X502型立式銑床(橫向)畢業(yè)設(shè)計說明書(共56頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：X502型立式銑床微機數(shù)控改裝（橫向）學 院：機械工程學院專 業(yè)：機電一體化工程班 級：機電1202學 號：4姓 名：李開帆指導教師：黃江2014年10月31日專心-專注-專業(yè)摘要 數(shù)控機床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點，并且機床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門化。數(shù)控機床是集計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制、傳感測量、機械制造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機電一體化產(chǎn)品。它的發(fā)展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。 數(shù)控技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的

2、核心標志，實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，己成為當今制造業(yè)的發(fā)展方向。為了滿足用戶的需求，減少成本及各種浪費，我們不能一味的大量添置全新的數(shù)控機床，而是考慮把普通機床改造為數(shù)控機床。普通機數(shù)控化改造，顧名思義就是在機床上增加微機控制裝置即單片機數(shù)控系統(tǒng)，使其伺服電機型機床具有一定的自動化能力，使其傳動系統(tǒng)更加符合要求，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。這種機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下3個特征：(l)高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。如華中I型等數(shù)控系統(tǒng)，都具有多軸聯(lián)動功能，

3、快速進給速度在1.67m/s以上，具有較強的通信、管理功能。(2)普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。如北京機床研究所的BS9l系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般配有CRT顯示器，可配置直流和交流伺服驅(qū)動，24軸聯(lián)動。(3)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國應用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。比較典型的有南京大方的JWK系列。我國是機床生產(chǎn)大國，又是使用大國。數(shù)控機床是機械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，我國的數(shù)控機床在機床產(chǎn)品中的比例總體水平低。但是我國是發(fā)展中國家，許多企業(yè)財力薄弱，不可能花費大量的資金添置許多全新的數(shù)控機床，同時大量的通用機床不可能全部淘汰。因此，把普通機床

4、改造為數(shù)控機床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途徑，機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床的缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高。關(guān)鍵詞： 改裝設(shè)計 X502 伺服電機 控制系統(tǒng) X502 type vertical milling machine microcomputer numerical control refittingAbstract Nc machine tool has the advantages of high precision, high efficiency, high speed, high reliability, and specialize

5、d structures tend to be modular machine tool, numerical control functions. Nc machine tool is the collection computer technology, electronic technology, automatic control, sensing measurement, machinery manufacturing, and network communication technology in one of the typical electromechanical integ

6、ration products. Its development and utilization, opened a new era of manufacturing, change the manufacturing production mode, industrial structure, management mode, make the pattern of world manufacturing industry, great changes have taken place. The level of NC technology has become the core measu

7、re of a country's manufacturing industry modernization degree symbol, the processing machine and the production process of NC, has become the development direction of manufacturing industry. In order to meet the needs of users, reduce cost and waste, we cannot blindly large additions of new CNC

8、machine tools, but consider the general machine tools for the transformation of CNC machine tools. Ordinary machine CNC transformation, just as its name implies is in bed to increase the microcomputer control device is the singlechip digital control system, the servo motor type machine tool has some

9、 automation capabilities, the transmission system is more in line with the requirements, in order to achieve the goal of predetermined processing technology. This machine costs less, reform targeted, time is short, most of the machine after the original machine can overcome the shortcomings and prob

10、lems, high production efficiency, especially for the Chinese machine tool has a large amount ofspecific national conditions, the small scale of production. Our country numerical control system development has the following three characteristics:(l) have breakthrough high-grade CNC system. Such as hu

11、azhong type I numerical control system, all have the multi-axis linkage function, fast feed rate in more than 1.67 m/s, with strong communication and management capabilities.(2) affordable numerical control system technology is mature. Such as Beijing machine tool research institute BS9l system, the

12、se systems are generally equipped with a CRT display, configurable dc and ac clothing drive, 2 4 axis linkage.(3) the economical CNC system still has a broad market prospect. Because this kind of system structure is simple, cheap, very suitable for small and medium-sized enterprise, at present is st

13、ill the most widely used nc system in our country. Typically have nanjing generous JWK series.China is big country of production of machine tools, it is with great power. NC machine tools is the key product development of mechanical industry, the proportion of the overall level of NC machine tool in

14、 our country machine tool products in the low. But China is a developing country, many enterprises financial weakness, can not spend a lot of money to acquire many new NC machine tools, and general machine tool large can not completely eliminate. Therefore, the general machine tools to CNC machine t

15、ools is a effective way to improve the rate of NC machine tool rebuilding, spend less, reform targeted, time is short, after the transformation of the machine tool are able to overcome the shortcomings and problems of the machine tool, the production efficiency is high.Key words：reform design X502 c

16、ontrol system numerical control 目 錄 X502型立式銑床數(shù)控改裝任務書一、設(shè)計任務 將X502型立式銑床改造成用AT89S51單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控銑床。該銑床用于加工中小型零件的平面或成型表面，也可以加工具有一定斜度的平面。改裝的目的一方面要提高加工精度，另一方面利用數(shù)控方法加工任意圓弧面或凸輪的曲面。二、已知條件1、機床型號：X502型立式升降臺銑床2、主要參數(shù) 1）工作臺面積（長×寬）750×225（mm×mm） 2）工作臺最大行程 縱向： 500mm 橫向： 200mm 3）主軸中心（端面）至臺面距離：80×30

17、0mm 4）進給量：縱向： 20540mm橫向： 14380mm5）工作臺及夾具總重量：G=1000N 6）快速進給速度：縱向： 2400mm/min橫向： 1600mm/min 7）導軌類型： 縱向： 綜合性導軌 橫向： 綜合性導軌8）立銑頭最大回轉(zhuǎn)角：45度 9）主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)：8級 10）主軸轉(zhuǎn)速公比：1：41 11）主軸轉(zhuǎn)速：n=48，67，95，132，190，265，375，530r/min 12）主軸電機功率：N=2.2KW 13）主軸傳動功率：N=1.45KW 14）主軸孔徑：24mm 15）銑刀最大直徑：32mm 16）加速時間： 30ms3、工件材料 1）碳鋼，合金鋼 2）鑄

18、鐵4刀具材料 1）硬質(zhì)合金 2）高速鋼三、設(shè)計要求 改裝后數(shù)控機床應具有的性能：改裝要方便，原銑床的改動應盡可能少，如果數(shù)控部分發(fā)生故障時應能手工半自動操作，如果不需要數(shù)控時，能很快改回原狀?？刂撇糠忠筮\行可靠，維修方便，須防塵及抗干擾，改造成本低。1.改裝后應具有基本功能及技術(shù)指標 1）工藝范圍：保持原有的銑床的工藝范圍外，增加任意圓弧面或凸輪曲面的數(shù)控加工。 2）控制軸數(shù)：二坐標（縱向X、橫向Y）。 3）同時控制縱、橫向進給運動進行圓弧面或凸輪曲面的加工。 4）脈沖當量：0.01mm/step 5）重復定位精度：0.01mm 6）定位精度：0.01mm 7）加工精度：2級2、采用步進電機

19、開環(huán)控制3、對微機數(shù)控系統(tǒng)的要求：微機控制系統(tǒng)要有可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、可在線編程、具有很高的性能價格比等特點。1）單片機型號：80312）SRAM型號：62643）E2PROM型號：27644）采用全譯碼方式譯碼5）步進電機采用硬件環(huán)形分配，功放電路采用高低壓功放6）控制系統(tǒng)的加工程序和控制命令可通過鍵盤操作實現(xiàn)7）采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床的狀態(tài)等信息8）具有ISP（在線編程）功能四、設(shè)計工作量 1、進給系統(tǒng)機械裝配圖一張（A1）； 2、數(shù)控系統(tǒng)硬件原理圖一張（A1）； 3、課程設(shè)計說明書一份 包括以下主要內(nèi)容： （1）前言（數(shù)控改裝的意義、用途及目的等）； （2）改裝

20、方案的確定（包括系統(tǒng)總體方案的確定、機械系統(tǒng)改裝方案的確定、控制系統(tǒng)方案確定）（3）機械部分改裝設(shè)計計算： 1）滾珠絲杠螺母副型號確定； 2）齒輪傳動比和齒數(shù)的確定； 3）軸承型號確定 4）聯(lián)軸器的選擇（4）步進電機的選型；（5）控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 1）存儲器擴展電路設(shè)計2）通用接口芯片型號選擇及接口電路設(shè)計3）譯碼芯片型號選擇及各芯片地址分配4）數(shù)碼管和鍵盤接口電路設(shè)計5）環(huán)形分配器芯片選擇及環(huán)形分配電路設(shè)計6）步進電機功放電路設(shè)計7）ISP（In-System Programming-在線系統(tǒng)編程及調(diào)試）接口設(shè)計8）機床報警電路設(shè)計等（6）總結(jié)及結(jié)束語五、主要參考書目 1、數(shù)字控制機床，

21、 廖效果、朱啟逑主編，華中理工大學出版社 2、金屬切削機床設(shè)計， 戴曙主編，機械工業(yè)出版社 3、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計， 張建民 等編著 北京立功大學出版社 4、機電一體化技術(shù)手冊（上、下冊），機電一體化技術(shù)手冊編委會編 機械工業(yè)出版社 5、機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計， 趙松年 張奇鵬主編 機械工業(yè)出版社，1999年6月 6、單片機原理及應用設(shè)計， 蔣輝平，周國雄編著 北京航空航天大學出版社 7、機電一體化系統(tǒng)設(shè)置課程設(shè)計指導書，尹志強等編著。機械工業(yè)出版社 8、機械設(shè)計手冊，成大先主編 化學工業(yè)出版社前 言一、機床數(shù)控化改造的意義 一般說來，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性。 1. 可以加工出傳

22、統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。 2. 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。 3. 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要工人“修配”。 4. 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。 5. 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 6. 降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。 二、機床改造的優(yōu)缺點 1.減少投資額、交貨期短，同購置新機床相比，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型

23、機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。 2.機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 3.用戶熟悉了解設(shè)備、便于操作維修，購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其工藝要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用， 操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。 4.可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。 5.可以采用最

24、新的控制技術(shù)。 6.可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。第一章 數(shù)控改造總體方案的設(shè)計一、系統(tǒng)總體改造方案的確定目前，在機械加工工業(yè)中，絕大多數(shù)是舊式機床，如果改用微機控制，實現(xiàn)機電一體化的改造，會使機床適應小批量、多品種、復雜零件的加工，不但提高加工精度和生產(chǎn)率，而且成本低、周期短，適合我國國情。利用微機實現(xiàn)機床的機電一體化改造的方法有兩種：一種是以微機為中心設(shè)計控制部件；另一種是采用標準的步進電機數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。前者需要新設(shè)計控制系統(tǒng)，比較復雜；后者選用國內(nèi)標準化的微機數(shù)控系統(tǒng)，比較簡單。這種標準的微

25、機數(shù)控系統(tǒng)通常采用單片機、驅(qū)動電源、步進電機及專用的控制程序組成開環(huán)控制，如下圖1.1所示，其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。對機床的控制過程大多是由單片機按照輸入的加工程序進行插補運算，產(chǎn)生進給，由軟件或硬件實現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大、驅(qū)動刀架、縱橫軸運動的步進電機，實現(xiàn)刀具按規(guī)定的輪廓軌跡運動。微機進行插補運算的速度較快，可以讓單片機每完成一次插補、進給，就執(zhí)行一次延時程序，由延時程序控制進給速度。1.1開環(huán)控制系統(tǒng)框圖1、功能與技術(shù)參數(shù)分析設(shè)計的最初環(huán)節(jié)必須理解和分析設(shè)計任務所提出的主要功能和技術(shù)指標。比如，普通銑床的數(shù)控改造要求利用數(shù)控系統(tǒng)代替人工或機械凸輪、靠模來控制銑床的運動，提

26、高銑床的加工精度和自動化水平，滿足多品種小批量零件加工的功能要求。設(shè)計任務提出了縱向走刀，橫向走刀的定位精度、走刀速度、主軸變速等諸多技術(shù)參數(shù)。并且，要求能夠進行人機對話，編程及操作方便，診斷功能和糾錯功能強，具有顯示和通信功能，縮短非生產(chǎn)準備時間，提高生產(chǎn)率。2、原理構(gòu)思和技術(shù)路線確定 針對設(shè)計任務的主要功能和技術(shù)指標要求提出一些原理性的構(gòu)思。比如，普通車床車削螺紋時為了防止亂扣，進給與主軸旋轉(zhuǎn)之間用掛輪來實現(xiàn)嚴格的機械傳動關(guān)系，改變螺紋的螺距就需要改變掛輪。數(shù)控改造后，省掉了掛輪，要提出合理的、先進的方法來解決進給與主軸旋轉(zhuǎn)相配合的問題。要做到：主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀精確移動一個螺距；螺紋加工不

27、能一次切削完成時，每次進刀的位置必須相同。有了原理性構(gòu)思，還要提出實現(xiàn)該功能原理的技術(shù)途徑。沒有合理的可行的技術(shù)途徑來保障，好的原理性構(gòu)思就成為空想。3、擬訂總體方案 功能原理構(gòu)思和技術(shù)路線確定后，對運動、布局、傳動、結(jié)構(gòu)、控制以及軟件等方面作出總體方案設(shè)計。方案可以同時作幾個，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟評價后，選擇其中一種較合理的作為最優(yōu)方案加以采用。比如，普通銑床的數(shù)控化改造方案應該在滿足改造設(shè)計任務的前提下，盡可能對普通銑床作較少改動，這樣可以降低改造成本。二、機械傳動系統(tǒng)的改造方案的確定 在熟悉原機床的操作過程及傳動系統(tǒng)后，根據(jù)設(shè)計要求確定系統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)改造方案。包括電機型號的選擇，減速比的確

28、定，齒數(shù)模數(shù)及齒數(shù)的確定，原有絲杠及導軌是否重新更換，改換成滾珠絲杠螺母副時絲杠螺母副的型號及安裝形式如何確定，導軌的設(shè)計方法等。 X502型銑床的外形及傳動系統(tǒng)如圖1.2所示。工件裝在機床的工作臺上，銑刀裝在轉(zhuǎn)動的刀桿上，銑刀和工件相互間的位置可用縱向、橫向和升降進給機構(gòu)進行調(diào)整。根據(jù)實際要求可對機械部分進行如下的改動：保留機床的原有主軸旋轉(zhuǎn)部分；保留原機床縱向進給的機動部分，將離合器脫開，去掉手輪43，將手輪軸通過一對齒輪與步進電機相連，用步進電機控制系統(tǒng)控制縱向工作臺的移動；工作臺橫向運動改為通過一對齒輪與步進電機相連的數(shù)控系統(tǒng)控制，工作臺升降移動仍用手動。為了保證精度要求，橫向及縱向工

29、作臺的絲杠為滾珠絲杠副傳動。 1.2 X502銑床外形及傳動系統(tǒng)三、微機控制系統(tǒng)方案的確定1、微機控制系統(tǒng)的總體組成數(shù)控部分采用MCS-51系列的單片機控制，其典型代表有8031、8051、AT89S51等，其中AT89S51的價格低，功能強，使用靈活等特點，比較適用于一般機床的數(shù)控改造，但由于其無內(nèi)存，必須外接存儲及I/O擴展芯片才可成為一個較簡單的微機控制系統(tǒng)。 存儲芯片的選擇依據(jù)系統(tǒng)控制程序的大小及CPU的字長，I/0擴展芯片的個數(shù)根據(jù)整個系統(tǒng)需要的I/0通道的個數(shù)來確定。2、軟硬件任務合理分配 涉及軟硬件任務分配的有：控制步進電機的脈沖發(fā)生于脈沖分配；數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；鍵盤掃描管理。

30、上述三個都可以用專用硬件芯片實現(xiàn)，也可用軟件編程實現(xiàn)。用硬件實現(xiàn)，編程比較簡單，但同時硬件成本及故障。用軟件實現(xiàn)，可節(jié)省芯片，降低成本，但增加了編程難度。在決定用何種方法實現(xiàn)時，應統(tǒng)籌兼顧，同時還應根據(jù)設(shè)計者的軟硬件方面的實際經(jīng)驗及能力。第二章 機床進給伺服系統(tǒng)-機械部分(橫向)的設(shè)計計算第一節(jié) 工作載荷分析及計算根據(jù)指導書的分析，對于數(shù)控銑床來說，可采取按切削用量計算切削力法和按主電機功率法計算切削力計算切削力法兩種。一般來說，對于經(jīng)濟型數(shù)控銑床，可采用按主電機功率計算切削力法。一、銑削抗力分析通常都假定銑削時銑刀受到的銑削抗力是作用在刀齒的某一點上。設(shè)刀齒受到的切削抗力的合力為F，將F沿銑

31、刀軸線、徑向和切向進行分解，則分別為軸向銑削力Fx，徑向銑削力Fy和切向銑削力Fz。切向銑削力Fz是沿銑刀主運動方向的分力，它消耗銑床主電機功率（即銑削功率）最多，因此，切向銑削力Fz可按銑削功Pm（kw）或主電機功率Pe（kw）算出。對于現(xiàn)有的機床的改裝設(shè)計，可以從已知機床的電機的功率和主軸上的功率反推出工作臺進給時的銑削力。若該機床的主傳動和進給傳動均用一個電機，進給傳動的功率較小，可在主傳動功率上乘以一個系數(shù)。由機床設(shè)計手冊查得銑床傳動系數(shù)k=0.85。主傳動功率N包括切削功率Nc、空載功率Nmo、附加功率Nmc三部分，即：N=Nc + Nmo + Nmc?？蛰d功率Nmo是當機床無切削負

32、載時主傳動系統(tǒng)空載所消耗的功率，對于一般輕載高速的中、小型機床，可達總功率的50%，現(xiàn)取Nmo = 0.5N，附加功率Nmc是指有了切削載荷后所增加的傳動件的摩擦功率，它直接與載荷大小有關(guān)。可以用下式計算，Nmc = (1)Nc，所以總功率為：N=Nc + 0.5N + (1)Nc (KW)則：Nc= (KW)在進給傳動中切削功率Nct = kNc = (KW)上式中k-銑床的傳動系數(shù)，查機床設(shè)計手冊得k=0.85為傳動效率，可由下式計算由題設(shè)給定的已知條件可知，主軸上的傳動功率N=1.45 KW，主電機的功率= 2.2 KW。則= =0.6591所以：Nct = = 0.4596 (KW)切

33、削時在主軸上的扭矩為：Mn = = 9240.3789(N·cm)上式中n-主軸的最小轉(zhuǎn)速，由題設(shè)條件知n = 47.5 (r/min)切向切削力 (N)上式中d-銑刀的最大直徑(cm)，由題設(shè)條件知d = 32 mm二、計算進給工作臺工作載荷Ff、Fe、Ffn作用在進給工作臺上的合力F與銑刀刀齒受到的銑削抗力的合力F大小相同，方向相反。合力F就是設(shè)計和校核工作臺進給系統(tǒng)時要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺運動方向分解為三個力：工作臺縱向進給方向載荷Ff,工作臺橫向進給方向載荷Fe和工作臺垂直進給方向載荷Ffn。根據(jù)機電一體化方向?qū)I(yè)課程設(shè)計指導書（以下簡稱指導書）第三章表31可

34、計算出四組Ff、Fe、Ffn（取范圍的值計算最大值）。（1）組：端銑對稱銑削Ff=0.4 Fz=0.4×2887.6184=1155.05 (N)Fe =0.95 Fz=0.95×2887.6184=2743.24(N)Ffn =0.55 Fz=0.55×2887.6184=1588.19 (N)（2）組：端銑逆銑Ff=0.9Fz=0.9×2887.6184=2598.86(N)Fe =0.7 Fz=0.7×2887.6184=2021.33(N)Ffn =0.55 Fz=0.55×2887.6184=1588.19 (N)（3）組：

35、端銑順銑Ff=0.3Fz=0.3×2887.6184=866.29 (N)Fe =1.0 Fz=1.0×2887.6184=2887.62 (N)Ffn =0.55 Fz=0.55×2887.6184=1588.19(N)（4）組：周銑逆銑Ff =1.2Fz=1.2×2887.6184=3465.14 (N)Ffn =0.3 Fz=0.3×2887.6184=866.29 (N)Fe =0.4 Fz=0.4×2887.6184=1155.05(N)（5）組：周銑順銑Ff =0.9Fz=0.9×2887.6184=2598.8

36、6(N)Ffn =0.8 Fz=0.8×2887.6184=2310.15(N)Fe =0.4 Fz=0.4×2887.6184=1155.05(N)第二節(jié) 滾珠絲杠螺母副的選型和校核一、滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型的選擇 因為所要改裝的銑床為普通銑床，精度要求并不是很高，在使用過程中不需要調(diào)整，加工過程中無沖擊運轉(zhuǎn)。根據(jù)上述實際條件，并考慮到經(jīng)濟成本問題，通過查指導書第三章表328和表329，可以初步選用“內(nèi)循環(huán)浮動式雙螺母墊片預緊（FMD）”這種結(jié)構(gòu)類型的滾珠絲杠螺母副。它具有結(jié)構(gòu)簡單，工藝性優(yōu)良，承載能力較高；剛度高，預緊可靠，不易松弛等優(yōu)點。它主要適用于重載荷、高剛度、高

37、速驅(qū)動及較精密的定位系統(tǒng)，是目前應用得較廣泛的結(jié)構(gòu)。二、滾珠絲杠螺母副型號的選擇及校核步驟1、計算最大工作載荷由題設(shè)已知條件，銑床導軌的類型為綜合導軌。再查指導書第三章表34可知計算最大工作載荷的公式為該式中：進給方向載荷Fx= Ff,橫向載荷Fy= Fe,垂直載荷Fz= Ffn;K = 1.15。取 f = 0.16（f =0.150.18）（摩擦系數(shù)）；G為工作臺及夾具總重量的1/2。由題設(shè)已知條件可得G = 500 N。將以上數(shù)值及先前計算得到的四組Ff、Ffn數(shù)據(jù)代入上式，可得到四組相應的的最大值（1）組：Fm=1.15×1155.05+0.16× (1588.19

38、+500)= 1662.42(N)（2）組：Fm=1.15×2598.86+0.16× (1588.19+500)=3322.66(N)（3）組：Fm=1.15×866.29+0.16× (1588.19+500)= 1330.34(N)（4）組：Fm=1.15×3465.14+0.16× (866.29+500)= 4203.52(N)（5）組：Fm=1.15×2598.86+0.16× (2310.15+500)= 3438.31(N)由以上計算數(shù)據(jù)可知，第（4）組算得的值較大。故最大工作載荷為Fm=4203.

39、52(N)2、計算最大動負載C最大動載荷C可由下式計算 (1)(1) 式中：各參數(shù)見指導書-硬度系數(shù)，選1(HRC58) -運轉(zhuǎn)系數(shù)，選1.6(有沖擊運轉(zhuǎn)) L -壽命系數(shù)，由下式計算 (2)(2) 式中：T-使用壽命(h)，對于數(shù)控機床T=15000(h) n-絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)，可由下式計算 (3)(3) 式中：-最大切削力條件下的橫向進給速度(m/min)，查任務書為540(mm/min)可取最高切削進給速度的1/21/3，現(xiàn)取1/3，即 =×0.54(m/min)=0.18(m/min) 基本導程為4 mm時： 基本導程為5 mm時： 基本導程為6 mm 時：通過查機電一

40、體化技術(shù)手冊表7.2-14可知當選用內(nèi)循環(huán)時知當基本導程為5mm時，不滿足條件C<Ca的要求 。故只能選基本導程為5mm或6mm的絲杠，公稱直徑在50mm中選擇，5mm導程絲杠只能選擇公稱直徑為50mm,列數(shù)圈數(shù)為21.5；而6mm導程絲杠可在公稱直徑為50mm中選擇，列數(shù)圈數(shù)為12.5。3.計算傳動效率傳動效率可由下式計算上式中：-絲杠螺旋升角 -摩擦角。滾珠絲杠副的摩擦角約（1）選公稱直徑=50mm1）基本導程為5mm：查得它的承載能力Ca為24811N，螺旋升角為，滾珠直徑為0.6×螺距=3mm, 因為Ca>C=23096.49(N)。故滿足要求。2）基本導程為6m

41、m： 查得它的承載能力Ca為23772N，螺旋升角為，滾珠直徑為0.6×螺距=3.6mm 故滿足設(shè)計要求。通過以上公稱導程為5mm和6mm的對比，依照承載能力以及精度要求選擇公稱直徑為50mm的導程5mm和6mm的滾珠絲杠。4、剛度驗算(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量當絲杠進行了預緊，且預緊力為最大工作載荷的1/3時，其實際變形量為： (拉伸為，壓縮為)上式中：E-材料彈性模數(shù)，對于鋼：L-滾珠絲杠在支承間的受力長度(mm)L= 工作長度+螺紋長度+軸承寬度+端蓋寬度225mm F-滾珠絲杠的截面積()，可由下列幾式計算、-滾珠直徑(mm)，-接觸角()，R-滾道法面半徑(mm)，e-偏

42、心距(mm)， -絲杠公稱直徑(mm)基本導程為5mm時：R=0.52×3=1.56 (mm)e= =0.04242(mm)d=50+2×0.04242-2×1.56=46.965(mm)基本導程為6mm時：R=0.52×3.6=1.872(mm)e= =0.05091(mm) d=50+2×0.05091-2×1.872=46.3578(mm) (2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形當絲杠進行了預緊，且預緊力為最大工作載荷的1/3時，其實際變形量為上式中：-最大工作載荷(kgf)，F(xiàn)m=420.352 (kgf) -預緊力(kgf)，=1

43、40.117 (kgf) -滾珠直徑(mm)，-滾珠數(shù)量，Z×圈數(shù)×列數(shù) Z -一圈的滾珠數(shù)， (內(nèi)循環(huán))基本導程為5mm時：=49.333×2×1.5=147.999當滾珠絲杠有預緊力，且預緊力為軸向工作載荷的1/3時，的值可減少一半。即：= 基本導程為6mm時：40.611×2.5×1=101.5275當滾珠絲杠有預緊力，且預緊力為軸向工作載荷的1/3時，的值可減少一半。即：= （3） 滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形因所選絲杠的公稱直徑為50mm，故選用型號為52210的雙推軸承，其參數(shù)如下：型 號內(nèi)徑 (mm)外徑D (mm)厚度(

44、mm)額定動載荷(kN)5221040783948.5可由下式計算： 上式中： -最大工作載荷(kgf)，F(xiàn)m=420.352(kgf)-軸承滾動體直徑(mm)， (mm)Z-兩邊軸承總的滾動體數(shù)目由公式 可估算兩邊總得滾動體的數(shù)目為56。將以上數(shù)據(jù)代入可得：所以：基本導程為5mm時：=0.00066+0.+0.00431=0.<0.01(mm)基本導程為6mm時：=0.00068+0.+0.00431=0.<0.01(mm)可見，基本導程為5mm或為6mm時，剛度均符合要求；5、穩(wěn)定性驗算對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負載時，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負載可用下式計算：上

45、式中：E-絲杠材料彈性模量，對鋼 I-截面慣性矩， -絲杠兩端支承距離(mm)-絲杠的支承方式系數(shù)，在這里支承方式采用兩端固定，故與最大工作負載之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) 。如果 ，則絲杠不致失穩(wěn)。-許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2.54基本導程為5mm時：基本導程為6mm時：可見，基本導程為5mm或為6mm時，穩(wěn)定性均符合要求。以基本導程最大的滾珠絲杠作為最終選擇，即以=5mm的作為計算依據(jù)。經(jīng)查表，選用型號為FMD50056的滾珠絲杠副。型 號公稱直徑 (mm)導程(mm)鋼球直徑(mm)滾珠的循環(huán)圈數(shù)×列數(shù)額定動載荷 (N)FMD5008-2.55084.7632.5×122

46、556第三節(jié) 脈沖當量和傳動比的確定一、確定系統(tǒng)脈沖當量由題設(shè)條件知脈沖當量二、傳動比的選定設(shè)傳動副的傳動比為i，若為一對齒輪減速傳動，則，為主動齒輪的齒數(shù)，為從動齒輪的齒數(shù)。對于步進電機，當脈沖當量確定和初選定步進電機的步距角后，可根據(jù)下式計算出該伺服傳動系統(tǒng)總的傳動比：i=0.833上式中：-滾珠絲杠的基本導程5(mm) -步進電機的步距角，今初選步三、齒輪傳動的確定 對于數(shù)控機車的齒輪傳動，應采用設(shè)計、結(jié)構(gòu)和工藝均較簡單，而且易獲得高精度的平行軸漸開線圓柱齒輪傳動。 通常，齒輪傳動鏈的傳動級數(shù)少一些比較好，因為可以減少零部件的數(shù)目，簡化傳動鏈的結(jié)構(gòu)，并且可以提高傳動精度，減少空程誤差，有

47、利于提高傳動效率。同時i=1.33較小，故在此選用圓柱直齒輪單級傳動。 一般模數(shù)取m=12，數(shù)控銑削取m=2。 齒輪寬b=(36)m，為了消除齒側(cè)隙，寬度可加大到（610）m。z17，取z=41，m=2，則d= m z=241=82(mm) d= d+2 hm=82+212=86(mm)d= d-2h= d-2( h+c)md=d-2( 1+0.25)m=82-21.252=77(mm)b=(610) m，取b=9m=9×2=18(mm)z= zi=411.33=54.5355d=mz=255=110(mm)d= d+2 hm=110+212=114(mm)d= d-1.25m2=1

48、10-1.2522=105(mm)b=(610) m，取b=6m=62=12(mm)中心距a=96(mm) 選小齒輪齒數(shù)z=41，小齒輪的齒寬度b=18mm，大齒輪齒數(shù)z=55，大齒輪的齒寬度b=12mm。第四節(jié) 進給伺服系統(tǒng)傳動計算一、轉(zhuǎn)動慣量的計算1、齒輪、絲杠等圓柱體慣量的計算?？捎上率接嬎悖荷鲜街校篗-圓柱體質(zhì)量(kg)D-圓柱體直徑(cm)L-圓柱體長度(cm)對主動齒輪： 對從動齒輪： 對滾珠絲杠：2、工作臺折算到絲桿的轉(zhuǎn)動慣量 v-工作臺移動速度(cm/min)n-絲桿轉(zhuǎn)速(r/min)G-工作臺的重量(N) g-重力加速度(9.8m/s)L-絲桿導程(cm)3、傳動系統(tǒng)折算到電

49、機軸上的轉(zhuǎn)動慣量J =0.827×+J1+(J2+J3)（） =0.297+6.348+13.704+36.563 =34.58(kg.cm)式中：i-系統(tǒng)總的減速比(i>1) J-各轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動慣量(kg.cm) n-各轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)速(r/min) n-電機的轉(zhuǎn)速(r/min) J-電機的轉(zhuǎn)動慣量(kg.cm)4、電機的轉(zhuǎn)動慣量的確定查機電一體化系統(tǒng)設(shè)計表3.11，因為選用電機工作方式的是三相六拍，步距角為=0.6，初步選電機130BC3100B。電機的轉(zhuǎn)動慣量為：130BC3100B： 5、系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動慣量 二、步進電機的計算和選用1、電機力矩的計算快速空載起動時所需力矩：

50、最大切削負載時所需力矩：電機的力矩主要是用來產(chǎn)生加速度，而負載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動力矩作為選擇步進電機的依據(jù)。(1)空載起動時折算到電機軸上的加速力矩式中：-傳動系統(tǒng)折算到電機軸總的等效轉(zhuǎn)動慣-運動部件從停止起動加速到最大進給速度所需的時間（s）約為30毫秒-電機最大轉(zhuǎn)速(r/min)n=400( r/min) -運動部件最大快進速度2400(mm/min)(2)摩擦力矩上式中：G-運動部件的總重量(N) -導軌摩擦系數(shù)0.16 i -齒輪總減速比 -傳動鏈總效率，一般取0.70.85，在此取0.8 (3)附加摩擦力矩上式中：-滾珠絲杠預加負載(N)，一般取最大工作載荷的

51、1/3，1401.17 (N) -滾珠絲杠基本導程0.8(cm)- 滾珠絲杠未加預緊時的傳動效率，一般取，今取0.95 。（4）折算到電機軸上的切削負載力 上式中：-進給方向最大切削力(N)，即前面計算進給工作臺工作載荷Ff、Fe、Ffn時所得到的數(shù)據(jù)Ff，所以Ff3465.14(N) 綜合以上，可得M=691.92+9.58+16.36=717.86M=414.87+9.58+16.36=440.812、步進電機的選擇與校核(1)根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩初選電機型號 步進電機的起動： 對于三相六拍步進電機，。前面計算時已初選型號為130BC3100的步進電機，其相關(guān)參數(shù)為：型 號相數(shù)步距角()最大靜

52、轉(zhuǎn)矩()空載起動頻率(步/s)空載運行頻率(步/s)分配方式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量130BC3100B30.618001300150003相6拍15 滿足要求。(2)計算電機工作頻率1)最大空載起動頻率：f < f =15000(step/s) ，滿足要求。2)切削時最大工作頻率f < f =15000(step/s) ，滿足要求。上式中： -運動部件橫向最大快速進給速度2.4(m/min)-橫向最大切削進給速度0.54(m/min) -脈沖當量0.01(mm/step)由上述計算可知：系統(tǒng)要求的空載起動轉(zhuǎn)矩頻率要大于電機的空載起動頻率15000Hz,且空載起動頻率滿足要求的電機型號較少，可以采用調(diào)壓起動等方式起動電機使電機的空載起動頻率滿足要求；而電機運行頻率900Hz可以