ca1650普通車床改造畢業(yè)設計

1、<p>　　第一章 設計任務及總體方案的確定</p><p><b>　　1.設計任務</b></p><p>　　將CA1650普通車床改造成cs-51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控機床。要求該機床有自動回轉刀架，具有切削螺紋的功能，在縱向和橫向有直線和圓弧插補功能，系統(tǒng)分辨率縱向0.001mm。橫向0.005mm。</p><p>&

2、lt;b>　　設計參數(shù)如下：</b></p><p><b>　　最大加工直徑：</b></p><p>　　在床面上：360mm</p><p>　　在床面上：210mm</p><p><b>　　最大加工長度：</b></p><p><b>

3、;　　快進速度：</b></p><p>　　縱向： 2.4m/min</p><p>　　橫向： 1.2m/min</p><p><b>　　最大切削進給速度：</b></p><p>　　縱向：0.5m/min</p><p>　　橫向：0.3m/min</p>&

4、lt;p>　　主電機功率：7.5kw</p><p>　　啟動加速時間：30ms</p><p>　　機床定位精度：±0.015mm</p><p><b>　　最小指令值：</b></p><p>　　縱向：0.1mm/脈沖</p><p>　　橫向：0.005mm/脈沖<

5、/p><p><b>　　自動升降性能：有</b></p><p><b>　　2.總體方案的確定</b></p><p>　?、傧到y(tǒng)的伺服系統(tǒng)與與運動方式的選擇</p><p>　　由于改造后的數(shù)控經(jīng)濟型車床應具有定位，直線插補順圓和逆圓插補，暫停和循環(huán)加工。公英制螺紋加工工藝功能。故應選擇連續(xù)控制系

6、統(tǒng)?？紤]到經(jīng)濟型數(shù)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(tǒng)。</p><p><b>　?、谟嬎銠C系統(tǒng)</b></p><p>　　根據(jù)機床要求，采用8位微機，由于MSC—51系列單片機具有集成度高。可靠度好，功能強速度快，抗干擾能力強。性能價格比等特點，決定采用MSC-51系列的8031單片機擴展系統(tǒng)。</p><

7、p><b>　?、蹤C械傳動方式</b></p><p>　　為了實現(xiàn)機床所需求的分辨率，采用步進電動機，經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一定的精度和平穩(wěn)性，減小摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加緊負荷齒輪傳動，也要采用消除齒側間隙的結構。</p><p>　　第二章 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算</p><

8、;p>　　伺服系統(tǒng)機械部分設計計算，內(nèi)容包括確定系統(tǒng)的負載確定系統(tǒng)的脈沖當量，運動部分慣性計算空載啟動及切削力矩的計算，確定伺服電動機傳動及單向元件的設計計算及運用，繪制機械部分裝配圖及零件工作圖等</p><p>　　第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當量</p><p>　　一個進給脈沖使機床運動部件產(chǎn)生的位移量稱為脈沖當量，也稱機床最小設定單位，脈沖當量衡量機床加工精度的一個基本技術參數(shù)。經(jīng)

9、濟型數(shù)控車床采用的脈沖當量是0.01~0.005每脈沖，經(jīng)濟型數(shù)控車床常采用的脈沖當量是0.002~0.001每脈沖，在本設計中，根據(jù)機床精度要求確定其脈沖當量縱向0.01mm/step,橫向：0.005mm/step。</p><p>　　第二節(jié) 切削力的計算</p><p>　　在設計機床進給伺服系統(tǒng)時，計算傳動和導向元件選用伺服電動機等需要利用到切削力，下面就以切削力，用三種方法計算

10、，并取其平均值做主切削力。</p><p>　　用經(jīng)驗公式計算切削力：</p><p><b>　　1.縱切外圓：</b></p><p><b>　　Fz=0.67D</b></p><p>　　式中：D max---車床床身加工的最大直徑（mm）</p><p>　　Fz

11、=(0.67×3601.5)N</p><p><b>　　=4576N</b></p><p>　　求出切削力Fz后，在按照下比例分別求出Fx和FY</p><p>　　Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.4</p><p>　　Fx=4576×0.25=1144N</p><p

12、>　　FY=4576×0.4=1830N</p><p><b>　　2.橫切斷面：</b></p><p>　　主切削力Dz可取橫切削力的1/2</p><p>　　Fz、= Dz×1/2=2280N</p><p>　　此時走刀抗力為Fy、（N），吃刀抗力的Fx、（N）仍按上述比例粗略計算：

13、</p><p>　　Fz、： Fx、： Fy、=1：0.25：0.4</p><p>　　Fx、=2288×0.25=572N</p><p>　　Fy、=2288×0.4=915 N</p><p>　　二．按切削力計算切削力</p><p>　　下面介紹的按經(jīng)驗公式按求計算切削力的方法是比較簡

14、單而使用的，但對于不同的專用機床來說，計算結果不一定準確。所以對某一指定了專門用途的數(shù)控機床，應該根據(jù)具體加工條件，不同的工況選用合理的切削用量。用切削力計算公式來計算切削力。</p><p>　　1.外圓車削切削力的計算</p><p>　　Fz=9.8/( Fz－aPDz fzfz fz(60v)n FzKFz </p><p>　　Fx =9.8/( Fx－a

15、Px fx fx fx(60v) n F xKFx</p><p>　　FY =9.8/( FY－aPy fy fy fy (60) n FYKFY</p><p>　　式中; Fz、 Fx、 FY——主切削力進給抗力切削抗力（N）</p><p>　　aP——切削深度(mm)</p><p>　　V——切削速度（m/s）</p>

16、<p>　　f——進給量（mm/v）</p><p>　　KFz、 KFx、KFY——總修正系數(shù)包括由于工件材料強度、硬度的改變，刀具材料的改變。刀具幾何角度不同等因素，對切削力的修正系數(shù)。</p><p>　　三．按照機床主電機的功率計算：</p><p>　　上面介紹了切削量計算切切削力雖然比較準確，但只能是用于加工某種工件的專用機床，對于普通機床

17、的數(shù)控化改造或涉及通用的經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，切削用量的范圍較大，這樣就導致了切削力計算結果差別很大，這里介紹的三種方式，就是按照需要進行數(shù)控及改造設計的普通車床的主電動機功率來計算切削力，其具體方法如下：</p><p><b>　　Pe：PY</b></p><p>　　式中： Pe——切削功率（KW）</p><p>　　P——機床主傳動功

18、率</p><p>　　Y——主傳動系統(tǒng)的機械功率，可近似取以下數(shù)值</p><p>　　精密機床：Y=0.8~0.85</p><p>　　大型機床：Y=0.7~0.88</p><p>　　中型機床：Y=0.75~0.8</p><p>　　Mn=9550Pe/n</p><p>　　式中

19、Mn ——主軸傳遞的扭矩（Nm）</p><p>　　N ——主軸轉矩（r/min）是主軸傳遞全部功率是的最低轉速</p><p>　　Ft ——FzMn/d×103</p><p>　　式中：Fz ——主切削力（N）</p><p>　　d ——工件直徑可采用床鞍上的最大直徑主切削力，求出以后再按比例求出Fx 、FY 。</

20、p><p>　　第三節(jié) 滾珠絲桿螺母副的設計計算和選型</p><p>　　滾珠絲桿螺母副的設計者首先要選擇結構類型，去定螺母循環(huán)方式，結構類型確定之后，用于確定和計算其他參數(shù)，包括公稱直徑d或四缸外徑d導程L，滾珠絲桿工作圈數(shù)J,列數(shù)k精度等級等。</p><p>　　滾珠絲杠循環(huán)方式可分為外循環(huán)方式或內(nèi)循環(huán)兩類，本設計中選用是外循環(huán)雙螺母滾珠絲桿，其滾珠絲桿副的預緊

21、方式。</p><p>　　滾珠絲桿副的計算步驟如下：</p><p>　　一、計算進給牽引力Fm</p><p>　　作用在絲杠上的進給牽引力主要包括切削時的走刀抗力以及移動的件重量以及切削力在導軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小和導軌的形式有關。縱向進給作用力綜合型導軌，其進給牽引力Fm（N）的計算公式如下：</p><p>　　Fm=k&#

22、183;Fx+f、(Fz+U)</p><p>　　=[1.15×1144+0.16×（4576++1500）]</p><p><b>　　=2288（N）</b></p><p>　　式中：k ——考慮顛覆力矩實驗系數(shù)綜合導軌取k=1.15</p><p>　　f‘ ——調(diào)整導軌摩擦系數(shù)取0.15

23、~0.18</p><p>　　U ——溜板極刀架重力需1500N。</p><p><b>　　二、計算最大動荷載</b></p><p>　　選用滾珠絲桿副的直徑do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，在它的軌道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值，即稱為該絲杠能承受的最大負載，可用下試計算：</p

24、><p>　　C=3√L fwFm</p><p>　　L=60nt/106</p><p>　　n=1000Vs/ Lo</p><p>　　式中：Lo——滾珠絲杠導程選6mm</p><p>　　N——絲杠轉速（r/min）</p><p>　　Vs——最大進給力下的進給速度的1/2~1/3此外

25、Vs為0.5m/min</p><p>　　T——使用壽命按1500h</p><p>　　fw——運轉系數(shù)按一般運轉取1.2~1.5</p><p>　　L——壽命以106轉為一個單位</p><p>　　n=1000Vs/ Lo=1000×0.5×0.5/0.6=41.67r/min</p><p&

26、gt;　　L=60nT106=60×41.67/106×1500=37.5</p><p>　　C=3√LfwFm=3√37.5×1.2×2288=9191N</p><p>　　三、滾珠絲桿螺母的選型</p><p>　　查表可采用WoLr4006外循環(huán)螺母調(diào)整預緊力的雙螺母滾珠絲杠副，例2.5圈其預定動荷載為16400N。

27、等級精度選3級。</p><p><b>　　四、傳動效率計算</b></p><p>　　η=tanr/tan（r+φ）</p><p>　　式中：r——螺旋升高 WL·4006=2q44ˋ</p><p>　　Φ——摩擦力取10`，滾動摩擦力系數(shù)0.003~0.004</p><p>

28、;　　η=tanr/tan（r+φ）</p><p>　　=tan2q44ˋ/tan（2o44ˋ+10ˋ）</p><p><b>　　=0.94</b></p><p><b>　　五、剛度驗算</b></p><p>　　橫向進給絲桿支撐方式如下圖，最大牽引力為2063N,支撐間距L=350mm

29、。因絲杠長度較短，不需要預緊，螺母及支撐預緊。</p><p>　　車床橫向進給絲桿計算圖</p><p>　　1.絲桿拉伸或壓縮變形量f1（mm)</p><p>　　查圖根據(jù)Fm、=2785(N) D=20mm， 查出fL/L0=4.2×10-5可算出f1=fL/L0×Z=14.2×10-5×350=1.47

30、×10-2mm</p><p>　　2.滾珠與螺紋道間接觸變性f2</p><p>　　查圖FQ=8.5μm</p><p>　　因進行了預緊 f2=1/2fQ=4.25μm</p><p>　　3.支撐滾珠絲桿的軸承的軸向變形f3</p><p>　　采用8102推力球軸承dQ=4.763 、 Z=12

31、、 d=15mm</p><p>　　fc=0.00523√Fm2/dQZ2=0.00523√27852/4=0.0117</p><p><b>　　考慮到預緊，故：</b></p><p>　　f3=1/2fc=1/2×0.0117=0.0585</p><p>　　綜合以上幾項變形量之和：</p&g

32、t;<p>　　f=f1+f2+f3=0.0147+0.0043+0.0585=0.02485mm</p><p>　　顯然，此變形量已大于定位精度的要求，應該采取相應的措施，修改設計。因橫向溜板設計限制，不易再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導軌，減小摩擦力，從而減小最大牽引力，從新計算如下：</p><p>　　Fm、=1.4Fg、+f、（Fz+2Fx+μ、)</p&g

33、t;<p>　　=1.4×9.15+0.004(4576+2×572+800)</p><p><b>　　=1594N</b></p><p>　　式中：f、——軸套與軸架以及主軸的鍵上摩擦系數(shù)</p><p>　　f、取0.004 從圖中差：Fm、=1594N時，</p><p>　

34、　fL/L0=2.4×10-5</p><p>　　f1=fL/L0×L=2.4×10-5×350=0.0084mm</p><p>　　由于采用了貼塑導軌，減小了最大牽引力Fm、所以需要從新計算或查表確定f2和f3</p><p>　　查表圖得fQ=5.4μm</p><p><b>　　因

35、進行了預緊,故:</b></p><p>　　f2=1/2fQ=2.7μm</p><p>　　fc=0.00523√Fm2/dQ=0.0052×15.46=0.0080μm</p><p>　　f3=1/2fc=0.004mm</p><p>　　則：f=f1+f2+f3=0.0084+0.0027+0.004=0.0

36、15mm</p><p>　　橫向進給定位精度應為縱向進給定位的1/2，應力此時變形量已能滿足定位精度要求。如果變形量仍大于定位精度的要求，可將滾珠絲桿的直徑加大到25mm也可將滾珠絲桿再經(jīng)過預緊拉伸，剛度還可以提高四倍。則變形量可控制在要求的范圍內(nèi)。從上面的設計中可以查出設計的過程要經(jīng)過反復修該系數(shù)，反復計算，才能達到滿意的結果。</p><p><b>　　六、穩(wěn)定性校核

37、</b></p><p>　　對于已選尺寸的絲桿在給定的條件下，承受最大軸向負載時，沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn))的危險。</p><p>　　FK=f2π2E/L2</p><p>　　式中：E——材料彈性模量（N/cm2)剛為20.6×106N/cm2</p><p>　　I——截面慣性矩對于絲桿為πd14/64(d1為絲

38、桿半徑）</p><p>　　L——絲桿兩支承端離</p><p>　　f2——絲桿支撐方式系數(shù)，從表中查出一端固定，一端簡支f2為200</p><p>　　I=πd14/64=π1.67884/64=0.3899cm</p><p>　　FK=f2π2E/L2=2×3.142×20.6×106×0

39、.3899/452=7821N</p><p>　　nk=FK/Fm、=78214/1155=57.7≥【nk】</p><p>　　一般【nk】=2.5~4，所以該滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。</p><p>　?。ㄈ┛v向及橫向滾珠絲桿副幾何參數(shù)</p><p>　　其幾何參數(shù)見下表，各部分幾何參數(shù)是在確定了滾珠絲桿副的公稱直徑和導程L以后，才

40、進行計算出來的。</p><p>　　WL4006及WL2005絲桿幾何參數(shù)</p><p><b>　　單位（mm）</b></p><p>　　第四節(jié) 齒輪的傳動比</p><p>　　一、縱向進給齒輪箱傳動比的計算</p><p>　　已確定縱向進給脈沖當量fp=0.001.滾珠絲桿導程L0

41、=6mm.初選步進電動機步距角為0.75，可計算傳動比為i=360fp/Q2L0=360×0.01/0.75×6=0.8</p><p><b>　　可選定齒輪數(shù)為：</b></p><p>　　i=Z1/Z2=32/40或20/25</p><p>　　Z1=32 Z2=40 或Z1=20 Z2=25</p>

42、<p>　　二、橫向進給齒輪傳動比計算</p><p>　　已確定橫向進給脈沖當量fp=0.005，滾珠絲桿導程L0=5mm初選步進電動機步距角0.75，可計算出傳動比i為</p><p>　　i=360fp/Q2L0=360×0.005/0.75×5=0.48</p><p>　　考慮到結構上的原因，不能是齒輪直徑太大，以免影響到橫

43、向溜板的有效行程。故此處可采用兩級齒輪減速；</p><p>　　i=Z1/Z2×Z3/Z4=3/5×4/5=24/40×20/25</p><p>　　Z1=24 Z2=40 Z3=20 Z4=25</p><p>　　因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關參數(shù)參照下表</p><p>&l

44、t;b>　　齒輪傳動幾何參數(shù)</b></p><p>　　為了消除齒輪側隙，可采用雙片齒輪，這樣齒寬可加大到（6~10mm）</p><p>　　第五節(jié) 步進電動機的計算和使用</p><p>　　選用步進電動機時，應首先根據(jù)機械結構草圖計算機械傳動裝置及負載在折算到電動機軸上的等效傳動慣量包括步進電動機轉子的傳動慣量，分別計算各種工況下所需的等效

45、力矩，再根據(jù)步進電動機的量最大靜載負載和起動運行頻率特征選擇合適的步進電動機，但在初選步進電動機之前，不僅未畫出機械機構草圖，而且無法確定步進電動機的轉子的轉動慣量，因而必須先根據(jù)一些估數(shù)據(jù)初選步進電動機的型號，再按上述方法進行驗算。</p><p>　　由于步進電動機的工作的特點是脈沖走一步，每一步都有一個加速過程，因而對負載慣量很敏感，為了滿足負載慣量盡可能小的要求，同時也要滿足一定的脈沖當量，常采用齒輪降速

46、傳動。</p><p>　　一、初選步進電動機步距角θ</p><p>　　對步進電動機施加一個脈沖信號時，步進電動機就用轉一個固定的角度，叫做步距角，電動機的總回轉角和輸入脈沖數(shù)成正比，而電機的轉速則正比于輸入脈沖的頻率，步進電動機的步距角越小，意味著它能達到的位置精度越高，通常步距角是30、1.50、0.750，步距角的大小跟通電方式機轉速有關，在步進電動機技術數(shù)據(jù)中θ是以分數(shù)形式給出

47、的兩個數(shù)，其中分子所表示的步距角的通電方式是雙向的，分母表示的步距角是單向的。150BF002步進電動機步距角為1.50或0.750，其0.750是五相十拍，1.50是五相五拍。</p><p><b>　　二、初選步進電動機</b></p><p>　　〈一〉縱向進給步進電機負載轉矩Tm</p><p>　　根據(jù)滾珠絲桿副所承受的進給牽引力F

48、m，計算步進電機的負載轉矩Tm（N·cm）</p><p>　　Tm=3600fpFm/2yθ0π</p><p>　　式中：fp=脈沖當量（mm/step)</p><p>　　Fm——進給牽引力（N)</p><p>　　θ0——步距角初選雙拍列為0.750</p><p>　　y——電機絲桿的傳動頻率，

49、為齒輪軸承絲桿效率之積，分別為0.98、0.99和0.94</p><p>　　Tm=3600fpFm/2yθ0π</p><p>　　=3600×0.001×2288/2π×0.75×0.98×0.99×0.94</p><p>　　=193.69N·cm</p><p>

50、;　　估算步進電動機起動轉矩Tq</p><p>　　Tq=Tm/0.3~0.5</p><p>　　=193.69/0.3</p><p>　　=645.6N·cm</p><p>　　3.計算最大靜轉矩Timax</p><p>　　查表如取五相十拍時，則:</p><p>　　T

51、imax=Tq/0.951</p><p>　　=645.6/0.951</p><p>　　=678.9N·cm</p><p>　　4.計算步進電機運行頻率fe和最高啟動頻率fk</p><p>　　fe=100VS/60fp</p><p>　　fk=1000Vmax/60fp</p>&

52、lt;p>　　=1000×2.4/60×0.01HZ</p><p><b>　　=4000HZ</b></p><p>　　式中：VS——最大切削進給速度（mm/min)</p><p>　　Vmax——最大位移速度（m/min)</p><p>　　fp——脈沖當量取0.001mm/step

53、</p><p>　　5.初選步進電動機型號</p><p>　　根據(jù)估算出的最大靜轉矩Tmax，在表中查出130BF001的最大靜轉矩是1097.9N·cm＞Timax，可以滿足條件，考慮到經(jīng)濟型數(shù)控車床有可能使用較大的切削用量，應選擇大轉矩的步進電6:43 下午機，以留下一定的余量，另一方面，與同類型機床進行類比，決定利用150BF002步進電機，但從表中查出，150BFF0

54、02步進電機最高空轉起動頻率2800HZ，不能滿足fk（4000HZ)的要求，此項指標可暫不考慮，可以采用軟件升降速程序來解決。 </p><p><b>　　校核步進電動機轉矩</b></p><p>　　初選出步進電機型號，并繪制私服系統(tǒng)結構草圖之后，就可以按下面步驟計算私服系統(tǒng)折算到步進電機軸上的系統(tǒng)流動慣量及等效轉矩，進行校核。</p>&l

55、t;p><b>　　轉動慣量計算 </b></p><p>　?。?）齒輪軸、絲杠等圓柱體慣量計算</p><p>　　圓柱體轉動慣量（kg·㎡）計算公式如下：</p><p><b>　　J=MD2/f</b></p><p>　　對于鋼材：J=0.78×D2L×

56、;10-3</p><p>　　式中：M——圓柱體質量（kg)</p><p>　　D——圓柱體直徑（cm）</p><p>　　L——圓柱體長度或圓度（cm）</p><p>　　鋼材的密度為7.8×10-5 kg/cm3</p><p>　　所以J1=0.78×10-3×d14L1&l

57、t;/p><p>　　(0.78×10-3×6.844×2)kg·cm2=2.62kg·cm2</p><p>　　J2=0.78×10-3d24l2</p><p>　　=（0.78×10-3×84×2）kg·cm2</p><p>　　=6.3

58、9kg·cm2</p><p>　　J3=（0.78×10-3×44×150）kg·cm2</p><p>　　步進電機轉子轉動慣量</p><p>　　參考同類型機床，初選反應時步進電機150BF其轉子轉動慣量Jm=10kg·cm2</p><p>　　傳動系數(shù)折算到電機軸上的總轉

59、動慣量可由下式計算出來</p><p>　　Jε=Jm+J1+（Z1/Z2)2·[（J2+J3）+G/g·（L0/2π）2]</p><p>　　式中：Jm——步進電動機轉子轉動慣量（kg·cm2）</p><p>　　J1、J2——齒輪Z1、Z2的轉動慣量（kg·cm2）</p><p>　　J3——

60、滾珠絲桿轉動的慣量（kg·cm2)</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計算則：</b></p><p>　　Jε=Jm+J1+（Z1/Z2)2·[（J2+J3）+G/g·（L0/2π）2]4</p><p>　　=10+2.62+（32/40）2×[(6.39+29.52)+1500×0.62

61、/(9.8×4π2)]</p><p>　　=39.452kg·cm2</p><p>　　必須注意：在上式中根據(jù)實踐經(jīng)驗，傳動系統(tǒng)慣量J和轉子慣量Jm之間，有一個慣量的匹配問題，Jm/J的比值不能太小，否則機床動態(tài)特型將會有很大的區(qū)別，并且很容易受切削力、摩擦力干擾的影響，但Jm/J太小，也是很不經(jīng)濟的。</p><p>　　考慮步進電動機與傳

62、動系統(tǒng)慣量匹配的問題：</p><p>　　Jm/Jε=10/39.452=0.253</p><p>　　基本滿足慣量匹配的要求</p><p><b>　　電機轉動的計算</b></p><p>　　電機的負載轉矩在各種情況下是不同的，下面分快速空載，起動時所需轉矩，快速進給時，轉矩最大切削負載所需轉矩等分級部分組成

63、，介紹其計算方法:</p><p><b>　　快速空在啟動轉矩M</b></p><p>　　在快速空在啟動階段，加速轉矩占得比例比較大，具體計算公式如下:</p><p>　　M=Mmax+Mf+M0</p><p>　　式中：M——快速空載起動轉矩（N·m）</p><p>　　M

64、max——空載起動時折算到電動軸上的加速轉矩</p><p>　　Mf——折算到摩擦軸上的摩擦軸轉矩</p><p>　　M0——由于絲桿預緊時折算到電機軸的復合摩擦轉矩</p><p><b>　　Mmax=Jε·ε</b></p><p>　　=（Jε·2πnmax/60ta）·10-2

65、</p><p>　　nmax=(μmax/fp)·（Q0/3600）</p><p>　　將前面數(shù)據(jù)代入，式中符號意義同前：</p><p>　　nmax=(μmax/fp)·（Q0/3600）</p><p>　　=(2400/0.01）·(0.75/3600)</p><p><

66、;b>　　=500r/min</b></p><p><b>　　起動加速時間：</b></p><p><b>　　ta=30m/s</b></p><p>　　Mamax=（Jε·2πnmax/60ta）·10-2</p><p>　　=634.5N

67、3;cm</p><p>　　折算到電機軸上的摩擦轉矩Mf</p><p>　　Mf=F0L0/2πyi</p><p>　　=f`(Fz+G)L0μ/2πyz2</p><p>　　=0.16×（4576+1500）×0.6/(2π×0.8×1.25)</p><p><

68、b>　　=92.8N·cm</b></p><p><b>　　附和摩擦轉矩m0</b></p><p>　　m0=FD0L0(1-y02)/2πyi</p><p>　　=1/3FμL0(1-y02)z1/2πyz2</p><p>　　=[1/3·2288·0.6

69、83;（1-0.92/（2π·0.8·1.25）]N·cm</p><p>　　=12.46N·cm</p><p><b>　　上述三項合計：</b></p><p>　　M=Mamax+Mf+M0</p><p>　　=634.5＋92.8＋12.46</p>&

70、lt;p>　　=739.76N·cm</p><p><b>　　快速進給時轉矩M、</b></p><p>　　M、=Mf+M0=（92.8+12.46）N·cm</p><p>　　=105.26N·cm</p><p>　　最大切削負載時所需轉矩M、、</p>&l

71、t;p>　　M、、=Mf+M0+Mt</p><p>　　式中：Mt——折算到電機軸上的切削負載轉矩在應用絲杠螺母副傳動時，上述各轉矩（N·cm）</p><p><b>　　可采用下式計算：</b></p><p>　　Mamax=Jε·ε=Jε·（2πnmax/60ta）·10-2</p&

72、gt;<p>　　Nmax=(Vmax/fp)·Q0/3600</p><p>　　式中Jε——傳動系統(tǒng)中折算到電機軸上的點等效轉動慣量（kg·cm2）</p><p>　　ε——點擊最大角加速度（rad/s2）</p><p>　　nmax——電機轉動速度（r/min）</p><p>　　Vmax——轉動

73、部件最大快速進度（mm/min）</p><p>　　fp——脈沖當量（mm/step)</p><p>　　ta——運動部件從停止期初加速度到最大快速速度所需時間（s）</p><p><b>　　摩擦轉矩公式:</b></p><p>　　Mf=F0L0/2πyi</p><p>　　F0=

74、f`(FZ+G)</p><p>　　式中:F0——導軌的摩擦力（N）</p><p>　　FZ——垂直方向上的切削力（N）</p><p>　　G——運動部件的總重量（N）</p><p>　　f`——導軌摩擦系數(shù)</p><p><b>　　i——齒輪降速比</b></p>&l

75、t;p>　　n——傳動鏈總效率，一般可取0.7～0.85.</p><p><b>　　附加轉矩摩擦公式：</b></p><p>　　M0=FD0L0(1-n2)/2πyi</p><p>　　式中：FD0——滾珠絲桿預加負載，一般可取1/3Fm，為進給率引力（N)</p><p>　　L0——滾珠絲桿導程<

76、;/p><p>　　y——滾珠絲桿未預緊時的傳動功率，一般可取≥0.9折算到電機軸的切削負載轉矩</p><p>　　Mt=FtL0/2πyi</p><p>　　式中：Ft——進給方向最大切削力</p><p>　　M、、=Mf+M0+Mt</p><p>　　=Mf+M0+fxL0/2πyi</p>&l

77、t;p>　　=105.26+1144·0.6/（2·3.14·0.8·0.125）</p><p>　　=214。56N·cm</p><p>　　經(jīng)過上述計算以后，在M、M、、兩種力矩中其中大者作為選擇步進電動機的依據(jù)，對于大多數(shù)數(shù)控機床來說，因為要保證一定的動態(tài)性能，系統(tǒng)時間常數(shù)較小，而等效轉動慣量又較大，故電機轉矩主要用來產(chǎn)生加

78、速的，而負載力矩往往小于加速轉矩，故常用快速空載起動轉矩，作為選擇步進電動機的依據(jù)。從表中查出，當步進電動機為五相十拍時，λ=M0/Mamax=0.951，則最大靜轉矩為：</p><p>　　Mjmax=(739.76+0.951)N·cm</p><p>　　從表中查出150BF002型步進電動機最大轉矩為13.72N·cm大于所需最大靜轉矩，可以滿足此項要求。&l

79、t;/p><p>　　校核不禁電機效率特性</p><p>　　前面所述根據(jù)最大靜轉矩，Mjmax初選的步進電動機型號一定滿足實際工作要求，也就是所盡管最大靜轉矩Mjmax，數(shù)據(jù)能滿足要求，但是并不能保證在快速空載負載時起動和空行時不失步，所以還必須用起動轉矩頻率特性和運行轉矩頻率特性，兩條重要的特性曲線來驗證，所選步進電動機的型號是否滿足要求。</p><p>　　前

80、面已計算出此機床最大快移時需要步進電動機的最高起動頻率為Fk=4000HZ，切削進給時所需步進電動機運行頻率fe為833HZ。</p><p>　　前面已計算機床最大快移時所需步進電動機運行頻率為2800HZ,運行頻率為8000HZ，再從圖中查出150BF002步進電動機起動力矩頻率特性和運行特性曲線如下圖，看出步進電動機起動時f=2500HZ，</p><p>　　M=100N

81、83;cm遠遠不能滿足此機床所需要的空載起動力矩，直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制，起動轉矩可增高到必須采取將起動頻率降到100HZ，起動轉矩可增高到588.4N·cm，根據(jù)在電路上采用高低驅動電路還可將步進電動機輸出轉矩擴大一倍左右。</p><p><b>　　起動矩頻率特性</b></p><p>　　運動矩頻特性

82、 </p><p>　　150BF002型步進電動機運行矩頻特性</p><p>　　當快速運動和切削進給時，150BF002型步進電動機運行的矩頻特性完全可以滿足條件。</p><p><b>　　橫向進給步進電機</b></p><p>　　橫向進給步進電動機的計算和校核與縱行進給步進電動機相同，此處略

83、。經(jīng)過計算和類比設計，決定選用130BF001型步進電動機。</p><p>　　進給伺服系統(tǒng)機械部分結構設計</p><p>　　機械部分結構設計的任務是畫出進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖，用以表達設計者的構思，設計結果及特點是伺服系統(tǒng)設計的重要任務，對于機電一體化專業(yè)的學員來說，是一項基本技能的重要訓練，必須引起足夠的重視。</p><p>　　在對伺服系統(tǒng)進行了運動

84、和動力計算，已選定滾珠絲桿螺母副規(guī)格編號。步進電動機的型號，降速齒輪的幾何參數(shù)選定以后，就可以進行結構設計，結構設計應該先確定部分結構特點，形式調(diào)整方式等，然后再動手繪制裝配圖，最后在繪制正式裝配圖，下面分別敘述各項注意事項。</p><p>　　微機數(shù)控化改進結構設計中注意問題</p><p>　　盡量減小普通數(shù)控化改造設計的改動量</p><p>　　對于普通數(shù)

85、控化改造設計時，在滿足機床總體布局的前提下，應盡可能利用原來的零件，盡量減小改動量，尤其是機床較大的部件，例如機身、床鞍、拖板銑床的工作臺等，盡量利用原來的部件，只能少量加工改造這樣可以大大減少成本，縮短制造周期。</p><p>　　在進行經(jīng)濟型數(shù)控機床設計時，雖然結構尺寸不想改造那么嚴格設計改造，但也應該參考同類型機床，在初步估算以后，在進行類比，是結構尺寸緊湊合理。</p><p>

86、　　滾珠絲桿螺母副和消除齒輪安裝調(diào)整要方面</p><p>　　滾珠絲桿螺母副和消除齒輪的調(diào)整對于進行伺服系統(tǒng)是很關鍵的問題，如果調(diào)整不好會出現(xiàn)反向死區(qū)和失步現(xiàn)象，影響數(shù)控機床的加工精度，在進行結構設計時必須注意，留出控制螺釘?shù)目谆蜃銐虻陌崾挚臻g。</p><p><b>　　設計時注意裝配工藝</b></p><p>　　在設計繪制進給私服系

87、統(tǒng)時，應注意裝配工藝性，考慮到正確的裝配順序，保證安裝調(diào)整，拆卸方便。</p><p>　　第二節(jié) 繪制裝配圖應注意的問題</p><p>　　確定了各種參數(shù)和結構形式以后，就可以動手畫圖了，在標準圖副的圖紙上，用應鉛筆輕輕地畫出裝配圖的各部分輪廓及重要的結構，不許畫剖面線和標準尺寸，經(jīng)過修改以后再加深，集成裝配圖，為保證畫圖質量，畫地圖是線條必須很淺很細，以便修改，下面在指出幾點注意事項

88、：</p><p><b>　　注意合理布置視圖</b></p><p>　　主要的機械結構圖要求用A0或A號圖紙繪制出為了正確清楚地表達部分結構，必須選用足夠的視圖和局部視圖以達到視圖完整的要求。所謂視圖的完整是指能夠從裝配圖上拆繪出任一零件工作圖。</p><p>　　根據(jù)各視圖及各局部視圖的大致輪廓尺寸，并考慮好零件的標題欄，零件明細表，

89、零件編標，尺寸標注，以及技術要求的文字說明位置，就是進行畫圖的合理布置，布置視圖對要注意的將主視圖布置在圖面上的主要位置，布置中還應留有余地以免設計中補充其他圖形何必時的說明。</p><p><b>　　嚴格按比例畫圖</b></p><p>　　必須嚴格按國際制圖規(guī)定的比例畫圖，主要是圖應采用1:2或1:1繪圖局部視圖可采用與主視圖不同的比例，但必須在圖上標明，絕

90、谷允許參照圖樣任意的放大或縮小。</p><p><b>　　必須按標準繪圖</b></p><p>　　圖會上出現(xiàn)的螺釘、螺母、墊片、定位銷、軸承等標準件必須按照最新的國際繪制。</p><p><b>　　注意線條比例</b></p><p>　　畫圖質量的好壞與各部分線條的好壞有很大的關系，線

91、條的粗細也必須按照比例畫，粗實線、細實線、虛線、點畫線都要區(qū)別清楚剖面線應該畫成450，絲桿與螺紋底徑應畫成細實線等。</p><p>　　應標注必要的尺寸和公差配合</p><p>　　裝配圖應標注最大形體尺寸特征尺寸，主要零件的配合尺寸影響運轉特性與傳動精度的配合尺寸與其他尺寸。</p><p><b>　　結論</b></p>

92、<p>　　通過本次機床微機數(shù)控化改造技術，讓我更加懂得了畢業(yè)設計的重要性，也讓我學會了怎樣去做一個設計的方法及設計者在設計是應該考慮的問題。</p><p>　　對于本次實習任務，必須先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能解決各種設計參數(shù)和結構，然后分機械部分和電氣部分進行設計計算。</p><p>　　在設計中設計機械部分的結構裝配圖是一項重要的內(nèi)容，特別注意的是繪圖時一

93、些要求和注意的問題，只有嚴格按標準繪圖，才能繪出質量高的圖。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　機械加工技術 北京機械工業(yè)出版社2003</p><p>　　機床夾具設計 北京機械工業(yè)出版社1999</p><p>　　實用數(shù)控技術 北京兵器工業(yè)出版社1993</p>

94、<p>　　實用數(shù)控技術手冊 北京機械工業(yè)出版社1993</p><p>　　數(shù)控機床及其應用 北京機械工業(yè)出版社1993</p><p>　　數(shù)控加工工藝 北京化學工業(yè)出版社2004</p><p>　　機械制造技術 北京高等教育出版社2000</p><p>　　數(shù)控車床加工自動化需求 北京國防工業(yè)出版社20

95、02</p><p>　　機械加工工藝與裝備 北京清華大學出版社2007</p><p>　　數(shù)控機床及其應用 北京清華大學出版社2001</p><p>　　數(shù)控機床性能分析及可靠性設計技術 北京機械工業(yè)出版社2011</p><p>　　數(shù)控機床系統(tǒng)設計 北京化學工業(yè)出版社2011</p><p>　　數(shù)控銑床

96、與零件加工 北京化學工業(yè)出版社2011</p><p>　　數(shù)控銑加工與實訓 北京機械工業(yè)出版社2011</p><p>　　數(shù)控加工及編程 北京機械工業(yè)出版社2011</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝各位為我們的畢業(yè)設計而去操心的老師，感謝老師的精心指導和培養(yǎng)，在各位老師的幫助下，