CA6140普通車床數控化改造

目 錄 摘要 Abstract 緒論 1 第一章 CA6140 車床微機數控系統總體設計方案的擬訂 3 1 1 總體方案確定 3 1 2 設計 X Y 數控工作臺及其控制系統 4 第二章 CA6140 車床進給伺服系統機械部分設計計算 5 2 1 脈沖當量的選擇 5 2 2 切削力的計算 5 2 3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 6 2 4 齒輪傳動比的計算 14 2 5 步進電機的計算與選型 15 2 6 設計繪制進給伺服系統機械裝配圖 19 第三章 CA6140 車床微機數控系統硬件電路的設計 20 3 1 單片機微機數控系統電路設計內容 20 3 2 MCS 51 系列單片機簡介 21 3 3 存儲器擴展電路的設計 28 3 4 I O 接口電路及輔助電路設計 37 3 5 典型零件加工程序設計 46 總結 49 參考文獻 50 致謝 51 外文資料及中文翻譯 52 1 緒 論 隨著社會生產和科學技術的迅速發(fā)展 機械產品日趨精密復雜 且需頻繁改型 普通機床已不能適應這些要求 數控機床應運而生 這種新型機床具有適應性強 加 工精度高 加工質量穩(wěn)定和生產效率高等優(yōu)點 它綜合應用了電子計算機 自動控制 伺服驅動 精密測量和新型機械結構等多方面的技術成果 是今后機床控制的發(fā)展方 向 一 數控機床的產生 數控機床最早是從美國開始研制的 1948 年 美國帕森斯公司在研制加工直升機 槳葉輪廓用檢查樣板的加工機床任務時 提出了研制數控機床的初始設想 1949 年 帕森斯公司與麻省理工學院伺服機構實驗室合作 開始從事數控機床的研制工作 并 于 1952 年試制成功世界上第一臺數控機床實驗性樣機 這是一臺采用脈沖乘法器原理 的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床 經過三年改進和自動編程研究 于 1955 年進入實用 階段 一直到 20 世紀 50 年代末 由于價格和技術原因 品種多為連續(xù)控制系統 到 了 60 年代 由于晶體管的應用 數控系統提高了可靠性且價格開始下降 一些民用工 業(yè)開始發(fā)展數控機床 其中多數是鉆床 沖床等點位控制的機床 數控技術不僅在機 床上得到實際應用 而且逐步推廣到焊接機 火焰切割機等 使數控技術不斷的擴展 應用范圍 二 數控機床的發(fā)展 自 1952 年 美國研制成功第一臺數控機床以來 隨著電子技術 計算機技術 自 動控制和精密測量等相關技術的發(fā)展 數控機床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新換代 先后經歷了五個發(fā)展階段 第一代數控 1952 1959 年采用電子管元件構成的專用數控裝置 第二代數控 從 1959 年開始采用晶體管電路的 NC 系統 第三代數控 從 1965 年開始采用小 中規(guī)模集成電路的 NC 系統 第四代數控 從 1970 年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系 統 第五代數控 從 1974 年開始采用微型電子計算機控制的系統 目前 第五代微機數控系統基本上取代了以往的普通數控系統 形成了現代數控 系統 它采用微型處理器及大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路 具有很強的程序存儲能力和 控制功能 這些控制功能是由一系列控制程序來實現的 這些數控系統的通用性很強 幾乎只需改變軟件 就可以適應不同類型機床的控制要求 具有很大的柔性 隨著集 成電路規(guī)模的日益擴大 光纜通信技術應用于數控裝置中 使其體積日益縮小 價格 逐年下降 可靠性顯著提高 功能也更加完善 近年來 微電子和計算機技術的日益成熟 它的成果正在不斷滲透到機械制造的 各個領域中 先后出現了計算機直接數控系統 柔性制造系統和計算機集成制造系統 所有這些高級的自動化生產系統均是以數控機床為基礎 它們代表著數控機床今后的 發(fā)展趨勢 三 我國數控機床的發(fā)展概況 我國從 1958 年由北京機床研究所和清華大學等首先研制數控機床 并試制成功第 2 一臺電子管數控機床 從 1965 年開始 研制晶體管數控系統 直到 60 年代末和 70 年 代初 研制的劈錐數控銑床 非圓錐插齒機等獲得成功 與此同時 還開展了數控加 工平面零件自動編程的研究 1972 1979 年是數控機床的生產和使用階段 例如 清華 大學研制成功集成電路數控系統 數控技術在車 銑 鏜 磨 齒輪加工 電加工等 領域開始研究與應用 數控加工中心機床研制成功 數控升降臺銑床和數控齒輪加工 機床開始小批生產供應市場 從 80 年代初開始 隨著我國開放政策的實施 先后從日 本 美國 德國等國家引進先進的數控技術 上海機床研究所引進美國 GE 公司的 MTC 1 數控系統等 在引進 消化 吸收國外先進技術基礎上 北京機床研究所又開發(fā)出 BSO3 經濟型數控系統和 BSO4 全功能數控系統 航空航天部 706 所研制出 MNC864 數控 系統等 進而推動了我國數控技術的發(fā)展 使我國數控機床在品種上 性能上以及水 平上均有了新的飛躍 我國的數控機床已跨入一個新的發(fā)展階段 四 數控機床的發(fā)展趨勢 從數控機床技術水平看 高精度 高速度 高柔性 多功能和高自動化是數控機 床的重要發(fā)展趨勢 對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度 還要求具有進入 更高層次的柔性制造系統和計算機集成制造系統的適應能力 在數控系統方面 目前世界上幾個著名的數控裝置生產廠家 諸如日本的 FANCU 德國的 SIEMENS 和美國的 A B 公司 產品都向系列化 模塊化 高性能和成套性方向 發(fā)展 它們的數控系統都采用了 16 位和 32 位微機處理機 標準總線及軟件模塊和硬 件模塊結構 內存容量擴大到 1MB 以上 機床分辨率可達 0 1 微米 高速進給可達 100m min 控制軸數可達 16 個 并采用先進的電裝工藝 在驅動系統方面 交流驅動系統發(fā)展迅速 交流傳動已由模擬式向數字式方向發(fā) 展 以運算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數字集成元件所 取代 從而克服了零點漂移 溫度漂移等弱點 五 數控機床改造的意義 數控機床改造在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門 早在 60 年代已經開始迅速發(fā) 展 其發(fā)展的原因是多方面的 主要有技術 經濟 市場和生產上的原因 我國是擁 有 300 多萬臺機床的國家 而這些機床又大多是多年累積生產的通用機床 不論資金 和我國機床制造廠的能力都是辦不到的 因此 盡快將我國現有一部分普通機床實現 自動化和精密化改裝 是我國現有設備技術改造迫切要求解決的課題 用數控技術改 造機床 正是適應了這一要求 它是建立在微電子現代技術與傳統技術相結合的基礎 上 在機床改造中引入微機的應用 不但技術上具有先進性 同時 在應用上比其它 傳統的自動化改裝方案 有較大的通用性與可調性 而且所投入的改造費用低 一套 經濟型數控裝置的價格僅為全功能數控裝置的 1 3 至 1 5 用戶承擔的起 從若干單位 成功應用的實例可以證明 投入使用后 確實成倍地提高了生產效率 減少了廢品率 取得了顯著的技術經濟效益 因此 我國提出從大力推廣經濟型數控這一中間技術的 基礎上 再逐步推廣全功能數控這條道路 適合我國的經濟水平 教育水平和生產水 平 已成為我國設備技術改造主要方向之一 同時 它還可以作為全功能數控機床應 用的準備階段 為今后使用全功能數控機床 培養(yǎng)人才 積累維護 使用經驗 而且 也是實現我國傳統的機械制造技術朝機電一體化的方向過渡的主要內容之一 3 第一章 CA6140CA6140 車床車床微機數控系統總體設計方案 的擬定 數控技術是先進制造技術的核心 是制造業(yè)實現自動化 網絡化 柔性化 集成 化的基礎 數控裝備的整體水平標志著一個國家工業(yè)現代化水平和綜合國力的強弱 機床數控系統總體方案的擬定應包括以下內容 系統運動方式的確定 伺服系統的選 擇 執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定 計算機系統的選擇等內容 一般應根據設計任務和要求提出數個總體方案 進行綜合分析 比較和論證 最 后確定一個可行的總體方案 1 11 1 總體方案確定總體方案確定 一 系統的運動方式與伺服系統的選擇一 系統的運動方式與伺服系統的選擇 由于改造后的經濟型數控銑床應具有定位 直線插補 順 逆圓插補 暫停 循 環(huán)加工 公英制螺紋加工等功能 由于在銑削加工中 要求工作臺或刀具沿各坐標軸 運動有確定的函數關系 即刀具以給定的速率相對于工件沿加工路徑運動 所以不能 選用點位系統 因為點位控制系統要求工件相對于刀具移動過程中不進行切削 因此 應選用連續(xù)控制系統 X52K 型銑床改造屬于經濟型數控機床 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 因閉環(huán)控制系統適用于精度要求較高的機床設計 且閉環(huán)控制系統的造價昂貴 二 計算機系統二 計算機系統 根據機床要求 采用 8 位微機 由于 MCS 51 系列單片機具有集成度高 可靠性好 功能強 速度快 抗干擾能力強 具有很高的性能價格比等特點 因此采用 MCS 51 系 列的 8031 單片機擴展系統 控制系統由微機部分 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 系統的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現 顯示器采用數碼管顯 示加工數據及機床狀態(tài)等信息 三 機械傳動方式三 機械傳動方式 為實現機床所要求的分辨率 采用步進電機齒輪減速再傳動絲杠 為保證一定的 傳動精度和平穩(wěn)性 盡量減小摩擦力 選用滾珠絲杠螺母副以及滾動導軌 同時 為 提高傳動剛度和消除間隙 采用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副機構 齒輪傳動也 要采用消除齒側間隙的消隙齒輪結構 4 1 2 設計 X Y 數控工作臺及其控制系統 計任務及參數在任務書中已經給出 系統總體方案見圖 1 1 根據設計任務的要求 采用連續(xù)控制系統和步進電機開環(huán)控制系統 這樣可使控 制系統結構簡單 成本低廉 調試和維修都比較容易 為確保數控系統的傳動精度和 工作平穩(wěn)性 盡量采用低摩擦的傳動和導向元件 此工作臺采用滾珠絲杠螺母副和滾 動導軌 為盡量消除傳動間隙 可設法調整傳動齒輪的中心距以消除齒側間隙 計算 機系統仍采用高性能價格比的 MCS 51 系列單片機擴展系統 Y 向 X 向 圖 1 1 經濟型數控車床總體方案框圖 微 機 機 光電隔離 功率放大 步進電機 光電隔離 功率放大 步進電機 上拖板 下拖板 5 第二章 CA6140CA6140 車床車床進給伺服系統機械部分 設計計算 一臺 CA6140 普通車床改造成微機數控車床 采用 MCS 51 系列單片機控制系統 步進電機開環(huán)控制 具有直線和圓弧插補功能 具有升降速控制功能 其主要設計參 數如下 加工最大直徑 在床面上 400 在床鞍上 210 加工最大長度 1000 溜板及刀架重力 縱向 1000N 橫向 600N 刀架快速速度 縱向 2 4m min 橫向 1 2m min 最大進給速度 縱向 0 6m min 橫向 0 3m min 主電機功率 7 5Kw 起動加速時間 30ms 機床定位精度 0 015mm 伺服系統機械部分設計計算內容包括 確定系統的負載 確定系統脈沖當量 運 動部件慣量計算 空載起動及切削力計算 確定伺服電機 傳動及導向元件的設計 計算及選用 繪制機械部分裝配圖及零件工作圖 現分述如下 2 1 系統脈沖當量的選擇 一個進給脈沖 使機床運動部件產生位移量 也稱為機床的最小設定單位 脈沖 當量是衡量數控機床加工精度的一個基本技術參數 經濟型數控車床銑床常采用的脈 沖當量是 0 01 0 005mm 脈沖 根據機床精度要求確定脈沖當量 縱向 0 01mm 脈沖 橫向 0 005mm 脈沖 2 2 切的計算削力 在設計機床進給伺服系統時 計算傳動和導向元件 選用伺服電機等都需要用到 6 切削力 下面介紹數控車床中的切削力的計算 1 1 縱車外圓縱車外圓 主切削力 F N 按經驗公式估算 z 0 67D Z F 5 1 max 0 67 400 5360 5 1 按切削力各分力比例 4 0 25 0 1 YXZ FFF 5360 0 25 1340 X F 5360 0 4 2144 Y F 2 2 橫切端面橫切端面 主切削力可取縱切的 1 2 NFZ 2680 2 1 ZZ FF 此時走刀抗力為 N 吃刀抗力為 仍按上述比例粗略計算 Y F NFZ 1 0 25 0 4 Z F Y F X F 2680 0 25 670 Y F 2680 0 4 1072 X F 2 32 3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型滾珠絲杠螺母副的計算和選型 滾珠絲杠螺母副的設計首先要選擇結構類型 確定滾珠循環(huán)方式 滾珠絲杠副的 預緊方式 結構類型確定之后 再計算和確定其他技術參數 包括 公稱直徑 d0 絲 杠外徑 d 導程 L0 滾珠的工作圈數 j 列數 K 精度等級等 滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內循環(huán)兩大類 外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式 如參考書 1 中的圖 4 4 所示 我們在此選用螺旋槽式外循環(huán) 在螺母外圓上銑出螺旋 槽 槽的兩端鉆出通孔 同螺母的螺紋滾道相切 形成滾珠返回通道 為防止?jié)L珠脫 落 螺旋槽用鋼套蓋住 在通孔口設有擋珠器 引導滾珠進入通孔 擋珠器用圓鋼彎 成弧形桿 并焊上螺栓 用螺帽固定在螺母上 它的優(yōu)點是 工藝簡單 螺母外徑尺 7 寸較小 缺點是 螺旋槽同通孔不易連接準確 擋珠器鋼性差 耐磨性差 滾珠絲杠副的預緊方法有 雙螺母墊片式預緊 雙螺母螺紋式預緊 雙螺母齒差 式預緊 單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等 本設計采用雙螺母螺紋式預緊結構 它通過調整端部的圓螺母 使螺母產生軸向 位移 其特點是結構較緊湊 工作可靠 滾道磨損時可隨時調整 預緊量不很準確 應用較普遍 一 縱向進給絲杠一 縱向進給絲杠 1 1 計算進給率引力計算進給率引力 N N m F 作用在滾珠絲杠上的進給率引力主要包括切削時的走刀抗力以及移動部件的重量 和切削分力作用在導軌上的摩擦力 因而其數值大小和導軌的型式有關 縱向進給為綜合型導軌 由前所知 1340 N X F 5360 N Z F 1000 NG 1 15K 0 16 f 得 N G m FK X F f Z F 1 15 1340 0 16 5360 1000 2559 N 式中 考慮顛復力矩影響的實驗系數 綜合導軌取 K 1 15 K 滑動導軌摩擦系數 0 15 0 18 f 溜板及刀架重力 1000 N GG 2 2 計算最大動負載計算最大動負載c 利用滾珠絲杠副的直徑 d0時 必須保證在一定軸向負載作用下 絲杠在回轉 100 萬轉 106轉 后在它的滾道上不產生點蝕現象 這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠 絲杠能承受的最大動負載 C 可以用下式計算 c mwF fL 3 L 6 10 60Tn 8 0 1000 L u n s 式中 滾珠絲杠導程 初選 6 0 L 0 L 最大切削力下的進給速度 可取最高進給速度的 此處 s u 2 1 3 1 0 6m min s u 使用壽命 按 15000h T 運轉系數 按一般運轉取 1 2 1 5 w f w f 壽命 以 10 轉為 1 個單位 L 6 將數據分別帶入上式得 50r min 0 1000 L u n s 6 5 06 01000 45L 6 10 60Tn 6 10 150005060 1 2 2559 10799 N c mwF fL 33 45 3 3 滾珠絲杠螺母副的選型滾珠絲杠螺母副的選型 查閱附錄表 3 可采用 W L3506 外循環(huán)螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副 1 列A 1 2 5 圈 其額定動負載為 16400 N 精確等級按表 4 15 選為 3 級 大致相當于老標準級 E 4 4 傳動效率計算傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 tg tg 式中 螺旋升角 W L3506 3 39 1 摩擦角取 10 滾動摩擦系數 0 003 0 004 將各數據帶入上式得 tg tg 949 0 10 73 73 0 tg tg o 9 5 5 剛度驗算剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統的定位精度及運動的平穩(wěn)性因此應考慮以 下引起軸向變形的因素 絲杠的拉伸或壓縮變形量 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 滾珠絲杠的扭轉變形引起導程的變化量 和螺 母座及軸承支座的變形 最后一種常為滾珠絲杠副系統剛度的薄弱環(huán)節(jié) 但變形量計 算較為困難 一般根據其精度要求 在結構上盡量增強其剛度而不作計算 因此滾珠絲杠副剛度的驗算 主要是前三種變形量 他們的和應不大于機床精度 要求允許變形量的一半 否則 應考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副 先畫出縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖如圖 2 1 所示 最大牽引力為 2559 N 軸承 支撐間距 1500 絲杠螺母及軸承均進行預緊 預緊力為最大軸向負荷的 L 3 1 圖 2 1 1 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 查圖 4 6 根據 2559 N 35 查出 1 2 10 可算出 m P O DLL 5 1500 1 6 10 1500 2 4 10 L L 1 5 2 由于兩斷均采用向心推力球軸承 且絲杠又進行了預拉伸 故其剛度可以提高 4 倍 其實際變形量 為 1 0 6 10 1 2 1 1 2 2 滾珠與螺紋滾道接觸變形 2 10 查圖 4 7 系列 1 列 2 5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 W Q 7 1 m Q 因進行了預緊 7 1 3 35 m 2 2 1 Q 2 1 3 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 2 采用 8107 型推力球軸承 35 滾珠體直徑 6 35 滾動體數量 18 1 d Q dz 0 0024 0 0024 0 0075 c d3 2 2 Zd F Q m 3 2 2 1835 6 256 注意 此公式中單位應為 m Fkgf 因施加預緊力 故 0 0076 0 0038 3 2 1 c 2 1 根據以上計算 0 006 0 00355 0 0038 1 2 3 0 01335 K n m K F F 1155 78214 K n 一般 2 5 4 K n 此滾珠絲杠不會產生失穩(wěn) 三 三 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數 其幾何參數如下 名稱 符號 公式 3506 1L W2005 1L W 公稱直徑 35 20 0 d 導程 6 5 0 L 接觸角 3 7 4 33 鋼球直徑 3 969 3 175 q d 滾道法面半徑 2 064 1 651R q dR52 0 14 偏心距 0 056 0 045e sin 2 q dRe 螺紋升角 3 7 4 33 0 0 d L arctg 螺桿外徑 34 19 4d q ddd 25 0 2 0 0 螺桿內徑 30 984 16 78 1 d Redd22 01 螺桿紋接觸直徑 31 258 16 835 Z d cos 0qZ ddd 螺母螺紋直徑 39 365 23 212DRedD22 0 螺母內徑 36 125 20 635 1 D q ddD 25 0 2 0 01 2 42 4 齒輪傳動比計算齒輪傳動比計算 1 1 縱向進給齒輪箱傳動比計算縱向進給齒輪箱傳動比計算 已確定縱向進給脈沖當量 0 01 滾珠絲杠導程 6 初選步進電機步距角 P 0 L 0 75 可計算出傳動比 i 0 8i 0 360 L b p 675 0 01 0 360 可選定齒輪齒數為 或i 2 1 Z Z 40 32 25 20 2 2 橫向進給齒輪箱傳動比計算橫向進給齒輪箱傳動比計算 已確定橫向進給脈沖當量 0 005 滾珠絲杠導程 5 初選步進電機步距角 P 0 L 0 75 可計算傳動比 i 0 48i 0 360 L b p 575 0 05 0 360 考慮到結構上的原因 不使大齒輪直徑太大 以免影響到橫向溜板的有效行程 故 此處可采用兩級齒輪降速 15 i 2 1 Z Z 4 3 Z Z 5 3 5 4 40 24 25 20 24 40 20 25 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 因進給運動齒輪受力不大 模數取 2 有關參數如下 m 表 2 1 2 52 5 步進電機的計算和選型步進電機的計算和選型 選用步進電機時 必須首先根據機械結構草圖計算機械傳動裝置及負載折算到電 機軸上的等效轉動慣量 分別計算各種工況下所需的等效力矩 在根據步進電機最大 靜轉矩和起動 運行矩頻特性選擇合適的步進電機 一 縱向進給步進電機計算一 縱向進給步進電機計算 1 1 等效轉動慣量計算等效轉動慣量計算 計算見圖 2 1 傳動系統折算到電機軸上的總的慣量 可由下式計算 J 2 J M J 1 J 2 2 1 Z Z 2 0 2 2 L g G JJ S 式中 步進電機轉子轉動慣量 M J 2 齒數324024402025 分度圓mzd 648048804050 齒頂圓 mdda2 688452844454 齒根圓 mdd f 25 1 2 597543753545 齒寬 6 10 m202020202020 中心距2 21 ddA 726445 16 齒輪 的傳動慣量 1 J 2 J 1 z 2 z 2 滾珠絲杠轉動慣量 s J 2 參考同類型機床 初選反應式步進電機 150BF 起轉子轉動慣量 10 M J 2 0 78 10 0 78 10 6 4 2 2 62 1 J 3 4 1 d 1 L 3 42 0 78 10 0 78 10 8 2 6 39 2 J 3 4 2 d 2 L 3 42 0 78 10 4 150 29 952 s J 3 42 1000 NG 代入上式 J M J 1 J 2 2 1 Z Z 2 0 2 2 L g G JJ S 10 2 62 2 40 32 2 2 6 0 8 9 1000 952 2939 6 36 474 2 考慮步進電機與傳動系統慣量匹配問題 10 36 474 0 274 M J J 基本滿足匹配的要求 2 2 電機力矩的計算電機力矩的計算 機床在不同的工況下 其所需轉距不同 下面按個階段計算 1 快速空載起動力矩起 M 在快速空載起動階段 加速力矩占的比例較大 具體計算公式如下 起 M maxa M f M 0 M 10 maxa M J J a t n 2 60 max2 J a t n 60 102 2 max max n p v max 0 360 b 將前面數據代入 式中各符號意義同前 17 500 max n p v max 0 360 b 360 75 0 01 0 2400 minr 起動加速時間 30 a tms 36 474 10 maxa M J a t n 60 2 max 03 0 60 500 2 2 636 6 N 折算到電機軸上的摩擦力矩 f M f M i LF 2 00 12 0 2 zz LGPf Z 94 N 25 1 8 02 6 0 8005360 16 0 附加摩擦力矩 0 M 0 M 2 0 00 1 2 i LFp 12 0 2 3 1 zz LFm 2 0 1 805 3 0 19 153 N 9 01 25 1 8 02 6 02530 3 1 2 上述三項合計 起 M maxa M f M 0 M 636 6 94 153 881 5 N 2 快速移動時所需力矩快M 快 94 153 247 N M f M 0 M 3 最大切削負載時所需力矩切M 切 M f M 0 M x M f M 0 M i LFx 2 0 94 153 94 153 127 96 25 1 8 02 6 01340 375 N 從上面的計算可以看出 起 快和切三種工況下 以快速空載起動所需力MMM 矩最大 以次作為初選步進電機的依據 從表中查出 當步進電機為五相十拍時 0 951 maxjq MM 最大靜力矩 881 5 0 951 927 maxj M N 18 按此最大靜轉距從表查出 型最大靜轉距為 13 72 N 大于所需002150BF 最大靜轉距 可作為初選型號 但還必須進一步考核步進電機起動距頻特性和運行距 頻特性 3 3 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 4000 HZ k f p v 60 1000 max 01 0 60 4 21000 1000 HZ e f p s v 60 1000 01 0 60 6 01000 從表中查出 型步進電機允許的最高空載起動頻率為 2800 HZ運行頻率002150BF 為 8000 HZ 130BF001 步進電機的起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如圖 2 3 2 4 所示 可以看出 當步進電機起動時 f起 2500Hz 時 M 100 遠遠不能滿足此cmN 機床所要求的空載起動力矩 881 5 直接使用將會產生失步現象 所以必須采cmN 取升降速控制 用軟件實現 將起動頻率將到 1000Hz 時 起動力矩可增到 588 4 然后在電路上再采用高低壓驅動電路 還可以將步進電機輸出力矩擴大一倍cmN 左右 19 當快速運動和切削進給時 130BF001 型步進電機運行矩頻特性 圖 2 4 完全可 以滿足要求 二 橫向進給步進電機計算和選型二 橫向進給步進電機計算和選型 電機選為計算步驟如上所述 經計算滿足要求 此處計算略 00290BF 2 6 設計繪制進給伺服系統機械裝配圖 在完成運動及動力計算后 已經確定了滾珠絲杠螺母副 步進電機規(guī)格型號 以 及齒輪齒數 模數 軸承型號之后 就可以畫出機械裝配圖 圖見 0 號大圖 從圖中可以看出 縱向進給部分拆去原機床的進給箱 溜板箱 滑動絲杠 光杠 等 裝上步進電機 齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副 橫向進給部分也用滾珠絲杠代替 原來的滾動絲杠 并在大溜板的后面安裝橫向齒輪減速箱和步進電機 并把原來的方 刀架取掉 裝上自動轉位刀架及微型電機 20 總 結 經過三個多月的工作 畢業(yè)設計到此已經完成 在此 我衷心感謝我的老師和同 學們 沒有老師的細心指導和同學的熱情幫助 設計是很難順利完成的 最后 我對 這次設計做一簡單的總結 剛開始設計三周內 我先通過圖書館和上網查閱了大量的資料 以全面 深入地 了解與自己設計題目相關的知識 并且完成了外文資料的翻譯工作 在此期間我不僅 對自己的設計題目有了深入的了解 并在此基礎上確定了總體設計方案 而且學會了 如何在網上獲得自己所需資源 此后便開始了對伺服系統機械部分的計算與設計 此 過程也就是綜合這四年來所學到的知識 選擇合適 安全的機械零件 其中設計計算 內容主要包括 確定系統的負載 確定系統脈沖當量 運動部件慣量計算 空載起動 及切削力矩計算 確定伺服電機 傳動及導向元件的設計 計算及選用 繪制機械部 分裝配圖及零件圖等 通過這次設計 我對普通車床的改造有了系統性的認識和基礎性的把握 熟悉了 其設計原理及流程 并對傳動系統和伺服系統進行了針對性的學習 而且使我具有初 步設計計算的能力以及分析和處理生產中所遇見的機 電方面技術的能力 當然設計 中還存在很多不足 有待于改進 我會在以后的實際工作中不斷彌補不足 創(chuàng)新進取 21 參考文獻 1 陳粵初 竇振中 單片機應用系統設計與實踐 北京 航空航天大學出版社 1991 2 方元青 金屬切削機床 中國礦業(yè)大學出版社 1990 3 陳紹廉 數控機床改造技術 航空工業(yè)出版社 1989 4 許兆豐 數控銑床編程與操作 中國勞動出版社 1994 5 廖為獻 數控銑床加工中心自動編程 國防工業(yè)出版社 2002 6 謝筑森 單片機開發(fā)與典型應用設計 中國科學技術大學出版社 1997 7 郝忠軍 數控機床原理及編程 西安 陜西機械學院 1986 8 范俊廣 數控機床及其應用 北京 機械工業(yè)出版社 1993 9 王修才 劉祖望 單片機接口技術 復旦大學出版社