方臺面數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)7

1、專業(yè)課課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：數(shù)控 X-YX-Y工作臺設(shè)計(jì)學(xué)生：學(xué)號：班級：指導(dǎo)教師:(200X200方臺面數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)目錄序言. 3摘要 . 4設(shè)計(jì)目的 . 4設(shè)計(jì)要求 . 4總體方案設(shè)計(jì) . 5機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 . 61、確定脈沖當(dāng)量 . 62、確定傳動(dòng)比 . 63、滾珠絲杠螺母副的選型和校核 . 74、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型和計(jì)算 . 115、導(dǎo)軌的選型和計(jì)算 . 13&啟動(dòng)矩頻特性校核 . 14控制系統(tǒng)設(shè)計(jì). 18第一節(jié) 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 . 18第二節(jié) 步進(jìn)電機(jī)控制電路 . 18步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì) . 20其它電路輔助設(shè)計(jì) . 24設(shè)計(jì)總結(jié) . 24參考文獻(xiàn) . 252

2、/ 24序言據(jù)資料介紹，我國擁有 400 多萬臺機(jī)床，絕大部分都是多年累積生產(chǎn)的普通機(jī)床。這些機(jī)床自動(dòng)化程度不高，加工精度低，要想在短時(shí)期內(nèi)用自動(dòng)化程度高的設(shè)備大量更新，替代現(xiàn)有的機(jī)床，無論從資金還是從我國機(jī)床制造廠的生產(chǎn)能力都是不可行的。但盡快將我國現(xiàn)有的部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改造又勢在必行。為此，如何改造就成 了我國現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的重要課題。 親，由于某些原因，沒有上傳完整 的畢業(yè)設(shè)計(jì) 完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、相關(guān)圖紙CAD/PRO、E 中英文文獻(xiàn)及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要的朋友，請聯(lián)系我的叩扣 :2215891151 ，數(shù)

3、萬篇現(xiàn)成設(shè)計(jì)及另有的高端團(tuán)隊(duì)絕對可滿足您的需要在過去的幾十年里，金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作原理變化不大，但社會生產(chǎn)力特別是微 電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展很快。反映到機(jī)床控制系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng) 化程度，又能提高加工的精度，現(xiàn)已有一些企業(yè)在這方面做了有益的嘗試。實(shí)踐證明，改 造后的機(jī)床既滿足了技術(shù)進(jìn)步和較高生產(chǎn)率的要求，又由于產(chǎn)品精度提高，型面加工范圍 增多也使改造后的設(shè)備適應(yīng)能力加大了許多。這更加突出了在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造 的必要性和迫切性。由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，如果把舊機(jī)床設(shè)備全部以新型機(jī)床替換， 國家要花費(fèi)大量的資金，而替換下的機(jī)床又會閑置起來造成浪費(fèi)，若采用

4、改造技術(shù)加以現(xiàn) 代化，則可以節(jié)省 50%以上的資金。從我國的具體情況來講，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格 僅為全功能數(shù)控裝置的 1/3到 1/5，一般用戶都承擔(dān)得起。這為資金緊張的中小型企業(yè)的技 術(shù)發(fā)展開創(chuàng)了新路，也對實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)吸引力，起到了事半功倍 的積極作用。據(jù)國內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)需要。因 此機(jī)床的數(shù)控改造就成為滿足市場需求的主要補(bǔ)充手段。在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)是現(xiàn)代機(jī)械制造的基本特征，占 有相當(dāng)大的比重。要完成這些生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專用機(jī)床或數(shù)控機(jī)床，其 中數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。

5、從上述分析中不難看出數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相 結(jié)合的基礎(chǔ)之上。通過理論上的推導(dǎo)和實(shí)踐使用的證明，把微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)引入機(jī)床的改造 有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： 1）可靠性高； 柔性強(qiáng)； #易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； 2）經(jīng)濟(jì)性可觀。 為此在舊的機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控改造可以提高機(jī)床的使用性能，降低生產(chǎn)成本，用較少的資金 投入而得到較高的機(jī)床性能和較大的經(jīng)濟(jì)效益。3 / 24摘要本課程設(shè)計(jì)是對銑床進(jìn)行改造，目的在于培養(yǎng)對機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，重點(diǎn)是 對所學(xué)知識的鞏固和加強(qiáng)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及將來的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計(jì)由序言、設(shè)計(jì)要求、總體方案、進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及相應(yīng) 元

6、件的選擇與確定和主程序框圖、數(shù)控化電路原理組成。由于本人經(jīng)驗(yàn)不足，以及對知識 掌握程度的限制，設(shè)計(jì)過程還存在某方面的錯(cuò)漏，敬請老師提出寶貴意見。設(shè)計(jì)目的數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化專業(yè)教案中的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)完技術(shù)基 礎(chǔ)課和專業(yè)課，特別是“數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用”課程后應(yīng)用的，它是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、 解決實(shí)際問題能力的重要步驟。本課程設(shè)計(jì)是以機(jī)電一體化的典型課題 - 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方案的擬定為主線，通過對數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)， 計(jì)算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)過的機(jī)械、電子和微機(jī)方面 的知識，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生

7、具有初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分 析和處理生產(chǎn)過程中所遇到的問題的能力。設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一。通過課程設(shè)計(jì)可以初步樹立 正確的設(shè)計(jì)思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會運(yùn)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學(xué)生分 析問題解決問題的實(shí)際能力，并在教師的指導(dǎo)下，系統(tǒng)地運(yùn)用課程和選修課程的知識，獨(dú) 立完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是改造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。如精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)或裝置）的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī) I/O 接口設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)控化電氣原理設(shè)計(jì)等。說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：課程設(shè)計(jì)題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說明、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣及

8、其他部分如環(huán)形分配器等）的說明。該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法，可以歸納如下：1.采用微型計(jì)算機(jī) 包括單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇 或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等。2.選用驅(qū)動(dòng)控制電路，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電 路的選用，考慮電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算，控制電機(jī)電路的設(shè)計(jì)。4 / 243.精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要是考慮數(shù)控機(jī)床工作臺傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)問題：要弄清機(jī) 構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行元件的主要功能 傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運(yùn)轉(zhuǎn) 等），進(jìn)行力矩、負(fù)載功率、慣性 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）、加 減）速控制和誤差計(jì)算。4.學(xué)會使用手冊及圖表資料

9、?？傮w方案設(shè)計(jì)一般來講，普通銑床的數(shù)控改造主要有兩部分，一是設(shè)計(jì)一套簡易微機(jī)數(shù)控 X-Y 工作 臺，固定在銑床的工作臺上。二是將控制銑刀上、下運(yùn)動(dòng)的手柄拆去，改用微機(jī)控制步進(jìn) 電機(jī)通過一級減速裝置使銃頭上下運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)只對X-Y工作臺進(jìn)行設(shè)計(jì)。取銃床步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量可選為0.01mm/脈沖，步進(jìn)電機(jī)的步距角 0.9 。1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件 相對于刀具移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削，可選用點(diǎn)位控制方式。數(shù)控銑床在工作臺移動(dòng)過程中 銑頭并不進(jìn)行銑孔加工，因此數(shù)控裝置可采用點(diǎn)位控制方式。對點(diǎn)位系統(tǒng)的要求是快速定 位，保證定位精度。2伺

10、服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)3種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著控制精度不能達(dá)到較高水平的基本問題，但是步進(jìn)電機(jī)具有角位移與輸入脈沖的嚴(yán) 格對應(yīng)關(guān)系，使步距誤差不會積累；轉(zhuǎn)速和輸入脈沖頻率嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而且在負(fù)載能 力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化的特點(diǎn)。并且步進(jìn)電機(jī)控制 的開環(huán)系統(tǒng)由于不存在位置檢測與反饋控制的問題，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 與調(diào)試。并且隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，在改善步進(jìn)電機(jī)控制性能方面也取 得了可喜的發(fā)展。因此，在一定范圍內(nèi)，這種采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)伺服 系統(tǒng)可以滿足加工要求，適宜于在精

11、度要求不很高的一般數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用。雖然閉環(huán)、半 閉環(huán)控制為實(shí)現(xiàn)高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在具體的系統(tǒng)中，增加了位 置檢測、反饋比較及伺服放大等環(huán)節(jié)，除了在安裝調(diào)試增加工作量和復(fù)雜性外，從控制理 論的角度看，要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也將大為提高。為此，考慮 到在普通立式銑床上進(jìn)行改造，精度要求不是很高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，本設(shè)計(jì)采 用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)。3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝配時(shí)，通常提出低摩 擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜阻尼比的要求。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下 幾點(diǎn)：1） 盡量采用低摩擦的傳

12、動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。2）盡量消除傳動(dòng)間隙。如步進(jìn)電機(jī)上的傳動(dòng)齒輪采用偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。3）縮短傳動(dòng)鏈?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊以提 高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。如應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端 軸向固定，并加預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等提高傳動(dòng)剛度。 X-Y 工作臺傳動(dòng)采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副 和滾動(dòng)導(dǎo)軌。4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇5 / 24計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)一般由微機(jī)部分、I/O接口電路、光電隔離電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路等幾部分所組成。在簡易數(shù)控系統(tǒng)中，大多采用8位微處理器的微型計(jì)算機(jī)。如何采用Z80CPU或MCS-51單

13、片機(jī)組成的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。Z80CPU有芯片價(jià)廉，通用性強(qiáng)，維修方便等特點(diǎn)。MCS-51單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快和很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)。通過比較，對于簡易數(shù)控機(jī)床推薦 采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。5實(shí)施保留原機(jī)床主傳動(dòng)鏈，保留銃床工作臺和控制工作臺移動(dòng)手柄，在原工作臺上安裝一 套微機(jī)數(shù)控的X-Y工作臺。由于X-Y工作臺的運(yùn)動(dòng)部件重量和切削力不大，因此選用有預(yù) 加載荷的滾珠導(dǎo)軌。采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減小兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提 高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)?？紤]到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率 0.01mm要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。綜上所述

14、，本文改造的總體方案確定為：采用MCS-51單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的縱 向、橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為了防止意外事故，保護(hù)微機(jī)及其它設(shè)備，還設(shè)置報(bào)警，急停電路機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)分辯率為0.01mm,其它設(shè)計(jì)參數(shù)見下表：要求：設(shè)計(jì)一臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺并開發(fā)其控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作臺面200X200mm，分辨率為 =5分/step，承受最大軸向載荷 Tmax=800Nm 。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算1.脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，考慮到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差存在。脈沖 當(dāng)量值必須小于定位精度值。本次設(shè)計(jì)確定脈沖當(dāng)量為0.01

15、mm/步.二.銑削力分析與計(jì)算銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺帶動(dòng)工 件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給（鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給 .銑刀的類型很多， 但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式，此選用圓柱銑刀，銑刀材料選擇高速鋼.根據(jù) 工件材料為碳鋼可確定銑削力的計(jì)算公式：0.860.72- -0.86FZ=9.81CFZ ae af do ap Z式中各參數(shù)如下：CFZ-銑削力系數(shù)，CFZ=68.2表2-3）ae -最大銑削寬度，本設(shè)計(jì)為 8mmap -背吃刀量，本設(shè)計(jì)為 3mmZ-銑刀齒數(shù)，齒數(shù)取3d0 -圓柱銑刀直徑，查得d=20mm技術(shù)指導(dǎo)6 / 24af -每齒進(jìn)給量m

16、m/齒），即銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒間角時(shí)，工件與銑刀的相對移動(dòng)量，查得af=0.10mm齒技術(shù)指導(dǎo)） 故：Fz=9.81 X 68.2 X 80.86 X 0.100.72 X 20-0.86 X 3X 3=547 N2.齒輪傳動(dòng)比計(jì)算進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定進(jìn)給脈沖當(dāng)量3=0.01mm滾珠絲杠導(dǎo)程L_ =4mm初選步進(jìn)電機(jī)步距角 0.9 ?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i:i=卜 | =0.9X 4/360 X 0.01=1因傳動(dòng)比為1,這時(shí)可以使步進(jìn)電機(jī)直接與絲桿聯(lián)接，有利于簡化結(jié)構(gòu)， 提高精度。3.滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力刁N滾珠絲杠上的工作載荷FN是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺時(shí)滾珠絲杠所

17、承 受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算公式：Fm=KE+ f，（Fv+ Fc + G式中K -考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，矩形導(dǎo)軌K=1.1-滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.00250.005 ;這里取0.005G-移動(dòng)部件的重力N） : G=600NFL-工作臺縱向進(jìn)給方向載荷Fc-工作臺橫向進(jìn)給方向載荷Fv-工作臺垂直進(jìn)給方向載荷 由表 2-4 查得，F(xiàn)L/ FZ=0.90, FL=0.9FZ=493 NFc /Fz=0.80, Fc =0.8Fz=438NFv /Fz=0.40, Fv =0.4Fz=219 N故:7 / 24Fm=1.1 X 493+ 0.005 X /4=75 一

18、=(60 X 75X 15000/106=67.5 rC=fmFm=4.1 X 1.2 X 858.17=3.35kN（3螺母副的選型8 / 24根據(jù)最大動(dòng)載荷和公稱直徑選外循環(huán)滾動(dòng)螺母副，選用中國南京工藝裝備制造有限公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)螺紋預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副，規(guī)格代號為 FFZL2004-3,公稱直徑=20mm滾珠直徑為Dw=3mn圈數(shù)X列數(shù)=3X 1,螺距為4mm, 螺旋升角為 =3 38。(4傳動(dòng)效率計(jì)算= |式中 一一絲杠螺旋升角，=3 38摩擦角，取10-J - J .|=|=0.064/0.0664=0.9638=96.4%(5剛度驗(yàn)算先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如

19、圖 4-20所示，最大牽引力為 548N,支承間距L=500mn絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷 的 1/3。A1絲杠的拉伸或壓縮變形量I =Fm絲杠的工作載荷VN)；L滾珠絲杠在支承間的受力長度vmrh； L=500mmE材料的彈性模量，對鋼 E=20.6X Mpa9 / 24=0.0013 XMl(mm =0.0014mmZ-為一圈的滾珠數(shù)，外循環(huán)Z=目 =3.14 X 20/3=21 ;(mmA滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積口怡。A=3.14X d2/4=3.14 X 16.92/4=224.3 mm2故：= (548 X 500/20.6 X X 224.3= 0.0059(

20、mm)2滾珠與螺紋滾道間接觸變形有預(yù)緊：DW為滾珠直徑mm ,D=3mm 為滾珠總數(shù)量： 二ZX圈數(shù)X列數(shù)故：|= 21 X 3X 仁 63;占-為滾珠絲杠的公稱直徑mm，占=20mm為預(yù)緊力，此處單位為kgf,為軸向工作載荷的1/3時(shí), =FL/3=493/3=164N=16.8kgf二一為滾珠絲杠工作載荷，單位為 kgf。=548/9.8=55.9kgf有預(yù)緊：=0.0013 X=1/2 =0.0014mm3滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠的總變形量應(yīng)小于允許的變形量。一般不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給 系統(tǒng)的定位精度的一半：J =0.0059+0.0014=0.00730.025/2mm=0.0125mm定位

21、精度的一半。(6壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算驗(yàn)算滾珠絲杠尺寸和支承方式后，應(yīng)驗(yàn)算絲杠在承受最大軸向載荷時(shí)是否10 / 24會產(chǎn)生縱向彎曲。滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作負(fù)載過 大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷FK(N為E為材料的彈性模量，對鋼 E=20.6X 104Mpa。I -為截面慣性矩，對絲杠圓截面：44I= ndi /64=3.1 4X 16.9 /64=4002.2 mmL 絲杠最大工作長度vmrh； L=500 mmf Z-為絲杠支承方式系數(shù)，這里滾珠絲杠的支承方式采用一端固定一端簡 支的方式，所以fz = 22424-2X 3.142X20.6 X 1

22、0 X4002.2/500 =2.0731 X 10Nm=Fk/F m=2.0731 X 104/548=37.8 =4所以，該滾珠絲杠不會失穩(wěn)。n k許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，m =2.544.縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型一、初選步進(jìn)電機(jī) 57BYG4504步距角9 b=0.9 冋|,滿足要求.二、矩頻特性： 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1.滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量432JR78DLX 10- (kf cmL-絲杠長度，設(shè)定為500mm=50cmD-絲杠公稱直徑，D=20mm=2cm4-3,2JS=0.7 8X 2 X 50X 10 =0.624 cm2.工作臺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量_ _ 2jG=(Lo/2n ML 0- 絲杠導(dǎo)程丄

23、 o=4mm=0.4cmM- 工作臺質(zhì)量,M=62kgJG=(0.4/ 2X 3.042X 62=0.248cnf3.聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量根據(jù)鋼的直徑為(20,22選用定位螺絲固定平行式聯(lián)軸器，型號為 SLK2-100-111 / 240608(廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司 ，查得:2JL=0.068cm4.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 根據(jù)初選電機(jī)型號，查得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：2Jz=0.46cm故：JE=JS+ JG+ JL+ Jz=0.634 + 0.248 + 0.068 + 0.46=1.462 cm三、步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)的計(jì)算I叵-空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩Ncm);M為空載時(shí)折算到電機(jī)軸

24、上的摩擦力矩 n ma=Vmax 0 b/360 S Pt-運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快速所需的時(shí)間，t=0.3sVmax 運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度 vmm/mir) , Vmax=3m/min=3000mm/min0 b-初選步距角，0 b=0.9 nmax-與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min故：nmax=3000 x 0.9/空載摩擦力矩二Mk=G L0/2 n n i (N cmG-運(yùn)動(dòng)部件的總重量N), G=60(N導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.005。n -傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取 n =0.7 0.85,這里取n =0.85滾珠絲杠基本導(dǎo)程，UI =0.4 cm.12 /

25、 24步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)力矩：M空載摩擦力矩：Mkf=G Lo/2 n n i=600 X 0.005 X 0.4 / 附加摩擦力矩MM=FYJLO0.9，這里取=0.96 ；F 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的I ,即F = I F =183NM=183X 0.4 X (1-0.96 2/(2 X 3.14 X 0.96 X 1=0.950N - cm上述三項(xiàng)合計(jì):=3.83+ 0.225 + 0.950=5.005N cm）步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)力矩：從產(chǎn)品系列及性能參數(shù)根據(jù)電機(jī)型號查出步進(jìn)電機(jī)為四相八拍；從表2-17根據(jù)電機(jī)拍數(shù)查出啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩 Mq與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為 Mq/Mj max1

26、 =0.707故：Mmax1=Mq/0.707=4.58/0.707=6.471 N- cm運(yùn)動(dòng)部件正常工作 F-作用在工作臺的合力，F(xiàn)Z =FL2 + FV2 + FC2） 1/2=694.4NM-合力F折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩故:Mf =694.4 X 0.4/ Mmax2 Mkax113 / 24旦為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過100為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí) 回為載荷/速度系數(shù)，無明顯沖擊振動(dòng)或C 時(shí)，口 =1 ;.LI =0.81;vmaxMjkaxi, MjLQ 所以初選電機(jī)57BYG450能滿足要求。5 導(dǎo)軌的選用與校核初選滾動(dòng)導(dǎo)軌選取中國南京工藝裝備制造有限公司的GGB AA

27、-AAL四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副,其額定載荷 COa為6.8KN , Ca為6.07KN ,參數(shù)如下：單位mm尺寸滑換尺寸仙杯尺寸耳竝尺寸動(dòng)戟靜載頗定力拒fi號HY11AE EJ JKTL1L5H1dXDXhF單根 是犬 長度Lmaxc003)(KH)HLHLOf.)(Iff. m)2415.515.5474.53B3B19.4 T 11 M54D.5 302.5斟 4IE 151.5X7 5XS3S3goSOOB.OT6.86.855.555.5 | |55.52對導(dǎo)軌進(jìn)行按下式進(jìn)行校核:式中：L為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命km）本設(shè)計(jì)L定為50km；為額定載荷，查表 =6.07kN ;F

28、為每個(gè)滑塊上的工作載荷 N ） F本設(shè)計(jì)設(shè)定為588N;J為硬度系數(shù)，導(dǎo)軌面的硬度為58-64HRC時(shí)M =1.0;n =2。=588 X 一I X 2+ 1X 0.81 X 1)=1361N=6.07kN因此所選導(dǎo)軌滿足要求。1）滾動(dòng)導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)滾動(dòng)導(dǎo)軌采用潤滑脂潤滑。常用牌號為ZL-2鋰基潤滑脂f q=1200 Hz,步進(jìn)電機(jī)會不丟步。2）電機(jī)快速進(jìn)給矩頻特性較核最咼運(yùn)行頻率f max式中：Vmax運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度快進(jìn)時(shí)已經(jīng)不存在加速力矩項(xiàng)M a,并且一般處于空載狀態(tài)，故快速進(jìn)給力矩M JK= -1其中：M0為附加摩檫力矩Ncm）, MKF為快進(jìn)時(shí)的折算到電機(jī)的摩檫力矩Ncm）。所

29、以：MJK= _I =1.175N - cm）由圖2可知道快進(jìn)力矩對應(yīng)允許快進(jìn)頻率FYK近似為20000Hz, FmzxFYK所以電機(jī)不會丟步。3）、工進(jìn)運(yùn)行距頻特性校核16 / 24100 00800 0 1*1600 0400 0300 0200 01-41- 09-i i1 -:-d1000-H1500420J 004轉(zhuǎn)矩(N.m)57BYG450步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線_ 系列1 系列2，嚴(yán)止&率頻工進(jìn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需力矩Mkj可按下式計(jì)算：_II（式 2-41工進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率詞a式中：耳一一最大工作進(jìn)給速度式中：Fv垂直方向作用于工作臺的工作載荷Ft 沿進(jìn)給方向的切削負(fù)載，F(xiàn)t=F Lri在圖2初選步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻率特性曲線中，對應(yīng)工進(jìn)頻率fGJ查到的允許工進(jìn)運(yùn)行力矩MYJ=1.08N mM=0.382N m 滿足工進(jìn)時(shí)運(yùn)行距頻特性的要求。17 / 24 0或FMV O，從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算方向 進(jìn)給。2偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后計(jì)算新的加工偏差。3終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)，不 為零則返回第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)數(shù)判別可用方向坐標(biāo)值判斷，也可由一