CA6150車床的數(shù)控化改造設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 摘 要 本文介紹普通車床的數(shù)控化改造，重點介紹機床數(shù)控化改造方案的確定，基本步驟，目的，經(jīng)濟合理性，機床數(shù)控化改造計算（各種設計參數(shù)和結構，機械部分和電氣部分）。 關鍵詞：普通機床；數(shù)控化改造；傳動裝置；伺服驅動系統(tǒng)；計算機系統(tǒng)；零件加工；編程。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - of to to a to to to he to a to he a 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 目錄 第一章 緒論 - 4 - 數(shù)控技術和裝備發(fā)展趨勢 - 4 - 第二章 數(shù)控機床系統(tǒng)總體設計 - 9 - 一 總體方案設計內(nèi)容 - 9 - 二 總體方案確定 - 9 - 第三章 進給系統(tǒng)設計計算 - 11 - 一 選擇脈沖當量 - 11 - 二 計算切削力 - 11 - 三 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 - 12 - 四 齒輪進給齒輪箱傳動比計算 - 21 - 五 步進電機的計算和選型 - 22 - 第四章 微機數(shù)控系統(tǒng)的設計 - 27 - 一 微機數(shù)控系統(tǒng)的設計綱要 - 27 - 一 硬件電路設計 - 27 - 二 軟件電路設計 - 28 - 二 8031 單片機及其擴展 - 28 - 一 8031 單片機的簡介 - 28 - 二 8031 單片機的系統(tǒng)擴展 - 29 - 三 存儲器擴展 - 31 - 四 I/O 口的擴展 - 32 - 三 步進電機驅動電路 - 33 - 一 脈沖分配器（環(huán)行分配器） - 33 - 二 光電隔離電路 - 34 - 三 功率放大器 - 34 - 四 其他輔助電路 - 35 - 四 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設計 - 36 - 一 軟件脈沖分配器 - 36 - 二 逐點比較法插補程序 - 38 - 三 步進電機升降速軟件設計 - 39 - 第五章 數(shù)控機床零件加工程序 - 41 - 第六章 總結與展望 - 42 - 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第一章 緒論 數(shù)控技術和裝備發(fā)展趨勢 當今世界數(shù)控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎上討論了在我國加入 對外開放進一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性，并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備的幾點看法。 裝備工業(yè)的技術 水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過 “各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn) ”。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控 技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在 “高精尖 ”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域： (1)機械制造技術； (2)信息處理、加工、傳輸技術； (3)自動控制技術； (4)伺服驅動技術； (5)傳感器技術； (6)軟件技術等。 1 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（ 車、輕工、 意料等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字 化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有 以下幾個方面 1 4。 1 1 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢 效率、質量是先進制 造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會（ 其確定為 21世紀的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 /輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料 “掏空 ”的方法來制買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從 會情況來看，高速加工中心進給速度可達 80m/至更高，空運行速度可達 100m/右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國司的 床進給速度最大達 60m/速為 100m/速度 達 2g，主軸轉速已達 60 000r/工一薄壁飛機零件，只用 30同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需 8h；德國 司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達 12*!000r/ 1g。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10m 提高到5m，精密級加工中心則從 3 5m，提高到 1 且超精密加工精度已開始進入納米級 ( 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 已達 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的 0000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。 5 軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為， 1 臺 5 軸聯(lián)動機床的效率可以等于 2臺 3 軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時， 5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因，其 價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。 當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含 5 面加工機床）的發(fā)展。 在 會上，新日本工機的 5 面加工機床采用復合主軸頭，可實現(xiàn) 4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國 司展出 列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加工，可由 統(tǒng)控制或 能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、 智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的 歐共體的 日本的 中國的 。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控 系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。 網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，如在 中，日本山崎馬扎克（ 司展出的 “智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 日本大隈（ 床公司展出 “IT 信息技術廣場，簡稱 ；德國西門子 (司展出的 放制造環(huán)境，簡稱 ，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。 視新技術標準、規(guī)范的建立 于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(研究和制定，世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了 幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預示了數(shù)控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在 2000 年也開始進行中國的 控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 于數(shù)控標準 數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 準，即采用 G， M 代碼描述如何（ 工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 統(tǒng)標準 其目的是提供一種不依賴于 具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產(chǎn)品信息的標準化。 出現(xiàn)可能是數(shù)控技術領域的一次革命，對于數(shù)控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先， 出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中， 工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下， 序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術開放式、網(wǎng)絡化發(fā)展的方向。其次， 控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約 75）、加工程序編制時間（約 35）和加工時間（ 約 50）。 目前，歐美國家非常重視 研究，歐洲發(fā)起了 劃(參加這項計劃的有來自歐洲和日本的 20 個買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 戶、廠商和學術機構。美國的 司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型 (其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 及歐洲 控 系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。 2 對我國數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計 我國數(shù)控技術起步于 1958 年，近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為 3 個階段：第一階段從 1958 年到 1979 年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制，數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的 “六五 ”、“七五 ”期間以及 “八五 ”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了 長足的進步。第三階段是在國家的 “八五 ”的后期和 “九五 ”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質性進步。在 “九五 ”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達 50，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了 10。 縱觀我國數(shù)控技術近 50 年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過 4 個 5 年計劃的攻關，總體來看取得了以下成績。 本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎技術，其中大部分技術已具備進行商 品化開發(fā)的基礎，部分技術已商品化、產(chǎn)業(yè)化。 攻關成果和部分技術商品化的基礎上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州電機廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產(chǎn)廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數(shù)控主機生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。 發(fā)、管理人才的基本隊伍。 雖然在數(shù)控技術的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數(shù)控技術的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方 面的技術水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下。 國外先進水平大約落后 10 15 年，在高精尖技術方面則更大。 場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。 競爭前數(shù)控技術的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術應用領域拓展力度不強；相關標準規(guī)范的研究、制定滯后。 分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。 國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數(shù)控技術應用水平及能力分析不夠。 技術的角度關注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的 時候少；沒有建立完整的高質量的配套體系、完善的培訓、服務網(wǎng)絡等支撐體系。 良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實施，往往規(guī)劃理想，實施困難。 業(yè)在技術方面自主創(chuàng)新能力不強，核心技術的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標準研究不夠。 3 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 略考慮 我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進制造核心技術，否則在 新一輪國際產(chǎn)業(yè)結構調整中，我國制造業(yè)將進一步 “空芯 ”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際 “加工中心 ”和 “組裝中心 ”，而非掌握核心技術的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。 我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質，對我國實現(xiàn)禁運和 限制， “東芝事件 ”和 “考克斯報告 ”就是最好的例證。 展策略 從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。 強調市場需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機（如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等）帶動 數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 第二章 數(shù)控機床系統(tǒng)總體設計 一 總體方案設計內(nèi)容 接到一個數(shù)控裝置的設計任務以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種設計參數(shù)和結構，然后再分別對機械部分和電氣部分進行設計。 機床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構的結構及傳動方 式的確定，計算機系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。 一般應根據(jù)設計任務和要求提出數(shù)個總體方案，進行綜合分析、比較和論證，最后確定一個可行的總體方案。 一、 系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。 二、 控制方式的選擇 系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 經(jīng)濟型數(shù)控機床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的，也正是由于信號的單向流程，它對機床移動部件的實際位置不做檢測，所以機床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服 系統(tǒng)的性能。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進電機驅動。這類機床工作比較穩(wěn)定，反應迅速，調試和維修都比較簡單。 二 總體方案確定 （ 1）、系統(tǒng)的運動方式伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控機床應具備定位，直線插補，順、逆圓弧插補，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]達到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 2）、數(shù)控系統(tǒng) 根據(jù)機床要求，采用 8 位微機。由于 列單片機具有集成度高，可靠性好，功能強，速度快，抗干擾性強，具有很高的 性能價格比等特點，決定采用 列的 8031 單片機擴展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進電機功率放大電路等組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。 （ 3）、機械傳動方式 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿，為保證一定買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預加負荷的結構。齒輪傳動也要采用消除齒輪間隙的結構。 系統(tǒng)總體方案框圖如下： 圖 1 系統(tǒng)總體方案框圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 第三章 進給系統(tǒng)設計計算 一 選擇脈沖當量 脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù)。經(jīng)濟型數(shù)控車床、銑床常采用的脈沖當量是 根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量： 縱向： 橫向： 徑 ) 二 計算切削力 用車床經(jīng)驗公式 式中 橫切端面時主切削力 可取縱切時 1/2。 求出主切削里 后再按以下比例分別求出分力 ： 中 走刀方向的切削力（ N）； 垂直走刀方向的切削力（ N）。 下圖為縱切和橫切時切削力的示意圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 圖 2 縱切和橫切時切削力的示意圖 1、 縱車外圓 主切削力 N)按經(jīng)驗 公式估計算： （ N） 按切削力各分力比例： ： x 1 8 7 2 . 7 1 9 1 （ N） 9 9 6 . 3 3 9 1 （ N） 2、 橫切端面 主切削力 （ N）可取縱切的 1/2。 37 45. 421F 21 s （ N） 9 3 6 . 3 4 （ N） 1 4 9 8 . 1 6 4 5 （ N） 三 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 （一） 縱向進給絲杠 1、 計算進給軸向力 N） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 縱向進給這里為三角形導軌： ( 式中 K：指顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導軌取 K= f ：指滑動導軌摩擦系數(shù)取 間的值； G：指流板及刀架重力， G=1100N。 則 3 6 1 4 . 0 5 2) （ N） 2、 計算最大動負載 Q 考慮滾珠絲杠在運轉過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負載 Q 的計算公式為： 61060 式中 0L：指滾珠絲杠導程，初選0L=8； n：指絲杠轉速， （ r/ 最大切削力條件下的進給速度（ m/,可取最高進給速度的 1/21/3，此處取 T ：指使用壽命時間（ h） ,對于數(shù)控機床取 T=15000h.。 L：指壽命，以 106 轉為一單位； 運動系數(shù) ，見 表 1， 選 表 1 運轉系數(shù) 運轉狀態(tài) 運轉系數(shù) 無沖擊運轉 般運轉 沖擊運轉 n 3 7 0 01 0 0 00 Lv s ( r/L 0 0 Q 15 18 3. 17 4836 14 . 05 N） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 3、 滾珠絲杠螺母副的選型 從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應的動負載 C 的 滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結構類型，選用時應滿足 Q C 的條件。 查表：可采用 5008 外循環(huán)調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1 列，其額定動負載為 23400N，符合 Q C 的條件。精度等級按表 2，選為 1 級。 106 2 滾珠絲杠行程公差 項 目 符 號 有效行程 精度等 級 1 2 3 4 5 目標行程公差 315 6 8 12 16 23 315400 7 9 13 18 25 400500 8 10 15 20 27 500630 9 11 16 22 30 行程變動量公差 315 6 8 12 16 23 315400 6 8 12 17 25 400500 7 10 13 19 26 500630 7 11 14 21 29 任意 300 行程變動量 V 6 8 12 16 23 2 弧度內(nèi)行程變動量 V p 2 4 5 6 7 8 4、傳動效率計算 )( tg ：指螺旋升角， =2 55 ：指摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) ,03.0f 其摩擦角 ，約等于 01 。 則 155 2(55 2)( 5、剛度驗算 先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖 3 所示，最大軸向力為 ，支承間距 L=1500絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的 1/3。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 圖 3 縱向進給系統(tǒng)計算簡圖 計算如下： （ 1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 （ ， E N/材料彈性模數(shù)，對鋼來說是等于這個值 )， 500 D R= e= 20 ( A 1 6 0 3 . . 4 2 2d( 221 (（ A 指滾珠絲杠按內(nèi)徑定的 截面積） 絲杠導程 540 0 1 4 FL m 總長度 L=1500杠上的變形量 1 ，由于兩端均采用推力球軸承，則值： 1 312115008 (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 16 - 由 61.4 承載滾珠數(shù)量 Z Z 列數(shù)圈數(shù) 列數(shù)圈數(shù) 由于滾珠絲杠副施加預應力，且預應力 ，則變形 2 = 4 4 7 1 （ (3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變3（ 這里采用有預緊時的推力球軸承則 3 243 查機械設計手冊中表 6用 51109 型推力球軸承，其 d=45滾動體直徑 滾動體數(shù)量 Z=22， 3 243 3 243/ 1 1 （ 則定位誤差 0 0321 333 1 0 3 =定定位精度 ) 6、穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需作穩(wěn)定性校核。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 17 - （二） 橫向進給絲杠 1、 計算進給軸向力向導軌為燕尾形，計算如下： 2( 由于是燕尾形導軌式中： K=f = 2 7 5 9)5 0 01 6 9 824 1 4 5( 、計算最大動負載 Q n 0 01 0 0 00 L v s ( r/L 5 00 025601060 66 N） 查表：可采用 2506 外循環(huán)調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1 列，其額定動負載為 13100N，符合 Q C 的條件。精度等級按表 2 滾珠絲杠行程公差表，選為 1 級。 106 、傳動效率計算 122 4( 22 4)( tg 5、剛度驗算 橫向進給滾珠絲杠支承方式如圖 4 所示，最大軸向力為 2759N， 支承間距 L=550因絲杠長度較短，不需要預緊。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 18 - 圖 4 橫向進給系統(tǒng)計算簡圖 計算如下： (1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 （ 根據(jù) 2759 5 E N/ R= e= 20 2 0 . 9 8 3 ( A 3 4 5 . 8 3 4 2d( 221 ( 08 3 7 5 9 m （ (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 （ 對滾珠絲杠副施加預緊力 F 為軸向負載的 1/3。 由 969.3 載滾珠數(shù)量 Z Z 列數(shù)圈數(shù) 列數(shù)圈數(shù) 2 =紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 19 - 3 （ (3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變3（ 這里采用有預緊時的推力球軸承則 3 243 查機械設計手冊中表 6用 51104 型推力球軸承，其 d=20滾動體直徑 滾動體數(shù)量 Z=14， 3 243 3 243/2 7 5 5 （ 則定位誤差 0 0321 333 =顯然變形量已大于規(guī)定的定位精度（ ），應該采取相應的措施修改，因橫向溜板空間限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導軌來減少摩擦力，從而減少軸向力，采用貼塑導軌 f =重新計算如下： 2( ) 1528 N Q 5 6 0 61 5 2 N） 由此可知：滾珠絲杠螺母副和軸承的型號可不改變。 此時的變形量為： 08 3 5 2 8 m （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 20 - 2 = 1 （ 3 243 3 243/1 5 2 2 （ 定位誤差 0 0321 333 定定位精度 ) 6、穩(wěn)定性校核 臨界負載比稱為穩(wěn)定性系數(shù)果 則壓桿穩(wěn)定， 般 。 計算臨界負載N）：22)( 式中 E：指絲杠材料彈性模量，對鋼 E （ N/； J：指截面慣性矩（