數(shù)控維修改造畢業(yè)設(shè)計.doc

精品文檔 四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文 題 目 CK5116A 立式車床數(shù)控設(shè)計 專 業(yè) 數(shù)控維修 年 級 2008 級 姓 名 指導(dǎo)教師 完成時間 2011 年 5 月 8 日 精品文檔 CK5116A 立式車床數(shù)控的數(shù)控化改造 摘摘 要要 針對現(xiàn)有常規(guī) CK5116A 立式車床數(shù)控的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片 機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍 并提高生產(chǎn)率 本論 文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計過程 較詳盡地介紹了 CK5116A 機(jī)械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計 采用以8031 為 CPU 的控制系統(tǒng)對信號進(jìn)行處理 由I O 接口輸出步進(jìn)脈沖 經(jīng) 一級齒輪傳動減速后 帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動 從而實現(xiàn)縱向 橫向的進(jìn)給 運(yùn)動 改造過程如下 1 機(jī)械部分的改造 包括縱向進(jìn)給方向的改 造和橫向進(jìn)給方向的改造 主要包括對滾珠絲杠螺母副及反應(yīng)式步進(jìn)電 機(jī)的計算選擇及縱向 橫向機(jī)構(gòu)裝配圖方案的制定 2 電氣控制 部分的設(shè)計 主要包括 MCS 51 系列單片機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用 和電氣 控制圖的設(shè)計 關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞 數(shù)控 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲杠 改造 精品文檔 ABSTRACT To remedy the defects of ordinary lather CK5116A a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine s usage and to improve production rate This paper presents the process of designing numerical control reform and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal and output the step pulse through the I O interface After transmitting and slowing down by force 1 gear the step pulses drive the leading screw to roll Thus achieve the verticalmovement and the crosswise movement Reform process as follows 1 The reformation of machine part include to enter lengthways to the reformation of the direction with horizontal enter to direction of reformation Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways horizontal organization assemble diagram project 2 The reformation of electricity part mainly include the choice of MCS 51 family single chip and expand chip and the design of electric control chart Key words numerical control single chip stepping motor ball screw haft reform 精品文檔 目目錄錄 摘摘 要要 I ABSTRACT II 引言 1 第 1 章 總體方案的設(shè)計 3 1 1 設(shè)計任務(wù) 3 1 2 總體方案的論證 3 1 2 1 機(jī)械部分的改造設(shè)計 5 1 2 2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 7 1 2 3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 7 1 3 總體方案的確定 7 第 2 章 機(jī)械部分的改造設(shè)計 9 2 1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 9 2 1 1 縱向滾珠絲杠副的選用 10 2 1 2 步進(jìn)電機(jī)的選用 15 2 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 18 2 2 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用 19 2 2 2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 24 2 3 齒輪傳動間隙的調(diào)整 26 第 3 章 電氣控制部分的設(shè)計 29 3 1 單片機(jī)的選擇 29 3 2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動 30 3 2 1 環(huán)形脈沖分配器的選擇 30 精品文檔 3 2 2 功率放大器的選用 32 3 3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 35 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 38 致謝 39 精品文檔 引言 畢業(yè)設(shè)計是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)計劃的一個重要組成部分 是各教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)深化和檢驗 其實踐性和綜合性是其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能 替代的 通過畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生獲得綜合訓(xùn)練 對培養(yǎng)學(xué)生的實際工作能力具 有十分重要的作用 畢業(yè)設(shè)計還是高等學(xué)校工科學(xué)院學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的全面綜合訓(xùn)練 是培 養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識與技能解決實際問題的教學(xué)環(huán)節(jié) 是學(xué)生在校獲得 的最后訓(xùn)練機(jī)會 也是對學(xué)生在校期間所獲得知識的體驗 這次設(shè)計的題目是 CK5116A 立式車床數(shù)控的數(shù)控化改造 現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 特別是能源部門的需求 使高溫高壓水廣泛 應(yīng)用于相關(guān)的領(lǐng)域中 對國民生產(chǎn)和人民生活起著越來越重要的作用 例如 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備 它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注 由 于計算機(jī)技術(shù)的興起 促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破 導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù) 字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展 計算 機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用 為人類提供了實現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程自動化的理想手段 隨著計算機(jī)的發(fā)展 數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用 同時使人們 對傳統(tǒng)的機(jī)床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變 數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性 能和精度 靈捷而多樣化的功能引起世人矚目 并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體 化發(fā)展的先河 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品 它把刀具 和工件之間的相對位置 機(jī)床電機(jī)的啟動和停止 主軸變速 工件松開和夾 緊 刀具的選擇 冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù) 字記錄在控制介質(zhì)上 然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機(jī) 經(jīng)過譯碼 運(yùn)算 發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件 加工出所需的工 件 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比 其主要有以下的優(yōu)點 1 適應(yīng)性強(qiáng) 適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件 在數(shù)控機(jī)床上改 變加工工件時 只需重新編制新工件的加工程序 就能實現(xiàn)新工件加工 2 加工精度高 精品文檔 3 生產(chǎn)效率高 4 減輕勞動強(qiáng)度 改善勞動條件 5 良好的經(jīng)濟(jì)效益 6 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品 需求量逐年激增 我國數(shù)控 機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步 特別是在機(jī)床的高 速化 多軸化 復(fù)合化 精密化方面進(jìn)步很大 但是 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn) 國家的同類產(chǎn)品相比 還存在差距 還不能滿足國家建設(shè)的需要 我國是一個機(jī)床大國 有三百多萬臺普通機(jī)床 但機(jī)床的素質(zhì)差 性能 落后 單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的1 10 左右 差 距太大 急待改造 舊機(jī)床的數(shù)控化改造 顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置 使其具有一定的自動化能力 以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo) 隨著數(shù)控 機(jī)床越來越多的普及應(yīng)用 數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解 在國內(nèi) 工廠的技術(shù)改造中 機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面 許多工廠一面 購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控 數(shù)顯 PC 技術(shù)改造普通機(jī)床 并取得了良好 的經(jīng)濟(jì)效益 我國經(jīng)濟(jì)資源有限 國家大 機(jī)床需要量大 因此不可能拿出 相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床 而我國的舊機(jī)床很多 用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 系統(tǒng)改造普通機(jī)床 在投資少的情況下 使其既能滿足加工的需要 又能提 高機(jī)床的自動化程度 比較符合我國的國情 1984 年 我國開始生產(chǎn)經(jīng) 濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 并用于改造舊機(jī)床 到目前為止 已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控系統(tǒng) 可以預(yù)料 今后 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及 所以說 本畢業(yè)設(shè)計實例具有典型性和實用性 精品文檔 第1章 總體方案的設(shè)計 1 1 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計任務(wù)是對 CK5116A 普通車床進(jìn)行數(shù)控改造 利用 單片機(jī)對縱 橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制 縱向 Z 向 脈沖當(dāng)量為 0 01mm 脈沖 橫向 X 向 脈沖當(dāng)量為 0 005mm 脈沖 驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī) 傳動系統(tǒng)采 用滾珠絲杠副 1 2 總體方案的論證 對于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 在確定總體設(shè)計方案時 應(yīng)考慮在滿 足設(shè)計要求的前提下 對機(jī)床的改動應(yīng)盡可能少 以降低成本 一般數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)包括以下五大要素和功能 其圖如下 動力設(shè)備 運(yùn)轉(zhuǎn) 傳感器 檢測 微機(jī) 控制 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動 機(jī)械主體 加工 此五個要素的工作結(jié)構(gòu)示意圖如下 精品文檔 控 制 設(shè) 備 伺服 系統(tǒng) 輔助控制 裝置 測量反饋裝 置 機(jī)械傳動部 1 輸入 輸出設(shè)備 主要作用 編制程序 輸入數(shù)據(jù) 程序輸出 顯示器 2 微機(jī)控制設(shè)備 可先用專用計算機(jī) PC PLC 或者單片機(jī) 功能 完成零件的測量及精度的保證 產(chǎn)生脈沖信號 在我國 普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU 和 MCS 51 系列單片機(jī) 主要是因為它們的配套芯片便宜 普及性 通用性強(qiáng) 制 造和維修方便 完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要 本設(shè)計中是以 MCS 51 系列單片機(jī) 51 系列相對 48 系列指令更豐富 相對 96 系列價格 更便宜 51 系列中 是無 ROM 的 8051 8751 是用 EPROM 代替 ROM 的 8051 目前 工控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031 單片機(jī) 本設(shè)計以 8031 芯 片為核心 增加存儲器擴(kuò)展電路 接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng) 3 伺服系統(tǒng) 包括 伺服電機(jī) 伺服控制系統(tǒng)線路 驅(qū)動電路 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 功能 將微機(jī)控制設(shè)備產(chǎn)生的脈沖信號轉(zhuǎn)化為電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度和 位移 輸入 輸出 設(shè)備 精品文檔 伺服電機(jī)有 功率步進(jìn)電機(jī) 直流伺服電機(jī) 交流電機(jī) 本設(shè)計選 用 步進(jìn)電機(jī)作拖動元件 因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使床鞍運(yùn)動而沒有位置 檢測和信號反饋 故實際移動值和系統(tǒng)指令如果有差別就會造成加工誤差 4 測量反饋裝置 測量系統(tǒng)有接觸觸發(fā)式測頭 信號傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成 是 數(shù)控機(jī)床在線檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 直接影響著在線檢測的精度 其中關(guān)鍵 部件為測頭 使用測頭可在加工過程中進(jìn)行尺寸測量 將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度 位置信號測量出來反饋到控制裝置中 根據(jù)測量結(jié)果修改加工程序 改善 加工精度 使得數(shù)控機(jī)床既是加工設(shè)備 又兼具測量機(jī)的某種功能 我的這次車床的改造 因為是簡易的改造 我們這次改造就沒有使用 測量反饋裝置 5 機(jī)械傳動 包括傳動機(jī)構(gòu) 工作臺 床身 支柱等 6 輔助控制 手動 點動 限位 緊急停車的實現(xiàn) 1 2 1 機(jī)械部分的改造設(shè)計 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分在剛度 精度 速度 摩擦磨損等方面較普通機(jī)床 有更高的要求 因此 不能簡單地認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就 達(dá)到了機(jī)床數(shù)控改造的目的 而是應(yīng)該從機(jī)床自身的價值考慮 分析改造要 達(dá)到的目標(biāo)和所需投入 從該機(jī)床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來 分析改造價值 對被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu) 性能 精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析 其中包括機(jī)床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合改造要求 部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好 各坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用 各項精度是否滿足要 求 機(jī)床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現(xiàn)過重大故障 從該機(jī)床的 投入產(chǎn)出率估算 確定最終改造方案 為了實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率 采 用步進(jìn)電機(jī) 經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠 為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性 精品文檔 盡量減小摩擦力 選用滾珠絲杠螺母副 同時 為了提高傳動剛度和消除間 隙 采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu) 傳動齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu) 此 設(shè)計過程主要是縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給的改造 關(guān)鍵是步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的 選用 改進(jìn)后的車床簡易傳動系統(tǒng)如圖1 1 圖 1 1 改進(jìn)后的車床傳動系統(tǒng) 1 小刀架 2 橫向步進(jìn)電動機(jī) 3 橫向滾珠絲桿 4 大拖板 5 縱向滾珠絲桿 6 縱向步進(jìn)電動機(jī) 精品文檔 1 2 2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分 它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC 系統(tǒng)與 刀具 主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié) 又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié) 它的性能在很 大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能 例如 數(shù)控機(jī)床的最高移動速度 跟蹤精 度 定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能 數(shù)控機(jī) 床的伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系 統(tǒng)三類 因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單 設(shè)計制造容易 控制精度較好 容 易調(diào)試 價格便宜 使用維修方便等優(yōu)點 所以 本設(shè)計決定采用開環(huán)控制 系統(tǒng) 1 2 3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ) 性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能 有了硬件 軟件才能有效地 運(yùn)行 在設(shè)計的數(shù)控裝置中 CPU 的選擇是關(guān)鍵 選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素 1 時鐘頻率和字長與被控對象的運(yùn)動速度和精度密切相關(guān) 2 可擴(kuò)展存儲器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān) 3 I O 口擴(kuò)展的能力與對外設(shè)控制的能力相關(guān) 在我國 普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU 和 MCS 51 系 列單片機(jī) 主要是因為它們的配套芯片便宜 普及性 通用性強(qiáng) 制造和維 修方便 完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要 本設(shè)計以8031 芯片為 核心 增加存儲器擴(kuò)展電路 接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng) 1 3 總體方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后 確定CK5116A 車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 方案 精品文檔 CK5116A 車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能 即手動變速 車床的縱向 Z 軸 和橫向 X 軸 進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 將原來機(jī)床的普通 絲杠改為滾珠絲杠以減小摩擦力 并將8031 單片機(jī)組成 的微機(jī)作為數(shù)控 裝置的核心 由 I O 接口 環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動 經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動 從而實現(xiàn)車床的縱向 橫向進(jìn)給運(yùn)動 精品文檔 第2章 機(jī)械部分的改造設(shè)計 2 1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 在對進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)行改造時 一般都應(yīng)該把原來的進(jìn)給變速傳動裝置 及操縱機(jī)構(gòu)全部拆除 而每個方向的進(jìn)給傳動都改由各自獨(dú)立的功率步進(jìn)電 機(jī) 經(jīng)減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接 分別實現(xiàn)各坐標(biāo)方向的運(yùn) 動 進(jìn)行各坐標(biāo)的控制 例如普通機(jī)床的簡易化數(shù)控改裝 通常都是把原來 由主軸箱到進(jìn)給箱的傳動路線切斷 且將溜板箱拆除 直接把齒輪減速箱和 功率步進(jìn)電機(jī)安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端 在對機(jī)床進(jìn)給傳動 系統(tǒng)改裝的同時 也要對此傳動系統(tǒng)中的傳動裝置元件進(jìn)行相應(yīng)的改造 具 體如下 1 絲杠 絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的傳動裝置 改造時 為 了滿足數(shù)控機(jī)床上較高精度零件的加工要求 應(yīng)該用滾珠絲杠螺母副替換原 普通機(jī)床上的梯形絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑 動摩擦變?yōu)榱藵L動摩擦 使摩擦損失減小 精度保持性 傳動平穩(wěn)性 傳動 效率等都得以提高 其傳動效率可達(dá)到92 98 是普通絲杠螺母副的 3 4 倍 2 機(jī)床導(dǎo)軌 為了使改造后的機(jī)床有較高的開動率和精度保持性 應(yīng) 充分考慮機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性 當(dāng)前國內(nèi)普通機(jī)床床身等大件多采用普通鑄鐵 其摩擦系數(shù)較大 改造中 在對達(dá)不到預(yù)定要求的原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修磨 刮 研后 要在上面貼上耐磨 吸振的聚四氟飛烯軟帶 3 拖板 拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象 不論是點位控制 直線 控制 還是輪廓控制 被加工零件的最終坐標(biāo)精度都將受到拖板運(yùn)動精度 靈敏度和穩(wěn)定性的影響 除拖板及相配件精度要高外 由驅(qū)動電機(jī)到絲杠間 的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu) 以滿足傳動精度和靈敏度的要求 常用 的消隙方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩種 剛性調(diào)整法傳動剛度較好 結(jié) 構(gòu)簡單 但調(diào)整起來很費(fèi)時 柔性調(diào)整法 一般用彈簧彈力自動消除齒側(cè)間 精品文檔 隙 傳動剛度較低 傳動平穩(wěn)性差 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 改造中 可根據(jù)機(jī)床加工目 標(biāo)選用 具體選用可參考有關(guān)資料 2 1 1 縱向滾珠絲杠副的選用 滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠 使螺紋間產(chǎn)生 滾動摩擦 絲杠轉(zhuǎn)動時 帶動滾珠沿螺紋滾道滾動 螺母上設(shè)有返向器 與 螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道 為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過 盈配合 可設(shè)置預(yù)緊裝置 為延長工作壽命 可設(shè)置潤滑件和密封件 滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運(yùn)動副相比 有下列特點 1 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達(dá)90 95 耗費(fèi)能 量僅為滑動絲桿的 1 3 2 運(yùn)動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù) 啟動與工作摩擦力矩差別很 小 啟動時無沖擊 預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈 提高接觸剛度和傳動精度 3 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 HRC58 62 高精度 具有較長的工作壽命和精度保持性 壽命約為滑動絲桿副的 4 10 倍以上 4 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小 溫升小 無爬行 無間隙 通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹 因此可達(dá)到較高的定 位精度和重復(fù)定位精度 5 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運(yùn)動部 件 可得到較好的同步運(yùn)動 6 可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單 維修方便 7 不能自鎖 用于垂直傳動時 必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置 精品文檔 8 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度 表面粗糙度要 求高 故制造成本較高 2 1 1 1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 在數(shù)控機(jī)床中 一個脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸位移量叫做脈沖當(dāng)量 通常用 表示 也稱機(jī)床的最小設(shè)定單位 脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一 個基本技術(shù)參數(shù) 按機(jī)床設(shè)計的加工精度選定 本設(shè)計所要求的 CK5116A 的脈沖當(dāng)量為 縱向 Z 向 脈沖當(dāng)量為 0 01mm 脈沖 橫向 X 向 脈沖當(dāng)量為 0 005mm 脈沖 2 1 1 2 車削力的計算 在設(shè)計機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時 計算傳動和導(dǎo)向元件 選用伺服電機(jī)等都 要用到切削力 現(xiàn)我們利用經(jīng)驗公式計算主切削力 車床的主切削力可用下式計算 NFZ 5 1 max 67 0 DFZ 式中 車床床身加工的最大直徑單位為mm max D 因 CK5116A 床身加工的最大直徑 410mm 則 NFZ 3 556241067 0 5 1 按以下比例分別求出分力和 x F y F4 0 25 0 1 yxZ FFF 則 NFx1391 NFy2226 2 1 1 3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 計算和選型 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇機(jī)構(gòu)類型 確定滾軸循環(huán)方式 滾珠 絲杠副的預(yù)緊方式 結(jié)構(gòu)類型確定后 再計算和確定其他參數(shù) 包括 公稱 直徑 導(dǎo)程 滾珠的工作圈數(shù) 列數(shù) 精度等級等 d 0 Ljk 本設(shè)計中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式 滾珠絲杠副的預(yù) 緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊 精品文檔 圖2 1 雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu) 1 2 單螺母 3 平鍵 4 調(diào)整螺母 1 23 4 1 計算進(jìn)給率牽引力 m F 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削力時的走刀抗力以及移 動件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力 因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形 式有關(guān) 的計算公式如下 m F 縱向進(jìn)給導(dǎo)軌為三角形 則 GFfKFF zxm N 800 3 5562 15 0139115 1 N2554 三角形導(dǎo)軌選取參數(shù) NGfK800 15 0 15 1 2 計算最大動負(fù)荷C 選用滾珠絲杠副的直徑時 必須保證在一定軸向負(fù)載作用下 絲杠 0 d 在回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)后 在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象 這個軸向負(fù)載的最大 值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)荷 計算步驟如下 C 絲杠轉(zhuǎn)速其中 0 1000 L n s s min75 0m6 0 L min125 6 75 0 1000 rn 壽命 6 10 60Tn L r 6 1025 11 10 150012560 6 最大動負(fù)荷 NFjLC Mw 13 858425545 125 11 33 精品文檔 3 計算最大靜負(fù)荷 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速 情況下工作時 滾珠絲杠min10rn 副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形 當(dāng)塑性變形超過一定限度就 會破壞滾珠絲杠副的正常工作 一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬 分之一 產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷 選取靜 0 C 態(tài)安全系數(shù) 2 滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜 s f 2254 maxm FF 負(fù)荷為 510825542 max0 FfC s 4 選擇滾珠絲杠副 見表 2 1 5 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 943 0 0506 0 0477 0 542tan 442tan tan tan 0 0 表 2 1滾珠絲杠副參數(shù) 型號 公稱 直徑 mm 基本導(dǎo) 程 mm 螺旋升 角 絲杠外 徑 mm 絲杠內(nèi) 徑 mm 額定動 載荷 N 絲杠長 度 mm 額定靜載荷 N 5 34006 406 442o2 3998 3524100120082400 6 剛度校核 主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩 T 共同作用下引起的每導(dǎo)程變 m F 形量是否符合絲杠精度要求 L 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計算L 2 00 21 L EF LF LLL m 精品文檔 GJ TL0 選取 10 6 20 4 mmNE 2 2 1 88 1017 4 mm d F mm EF LF L m5 4 0 1 103 7 88 101710 6 20 62554 mm L L 4 4 0 2 102 2 2 1028 2 6 2 其中 444 1 102 8 64 mmdJ mmmm 4 4 1028 2 102 8824 62554 則 21 LLL 45 102 2103 7 mm 4 1093 2 mmmL L 000293 0 6 100100 1 mmm 0049 0 查表所得 所選用的級絲杠精度允許誤差為 滿足要求 Dmm 10 7 穩(wěn)定性校核 機(jī)床在進(jìn)給時滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿 若軸向力過大 將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲 所以選用時必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核 如果滿足 穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) 則絲杠安全 不會失穩(wěn) k n k n k m k k n F p n 式中 許用穩(wěn)定性安全系數(shù) 一般取2 5 4 k n 絲杠失穩(wěn)時的臨界負(fù)載 由 k p 2 l EJ pk 式中 絲杠長度 l 精品文檔 絲杠軸端系數(shù) 由支承條件定 截面慣性矩 對實心圓 J 4 1 64 dJ 對于水平絲杠要考慮自重影響可取 4 k n 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得 Npk115776 12001 102 810 6 20 2 462 45 2554 115776 kk nn 絲杠不會失穩(wěn) 2 1 2 步進(jìn)電機(jī)的選用 CK5116A 型普通車床數(shù)控化改造 采用了一種比較簡單但是較為典型的 改裝方案 改造后的車床進(jìn)給運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)A 和 B 驅(qū)動 它們分別安裝 在床頭箱內(nèi) 或床身尾部 和拖板后方 通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車 床的縱橫進(jìn)給運(yùn)動 為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能 縱橫向 絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副 當(dāng)利用原絲杠螺母副時 為了 減少改造工作量 縱向驅(qū)動電機(jī)及減速箱一般裝在床身尾部 這時連接車床 原傳動系統(tǒng) 主軸系統(tǒng) 和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除 工作時應(yīng)使處 于脫開位置 同理 脫落蝸桿等原橫向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)若未拆除 工作時也應(yīng) 使其處于空檔 空擋 位置 改造后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量的量值靠步進(jìn)電機(jī)步距 角 減速齒輪比 絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定 三者之間換算關(guān)系可以以下式表 示 360 ac bd T 式中 步進(jìn)電機(jī)步聚角 度 T 所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程 mm a b c d 齒輪齒數(shù) 當(dāng)單級減數(shù)時 令c d 等于 1 脈沖當(dāng)量值 mm 精品文檔 步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機(jī)床型號來選擇 普通 車床 如 C6140 CK5116A 等 的數(shù)控改造中多采用 0 08 0 15 N m 靜力矩的步進(jìn)電機(jī) 本設(shè)計選 0 08 N m 的作為橫向進(jìn)給 電機(jī) 選 0 15 N m 的作為縱向進(jìn)給電機(jī) 2 1 2 1 脈沖量的選擇 初選三相步進(jìn)電動機(jī)的步距角為 當(dāng)三相六拍 1 2 00 5 175 0 相勵磁 運(yùn)行時 步距角其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 0 75 0 rpS480 75 0 360360 0 00 脈沖當(dāng)量 由此可得中間齒輪傳動比為pmm01 0 i 25 1 48001 0 6 S L i 2 1 2 2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 1 空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩 LF T m i L T s LF 046 0 25 1 8 02 006 0 80006 0 2 2 車削加工時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 L T m LFWF T Si yx L 5 1 25 1 8 02 006 0 222680006 0 1391 2 2 1 2 3 等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 1 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 S J 2 344 0 00237 0 32 1085 7 2 104 0 32 m ld JS 2 拖板運(yùn)動慣量換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 J 精品文檔 m i L g W Jw 5 2 2 2 2 1076 4 25 1 1 2 006 0 8 9 8001 2 3 大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 2g J 選取大齒輪齒數(shù) 小齒輪齒數(shù) 模數(shù) 45 2 Z36 1 Zmmm2 2 34 2 4 2 2 0005056 0 32 1085 7 01 0 09 0 32 m bd Jg 4 小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 1g J 2 34 1 4 1 1 0004142 0 32 1085 7 02 0 072 0 32 m bd Jg 換算到電動機(jī)軸上的總慣性負(fù)載 L J 2 2 1 i JJ JJJ sg wgL 2 2 0023 0 25 1 00237 0 0005056 0 0000476 00004142 0 m 2 1 2 4 步進(jìn)電動機(jī)型號的選擇 已知 初選步進(jìn)電機(jī)型號為 110BF003 mTL 5 1 23 103 2mJL 步距角三相六拍 其中最大靜扭矩 轉(zhuǎn)子慣量 0 75 0 mT 8 max 由此可得 23 10 8 36mkgJm 5 018 0 8 5 1 max T TL 2 3 3 25 0 10 8 36 103 2 m L J J 1 4 1 max T JL 經(jīng)驗算可知電動機(jī)合格 110BF003 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖如圖2 2 精品文檔 外型圖 圖 2 2 110BF003 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖 2 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單 般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速 后驅(qū)動滾珠絲杠 使刀架橫向運(yùn)動 步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上 用法蘭將步 進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來 以保證其同軸度 提高傳動精度 其結(jié)構(gòu)示 意圖見圖 2 3 所示 圖 2 3 車床縱向傳動的支承結(jié)構(gòu) 1 步進(jìn)電機(jī) 2 床身 3 左支架 4 齒輪副 5 右支架 6 絲杠左支承 7 手輪 8 軸套 9 絲杠右支承 10 螺母座架 11 螺母座 12 絲杠 13 蓋 14 軸承 滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上 為了便于手動 與對刀 在絲杠的右端設(shè)有手輪 使用時安裝上 不用即卸下 以防造成傷 害 原機(jī)床拖板予以保留 并設(shè)有 螺母座架 安裝在拖板上 以實現(xiàn)絲 杠螺母與拖板之間的聯(lián)接 步進(jìn)電機(jī)安裝在絲杠的左端原進(jìn)給箱的位置上 由電機(jī)上的止口定位 靠四個螺釘和二個定位銷與床體相連 絲杠左右 精品文檔 端分別用支架與軸承支承 左端用向心球軸承 右端用推力球軸承支承 2 橫向滾珠絲杠 橫向滾珠絲杠也采用三點支承形式 保留原手動機(jī)械 用子手動與對刀 步進(jìn)電機(jī)安裝在床鞍的后部 靠近操作者 端 布置 根支承短軸 通過 個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來 利用原機(jī)床滑動軸承作為徑向支承 并對 原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝 布置 對推力球軸承 以實現(xiàn)軸向支承 在遠(yuǎn)離 操作者 端 用 個聯(lián)軸套和 根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連 接起來 與縱向進(jìn)給 樣 絲杠螺母與橫向拖板間仍用 螺母座聯(lián)接 橫 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造設(shè)計如圖 2 4 所示 1 步進(jìn)電機(jī) 2 消隙減速箱 3 支承架 4 5 8 聯(lián)軸套 于螺母座 7 滾珠絲杠螺母副 于支承短軸 圖 2 4 車床橫向傳動的支承結(jié)構(gòu) 2 2 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用 滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠 使螺紋間產(chǎn)生 滾動摩擦 絲杠轉(zhuǎn)動時 帶動滾珠沿螺紋滾道滾動 螺母上設(shè)有返向器 與 螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道 為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過 盈配合 可設(shè)置預(yù)緊裝置 為延長工作壽命 可設(shè)置潤滑件和密封件 滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運(yùn)動副相比 有下列特點 1 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達(dá)90 95 耗費(fèi)能 量僅為滑動絲桿的 1 3 2 運(yùn)動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù) 啟動與工作摩擦力矩差別很 精品文檔 小 啟動時無沖擊 預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈 提高接觸剛度和傳動精度 3 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 HRC58 62 高精度 具有較長的工作壽命和精度保持性 壽命約為滑動絲桿副的 4 10 倍以上 4 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小 溫升小 無爬行 無間隙 通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹 因此可達(dá)到較高的定 位精度和重復(fù)定位精度 5 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運(yùn)動部 件 可得到較好的同步運(yùn)動 6 可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單 維修方便 7 不能自鎖 用于垂直傳動時 必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置 8 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度 表面粗糙度要求 高 故制造成本較高 2 2 1 1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 橫向 X 向 脈沖當(dāng)量為 0 005mm 脈沖 2 2 1 2 車削力的計算 車床的主切削力可用下式計算 NFZ 5 1 max 67 0DFZ 式中 車床刀架加工的最大直徑單位為mm max D 因 CK5116A 床身加工的最大直徑 210mm 則 NFZ203921067 0 5 1 按以下比例分別求出分力和 x F y F4 0 25 0 1 yxZ FFF 則 NFx510 NFy6 815 精品文檔 2 2 1 3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 計算和選型 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇機(jī)構(gòu)類型 確定滾軸循環(huán)方式 滾珠 絲杠副的預(yù)緊方式 結(jié)構(gòu)類型確定后 再計算和確定其他參數(shù) 包括 公稱 直徑 導(dǎo)程 滾珠的工作圈數(shù) 列數(shù) 精度等級等 d 0 Ljk 本設(shè)計中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式 滾珠絲杠副 的預(yù)緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊 1 計算進(jìn)給率牽引力 m F 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削力時的走刀抗力以及移 動件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力 因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形 式有關(guān) 的計算公式如下 m F 橫向進(jìn)給導(dǎo)軌為燕尾形 則 2 GFFfKFF xzym N 6 1873 60051022039 2 0 6 8154 1 燕尾形導(dǎo)軌選取參數(shù) NGfK600 2 0 4 1 2 計算最大動負(fù)荷C 選用滾珠絲杠副的直徑時 必須保證在一定軸向負(fù)載作用下 絲杠 0 d 在回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)后 在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象 這個軸向負(fù)載的最大 值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)荷 計算步驟如下 C 絲杠轉(zhuǎn)速其中 0 1000 L n s s min6 0m5 0 L min120 5 6 01000 rn 壽命 6 10 60Tn L r 6 10 8 10 10 150012060 6 最大動負(fù)荷 MwF fLC 3 6212 6 18735 1 8 10 3 精品文檔 3 計算最大靜負(fù)荷 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速 情況下工作時 滾珠絲杠min10rn 副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形 當(dāng)塑性變形超過一定限度就 會破壞滾珠絲杠副的正常工作 一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬 分之一 產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷 選取靜 0 C 態(tài)安全系數(shù) 2 滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜 s f 6 1873 maxm FF 負(fù)荷為 2 3747 6 18732 max0 FfC s 4 選擇滾珠絲杠副 表 2 2 滾珠絲杠副參數(shù) 型號 公稱 直徑 mm 基本導(dǎo) 程 mm 螺旋升 角 絲杠外 徑 mm 絲杠內(nèi) 徑 mm 額定動 載荷 N 絲杠長 度 mm 額定靜載荷 N 5 22005 205 334 3 192 171265028031600 5 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 965 0 0825 0 0796 0 434tan 334tan tan tan 0 0 6 剛度校核 主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩 T 共同作用下引起的每導(dǎo)程變 m F 形量是否符合絲杠精度要求 L 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計算L 精品文檔 2 00 21 L EF LF LLL m GJ TL0 選取 10 6 20 4 mmNE 2 2 1 23 232 4 mm d F mm EF LF L m4 4 0 1 100 2 23 232106 20 5 6 1873 mm L L 3 3 0 2 101 2 2 1064 2 5 2 其中 434 1 103 4 64 mmdJ mmmm 3 5 1064 2 43 0 10 4 82 5 6 1873 則 21 LLL 34 101 2100 2 mm 3 103 2 mmmL L 0023 0 5 100100 1 mmm 046 0 查手冊所得 所選用的級絲杠精度允許誤差為 滿足要求 Gmm 60 7 穩(wěn)定性校核 機(jī)床在進(jìn)給時滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿 若軸向力過大 將使 絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲 所以選用時必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核 如果滿足穩(wěn)定 性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) 則絲杠安全 不會失穩(wěn) k n k n k m k k n F p n 式中 許用穩(wěn)定性安全系數(shù) 一般取2 5 4 k n 精品文檔 絲杠失穩(wěn)時的臨界負(fù)載 由 k p 2 l EJ pk 式中 絲杠長度l 絲杠軸端系數(shù) 由支承條件定 截面慣性矩 對實心圓J 4 1 64 dJ 對于水平絲杠要考慮自重影響可取 4 k n 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得 Npk 7 2 362 1012 1 2801 103 410 6 20 6000 6 1873 1012 1 7 kk nn 絲杠不會失穩(wěn) 2 2 2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 電動機(jī)工作時會發(fā)熱 它不僅取決于負(fù)載的大小 也和負(fù)載持續(xù)的 時間的長短密切相關(guān) 這是選擇額定功率時必須考慮的 按電動機(jī)的不 同發(fā)熱情況 可以分為三種工作方式 或稱工作制 即連續(xù)工作方式 短時工作方式和斷續(xù)周期性工作方式 CK5116A 車床其工作時間一 般較長 溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值 電機(jī)的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定 的常值負(fù)載或變化負(fù)載 因此屬于連續(xù)工作方式 由于電動機(jī)為連 續(xù)工作方式 負(fù)載平穩(wěn) 且經(jīng)常啟動 制動和正反轉(zhuǎn) 因此因優(yōu)先采用 鼠籠式異步電動機(jī) 2 2 2 1 脈沖量的選擇 初選三相步進(jìn)電動機(jī)的步距角為 當(dāng)三相六拍 1 2 相勵 00 5 175 0 精品文檔 磁 運(yùn)行時 步距角其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 0 75 0 rpS480 75 0 360360 0 00 初選脈沖當(dāng)量 由此可得中間齒輪傳動比為pmm005 0 i 08 2 480005 0 5 S L i 2 2 2 2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 1 空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩 LF T m Li T s LF 017 0 8 02 48 0 005 0 60006 0 2 2 車削加工時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 L T m LiFWF T S yx L 29 0 8 02 48 0 005 0 6 81580006 0 510 2 2 2 2 3 等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 1 滾動絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 S J 2 344 0 000034 0 32 28 0 1085 7 02 0 32 m ld JS 2 拖板運(yùn)動慣量換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 w J mi L g W Jw 52 2 2 2 1089 0 48 0 2 005 0 8 9 600 2 3 大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 2g J 選取大齒輪齒數(shù) 小齒輪齒數(shù) 模數(shù) 50 2 Z24 1 Zmmm2 2 34 2 4 2 2 00077 0 32 1085 7 01 0 1 0 32 m bd Jg 4 小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 1g J 2 34 1 4 1 1 000082 0 32 1085 7 02 0 048 0 32 m bd Jg 精品文檔 換算到電動機(jī)軸上的總慣性負(fù)載 L J 2 21 iJJJJJ sgwgL 2 2 000276 0 48 0 000034 0 00077 0 0000089 0 000082 0 m 2 2 2 4 步進(jìn)電動機(jī)型號的選擇 已知 初選步進(jìn)電mTL 29 0 2524 1082 2 1076 2 mkgmJL 機(jī)型號為 90BF002 步距角三相六拍 其中最大靜扭矩 0 75 0 轉(zhuǎn)子慣量 由此可得 mT 92 3 max 25 1064 17mkgJm 5 0074 0 92 3 29 0 max T TL 2 5 5 25 0 1064 17 1082 2 m L J J 1 4 1 max T JL 經(jīng)驗算可知電動機(jī)合格 電動機(jī)外形圖及矩頻圖如圖2 5 圖 2 5 110BF003 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖 2 3 齒輪傳動間隙的調(diào)整 在橫向進(jìn)給和縱向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠間都是通過一對減速直齒 輪傳動的 這就要求我們對齒輪的傳動間隙進(jìn)行調(diào)整 常用的直齒輪調(diào)整齒側(cè)間隙的方法有以下幾種 1 偏心套 軸 調(diào)整法 如圖 2 6 所示 將相互嚙合的一對齒輪中的 精品文檔 一個齒輪 4 裝在電機(jī)輸出軸上 并將電機(jī)2 安裝在偏心套 1 或偏心軸 上 通過轉(zhuǎn)動偏心套 偏心軸 的轉(zhuǎn)角 就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距 從而消 除圓柱齒輪正 反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙 特點是結(jié)構(gòu)簡單 但其側(cè)隙不能自動補(bǔ) 償 圖 2 6 偏心套式間隙消除機(jī)構(gòu) 1 偏心套 2 電動機(jī) 3 減速箱 4 5 減速齒輪 2 軸向墊片調(diào)整法 如圖 2 7 所示 齒輪 1 和 2 相嚙合 其分度圓 弧齒厚沿軸線方向略有錐度 這樣就可以用軸向墊片3 使齒輪 2 沿軸向 移動 從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙 裝配時軸向墊片3 的厚度應(yīng)使得齒輪 1 和 2 之間既齒側(cè)間隙小 運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活 特點同偏心套 軸 調(diào)整法 圖 2 7 圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機(jī)構(gòu) 精品文檔 3 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個 做成寬齒輪 另一個用兩片薄齒輪組成 采取措施使一個薄齒輪的左齒側(cè)和 另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左 右兩側(cè) 以消除齒側(cè)間 隙 反向時不會出現(xiàn)死區(qū) 具體調(diào)整措施如下 周向彈簧式 圖 2 8 在兩個薄片齒輪 2 和 4 上各開了幾條周向圓弧 槽 并在齒輪 3 和 4 的端面上有安裝彈簧 2 的短柱 1 在彈簧 2 的作用下 使薄片齒輪 3 和 4 錯位而消除齒側(cè)間隙 這種結(jié)構(gòu)形式中的彈簧2 的拉 力必須足以克服驅(qū)動轉(zhuǎn)矩才能起作用 因該方法受到周向圓弧槽及彈簧尺寸 限制 故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于驅(qū)動裝置 可調(diào)拉簧式 圖 2 9 在兩個薄片齒輪 1 和 2 上裝有凸耳 3 彈簧的 一端鉤在凸耳 3 上 另一端鉤在螺釘 7 上 彈簧 4 的拉力大小可用螺母 5 調(diào)節(jié)螺釘 7 的伸出長度 調(diào)整好后再用螺母6 鎖緊 本設(shè)計所選用的是雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法中的可調(diào)拉簧式 由此就可以 將縱向及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖設(shè)計并畫出 具體請見圖紙 圖 2 8 薄片齒輪周向拉簧錯齒調(diào)隙機(jī)構(gòu) 圖 2 9 可調(diào)拉簧式調(diào)隙 精品文檔 第3章 電氣控制部分的設(shè)計 在這一部分我們采用 MCS 51 系列單片機(jī)控制主控系統(tǒng) 51 系列相對 48 系列指令更豐富 相對 96 系列價格更便宜 51 系列中 是無 ROM 的 8051 8751 是用 EPROM 代替 ROM 的 8051 目前 工控機(jī)中應(yīng)用最多的是 8031 單片機(jī) 本設(shè)計以 8031 芯片為核心 增加存儲器擴(kuò)展電路 接口和 面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng) 3 1 單片機(jī)的選擇 圖 3 1 8031 引腳圖 本設(shè)計選用 8031 芯片 片內(nèi)無 ROM 或者 EPROM 使用時必須配置外 部的程序存儲器 EPROM 本設(shè)計選用了 27128 擴(kuò)展其空間 8031 的引腳 分 3 大功能 1 I O 口線 P0 P1 P2 P3共 4 個八位口 2 控制口線 PSEN 片外取指控制 ALE 地址鎖存控制 EA 片外存 儲器選擇 RESET 復(fù)位控制 精品文檔 3 電源和時鐘 8031 最小應(yīng)用系統(tǒng) 8031 內(nèi)部不帶 ROM 需要外接 EPROM 作為外部 程序存儲器 又因為 8031 在外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時地址的低8 位信息和數(shù)據(jù)信息分時送出 故還需要采用一片6264 數(shù)據(jù)存儲器儲存數(shù) 據(jù) 這樣 一片 27128EPROM 和一片 6264 組成了一個最小的計算機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng) 圖 3 2 系統(tǒng)存儲器 3 2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動電源有密切關(guān)系 驅(qū)動電源由脈 沖分配器 功率放大器組成 驅(qū)動電源是將變頻信號源送來的脈沖信號及方 向信號按要求的配電方式自動的循環(huán)供給電機(jī)各組繞組 以驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子正 反向旋轉(zhuǎn) 精品文檔 3 2 1 環(huán)形脈沖分配器的選擇 步進(jìn)電機(jī)的各組繞組必須按一定的順序通電才能正常工作 這種使電機(jī) 繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器 又稱環(huán)形脈沖分配 器 所以不同相的電機(jī)應(yīng)選用不同的環(huán)形分配器 本設(shè)計中所選用的電機(jī) 縱向部分為 110BF003 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 與其相配的環(huán)形脈沖分配器為 CH250 其管腳圖見圖 3 3 圖 3 3 CH250 管腳圖 CH250 有 A B C 三個輸出端 當(dāng)輸入端 CL 或 EN 加上時鐘脈沖后 輸出波形將符合三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的要求 輸出電流能力為0 5mA 經(jīng) 推動級 驅(qū)動級放大后即可驅(qū)動電動機(jī)繞組 CH250 在供三相六拍步進(jìn)電機(jī)工作時 線路中的接線見圖3 4 圖 3 4 三相六拍時 CH250 接線圖 精品文檔 橫向部分為 90BF002 五相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 與其相配的環(huán)形脈沖分配 器為 PMM8714 其管腳圖見圖 3 5 3 2 2 功率放大器的選用 從計算機(jī)輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安 不能直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) 必須采用功率放大器將脈沖電流進(jìn)行放大 使其增