臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

1、浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（2016屆）（臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)）學(xué)生姓名學(xué) 號 院 系專 業(yè)指導(dǎo)教師完成日期臥室車床數(shù)控化改造摘 要 中國是一個傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國,但其裝備水平落后,特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。針對目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀,對傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造,解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)問題,用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升,是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對已報(bào)廢的兩臺臥式床進(jìn)行數(shù)控化改造,其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法,對傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升,以解決目前設(shè)備老化所帶來的問題。本次設(shè)計(jì)

2、著重對臥式車床的縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造，并對縱橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)齒輪箱進(jìn)行改造。本次設(shè)計(jì)作了下面的一些工作： 1機(jī)械部分采用了一級齒輪傳動，以BF型步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動源，以CBM/CDM滾珠絲杠作為重要元件，以便更好的實(shí)行軟件控制；2數(shù)控部分采用MCS-51中的8031作為主控芯片建立一套單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。擴(kuò)展I/O接口用8155芯片及外存儲器，采用地址鎖存和譯碼器。3 SolidWorks造型，包括軟件的應(yīng)用和對車床的實(shí)體建摸。關(guān)鍵詞 臥室車床 數(shù)控化 改造目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc450750234 1 緒 論 PAGEREF _Toc45075023

3、4 h 1 HYPERLINK l _Toc450750235 2.1車床改造方案的選擇 PAGEREF _Toc450750235 h 5 HYPERLINK l _Toc450750236 2.1.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc450750236 h 5 HYPERLINK l _Toc450750237 2.1.2系統(tǒng)運(yùn)用方式的確定 PAGEREF _Toc450750237 h 5 HYPERLINK l _Toc450750238 2.1.3伺服系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc450750238 h 5 HYPERLINK l _Toc450750239 2.2車床改

4、造方案的確定 PAGEREF _Toc450750239 h 7 HYPERLINK l _Toc450750240 3.機(jī)械計(jì)算部分 PAGEREF _Toc450750240 h 8 HYPERLINK l _Toc450750241 3.1選擇脈沖當(dāng)量 PAGEREF _Toc450750241 h 8 HYPERLINK l _Toc450750242 3.2計(jì)算切削力 PAGEREF _Toc450750242 h 9 HYPERLINK l _Toc450750243 3.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 PAGEREF _Toc450750243 h 10 HYPERLINK l _

5、Toc450750244 3.3.1縱向進(jìn)給絲杠 PAGEREF _Toc450750244 h 10 HYPERLINK l _Toc450750245 3.3.2橫向進(jìn)給絲杠 PAGEREF _Toc450750245 h 13 HYPERLINK l _Toc450750246 3.4齒輪傳動比的計(jì)算 PAGEREF _Toc450750246 h 15 HYPERLINK l _Toc450750247 3.4.1縱向齒輪傳動比計(jì)算 PAGEREF _Toc450750247 h 15 HYPERLINK l _Toc450750248 3.4.2橫向齒輪傳動比計(jì)算 PAGEREF _

6、Toc450750248 h 15 HYPERLINK l _Toc450750249 4. 微機(jī)控制部分 PAGEREF _Toc450750249 h 16 HYPERLINK l _Toc450750250 4.1 總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc450750250 h 16 HYPERLINK l _Toc450750251 4.2主控制器 PAGEREF _Toc450750251 h 16 HYPERLINK l _Toc450750252 4.2.1主控器的選擇 PAGEREF _Toc450750252 h 16 HYPERLINK l _Toc450750253 4.2.2

7、 8031對片外存儲器的選擇 PAGEREF _Toc450750253 h 17 HYPERLINK l _Toc450750254 4.2.3 8031并行I/O口擴(kuò)展 PAGEREF _Toc450750254 h 18 HYPERLINK l _Toc450750255 5.SolidWorks造型 PAGEREF _Toc450750255 h 19 HYPERLINK l _Toc450750256 5.1 SolidWorks 軟件介紹 PAGEREF _Toc450750256 h 19 HYPERLINK l _Toc450750257 5.2 繪制草圖 PAGEREF _T

8、oc450750257 h 21 HYPERLINK l _Toc450750258 5.3 裝配體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc450750258 h 23 HYPERLINK l _Toc450750259 結(jié) 論 PAGEREF _Toc450750259 h 26 HYPERLINK l _Toc450750260 致 謝 PAGEREF _Toc450750260 h 27 HYPERLINK l _Toc450750261 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc450750261 h 28 HYPERLINK l _Toc450750262 裝配圖與零件圖 PAGEREF _Toc45

9、0750262 h 29 1 緒 論隨著我國制造業(yè)的發(fā)張，對很多零部件的精度要求越來越高，許多零件用普通車床很難加工，要求用數(shù)控機(jī)床加工。這就需要大量經(jīng)費(fèi)，對老設(shè)備進(jìn)行改造是一條投資少見效快的途徑，有許多工廠有C6140臥式車床，但無法完成精度高的工件加工，因此需對其進(jìn)行數(shù)控化改造。數(shù)字控制機(jī)床(Numerical Control Machine Tools)簡稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是一個精密的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是由精密機(jī)械部件（如滾珠絲桿、高精度導(dǎo)軌、精密軸承、主軸）和復(fù)雜電氣部件（如數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動裝置和伺服電機(jī)以及精密測量系統(tǒng)）構(gòu)成的一個完整的產(chǎn)品。

10、它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機(jī)床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖如下：數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖其工作原理是先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸和技術(shù)要求等條件，確定該零件的加工工藝過程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的加

11、工程序。即：將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化；按標(biāo)準(zhǔn)的格式編制成零件加工程序單；然后將此加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，并將輸入到數(shù)控單元的加工程序進(jìn)行試運(yùn)行、刀具路徑模擬等。確認(rèn)無誤后，再將被加工零件裝夾好；對刀后，即可啟動機(jī)床運(yùn)行加工程序。在加工程序運(yùn)行時，數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各種控制命令，如啟動主軸電動機(jī)，打開切削液、進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算、向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖和進(jìn)行進(jìn)給速度控制等。正常情況下，加工程序可直接運(yùn)行到其結(jié)束。當(dāng)改變加工零件時，在數(shù)控機(jī)床上只要改變加工程序，就可以繼續(xù)加工新零件。數(shù)控機(jī)床改造在國外以發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門。早在60年代已經(jīng)開始迅

12、速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)，其發(fā)展的原因是多方面的。首先是技術(shù)的原因，過去20年里，金屬切削的基本原理變化不大，但社會的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，要求制造技術(shù)向自動化和精密化前進(jìn)。而刀具材料和電子技術(shù)卻有很的大的進(jìn)步，特別是微電子技術(shù)，電子計(jì)算機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，反應(yīng)出控制系統(tǒng)，它能幫助機(jī)床自動化又能提高加工精度，技術(shù)進(jìn)步和高生產(chǎn)率的要求，精密加工的增多等，突出了舊機(jī)床技術(shù)改造技術(shù)的必要性和急迫性。其次是經(jīng)濟(jì)上的原因。許多發(fā)達(dá)國家多做過系統(tǒng)的分析，如果舊機(jī)床設(shè)備以新設(shè)備更新，要付出很大的代價(jià)的，若利用“改造技術(shù)”，則節(jié)省大半資金，這種事半功倍的技術(shù)，不僅不浪費(fèi)資金而切還為小企業(yè)技術(shù)改造開創(chuàng)了新路，而且

13、對實(shí)力雄厚的大企業(yè)也有很大的經(jīng)濟(jì)吸引力。再次是市場因素，目前許多國家設(shè)備所需的數(shù)控機(jī)床數(shù)量，按機(jī)床工業(yè)現(xiàn)狀是無力及時提供的。機(jī)床“改造”就成為機(jī)床市場需要的補(bǔ)足手段。最后是生產(chǎn)力的因素，在工業(yè)生產(chǎn)中，品種多小批量生產(chǎn)是現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的基本特征，只有相當(dāng)大比重完成生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專業(yè)機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，柔性制造系統(tǒng)，就工業(yè)復(fù)雜程度和一批工件所需要生產(chǎn)總成本比較中看出，數(shù)控機(jī)床最能適應(yīng)這一需要。我國是擁有300萬機(jī)床國家。而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動、半自動和精密機(jī)床更新現(xiàn)有設(shè)備，不論資金還是我國機(jī)床的能力是辦不到的。因此應(yīng)盡快將我

14、國現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備改造自動化要求解決的課題。用這控制技術(shù)正是適應(yīng)這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入了微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)具有先進(jìn)性，同時在應(yīng)用此自動化改造方案，有較大的應(yīng)用性和可調(diào)性，而且投資改造的費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅是全功能型數(shù)控裝置的1/3到1/5擁護(hù)承擔(dān)的起。從若干單位應(yīng)用的實(shí)例可論證，投入使用后，成倍的提高了生產(chǎn)效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再推出全功能型數(shù)控這條道路，適合我國經(jīng)濟(jì)、教育、生產(chǎn)水平，對于以后全動能型數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，

15、為實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機(jī)械制造的方向過度的重要內(nèi)容。CA6140機(jī)床是一種普通精度的及萬能臥式機(jī)床，屬于使用范圍廣的通用機(jī)床。這種機(jī)床的性能及質(zhì)量較好。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動化程序較低，是一種屬于中型的普通機(jī)床，在各廠礦企業(yè)的應(yīng)用很廣。為此，本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是對CA6140臥式機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，利用微機(jī)對縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)行開環(huán)控制。驅(qū)動元件是利用步進(jìn)電動機(jī)，傳動系統(tǒng)利用滾珠絲杠。2 總體方案確定2.1車床改造方案的選擇2.1.1設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇在簡易數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)是利用八位微處里機(jī)和單片機(jī)，近年來國有一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種八位單片微型機(jī)，主要有MCS48系列，CS-51系列，Mostek的

16、3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在國內(nèi)用的較廣，開發(fā)工具較齊的是MCS-51系列，這里選用MCS-51系列中的8031。2.1.2系統(tǒng)運(yùn)用方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)，輪廓控制系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。車床是控制刀具以給定速率沿指定路線運(yùn)動來加工工件輪廓復(fù)雜的零件，其個坐標(biāo)軸的運(yùn)動之間有著精確的出數(shù)關(guān)系，根據(jù)車床加工這一特點(diǎn)，采用連續(xù)控制系統(tǒng)比較合適，連續(xù)控制系統(tǒng)具有點(diǎn)位控制系統(tǒng)的功能，故定位方式采用增量坐標(biāo)控制。2.1.3伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)位量伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著精度不能達(dá)到太高的基

17、本問題，但是步進(jìn)電機(jī)具有位移和輸出脈沖的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，使誤差不能積累，轉(zhuǎn)速和輸出脈沖頻率有嚴(yán)格的對映關(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)境條件的波動變化的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)裝置發(fā)出信號的流向是單向的，對移動部件如工作臺的實(shí)際位置工件檢測。并且伴隨電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，目前大多采用直流電動機(jī)或交流電動機(jī)作為執(zhí)行元件。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)對控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高精確的位置伺副。由于反饋環(huán)節(jié)必須的技術(shù)條件要控制閉環(huán)系統(tǒng)的良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，其難度也大為提高。本設(shè)計(jì)是基于CA6140普通型的車床的經(jīng)濟(jì)化、數(shù)控化改造故采用步進(jìn)電動機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)伺服系統(tǒng)。2.1.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動式的確定（1）導(dǎo)

18、軌 由于普通型車床的改造精度要求的不高的開環(huán)系統(tǒng)，而滑動導(dǎo)軌定位精度和靈敏不需研磨措施可達(dá)到10um左右。能夠滿足改裝后的要求，所以仍采用原機(jī)床的導(dǎo)軌。（2）螺旋傳動 原機(jī)床的絲杠屬于滑動螺旋傳動，主要缺點(diǎn)就是機(jī)械效率低，一般僅為3060%，與改造后的精度相差很多。數(shù)控機(jī)床除了具有較高的定位精度外，還應(yīng)良好的動態(tài)間應(yīng)特征，滾珠絲杠副的特點(diǎn)，傳動效率高，一般達(dá)到90%以上，通過預(yù)緊力可消除絲杠間隙，運(yùn)動平穩(wěn)，傳動精度高，有可靠性，磨損小，使用壽命長，但制造復(fù)雜，成本高。要使系統(tǒng)指令好，有能滿足精度要求，本次改造采用滾動螺旋機(jī)構(gòu)。（3）齒輪傳動 考慮步進(jìn)電動機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選擇，為達(dá)到

19、0.001秒的分辨率的要求，縱、橫向均采用錯齒調(diào)隙的齒輪做減速運(yùn)動。2.2車床改造方案的確定（1）保留原車床的主傳動鏈。 為了保證機(jī)床加工螺紋的功能，在主軸外端安裝一個YGM脈沖發(fā)生器，使其與主軸轉(zhuǎn)速相一致是1:1的關(guān)系，用它來發(fā)出脈沖發(fā)生器，使微機(jī)處理機(jī)根據(jù)主軸的脈沖信號，使刀架通過絲杠的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動。（2）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造,拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱利用原機(jī)床的安裝孔銷釘孔安裝齒輪箱體,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置,兩端仍利用原固定方式,這樣可減少改裝工作量。（3）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的安裝：保留原手動機(jī)構(gòu)。用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床對零件操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，電動機(jī)、齒輪箱安裝在機(jī)床后側(cè)。 （

20、4）縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用齒輪減速，并且用雙齒輪錯齒法消除間隙，雙片齒輪間采用消除彈簧，布量成互為120的位置。當(dāng)螺釘松開時，由于各個彈簧所受力不同而自動調(diào)節(jié)間隙，再用螺釘緊固。 縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩,以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效果,溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給按鈕,以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時的操作需要和遇到意外時緊急處理。 3.機(jī)械計(jì)算部分本次設(shè)計(jì)將一臺CA6140普通機(jī)床改造成微機(jī)數(shù)控機(jī)床，采用MCS-51型系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能,具有降速控制功能,其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大回直徑: 400 mm電機(jī)功率: 7.5KW快速進(jìn)給: 縱向2.4m/min橫向1.

21、2m/min切削速度: 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min定位精度: 0.015mm移動部件重量: 縱向:800N 橫向600N加速時間: 30ms機(jī)床效率: 0 .83.1選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求脈沖當(dāng)量,縱向0.01mm/脈沖，橫向?yàn)?.005mm/脈沖3.2計(jì)算切削力3.2.1縱切外圓1主切削力（Fz）計(jì)算由金屬切削原理可知切削率：P：電機(jī)功率7.5Kw n:主傳動系統(tǒng)總效率?。?0.78Pc-切削功率Pc=0.787.5=5.85Kw又Pc=FzV Fz=式中: V 切削速度 V=100m/minFzPc/V=60Pc1000/v=3510N3.2.2 橫切端面 主切削力

22、F, 可取縱切的1/2 F=1/2Fz1/23510=1755N又F: :F=1:0.4:0.25=0.4=0.41755=702NF=0.25=0.251755=438.75NFx=0.25Fz=0.251755=877.5NFy=0.4Fz=0.43510=1404N3.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型3.3.1縱向進(jìn)給絲杠1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm 縱向進(jìn)給的綜合型導(dǎo)軌 采用三角型或綜合導(dǎo)軌: Fm=kFx+ (Fz+G) 式中:Fx,Fy,Fz, 切削分力(N):G-移動部件的重量(N)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌形式而不同K考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù). f=0.16則Fm=1.15877.5+0.

23、16(3510+800)=1698.75N2計(jì)算最大動負(fù)載C C=fwFm 選用滾珠絲杠副的直徑d.時必須保證在一定軸向負(fù)載作用下.絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后,在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象.這個軸向負(fù)載的最大值稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載C可用C=fw.Fm L= n= 公式中滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm.可取最高進(jìn)給速度的(1/21/3)此處VS=0.50.5=0.25m/minT: 使用壽命按15000h計(jì)算L: 壽命以106轉(zhuǎn)為1單位Fw: 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw:121.5 取fw=1.3N=42r/minL=38小時C=.fw.FmC=1.31698.75=7508.47 3滾珠絲杠螺母

24、的選型查-山東濟(jì)寧選取滾珠絲杠公稱直徑為40選用的型號為CDM4006-2.5其額定動載荷15470N,所用強(qiáng)度足夠用效率計(jì)算= 公式中摩擦角r=2, =10公式中:r絲杠螺旋升角 r摩擦角滾珠副的滾動摩擦系數(shù) ,f=0.0030.004 R摩擦角約為10分公式中:r螺旋角 CDM4006 r =r:摩擦角取10分n=94.24%5剛度驗(yàn)算先畫出縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖圖31縱向進(jìn)給計(jì)算簡圖最大牽引力為1698.75N, 支承間距L=1700mm絲杠螺母及軸承均采用預(yù)緊,預(yù)緊力為最大牽引力為1698.75N.L= 公式中: Fm工作負(fù)載(N)L.:滾珠絲杠L=6mmE:材料彈性模數(shù)對鋼E=

25、20.610(N/mm)F:滾珠絲杠面積mmF=1/4D=1/440=1256mL=0.394104mm再算滾珠絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量mm=0.39410-4L/6=0.011對滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉拉伸,拉壓剛度可提高4倍其實(shí)際變量=1/40.011=2.7510mm=0.00756mm定位精度0.015mm3.3.2橫向進(jìn)給絲杠1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm橫向?qū)к墳檠辔残螌?dǎo)軌其計(jì)算公式如下:Fm=KFx+ (Fz+2Fy+G)式中K:考慮顛復(fù)力矩的影響實(shí)驗(yàn)系數(shù)K=1.4:導(dǎo)軌上摩擦系數(shù)為=0.2,移動部件重量G=600NFm=1.4702+0.2(1755+2438.75+600)=1629.3

26、N2計(jì)算最大動負(fù)載(N)n=.=31.25L=28.125C=1.21629.3=5865.48N3選擇滾珠絲杠螺母副 查叢書 山東濟(jì)寧選用滾珠絲杠為CDM2504-2.5 其額定的動載荷為6638d=25mm =24.5mm 循環(huán)列數(shù)為12.52 Coa=16826 螺旋導(dǎo)程角 r=arctan r=2 選擇精度等級為3級4傳動效率的計(jì)算 =tg2/tg(2+)=0.945 5剛度計(jì)算橫向進(jìn)給絲杠方式,如圖所示最大牽引力為2612.1N 支承間距L=450mm 因絲杠長度較短不需要預(yù)緊圖32橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖1滾珠絲杠的拉伸或壓縮變形量L=0.644810滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉伸=1/40.00

27、7254=0.0018=0.0054小于定位精度定位精度為0.0153.4齒輪傳動比的計(jì)算3.4.1縱向齒輪傳動比計(jì)算已確定縱向脈沖當(dāng)量=0.01 ,滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm和步距角0.75,可計(jì)算出ii=0.8可選定齒輪的齒數(shù)為i=z1/z2=32/40 或20/25d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=703.4.2橫向齒輪傳動比計(jì)算已確定橫向脈沖當(dāng)量=0.005mm/step,滾珠絲杠導(dǎo)程L=4mm和步距角0.75 ,可計(jì)算出傳動比ii=0.6 z1=21 ,z2=354. 微機(jī)控制部分在普通車床CA6140基礎(chǔ)上加數(shù)控部分,以使其成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,以完

28、成較高的精度加工.4.1 總體設(shè)計(jì)我國目前廣泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通過擴(kuò)展和I/O口擴(kuò)展功能,實(shí)現(xiàn)對機(jī)床X,Z兩個方向的控制.以及軟硬的任務(wù)分配有:控制步進(jìn)電機(jī)脈沖發(fā)生和脈沖分配,數(shù)碼顯示的字符發(fā)生,鍵盤掃描管理既用硬件管理,又可用軟件實(shí)現(xiàn),此次采用若干方案:控制步進(jìn)電機(jī)用的脈沖發(fā)生器用硬件.采用國產(chǎn)YB015環(huán)行分配器實(shí)現(xiàn),字符發(fā)生及鍵盤掃描均有軟件實(shí)現(xiàn).4.2主控制器4.2.1主控器的選擇 近年來同外的一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種8位的單片微型端口及部分RAM于一體的功能很強(qiáng)的控制器。目前國內(nèi)用得較廣，開發(fā)工具較齊的是MCS51系列包含三個產(chǎn)品：8031、805

29、1和8751。三者的引腳完全兼容，僅在結(jié)構(gòu)上有一些差異，主要是8031：8031是無ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得較多的就是我所選用的8031。(1) 8031型芯片:1) 單片機(jī)是集CPU,I/O端口及部分RAM一體的功能很強(qiáng)的控制器,8031基本特點(diǎn)如下:1處理器CPU8位2芯片內(nèi)有時鐘電位3具有12 各字節(jié)RAM4具有21特殊功能的存儲器5具有4 各I / O端口,32根I/O線 6可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器7可尋址64K外部程序存儲器8具有兩個16位定時/記時數(shù)量9具有5 個中斷位,配備兩個優(yōu)先級10具有一個全功能竄行接口11具有尋址能力,適宜邏輯

30、計(jì)算從以上論證可以看出,8031型芯片,功能幾乎為一塊Z80CPU,一塊RAM,一塊Z80CTC兩塊Z80PLO和一塊Z80SLO處理的微機(jī)計(jì)算機(jī).(2)8031芯片管腳的功能及其他功能按引腳功能可分三類，即：其一：I/O口線：P、P、P、P共4個8為口。其二：控制線：（片外取指令控制）、ALE（地址鎖存控制）、（片外取存儲器選擇）、RESET（復(fù)位控制）。其三：電源及時鐘：V、V、XTAL、XTAL。4.2.2 8031對片外存儲器的選擇 1、EPRAM選擇： 根據(jù)MCS51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的EPRAM芯片，確定存儲器容量為16K。選擇EPRAM的型號時，主要考慮的因素是讀取速度，這決定

31、著系統(tǒng)是否正確工作。根據(jù)CPU與EPRAM時序匹配要求，可選用2片2764程序存儲器。 2、RAM選擇：單片機(jī)的擴(kuò)展RAM多選用靜態(tài)RAM，根據(jù)容量要求和RAM與CPU的讀寫時序匹配的要求，這里選用大容量的RAM6264兩片。4.2.3 8031并行I/O口擴(kuò)展 8031有四個8位口(I/O端口),但真正能夠提供用戶使用的只有P1口,因?yàn)镻2 P0口通常用來傳送外存儲器的地址和數(shù)據(jù),P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要擴(kuò)充.以便他能和更多外聯(lián)機(jī)工作.擴(kuò)充方法有兩種: 借用外面RAM地址來擴(kuò)充I/O端口; 利用并行I/O接口芯片來擴(kuò)充I/O端口.5.SolidWork

32、s造型5.1 SolidWorks 軟件介紹 SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),是由美國SolidWorks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上,在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個三維機(jī)械設(shè)計(jì)CAD軟件。 SolidWorks全面采用非全約束的特征建模技術(shù),由于其設(shè)計(jì)過程的全相關(guān)性,可以在設(shè)計(jì)過程的任何階段修改設(shè)計(jì),同時牽動相關(guān)部分的改變.它既提供自底向上的裝配方法,同時還提供自頂向下的裝配方法,自頂向下的裝配方法使工程師能夠在裝配環(huán)境中參考裝配體其他零件的位置及尺寸設(shè)計(jì)新零件,更加符合工程習(xí)慣.它具有獨(dú)創(chuàng)性的“封套”功能,來分塊

33、處理復(fù)雜裝配體.其具有的“產(chǎn)品配置”功能,可為用戶設(shè)計(jì)不同“構(gòu)型”的產(chǎn)品.它集成了設(shè)計(jì)、分析、加工和數(shù)據(jù)管理整個過程,所獲得的分析和加工模擬結(jié)果成了產(chǎn)品模型的屬性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息。他還可以動態(tài)模擬裝配過程,進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查，計(jì)算質(zhì)量特征，如質(zhì)心、慣性矩等。它將2D繪圖和3D造型技術(shù)容為一體,能自動的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引線的零部件編號等技術(shù)資料，從而簡化了工程圖樣的生成過程。SolidWorks同時有中英文兩種界面選擇，其先進(jìn)的特征樹結(jié)構(gòu)使更加簡便直接，而且它具有較好的開發(fā)性接口和功能擴(kuò)展性，能輕松實(shí)現(xiàn)各種CAD軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、

34、傳送。Solidwokrs 可充分發(fā)揮用三維工具進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的威力，它提供從現(xiàn)有二維數(shù)據(jù)建立三維模型的強(qiáng)大轉(zhuǎn)換工具。Solidworks 能夠直接讀取DWG格式的文件，在人工干預(yù)下，將 AutoCAD 的圖形轉(zhuǎn)換成Solidworks三維實(shí)體模型。另一方面，Solidworks 軟件對于熟悉Windows的用戶特別易懂易用，它的開放性體現(xiàn)在符合Windows標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件，可以集成到Solidworks軟件中，從而為用戶提供一體化的解決方案。進(jìn)入SolidWorks的操作界面如圖：圖515.2 繪制草圖圖52利用獨(dú)特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級抽殼、放樣和掃描

35、、陣列特征和孔輕松創(chuàng)建設(shè)計(jì)。 通過獨(dú)特的對多個實(shí)體的特征及控制，加快零部件建模速度。 通過動態(tài)編輯特征和草圖，只需執(zhí)行簡單的拖放操作即可進(jìn)行實(shí)時更改。 5.2.1 進(jìn)入SolidWorks系統(tǒng)后,單擊（標(biāo)準(zhǔn)工具欄）的新建，系統(tǒng)將彈出（新建SolidWorks文件）窗口。選擇（零件）項(xiàng)，單擊（確定）進(jìn)入。然后在特征管理器中選擇（前視基準(zhǔn)面）為基準(zhǔn)面，繪制草圖。具體如圖52所示。然后在利用拉伸功能就完成了主軸箱的設(shè)計(jì)，如圖： 圖53從而生成主軸箱，實(shí)圖下：圖54主軸箱這就是主軸箱的設(shè)計(jì)過程，在CA6140設(shè)計(jì)過程中需要大量的零件如：刀架、導(dǎo)軌、頂尖等。圖55 頂尖 圖56導(dǎo)軌床身以上是頂尖、導(dǎo)軌床身的設(shè)計(jì)結(jié)果。5.3 裝配體設(shè)計(jì)創(chuàng)建新的零部件時，可直接參照其他零部件并保持關(guān)系。設(shè)計(jì)具有成千上萬個零件的大型裝配體時可獲得無可比擬的性能。可將零部件和特征拖放到適當(dāng)?shù)奈恢?。SolidWorks 提供完善的產(chǎn)品級的裝配特征功能，以便創(chuàng)建和記錄特定的裝配體設(shè)計(jì)過程。實(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖有許多特征是在裝配環(huán)境下在裝配操作發(fā)生后才能生成的，設(shè)計(jì)零件時無需考慮的。在產(chǎn)品的裝配圖作好之后，零件之間進(jìn)行配