c6140車床數(shù)控化改造課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　C6140車床縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　我國(guó)目前機(jī)床總量為380萬(wàn)余臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，這說(shuō)明我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。我們大多數(shù)制造業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工設(shè)備大多數(shù)是傳統(tǒng)機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)

2、量差、品種少、成本高等缺點(diǎn)，因此這些產(chǎn)品在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)了，這直接影響了企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須提高機(jī)床的數(shù)控化率。</p><p>　　對(duì)于我國(guó)的實(shí)際情況，大批量的購(gòu)置數(shù)控機(jī)床是不現(xiàn)實(shí)也是不經(jīng)濟(jì)的，只有對(duì)現(xiàn)有的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。數(shù)控改造相對(duì)于購(gòu)置數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，能充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，改造后的機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有很多突出優(yōu)點(diǎn)，由于數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)有很高的運(yùn)算能力，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)量，加工出較

3、復(fù)雜的曲線和曲面。其計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記憶和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可以實(shí)現(xiàn)另一工件的加工，從而實(shí)現(xiàn)“柔性自動(dòng)化”。改造后的機(jī)床不象購(gòu)買新機(jī)那樣，要重新了解機(jī)床操作和維修，也不了解能否滿足加工要求。改造可以精確計(jì)算出機(jī)床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，操作和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見(jiàn)效快。另外，數(shù)控改造可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像

4、購(gòu)入新機(jī)那樣需要重新構(gòu)筑地基，還可以根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和檔次，將機(jī)床改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床是以微電子技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)在應(yīng)用上比其他傳統(tǒng)的自動(dòng)化改造方案有較大的通用性和可用性，且投入費(fèi)用低，用戶承擔(dān)得起。由于自投入使用以來(lái)取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造中主要方向之一，也為我國(guó)傳統(tǒng)機(jī)械制造

5、技術(shù)朝機(jī)電一體化技術(shù)方向過(guò)渡的主要內(nèi)容之一。</p><p>　　機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。 </p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研

6、究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多

7、學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 </p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)C

8、AD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過(guò)程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序

9、控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程，因此，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。</p><p><b>　　第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1.1題目：CA6140車床縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控改造設(shè)計(jì)</p><p>　　C6140型普通車

10、床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會(huì)擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。</p><p>　　一般說(shuō)來(lái)，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。</p><p><b>　　1.2 任務(wù)</b></p&

11、gt;<p>　　把普通車床C6140改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。主要的任務(wù)要求如下所列：</p><p>　　床身上最大加工直徑400mm;</p><p>　　最大加工長(zhǎng)度1000mm；</p><p>　　X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量，Z方向（縱向）；</p><p>　　X方向最快移動(dòng)速度，Z方向?yàn)椋?lt;/p><

12、;p>　　X方向最快工進(jìn)速度，Z方向?yàn)椋?lt;/p><p>　　X方向定位精度，Z方向；</p><p>　　可以車削柱面、平面、錐面與球面等；</p><p>　　安裝四工位立式電動(dòng)刀架，系統(tǒng)控制自動(dòng)選刀；</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)可與PC機(jī)串行通信；</p><p>　　第二節(jié) 總體方案的確定</p&

13、gt;<p>　　總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)的軟件與硬件選擇，進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。</p><p>　　將普通車床經(jīng)數(shù)控化改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床后，不僅要保證它的加工精度，而且要求整個(gè)車床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本很大的降低?？紤]到上面的情況，進(jìn)給伺服系統(tǒng)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)任務(wù)要求的最大加工

14、直徑以及最大加工長(zhǎng)度、最快移動(dòng)速度和最快工進(jìn)速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)單方便，數(shù)控系統(tǒng)的CPU選用MCS-51系列的8位單片機(jī)。MCS-51系列8位單片機(jī)具有下面的特點(diǎn)：功能多、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性/價(jià)比高的諸多優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的所有要求，需對(duì)單片機(jī)進(jìn)行以下的操作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)與顯示電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路、I/O接口電路等，同時(shí)需選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。

15、</p><p>　　要達(dá)到任務(wù)要求你的精度要求和速度要求，縱、橫向的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的選用要考慮到摩擦力小，而且要考慮到傳動(dòng)精度高以及傳動(dòng)效率搞的問(wèn)題，因此傳動(dòng)系統(tǒng)選用滾珠絲杠螺母副；任何零件的裝配之間存在這間隙，二位了消除間隙就要考慮如何去消除它來(lái)提高系統(tǒng)的精度，因此滾珠絲杠的螺母應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇需要考慮到任務(wù)要求里的脈沖當(dāng)量以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)考慮到脈沖

16、當(dāng)量，為了滿足要求需要減速齒輪副，既然有了齒輪那就得考慮齒輪間隙，即要有消間隙機(jī)構(gòu)。</p><p>　　為了提高系統(tǒng)的操作方便性需要四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡盤(pán)。</p><p>　　第三節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1主軸系統(tǒng)的改造方案</p><p>　　對(duì)CA6140機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造時(shí)，選擇保留原有的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

17、和變速操縱機(jī)構(gòu)，因?yàn)槿绻麑?duì)其進(jìn)行改造那么任務(wù)量太大而且也沒(méi)多大的幫助。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止由數(shù)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成。</p><p><b>　　3.2安裝電動(dòng)卡盤(pán)</b></p><p>　　數(shù)控化改裝的要求就是提高加工效率，同時(shí)使車床的操作簡(jiǎn)單方便，因此工件的定位選用電動(dòng)卡盤(pán)，而KD11250型電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)就可以很好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求?？ūP(pán)的控制由數(shù)控系統(tǒng)完成。&l

18、t;/p><p>　　3.3換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架</p><p>　　考慮到車床的加工精度和自動(dòng)化程度，如果安裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可以完成一次裝夾多道工序，則會(huì)滿足以上的要求。因此將原有的刀架換成自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，刀架選用LD4B-CK6140型四工位立式電動(dòng)刀架。刀架的自動(dòng)換刀由相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)完成。</p><p>　　3.5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案</p><

19、p>　　拆除掛輪架所有齒輪，主軸保持不變。</p><p>　　拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與同步帶減速箱總成。</p><p>　　拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在床鞍的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。</p><p>　　拆除四方刀架與小滑板總成，在中滑板板上方安裝四工位立式刀架。</p><p>

20、　　拆除中滑板下的滑動(dòng)絲桿螺母副，將滑動(dòng)絲桿靠刻度盤(pán)一段鋸斷保留，拆掉刻度盤(pán)上的手柄，保留刻度盤(pán)附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。</p><p>　　將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭安裝到中滑板后部的床鞍上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。</p><p>　　拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。</p><p>　　改造完成的橫向、縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。<

21、/p><p>　　第四節(jié) 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型</p><p>　　縱、橫向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設(shè)計(jì)減速箱、選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。</p><p>　　4.1脈沖當(dāng)量的確定</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變成直線位移或角位移的軌型元件。對(duì)于每一個(gè)電脈沖，步進(jìn)電機(jī)都將產(chǎn)生一

22、個(gè)恒定的步進(jìn)角位移，每一個(gè)脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角（ 脈沖），每脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲杠副使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行件的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，選為脈沖。</p><p>　　根據(jù)所給的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量為，Z方向（縱向）為。</p><p><b>　　4.2切削力的計(jì)算</b><

23、/p><p><b>　?。?）縱向切削力算</b></p><p>　　如果工件的選用材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，則工件的許用應(yīng)力；刀具所用的材料選用碳素工具鋼，現(xiàn)選硬質(zhì)合金YT60，其中T代表碳素工具鋼，Y代表硬質(zhì)；刀具幾何參數(shù)為：主偏角，前角，刃傾角；切削用量為：背吃刀量，進(jìn)給量，切削速度。</p><p>　　查表得：，，，；主偏角的修正系數(shù)；刃傾角

24、、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為。</p><p>　　由經(jīng)驗(yàn)公式：，算得主切削力;由經(jīng)驗(yàn)公式：，可求的縱向進(jìn)給切削力,背向力。</p><p>　?。?）橫向切削力計(jì)算</p><p>　　橫向主切削力為縱向的一半，所以橫向主切削力</p><p>　　由經(jīng)驗(yàn)公式,求得橫向進(jìn)給切削力，背向力。</p><p>　

25、　4.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型</p><p><b>　　1.縱向：</b></p><p>　　(1) 工作載荷的計(jì)算</p><p>　　已知移動(dòng)部件總重量；主切削力，背向切削力，縱向進(jìn)給切削力。根據(jù)，，的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得：，，。</p><p>　　選用矩形-三角形組合滑動(dòng)導(dǎo)軌，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

26、書(shū)表3-29得到下面數(shù)據(jù)，取，，代入,得工作載荷.</p><p>　　(2) 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 </p><p>　　由任務(wù)要求知CA6140車床最快的進(jìn)給速度，當(dāng)Z向在承受最大切削力時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定絲杠基本的導(dǎo)程，在此條件下絲杠轉(zhuǎn)速。</p><p>　　要使車床能達(dá)到它的使用年限要求，這里選滾珠絲杠的使用壽命，代入,求得滾珠絲杠的使用壽命系數(shù)。</p&g

27、t;<p>　　查查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-30，選用載荷系數(shù)，硬度系數(shù)，代入式，求得滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷。</p><p><b>　　(3) 初選型號(hào)</b></p><p>　　上面求得了滾珠絲杠最大動(dòng)載荷，查查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-33，選擇FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑（即大徑）為，基本導(dǎo)程（導(dǎo)程指的是螺紋上

28、任意一點(diǎn)沿同一條螺紋旋轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離）為，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為，精度等級(jí)取4級(jí)，查表得它的額定動(dòng)載荷為13200N，而算得的最大動(dòng)載荷為9703N大于它的額定動(dòng)載荷所以滿足要求。</p><p>　　(4) 傳動(dòng)效率的計(jì)算</p><p>　　將上面選取的絲杠直徑和導(dǎo)程，，代入，求得絲杠螺旋升角。將摩擦角，代入，得傳動(dòng)效率。</p><p><b>

29、　　(5) 剛度的驗(yàn)算</b></p><p>　　1） 縱向滾珠絲杠的安裝，一端固定用一對(duì)面對(duì)面組裝的推力角接觸球軸承固定，另一端采用簡(jiǎn)單支架的方式支撐。算上絲杠總長(zhǎng)和兩端接桿的總長(zhǎng)，則他們總體的中心距離約為；已知鋼的彈性模量；查查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-33得滾珠直徑，算得絲杠底徑公稱直徑滾珠直徑。算的絲杠橫截面積S=1019.64mm。忽略式中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生

30、的變形量。</p><p>　　2）根據(jù)公式式中d。為螺紋中徑，求得單圈滾珠數(shù)目,而我所選取的絲杠為雙螺母，因此滾珠總?cè)?shù)為，求得滾珠總數(shù)量。這里要考慮滾珠絲杠的預(yù)緊，軸向預(yù)緊力與工作載荷存在關(guān)系。則由式,求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了絲杠的預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的，所以實(shí)際變形量可減小一半，則此時(shí)。</p><p>　　3）將上面求得的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度）

31、。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-27可得4級(jí)精度滾珠絲杠任意軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許，而我所改造的滾珠絲杠的總變形量為，小于所要求的最大變形量，因此選的這樣的絲杠剛度滿足要求。</p><p>　　(6) 壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　臨界載荷的計(jì)算式為可以用它來(lái)計(jì)算絲杠失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-34其支承系數(shù)；由絲杠底徑，求得截面積慣性矩

32、；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)取3（絲杠臥式水平安臨界載荷裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離取最大值。代入式，得臨界載荷,遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　由上面的計(jì)算可知選用的滾珠絲杠副滿足題目要求。</p><p>　　4.4同步帶減速箱的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能地減小，傳動(dòng)鏈中常

33、采用減速傳動(dòng)。C6140車床縱向減速箱選用同步帶傳動(dòng)。</p><p>　　選用同步帶的優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　　同步帶通常以鋼絲繩作負(fù)載心層，由于鋼絲繩受載后變形極小，任然保持帶長(zhǎng)不變，故與帶輪間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比恒定。同步帶薄而輕，可用于高速場(chǎng)合，線速度可達(dá)到40m/s，傳動(dòng)比可到到10，傳動(dòng)效率可達(dá)到98%。當(dāng)然同步帶也存在著制造和安裝精度較高，中心距要求較嚴(yán)格的。<

34、;/p><p>　　設(shè)計(jì)同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳動(dòng)的功率；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比；傳動(dòng)系統(tǒng)的位置和工作條件等。</p><p>　　通過(guò)網(wǎng)上查閱資料得到相關(guān)改造數(shù)據(jù)，C6140車床縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩一般都在之間選擇。初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為130BYG5501,五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為。</p><p><b>　　傳動(dòng)比的確定<

35、/b></p><p>　　已知電動(dòng)機(jī)的步距角，脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，代入式算得傳動(dòng)比</p><p><b>　　主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　由縱向床鞍的最快移動(dòng)速度，得出主動(dòng)輪的最高轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　確定帶的設(shè)計(jì)功率</b></p><

36、;p>　　預(yù)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率為。當(dāng)脈沖頻率為時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為，對(duì)應(yīng)的輸出功率計(jì)算得到為。取，,代入式，可以算得帶的設(shè)計(jì)功率為.</p><p><b>　　選擇帶型和節(jié)距</b></p><p>　　根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率和主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-14選取同步帶的型號(hào)為L(zhǎng)型，它的節(jié)距。</p&g

37、t;<p>　　確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑</p><p>　　由于齒輪主要為磨損失效，故小齒輪不宜選用過(guò)多的齒數(shù)，一般選15~20。這里選用小齒輪的齒數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑。當(dāng)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)，同步帶速度為，沒(méi)有超過(guò)L型帶的極限速度。</p><p>　　確定大帶輪齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑</p><p>　　大帶輪齒數(shù)，節(jié)圓直徑。</p>

38、<p>　　初選中心距、帶的節(jié)線長(zhǎng)度、帶的齒數(shù)</p><p>　　初選中心距，圓整后取。則帶的節(jié)線長(zhǎng)度為。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3-13選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度Lp=381mm，相應(yīng)齒數(shù)。</p><p><b>　　計(jì)算實(shí)際中心距</b></p><p><b>　　實(shí)際中心距。</b></p&

39、gt;<p>　　校驗(yàn)帶與小帶輪的的嚙合齒數(shù)</p><p>　　，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。此處表示取整。</p><p><b>　　計(jì)算基準(zhǔn)額定功率</b></p><p>　　所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率：，式中 表示帶寬為時(shí)的許用工作壓力，查表得；表示帶寬為時(shí)的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，查表得；表示同步帶的帶速，

40、由上述（5）知。代入式子算得.</p><p>　　確定實(shí)際所需同步帶寬度</p><p>　　，式中表示選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度，查表得；表示小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查表得。由上式算得，再根據(jù)表選取標(biāo)準(zhǔn)帶寬。</p><p><b>　　帶的工作能力驗(yàn)算</b></p><p>　　根據(jù)式，計(jì)算同步帶額定功率的精確值：式中 為齒

41、寬系數(shù)：。經(jīng)計(jì)算得,而,滿足。因此，帶的工作能力合格。</p><p>　　4.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 </p><p>　　計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱直徑，總長(zhǎng)（帶接桿），導(dǎo)程，材料密度；縱向移動(dòng)部件總重量；同步帶減速箱大帶輪寬度，節(jié)徑，孔徑，輪轂外徑，寬度；小帶輪寬度，節(jié)徑，孔徑，輪轂外徑，寬度

42、；傳動(dòng)比。</p><p>　　查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表4-1，可得出：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；床鞍折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；小帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，大帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在設(shè)計(jì)減速箱時(shí)，初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為130BYG5501，查表得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：。</p><p>　　計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p>&

43、lt;p>　　分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由式，可知包括三部分：快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：

44、 （4-1）</p><p>　　根據(jù)式，考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： （4-2）式中 表示對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為；表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為。其中： （4-3） 式中 表示縱向空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書(shū)指定為；表示縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角。為；表示縱向脈沖當(dāng)量，為。將以上各值帶入式（4-3），算得。&l

45、t;/p><p>　　設(shè)表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，縱向傳動(dòng)鏈總效率；則由式（4-2）求得：，由式可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （4-4）式中 表示導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌?。槐硎敬怪狈较虻墓ぷ鬏d荷，空載時(shí)取；表示縱向傳動(dòng)鏈總效率，取。則由式（4-4）得：，最后由式（4-1），求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b&

46、gt;　　(4-5)</b></p><p>　　最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由式可知，包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： （4-6）</p><p>　　其中，折算

47、到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式計(jì)算，本例中在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知進(jìn)給方向的最大工作載荷,則有：</p><p>　　再由式計(jì)算承受最大工作負(fù)載（）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　最后由式（4-6），求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：

48、 （4-7）</p><p>　　經(jīng)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩： （4-7）</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定</p><p>　　考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟布，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取安全系數(shù)，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大

49、靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： （4-8）</p><p>　　對(duì)于前面預(yù)選的130BYG5501型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表4-5可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩，可見(jiàn)完全滿足式（4-8）要求。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>　　1）最大工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書(shū)給定縱向最快工進(jìn)速度

50、，脈沖當(dāng)量，由式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。在此頻率下，查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)圖6-4電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書(shū)給定縱向最快空載移動(dòng)速度，由式，可以求的在此速下的電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)圖6-4得，此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空

51、載起動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核</p><p>　　最快空載移動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表4-5得步進(jìn)電機(jī)130BYG5501的極限運(yùn)行頻率為，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。</p><p><b>　　4）起動(dòng)頻率的計(jì)算</b></p><p

52、>　　已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)最高空載起動(dòng)頻率。由式，可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：，上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降頻率時(shí)，起動(dòng)頻率選得很低，通常只有(即)。</p><p>　　綜上所述，縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用130BYG550步進(jìn)電動(dòng)

53、機(jī)，可以滿足要求。</p><p>　　4.6同步帶傳遞效率的校核</p><p>　　分兩種工作情況，分別進(jìn)行校核。</p><p><b>　　快速空載起動(dòng)</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至，由式（4-5）可知，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，傳遞的功率為。</p><p>　　最大工作

54、負(fù)載、最快工進(jìn)速度</p><p>　　由式（4-7）可知，帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，任務(wù)書(shū)給定最快工進(jìn)速度，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。傳遞的功率為。</p><p>　　可見(jiàn)，兩種情況下同步帶傳遞的負(fù)載功率均小于帶的額定功率。因此，選擇的同步帶功率合格。</p><p>　　第五節(jié) 繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖</p><p>　　在完成滾珠絲杠螺母

55、副和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選型后可以著手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。在繪制機(jī)械裝配圖時(shí)，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的一些問(wèn)題。</p><p>　　了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　　根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號(hào)，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號(hào)。</p><p>　

56、　考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。箱上的聯(lián)接與定位等。</p><p>　　考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問(wèn)題。</p><p>　　在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。</p><p>　　第六節(jié) 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以

57、下功能：</p><p>　　接收鍵盤(pán)數(shù)據(jù)，控制LED顯示；</p><p>　　接收操作面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信號(hào)；</p><p>　　接收電動(dòng)卡盤(pán)夾緊信號(hào)與電動(dòng)刀架刀位信號(hào)；</p><p>　　控制X、Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；</p><p>　　5） 控制電動(dòng)卡盤(pán)的夾緊與松開(kāi)；</p><p&

58、gt;　　6） 控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀；</p><p>　　7） 與PC機(jī)的串行通信。</p><p>　　圖（1）為控制系統(tǒng)的原理框圖。</p><p>　　CPU選用ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89S52；由于AT89S52本身資源有限，所以擴(kuò)展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)底層程序；擴(kuò)展了一片SRAM芯片6264用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

59、器，存放用戶程序；鍵盤(pán)與LED顯示采用8279來(lái)管理；輸入輸出口的擴(kuò)展選用了并行接口8255芯片，一些進(jìn)出的信號(hào)均做了隔離放大；模擬電壓的輸出借助于DAC0832;與PC機(jī)的串行通信經(jīng)過(guò)MAX233芯片。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的操作面板設(shè)置了48個(gè)微動(dòng)按鈕，三個(gè)船形開(kāi)關(guān)，一只急停按鈕，顯示器包括1組數(shù)碼管和7只發(fā)光二極管。</p><p><b>　　圖（1）</b

60、></p><p>　　第七節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用</p><p>　　本例中X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG5802,Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為30BYG5501。兩種電動(dòng)機(jī)除了外形尺寸、步距角和輸出轉(zhuǎn)矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為5相混合式，5線輸出，電動(dòng)機(jī)供電電壓，電流5安。這樣，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源可用同一型號(hào)。在此，選擇合肥科林?jǐn)?shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻

61、調(diào)壓型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為BD5A。</p><p>　　第八節(jié) 控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　存儲(chǔ)器與I/O芯片地址分配</p><p>　　根據(jù)圖三中地址譯碼器U4（74LS138）的連接情況，可以算出主機(jī)板中存儲(chǔ)器與I/O芯片的地址分配，如下表所示：</p><p>　　控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序</p><