CA6132普通車床的數控技術改造

1、第一章 緒論亠4-數控技術和裝備發(fā)展趨勢 -4 -第二章數控機床系統總體設計 -8-一總體方案設計容 -8 -二總體方案確定-9 -第三章進給系統設計計算 -10 -一選擇脈沖當量-10 -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 -18-五步進電機的計算和選型 -19-第四章微機數控系統的設計 -24 -一微機數控系統的設計綱要 -24 -一硬件電路設計 -24 -二軟件電路設計 -25 -二8031單片機及其擴展 -26 -一 8031 單片機的簡介 -26 -二8031 單片機的系統擴展 26-三存儲器擴展-28 -四 I/O 口 的擴展-

2、29 -三 步進電機驅動電路 -30 -一脈沖分配器（環(huán)行分配器） -31 -二光電隔離電路-31 -三 功率放大器-31-四其他輔助電路-32 -四 數控系統的軟件設計 -33 -一 軟件脈沖分配器 -34-二逐點比較法插補程序 - 35 -三步進電機升降速軟件設計 -37 -第五章數控機床零件加工程序 -38-第六章 總結與展望-40 -當今世界數控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數控裝備技術發(fā)展和產業(yè)化的現 狀，在此基礎上討論了在我國加入WTO和對外開放進一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數控技術及裝備、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)展我國數控技術及

3、裝備的幾點看法。裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度， 數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產業(yè)、生物 技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思 曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動 資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術 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)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重

4、大 措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數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)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術圍覆蓋很多領域：（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。關鍵詞：普通車床； 數控改造；伺服系統； 數控系統The tr

5、an sformatio n and desig n of the econo mic CNC latheABSTRACTThe survey found that most en terprises of chi na still have largeamounts general-purposemachine tools which have Iongevity of, lowprecisi on, can not adapt to mass producti on , low automatizati on andadaptability ,but can not be washed o

6、ut because of its low cost and con ti nuity of en terprises product ionPurchas ing new nu merically con trolled mach ines is an importa nt wayto improve product ion precisi on and efficie ncy, but it may not cometrue to manyen terprises because it cost much. En terprises equipme nt updat ing step ar

7、e coun teracted severly. So Gen eral lathesnu merically con trolledreforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprisescompetitive power. So itcan takes its place in our way to a powerful manu facturi ng coun try.The econo mical effici

8、e ncy of the reform and the applicati on of NCtech no logyin Gen eral purpose lathe CA6132s nu mericallycon trolledreforming is researched in this paper according to our practice of CA6132s nu merically con trolled reformi ng. And the reformi ng scheme and main points are formed. The main contents i

9、s:The econo mical efficie ncy of the reform is evaluated in detailand the rerorming scheme is makedaccording to misty optimums synthesize adjudicate prin ciple.The ball screws type, assembli ng, support ing,bearing type, and stepping motor of feeding system is designed.he import and domestic NC syst

10、ems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest accord ing to the function.Methods of installingand testing of general purpose lathesnu merically con trolled reformi ng were put forward.KEY WORDS: Ge neral purpose lathe; NC reform ; Servo sy

11、stem ; CNC system第一章緒論數控技術和裝備發(fā)展趨勢1數控技術的發(fā)展趨勢數控技術的應用不但給傳統制造業(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)（IT、汽車、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 需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨 勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面14 。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， 提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端

12、技術研 究會將其列為 5大現代制造技術之一，國際生產工程學會（CIRP）將其確定為 21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領域，年產30萬輛的生產節(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EMO2001展會情況來看，

13、高速加工中心進給速度可達 空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。80m/min，甚至更高,包括我國的通用汽車公司，美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為 100m/min，加速度達 2g，主軸轉速已達60 000r/min 。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銃床加工需3h，在普通銃床加工需8h ;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達 12*!000r/mm 和1g。在加工精度方面，近 5卩m精密級加工中心則從 始進入納米級（0.01卩

14、m）。35 1 m,提咼到11.5 1 m并且超精密加工精度已開10年來，普通級數控機床的加工精度已由10m提高到在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值已達6 OOOh以上，伺服系統的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。為了實現高速、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。1.2 5軸聯動加工和復合加工機床快速發(fā)展采用5軸聯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軸聯動機床的效率可以等于2臺3軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銃刀進行高速銃削淬硬鋼零件 時，

15、5軸聯動加工可比3軸聯動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了 5軸聯動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現，使得實現5軸聯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，數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床(含在EMO2001展會上，新日本工機的 個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。5面加工機床)的發(fā)展。5面加工機床采用復合主軸頭，可實現45面加工和 5軸加工可在同一臺機床上 德國DMG公司展出 DMUVoution

16、系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和 5軸聯動加工，可由CNC系統控制或 CAD/CAM直接或間接控制。1.3 智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發(fā)展的主要趨勢21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的容包括在數控系統中的各個方面：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)控方面的容、方便系統的診斷及維修等。為解決傳統的數控系統封閉性和

17、數控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題。目前許多國家對開放式數控系統進行研究，如美國的NGC(The Next Gen erati onWork-Station/MachineControl)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture forControl within AutomationSystems)、日本的 OSEC(Open System Environment forCon troller) ，中國的 ONC(Ope n Numerical Con trol System)等。數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發(fā)可

18、以在統 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 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 中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產 品。目前開放式數控系統的體系結構規(guī)、通信規(guī)、配置規(guī)、運行平臺、數控系統功 能庫以及數控系統功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現新的制 造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國外一些著名數控機床和數 控系統制造公司都在近兩年推出

19、了相關的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（ Mazak）公司展出的CyberProductionCenter （智能生產控制中心，簡稱CPC）;日本大隈（Okuma）機床公司展出“ IT plaza ” （信息技術廣場，簡稱IT 廣場）;德國西門子（Siemens）公司展出的 Open ManufacturingEnvironment （開放制造環(huán)境，簡稱OME等，反映了數控機床加工向網絡化方向發(fā)展的趨勢。1.4重視新技術標準、規(guī)的建立1.4.1 關于數控系統設計開發(fā)規(guī)如前所述，開放式數控系統有更好的通用性、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，

20、并進行開放式體系結構數控系統規(guī)（OMAG OSACA OSEC）的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)的制定，預示了數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ONC數控系統的規(guī)框架的研究和制定。1.4.2 關于數控標準數控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數控技術誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G, M代碼描述如何（how）加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現代數控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649 （ STEP- NC），其目的是提供一種不

21、依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期的統一數據模型， 從而實現整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化。STEP-NC的出現可能是數控技術領域的一次革命，對于數控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統的NC程序可以分散STEP-NC數控系35 %）和加工時間（約STEP-NC 的 IMS 計劃20個制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，在互聯網上，這正是數控技術開放式、網絡化發(fā)展的方向。其次， 統還可大大減少加工圖紙（約75%）、加工程序編制時間（約50 %）。目前，歐美國家非常重視STEP-NC的

22、研究，歐洲發(fā)起了（1999.1.12001.12.31）。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEP Tools 公司是全球圍制造 業(yè)數據交換軟件的開發(fā)者，他已經開發(fā)了用作數控機床加工信息交換的超級模型（Super Model），其目標是用統一的規(guī)描述所有加工過程。目前這種新的數據交換格 式已經在配備了SIEMENS FIDIA以及歐洲 OSACA-NC數控系統的原型樣機上進行了驗證。2 對我國數控技術及其產業(yè)發(fā)展的基本估計我國數控技術起步于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

23、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，我國數控技術的研究、開發(fā)以及在產品的國產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，即實施產業(yè)化的研究， 進入市場競爭階段。在此階段，我國國產數控裝備的產業(yè)化取得了實質性進步。在“九五”末期，國產數控機床的國市場占有率達50 %，配國產數控系統（普及型）也達到了 10 %。總體縱觀我國數控技術近50年

24、的發(fā)展歷程，特別是經過 4個5年計劃的攻關，來看取得了以下成績。a. 奠定了數控技術發(fā)展的基礎，基本掌握了現代數控技術。我國現在已基本掌 握了從數控系統、伺服驅動、數控主機、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、產業(yè)化。b. 初步形成了數控產業(yè)基地。在攻關成果和部分技術商品化的基礎上，建立了 諸如華中數控、航天數控等具有批量生產能力的數控系統生產廠。電機廠、華中數 控等一批伺服系統和伺服電機生產廠以及北京第一機床廠、第一機床廠等若干數控 主機生產廠。這些生產廠基本形成了我國的數控產業(yè)基地。c. 建立了一支數控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。雖然

25、在數控技術的研究開發(fā)以及產業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地 認識到，我國高端數控技術的研究開發(fā)，尤其是在產業(yè)化方面的技術水平現狀與我 國的現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，對我國數控技術水平和產業(yè) 化水平估計大致如下。a. 技術水平上，與國外先進水平大約落后1015年，在高精尖技術方面則更大。b. 產業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產；功能部件專業(yè)化生產水平及成套能力較低；外觀質量相對差；可靠性不高，商品

26、化程度 不足；國產數控系統尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。c. 可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數控技術的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數 控技術應用領域拓展力度不強；相關標準規(guī)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。a. 認識方面。對國產數控產業(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)、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數控技術應用水 平及能力分析不夠。b. 體系方面。從技術的角度關注數控產業(yè)化問題的時候多，從系統的、產業(yè)鏈 的 角度綜合考慮數控產業(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、服務網絡等支撐體系。c. 機制方面。不

27、良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創(chuàng)新、產品創(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。d. 技術方面。企業(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，數控系統新標準研究不夠。3對我國數控技術和產業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考3.1 戰(zhàn)略考慮我國是制造大國，在世界產業(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代制

28、造業(yè)的發(fā)展進程。我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數控技術和產業(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) 達國家把高精尖數控產品都列為國家的戰(zhàn)略物質，對我國實現禁運和限制，“東芝 事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。3.2 發(fā)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)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標，用系統的方法，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業(yè)化發(fā)展的支 撐技術、配套技術作為

29、研究開發(fā)的容，實現制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調市場需求為導向，即以數控終端產品為主，以整機（如量大面廣的數控車 床、銃床、高速高精高性能數控機床、典型數字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等）帶 動數控產業(yè)的發(fā)展。重點解決數控系統和相關功能部件（數字化伺服系統與電機、 高速電主軸系統和新型裝備的附件等）的可靠性和生產規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會 有高可靠性的產品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產品。第二章 數控機床系統總體設計一 總體方案設計容接到一個數控裝置的設計任務以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統總體框圖， 才能決定各種設計參數和結構，然后再分別對機械部分和電氣部分進行設計。機床數控系統總體

30、方案的擬定包括以下容：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。一、系統運動方式的確定數控系統按運動方式可分為點位控制系統、點位直線控制系統和連續(xù)控制系統?？刂品绞降倪x擇系統可分為開環(huán)控制系統、半閉環(huán)控制系統和閉環(huán)控制系統。 經濟型數控機床普遍采用開環(huán)伺服系統。 開環(huán)控制系統中， 沒有檢測反饋裝置， 數 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

31、服系統的性能。 開環(huán)伺服系統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）、系統的運動方式伺服系統的選擇由于改造后的經濟型數控機床應具備定位，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。 考慮達到屬于經濟型數控機 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。（2）、數控系統根據機床要求，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，抗干擾性強，具有很高的性能價格比等特點，決定采用MCS-51 系列的 8031 單片機擴展系統。

32、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。（3）、機械傳動方式為實現機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動絲桿，為保證一定 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。系統總體方案框圖如下：DOA圖1系統總體方案框圖第三章進給系統設計計算選擇脈沖當量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、銃床常采用的脈沖當量是

33、0.010.005mm/step。根據機床精度要求確定脈沖當量：縱向：0.01mm/step, 橫向：0.005mm/step（半徑）B3-IFI一 二 mm尊Cv % I let ,曙于BL基牛嚴電出 厚Ji| 1 CJU I 1#*亠 F T 橫切端而縱車夕卜圓圖2縱切和橫切時切削力的示意圖1、縱車外圓主切削力Fz(N)按經驗公式估計算：Fz = 0.67Dm：x=0.67 5001.5 7491.751 ( N按切削力各分力比例：F z : Fx : Fy=1 : 0.25 : 0.4F x 7491.751 0.25 1872.711 (N)Fy 7491.751 0.42996.33

34、5 (N)2、橫切端面主切削力Fz (N)可取縱切的1/2。1Fz 艮 3745.421 (N)2 sFx 3745.421 0.25 936.340 (N)Fy 3745.421 0.4 1498.165 (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 Fm (N)縱向進給這里為三角形導軌：Fm kFxf (Fz G)式中K:指顛覆力矩影響的實驗系數，綜合導軌取 K=1.15 ；f :指滑動導軌摩擦系數取 0.150.18之間的值；G:指流板及刀架重力， G=1100N則 F m = 1.15 1872.7070.17(7490.816 1101)3614.052

35、(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：Q 3 LfwFmL 60 n T1061000vsnL0式中1-0 :指滾珠絲杠導程，初選1-0=8；n :指絲杠轉速，(r/min )；Vs:指最大切削力條件下的進給速度(m/min),可取最高進給速度的1/21/3，此處取vs=0.3 mm ；T :指使用壽命時間（h）,對于數控機床取 T=15000h.。L:指壽命，以10 6轉為一單位；fw :指運動系數，見表1，選fw=1.3。表1運轉系數運轉狀態(tài)運轉系數無沖擊運轉1.01.2一般運轉1.21.5有沖擊運轉1.5-2.5嗨 1000

36、 06 O537.47( r/min)L060 n T10660 3747 1500033.761063 LfwFm3 33.76 1.3 3614.054 15183.1748(N)3、滾珠絲杠螺母副的選型C的滾珠絲杠副的2.5圈1列，其額定動負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 WJL5008外循環(huán)調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副,載為23400N,符合Q C的條件。精度等級按表 2，選為1級。3V300p610 mm表2 滾珠絲杠行程公差項目符號有效行程Lu（mm精度等級12345目標行程公差eP31568121

37、62331540079131825400500810152027500630911162230行程變動量公差Vmp3156812162331540068121725400500710131926500630711142129任意300 mm行程變動量V300p681216232弧度行程變 動量V p45678Jl圖3縱向進給系統計算簡圖計算如下:(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量1 (mr)Fm = 3614.054N,0=8mm,A3縱向號配團縱向AutoCAD 圖形X幽二著商裝配國jA.it craEDft F6*4r?.527 KB畢業(yè)設計開題抿備MiF0E*ft ffird 9 54 O畢

38、業(yè)設計:論文Microsoft Ward 91.01& ES需要圖紙請聯系QQi 1940527833有優(yōu)惠tgtg4 220.958 tg( ) tg(4 2210)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=550mm,因計算如下:(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量1 ( mm根據 Fm 2759 N, D 0=25mm, E 20.6 104N/mm , R=2.064, e=0.056mm d1 D0 2e 2R 25 2 0.056 2 2.064 20.9832( mm) A (蟲)2?(20.984)2 3.14 345.8341(mm)2 2

39、(mm1L Fm L27595502.13 10L0EA 20.6 10345.833(2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形2 ( mm對滾珠絲杠副施加預緊力F為軸向負載的1/3。由 db 3.969 mm, Fm 275.9 kgf承載滾珠數量Z Z圈數列數D。db圈數列數3.14 253.9692.5 149.462 =0.0013db?Fp?Z0.0013275.93 3.969 275.9/349.4623.72 10 3 ( mr)(3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變3 (mn)這里采用有預緊時的推力球軸承則1.746Fm10 43 DwZ2Fp查機械設計手冊中表6-2-82，采用511

40、04型推力球軸承，其 d=20mm,滾動體直徑 DW =3.175 mm,滾動體數量 Z=14,31.746 10Fm43 DwZ2Fp1.746 1027595.8 103 3.1751422759/3(mm則定位誤差2.13 103V300p3333.72 105.8 106 10=0.03682 (mm)顯然變形量已大于規(guī)定的定位精度（0.025mm），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=0.030.05。重新計算如下:F m kFxf (Fz 2Fy G)1.4936.355 0.03(3745.

41、4142 1498.166 500)1528NQ 3 LfwFm 3 22.5 1.3 1527 5606 (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：1占LL0FmEA20.6152845501.17 10 2 ( mm10345.8332=0.0013Fm0.00133 db2?Fp?Z31.746 104Fm3 DwZ2Fp1.746152.83 3.969152.8/3 49.47“小 4152810 -.2.5110 3(mr)i定位誤差23V300 p1.17 10-22.51 10 33.913 3.175 142 1528/33.91 10 36 10

42、 3103 ( mm0.02412 （mm）0.025m m（規(guī)定定位精度6、穩(wěn)定性校核臨界負載Fk與工作負載 Fm之比稱為穩(wěn)定性系數nk，如果nkFkF nk1 m，則壓桿穩(wěn)定，nk為許用穩(wěn)定性安全系數，一般nk =2.54。2(N/mm)；J :指截面慣性矩（mm）,絲杠截面慣性矩J464d1（ d1為絲杠螺紋的底徑）；計算臨界負載Fk （N）： Fk一EJk k （ l）2I :絲杠兩支承端距離（mn）;:絲杠支承方式系數，見表3，這里2.00。表3滾珠絲杠支承方式系數方式一端固疋一端自由兩端簡支一端固疋一端簡支兩端固定0.251.002.004.00Fk2Ed14643.14220.7

43、 104 31420.9744卑155993N(2.00 551)2nkFk 155992Fm152810.47nk所以此絲杠不會產生失穩(wěn)。（三）縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數 其幾何參數見表:表4 W1L5008及W/L2506滾珠絲杠幾何參數名稱符號WL5008WL2506螺紋滾道公稱直徑D。5025導程L。86接觸角2 554 22鋼球直徑db4.7633.969滾道法面半徑RR 0.52db2.4772.064偏心距ee (R db/2)sin0.0680.螺紋升角arctgD02 554 22螺 桿絲杠外徑dd D0 (0.2 0.25)db48.524絲杠徑d1d1 D0 2e 2R

44、45.18220.984螺桿接觸直徑dzd z d1 db cos40.42417.025螺 母螺母螺紋直徑DD D0 2e 2R54.81829.016螺母徑D1D1D0 (0.2 0.25)db51.19025.992四齒輪進給齒輪箱傳動比計算1、縱向進給齒輪箱傳動比計算b 0.75，可計算出傳動比:i12bL0360 p0.75 8360 0.011.668在閉式軟齒面齒輪傳動中，齒輪的彎曲強度總是足夠的，因此齒數可取多些，推薦取Z=2440。所以可選定齒輪數為:i12Z240Z1242、橫向進給齒輪箱傳動比計算已確定縱向進給脈沖當量0.005，滾珠絲杠導程 L06mm，初選步進電機步距

45、360 p可選定齒輪數為:i124518因進給運動齒輪受力不大，模數m取2。有關參數參照表 5。角b 0.75，可計算出傳動比:i12b L0表5傳動齒輪幾何參數所處位置縱向橫向齒數24401845分度圓直徑d mz48803690齒頂圓直徑da d 2m52844094齒根圓直徑df d 2 1.25m43753185齒寬(610) m16161616中心距1A m(Z1 Z2)26463五步進電機的計算和選型（一） 縱向進給步進電機計算1、等效轉動慣量計算傳動系統折算到電機軸上的總的轉動慣量J （kg ?cm2）可由下式計算:JM 山（J2 Js）詈 ）2式中Jm :指步進電機轉子轉動慣量

46、 （kg ?cm2）；Ji、J2:指齒輪 乙、Z2的轉動慣量（kg?cm2）；Js:指滾珠絲杠轉動慣量（kg ?cm2）；W :指工件及工作臺重量（N）；Lo :指絲杠導程（cm）；參考同類型機床，初選反應式步進電機150BF，其轉子轉動慣量 JM 10kg? cm2。Ji0.7810 3dL （ d和L分別表示齒輪Z2的分度圓直徑和齒寬）0.7810 34.841.60.66( kg? cm2)J20.7810 3dL（ d和L分別表示齒輪乙的分度圓直徑和齒寬）0.7810 38421.65.11(kg?cm2)Js0.7810 3dL（d和L分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距）0.7

47、810 354150273.134(kg?cm2)把這些數據代入上式:JMJ1 自2(J2 Js)號p224 211000.8100.66 (40)(5.11 73.125)藥(F)43.97021（ kg? cm2）2、電機力矩計算機床在不同的工況下，其所需轉矩不同，下面分別按個階段計算：（1）快速空載起動力矩 M起在快速空載起動階段，加速度所占的比例較大，具體計算公式如下:M 起 M amax M f M 0M a max J ?n max210 史ta2,2 ?nmax 10 J60tamaxbp 360F0L02G iMo邑0(12)2 i(10 )以上式中Mamax :指空載起動時折

48、算到電機軸上的加速度力矩（N ?cm)；M f ：指折算到電機軸上的摩擦力矩（N ?cm）；M。：指絲杠預緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩（N ?cm)；J :指傳動系統折算到電機軸上的總的轉動慣量（kg?cm2）；2:指電機最大角加速度（rad / s2）； nmax:指電機最大轉速（r/min）；max:指運動部件最大進給速度（mm/min）；p ：指脈沖當量（mm/step）；b :指步進電機步距角（deg）；s），這里是30msta :指運動部件從停止起動到最大快進速度所需時間（F0 :指導程的摩擦力（N）, F f （Fz W）；Fz :指垂直方向的切削力（N）;W :指工件及工作臺

49、重量（N ；f :指導軌摩擦系數，f 0.15 0.18 ；G :指運動部件的總重量（N ；i :指齒輪降速比；按i Z1計算；乙:指傳動鏈總效率，一般可取0.7 0.85 ;F p :指滾珠絲杠預加負載，一般取Fm/3 , Fm為進給軸向力（N）；L0 :指滾珠絲杠導程；0 :指滾珠絲杠未加預緊時的傳動效率，一般取0.9 。將以前計算所得數據代入:nmax b 2000nmax360 0.020 75416.56(r/mi n)360M a max J22?n max 1043.971!060 0.032639.424( N?cm)f (Fz W) L0.17Z2/Z1(7490.827 1

50、100)20.8 1.66708139.38(N ?cm)M01/3FmL2 Z2/Z1 (102)1/33614.055 0.820.8 1.667(10.92)21.84( N ?cm)M 起 M a maxM0639.424 139.3821.84800.644 ( N ?cm)(2)快速移動時所需力矩139.38 21.84161.22( N ?cm)(3)最大切削負載時所需力矩M切M f M 0 MtFxLoM f M0139.38 21.841872.707 0.82 i20.81.667340.036( N ?cm)從上面計算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動所

51、需力矩最大，以此項作為初選步進電機的依據。由表6得：當步進電機為三相六拍時，M q / M jmax 0.866 ，則表6步進電機起動轉距M q與最大靜轉距 M jmax關系步進電機相數三相四相五相六相拍數3648510612Mq/M jmax0.50.8660.7070.8090.9510.8660.866按此最大靜轉距從表中查出，150BF002型最大靜轉距為13.72 N ?M，大于所需最大靜轉距，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運動矩頻特性。M j max800.770.886903.8 (N)o3、計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率1000 max60 p1000 2.060 0.013333.33Hzfe1000 s60 p1000 0.660 0.011000Hz可查出150BF002型步進電機允許的最高空載啟動頻率為2800 Hz運行頻率為8000 Hz，再從圖 5查出150BF002步進電機起動矩頻特性