兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 山東理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 實(shí)驗(yàn)型兩軸數(shù)控 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 ： 王 婧 指導(dǎo)教師 ： 張 海 云 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2006 年 4 月 3 日 6 月 12 日 共 11 周 摘 要 論文介紹了兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過對(duì)各種實(shí)驗(yàn)型設(shè)備的調(diào)研，了解到現(xiàn)階 段我國(guó)用于實(shí)驗(yàn)型設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備的臺(tái)套種類、數(shù)量與學(xué)生規(guī)模反差較大的現(xiàn)況， 設(shè)備落后， 加之由于各種客觀和主觀的原因，全國(guó)大專院校機(jī)電類學(xué)生工程實(shí)踐能力普遍較差，其動(dòng)手能力與理論更是難結(jié)合在一起，嚴(yán)重影響到實(shí)訓(xùn)、培訓(xùn)效果。 主要成果是： 本設(shè)計(jì) 對(duì)已有的設(shè)備進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際教學(xué)要求，進(jìn)行各零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，并最終進(jìn)行校核。該設(shè)備可主要應(yīng)用于高校及職業(yè)技術(shù)學(xué)校中相關(guān)專業(yè)的數(shù)控教學(xué)，它具有體積小、價(jià)格低、功能完善、安全系數(shù)高、性能優(yōu)越等系列優(yōu)點(diǎn)；在設(shè)計(jì)過程中，同時(shí)進(jìn)行了電器方面的改進(jìn)，主要應(yīng)用 PLC 進(jìn)行控制，引 入了數(shù)控部分，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，齒輪變速機(jī)構(gòu)，安裝了變頻器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備。通過弱電控制強(qiáng)電，計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制電路，并成功地實(shí)現(xiàn)了工作要求，使其具有能控制各進(jìn)給方向電動(dòng)機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)、變頻調(diào)速、兩軸聯(lián)動(dòng)等功能。在機(jī)械部分設(shè)計(jì)過程中，盡量考慮節(jié)約成本和可互換性，在保證 X、 Y 進(jìn)給選用相同的步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠等零部件。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控銑床，兩坐標(biāo)，實(shí)驗(yàn)型 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Abstract This paper introduces the two coordinate Numerical control milling machine tool design. Study on the Numerical control milling machine tool of the excited states, Know that the total situation is, a interplanting of the numerical control equipment, quantity and students scale have relatively large contrast. The machine that used can not catch up with the need, As well as other course, Students few can move the cell-phone independently , influence training in fact , result of training seriously. The main results is:First , by doing ansys of the machine excited, connecting to the requires in the study. Do the design of some parts and recheck again. Teaching person who test miniature numerical control milling machine apply university and vocational technical school numerical control teaching and numerical control of workers of relevant speciality train mainly. It has small , the price is low , high , such serial advantages as performance is superior of safety coefficient with perfect function.Second, In the numerical control transformation process, also do the electronic machines transformation and the research, the machine mainly controlled by the PLC, increases the primary device, to the machine part, the electricity has partially carried on the optimized design, introduced the numerical control to be partial, uses step-by-steps the electric motor, the gear changing organization, VFO and the step motor driver and so on. the weak electricity controlled the strong electricity, the computer numerical control electric circuit, successfully has realized the modification requirement, enable it to have the act, rotate one side and other side, the speed changed by VOF, and so on the function. In the machine part design process, Also consider the money and retransferability, make the same the step motor and the ball screw shaft and some other parts. 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Key words: Numerical control milling machine, miniature, two coordinate. 第一章 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT（英文摘要） . II 目 錄 . III 第一章 引 言 . 1 1.1 課題的背景 . 1 1.2 課題的意義 . 2 第二章 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) . 3 2.1 數(shù)控系統(tǒng) 總體方案的設(shè)計(jì) . 3 2.2 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的方案擬定 . 3 2.3 方案的比較與選擇 . 4 2.4 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的方案擬定 . 4 第三章 機(jī)械部件的計(jì)算和選擇 . 5 3.1 切削力的計(jì)算 . 5 3.2 機(jī)械構(gòu)件的選擇 . 8 3.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 . 8 3.2.2 絲杠的選擇 . 12 3.2.3 軸承的選擇 . 17 3.2.4 導(dǎo)軌的選擇 . 18 3.2.5 聯(lián)軸器的選擇 . 21 3.2.6 傳 動(dòng)裝置的選擇 . 21 3.3 Y 軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 . 26 第四章 虛擬樣機(jī)的制作 . 27 4.1 微型數(shù)控銑床部分零件圖 . 27 4.1.1 減速箱齒輪 . 27 4.1.2 工作臺(tái) . 28 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 4.1.3 滾珠絲杠 . 28 4.1.4 套筒式聯(lián)軸器 . 29 4.1.5 橫梁 . 29 4.1.6 滾動(dòng)軸承 . 30 4.1.7 軸 . 30 4.2 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)總裝配圖 . 31 第五章 控制系統(tǒng) . 32 5.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 . 32 5.2 變頻器的選擇 . 35 5.2.1 外部結(jié)構(gòu) . 36 5.2.2 運(yùn)行方式 . 37 5.3 定位模塊的選擇 . 37 5.4 其他輔助電路的選擇 . . 38 5.4.1 越程報(bào)警電路 . 38 5.4.2 掉電保護(hù)電路 . 38 結(jié)論 . 41 致謝及聲明 . 42 參考文獻(xiàn) . 43 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第二章 引 言 1.1 課題的背景 我國(guó) NC 機(jī)床的消費(fèi)量在全世界僅次于美國(guó)和日本，居第三位。我國(guó)機(jī)床工業(yè)已基本形成門類較齊全的生產(chǎn)科研體系，數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械代表產(chǎn)品。 NC 機(jī)床是機(jī)床制造技術(shù)、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)三者相結(jié)合的產(chǎn)物。 NC 機(jī)床的性能水平主要取決 與 NC 系統(tǒng)的先進(jìn)性。近年來(lái)，隨著國(guó)外高檔 NC 機(jī)床產(chǎn)品的進(jìn)口和國(guó)外 NC 技術(shù) 的引進(jìn)，我國(guó)的 NC 機(jī)床生產(chǎn)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 進(jìn) 入 21 世紀(jì) ,我國(guó)機(jī)床制造業(yè)既面臨著提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī) ,也遭遇到加入 WTO 后激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力。從技術(shù)層面上來(lái)講 ,加速推進(jìn)數(shù)控技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。 數(shù)控機(jī)床及由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受人們關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、 敏捷 而多樣化的功充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 能引 起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步提升。 在發(fā)達(dá)國(guó)家，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)大量普遍使用。我國(guó)制造業(yè)機(jī)床數(shù)控化率不到 002 ，而且，對(duì)現(xiàn)有的為數(shù)不多的數(shù)控機(jī)床也未能充分利用。原因是多方面的，數(shù)控人才的匱乏是其主要原因之一。尤其迫切需要大量的從研究開發(fā)到使用維修的各個(gè)層次的技術(shù)人才。 我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。逐步成為世界制造中心 進(jìn)入新的世紀(jì)以后，隨著我國(guó)綜合 國(guó)力的進(jìn)一步增強(qiáng)和加人世界貿(mào)易組織 WTO ，我國(guó)經(jīng)濟(jì)全面與國(guó)際接軌，并正在成為全球制造業(yè)的中心，大批跨國(guó)企業(yè)搶灘登陸在國(guó)內(nèi)高起點(diǎn)設(shè)廠、將生產(chǎn)加工向中國(guó)轉(zhuǎn)移；國(guó)內(nèi)制造企業(yè)更是背水一戰(zhàn)。大舉通過信息化、廣泛應(yīng)用現(xiàn)代制造技術(shù)積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)制造業(yè)進(jìn)入了一個(gè)空前蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，這必然對(duì)掌握現(xiàn)代信息化制造技術(shù)的技術(shù)人才、特別是對(duì)大量的一線技術(shù)工人形成了巨大需求。 近年來(lái)，由于受數(shù)控人才需求的拉動(dòng)，各校均建有不同規(guī)模的數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地，有的是規(guī)模大、設(shè)備種類多的實(shí)訓(xùn)中有的是設(shè)備 種類和數(shù)量相對(duì)較少的實(shí)驗(yàn)室。有的學(xué)校實(shí)訓(xùn)基地以普通加工設(shè)備配進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)為主有的學(xué)校以教學(xué)型數(shù)控設(shè)備為主?？偟那闆r是，數(shù)控設(shè)備的臺(tái)套種類，數(shù)量與學(xué)生規(guī)模反差較大。 用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備更是落后， 加之由于各種客觀和主觀的原因，全國(guó)大專院校機(jī)電類學(xué)生工程實(shí)踐能力普遍較差，其學(xué)習(xí)和研究工作偏向計(jì)算機(jī)化、軟件化，動(dòng)手能力與理論更是難結(jié)合在一起。 嚴(yán)重影響實(shí)訓(xùn)、培訓(xùn)效果。 1.2 課題的意義 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)型兩軸數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)過的數(shù)控技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、軟件程序設(shè)計(jì)、工藝等知識(shí)，掌握數(shù)控機(jī)床機(jī) 械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程。重點(diǎn)掌握步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，機(jī)床工作臺(tái)及其相應(yīng)的充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 夾具及機(jī)床配件設(shè)計(jì)。為畢業(yè)后從事機(jī)械電子設(shè)備的研制和使用打下良好的基礎(chǔ)。 第三章 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2.1 數(shù)控系統(tǒng) 總體方案的設(shè)計(jì) 主要包括以下幾個(gè)方面 ： （ 1） 運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì) 。包括確定機(jī)床所需運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式（直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）、功能（主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、其他運(yùn)動(dòng)）及排列順序，最后畫出機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能圖。 （ 2） 基本參數(shù)設(shè)計(jì) 。包括尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)。 （ 3） 傳動(dòng)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 。包括傳動(dòng)方式、傳動(dòng)原理圖及傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。 （ 4） 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 。包括運(yùn)動(dòng)功能分配、總體布局機(jī)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計(jì)。 （ 5） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。包括控制方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。 根據(jù)前面所提到的數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿足的基本要求就可以進(jìn)行總體設(shè)計(jì) 。充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 在各項(xiàng)基本要求中以工藝要求最為重要。由工藝要求決定機(jī)床所需要的運(yùn)動(dòng)。完成每個(gè)運(yùn)動(dòng)又有相應(yīng)的功能部件。這就可以確定各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置關(guān)系。機(jī)床的總體布局也就可以大體確定下來(lái)。 因此，總體方案設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全局性的設(shè)計(jì)工作，直接影響機(jī)床產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、 工藝和成本，關(guān)系到產(chǎn)品的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 2.2 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的方案擬定 對(duì)教學(xué)試驗(yàn)型微型數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，一方面，要求其功能完善、結(jié)構(gòu)開放，具有與一般生產(chǎn)型數(shù)控銑床一樣的工作原理和工作性能；另一方面，要求其體積小、價(jià)格低，有利于此類銑床的普及推廣。所以本課題的設(shè)計(jì)主要是兩個(gè)方面： 其一：機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；其二：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 這里有兩個(gè)方案： 方案一、采用減速箱，并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行兩端支撐； 減速箱采用圓注齒輪變速，這種方案可以通過增加減速箱，達(dá)到：1.增大轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩； 2.提高脈沖當(dāng)量； 3.匹配慣量。 對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行兩端支撐，可以盡量減少由于一端支撐，可能產(chǎn)生的彎曲，減少誤差，提高精度。 方案二、直接采用套筒式聯(lián)軸器連接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠，對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行一端支撐。 該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 2. 方案的比較與選擇 方案一、 由于切削石蠟 、塑料等材料，根據(jù)計(jì)算切削力較小，選用步進(jìn)電機(jī)，脈沖當(dāng)量為 2mm/ min，采用減速向變速，傳動(dòng)比選用 1.25，通過計(jì)算可以提高脈沖當(dāng)量為 1.02mm/min。對(duì)滾珠絲杠采用兩端支撐，可以提高滾珠絲杠的剛度，提高滾珠絲杠壽命。 方案二、直接采用套同式聯(lián)軸器聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸和滾珠絲杠，精 度不高，電機(jī)功率太小， 直接帶動(dòng)滾珠絲杠在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí) ，對(duì)步進(jìn)電充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 機(jī)損耗較大。采用一端支撐，會(huì)導(dǎo)致滾珠絲杠產(chǎn)生撓度，影響滾珠絲杠的剛度，從而影響其壽命。 根據(jù)實(shí)際工作要求 ，考慮其工作壽命，最終選擇地一種方案：采用減速箱，并對(duì)滾珠絲杠采用兩端支撐。 2.4 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的方案擬定 教學(xué)試驗(yàn)型微型數(shù)控銑床的總體長(zhǎng)為 300mm，寬為 180mm，高為400mm，工作臺(tái)寬度 180mm，長(zhǎng) 180mm。可以實(shí)現(xiàn) X 軸、 Y 軸和 Z 軸三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。 X 軸、 Y 軸的進(jìn)給是通過電機(jī)帶動(dòng)絲杠，絲杠又與螺母?jìng)鲃?dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)與絲杠的連接可以通 過銷釘來(lái)達(dá)到。在傳動(dòng)過程中電機(jī)帶動(dòng)絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺母沿導(dǎo)軌做水平移動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。Z 軸的進(jìn)給也是通過電機(jī)帶動(dòng)絲杠，絲杠又與 Z 軸螺母?jìng)鲃?dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主軸套與 Z 軸螺母相連，在傳動(dòng)過程中電機(jī)帶動(dòng)絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺母沿導(dǎo)軌做上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)主軸做上下運(yùn)動(dòng)。 控制系統(tǒng)部分：通過采用三菱公司的 FX2N 系列單片微機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、兩軸聯(lián)動(dòng)和變頻調(diào)速的控制，從而實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)控制。其中重點(diǎn)是確定硬件電路的總體方案和軟件設(shè)計(jì)，主要有：存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)，輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī) 接口和驅(qū)動(dòng)電路（光電隔離電路，功率放大電路），其他輔助電路（時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等等），流程圖的繪制和程序的書寫。 由此，可以大體畫出整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方案圖圖 1： 鍵盤輸入 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 1 總體框圖 第四章 第三章 機(jī)械部件的計(jì)算和選擇 3.1 切削力的計(jì)算 該實(shí)驗(yàn)型數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備 ，主要用來(lái)模擬加工，工件材料是石蠟或塑料， X、 Y 向形成均為 200mm，根據(jù)查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，因沒有石蠟和塑料的銑削公式，所以在查閱手冊(cè)時(shí)，以圖表中最軟的材料為依據(jù)進(jìn)行 參數(shù)的選擇。 Z 軸 銑削工作時(shí)銑削力的計(jì)算： 現(xiàn)以刀具材料為高速鋼，工作材料為碳鋼進(jìn)行計(jì)算。 1. 最大銑削直徑 dmax =10mm.最小直徑 d min =4mm 由實(shí)用機(jī)床手冊(cè) Pm =FZ V/60000 FZ =642ap a0.72r a 0.86W d 0.860 ZK FZ K FZ =K MFZ K RFZ K KFZ 其中 K MFZ =（ b /0.638） 0.3 =0.982 d0 =400 (10-4)X(1590-397)=2 MCS-51 接口電路 驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)據(jù)顯示 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 工作臺(tái) 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 高速鋼銑刀 r0 =150 ,前角系數(shù) K RFZ =0.92 主偏角 kr =750 K KFZ =1.0 aW =8mm ar =0.080.05mm/Z 取 ar =0.05mm/Z ap =4mm 齒數(shù) Z=4 d0 =6mm FZ =642 4 0.05 0.72 80.86 6 0.86 4 0.903=2773N V= d0 n/1000=3.14 2 400/1000=2.52 pm= FZ V/60000=2773 2.512/60000=0.17KW 選電動(dòng)機(jī)時(shí)按銑削計(jì)算。 3.選主電動(dòng)機(jī)時(shí)： 因?yàn)殂娤髯畲蟮那邢髁椋?FZ =642 4 0.05 0.72 80.86 10 0.86 4 0.903=832.03N V= 10 1590/1000=49.9m/s pm = FZ V/60000=832.03 49.9/60000=0.69KW pm = pm /0.88=0.69/0.88=0.79KW 所以選電動(dòng)機(jī)為 pm =1.1KW 型號(hào)： Y90S 4 型 2. X、 Y 軸銑削工作時(shí)銑削力的計(jì)算 其中主轉(zhuǎn)動(dòng)中主軸功率 N 主 =0.79KW.則 =0.79/1.1=0.718 電動(dòng)機(jī)的額定功率 N 機(jī) =1.1KW。銑削力同樣遇刀具材料、被銑削工件的材料、切削量等因素有關(guān)，現(xiàn)以刀具材料為高速鋼，共建材料為碳鋼進(jìn)行計(jì)算。 主轉(zhuǎn)動(dòng)功率包括切削功率 N 0 ，空載功率 N 0m ，附加功率 N mc 三部分，即： N= N 0 + N 0m + Nmc ，一般輕載高速的中、小型機(jī)床中， N 0m =0.5N/(2- )N c ，故總功率為： N= Nc +0.5 N0 +（ 1-） N c ， Nc =0.5N/(2- )，再進(jìn)給傳動(dòng)中切削功率： N ct =K 0.5N/(2- )， N ct =0.85 0.5充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.1/(2-0.718)=0.36KW 切削時(shí)主軸上的扭短為： Mn =974000 Nct /n 則主軸上最大扭矩為 ： Mmaxn=974000 0.36/397=883（ NCM） 銑 刀的最大直徑為： 10mm。主切削力 F c =883/1=880N。銑削加工時(shí)主切削力 F c 與銑削進(jìn)給抗力 F s 之間的值由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 F s / F c =1.01.2，取 F s / F c =1.2。則 F s =1.2 F c =1059.6N，垂直部分力 F c 的幣值為 0.750.8，取 Fz / Fc =0.8， Fz =0.8 Fc =706.4N。 3.2 機(jī)械構(gòu)件的選擇 3.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 應(yīng)用中的注意點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合 -每分鐘轉(zhuǎn)速不超過 1000 轉(zhuǎn)，（ 0.9 度時(shí)6666PPS)，最好在 1000-3000PPS(0.9 度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。 步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。 由于歷史原因，只有標(biāo)稱為 12V 電壓的電機(jī)使用 12V 外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電 壓（建議： 57BYG采用直流 24V-36V， 86BYG 采用直流 50V,110BYG 采用高于直流 80V），當(dāng)然 12 伏的電壓除 12V 恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過要考慮溫升。 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。 電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用 逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 度。 高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度 ,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用 5 相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少 。 電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如 若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 電機(jī)在 600PPS（ 0.9 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū) 動(dòng)。 應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。 （ 2）步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。 步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 0.36 度 /0.72度（五相電機(jī)）、 0.9 度 /1.8 度（二、四相電機(jī)）、 1.5 度 /3 度 （三相電機(jī)）等。選用 1.5 度。 靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 2-3 倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)。 電流的選擇 靜力矩一樣的電 機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓） 綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循步驟如圖 2 所示： 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 2 選擇電機(jī)的步驟 力矩與功率換算 步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下： P= M =2 n/60 P=2 nM/60 其 中 P 為功率 ， 單位為 瓦；為每秒角速度，單位為弧度； n 為每分鐘轉(zhuǎn)速 ； M 為力矩 ， 單位為牛頓 米。 P=2fM/400(半步工作 ) 其中 f 為每秒脈沖數(shù) （簡(jiǎn)稱 PPS） 。 （ 3） 混合式 步進(jìn)電機(jī) 控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn) 混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)正是由混合式步進(jìn)電機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的，簡(jiǎn)而言之它具有穩(wěn)定可靠、性能好、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，以和最具有可比性的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)相比為例。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 首先，混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較高，由于驅(qū)動(dòng)器是系統(tǒng)中可靠性最薄弱的一個(gè)部分，所以系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性 主要是由驅(qū)動(dòng)器的可靠性來(lái)決定的?；旌鲜诫姍C(jī)轉(zhuǎn)子上有永磁體，部分磁場(chǎng)已由轉(zhuǎn)子上的磁鋼產(chǎn)生，所以混合式電機(jī)繞組電流可以設(shè)計(jì)得比較小，而反應(yīng)式電機(jī)磁場(chǎng)完全由繞組電流產(chǎn)生，故欲和混合式電機(jī)產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)體積相差不太大的情況下，反應(yīng)式電機(jī)所需電流就要大得多。在當(dāng)前電力電子器件水平限制下，混合式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器就比反應(yīng)式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器要可靠得多，同時(shí)由于大的繞組電流，反應(yīng)式電機(jī)本體的發(fā)熱情況也要嚴(yán)重的多。 實(shí)際上，為產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，反應(yīng)式電機(jī)不僅線圈電流大，而且定子線圈匝數(shù)多，電機(jī)體積大，繞組電感也大。由于繞組電 感大，反應(yīng)式驅(qū)動(dòng)器必須要以高壓驅(qū)動(dòng)才會(huì)有比較好的高頻性能，但這樣驅(qū)動(dòng)器的可靠性會(huì)明顯變差；如果反應(yīng)式驅(qū)動(dòng)器取和混合式驅(qū)動(dòng)器一樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩明顯要小，這也是反應(yīng)式電機(jī)系統(tǒng)性能比混合式電機(jī)系統(tǒng)差的一個(gè)重要原因。 混合式步進(jìn)電機(jī)一般步距角 較小，再加上混合式步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)不明顯，振蕩較小，在控制步進(jìn)電機(jī)升降頻規(guī)律一致的情況下，運(yùn)行要比反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定。 混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于混合式步進(jìn)電機(jī)的制造比較復(fù)雜，電機(jī)的成本相對(duì)較高；其次是雖然混合式步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)不明顯，振蕩較小，但依然影響性能 。 脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)精度要求來(lái)確定，一般取為 0.010.02mm。如取得太大，無(wú)法滿足系統(tǒng)精度要求，如取得太小，或者機(jī)械系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或者對(duì)其精度和動(dòng)態(tài)性能提出過高要求，使經(jīng)濟(jì)性降低。所以根據(jù)數(shù)控鉆銑床的精度要求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖當(dāng)量： p =0.02/Step，步角距 b =1.80 / Step。由于無(wú)減速裝置，所以由 p = b /360 0 P h 可知，滾珠絲杠螺距，即基本導(dǎo)程 P h =4mm。一般來(lái)講，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)步距角較小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大，永磁式步進(jìn)電機(jī)功耗較小，斷電后仍有制動(dòng)力矩，但步距角較大，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，混合式步進(jìn)電機(jī)由上述兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 考慮到該機(jī)床垂直進(jìn)給 方向需用自鎖機(jī)構(gòu)，所以選用具有自鎖功能的混合式步進(jìn)電機(jī)。 （ 4） 計(jì)算選擇 1. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算 銑削時(shí)： Fs =26.1N, FZ =65.27N TP =36 0.01 26.1+0.03（ 300+65.27） /2 1.8 0.85=40.8 N.cm 根據(jù)以上計(jì)算可知，銑削時(shí)啟動(dòng)力矩遠(yuǎn)大于鉆削啟動(dòng)力矩，為滿足鉆銑要求，以銑削時(shí)所需要 求為宜。由手冊(cè)可知： T P /Tjm =0.866，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 T jm = TP /0.866=40.8/0.866=47.1 N.cm 2. 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 fmax =1000v max / p ， v max =0.025(m/s) fmax =1000 0.025/0.02=1250(HZ) 根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進(jìn)電機(jī)。 57BYGH6403 采用兩相四拍的通電方式。 相數(shù)， 3；步距角， 1.80 ；電流， 2.5A；靜力矩 ,110Ncm；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，280gcm2 引線數(shù) ， 4。 接線圖 圖 3 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.2.2 絲杠的選擇 1.滾珠絲杠的特點(diǎn) 滾珠絲杠螺母副（以下簡(jiǎn)稱滾珠絲杠副）是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間元件的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠副。在數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)中，經(jīng)常用于代替滑動(dòng)絲杠，以提高傳動(dòng)精度。 絲杠螺母副的特點(diǎn)： （ 1）用 較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。 （ 2）可達(dá)到很大的降速比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈的以縮短。 （ 3）能達(dá)到較高的傳動(dòng)精。用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)時(shí) ,還可兼作測(cè)量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小數(shù)值可達(dá) 0.0001mm。 （ 4）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率 =0.920.96,而一般的常規(guī)（滑動(dòng)）絲杠螺母副的 =0.200.40。所以滾珠絲杠的傳動(dòng)效率 比常規(guī)絲杠的傳動(dòng)效率提高了 34 倍。因此功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的 14 13 。 （ 5）給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，這樣反向時(shí)就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比較有較高的軸向精度。 （ 6）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎和運(yùn)動(dòng)速度完全無(wú)關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。由于滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，與常規(guī)絲杠螺母副比較 不宜出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動(dòng)精度高。 （ 7）有可逆性，由于滾珠絲杠副摩擦系數(shù)小，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件，也可以作為從動(dòng)件。 （ 8）制造工藝復(fù)雜，滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 潔度要求也高，故制造成本高。例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般都要求磨削成型表面的。 （ 9）不能自鎖，特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需要添加制動(dòng)裝置。 在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定 滾珠絲杠的上述參數(shù)時(shí)，目前采用的方法是，在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，即滾性絲杠在工作過程中受軸向負(fù)載時(shí)，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，這種名義直徑 D 和螺距 t 的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載的最大值稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載。 2. 滾珠絲杠的選擇計(jì)算 (1) 動(dòng)載荷 Cae 的計(jì)算 Q= 3L fn fh Pmax 其中 fn 載荷系數(shù)取為 1.0， fh 硬度系數(shù)取為 1.2， Pmax 最大的工作負(fù)載 L 使用壽命 工作負(fù)載 P 是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，他的數(shù)據(jù)可用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算： 對(duì)于類似燕尾型尋軌的機(jī)床 Pmax =kPx +f (P z +2P y +G) Px X 方向的切 削力 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Py Y 方向的切削力 Pz z 方向的切削力 G 移動(dòng)部件的重量 f 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) k 考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 選用滾動(dòng)導(dǎo)軌，在正常潤(rùn)滑情況下，對(duì)于類似燕尾型尋軌 k=1.4 f =0.03 由于銑削時(shí)所需切削力均大于鉆削的切削力，故意下計(jì)算均按銑削設(shè)計(jì)。 在銑削過程中， P z =706.4N ， Px =0， Py =1059.6N ， G=300N Pmax =1.4 0+0.03 (706.4+2 1059.6+300)=93.7N 而 L=60nT/106 式中 n 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（ r/min） T 使用壽命（小時(shí)） 對(duì)于數(shù)控機(jī)床， n 一般取 1250 r/min， T 一般取 15000h， 因?yàn)?L=60 1250 15000/10 6 =1125 Q= 31125 1.0 1.2 93.7=1169N 查表初步選用的型號(hào)為 N 系列 1604-3， 3 列 Q=4612N 較為合適，這是一種內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)隙單螺母的滾珠絲杠副，其主要參數(shù)如下： 名義直徑： D 0 =20mm，基本導(dǎo)程 t=5mm，剛求直徑： D n =3.725 mm ，絲杠內(nèi)徑 d 2 =17.96mm ，絲杠外徑 d 1 =19.4mm ，循環(huán)列數(shù) 3，額定動(dòng)負(fù)載 C 0 =6367 N ，螺母外徑 D=72 mm，螺母內(nèi)徑 D 1 =32 mm，螺母長(zhǎng)度 L=40 mm。 (2) 校核 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 （ 1）效率計(jì)算 從機(jī)械原理中得知， 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 =tg /tg( + ) 式中： -螺紋的螺旋升角； =arctg t0D =arctg 43.14*16 =4.550 -摩擦角； 滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f=0.0030.004，其摩擦角 約等于 10 (tg = f=0.0030.004)。 =0004 .5 5( 4 .5 5 1 0 )tgtg =0.965 (3) 剛度的驗(yàn)算 數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠是一種精密的傳動(dòng)元件，它在工作負(fù)載 P 的作用下，將伸長(zhǎng)或縮短，在扭矩 M 的作用下，將向一方或另一方扭轉(zhuǎn)，這樣，滾珠絲杠的螺距就要產(chǎn)生變化，從而影響其傳動(dòng)精度和定位精度，因此，滾珠絲杠應(yīng)驗(yàn)算其滿載時(shí)的變形量。 從材料力學(xué)中得知，滾珠絲杠受工作負(fù)載（軸向力） P 的作用而引起一個(gè)螺距 t 的變化量 t1 ,可按下式計(jì)算： t 1= PtEF 其中： P-工作負(fù)載； t-滾珠絲杠螺距 ； E-彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言（ E=20.1 10 6 Ncm 2 ） ； F-滾珠絲杠的橫截面積（按內(nèi)徑而定）； t1 = 629 3 . 7 0 . 4 12 0 . 1 1 0 3 . 1 4 6 . 5 =0.14 10 7 cm 滾珠絲杠受扭矩 M 作用而引起一個(gè)螺距 t 的變化量 t 2 ，可以按下式充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 計(jì)算： t2 =2t (cm) 其中 -在扭矩 M 的作用下，滾珠絲杠每一螺距長(zhǎng)度兩截面上的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角； = CMtGJ 其中， M-扭矩（ Ncm）