立式數(shù)控銑床工作臺(tái)+步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目錄 一、總體設(shè)計(jì)方案的確定 . 2 1、工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的確定 . 4 2、傳動(dòng)方案的確定 . 4 二、機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 . 5 1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 . 5 (1)、切削力計(jì)算 . 5 (2)、滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算 . 6 （ 3）、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 . 7 2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 （ 1）、切削力計(jì)算 . 10 (2)、滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算： . 10 (3)、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 . 12 3、步進(jìn)電機(jī)的選擇 . 14 (1)、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)的確定： . 14 (2)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定： . 14 4、滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇 . 15 (1)、摩擦力計(jì)算： . 15 (2)、壽命計(jì)算： . 15 三、數(shù)控部分設(shè)計(jì)及編程 . 16 四、參考文獻(xiàn)： . 25 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 一、 總體設(shè)計(jì)方案的確定 本次數(shù)控改造屬于經(jīng)濟(jì)型的改造 ,為降低生產(chǎn)成本 ,在 滿足使用要求的前提下 ,對(duì)機(jī)床的改動(dòng)要盡量的少 采用 片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng) 一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn) 數(shù)控平臺(tái)的 縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 方案如下 ： 1、工作臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的確定 初步采用 （ 1） 、步進(jìn)電機(jī) 2 個(gè)（ X、 （ 2）、滾珠絲桿 2 套，由于所受的力以及行程長短不一樣，所以要分別選擇計(jì)算 （ 3）、滾動(dòng)導(dǎo)軌：雙導(dǎo)軌、四滑塊（分別為 X、 短選擇不同） （ 4）、帶有三條“ ”槽的工作臺(tái)面 2、傳動(dòng)方案的確定 步進(jìn)電機(jī) （是否需要齒輪減速裝置？減速比取多少？） 滾珠絲桿 工作臺(tái) X、 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 二 、 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 工作臺(tái)重量： W=800N 時(shí)間常數(shù)： T=25珠絲桿基本導(dǎo)程： 程： S=320沖當(dāng)量： 2 步進(jìn)角： 快速進(jìn)給速度： m ax m電機(jī)功率 ： N=1)、切削力計(jì)算 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率 查機(jī)床說明書，得電機(jī)功率 N=統(tǒng)總效率 5；系統(tǒng)功率系數(shù) K= 3 6120； 120式中切削線速度 V=100m/切削： Nk g 由金屬切削原理可知，主切削力： ,1 1則可計(jì)算出 1 1 2 2 2 f 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 N) 334 562 762 668 1124 1524 查表，可知當(dāng) ，切削力深度 1刀量 從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中可知，在一般外團(tuán)圓車削時(shí)； F F ： (2)、滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算 ： 對(duì)于矩形槽： )( K=擦系數(shù) f=P 1）、 強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值： 61060 ；001000DL 取工件直徑： D=80表 5000h 1 1 0 0 0 1 0 0 0 . 21 3 . 3 / m i 1 4 8 0 61 66 0 1 3 . 3 1 5 0 0 01 1 . 9 710L 最大動(dòng)負(fù)載： 1查表： 2.11331 1 1 . 9 7 9 4 4 . 3 1 . 2 1 2 5 4 9 . 6 P f f N 根據(jù) Q 選擇滾珠絲桿型號(hào)： E 其額定動(dòng)載荷 Q=14462N，所以強(qiáng)度足夠用。母長度 L=71程 6紋長度 l=320+71+2 16=4232 )、 效率計(jì)算： 根據(jù)機(jī)械原理，絲桿螺母副的傳動(dòng)效率： )( tg 10 ，螺旋升角 253 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 因此： 10253( 253)( tg 3） 、 剛度驗(yàn)算： 受工作負(fù)載 P 引起導(dǎo)程變化量： 1 E=106N/ 601 269 4 4 . 3 0 . 6 6 . 9 1 1 02 . 2 52 0 . 6 1 0 3 . 1 42c 滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化 2L 很小，可忽略。即 1 尋程變形總誤差為： 601 0 0 1 0 0 6 . 9 1 1 0 1 1 . 5 2 /0 . 6L m 查表知 E 級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差（ 1m 長）為 5 故剛度足夠。 4）、 穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不驗(yàn)算。 4）、 穩(wěn)定性驗(yàn)算： 由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不 用 驗(yàn)算。 （ 3） 、 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1）、有關(guān)齒輪計(jì)算： , 20 傳動(dòng)比： 取第一級(jí)為： ： 8,5,m=2,b=2020 618211 045222 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 402 *11 aa 42 *22 aa mm 32/)( 211 取二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)比： , 8,5， m=2,b=2020 618233 045244 中心距： 32/)(432 2)、 傳動(dòng)慣量計(jì)算： 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量： 2 2 211 8 0 1 8 0 0 . 0 0 28 0 1 . 8 73 . 1 4 0 . 7 5 k g c m 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量： 224444 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 22441 2442 3212108.7 2443 2444 1 5 6210108.7 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。 11322142 )(1)(1 22 22111 2 . 9 1 5 6 3 2 3 . 3 5 2 . 6 2 1 8 . 7 4 0 . 7 2 6 7 . 2 62 . 5 2 . 5J N c m k g c m 3）、 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 22441 22442 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。 1122 )(1 222 4）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 1 、空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩： m a xm a 0 0 6 . 2 51 0 4 2 / m i 4m a xm a x 7 . 2 6 1 0 4 2 1 0 3 . 1 5 3 1 . 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a m K g f c 2 、 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩： 1110010001 0 0 0 1 0 0 0 . 2 6 . 2 5 8 2 . 9 4 / m i 1 4 8 0 6 主 47 . 2 6 8 2 . 9 41 0 0 . 2 5 2 . 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 m k g f c 3 、 折算電機(jī)軸上的摩擦力矩： 當(dāng) , f 時(shí)： 0 0 0 0 . 1 6 8 0 0 . 6 0 . 2 4 4 2 . 4 42 2 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5f F L f W LM k g f c m N c 4 、 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩： 當(dāng) 時(shí)，預(yù)加載荷,則： 2220 0 00 0 0 6 3 . 0 1 1 0 . 6 1 0 . 91 1 0 . 7 62 6 6 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5 F c 5 、 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩： g t 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 m a x 0 3 1 5 2 . 4 4 0 . 7 6 3 1 8 . 2 M M N c m 切削時(shí)進(jìn)給所需力矩： 0 2 5 2 . 4 4 0 . 7 6 6 . 0 2 3 4 . 2 2a t f M M M N c m 快速 進(jìn)給所需力矩： 0 2 . 4 4 0 . 7 6 3 . 2 M N c m 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 由以上分析可知： 所需最大力矩 生在快速啟動(dòng)時(shí)： m a x 3 1 8 . 2M N c m 2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)比較簡單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高偉動(dòng)精度。 已知條件： 工作臺(tái)重量： W=300N 時(shí)間常數(shù)： T=25珠絲桿基本導(dǎo)程： 程： S=200沖當(dāng)量： 2 步進(jìn)角： 快速進(jìn)給速度： m ax m（ 1）、 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給為縱向的 1/2 1/3,取 1/2，則切削力為縱向的 1/2 切斷工件時(shí)： 取 K=滾動(dòng)摩擦系數(shù)為 f 則 壽命值： 6 )、滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算： 1）、 強(qiáng)度計(jì)算： 對(duì)于矩形槽： )( K=擦系數(shù) f =文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 則 壽命值：61060 ；001000DL 取工件直徑： D=80表 5000h m i n/ 1 2.11最大動(dòng)負(fù)載： w 根據(jù) Q 選擇滾珠絲桿型號(hào)： E 其額定動(dòng)載荷 Q=5862N，所以強(qiáng)度足夠用。母長度 L=72程 6紋長度 l=200+72+2 16=3042)、 效率計(jì)算： 根據(jù)機(jī)械原理，絲桿螺母副的傳動(dòng)效率： )( tg 10 ，螺旋升角 253 因此： 10253( 253)( tg 3）、 剛度驗(yàn)算 ： 受工作負(fù)載 P 引起導(dǎo)程變化量： 1 E=106N/ 601 262 5 8 . 5 0 . 6 3 . 2 5 1 01 . 7 52 0 . 6 1 0 3 . 1 42c 滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化 2L 很小，可忽略。即 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 尋程變形總誤差為： 601 0 0 1 0 0 2 . 6 1 0 4 . 3 3 /0 . 6L m 查表知 E 級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差（ 1m 長）為 5 故剛度足夠。 4）、 穩(wěn)定 性驗(yàn)算： 由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不驗(yàn)算。 (3)、 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 , 20 ,m=2 傳動(dòng)比： 取第一級(jí)為： ,8,5, 6,0 取二級(jí)： , 8,5, 6,0 2)、 傳動(dòng)慣量計(jì)算： 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量 ： 2 2 211 8 0 1 8 0 0 . 0 0 23 0 0 . 0 4 5 83 . 1 4 0 . 7 5 k g c m 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 224444 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 22441 2442 3212108.7 2443 2444 1 5 6210108.7 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。 11322142 )(1)(1 2222113 . 7 9 1 5 6 3 2 3 . 3 5 2 . 6 2 1 . 7 5 4 5 4 . 2 72 . 5 2 . 55 . 4 2 7J N c mk g c m 3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 1 、空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 m a xm a 0 0 6 . 2 51 0 4 2 / m i 4m a xm a x 5 . 4 2 7 1 0 4 2 1 0 2 . 3 5 4 2 5 . 3 49 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a m k g f c 2 、 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩： 1110010001 0 0 0 1 0 0 0 . 2 6 . 2 5 8 2 . 9 / m i 1 4 8 0 6 主 45 . 4 2 7 1 0 4 11 0 0 . 2 3 5 2 . 3 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 m k g f c 3 、 折算電機(jī)軸上的摩擦力矩： 當(dāng) , 滾動(dòng)摩擦系數(shù) f 時(shí)： 0 0 0 0 . 1 6 3 0 0 . 6 0 . 9 2 9 . 2 62 2 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5f F L f W LM k g f c m N c 4 、 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩： 當(dāng) 時(shí)，預(yù)加載荷,則： 2022000 0 0 1 4 . 3 2 0 . 6 1 0 . 91 1 0 . 0 1 82 6 6 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 50 . 0 8 7k g f c c m 5 、 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩： 0 1 4 . 3 2 0 . 6 0 . 0 2 7 2 . 2 72 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5k g f c m N c 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 m a x 0 2 5 3 . 4 9 . 2 6 0 . 1 8 8 2 6 2 . 8 4 8 M M N c m 切削時(shí)進(jìn)給所需力矩： 快速 進(jìn)給所需力矩： 0 9 . 2 6 0 . 1 8 8 9 . 4 4 8 M N c m 由以上分析可知： 所需最大力矩 生在快速啟動(dòng)時(shí)： m m 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3、步 進(jìn)電機(jī)的選 擇 (1)、 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)的確定： 根據(jù)啟動(dòng)力矩的選擇 M ; 電機(jī)啟動(dòng)力矩；0 電機(jī)靜負(fù)載力矩 則： q 0為滿足最小步角要求，電機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知 : 866.0所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為： 58 6 78 6 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： 00060ma x m a x 綜合考 慮，查表選用 110 (2)、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定： 則： 機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知 : 866.0所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為： 78 6 38 6 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： 00 060m a x m a x 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 綜合考慮，查表選用 110直流步進(jìn)電機(jī)。 4、 滾 動(dòng)導(dǎo)軌的選擇 綜合考慮機(jī)床的基本額定載荷及其它方面的因素，選取 幅矩型滑塊 )的滾珠導(dǎo)軌。 初步選用 4 滑塊，工作臺(tái)大小 400 300，工作臺(tái)自重 300N，外載荷700N。 607001003002402 130700703004 700300 R R (1)、 摩擦力計(jì)算： 摩擦力計(jì)算公式 )( 式中 為滾動(dòng)摩擦系數(shù)取 ,P 為法向載荷縱向 P=向P=f 為密封件阻力，取 f=縱向 F=向 F=2)、 壽命計(jì)算： 縱向行程為 標(biāo)壽命 L=2 5 60 8 300 5 10304km 3 選擇 導(dǎo)軌，額定動(dòng)載 據(jù)計(jì)算可知，滿足強(qiáng)度要求。 橫向行程為 目標(biāo)壽命 L=2 5 60 8 300 5 10440km 11 3 選擇 導(dǎo)軌。額定動(dòng)載 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 三、 數(shù)控部分設(shè)計(jì)及編程 設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)第一象限直線插補(bǔ)控制（逐點(diǎn)比較法）方案。 原理：逐點(diǎn)比較法是一種代數(shù)算法，其特點(diǎn)是能逐點(diǎn)計(jì)算和判別運(yùn)動(dòng)偏差，并逐點(diǎn)糾正以逼迫理論軌跡。逐點(diǎn)比較法的理論誤差是一個(gè)脈沖當(dāng)量。在整個(gè)插補(bǔ)過程中走一步均需完成四個(gè)工作節(jié)拍是： 1、偏差判別， 2、進(jìn)給控制，3、新偏差計(jì)算， 4、終點(diǎn)判別。 （一）、硬件控制示意圖 8255控制控制口地址為 2地址為 28H。 255 放 功放 電路 電路 Y Y Y X X X 電 電 電 電 電 電 機(jī) 機(jī) 機(jī) 機(jī) 機(jī) 機(jī) C B A C B A 相 相 相 相 相 相 （二）、主程序框 圖 及 內(nèi) 存分配 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 開始 設(shè)棧指針， 8255初始化， 清內(nèi)存，送控制電機(jī)代碼進(jìn)內(nèi)存 確定控制字初值 #0 70H， 各坐標(biāo)值及偏差送內(nèi)存 F 0 ？ 置控制字為 03H， 置控制字為 0調(diào)環(huán)分子程序沿 +X 走一步， 調(diào)環(huán)分子程序沿 + 調(diào)延時(shí)程序 調(diào)延時(shí)程序 新偏差及新坐標(biāo)計(jì)算 新偏差及新坐標(biāo)計(jì)算 F=x=x+1 F=F+ y=y+1 終點(diǎn)判別 y=x= 結(jié)束 圖 2程序框圖 表 2存分配表 Y N N 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 內(nèi)存單元地址 存放內(nèi)容 28H 終點(diǎn)坐標(biāo) 29H 終點(diǎn)坐標(biāo) 2補(bǔ)值 X 2補(bǔ)值 Y 2差值 F 70H 控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的控制字 （三）、子程序框圖 表 2環(huán)分表及 X、 Y 電機(jī)帶電狀態(tài)碼的內(nèi)存分配表 正 轉(zhuǎn) X 電機(jī) 電機(jī)狀態(tài) 反 轉(zhuǎn) 內(nèi)存地址 狀態(tài)內(nèi)容 內(nèi)存地址 狀態(tài)內(nèi)容 10H 00H 20H 00H 11H 01H A 21H 08H 12H 03H 2H 18H 13H 02H B 23H 10H 14H 06H 4H 30H 15H 04H C 25H 20H 16H 05H 6H 28H 17H 00H 27H 00H 入口 X 狀態(tài)碼 N （ Y 電機(jī)轉(zhuǎn)） Y N（ X 正轉(zhuǎn)） Y Y N（ Y 正轉(zhuǎn)） 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 表地址 +1 表地址 表地址 +1 表地址 取代碼 表 取代碼 表 取代碼 表 取代碼 首 尾 首 尾 地 地 地 地 址 址 址 址 代碼 =0？ 代碼 =0？ 代碼 =0？ 代碼 =0？ 代碼經(jīng) 8255 代碼經(jīng) 8255 代碼經(jīng) 8255 代碼經(jīng) 8255 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 出到電機(jī) 出到電機(jī) 出到電機(jī) 出到電機(jī) 調(diào)延時(shí)子程序 返回 圖 2程序 圖 （四）、程序清單 60H ;主程序開始 2 ;8255 初始化 A,#80H ;設(shè)置 5,#10H 6,#20H A ;位清零使表頭表尾為 0 10H,A 17H,A Y Y Y Y N N N N 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20H,A 27H,A 11H ;裝 X 電機(jī)狀態(tài)碼到內(nèi)存 01H 03H 02H 06H 04H 05H 21H ;裝 08H 18H 10H 30H 20H 28H 28H,#0 ;文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 29H,#0 ; 200H ;X 200H ;Y 200H ;F 70H,#0 ;電機(jī)初始狀態(tài) A,2 ;偏差送到 ;F0 跳到 A,70H ;X 轉(zhuǎn) ;Y 不轉(zhuǎn) 70H,A ;送控制字 ; A,2 ;偏差送到 A A,29H ; 2 ;X+1 ;跳轉(zhuǎn)到 A,70H ;Y 轉(zhuǎn) ;X 不轉(zhuǎn) 70H,A ;送控制字 ;Y 方向走一步 A,2 ;偏差送到 A A,28H ;F+ 2 ;Y+1 2 ;將 A