1077-C620普通車床進(jìn)行數(shù)控改造

1077-C620普通車床進(jìn)行數(shù)控改造,c620,普通,車床,進(jìn)行,數(shù)控,改造 中央廣播電視大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 姓 名 教育層次 本 科 學(xué) 號(hào) 省級(jí)電大 沈陽廣播電視大學(xué) 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動(dòng)化 分 校 指導(dǎo)教師 教 學(xué) 點(diǎn) 論文（設(shè)計(jì)）題目C620 普通車床進(jìn)行數(shù)控改造文獻(xiàn)綜述：1. 課題目的、意義針對(duì)現(xiàn)有常規(guī) C620 普遍車床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì) C620 進(jìn)行機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。采用以 8031 為 CPU的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。本課題的設(shè)計(jì)提高了機(jī)床加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期時(shí)間。實(shí)踐已經(jīng)證明普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造具有重大的實(shí)際價(jià)值，為此，在舊有車床上進(jìn)行數(shù)控改造有著較好的市場前景。2. 相關(guān)研究動(dòng)態(tài)，國內(nèi)外現(xiàn)狀：現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是能源部門的需求，使高溫高壓水廣泛應(yīng)用于相關(guān)的領(lǐng)域中，對(duì)國民生產(chǎn)和人民生活起著越來越重要的作用，例如：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。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。國外利用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制加工是從 40 年代開始的。1952 年美國麻省理工學(xué)院在一臺(tái)立式銑床上裝了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)，它成了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。此后，從 60 年代開始，其他一些工業(yè)國家如德國、日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床。1974 年微處理機(jī)直接用于數(shù)控機(jī)床，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。隨著數(shù)控機(jī)床的功能越來越完善，可靠性和性能越來越高，它在制造業(yè)中逐漸擔(dān)當(dāng)了越來越重要的角色。我國數(shù)控機(jī)床的研制是從 1958 年開始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至 80年代后引進(jìn)了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后，我國的數(shù)控技術(shù)才有質(zhì)的飛躍，應(yīng)用面逐漸鋪開，數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模。由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重，普通機(jī)床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求。如果設(shè)備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。這樣既可以提高加工生產(chǎn)率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期時(shí)間。實(shí)踐已經(jīng)證明普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造具有重大的實(shí)際價(jià)值，為此，在舊有車床上進(jìn)行數(shù)控改造有著較好的市場前景。方案論證：1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) C620 普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用單片機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制，縱向（Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，橫向（X 向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。1.2 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠。為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。此設(shè)計(jì)過程主要是縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給的改造，關(guān)鍵是步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的選用。改進(jìn)后的車床簡易傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 1-1：圖 1-1 改進(jìn)后的車床傳動(dòng)系統(tǒng)1.小刀架 2.橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素：1.時(shí)鐘頻率和字長與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；3. I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)。 在我國，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 Z80CPU 和 MCS-51 系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋耍占靶?、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)以 8031 芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。1.3 總體方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定 C620 車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造方案。C620 車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動(dòng)變速。車床的縱向（Z 軸）和橫向（X 軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。將原來機(jī)床的普通絲杠改為滾珠絲杠以減小摩擦力。并將 8031 單片機(jī)組成的微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車床的縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)程計(jì)劃：1.2008.02.15 ------ 2008.03.15 查閱、搜索相關(guān)資料和專業(yè)英語翻譯；2.2008.03.16 ------ 2008.03.31 畢業(yè)實(shí)習(xí)與調(diào)研及開題報(bào)告階段；3.2008.04.03 ------ 2008.05.19 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作階段，完成各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算、校核及所有圖紙；4.2008.05.21 ------ 2008.06.02 完成說明書的編寫和收尾工作。指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日開 題 報(bào) 告 會(huì) 紀(jì) 要時(shí) 間地 點(diǎn)姓 名 職務(wù)（職稱） 姓 名 職務(wù)（職稱） 姓 名 職務(wù)（職稱）與會(huì)人員會(huì)議記錄摘要：會(huì)議主持人：記 錄 人：年 月 日系工作小組意見負(fù)責(zé)人簽名：年 月 日摘 要I摘 要針 對(duì) 現(xiàn) 有 常 規(guī) C620 普 遍 車 床 的 缺 點(diǎn) 提 出 數(shù) 控 改 裝 方 案 和 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 設(shè)計(jì) ， 提 高 加 工 精 度 和 擴(kuò) 大 機(jī) 床 使 用 范 圍 ， 并 提 高 生 產(chǎn) 率 。 本 論 文 說 明 了 普 通車 床 的 數(shù) 控 化 改 造 的 設(shè) 計(jì) 過 程 ， 較 詳 盡 地 介 紹 了 C620 機(jī) 械 改 造 部 分 的 設(shè)計(jì) 及 數(shù) 控 系 統(tǒng) 部 分 的 設(shè) 計(jì) 。 采 用 以 8031 為 CPU 的 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 信 號(hào) 進(jìn) 行 處理 ， 由 I/O 接 口 輸 出 步 進(jìn) 脈 沖 ， 經(jīng) 一 級(jí) 齒 輪 傳 動(dòng) 減 速 后 ， 帶 動(dòng) 滾 動(dòng) 絲 杠 轉(zhuǎn)動(dòng) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 縱 向 、 橫 向 的 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 。改 造 過 程 如 下 ： （ 1） 機(jī) 械 部 分 的 改 造 ， 包 括 縱 向 進(jìn) 給 方 向 的 改 造 和 橫向 進(jìn) 給 方 向 的 改 造 。 主 要 包 括 對(duì) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 及 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 計(jì) 算 選擇 及 縱 向 、 橫 向 機(jī) 構(gòu) 裝 配 圖 方 案 的 制 定 。 （ 2） 電 氣 控 制 部 分 的 設(shè) 計(jì) ， 主要 包 括 MCS-51 系 列 單 片 機(jī) 及 擴(kuò) 展 芯 片 的 選 用 和 電 氣 控 制 圖 的 設(shè) 計(jì) 。關(guān) 鍵 詞 ： 數(shù) 控 ， 單 片 機(jī) ， 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 滾 珠 絲 杠 ， 改 造ABSTRACTIIABSTRACTTo remedy the defects of ordinary lather C620, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine’s usage, and to improve production rate。 This paper presents the process of designing numerical control reform， and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。 We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal， and output the step pulse through the I/O interface。 After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。 Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。Reform process as follows:(1)The reformation of machine part, include to enter lengthways to the reformation of the direction with horizontal enter to direction of reformation. Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways, horizontal organization assemble diagram project. (2)The reformation of electricity part, mainly include the choice of MCS-51 family single-chip and expand chip and the design of electric control chart.Key words : numerical control ,single-chip ,stepping motor , ball screw shaft ,reform 目 錄III目 錄摘 要 .......................................................................................................... ⅠABSTRACT（英文摘要） ............................................................................ Ⅱ目 錄 .......................................................................................................... Ⅲ引 言 .......................................................................................................... 1第一章 總體方案的設(shè)計(jì) ............................................................................... 31.1 設(shè)計(jì)任務(wù) ........................................................................................................ 31.2 總體方案的論證 ............................................................................................ 31.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) ............................................................................. 31.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) ..................................................................... 41.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) ...................................................................... 41.3 總體方案的確定 ............................................................................................ 5第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) ....................................................................... 62.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) ............................................................................ 62.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用 .......................................................................... 62.1.1.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 ........................................................................... 72.1.1.2 車削力的計(jì)算 ................................................................................... 72.1.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 .................................................... 72.1.2 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 ...................................................................... 112.1.1.1 脈沖量的計(jì)算 ................................................................................... 112.1.1.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 ....................................................................... 112.1.1.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 ....................................................................... 122.1.1.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 ....................................................................... 122.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)得改造設(shè)計(jì) ............................................................................ 132.2.1 橫 向 滾 珠 絲 杠 副 的 選 用 ........................................................... 132.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 ....................................................................... 132.2.1.2 車削力的計(jì)算 ................................................................................... 13目 錄IV2.2.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 .................................................... 142.2.2 橫 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 ............................................................... 172.2.2.1 脈沖量的計(jì)算 ................................................................................... 172.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 ....................................................................... 172.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 ....................................................................... 182.2.2.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 ....................................................................... 182.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 .................................................................................... 19第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) ....................................................................... 223.1 單片機(jī)的選擇 ................................................................................................ 223.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) ............................................................................................ 233.2.1 環(huán) 形 脈 沖 分 配 器 的 選 擇 ........................................................... 243.2.2 功 率 放 大 器 的 選 用 ................................................................... 253.3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 .................................................................................... 28結(jié)論 ............................................................................................................. 30致謝............................................................................................................. 31參考文獻(xiàn) ...................................................................................................... 32引 言- 1 -引言現(xiàn) 代 工 業(yè) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 特 別 是 能 源 部 門 的 需 求 ， 使 高 溫 高 壓 水 廣 泛 應(yīng) 用于 相 關(guān) 的 領(lǐng) 域 中 ， 對(duì) 國 民 生 產(chǎn) 和 人 民 生 活 起 著 越 來 越 重 要 的 作 用 ， 例 如 ：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 。 計(jì)算 機(jī) 的 出 現(xiàn) 和 應(yīng) 用 ， 為 人 類 提 供 了 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 加 工 工 藝 過 程 自 動(dòng) 化 的 理 想 手 段 。隨 著 計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 也 得 到 迅 速 的 發(fā) 展 和 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 同 時(shí) 使 人 們對(duì) 傳 統(tǒng) 的 機(jī) 床 傳 動(dòng) 及 結(jié) 構(gòu) 的 概 念 發(fā) 生 了 根 本 的 轉(zhuǎn) 變 。 數(shù) 控 機(jī) 床 以 其 優(yōu) 異 的 性能 和 精 度 、 靈 捷 而 多 樣 化 的 功 能 引 起 世 人 矚 目 ， 并 開 創(chuàng) 機(jī) 械 產(chǎn) 品 向 機(jī) 電 一 體化 發(fā) 展 的 先 河 。 數(shù) 控 機(jī) 床 是 以 數(shù) 字 化 的 信 息 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床 控 制 的 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ， 它 把 刀 具和 工 件 之 間 的 相 對(duì) 位 置 ， 機(jī) 床 電 機(jī) 的 啟 動(dòng) 和 停 止 ， 主 軸 變 速 ， 工 件 松 開 和 夾緊 ， 刀 具 的 選 擇 ， 冷 卻 泵 的 起 停 等 各 種 操 作 和 順 序 動(dòng) 作 等 信 息 用 代 碼 化 的 數(shù)字 記 錄 在 控 制 介 質(zhì) 上 ， 然 后 將 數(shù) 字 信 息 送 入 數(shù) 控 裝 置 或 計(jì) 算 機(jī) ， 經(jīng) 過 譯 碼 ，運(yùn) 算 ， 發(fā) 出 各 種 指 令 控 制 機(jī) 床 伺 服 系 統(tǒng) 或 其 它 的 執(zhí) 行 元 件 ， 加 工 出 所 需 的 工件 。 數(shù) 控 機(jī) 床 與 普 通 機(jī) 床 相 比 ， 其 主 要 有 以 下 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 1. 適 應(yīng) 性 強(qiáng) ， 適 合 加 工 單 件 或 小 批 量 的 復(fù) 雜 工 件 ； 在 數(shù) 控 機(jī) 床 上 改 變加 工 工 件 時(shí) ， 只 需 重 新 編 制 新 工 件 的 加 工 程 序 ， 就 能 實(shí) 現(xiàn) 新 工 件 加 工 。 2. 加 工 精 度 高 ； 3. 生 產(chǎn) 效 率 高 ； 4. 減 輕 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ， 改 善 勞 動(dòng) 條 件 ； 5. 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 ； 6. 有 利 于 生 產(chǎn) 管 理 的 現(xiàn) 代 化 。 引 言- 2 -數(shù) 控 機(jī) 床 已 成 為 我 國 市 場 需 求 的 主 流 產(chǎn) 品 ， 需 求 量 逐 年 激 增 。 我 國 數(shù) 控機(jī) 機(jī) 床 近 幾 年 在 產(chǎn) 業(yè) 化 和 產(chǎn) 品 開 發(fā) 上 取 得 了 明 顯 的 進(jìn) 步 ， 特 別 是 在 機(jī) 床 的 高速 化 、 多 軸 化 、 復(fù) 合 化 、 精 密 化 方 面 進(jìn) 步 很 大 。 但 是 ， 國 產(chǎn) 數(shù) 控 機(jī) 床 與 先 進(jìn)國 家 的 同 類 產(chǎn) 品 相 比 ， 還 存 在 差 距 ， 還 不 能 滿 足 國 家 建 設(shè) 的 需 要 。 我 國 是 一 個(gè) 機(jī) 床 大 國 ， 有 三 百 多 萬 臺(tái) 普 通 機(jī) 床 。 但 機(jī) 床 的 素 質(zhì) 差 ， 性 能落 后 ， 單 臺(tái) 機(jī) 床 的 平 均 產(chǎn) 值 只 有 先 進(jìn) 工 業(yè) 國 家 的 1/10 左 右 ， 差 距 太 大 ，急 待 改 造 。 舊 機(jī) 床 的 數(shù) 控 化 改 造 ， 顧 名 思 義 就 是 在 普 通 機(jī) 床 上 增 加 微 機(jī) 控 制 裝 置 ，使 其 具 有 一 定 的 自 動(dòng) 化 能 力 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 定 的 加 工 工 藝 目 標(biāo) 。 隨 著 數(shù) 控機(jī) 床 越 來 越 多 的 普 及 應(yīng) 用 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 效 益 為 大 家 所 理 解 。 在 國 內(nèi)工 廠 的 技 術(shù) 改 造 中 ， 機(jī) 床 的 微 機(jī) 數(shù) 控 化 改 造 已 成 為 重 要 方 面 。 許 多 工 廠 一 面購 置 數(shù) 控 機(jī) 床 一 面 利 用 數(shù) 控 、 數(shù) 顯 、 PC 技 術(shù) 改 造 普 通 機(jī) 床 ， 并 取 得 了 良 好的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 我 國 經(jīng) 濟(jì) 資 源 有 限 ， 國 家 大 ， 機(jī) 床 需 要 量 大 ， 因 此 不 可 能 拿 出相 當(dāng) 大 的 資 金 去 購 買 新 型 的 數(shù) 控 機(jī) 床 ， 而 我 國 的 舊 機(jī) 床 很 多 ， 用 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控系 統(tǒng) 改 造 普 通 機(jī) 床 ， 在 投 資 少 的 情 況 下 ， 使 其 既 能 滿 足 加 工 的 需 要 ， 又 能 提高 機(jī) 床 的 自 動(dòng) 化 程 度 ， 比 較 符 合 我 國 的 國 情 。 1984 年 ， 我 國 開 始 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟(jì)型 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 并 用 于 改 造 舊 機(jī) 床 。 到 目 前 為 止 ， 已 有 很 多 廠 家 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù)控 系 統(tǒng) 。 可 以 預(yù) 料 ， 今 后 ， 機(jī) 床 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 化 改 造 將 迅 速 發(fā) 展 和 普 及 。 所以 說 ， 本 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 實(shí) 例 具 有 典 型 性 和 實(shí) 用 性 。第 一 章 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì)- 3 -第一章 總體方案的設(shè)計(jì)1.1 設(shè) 計(jì) 任 務(wù)本 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 是 對(duì) C620 普 通 車 床 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 。 利 用 單 片 機(jī) 對(duì) 縱 、 橫向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 控 制 ， 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm/脈 沖 ， 橫 向 （ X向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.005mm/脈 沖 ， 驅(qū) 動(dòng) 元 件 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 采 用 滾珠 絲 杠 副 。1.2 總 體 方 案 的 論 證 對(duì) 于 普 通 機(jī) 床 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 改 造 ， 在 確 定 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 時(shí) ， 應(yīng) 考 慮 在 滿足 設(shè) 計(jì) 要 求 的 前 提 下 ， 對(duì) 機(jī) 床 的 改 動(dòng) 應(yīng) 盡 可 能 少 ， 以 降 低 成 本 。 1.2.1 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) 為 了 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床 所 要 求 的 分 辨 率 ， 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 經(jīng) 齒 輪 減 速 再 傳 動(dòng) 絲 杠 。為 了 保 證 一 定 的 傳 動(dòng) 精 度 和 平 穩(wěn) 性 ， 盡 量 減 小 摩 擦 力 ， 選 用 滾 珠 絲 杠 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 負(fù) 載 荷 的 結(jié) 構(gòu) 。 傳 動(dòng) 齒 輪也 要 采 用 消 除 齒 側(cè) 間 隙 的 結(jié) 構(gòu) 。 此 設(shè) 計(jì) 過 程 主 要 是 縱 向 進(jìn) 給 和 橫 向 進(jìn) 給 的改 造 ， 關(guān) 鍵 是 步 進(jìn) 電 機(jī) 和 滾 珠 絲 杠 的 選 用 。改 進(jìn) 后 的 車 床 簡 易 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 如 圖 1-1：第 一 章 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì)- 4 -圖 1-1 改 進(jìn) 后 的 車 床 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)1.小 刀 架 2.橫 向 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 3.橫 向 滾 珠 絲 桿 4.大 拖 板5.縱 向 滾 珠 絲 桿 6.縱 向 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 1.2.2伺 服 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 伺 服 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 有 開 環(huán) 、 半 閉 環(huán) 和 閉 環(huán) 之 分 。 因 為 開 環(huán) 控制 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 設(shè) 計(jì) 制 造 容 易 、 控 制 精 度 較 好 、 容 易 調(diào) 試 、 價(jià) 格 便 宜 、 使用 維 修 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 所 以 ， 本 設(shè) 計(jì) 決 定 采 用 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 1.2.3 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì) 任 何 一 個(gè) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 都 由 硬 件 和 軟 件 兩 部 分 組 成 。 硬 件 是 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) ，性 能 的 好 壞 直 接 影 響 整 體 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 工 作 性 能 。 有 了 硬 件 ， 軟 件 才 能 有 效 地運(yùn) 行 。 在 設(shè) 計(jì) 的 數(shù) 控 裝 置 中 ， CPU 的 選 擇 是 關(guān) 鍵 ， 選 擇 CPU 應(yīng) 考 慮 以 下 要 素 ：1.時(shí) 鐘 頻 率 和 字 長 與 被 控 對(duì) 象 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 和 精 度 密 切 相 關(guān) ； 2. 可 擴(kuò) 展 存 儲(chǔ) 器 的 容 量 與 數(shù) 控 功 能 的 強(qiáng) 弱 相 關(guān) ；3. I/O 口 擴(kuò) 展 的 能 力 與 對(duì) 外 設(shè) 控 制 的 能 力 相 關(guān) 。 在 我 國 ， 普 通 機(jī) 床 數(shù) 控 改 造 方 面 應(yīng) 用 較 普 遍 的 是 Z80CPU 和 MCS-51 系列 單 片 機(jī) ， 主 要 是 因 為 它 們 的 配 套 芯 片 便 宜 ， 普 及 性 、 通 用 性 強(qiáng) ， 制 造 和 維修 方 便 ， 完 全 能 滿 足 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 的 改 造 需 要 。 本 設(shè) 計(jì) 以 8031 芯 片 為第 一 章 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì)- 5 -核 心 ， 增 加 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 、 接 口 和 面 板 操 作 開 關(guān) 組 成 的 控 制 系 統(tǒng) 。1.3 總 體 方 案 的 確 定 經(jīng) 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 的 論 證 后 ， 確 定 C620 車 床 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 改 造 方 案 。C620 車 床 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 部 分 保 留 原 機(jī) 床 的 功 能 ， 即 手 動(dòng) 變 速 。 車 床 的 縱 向（ Z 軸 ） 和 橫 向 （ X 軸 ） 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 。 將 原 來 機(jī) 床 的 普 通絲 杠 改 為 滾 珠 絲 杠 以 減 小 摩 擦 力 。 并 將 8031 單 片 機(jī) 組 成 的 微 機(jī) 作 為 數(shù) 控裝 置 的 核 心 ， 由 I/O 接 口 、 環(huán) 形 分 配 器 與 功 率 放 大 器 一 起 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng) ， 經(jīng) 齒 輪 減 速 后 帶 動(dòng) 滾 珠 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 車 床 的 縱 向 、 橫 向 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 。第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 6 -第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)2.1 縱 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計(jì)2.1.1縱 向 滾 珠 絲 杠 副 的 選 用滾 珠 螺 旋 傳 動(dòng) 是 在 絲 杠 和 螺 母 滾 道 之 間 放 人 適 量 的 滾 珠 ， 使 螺 紋 間 產(chǎn) 生滾 動(dòng) 摩 擦 。 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 帶 動(dòng) 滾 珠 沿 螺 紋 滾 道 滾 動(dòng) 。 螺 母 上 設(shè) 有 返 向 器 ， 與螺 紋 滾 道 構(gòu) 成 滾 珠 的 循 環(huán) 通 道 。 為 了 在 滾 珠 與 滾 道 之 間 形 成 無 間 隙 甚 至 有 過盈 配 合 ， 可 設(shè) 置 預(yù) 緊 裝 置 。 為 延 長 工 作 壽 命 ， 可 設(shè) 置 潤 滑 件 和 密 封 件 。滾 珠 螺 旋 傳 動(dòng) 與 滑 動(dòng) 螺 旋 傳 動(dòng) 或 其 它 直 線 運(yùn) 動(dòng) 副 相 比 ， 有 下 列 特 點(diǎn) ：(1) 傳 動(dòng) 效 率 高 一 般 滾 珠 絲 杠 副 的 傳 動(dòng) 效 率 達(dá) 90％ ~95％ ， 耗 費(fèi) 能量 僅 為 滑 動(dòng) 絲 桿 的 1/3。(2) 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) 滾 動(dòng) 摩 擦 系 數(shù) 接 近 常 數(shù) ， 啟 動(dòng) 與 工 作 摩 擦 力 矩 差 別 很小 。 啟 動(dòng) 時(shí) 無 沖 擊 ， 預(yù) 緊 后 可 消 除 間 隙 產(chǎn) 生 過 盈 ， 提 高 接 觸 剛 度 和 傳 動(dòng) 精 度 。(3) 工 作 壽 命 長 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 摩 擦 表 面 為 高 硬 度 (HRC58—62)、高 精 度 ， 具 有 較 長 的 工 作 壽 命 和 精 度 保 持 性 。 壽 命 約 為 滑 動(dòng) 絲 桿 副 的4~10 倍 以 上 。(4) 定 位 精 度 和 重 復(fù) 定 位 精 度 高 由 于 滾 珠 絲 桿 副 摩 擦 小 、 溫 升 小 、無 爬 行 、 無 間 隙 ， 通 過 預(yù) 緊 進(jìn) 行 預(yù) 拉 伸 以 補(bǔ) 償 熱 膨 脹 。 因 此 可 達(dá) 到 較 高 的 定位 精 度 和 重 復(fù) 定 位 精 度 。(5) 同 步 性 好 用 幾 套 相 同 的 滾 珠 絲 桿 副 同 時(shí) 傳 動(dòng) 幾 個(gè) 相 同 的 運(yùn) 動(dòng) 部件 ， 可 得 到 較 好 的 同 步 運(yùn) 動(dòng) 。(6) 可 靠 性 高 潤 滑 密 封 裝 置 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 維 修 方 便 。(7) 不 能 自 鎖 用 于 垂 直 傳 動(dòng) 時(shí) ， 必 須 在 系 統(tǒng) 中 附 加 自 鎖 或 制 動(dòng) 裝 置 。第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 7 -(8) 制 造 工 藝 復(fù) 雜 滾 珠 絲 桿 和 螺 母 等 零 件 加 工 精 度 、 表 面 粗 糙 度 要 求高 ， 故 制 造 成 本 較 高 。2.1.1.1確 定 系 統(tǒng) 的 脈 沖 當(dāng) 量在 數(shù) 控 機(jī) 床 中 ， 一 個(gè) 脈 沖 所 產(chǎn) 生 的 坐 標(biāo) 軸 位 移 量 叫 做 脈 沖 當(dāng) 量 ， 通 常 用表 示 ， 也 稱 機(jī) 床 的 最 小 設(shè) 定 單 位 。 脈 沖 當(dāng) 量 是 衡 量 數(shù) 控 機(jī) 床 加 工 精 度 的 一?個(gè) 基 本 技 術(shù) 參 數(shù) ， 按 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 的 加 工 精 度 選 定 。 本 設(shè) 計(jì) 所 要 求 的 C620?的 脈 沖 當(dāng) 量 為 ： 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm/脈 沖 ， 橫 向 （ X 向 ） 脈沖 當(dāng) 量 為 0.005mm/脈 沖 。2.1.1.2 車 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 機(jī) 等 都要 用 到 切 削 力 。 現(xiàn) 我 們 利 用 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 主 切 削 力 。車 床 的 主 切 削 力 可 用 下 式 計(jì) 算 ：)(NFZ 5.1max670DFZ?式 中 ——車 床 床 身 加 工 的 最 大 直 徑 單 位 為 mm。maxD因 C620 床 身 加 工 的 最 大 直 徑 410mm， 則 ： NZ3.624.5.1??按 以 下 比 例 分 別 求 出 分 力 和 ，xFy .0:2:yxF則 ： ，NFx139?y26?2.1.1.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 、 計(jì) 算 和 選 型滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 首 先 要 選 擇 機(jī) 構(gòu) 類 型 ： 確 定 滾 軸 循 環(huán) 方 式 ， 滾 珠絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 式 。 結(jié) 構(gòu) 類 型 確 定 后 ， 再 計(jì) 算 和 確 定 其 他 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 珠 的 工 作 圈 數(shù) 、 列 數(shù) 、 精 度 等 級(jí) 等 。d0Ljk本 設(shè) 計(jì) 中 選 擇 滾 珠 循 環(huán) 方 式 為 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 中 的 固 定 式 。 滾 珠 絲 杠 副 的 預(yù)緊 方 法 選 擇 雙 螺 母 螺 紋 預(yù) 緊 。第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 8 -圖 2-1 雙 螺 母 螺 紋 調(diào) 隙 式 結(jié) 構(gòu)、 單 螺 母 3平 鍵 4調(diào) 整 螺 母(1)計(jì) 算 進(jìn) 給 率 牽 引 力 mF作 用 在 滾 珠 絲 杠 上 的 進(jìn) 給 率 牽 引 力 主 要 包 括 切 削 力 時(shí) 的 走 刀 抗 力 以 及 移動(dòng) 件 的 重 量 和 切 削 分 力 作 用 在 導(dǎo) 軌 上 的 摩 擦 力 。 因 而 其 數(shù) 值 大 小 和 導(dǎo) 軌 的 形式 有 關(guān) 。 的 計(jì) 算 公 式 如 下 :mF縱 向 進(jìn) 給 導(dǎo) 軌 為 三 角 形 ， 則 ： )('GFfKzxm??N)803.562(1.03915.( ??N24三 角 形 導(dǎo) 軌 選 取 參 數(shù) ： f8,.,.' ??(2)計(jì) 算 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 C選 用 滾 珠 絲 杠 副 的 直 徑 時(shí) ， 必 須 保 證 在 一 定 軸 向 負(fù) 載 作 用 下 ， 絲 杠0d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(gè) 軸 向 負(fù) 載 的 最 大值 即 稱 為 該 滾 珠 絲 杠 能 承 受 的 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 。 計(jì) 算 步 驟 如 下 ：C絲 杠 轉(zhuǎn) 速 其 中 = 0Lns??smin75.060?Li126.1rn?壽 命 （ ）610T??r5.056??最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 NFjLCMw 13842.133 ?第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 9 -(3)計(jì) 算 最 大 靜 負(fù) 荷當(dāng) 滾 珠 絲 杠 副 在 靜 態(tài) 或 低 速 （ ） 情 況 下 工 作 時(shí) ， 滾 珠 絲 杠min10r?副 的 破 壞 形 式 主 要 是 在 滾 珠 接 觸 面 上 產(chǎn) 生 變 形 ， 當(dāng) 塑 性 變 形 超 過 一 定 限 度 就會(huì) 破 壞 滾 珠 絲 杠 副 的 正 常 工 作 。 一 般 允 許 其 塑 性 變 形 量 不 超 過 滾 珠 直 徑 的 萬分 之 一 。 產(chǎn) 生 大 的 塑 性 變 形 量 的 負(fù) 載 稱 為 允 許 的 最 大 靜 負(fù) 荷 。 選 取 靜0C態(tài) 安 全 系 數(shù) =2， 滾 珠 絲 杠 的 最 大 軸 向 負(fù) 荷 故 最 大 靜sf ??254maxF負(fù) 荷 為 ： 。?????51084max0FC(4)選 擇 滾 珠 絲 杠 副見 表 2-15)傳 動(dòng) 效 率 計(jì) 算滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 傳 動(dòng) 效 率 ???943.056.742tanta'0' ??????表 2-1 滾 珠 絲 杠 副 參 數(shù)型 號(hào)公 稱直 徑??m基 本 導(dǎo)程螺 旋 升角絲 杠 外徑 )(m絲 杠 內(nèi)徑額 定 動(dòng)載 荷 )(N絲 杠 長度??m額 定 靜 載 荷)(N5.3406?6'42o.398.524108240(6)剛 度 校 核主 要 校 核 滾 珠 絲 杠 在 工 作 負(fù) 載 和 扭 矩 T 共 同 作 用 下 引 起 的 每 導(dǎo) 程 變mF形 量 是 否 符 合 絲 杠 精 度 要 求 。L?每 導(dǎo) 程 變 形 量 可 按 以 下 公 式 計(jì) 算L???2021LEFLm????第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 10 -GJTL0???選 取 )(106.24mNE?? 221)(8.74mdF?EL501 103..06.5???????4402 2218???其 中 ： 441.86mdJ???441028.02.5??則 ： 1L???45.3.7???m4092L/293.61??/049.查 表 所 得 ， 所 選 用 的 級(jí) 絲 杠 精 度 允 許 誤 差 為 ， 滿 足 要 求 。Dm/10?(7) 穩(wěn) 定 性 校 核機(jī) 床 在 進(jìn) 給 時(shí) 滾 珠 絲 杠 通 常 是 受 軸 向 力 的 一 壓 桿 。 若 軸 向 力 過 大 ，將 使 絲 杠 失 去 穩(wěn) 定 而 產(chǎn) 生 翹 曲 ， 所 以 選 用 時(shí) 必 須 進(jìn) 行 穩(wěn) 定 性 校 核 。 如 果 滿 足穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) 大 于 許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ( )， 則 絲 杠 安 全 ， 不 會(huì) 失 穩(wěn) ：knkn)(kmkFpn??式 中 　 ( )——許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 2.5～ 4。k——絲 杠 失 穩(wěn) 時(shí) 的 臨 界 負(fù) 載 ， 由 ：kp )(lEJpk???式 中 　 ——絲 杠 長 度l第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 11 -——絲 杠 軸 端 系 數(shù) ， 由 支 承 條 件 定 。?——截 面 慣 性 矩 ， 對(duì) 實(shí) 心 圓J 416dJ??對(duì) 于 水 平 絲 杠 要 考 慮 自 重 影 響 可 取 ( ) 4。kn?將 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 代 入 上 式 中 可 得 Npk 1576)120(.86.42 ????457kknn?絲 杠 不 會(huì) 失 穩(wěn) 。2.1.2 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用2.1.2.1脈 沖 量 的 選 擇初 選 三 相 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 角 為 ， 當(dāng) 三 相 六 拍 （ 1～ 205.17相 勵(lì) 磁 ） 運(yùn) 行 時(shí) ， 步 距 角 其 妹 轉(zhuǎn) 脈 沖 數(shù)075.??rpS48.360?脈 沖 當(dāng) 量 ： 由 此 可 得 中 間 齒 輪 傳 動(dòng) 比 為pm01.? i25.1480.6??SLi?2.1.2.2等 效 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 計(jì) 算1.空 載 時(shí) 的 摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 LFTmis ????? 046.25.1806.2????2.車 削 加 工 時(shí) 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 L????????FWTSiyxL ??? 5.125.80.6.39?第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 12 -2.1.2.3等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 計(jì) 算1.滾 珠 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 SJ 23440 07.32185.7.32 mldJS ???????2.拖 板 運(yùn) 動(dòng) 慣 量 換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 ?JiLgWJw ??????????????? ?522 1076.45.106.8.91??3.大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 gJ選 取 大 齒 輪 齒 數(shù) ， 小 齒 輪 齒 數(shù) ， 模 數(shù) 。452?Z31?Zm?242 056.285.709.3bdJg ?????4.小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 1gJ 23441 041.32185.70.32 mbdJg ??換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 總 慣 性 負(fù) 載 LJ21iJJsgwgL??2 203. 5.10376.047.4m??2.1.2.4步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 型 號(hào) 的 選 擇已 知 初 選 步 進(jìn) 電 機(jī) 型 號(hào) 為 110BF003，TL?5. 2310.mJL????步 距 角 三 相 六 拍 。 其 中 最 大 靜 扭 矩 ， 轉(zhuǎn) 子 慣 量07. T??8ax， 由 此 可 得 ：23186mkgJm???, 5.018.ax??TL 235.01.62??mLJ第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 13 -14max?TJL經(jīng) 驗(yàn) 算 可 知 電 動(dòng) 機(jī) 合 格 。110BF003 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 外 觀 圖 及 矩 頻 特 性 圖 如 圖 2.2：外型圖:圖 2-2 110BF003 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 外 觀 圖 及 矩 頻 特 性 圖2.2 橫 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計(jì)2.2.1橫 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 用橫 向 進(jìn) 給 方 向 的 設(shè) 計(jì) 過 程 同 縱 向 方 向 相 同 。2.2.1.1確 定 系 統(tǒng) 的 脈 沖 當(dāng) 量橫 向 （ X 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.005mm/脈 沖 。2.2.1.2車 削 力 的 計(jì) 算車 床 的 主 切 削 力 可 用 下 式 計(jì) 算 ：)(NFZ 5.1max670DFZ?式 中 ——車 床 刀 架 加 工 的 最 大 直 徑 單 位 為 mm。maxD因 C620 床 身 加 工 的 最 大 直 徑 210mm， 則 ： NZ2039.5.1??按 以 下 比 例 分 別 求 出 分 力 和 ，xFy 4:0:yxF第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 14 -則 : ，NFx510?y6.815?2.2.1.3滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 、 計(jì) 算 和 選 型滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 首 先 要 選 擇 機(jī) 構(gòu) 類 型 ： 確 定 滾 軸 循 環(huán) 方 式 ， 滾 珠絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 式 。 結(jié) 構(gòu) 類 型 確 定 后 ， 再 計(jì) 算 和 確 定 其 他 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 珠 的 工 作 圈 數(shù) 、 列 數(shù) 、 精 度 等 級(jí) 等 。d0Ljk本 設(shè) 計(jì) 中 選 擇 滾 珠 循 環(huán) 方 式 為 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 中 的 固 定 式 。 滾 珠 絲 杠 副的 預(yù) 緊 方 法 選 擇 雙 螺 母 螺 紋 預(yù) 緊 。(1)計(jì) 算 進(jìn) 給 率 牽 引 力 mF作 用 在 滾 珠 絲 杠 上 的 進(jìn) 給 率 牽 引 力 主 要 包 括 切 削 力 時(shí) 的 走 刀 抗 力 以 及 移動(dòng) 件 的 重 量 和 切 削 分 力 作 用 在 導(dǎo) 軌 上 的 摩 擦 力 。 因 而 其 數(shù) 值 大 小 和 導(dǎo) 軌 的 形式 有 關(guān) 。 的 計(jì) 算 公 式 如 下 :mF橫 向 進(jìn) 給 導(dǎo) 軌 為 燕 尾 形 ， 則 ： )2(' GFfKFxzym???N6.1873)6051039.54??燕 尾 形 導(dǎo) 軌 選 取 參 數(shù) ： GfK0,2.,4.1' ??(2)計(jì) 算 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 C選 用 滾 珠 絲 杠 副 的 直 徑 時(shí) ， 必 須 保 證 在 一 定 軸 向 負(fù) 載 作 用 下 ， 絲 杠0d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(gè) 軸 向 負(fù) 載 的 最 大值 即 稱 為 該 滾 珠 絲 杠 能 承 受 的 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 。 計(jì) 算 步 驟 如 下 ：C絲 杠 轉(zhuǎn) 速 其 中 = 0Lns??smin6.050?Li125.rn??壽 命 （ ）610T??r6 8.006?最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 MwFfLC3第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 15 -???6216.8735.03(3)計(jì) 算 最 大 靜 負(fù) 荷當(dāng) 滾 珠 絲 杠 副 在 靜 態(tài) 或 低 速 （ ） 情 況 下 工 作 時(shí) ， 滾 珠 絲 杠min10r?副 的 破 壞 形 式 主 要 是 在 滾 珠 接 觸 面 上 產(chǎn) 生 變 形 ， 當(dāng) 塑 性 變 形 超 過 一 定 限 度 就會(huì) 破 壞 滾 珠 絲 杠 副 的 正 常 工 作 。 一 般 允 許 其 塑 性 變 形 量 不 超 過 滾 珠 直 徑 的 萬分 之 一 。 產(chǎn) 生 大 的 塑 性 變 形 量 的 負(fù) 載 稱 為 允 許 的 最 大 靜 負(fù) 荷 。 選 取 靜0C態(tài) 安 全 系 數(shù) =2， 滾 珠 絲 杠 的 最 大 軸 向 負(fù) 荷 故 最 大 靜sf ??6.1873maxF負(fù) 荷 為 ??? 2.46.18732max0FfCs(4)選 擇 滾 珠 絲 杠 副表 2-2 滾 珠 絲 杠 副 參 數(shù)型 號(hào)公 稱直 徑??m基 本 導(dǎo)程螺 旋 升角絲 杠 外徑 )(m絲 杠 內(nèi)徑額 定 動(dòng)載 荷 )(N絲 杠 長度??m額 定 靜 載 荷)(N5.20?'34?.192.71650283160(5)傳 動(dòng) 效 率 計(jì) 算滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 傳 動(dòng) 效 率 ???965.082.743tanta'0' ?????(6)剛 度 校 核主 要 校 核 滾 珠 絲 杠 在 工 作 負(fù) 載 和 扭 矩 T 共 同 作 用 下 引 起 的 每 導(dǎo) 程 變mF形 量 是 否 符 合 絲 杠 精 度 要 求 。L?第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 16 -每 導(dǎo) 程 變 形 量 可 按 以 下 公 式 計(jì) 算L???2021LEFLm????GJT0?選 取 )(106.24mNE?? 221)(3.4dF??mEL401 10..6.587?????3302 2125??????其 中 ： 4341.6mdJ?? m351064.2.0.8267?????則 1L??34..???m302?mL/02.51??/46.查 手 冊 所 得 ， 所 選 用 的 級(jí) 絲 杠 精 度 允 許 誤 差 為 ， 滿 足 要 求 。G/60?(7) 穩(wěn) 定 性 校 核機(jī) 床 在 進(jìn) 給 時(shí) 滾 珠 絲 杠 通 常 是 受 軸 向 力 的 一 壓 桿 。 若 軸 向 力 過 大 ， 將 使絲 杠 失 去 穩(wěn) 定 而 產(chǎn) 生 翹 曲 ， 所 以 選 用 時(shí) 必 須 進(jìn) 行 穩(wěn) 定 性 校 核 。 如 果 滿 足 穩(wěn) 定性 安 全 系 數(shù) 大 于 許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ( )， 則 絲 杠 安 全 ， 不 會(huì) 失 穩(wěn) ：knkn)(mkFpn??第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 17 -式 中 ( )——許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 2.5～ 4。kn——絲 杠 失 穩(wěn) 時(shí) 的 臨 界 負(fù) 載 ， 由 ：p )(lEJpk???式 中 ——絲 杠 長 度l——絲 杠 軸 端 系 數(shù) ， 由 支 承 條 件 定 。?——截 面 慣 性 矩 ， 對(duì) 實(shí) 心 圓J 416dJ??對(duì) 于 水 平 絲 杠 要 考 慮 自 重 影 響 可 取 ( ) 4。kn?將 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 代 入 上 式 中 可 得 Npk 72362 102.)801(.. ?????)(6.73kk nn?絲 杠 不 會(huì) 失 穩(wěn) 。2.2.2 橫 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用2.2.2.1脈 沖 量 的 選 擇初 選 三 相 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 角 為 ， 當(dāng) 三 相 六 拍 （ 1～ 2 相 勵(lì)05.17磁 ） 運(yùn) 行 時(shí) ， 步 距 角 其 妹 轉(zhuǎn) 脈 沖 數(shù) ：075.?? rpS48075.360???初 選 脈 沖 當(dāng) 量 ： 由 此 可 得 中 間 齒 輪 傳 動(dòng) 比 為pm.? i08.2405.?SLi2.2.2.2等 效 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 計(jì) 算1.空 載 時(shí) 的 摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 LFT第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 18 -mLiTsLF ????? 017.8.024.56.2?????2.車 削 加 工 時(shí) 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 LT????????iWSyxL ???? 29.08.0248.561.512.2.2.3等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 計(jì) 算1.滾 動(dòng) 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 SJ 23440 034.28.105.7.32 mldJS ???????2.拖 板 運(yùn) 動(dòng) 慣 量 換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 wJiLgWJw ??????????????? ?522 1089.4.05.8.960??3.大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 2gJ選 取 大 齒 輪 齒 數(shù) ， 小 齒 輪 齒 數(shù) ， 模 數(shù) 。50?Z21?Zm2?34242 07.85.70.3bdJg ?????4.小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 1gJ 23441 08.32185.70.32 mbdJg ??換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 總 慣 性 負(fù) 載 LJ21)(iJJsgwgL??2 2076. 48.0)3.07.(89.m???2.2.2.4步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 型 號(hào) 的 選 擇已 知 初 選 步 進(jìn) 電TL?9. 25240.076.2mkgmJL ????????機(jī) 型 號(hào) 為 90BF002， 步 距 角 三 相 六 拍 。 其 中 最 大 靜 扭 矩5第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 19 -， 轉(zhuǎn) 子 慣 量 ， 由 此 可 得 ：mT???92.3max 251064.7mkgJm????,..92.30ax?TL 25.0164.78????LJ41maxT經(jīng) 驗(yàn) 算 可 知 電 動(dòng) 機(jī) 合 格 。電 動(dòng) 機(jī) 外 形 圖 及 矩 頻 圖 如 圖 2-3：圖 2-3 110BF003 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 外 觀 圖 及 矩 頻 特 性 圖2.3 齒 輪 傳 動(dòng) 間 隙 的 調(diào) 整在 橫 向 進(jìn) 給 和 縱 向 進(jìn) 給 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 和 滾 珠 絲 杠 間 都 是 通 過 一 對(duì) 減 速直 齒 輪 傳 動(dòng) 的 ， 這 就 要 求 我 們 對(duì) 齒 輪 的 傳 動(dòng) 間 隙 進(jìn) 行 調(diào) 整 。常 用 的 直 齒 輪 調(diào) 整 齒 側(cè) 間 隙 的 方 法 有 以 下 幾 種 。(1)偏 心 套 (軸 )調(diào) 整 法 如 圖 2-4 所 示 ， 將 相 互 嚙 合 的 一 對(duì) 齒 輪 中 的一 個(gè) 齒 輪 4 裝 在 電 機(jī) 輸 出 軸 上 ， 并 將 電 機(jī) 2 安 裝