湖工數(shù)控車床改造畢業(yè)設(shè)計(含開題報告)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目 經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 所在學(xué)院 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 日 期 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué) 院指導(dǎo)教師職 稱學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué) 號設(shè)計題目經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計設(shè)計內(nèi)容目標(biāo)和要求（設(shè)計內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計進(jìn)度等）設(shè)計內(nèi)容： (1)普通車床的改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床總體設(shè)計方案, (2)經(jīng)濟型數(shù)控機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分計算及校核， (3)脈沖當(dāng)量的選擇， (4)切削刀的計算， (5)滾珠絲扣螺母的設(shè)計計算及造型， (6)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動計算， (7)步進(jìn)電動機的造型。設(shè)計要求： (1)繪制相關(guān)機構(gòu)原理圖， (2)兩張A0圖紙, (3)計說明書一份

2、。 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生開題報告課題名稱320mm（工件最大回轉(zhuǎn)直徑）經(jīng)濟型數(shù)控車床改造設(shè)計課題來源課題類型1指導(dǎo)教師學(xué)生姓名學(xué) 號專業(yè)班級本課題的研究現(xiàn)狀、研究及目的一、 研究現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代起，機床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏，但對數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過“九五”數(shù)控車床和加工中心（包括數(shù)控銑床）的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型數(shù)控機床的功能、性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。但在中、高檔數(shù)控機床方面，與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比，仍存在較大差距，這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國家于80年代先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中一些著名機床公司致力于科

3、技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)，引導(dǎo)著數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展，相比之下，我國大部分?jǐn)?shù)近代機床產(chǎn)品在技術(shù)處于跟蹤階段二、 研究目的我國是生產(chǎn)和使用機床最多的國家之一，但現(xiàn)有機床大多數(shù)服役年齡較長，設(shè)備陳舊落后。由于數(shù)控機床具有自動化程度高加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，便于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化等特點，數(shù)控機床的應(yīng)用越老越普及，也是制造業(yè)現(xiàn)代化的必然趨勢，如果全部淘汰舊機床而采用新的數(shù)控機床不僅所需資金太大，而且會造成原有設(shè)備的限制和浪費我國的再造技術(shù)起步較晚，迫切需要大力發(fā)展，即能充分利用原有的舊設(shè)備資源，減少浪費又能夠以較小的代價獲得性能先進(jìn)的設(shè)備，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求三、 研究的意義由于運用普通機床加工出來的產(chǎn)品大多存在著

4、質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本大、供貨期長等原因，所以普通機床的數(shù)控化改造具有相當(dāng)?shù)囊饬x首先，提高了生產(chǎn)的效率。原普通機床經(jīng)數(shù)控化改造后就可以實現(xiàn)加工自動化，工作效率可比普通機床提高近五倍；其次，性能更穩(wěn)定安全可靠。因為經(jīng)改造的數(shù)控機床的各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期工作，幾乎不會產(chǎn)生因力變形而影響精度；再次，可以為生產(chǎn)廠家節(jié)約資金。普通機床的數(shù)控化改造和購買新的數(shù)控機床相比一班可以節(jié)省一半以上的費用，從大型的和特殊的設(shè)備上更能看出；最后，對于復(fù)雜的零件而言難度越高功效提高的越多。且可不用或少用工裝，不但節(jié)約費用還可以縮短生產(chǎn)的準(zhǔn)備時間 數(shù)控機床題目（由指導(dǎo)老師指定其中之一，要求本小組各人的題目及參數(shù)不同）1

5、. 320mm（工件最大回轉(zhuǎn)直徑）經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計2. 500mm（工件最大回轉(zhuǎn)直徑）經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計3. 630mm（工件最大回轉(zhuǎn)直徑）經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計4. 800x200 （工作臺工作面積 長x寬mm）經(jīng)濟型數(shù)控銑床x-y工作臺設(shè)計5. 1250x320（工作臺工作面積 長x寬mm）經(jīng)濟型數(shù)控銑床x-y工作臺設(shè)計6. 1600x400（工作臺工作面積 長x寬mm）經(jīng)濟型數(shù)控銑床x-y工作臺設(shè)計 2本課題的研究內(nèi)容1、總體方案設(shè)計（1）縱、橫方向系統(tǒng)運動方式和伺服系統(tǒng)確定（2）縱、橫方向機械傳動系統(tǒng)的確定。2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計（1）縱、橫方向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的軸向負(fù)載計算（2）縱、

6、橫方向?qū)к壍脑O(shè)計與選型，滾珠絲杠螺母副的選型與計算（3）縱、橫方向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的剛度計算進(jìn)給傳動系統(tǒng)的誤差分析（4）縱、橫方向驅(qū)動電動機的選型與計算（5）縱、橫方向能給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，驅(qū)動電動機與滾珠絲杠的連接（6）設(shè)計繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)縱、橫方向的機械裝配圖本課題研究的進(jìn)度安排1、開題報告2、進(jìn)給傳動負(fù)載計算3、傳動系統(tǒng)設(shè)計選型4、傳動系統(tǒng)計算5、傳動系統(tǒng)設(shè)計選型6、系統(tǒng)計算7、繪制進(jìn)給裝配圖8、設(shè)計說明書 9、答辯本課題實施方案1、根據(jù)各書本資料公式計算出該選用的各零部件，如步進(jìn)電機、絲杠螺母等型號。2、進(jìn)給箱部分：全部折除，然后安裝縱向的步進(jìn)電動機.將計算好的齒輪減速箱與步進(jìn)電機連

7、和滾珠絲杠連接。滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車尾座端原來裝軸承做的部位。開題報告(2) 3、溜板箱部分：全部拆除，在原處安裝滾珠絲杠的螺母座，絲杠螺母固定在其上。4、橫溜板部分：將原來橫溜板中的滾珠絲杠、螺母拆除，在該處安裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副，橫向進(jìn)給步進(jìn)電動機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。5、刀架部分：拆除原刀架，在該處安裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。已查閱的主要參考文獻(xiàn)（1）機床設(shè)計手冊編寫組.機床設(shè)計手冊（第三冊）【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1986.（2）范超毅、趙天嬋、吳斌方主編. 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計【M】.武漢 ： 華中科技大學(xué)出版社2007.（3）坂本正文.步進(jìn)

8、電動機應(yīng)用技術(shù)【M】.北京：科學(xué)出版社，2010.（4）李福生.實用數(shù)控機床技術(shù)手冊【M】.北京：北京出版社，1993.（5）廉元國，張永洪.加工中心設(shè)計與應(yīng)用【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1995.（6）廖效果.數(shù)控技術(shù)【M】.武漢：湖北可學(xué)技術(shù)出版社，2000.（7）吳振彪.機電綜合設(shè)計基礎(chǔ)【M】.北京：中國人民大學(xué)出版社，2000.（8）鄭堤，唐可洪.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2002.（9）王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床【M】.北京：國防工業(yè)出版社，2003.指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目 錄第一章 普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床總體設(shè)計方案擬定第一節(jié)總體方案的設(shè)計

9、內(nèi)容一 系統(tǒng)運動方式的確定二 伺服系統(tǒng)的選擇三 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定 四 計算機的選擇第二節(jié)總體方案設(shè)計的應(yīng)用舉例一 設(shè)計任務(wù)二 總體方案確定 三 機械傳動方式第二章 經(jīng)濟型數(shù)控機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計第一節(jié)脈沖當(dāng)量的選擇第二節(jié)計算切削力第三節(jié) 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計，計算及選型 第四節(jié)步進(jìn)電機的計算及選型第三章微機控制系統(tǒng)的設(shè)計第一節(jié) 設(shè)計內(nèi)容第二節(jié) 設(shè)計步驟第三節(jié)主控制器的選擇第四節(jié) 存儲器擴展電路設(shè)計第五節(jié) 步進(jìn)電機驅(qū)動電路設(shè)計第四章 結(jié)束語參考文獻(xiàn)第一章 普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床總體設(shè)計方案擬定第一節(jié) 總體方案的設(shè)計內(nèi)容機床數(shù)控系統(tǒng)通體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)的運動方式的

10、確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機構(gòu)的機構(gòu)及傳動方式的確定，計算機系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。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)，點倒直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進(jìn)行切削，可選用點位控制方式，例如：數(shù)控鉆床在工作臺移動過程中鉆頭并不進(jìn)行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點位控制方式。對點位控制的要求是快速定位，保證定位精度。如果要求工作臺或刀具沿各坐標(biāo)軸的運動有確定的函數(shù)關(guān)系及連續(xù)控制系統(tǒng)，應(yīng)具有控制刀具以給定速率沿加工路徑運動的功能。具備這種控制能力的數(shù)控機床可以加工各種外形輪廓復(fù)雜的零件。所以李旭控制系統(tǒng)又稱輪廓控制系統(tǒng)。例如：數(shù)控銑床、數(shù)控車床等均屬于此種運動

11、方式。在點位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中所具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中缺具有點位系統(tǒng)的功能。二、伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)科飛為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號時單方向傳送的，指令放出后，不在反饋回來，古稱開環(huán)控制。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要有步進(jìn)電機驅(qū)動。開環(huán)伺服系統(tǒng)機構(gòu)簡單，成本低廉、容易掌握、調(diào)試和維修都比簡簡單方便。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件。用來檢測實際位移量，能補償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機或交流伺服電機驅(qū)動。閉環(huán)系統(tǒng)造價高、架構(gòu)和調(diào)試復(fù)雜、多用于精度要求高的場合。半閉環(huán)

12、控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接監(jiān)測工作臺的位移量，而是用檢測元件測出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，在間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開緩和閉環(huán)系統(tǒng)之間。三、執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動時，通常提出低摩擦，低慣量、高剛度、無間隙、告諧振以及有詩意的阻尼比的要求。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮以下幾點：（1） 盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副（2） 盡量消除傳動間隙。例如采用消隙齒輪（3） 提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度、減小傳動鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)的剛度。四、計算機的選擇微機數(shù)控系統(tǒng)是由CPU、存儲器

13、擴展電路、I10接口電路伺服電機驅(qū)動電路、檢測電路等幾部分組成。微機是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其他裝置均是在微機的指揮下進(jìn)行工作的。系統(tǒng)功能和系統(tǒng)中所用微機直接相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)對微機的要求是多方面的，但主要是字長和速度。目前，一些高檔的CNC系統(tǒng)，已普遍使用32位微機，主機頻率由5MHz提高到20-30 MHz，有的采用多CPU系統(tǒng)，進(jìn)一步提高控制速度。經(jīng)濟型CNC系統(tǒng)則普遍采用8位微機。第二節(jié) 總體方案設(shè)計的應(yīng)用舉例一、設(shè)計任務(wù)將普通車床改造成用MCS-51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床。要求該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。系統(tǒng)分辨率設(shè)計參數(shù)如下：最大加工

14、直徑 288mm最大加工長度 630mm快進(jìn)速度 縱向 2.16m/min橫向 1.08m/min最大切削進(jìn)給速度 縱向 0.72 m/min橫向 0.36 m/min二、總體方案確定（1）系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床應(yīng)具有定位，直線插補，順圓和逆圓插補，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。有雨經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求高，為了降低成本，故采用步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)。（2）計算機系統(tǒng)根據(jù)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，性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的8031單

15、片機擴展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機部分，鍵盤及顯示器，I10接口及光隔離電路，步進(jìn)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。三、 機械傳動方式為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機經(jīng)齒輪減速而傳動絲杠選用滾珠絲杠螺母副，同時，齒輪傳動也要消除間隙的結(jié)構(gòu)。1、 繪制總體方案框圖（圖1-1）圖1-1 經(jīng)濟型守護(hù)空車床總體方案框圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求。決定采用點位控制，用步進(jìn)電機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。第二章 經(jīng)濟型數(shù)控機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運動部件慣量，計算空載

16、起動反切削力矩計算，確定伺服電機，傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計，計算及選用，會直接寫部分裝配圖及零件工作圖等。1、 C6136A型普通車床微機數(shù)控化改造設(shè)計將一臺C6136型普通車床改造成經(jīng)濟行為及數(shù)控車床，采用MCS-51系列單片機控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補功能，其主要設(shè)計參數(shù)如下：加工最大直徑： 288mm最大加工長度 630mm刀架快速速度：縱向 2.16m/min橫向 1.08m/min最大進(jìn)給速度：縱向 0.72 m/min橫向 0.36m/min主電機功率 4.5kw第一節(jié) 脈沖當(dāng)量的選擇一個進(jìn)給脈沖使機床運動部件的位移量稱為脈沖當(dāng)量，也稱為機床的最小設(shè)定單位。根據(jù)機床

17、精度要求確定脈沖當(dāng)量，最?。?.01mm/脈沖，橫向：0.005mm/脈沖。第二節(jié) 計算切削力總車外圓：主切削力（橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的計算） 主電機功率4.5KW,最大工件直徑D=288mm，主軸計算轉(zhuǎn)速n=85r/min， 刀具切削速度V=Dn/60=（3.14*288*0.001*85）/60=1.28m/s 取機床的機械效率=0.8， Fz=Pm/V*0.001=0.8*4.5*1000/1.28=2812.50(N)各切削分力： Fx=0.25Fz=0.25*2812.50=703.13（N） Fy=0.4*Fz=0.4*2812.50=1125（N）如圖 縱切和橫切時切削力的示意圖縱車

18、外圓橫切外圓 二導(dǎo)軌摩擦力計算：1.垂直切削分力Fv=Fz=2812.50（N）， 橫向切削分力Fc=Fx=1125(N), 橫向移動部件的重力W=450（N），m=46kg查表2-3， 鑲條緊固力fg=1500（N）,貼塑導(dǎo)軌=0.15， F=（W+Fv+Fc+fg） =0.15*(450+1500+2812.50+1125)=883.13(N) 2.不切削時，導(dǎo)軌摩擦力Fo和Fo： Fo=（W+fg）=0.15*（450+1500）=292.50(N) Fo=o（W+fg）=0.2*（450+1500）=390(N) 3.計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力： 1）最大軸向負(fù)載力Famax=Fy

19、+F=1125+883.13=2008.13(N) 2）最小軸向負(fù)載力Famin=Fo=292.5(N) 4.確定進(jìn)給傳動系統(tǒng)鏈的傳動比i和傳動級數(shù)， 取步進(jìn)電機步距角=1.5°，滾珠絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，脈沖當(dāng)量p=0.005mm/脈沖 I=Lo/(360p ) =1.5*6/(360*0.005) =5 查圖2-42，圖2-43，減速器采用2級傳動， 傳動比,i1=2，i2=2.5，傳動齒輪的齒數(shù)Z1=20，,Z2=40，Z3=20，Z4=50， 模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。普通車床數(shù)控改造計算簡圖第三節(jié) 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計，計算及選型滾珠絲杠動載荷計算與直徑估算：數(shù)控車床的

20、預(yù)期工作時間Lh=1500h，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷Fm=Famax=2008.13(N)，查表2-28得，載荷系數(shù)fw=1.3，查表2-29，初步滾珠絲杠的精度等級為1級，取精度系數(shù)為fa=1，查表2-30，可靠性系數(shù)fc=1，滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速n=nmax（該轉(zhuǎn)速為最大切削進(jìn)給速度Vmax時的轉(zhuǎn)速），已知Vmax=0.36m/min,滾珠絲杠的基本導(dǎo)程Lo=6mm，則 nmax=1000Vmax/Lo=1000*0.36/6=60r/minCam= (60nLh) Fm*fw/ (100fa*fc) =(60*60*1500)*2008.13*1.3/(100*1*1)=4580.1(N)按精

21、度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m， 1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形，已知車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為20um，重復(fù)定位精度為4um， max1=（1/3-1/2）*4=2-2.66um max2=(1/5-1/4)*20=4-5um 取計算結(jié)果較小值，即max=2.66um。 2)估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m， 滾珠絲杠采用一端固定，一端游動的支承方式，滾珠絲杠螺母副的 兩個固定支承之間的距離為： L=行程+安全行程+2*余程+螺母長度+支承長度=（1.2-1.4）行程+ （25-30）Lo 取： L=1.4行程+30Lo=1.4*2

22、00+30*6=460mm 則： d2m0.078*（Fo*L/max）=0.078*（390*320/2.66）=16.89mm初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號： Lo=6mm，d2=27.9>d2m=16.89 mm Ca=1300>4580(N) Do=32mm Lo=6mm 選擇型號：FFZ3206-3 Ca=1300N ，d2=27.9mm 6.滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗 1）滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷Fc的校驗 已知d2=27.9mm，滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度L1=313mm， 絲杠垂直安裝時取： K1=1/3,查表2-44得K2=2， 則： Fc=K1K2*d2

23、/L1*10=1/3*2*27.9/313*10=412322.35(N) 本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向載荷 Famax=2008.13(N)遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷Fc，故滿足要求。 2）滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速nc的校驗 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度L2=337mm，其彈性模量 E=2.1*10Mpa。密度=1/g*7.8*10N/mm,重力加速度g=9.8*10mm/s, 最小慣性矩：I=/64*d2=3.14/64*27.9=29728.05mm 最小截面積：A=/4*d2=3.14/4*27.9=611.05mm 取K1=0.8，有表2-44得=3.927，則： Nc=K

24、1*60/(2L2)*(EI/A) =0.8*60*3.9272/(2*3.14*3372)* (2.1*10*29728.05*9.8*10/(7.8*10*611.05) =37185r/min 本橫向進(jìn)給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為60r/min，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗 查表A-3得滾珠絲杠的額定動載荷Ca=1300N，已知軸向載Fa=Famax=2008.13N，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n=nmax=60r/min，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=1.2，則：L=(Ca/(Fafw) *10 =(1300/(2008.13*1.2) *10 = 1.57*10rLh=L

25、/(60n)=1.57*10/(60*60)=43611h 本機床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命Lh=43611h>1500h，故滿足要求。 7.計算機械傳動系統(tǒng)的剛度 1）計算滾珠絲杠的拉壓剛度Ks 絲杠支承方式為一端固定，一端游動。已知彈性模量E=2.1*10Mpa，滾珠絲杠底徑d2=27.9mm。當(dāng)滾珠絲杠螺母副中心至固定端支承中心的距離a=LY=313mm時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度Ksmin， 則： Ksmin=d2E/(4LY)*10=1.65*10*27.9/313=410.34N/um 當(dāng)a=Lj=113mm時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度Ksmax，

26、則： Ksmax=d2E/(4Lj)*10-3=1.65*10*27.9/113=1136.62N/um計算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb 已知滾動體直徑dQ=5.935mm,滾動體的個數(shù)Z=15，軸承的最大軸向工作載荷FBmax=Famax=1626.511(N),則由表2-45，表2-46得： Kb=2*1.95*(dQZFamax) =2*1.95*(5.953*15*2008.13)=542.38N/um計算滾珠與滾道的接觸剛度Kc 查表A-3的滾珠與滾道的接觸剛度K=569N/um，額定動載荷Ca=13000N，已知滾珠絲杠上承受的最大軸向載荷Famax=2008.13N 則： K

27、c= K（Famax/(0.1Ca) =569*(2008.13/(0.1*13000) =657.75N/um 計算進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K 由式（2-47a）的綜合拉壓剛度的最大值為： 1/Kmax=1/1136.62+1/542.38+1/657.75=0.0041 Kmax=245N/um 由式（2-47b）的綜合拉壓剛度的最小值為： 1/Kmin=1/410.34+1/542.38+1/657.75=0.0056 Kmin=177N/um計算滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度K 扭矩作用點之間的距離L2=387mm，已知滾珠絲杠的剪切模量G=8.1*10Mpa，d2=27.9mm 則： K

28、=d2G/(32L2) =3.14*(27.9*10)*8.1*10*10/(32*387*10) =12444.30KNm/rad 驅(qū)動電動機的選型與計算： 1.計算折算到電機軸上的負(fù)載慣量 1）計算滾珠絲杠密度=7.8*10kg/cm, 則： Jr= 0.78*10DjLj =0.78*10*(3.6*39.4+3*15.4+2.5*4.7) =5.85kg/cm計算折算到絲杠軸上的移動不見的轉(zhuǎn)動慣量Jl Jl=m（L/2）=46*(0.6/(2*3.14) =0.42kg/cm 3)計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 Jz1=Jz3=0.78*10*4*2=0.4kg.cm Jz2=0.78*10*8

29、*2=6.4kg.cm Jz4=0.78*10*10*2=15.6 kg.cm 4)由式（2-66）計算加載電動機軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 Jd=Jz1+1/(i)*（Jz2+Jz3）+ 1/(i)*（Jz4+Jr+JL）=0.4+1/4 ×（6.4+0.4）+1/25(15.6+5.85+0.42)kgcm=2.9748 kgcm2.計算折算到電機軸上的負(fù)載力矩。1)計算折算到電機軸上的負(fù)載力矩Tc. 已知切削狀態(tài)軸向負(fù)載力Fa=Famax=2008.13,L=6mm=0.006m,i=5, 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總效率 =0.85， 則: Tc=Fa*L/(2*i)=2008.13×

30、0.006/(2×3.14×0.85×5) =0.45Nm2)計算折算到電機軸上的摩擦負(fù)載力矩T 已知：T0=390N, 則: T= T0*L/2i =390×0.006/(2×3.14×0.85×5) =0.088 Nm3)計算滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電機軸上的附加負(fù)載力矩Tf 已知滾珠絲杠螺母副的效率0=0.94，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 Tp為: Fp=1/3Famax=1/3×2008.13=669.34N 由式（2-56）得： Tf=Fp*L0/ (2*i)*(1-o) = 669.34*0.006

31、/(2*3.14*0.85*5)*(1-0.94) =0.0178Nm4)折算到電機軸上的負(fù)載力矩T的計算 空載時， 由式(2-57a)得： Tkj=T+Tf=(0.088+0.0178)=0.1058Nm 切削時， 由式（2-57b）得： TGj=Tc+Tf=(0.45+0.0178)=0.4678Nm計算折算到電機軸上的加速力矩Tap 根據(jù)以上結(jié)果和表A-5，初選130BF001型反應(yīng)時步進(jìn)電動機，其轉(zhuǎn)動 慣量Jm=4.6kgcm;而進(jìn)給傳動系統(tǒng)的負(fù)載慣量Jd=2.8kgcm，對開 環(huán)系統(tǒng)，加速時間ta=0.05s，當(dāng)當(dāng)機床執(zhí)行部件以最快速度 V=1200mm/min運動時電機的最高轉(zhuǎn)速為

32、： Nmax=1200*5/6=1000r/min 由式（2-59）得： Tap=2*i*nmax/(60*980ta)*(Jm+Jd) =2*3.14*5*300/(60*980*0.05)*(4.6+2.8) =2.322N.m計算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電機軸上的各種力矩按式（2-61）計算空載啟動力矩Tq Tq=Tap+（Tm+Tf）=2.322+（0.088+0.0178）=2.4278N.m按式（2-57a）計算快進(jìn)力矩Tk Tkj=Tu+Tj=（0.088+0.0178）=0.1058N.m按式（2-57b）計算工進(jìn)力矩TGj TGj=Tc+Tf=（0.45+0.0178）=0.

33、4678N.m選擇驅(qū)動電動機的型號 1)選擇驅(qū)動電動機的型號 根據(jù)以上計算和表A-5，選130BF001型反應(yīng)時步進(jìn)電動機，其主要 技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)5，步矩角0.75°/1.5°,最大靜轉(zhuǎn)矩9.31N.m, 轉(zhuǎn)動慣量4.6kg.cm,最高空載頻率3000HZ，分配方式：五相十拍， 質(zhì)量9.2kg，運行頻率:16000HZ。 2）確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts Tq/Ts1=0.951 Ts1=2.4278/0.951=2.55N.m Ts2=TGj/0.3=0.4678/0.3=1.56N.m 取Ts1和Ts2中較大者為所需的步進(jìn)電動機的最大靜力矩Ts，即 Ts=8.68N.m，本電

34、機最大靜力矩為9.31N.m，大于Ts=8.68N.m， 可以再規(guī)定的時間內(nèi)正常啟動，故滿足要求。驗算慣量匹配 為使機械轉(zhuǎn)動慣量達(dá)到較合理的匹配，Jl和Jm比應(yīng)滿足 0.25 Jd/Jm 1 因為 Jd/Jm =0.645，滿足慣量匹配要求。機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 1.計算絲杠工作臺縱向工作系統(tǒng)的最低固有頻率Wnc 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度Ko=Kmin=179*10N/M， 機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為M，Ms，滾珠 絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為Md=M+1/3Ms,已知 M=46kg ，則： Ms=/4*3.6*39.4*7.8*10=3.13kg Md=M+

35、1/3Ms=46+1/3*3.13=47.04kg Wnc=(Ko/Md) =(179*10/47.04) =1951rad/s 2.計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率Wnt 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為： Js=Ji=(4.6+2.97）*5=37.85kg.cm 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度Ks=K=4724.22N.m/rad ，則： Wnt=（Ks/Js）=（47724.22/0.003785) =1117rad/s 由以上計算可知， 絲杠工作臺縱向工作系統(tǒng)的最低固有頻率 Wnc=1524rad/s 扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率 Wnt=1117rad/s 都比較高。一般按Wn=300r

36、ad/s的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛 度，故滿足要求。第四節(jié)步進(jìn)電機的計算及選型機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 1.計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知Kmin=177*10N/m，F(xiàn)o=390N，由式（2-52）得：=2=4.41即=4.41<8m，故滿足要求。（2）計算機械傳動系統(tǒng)有綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差由式（2-53）得：=F()=390*（1/177*10-1/245*10）*10 =0.585*10mm即: =0.585<6m,故滿足要求（3）計算滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差計算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。 已知負(fù)載力矩T=T=105.8N.m，扭矩作用點之間的距

37、離L=387mm，d=27.9mm，則=7.21*10*105.8*387/27.9 =0.0048由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動滯后量將影響工作的定位精度，則=L/360=6*0.0048/360=0.00008mm=0.08um確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號。 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級，傳統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng),所以，V+ e0.8（定位系統(tǒng)-）=0.8*（20-0.585-0.08）=15.468um V+ e0.8（定位系統(tǒng)-）=0.8*（20-0.585-0.08）=15.468um所以，滾珠絲杠螺母副精度等級為1級，查表2-20得：V=6um取螺紋長度為400mm，查表2-2

38、1，e=7um，V=6um，故滿足設(shè)計要求。確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號為FFB3206-3-P2/595*394具體參數(shù)：公稱直徑d=32mm，導(dǎo)程L=6mm，螺紋長度400mm，絲杠長度585mm，類型P類，精度等級1級。第三章 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計 第一節(jié) 設(shè)計內(nèi)容 1.按照總體方案以及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。 2.選擇計算機或中央處理單元的類型。3.根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴展電路。4.根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴展I/O接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等。5.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參

39、數(shù)和型號。6.繪制出一致清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號，管腳號及參數(shù)。7.說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進(jìn)行詳細(xì)的原理說明和方案論證。第二節(jié) 設(shè)計步驟1.確定硬件電路的總體方案。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成； A 主控制器，即中央處理單元cup B 總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線 C 存儲器。包括只讀可編程程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。D.接口，即I/O輸入輸出接口。第三節(jié) 主控制器cpu的選擇 MCS-51系列單片機是集中cpu，I/O端口及部分RAM等為一體的功能性強的控制器，只需增加少量外用元件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系

40、統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用8031主控系統(tǒng)。第四節(jié) 存儲器擴展電路設(shè)計 1. 存儲器的擴展 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用印ROM芯片。型號有；2761，其容量分別為2k，在選擇芯片時要考慮cpu與印ROM所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇2764芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴展用芯片。 單片機規(guī)定pt接口8位地址線，因此又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為外接存儲器提高8位的地址信息，一般采用74LS芯片作為地址鎖存器，并由cpu發(fā)出允許鎖存信

41、號ALE的下降沿，講地址信息鎖存入地址鎖存器。 2.數(shù)據(jù)存儲器的擴展 由于8031內(nèi)部RAM只有16128字節(jié)，這不能滿足系統(tǒng)要求。要求擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器，單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，采用設(shè)計6264芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。 3.譯碼電路 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，所用外圍芯片都通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制，由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編程，因此單片機的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎眠x法和全地址譯碼法，線選法是把單獨的地址線接到外用芯片的片選端上，只需該地址線為低電平，就選中該芯片，線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于RAM和I/O容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需要的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法，它將地位地址作為片內(nèi)地址，而且譯碼器對高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器輸入的地址選擇用作選線。 4.存儲擴展電路設(shè)計 9031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器264組成8031單片機的