)系統(tǒng)四、步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的選取計(jì)算1切削力的計(jì)算FZAPAEAFZ。D。N。K式中AP切削深度（MM）AE切削寬度（MM）AF每齒進(jìn)給量（MM/Z）Z。刀齒數(shù)D。刀具公稱(chēng)直徑N。刀具每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)K。與刀具材料，切速，工件材料，刀具幾何參數(shù)，刀具磨損狀態(tài)等有關(guān)的綜合修正系數(shù)。結(jié)合本次改造FZCCAPFZ065AE083DO083ZKFC式中CC銑削力系數(shù)取282AP銑削深度（即被加工表面的寬度，同時(shí)加工個(gè)工件,每個(gè)工件厚度為10MM,故深度為50MM）FZ每齒進(jìn)給量取015MM/ZAE銑削寬度（即被切削金屬層的深度）取6MMDO銑刀公稱(chēng)直徑取63MMZ刀齒數(shù)取KFC銑削力修正系數(shù)且KFCKMFCKFCKMFC工件材料系數(shù)取HB/190055KFC前角系數(shù)取092故FZ2825001506520083630836200/190055092故可求出FZ9000N金屬切削刀具表4849P692滾珠絲杠副的計(jì)算（1）垂向切削分力FY按經(jīng)驗(yàn)公式FY/FZ080FY7200N故FY08FZ縱向切削分力FX按經(jīng)驗(yàn)公式FX/FZ09FX8100N橫向切削分力FZ按經(jīng)驗(yàn)公式FZ/FZ042絲杠工作時(shí)軸向壓力F軸的計(jì)算銑削條件下在插補(bǔ)平面內(nèi)合力FRFRFXFY1/2銑削一周平均銑削力FAV取2FR/3，銑削時(shí)絲杠軸向壓力F軸F軸FAVMGFY式中考慮到顛覆力矩的影響系數(shù)一般取11導(dǎo)軌當(dāng)量摩擦系數(shù)。取018M移動(dòng)部件的質(zhì)量估計(jì)為1000KGG重力加速度取98M/S2FZ3600NFR12369NFAV8246NF軸3151N機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第3分冊(cè)P177機(jī)床與液壓2000年第5期機(jī)床數(shù)控改造中進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠副的選擇3、滾珠絲杠副工作負(fù)荷的計(jì)算1絲杠的轉(zhuǎn)速數(shù)控改造多半采用開(kāi)環(huán)步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，本次改造也采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠。開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟A脈沖當(dāng)量取001MM初選步進(jìn)電機(jī)的步距角為15B計(jì)算降速比。由于步進(jìn)電機(jī)工作的特點(diǎn)是一個(gè)脈沖走一步，每一步均有一個(gè)加速過(guò)程，因而對(duì)負(fù)載慣量很敏感。為滿(mǎn)足負(fù)載慣量盡可能小的要求，同時(shí)也為滿(mǎn)足要求的脈沖當(dāng)量，常采用齒輪降速傳動(dòng)。傳動(dòng)比S/360式中步距角S絲杠螺距初取12MM脈沖當(dāng)量各級(jí)傳動(dòng)比的確定首先確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)為3?？紤]到垂向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中采用錐齒傳動(dòng)，在機(jī)床中的錐齒輪傳動(dòng)齒數(shù)比通常在125之間，尤其是傳動(dòng)比為的正交等比傳動(dòng)用得最多。結(jié)合本次改造選這級(jí)傳動(dòng)比也為根據(jù)相關(guān)資料確定不同嚙合對(duì)數(shù)時(shí)的最佳降速比,25,今選齒輪Z127,Z154,Z224,Z260,機(jī)床上常用的錐齒輪齒數(shù)比為時(shí)有Z1Z222取Z3Z340。模數(shù)M1M22,M333故正交等比傳動(dòng)直齒錐齒輪的主要尺寸40,DE4141433,AE1929333,LE2828433，I4234機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)3冊(cè)510圖6445C根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JT，并計(jì)算電機(jī)力矩,再按步距角，電機(jī)力矩，允許的負(fù)載慣量等項(xiàng)要求來(lái)選取合適的步進(jìn)電機(jī)。慣量計(jì)算JTJ1I12J1J2I22J2J3I32J3JSG/GS/22式中JS003715KGFCMS2機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)2冊(cè)P301表5515力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩AMAXF0最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩ATF0T快速進(jìn)給時(shí)所需力矩F0式中AMAX空載啟動(dòng)時(shí)折算到馬達(dá)軸上的加速力矩F折算到馬達(dá)軸上的摩擦力矩0由于絲杠預(yù)緊引起的折算到馬達(dá)軸上的附加摩擦力矩AT切削時(shí)折算到馬達(dá)軸上的加速力矩T折算到馬達(dá)軸上的切削負(fù)載力矩絲杠傳動(dòng)時(shí)A,F,0,T計(jì)算公式AR96（GFM）式中R折算到馬達(dá)軸上的總慣量系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)（系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)表示線(xiàn)路在導(dǎo)通瞬間允許電流值上升的速率。時(shí)間常數(shù)越小，線(xiàn)路導(dǎo)通后電流上升越快，達(dá)到近似穩(wěn)定值的時(shí)間越短；反之則越長(zhǎng)）N電機(jī)轉(zhuǎn)速當(dāng)NNMAX時(shí)計(jì)算AMAX,NNT時(shí)計(jì)算ATNT切削時(shí)的轉(zhuǎn)速摩擦力矩FS/2103NMF導(dǎo)軌摩擦力（F）ZFXS絲杠螺距齒輪降速比傳動(dòng)鏈總效率一般取070085取08F2106N100554NM附加摩擦力矩2（O2）10式中滾珠絲桿預(yù)加載荷（KGFM）為使預(yù)緊后的雙螺母機(jī)構(gòu)在正向傳動(dòng)鏈?zhǔn)芰\(yùn)行時(shí)其反向傳動(dòng)鏈仍保證無(wú)間隙出現(xiàn)，要求預(yù)緊力的數(shù)值應(yīng)大于最大軸向載前的1/3倍。1/3F軸1/3315110503N取1200N絲桿螺距傳動(dòng)鏈總效率齒輪降速比O滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的效率，一般取0900363NM切削力矩TTT210N式中T進(jìn)給方向的最大切削力S絲機(jī)螺距（CM）傳動(dòng)鏈總效率取08齒輪降速比初選步進(jìn)電機(jī)130BF001五相十拍分配方式檢驗(yàn)計(jì)算MAJTJMN/96T102式中T系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)S加速時(shí)間50MS故AMAXJTJMNMAX/9600510200154571021000/96005102MAMAX422NMMAMAXMFMOM5。26NMMN故可靠性好，穩(wěn)定性好。五、關(guān)于滾珠絲杠副的性能分析在升降臺(tái)銑床的垂向運(yùn)動(dòng)中，普遍存在著工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)搖動(dòng)力過(guò)大的問(wèn)題。因此，操作進(jìn)刀不便，絲杠螺母副易磨損，電磁離合器易燒壞。解決這一問(wèn)題的根本措施是將滑動(dòng)絲杠改為滾珠絲杠副，提高機(jī)械傳動(dòng)效率，當(dāng)采用滾珠絲杠副后，其矛盾就轉(zhuǎn)化為滾珠絲杠副逆運(yùn)轉(zhuǎn)的自鎖上。垂向升降絲杠副的受力情況如下圖所示圖13及圖2所示為升降滾珠絲杠受載示意圖及傳動(dòng)系統(tǒng)圖。采用滾珠絲杠后，因摩擦角小于螺旋升角而不能自鎖，在自重作用下絲杠副產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)，升降臺(tái)自動(dòng)下降。為防止其逆轉(zhuǎn)，必須滿(mǎn)足自鎖條件方程FFM式中F向下分力，F(xiàn)KGFPOSINFMNFFKGF。CSFM為防逆轉(zhuǎn)所需的附加摩擦力，但在絲杠向上搖動(dòng)時(shí)卻又不應(yīng)增加阻力。這就是垂向滾珠絲杠副防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)。在機(jī)構(gòu)中一般用超越離合器實(shí)現(xiàn)單向加載的目的。假若在絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)中附加單向摩擦載荷FM，此時(shí)，向上驅(qū)動(dòng)力矩M上基本不變，而M下由下式確定M下FMDOFMDO22若使，則M下0，搖臂的手搖力Q下0。但在實(shí)際使用中總調(diào)整到0使其在不同載荷的變化狀態(tài)下，有較好的自鎖可靠性，但F值又不宜過(guò)大，否則造成向下?lián)u動(dòng)力Q下過(guò)大以及超越離合器易磨損等FM弊端。這是考核垂向升降滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)是否合理的重要指標(biāo)。所以從自鎖條件方程不分析，附加摩擦力FM應(yīng)滿(mǎn)足上述方程并有足夠的安全系數(shù)條件下取最小值。此外，為使實(shí)際使用時(shí)能取得最佳效果和磨損后的補(bǔ)償，F(xiàn)M應(yīng)能方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)和具有補(bǔ)償機(jī)能。這是垂向升降絲杠副能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。本次改造中附加摩擦力可通過(guò)碟形彈簧調(diào)節(jié)，使之達(dá)到最佳自鎖狀態(tài)。碟形彈簧能自動(dòng)補(bǔ)償磨損，因此，確保了自鎖性和搖動(dòng)輕巧；同時(shí)，離合器通過(guò)125的傳動(dòng)減速比使離合器能以較小的阻尼去實(shí)現(xiàn)較大的控制力，從而延長(zhǎng)使用壽命。由以上的分析可知，改造成后的“可調(diào)阻尼式”垂向滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布局合理，具有搖動(dòng)輕巧，自鎖可靠，調(diào)節(jié)方便，壽命較長(zhǎng)，及更新改裝方便等多方面的優(yōu)點(diǎn)。六、雙片齒輪錯(cuò)齒法調(diào)隙機(jī)構(gòu)為了提高齒輪傳動(dòng)精度，需要設(shè)計(jì)齒輪消隙裝置，采用二片和三片齒輪錯(cuò)齒法。示意圖如下所示1、26、3、4578該機(jī)構(gòu)為自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)做成兩個(gè)薄片齒輪7和8，兩薄片齒輪套在一起，彼此可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)齒輪的端面上，分別裝有螺紋凸耳2和6，拉簧1的一端鉤在凸耳6上，另一端鉤在穿過(guò)凸耳2通孔的螺釘5上。在拉簧的拉力作用下，兩面三刀薄片齒輪的輪齒相互錯(cuò)位，分別貼緊在與之嚙合的齒輪左、右齒廓面上，消除了它們之間的齒側(cè)間隙。拉簧的拉力大小可由螺母3調(diào)節(jié)。不過(guò)這種結(jié)構(gòu)傳動(dòng)剛度較差，能傳遞的轉(zhuǎn)矩較小。七、部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)控制軟件的框圖單板機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，單板機(jī)負(fù)責(zé)插補(bǔ)運(yùn)算并輸出脈沖，步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂浦械暮诵模怯绍浖醇庸ひ髮?duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，速度和轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)控制。一是長(zhǎng)控制，即把編程尺寸變?yōu)椴竭M(jìn)電機(jī)的步數(shù)；二是速度控制，一般用CTC定時(shí)器，使其每隔一定時(shí)間發(fā)出一次中斷，進(jìn)行插補(bǔ)；三是方向控制，即正反轉(zhuǎn)控制。一般軟件有兩種結(jié)構(gòu)。一種是中斷方式，即把插補(bǔ)輸出作為中斷程序；另一種是流水線(xiàn)式結(jié)構(gòu)，即按插補(bǔ)加工的順序來(lái)安排軟件。中斷方式軟件結(jié)構(gòu)框圖如下、啟動(dòng)初始化加工子程序返回錯(cuò)誤、XY八、硬件部分電路的設(shè)計(jì)1控制系統(tǒng)的功能（1）X向、Y向、Z向的進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)；（2）鍵盤(pán)顯示；（3）面板管理（4）行程控制（5）其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示2CPU和存儲(chǔ)器CPU采用8031芯片，由于8031芯片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，需要有外部程序在存儲(chǔ)器的支持，同時(shí)8031內(nèi)部只有128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足控制的要求。故擴(kuò)展了16KB程序存儲(chǔ)器由兩片2764組成，又?jǐn)U展了一片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8031芯片的P和P用來(lái)傳送外部低8位地址和數(shù)據(jù)，P口傳送高8位地址，P口傳送低02208位地址和數(shù)據(jù)，故要采用74LS373地址鎖存器的輸入和輸出透明，即輸入的低8位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn)，此時(shí)不需鎖存。當(dāng)ALEN高電平彎低電平，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低8位地址鎖存入地址鎖存器中，74LS373的輸出不再隨輸入變化，這樣P口就可用來(lái)傳送讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)了。8031芯片的P口和74LS373送出的P口共組成02016位地址，2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址線(xiàn)。AA低8位接0774LS373芯片的輸出，AA接8031芯片的PP。系統(tǒng)采用全地址譯碼，兩812024片2764芯片片選信號(hào)分別接74LS138譯碼器的和系統(tǒng)復(fù)位以后程序從CEY10000H開(kāi)始執(zhí)行。6264芯片的片選信號(hào)也接74LS138的，單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允1CE許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址（即允許地址重疊），8031芯片控制信號(hào)接2764的引腳，讀寫(xiě)控制信號(hào)和分別接6264芯片的和，PSENOEWRDWEO以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。由于8031芯片內(nèi)部沒(méi)有ROM故始終要選外部存儲(chǔ)器，故其必須接地。A3T/O接口電路由于8031只有P口和P部分能提供用戶(hù)作為I/O口使用，不能滿(mǎn)足輸入輸出13口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。從附錄H圖H2可以看出，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8155和一片8255可編程I/O接口芯片。8155的片選信號(hào)接CE74LS138的，8255芯片片選信號(hào)接到74LS138的端。74LS138譯碼器有三YCS2Y個(gè)輸入A、B、C分別接到8031的P、P、P，輸出8個(gè)輸出，低電平5267207有效。YY對(duì)應(yīng)輸入A、B、C的000至111的8種組合，其中對(duì)應(yīng)A、B、C070為000，Y對(duì)應(yīng)A、B、C為111。74LS138還有三個(gè)使能端，其中2上（和G2）為低電平使能，另一個(gè)G為高電平使能，只有當(dāng)使能端處于有效電平時(shí)，輸GB1出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無(wú)效狀態(tài)。I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的，8155芯片PAPB是顯示器的位選07信號(hào)輸出，PCPC5要線(xiàn)是鍵盤(pán)掃描輸入。8155芯片的IO/引腳接8031芯片04M的P，因?yàn)槭褂?155的I/O口，故P為高電平。02028255芯片PAPA接X(jué)向、Y向和Z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出PBPB06為三個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)及回零輸入，PCPC為面板上的選擇開(kāi)關(guān)是輸入，設(shè)有編輯單步運(yùn)行，單段運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)I、手動(dòng)II等方式。系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及I/O接口芯片的地址編碼如下表芯片接74LS138引腳地址選擇線(xiàn)片內(nèi)地址單元地址編碼2764（1）0008KB0000H1FFFH2764（2）0018KB2000H3FFFH62640018KB2000H3FFFHRAM10011110256B9E00H9EFFH8155I/O1001111111116B9FF8H5FFFH825501011111111114B5FFCH5FFFHX向、Y向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用YB015，32相通電五相十拍方式工作，故A、A引腳均接5V，Z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用YB014，是以23相通電01四相八拍試工作。A、A接高電平。三個(gè)芯片的選通輸出控制分別接8255的010EPA、PA、PA，清零接8255的PA，正反轉(zhuǎn)8255的PA、PA、PA，時(shí)鐘輸035R246入端CP接8155芯片的TIMROUT，用以決定脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的進(jìn)給速度，可給8155芯片定時(shí)/計(jì)數(shù)器中設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)。4其他輔助電路此控制系統(tǒng)中設(shè)有越界報(bào)警和急停處理電路。X、Y、Z方向的越界和急停信號(hào)經(jīng)或門(mén)引入8031的P中斷源、，同時(shí)接到8031的P口，采用硬件申請(qǐng)中斷231和軟件查詢(xún)的方法，這樣無(wú)論哪個(gè)方向，越界都會(huì)引起中斷，在中斷服務(wù)程序中通過(guò)軟件查詢(xún)的方法，便可確定是哪個(gè)方向越界，當(dāng)X、Y、Z等方向越界，則相應(yīng)的紅燈這報(bào)警，另外，還有上電和按鈕，相結(jié)合的復(fù)位電路、光電隔離電路和功率放大電路等。八、凸輪加工程序數(shù)控銑床銑削凸輪加工程序圖示為傳動(dòng)系統(tǒng)的凸輪，凸輪曲線(xiàn)是兩段圓弧與兩段直線(xiàn)組成，凸輪的上下兩面和中心孔已加工好，現(xiàn)要在數(shù)控銑床上銑削凸輪的輪廓曲線(xiàn)，并一次銑削加工成形。以凸輪毛坯的中心孔O為定位孔，將凸輪毛坯裝到通用夾具上。選凸輪上的O點(diǎn)為工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，凸輪曲線(xiàn)各段圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)如圖示。選用8MM的立銑刀銑削凸輪。銑刀相對(duì)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離X、Y、Z分別為0、0、300MM。程序啟動(dòng)時(shí)，刀具停在機(jī)床參考點(diǎn)位置。兩圓公切線(xiàn)的切點(diǎn)計(jì)算得AX25,AY8667，BX10，BY17321。在數(shù)控銑床上銑削凸輪的加工程序如下O0012N1G90G92X0Y0Z3000N2G00Z0N3S800M03M08N4G01Z5F50N5G41D10X10Y17321F150N6X25Y8667N7G03Y8667I5J8667N8G01X10Y17321N9G03Y17321I10J17321N10G03X20Y0I10J17321F250N11G00Z300M09M05N12G40X0Y0N13M02指令簡(jiǎn)介在上述的凸輪加工程序中O0012表示加工該零件的程序序號(hào)；N是各個(gè)程序段的序號(hào)；G是準(zhǔn)備功能的指令代碼，如G00快速移動(dòng)，G01直線(xiàn)插補(bǔ)，G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)，G41刀具半徑左補(bǔ)償，D10刀具補(bǔ)償量代號(hào)，G40取消刀具補(bǔ)償；F150進(jìn)給速度；M輔助功能代號(hào)；M03主軸啟動(dòng)，M5主軸停止，M02程序結(jié)束。I,J,K為圓弧的圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的增量坐標(biāo)值。每種零件的加工程序都有一個(gè)相應(yīng)的程序號(hào)，加工程序都是由若干個(gè)程序段構(gòu)成，每個(gè)程序段都有程序段序號(hào)，在程序中用字母，符號(hào)和數(shù)字來(lái)表示各種指令，如準(zhǔn)備功能G、進(jìn)給功能F、主軸功能S