1、22沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙前 言 數(shù)控車床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比，不僅零件加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動(dòng)化程度極高，可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯重要。 伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，電機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電

2、能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。本次課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)床課后，進(jìn)行的一次學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。在本次設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用課堂上所學(xué)知識(shí)，通過分析比較機(jī)床主傳動(dòng)中某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫技術(shù)文件，完成機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過本次機(jī)床課程設(shè)計(jì)，我們不僅獲得了相關(guān)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，還提高了自身創(chuàng)新實(shí)踐的能力。1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)1.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph=8.66mm取Ph=10mmPh：滾珠絲杠副的導(dǎo)程mmVmax：工作臺(tái)最高移動(dòng)速度nmax：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速i：傳動(dòng)比因電機(jī)與絲杠直聯(lián)，i=1Vmax=13m/mi

3、n ，n max= 1500r/min代入得， Ph=8.66mm查表，取Ph=10mm 1.2 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷1.2.1 各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速nmax=380r/minnmin=0.1r/min1.2.2 各種切削方式下，絲杠軸向載荷Fmax=4800+0.004880=4803.52NFmin=0.004880=3.52N1.2.3 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm=190.05mm/min1.2.4 當(dāng)量載荷Fm=3203.52N1.3 預(yù)期額定動(dòng)載荷1.3.1 按預(yù)期工作時(shí)間估算CamCam：預(yù)期額定動(dòng)載荷N按表查得：輕微沖擊取 fw=1.3 fa=1 可靠性90%取fc=1已知：Lh=15

4、000小時(shí)代入得 Cam=23117N 1.3.2 擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載Fmax計(jì)算：Cam=FeFmax按表查得： 中預(yù)載取 fe=4.5代入得Cam=21615N取以上兩種結(jié)果的最大值 Cam=23117N1.4 確定允許的最小螺紋底徑1.4.1 估算絲杠允許的最大軸向變形量m（）重復(fù)定位精度m（）定位精度m : 最大軸向變形量m已知：重復(fù)定位精度 6m, 定位精度12mm=2 m=3 m =3 取兩種結(jié)果的小值m=2m1.4.2 估算最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式d2m=10=0.039d2m：最小螺紋底徑mmL (1.11.2)行程+（1014）Ph=1.

5、1380+1410=558mm 靜摩擦力F0=mg=0.0048810=3.52N代入得d2m=0.039=1.22mm1.5 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)1.5.1 選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式1.5.2 由計(jì)算出的Ph,Cam,d2m在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD3210-3Ph=10mm , Ca=25700Cam=23117N, d2=27.3mmd2m=1.22mm1.6 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力Fp=Fmax=4803.52=1601.17N1.7 行程補(bǔ)償值與與拉伸力1.7.1 行程補(bǔ)償值C=11.8tLu10-6式中：Lu 行程+（814）Ph=380+1010=

6、480mmt取2.5C代入得C=14.16m1.7.2 預(yù)拉伸力 Ft=1.95td22=1.952.527.32=5033N 1.8 確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號(hào)、規(guī)格1.8.1 軸承所承受的最大軸向載荷FBmax=Ft+Fmax=5033+4803.529836N1.8.2 軸承類型兩端固定的支承形式，選背對(duì)背60角接觸推力球軸承1.8.3 軸承內(nèi)徑d 略小于d2=27.3mm FBP=FBmax=3279N取 d=25mm1.8.4 軸承預(yù)緊力 預(yù)加負(fù)荷3300NFBP=3279N1.8.5 按樣本選軸承型號(hào)規(guī)格選760305TNI軸承d=25mm D=62mm B=17mm1.9 滾

7、珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)1.9.1絲杠螺紋長(zhǎng)度Ls：由表查得余程Le=30Ls=Lu+2Le=480+230=540mm1.9.2 兩固定支承距離L1L1=163+540=703mm絲杠全長(zhǎng)LL=703+75+75=853mm1.9.3 行程起點(diǎn)離固定支承距離L0L0=L2+B=15+15=30mm2 電機(jī)選擇2.1 參數(shù)計(jì)算2.1.1 功率P=Fv=1040W2.1.2 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL（kgm2）及傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J（kgm2）的計(jì)算JL=Ji（）2+mj()2式中JL，ni為各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）和轉(zhuǎn)速（r/min） mj,vj為各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（kg）和速度（m/min） Jm,n

8、m為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）和轉(zhuǎn)速（r/min） JL=11.3kgcm22.1.3 力矩計(jì)算空載啟動(dòng)時(shí)，折算到電機(jī)軸上的加速力矩TamaxTamax=0.09NM折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦力矩TtTt=10-3=10-3=0.00623Nm由于絲杠預(yù)緊力引起和折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩T0T0=10-3=10-3=5.446Nm總力矩 Tm= Tamax+ Tt+ T0=0.09+0.00623+5.446=5.54Nm2.2 型號(hào)選擇根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和力矩選擇電機(jī)型號(hào)為120MB150B-0010002.3 聯(lián)軸器選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸徑，力矩等因素選擇聯(lián)軸器LK11-68K-22183 強(qiáng)度校核3

9、.1 絲杠抗壓剛度3.1.1 絲杠最小抗壓剛度Ksmin=6.6102Ksmin ：最小抗壓剛度N/md2：絲杠底徑L1：固定支承距離代入得 Ksmin=6.6102=699N/m3.1.2 絲杠最大抗壓剛度Ksmax=6.6102=6.6102=4281N/m3.2 支承軸承組合剛度3.2.1 一對(duì)預(yù)緊軸承的組合剛度 KBO=22.34 KBO：一對(duì)預(yù)緊軸承的組合剛度 N/m dQ：滾珠直徑mm Z：滾珠數(shù) Famax ：最大軸向工作載荷N：軸承接觸角由樣本查出760305TN1軸承是Famax預(yù)加載荷的3倍 dQ=7.144,Z=17,=60 Famax=48003=14400 N/m代入

10、得KB0=1145 N/m3.2.2 支承軸承組合剛度由兩端固定支承Kb=2KBO=21145=2290 N/m3.2.3 滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 KC=KcKC ：滾珠和滾道的接觸剛度N/mKc：查樣本上的剛度 N/mFP：滾珠絲杠副預(yù)緊力 NCa：額定動(dòng)載荷 N由樣本查得：Kc=772 N/m；Ca=25700N； FP=1601N代入得KC=659 N/m3.3 剛度驗(yàn)算及精度選擇3.3.1 驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度=+=+=3.3810-3N/mKmin=296=+=+=2.1910-3N/mKmax=457F0=w1=0.0048810=3.52NKmin已知反向差值或重復(fù)定位精度為

11、6Kmin=0.9393.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差k=F0（-）=3.52（-）=4.1910-3m3.3.3 確定精度V300p：任意300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量對(duì)半閉環(huán)系統(tǒng)言V300P0.8定位精度-k所以，絲杠精度選取2級(jí)3.3.4 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)已確定的型號(hào)FFZD公稱直徑 32mm 導(dǎo)程 10mm 螺紋長(zhǎng)度 540mm 絲杠全長(zhǎng) 853mm P類2級(jí)精度即 FFZD3210-3-P2/8535403.4 驗(yàn)算臨界壓縮載荷絲杠所受最大軸向載荷小于絲杠預(yù)拉伸力Ft不用驗(yàn)算3.5 驗(yàn)算滾珠絲杠副的臨界轉(zhuǎn)速nc（r/min）nc=f107f:與支承形式有關(guān)的系數(shù)d2：絲杠

12、底徑mmLc2：臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度mm由表得 f=21.9d2=27.3mmLc2=L1-L0=703-30=673mm代入得 nc=21.9107=13200nmax=1500r/min3.6 驗(yàn)算DnDpw=d2+Dw=27.3+7.144=34.444mmDn=Dpwnmax=34.4441500=5166670000Dpw:滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑mmnmax:滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速r/min3.7 基本軸向額定靜載荷Coa驗(yàn)算fsFamaxCoafs一般為1.5Coa=50.2kN=50200NFamax=14400N/m1.514400=21600502003.8 強(qiáng)度計(jì)算 d22Famax

13、d2許用應(yīng)力（N/mm2）取=726N/mm2d2=5.03mmd2=27.3mm 驗(yàn)算合格4 單片機(jī)控制硬件系統(tǒng)4.1 AT89C51圖4.1 AT89C51的引腳排列P1口：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（In）。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。 P3口：是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的

14、8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能端口引腳 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。X

15、TAL1:振蕩器反相放大器的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。4.2變頻器變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)

16、用。圖4.2 3G3MZ變頻器外部接線圖4.3 單片機(jī)控制交流電機(jī)原理圖圖4.3系統(tǒng)硬件接線圖5 單片機(jī)控制軟件系統(tǒng)5.1 軟件部分圖像描述 圖5.1軟件部分圖像5.2軟件程序 MAIN:ORG 0000HSUV:CJNE P1.0 , 0,SUVSETB P0.0 SETB P2.7 SETB P2.6 LCALL DELAY SETB P2.7CLR P2.6LCALL DELAY CLR P2.7CLR P2.6LCALL DELAY ENDDELAY:MOV R6，#20 DEL: MOV R7，#500 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DEL RET 結(jié)束語(yǔ) 這次歷時(shí)兩周的課程設(shè)

17、計(jì)涉及的內(nèi)容非常全面，是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的重大考驗(yàn)。充裕的時(shí)間讓我們通過不斷地學(xué)習(xí)、詢問、修改來逐步完成本次設(shè)計(jì)，過程存在著諸多問題，并且最后的程序依然未能盡善盡美，但我們還是完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，獲取了相關(guān)方面的知識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)和控制倆部分，在設(shè)計(jì)部分我們需要算數(shù)據(jù)、選型、校核，最后畫圖。畫圖是至關(guān)重要的一步，差之毫厘謬以千里。之后我們又要設(shè)計(jì)控制部分，任務(wù)規(guī)定可以使用單片機(jī)和PLC進(jìn)行控制，我選擇用單片機(jī)，我們通過掌握它的原理，從而一步一步進(jìn)行編程工作，每一步都需要我們認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們的一次良好的鍛煉機(jī)會(huì)，它廣泛的涉獵我們所學(xué)到的知識(shí)，并且理論與實(shí)際緊密的結(jié)合起來，對(duì)我們未來的工作大有裨益，在老師們的嚴(yán)格要求以及悉心指導(dǎo)下，我們完成了本次設(shè)計(jì)，除了敬佩許立福