CA1650普通車床改造成cs-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

《CA1650普通車床改造成cs-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《CA1650普通車床改造成cs-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文（29頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及總體方案的確定 將CA1650普通車床改造成cs-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。要求該機(jī)床有自動(dòng)回轉(zhuǎn)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(bǔ)功能，系統(tǒng)分辨率縱向0.001mm。橫向0.005mm。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 最大加工直徑： 在床面上：360mm 在床面上：210mm 最大加工長度： 快進(jìn)速度： 最大切削進(jìn)給速度： 啟動(dòng)加速時(shí)間：30ms 機(jī)床定位精度：± 最小指令值： 自動(dòng)升降性能：有 ①系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)與與運(yùn)動(dòng)方式的選擇 由于改造后的數(shù)控經(jīng)濟(jì)型車床應(yīng)

2、具有定位，直線插補(bǔ)順圓和逆圓插補(bǔ)，暫停和循環(huán)加工。公英制螺紋加工工藝功能。故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高。為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 ②計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)，由于MSC—51系列單片機(jī)具有集成度高。可靠度好，功能強(qiáng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用MSC-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 ③機(jī)械傳動(dòng)方式 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需求的分辨率，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)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(shí)為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加緊負(fù)荷齒輪傳動(dòng)，也要采用消除齒側(cè)

3、間隙的結(jié)構(gòu)。 第二章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算，內(nèi)容包括確定系統(tǒng)的負(fù)載確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部分慣性計(jì)算空載啟動(dòng)及切削力矩的計(jì)算，確定伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)及單向元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及運(yùn)用，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖等 第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量稱為脈沖當(dāng)量，也稱機(jī)床最小設(shè)定單位，脈沖當(dāng)量衡量機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床采用的脈沖當(dāng)量是0.01~0.005每脈沖，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床常采用的脈沖當(dāng)量是0.002~0.001每脈沖，在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)機(jī)床精度要求確定其脈沖當(dāng)量縱向0.01mm/step,橫向：0.0

4、05mm/step。 第二節(jié) 切削力的計(jì)算 在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算傳動(dòng)和導(dǎo)向元件選用伺服電動(dòng)機(jī)等需要利用到切削力，下面就以切削力，用三種方法計(jì)算，并取其平均值做主切削力。 一、 用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算切削力： max 1.縱切外圓： Fz 式中：D max---車床床身加工的最大直徑（mm） Fz×360)N =4576N 求出切削力Fz后，在按照下比例分別求出Fx和FY Fz：Fx Fx=4576×0.25=1144N FY=4576×0.4=1830N 2.橫切斷面： 主切削力Dz可取橫切削力的1/2

5、 Fz、= Dz×1/2=2280N 此時(shí)走刀抗力為Fy、（N），吃刀抗力的Fx、（N）仍按上述比例粗略計(jì)算： Fz、： Fx、： Fy、 Fx、=2288×0.25=572N Fy、=2288×0.4=915 N 二．按切削力計(jì)算切削力 下面介紹的按經(jīng)驗(yàn)公式按求計(jì)算切削力的方法是比較簡單而使用的，但對(duì)于不同的專用機(jī)床來說，計(jì)算結(jié)果不一定準(zhǔn)確。所以對(duì)某一指定了專門用途的數(shù)控機(jī)床，應(yīng)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(jì)算公式來計(jì)算切削力。 Fz=9.8/( Fz－aPDz fzfz fz(60v)n FzKFz Fx =9.

6、8/( Fx－aPx fx fx fx(60v) n F xKFx FY =9.8/( FY－aPy fy fy fy (60) n FYKFY 式中; Fz、 Fx、 FY——主切削力進(jìn)給抗力切削抗力（N） aP——切削深度(mm) V——切削速度（m/s） f——進(jìn)給量（mm/v） KFz、 KFx、KFY——總修正系數(shù)包括由于工件材料強(qiáng)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(duì)切削力的修正系數(shù)。 三．按照機(jī)床主電機(jī)的功率計(jì)算： 上面介紹了切削量計(jì)算切切削力雖然比較準(zhǔn)確，但只能是用于加工某種工件的專用機(jī)床，對(duì)于普通機(jī)床的數(shù)控化改造或涉及通用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)

7、床來說，切削用量的范圍較大，這樣就導(dǎo)致了切削力計(jì)算結(jié)果差別很大，這里介紹的三種方式，就是按照需要進(jìn)行數(shù)控及改造設(shè)計(jì)的普通車床的主電動(dòng)機(jī)功率來計(jì)算切削力，其具體方法如下： Pe：PY 式中： Pe——切削功率（KW） P——機(jī)床主傳動(dòng)功率 Y——主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械功率，可近似取以下數(shù)值 大型機(jī)床：Y=0.7~0.88 Mn=9550Pe/n 式中Mn ——主軸傳遞的扭矩（Nm） N ——主軸轉(zhuǎn)矩（r/min）是主軸傳遞全部功率是的最低轉(zhuǎn)速 Ft ——FzMn/d×103 式中：Fz ——主切削力（N） d ——工件直徑可采

8、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 。 第三節(jié) 滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算和選型 滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì)者首先要選擇結(jié)構(gòu)類型，去定螺母循環(huán)方式，結(jié)構(gòu)類型確定之后，用于確定和計(jì)算其他參數(shù)，包括公稱直徑d或四缸外徑d導(dǎo)程L，滾珠絲桿工作圈數(shù)J,列數(shù)k精度等級(jí)等。 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(shè)計(jì)中選用是外循環(huán)雙螺母滾珠絲桿，其滾珠絲桿副的預(yù)緊方式。 滾珠絲桿副的計(jì)算步驟如下： 一、計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm 作用在絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)的件重量以及切削力在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)?？v向進(jìn)給作用力綜合型

9、導(dǎo)軌，其進(jìn)給牽引力Fm（N）的計(jì)算公式如下： Fm=k·Fx+f、(Fz+U) ××（4576++1500）] =2288（N） 式中：k —— f‘ —— U ——溜板極刀架重力需1500N。 二、計(jì)算最大動(dòng)荷載 選用滾珠絲桿副的直徑do時(shí)，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)（106轉(zhuǎn)）后，在它的軌道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值，即稱為該絲杠能承受的最大負(fù)載，可用下試計(jì)算： C=3√L fwFm L=60nt/106 n=1000Vs/ Lo 式中：Lo——滾珠絲杠導(dǎo)程選6mm N——絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）

10、 Vs—— T——使用壽命按1500h fw—— L——壽命以106轉(zhuǎn)為一個(gè)單位 n=1000Vs/ Lo=1000×× L=60nT106=60×6× C=3√LfwFm=3√××2288=9191N 三、滾珠絲桿螺母的選型 查表可采用WoLr4006外循環(huán)螺母調(diào)整預(yù)緊力的雙螺母滾珠絲杠副，例2.5圈其預(yù)定動(dòng)荷載為16400N。等級(jí)精度選3級(jí)。 四、傳動(dòng)效率計(jì)算 η=tanr/tan（r+φ） 式中：r——螺旋升高 WL·4006=2q44ˋ Φ—— η=tanr/tan（r+φ） =tan2q44ˋ/tan（2o44ˋ+

11、10ˋ） 五、剛度驗(yàn)算 橫向進(jìn)給絲桿支撐方式如下圖，最大牽引力為2063N,支撐間距L=350mm。因絲杠長度較短，不需要預(yù)緊，螺母及支撐預(yù)緊。 車床橫向進(jìn)給絲桿計(jì)算圖 1（mm) 查圖根據(jù)Fm、=2785(N) D=20mm， 查出fL/L0×10-5 可算出f1=fL/L0××10-5××10-2mm L f2 μm 因進(jìn)行了預(yù)緊 f2μm 3 采用8102推力球軸承dQ=4.763 、 Z=12 、 d=1

12、5mm fc3√Fm2/dQZ23√27852 考慮到預(yù)緊，故： f3=1/2fc=1/2× 綜合以上幾項(xiàng)變形量之和： f=f1 顯然，此變形量已大于定位精度的要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，修改設(shè)計(jì)。因橫向溜板設(shè)計(jì)限制，不易再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌，減小摩擦力，從而減小最大牽引力，從新計(jì)算如下： Fm、、+f、（Fz+2Fx+μ、) ×9.15+0.004(4576+2×572+800) =1594N 式中：f、——軸套與軸架以及主軸的鍵上摩擦系數(shù) f、取0.004 從圖中差：Fm、=1594N時(shí)， fL/L0×10-5 f1=fL/L0××10-5

13、× 由于采用了貼塑導(dǎo)軌，減小了最大牽引力Fm、所以需要從新計(jì)算或查表確定f2和f3 查表圖得fQμm 因進(jìn)行了預(yù)緊,故: f2=1/2fQμm fc3√Fm2/dQ×μm f3=1/2fc 則：f=f1+f2+f3 橫向進(jìn)給定位精度應(yīng)為縱向進(jìn)給定位的1/2，應(yīng)力此時(shí)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(yù)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(shè)計(jì)中可以查出設(shè)計(jì)的過程要經(jīng)過反復(fù)修該系數(shù)，反復(fù)計(jì)算，才能達(dá)到滿意的結(jié)果。 六、穩(wěn)定性校核 對(duì)于已選尺寸的絲桿在給定的條件下，承受

14、最大軸向負(fù)載時(shí)，沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn))的危險(xiǎn)。 FK=f2π2E/L2 式中：E——材料彈性模量（N/cm2×106N/cm2 I——截面慣性矩對(duì)于絲桿為πd14/64(d1為絲桿半徑） L——絲桿兩支承端離 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 I=πd14/64=π4 FK=f2π2E/L2=2×2××106×2=7821N nk=FK/Fm、≥【nk】 一般【nk】=2.5~4，所以該滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 （三）縱向及橫向滾珠絲桿副幾何參數(shù) 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

15、公稱直徑和導(dǎo)程L以后，才進(jìn)行計(jì)算出來的。 WL4006及WL2005絲桿幾何參數(shù) 單位（mm） 參數(shù)名稱 符號(hào) 關(guān)系式 WL 4006 WL 2005 滾珠滾道 公稱直徑 d0 40 20 導(dǎo)程 L0 6 5 螺桿 螺母 接觸角 β 2o44、 4o33 鋼球直徑 d0 3969 滾道法面半徑 R 偏心徑 e e=(R-dg/2)sinβ 螺紋升角 γ

16、 y=arctanL0/πD0 2o44、 4o33 外徑 d d=d0-(0.2-0.25)dg 39 內(nèi)徑 d1 d1=d0+2e-2R 接角直徑 d2 d2=d0-dgcosΒ 螺紋直徑 D D=d0-2e-2R 內(nèi)徑 D1 D1=d0-(0.2-0.25)d0 第四節(jié) 齒輪的傳動(dòng)比 一、縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比的計(jì)算 0=6mm.初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為0.75，可計(jì)算傳動(dòng)比為i=360fp/Q2L0=360×75× 可選定齒輪數(shù)為： i=Z1/Z2=32/40或20/25 Z1=32 Z2=40 或Z1

17、=20 Z2=25 二、橫向進(jìn)給齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量fp=0.005，滾珠絲桿導(dǎo)程L0=5mm初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角0.75，可計(jì)算出傳動(dòng)比i為 i=360fp/Q2L0=360×× 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不能是齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程。故此處可采用兩級(jí)齒輪減速； i=Z1/Z2×Z3/Z4=3/5×4/5=24/40×20/25 Z1=24 Z2=40 Z3=20 Z4=25 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)參數(shù)參照下表 齒輪傳動(dòng)幾何參數(shù) 齒數(shù) Z 32 40 24 40 20

18、25 分度圓 d=mz 64 80 48 80 40 50 齒頂數(shù) d=d+mz 68 84 52 84 44 54 齒寬 6~10 20 20 20 20 20 20 中心距 A=(d+d)/2 72 64 45 齒根數(shù) 59 75 43 75 35 45 為了消除齒輪側(cè)隙，可采用雙片齒輪，這樣齒寬可加大到（6~10mm） 第五節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和使用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載在折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效傳動(dòng)慣量包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)慣量，分別計(jì)算各種工況下所需的等效

19、力矩，再根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的量最大靜載負(fù)載和起動(dòng)運(yùn)行頻率特征選擇合適的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，但在初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)之前，不僅未畫出機(jī)械機(jī)構(gòu)草圖，而且無法確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而必須先根據(jù)一些估數(shù)據(jù)初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，再按上述方法進(jìn)行驗(yàn)算。 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作的特點(diǎn)是脈沖走一步，每一步都有一個(gè)加速過程，因而對(duì)負(fù)載慣量很敏感，為了滿足負(fù)載慣量盡可能小的要求，同時(shí)也要滿足一定的脈沖當(dāng)量，常采用齒輪降速傳動(dòng)。 一、初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角θ 對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就用轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，叫做步距角，電動(dòng)機(jī)的總回轉(zhuǎn)角和輸入脈沖數(shù)成正比，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速則正比于輸入脈沖的頻率，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步

20、距角越小，意味著它能達(dá)到的位置精度越高，通常步距角是3000，步距角的大小跟通電方式機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中θ0000是五相五拍。 二、初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 〈一〉縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm 1. 根據(jù)滾珠絲桿副所承受的進(jìn)給牽引力Fm，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm（N·cm） Tm=3600fpFm/2yθ0π 式中：fp=脈沖當(dāng)量（mm/step) Fm——進(jìn)給牽引力（N) θ0——0 y—— Tm=3600fpFm/2yθ0π =3600××2288/2π×××× ·cm 2. 估算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq ·cm imax 查表如取五相十拍

21、時(shí)，則: Timax=Tq ·cm fe=100VS/60fp fk=1000Vmax/60fp =1000×× =4000HZ 式中：VS——最大切削進(jìn)給速度（mm/min) Vmax——最大位移速度（m/min) fp—— 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax·cm＞Timax，可以滿足條件，考慮到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)選擇大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電6:43機(jī)，以留下一定的余量，另一方面，與同類型機(jī)床進(jìn)行類比，決定利用150BF002步進(jìn)電機(jī)，但從表中查出，150BFF002步進(jìn)電機(jī)最高空轉(zhuǎn)起動(dòng)頻率2800HZ，不

22、能滿足fk（4000HZ)的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件升降速程序來解決。 (二） 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 初選出步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并繪制私服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)草圖之后，就可以按下面步驟計(jì)算私服系統(tǒng)折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的系統(tǒng)流動(dòng)慣量及等效轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行校核。 1、 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 （1）齒輪軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算 圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·㎡）計(jì)算公式如下： J=MD2/f ×D2L×10-3 式中：M——圓柱體質(zhì)量（kg) D——圓柱體直徑（cm） L——圓柱體長度或圓度（cm） ×10-5 kg/cm3

23、所以J1×10-3×d14L1 ×10-3×4×2)kg·cm2·cm2 J2×10-3d24l2 ×10-3×84×2）kg·cm2 ·cm2 J3×10-3×44×150）kg·cm2 （2） 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)時(shí)步進(jìn)電機(jī)150BF其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=10kg·cm2 （3） 傳動(dòng)系數(shù)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算出來 Jε=Jm+J1+（Z1/Z2)2·[（J2+J3）+G/g·（L0/2π）2] 式中：Jm——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·c

24、m2） J1、J2——齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2） J3——滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量（kg·cm2) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算則： Jε=Jm+J1+（Z1/Z2)2·[（J2+J3）+G/g·（L0/2π）2]4 =10+2.62+（32/40）2×[(6.39+29.52)+1500×2×4π2)] ·cm2 必須注意：在上式中根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，傳動(dòng)系統(tǒng)慣量J和轉(zhuǎn)子慣量Jm之間，有一個(gè)慣量的匹配問題，Jm/J的比值不能太小，否則機(jī)床動(dòng)態(tài)特型將會(huì)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(jì)的。 考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量

25、匹配的問題： Jm/Jε 基本滿足慣量匹配的要求 2. 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的計(jì)算 電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在各種情況下是不同的，下面分快速空載，起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩，快速進(jìn)給時(shí)，轉(zhuǎn)矩最大切削負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩等分級(jí)部分組成，介紹其計(jì)算方法: (1) 快速空在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M 在快速空在啟動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占得比例比較大，具體計(jì)算公式如下: M=Mmax+Mf+M0 式中：M——快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（N·m） Mmax——空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)軸上的加速轉(zhuǎn)矩 Mf——折算到摩擦軸上的摩擦軸轉(zhuǎn)矩 M0——由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸的復(fù)合摩擦轉(zhuǎn)矩 Mmax=Jε·ε =（Jε·2πnmax/60ta）·10-2 nm

26、ax=(μmax/fp)·（Q0/3600） 將前面數(shù)據(jù)代入，式中符號(hào)意義同前： nmax=(μmax/fp)·（Q0/3600） =(2400/0.01）·0) =500r/min 起動(dòng)加速時(shí)間： ta=30m/s Mamax=（Jε·2πnmax/60ta）·10-2 ·cm 折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Mf Mf=F0L0/2πyi =f`(Fz+G)L0μ/2πyz2 ×（4576+1500）×0.6/(2π××1.25) ·cm 附和摩擦轉(zhuǎn)矩m0 m0=FD0L0(1-y02)/2πyi =1/3FμL0(1-y02)z1/2πyz2 =[1/3·228

27、8··（1-0.92/（2π··1.25）]N·cm ·cm 上述三項(xiàng)合計(jì)： M=Mamax+Mf+M0 ·cm （2） 快速進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)矩M、 M、=Mf+M0=（92.8+12.46）N·cm ·cm （3） 最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩M、、 M、、=Mf+M0+Mt 式中：Mt——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩在應(yīng)用絲杠螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各轉(zhuǎn)矩（N·cm） 可采用下式計(jì)算： Mamax=Jε·ε=Jε·（2πnmax/60ta）·10-2 Nmax=(Vmax/fp)·Q0/3600 式中Jε——傳動(dòng)系統(tǒng)中折算到電機(jī)軸上的點(diǎn)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2

28、） ε——點(diǎn)擊最大角加速度（rad/s2） nmax——電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度（r/min） Vmax——轉(zhuǎn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)度（mm/min） fp——脈沖當(dāng)量（mm/step) ta——運(yùn)動(dòng)部件從停止期初加速度到最大快速速度所需時(shí)間（s） 摩擦轉(zhuǎn)矩公式: Mf=F0L0/2πyi F0=f`(FZ+G) 式中:F0——導(dǎo)軌的摩擦力（N） FZ——垂直方向上的切削力（N） G——運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N） f`——導(dǎo)軌摩擦系數(shù) i——齒輪降速比 n——傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7～0.85. 附加轉(zhuǎn)矩摩擦公式： M0=FD0L0(1-n2)/2πyi

29、式中：FD0——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)載，一般可取1/3Fm，為進(jìn)給率引力（N) L0——滾珠絲桿導(dǎo)程 y——滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)功率，一般可取≥ Mt=FtL0/2πyi 式中：Ft——進(jìn)給方向最大切削力 M、、=Mf+M0+Mt =Mf+M0+fxL0/2πyi =105.26+1144·0.6/（2···0.125） =214。56N·cm 經(jīng)過上述計(jì)算以后，在M、M、、兩種力矩中其中大者作為選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，對(duì)于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)橐ＷC一定的動(dòng)態(tài)性能，系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)較小，而等效

30、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又較大，故電機(jī)轉(zhuǎn)矩主要用來產(chǎn)生加速的，而負(fù)載力矩往往小于加速轉(zhuǎn)矩，故常用快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為五相十拍時(shí)，λ=M0/Mamax=0.951，則最大靜轉(zhuǎn)矩為： Mjmax=(739.76+0.951)N·cm ·cm大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項(xiàng)要求。 3. 校核不禁電機(jī)效率特性 前面所述根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩，Mjmax初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)一定滿足實(shí)際工作要求，也就是所盡管最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax，數(shù)據(jù)能滿足要求，但是并不能保證在快速空載負(fù)載時(shí)起動(dòng)和空行時(shí)不失步，所以還必須用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率特性和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩頻率特性，兩條重要的特性曲線來驗(yàn)證，所選

31、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是否滿足要求。 前面已計(jì)算出此機(jī)床最大快移時(shí)需要步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高起動(dòng)頻率為 Fk=4000HZ，切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率fe為833HZ。 前面已計(jì)算機(jī)床最大快移時(shí)所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為2800HZ,運(yùn)行頻率為8000HZ，再從圖中查出150BF002步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩頻率特性和運(yùn)行特性曲線如下圖，看出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)f=2500 HZ， M=100N··cm，根據(jù)在電路上采用高低驅(qū)動(dòng)電路還可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。 起動(dòng)矩頻率特性

32、 f/HZ 0 0 2000 1000 2500

33、 運(yùn)動(dòng)矩頻特性 F/HZ F/HZ 1000 500 150BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的矩頻特性完全可以滿足條件。 三． 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) 橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和校核與縱行進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同，此處略。經(jīng)過計(jì)算和類比設(shè)計(jì)，決定選用130BF001型步進(jìn)

34、電動(dòng)機(jī)。 第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖，用以表達(dá)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，設(shè)計(jì)結(jié)果及特點(diǎn)是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，對(duì)于機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)員來說，是一項(xiàng)基本技能的重要訓(xùn)練，必須引起足夠的重視。 在對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算，已選定滾珠絲桿螺母副規(guī)格編號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，降速齒輪的幾何參數(shù)選定以后，就可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該先確定部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形式調(diào)整方式等，然后再動(dòng)手繪制裝配圖，最后在繪制正式裝配圖，下面分別敘述各項(xiàng)注意事項(xiàng)。 第一節(jié) 微機(jī)數(shù)控化改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意問題 盡量減小普通數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的改動(dòng)量 對(duì)于

35、普通數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足機(jī)床總體布局的前提下，應(yīng)盡可能利用原來的零件，盡量減小改動(dòng)量，尤其是機(jī)床較大的部件，例如機(jī)身、床鞍、拖板銑床的工作臺(tái)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。 在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，雖然結(jié)構(gòu)尺寸不想改造那么嚴(yán)格設(shè)計(jì)改造，但也應(yīng)該參考同類型機(jī)床，在初步估算以后，在進(jìn)行類比，是結(jié)構(gòu)尺寸緊湊合理。 1. 滾珠絲桿螺母副和消除齒輪安裝調(diào)整要方面 滾珠絲桿螺母副和消除齒輪的調(diào)整對(duì)于進(jìn)行伺服系統(tǒng)是很關(guān)鍵的問題，如果調(diào)整不好會(huì)出現(xiàn)反向死區(qū)和失步現(xiàn)象，影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須注意，留出控制螺釘?shù)目谆蜃銐虻陌崾挚臻g。

36、 2. 設(shè)計(jì)時(shí)注意裝配工藝 在設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給私服系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)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。 第二節(jié) 繪制裝配圖應(yīng)注意的問題 確定了各種參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式以后，就可以動(dòng)手畫圖了，在標(biāo)準(zhǔn)圖副的圖紙上，用應(yīng)鉛筆輕輕地畫出裝配圖的各部分輪廓及重要的結(jié)構(gòu)，不許畫剖面線和標(biāo)準(zhǔn)尺寸，經(jīng)過修改以后再加深，集成裝配圖，為保證畫圖質(zhì)量，畫地圖是線條必須很淺很細(xì)，以便修改，下面在指出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)： 1. 注意合理布置視圖 主要的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖要求用A0或A號(hào)圖紙繪制出為了正確清楚地表達(dá)部分結(jié)構(gòu)，必須選用足夠的視圖和局部視圖以達(dá)到視圖完整的要求。所謂視圖的完整是指能夠從

37、裝配圖上拆繪出任一零件工作圖。 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(biāo)題欄，零件明細(xì)表，零件編標(biāo)，尺寸標(biāo)注，以及技術(shù)要求的文字說明位置，就是進(jìn)行畫圖的合理布置，布置視圖對(duì)要注意的將主視圖布置在圖面上的主要位置，布置中還應(yīng)留有余地以免設(shè)計(jì)中補(bǔ)充其他圖形何必時(shí)的說明。 2. 嚴(yán)格按比例畫圖 必須嚴(yán)格按國際制圖規(guī)定的比例畫圖，主要是圖應(yīng)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(biāo)明，絕谷允許參照?qǐng)D樣任意的放大或縮小。 3. 必須按標(biāo)準(zhǔn)繪圖 圖會(huì)上出現(xiàn)的螺釘、螺母、墊片、定位銷、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件必須按照最新的國際繪制。 4. 注意線條比例 畫圖質(zhì)量的

38、好壞與各部分線條的好壞有很大的關(guān)系，線條的粗細(xì)也必須按照比例畫，粗實(shí)線、細(xì)實(shí)線、虛線、點(diǎn)畫線都要區(qū)別清楚剖面線應(yīng)該畫成450，絲桿與螺紋底徑應(yīng)畫成細(xì)實(shí)線等。 5. 應(yīng)標(biāo)注必要的尺寸和公差配合 裝配圖應(yīng)標(biāo)注最大形體尺寸特征尺寸，主要零件的配合尺寸影響運(yùn)轉(zhuǎn)特性與傳動(dòng)精度的配合尺寸與其他尺寸。 結(jié)論 通過本次機(jī)床微機(jī)數(shù)控化改造技術(shù)，讓我更加懂得了畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性，也讓我學(xué)會(huì)了怎樣去做一個(gè)設(shè)計(jì)的方法及設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)是應(yīng)該考慮的問題。 對(duì)于本次實(shí)習(xí)任務(wù)，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(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后分機(jī)械部分和電氣部

39、分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)裝配圖是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，特別注意的是繪圖時(shí)一些要求和注意的問題，只有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)繪圖，才能繪出質(zhì)量高的圖。 參考文獻(xiàn) 1. 機(jī)械加工技術(shù) 北京機(jī)械工業(yè)出版社2003 2. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 北京機(jī)械工業(yè)出版社1999 3. 實(shí)用數(shù)控技術(shù) 北京兵器工業(yè)出版社1993 4. 實(shí)用數(shù)控技術(shù)手冊(cè) 北京機(jī)械工業(yè)出版社1993 5. 數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用 北京機(jī)械工業(yè)出版社1993 6. 數(shù)控加工工藝 北京化學(xué)工業(yè)出版社2004 7. 機(jī)械制造技術(shù) 北京高等教育出版社2000

40、8. 數(shù)控車床加工自動(dòng)化需求 北京國防工業(yè)出版社2002 9. 機(jī)械加工工藝與裝備 北京清華大學(xué)出版社2007 10. 數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用 北京清華大學(xué)出版社2001 11. 數(shù)控機(jī)床性能分析及可靠性設(shè)計(jì)技術(shù) 北京機(jī)械工業(yè)出版社2011 12. 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京化學(xué)工業(yè)出版社2011 13. 數(shù)控銑床與零件加工 北京化學(xué)工業(yè)出版社2011 14. 數(shù)控銑加工與實(shí)訓(xùn) 北京機(jī)械工業(yè)出版社2011 15. 數(shù)控加工及編程 北京機(jī)械工業(yè)出版社2011 致謝 感謝各位為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)而去操心的老師，感謝老師的精心指導(dǎo)和培養(yǎng)，在各位老師的幫助下，我運(yùn)用大量的資料和機(jī)電一體化方面的知識(shí)，完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，桐溝這詞畢業(yè)設(shè)計(jì)，我自主的思考，從設(shè)計(jì)的各個(gè)方面去研究合適的合理的問題的解決方法。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們的能力得到了提高，思想得到了鍛煉，知識(shí)得到了鞏固，為以后的事業(yè)打了基礎(chǔ)。 由我所學(xué)的知識(shí)及其他因素，在本次設(shè)計(jì)中難免有疏漏的地方，請(qǐng)諸位專業(yè)老師指導(dǎo)和改正。