【038】86136車床數(shù)控改造

【038】86136車床數(shù)控改造,038,車床,數(shù)控,改造 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目：C6136型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造(橫向) 設(shè) 計 人：楊瑞杰 指導(dǎo)教師：賈育秦 所屬系部：成人教育學(xué)院 專業(yè)班級：機(jī)電041 2006年11月 33 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 成人教育學(xué)院 機(jī)電工程專業(yè) 2004級041班 　　　　　　　　　　　　　　教研室主任批準(zhǔn)（簽字） 　　 　年　 　月　 　日 學(xué)院院長批 準(zhǔn)（簽字） 　年　 月　 　日 設(shè)計人（作者）　楊瑞杰　　 同組人　　　　　　　　　　　　　　　　 I. 設(shè)計（論文）題目： 　　　　C6136型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造(橫向)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　 　　 II. 原始參數(shù)（材料）： C6136型臥式車床說明書 機(jī)床數(shù)控技術(shù) III. 畢業(yè)設(shè)計的目的要求 設(shè)計依據(jù)及主要技術(shù)指標(biāo)： 設(shè)計依據(jù)： 在C6136原有車床基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是滾珠絲杠副、步進(jìn)電動機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計。 1） 根據(jù)切削力大小計算滾珠絲杠副應(yīng)承受的最大動載荷，從而選擇滾珠絲杠副； 2） 由減速齒輪Z1、Z2及滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，求得步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)矩，據(jù)此選擇步進(jìn)電動機(jī)； 3） 依據(jù)機(jī)床的受控動作，設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)，將機(jī)械行動的進(jìn)給和手動控制的刀架轉(zhuǎn)位改成由單片機(jī)控制的自動進(jìn)給和刀架的自動轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)自動加工。 主要技術(shù)參數(shù)： 1） 開環(huán)控制，兩軸聯(lián)動； 2） 縱向脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量0.005mm/脈沖； 3） ISO國際數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)格式代碼編程； 4） 故障自診斷功能，能與PC機(jī)通信。 IV. 設(shè)計基本要求： （包括：技術(shù)要求、工作要求、圖紙要求、寫作要求等） 工作要求： 1） 車床X、Z坐標(biāo)機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算及裝配圖； 2） 數(shù)控系統(tǒng)框圖及硬件接線圖的繪制； 3） 環(huán)形分配子程序和直線插補(bǔ)子程序的框圖設(shè)計與程序編寫。 圖紙要求： 三張以上A0紙，表達(dá)清楚，無明顯結(jié)構(gòu)錯誤，打印。 寫作要求： 設(shè)計說明書要求敘述清楚，打印。 V. 重點研究和解決的問題或指定的專題： 1） 滾珠絲杠副、步進(jìn)電動機(jī)的選擇計算； 2） 機(jī)床導(dǎo)軌的貼塑處理； 3） 數(shù)控系統(tǒng)硬件原理圖的設(shè)計； 4） 環(huán)形分配子程序程序編寫； VI. 應(yīng)搜集的資料數(shù)據(jù)及參考文獻(xiàn)： 資料： 5） 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概述； 6） C6136臥式車床的技術(shù)參數(shù)； 7） 滾珠絲杠副、步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)； 8） 部分芯片的使用資料； 參考文獻(xiàn)： [1]C6136型臥式車床說明書 [2]畢毓杰主編，《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》南京機(jī)械高等?？茖W(xué)校；機(jī)械工業(yè)出版社， [3]趙長德；微機(jī)原理與接口技術(shù)；北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社；1990.9 [4]朱泗芳主編，《工程制圖》第三版，高等教育出版社，2000年5月 [5]張久成主編，《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》（修訂版），陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)械工業(yè)出版社， 1995年1月 [6]《機(jī)械設(shè)計手冊》編寫組編，《機(jī)床設(shè)計手冊2》，機(jī)械工業(yè)出版社，1980年8月 [7]《機(jī)械設(shè)計手冊》編寫組編，《機(jī)床設(shè)計手冊3》，機(jī)械工業(yè)出，1986年12月 [8]東北大學(xué)《機(jī)械零件設(shè)計手冊》編寫組編，《機(jī)床零件設(shè)計手冊》第三版，冶金工業(yè)出版社，1994年5月 [9]華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編，《機(jī)床設(shè)計圖冊》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979年6月 [10]雷曉玲主編，《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年11月 [11]石光源、周積義、彭福蔭主編，《機(jī)械制圖》第三版，高等教育出版社，1988年4月 VII. 設(shè)計完成時應(yīng)提交的文件： 進(jìn)度計劃安排： 各階段內(nèi)容名稱 起止日期 時間比例（%） 1 畢業(yè)實習(xí)資料收集 06.10.20~10.25 2 總體方案設(shè)計 06.10.25~11.1 3 文獻(xiàn)資料收集 06.11.03~11.6 4 設(shè)計計算 06.11.7~11.22 5 圖紙繪制 06.11.22~12.08 6 編寫設(shè)計說明書 06.12.08~12.15 7 檢查、打印 06.12.15~12.17 8 9 10 VIII. 完成工作內(nèi)容： 1. 學(xué)生應(yīng)交的設(shè)計(論文)文件： 1.設(shè)計說明書 _________2設(shè)計圖紙 ______________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2. 工作要求： 字?jǐn)?shù)： 圖紙：　　　　　　 發(fā)任務(wù)日期： 2006年　 　月 　日 完成日期： 2006年　 月 　 日 設(shè)計（論文）指導(dǎo)人（簽名）　　 　　 設(shè)計人、作者　　?。ê灻　钊鸾堋　　　　　　? 附注： 　　本設(shè)計論文任務(wù)書填寫一式兩份。一份由指導(dǎo)人送系保存。一份由學(xué)生附入設(shè)計論文說明書 內(nèi)。 序 言 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是我國80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價格便宜，用它來改造車床，投資少、見效快，成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術(shù)之一。 十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計說明書不只反映了設(shè)計的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。 本說明書分為概述、設(shè)計內(nèi)容、總結(jié)三部分，分別介紹了此次設(shè)計任務(wù)將普通臥式車床（C6136）改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床；有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造總體方案確定及框圖、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計、加工程序編制；主要是對本次畢業(yè)設(shè)計的心得。 本書在編寫過程中，得到了指導(dǎo)老師和各位老師及同學(xué)的大力支持和熱心幫助，在此表示謝意 由于作者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請讀者批評指正。 目 錄 第一章 概述 1． 設(shè)計目的----------------------------------------------------------------------8 2． 設(shè)計任務(wù)----------------------------------------------------------------------9 第二章 設(shè)計內(nèi)容 1． 總體方案確定及框圖-------------------------------------------------------10 2． 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核----------------------12 3． C6136經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計----------------27 4． 數(shù)控機(jī)床加工程序編制----------------------------------------------------29 第三章 總結(jié) 1． 設(shè)計體會------------------------------------------------------------------------32 2|、 參考書目------------------------------------------------------------------------33 第一章 概 述 1.設(shè)計目的 通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)習(xí)了系統(tǒng)地綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決實際工程問題的本領(lǐng)，鞏固和加深時所學(xué)知識的理解，并且通過畢業(yè)設(shè)計的實踐擴(kuò)大和補(bǔ)充了知識，使認(rèn)識提高到一個新的水平，通過畢業(yè)設(shè)計的實踐，培養(yǎng)了調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力，練習(xí)查閱資料和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，查閱工具書或參考書，合理選擇設(shè)計計算公式，正確計算，并能以圖紙和說明書表達(dá)設(shè)計的思想和結(jié)果，通過畢業(yè)設(shè)計，不但提高了解決具體問題的獨立工作能力，具體動腦動手能力，而且建立了正確的設(shè)計和科研思想，加強(qiáng)了科學(xué)性，牢固樹立實事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。 2.設(shè)計任務(wù)： (1) 要求： 將C6136車床改造成用MCS—51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm. 橫向：0.005mm (2) 設(shè)計參數(shù)： 最大加工直徑： 在床面上： 360mm 在床鞍上： 200mm 最大加工長度：1000mm 快進(jìn)速度： 縱向：2.0m/min 橫向：1.0m/min 最大進(jìn)給速度： 縱向： 0.5m/min 橫向： 0.25m/min 代碼制：ISO 脈沖分配方式：逐點比較法 輸入方式：增量值，絕對值通用。 控制坐標(biāo)數(shù)：2 最小指令值： 縱向： 0.01mm/step 橫向： 0.005mm/step 刀具補(bǔ)償量：0~99.99mm 進(jìn)給傳動鏈間隙補(bǔ)償量： 縱向： 0.15mm 橫向： 0.075mm 自動升降速性能： 有 (3)工作量： ① 機(jī)床改造總圖； ② 進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個坐標(biāo)軸（縱向或橫向）的機(jī)械裝配圖： ③ 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖； ④設(shè)計計算說明書。 Ⅰ 控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標(biāo)準(zhǔn)圖 Ⅱ 機(jī)械部分設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 Ⅲ 硬件電路部分設(shè)計說明 Ⅳ 加工程序控制及說明 第二章 設(shè) 計 內(nèi) 容 1.總體方案的確定及框圖 (1)、總體方案的確定 ① 系統(tǒng)的運(yùn)動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(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 計算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS—51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性能價格比高等特點，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。 ③ 機(jī)械傳動方式 為實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一定的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 (2)、設(shè)計方案 ① 系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng) ② 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向送的。 指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或位流伺服電機(jī)驅(qū)動。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是用檢測元件出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。 ③ 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機(jī)械傳動裝置時，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點： Ⅰ 盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。 Ⅱ 盡量肖除傳動間隙。例如采用隙齒輪等。 Ⅲ 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。 ④ 計算機(jī)的選擇 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲器擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路、檢測電路等幾部分組成。 (3)繪制總體方案框圖（圖1） 圖１ 2.機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核 (1)確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 根據(jù)數(shù)控機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量0.005mm/setp (2) 計算切削力 橫切端面 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P13頁 式中——車床床身上加工最大直徑橫切端面時主切削力可取縱切時的 式中 ——走刀方向的切削力（N） ——垂直走刀方向的切削力（N） (3)滾珠絲桿螺母副的設(shè)計、計算、選型 ① 計算進(jìn)給牽引力 橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考《機(jī)床設(shè)計手冊.2》6.2-2；6.2-3表 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中：，，——切削分力（Ｎ） G——移動部件的重量（N） 表1-1查得橫向溜板及刀架重力800N ——滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取=0.15-0.18 K——考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù) 取K=1.15 ② 計算最大動負(fù)載C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考《機(jī)床設(shè)計手冊.3》P185-P210 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位 n——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min） ——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3 取 ——絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=5mm T——為使用壽命（h）,對于數(shù)控機(jī)床取15000h ——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.5 ③ 滾珠絲桿螺母副的選型 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》附表Ａ-2，可采用WD2505外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動負(fù)載為9700N,精度等級按表3-17選為３級。 ④ 傳動效率計算 式中：——螺旋升角，WD2505 ——摩擦角取 滾動摩擦系數(shù)0.003-0.004 ⑤ 剛度驗算 橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖２所示，最大牽引力1121.1N,支承間距Ｌ＝350mm，因絲桿長度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。 　 圖２ 計算如下: Ⅰ 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm) 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4,根據(jù)＝1121.1N,D=25mm查出可算出： 　　　 Ⅱ 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 查圖3-5得Ｗ系列１列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量　 　　　　　　 因進(jìn)行了預(yù)緊 Ⅲ 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 　　采用推力球軸承8104查閱《機(jī)床設(shè)計手冊.２》表5.9-137,d=20mm,滾動體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13 綜合以上幾項變形量之和： 〈定位精度> ⑥ 穩(wěn)定性校核 　計算臨界負(fù)載(N) 式中:E——材料彈性模量() I——截面慣性矩() L——絲桿兩軸承端距離(cm) ——絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡支為2.00 一般=2.5-4.0,所以>> 此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 ⑦ 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) (其參數(shù)如表1） 表1.WD2505滾珠絲杠幾何參數(shù) 參數(shù)名稱 符號 關(guān)系式 WD2505 螺 紋 滾 道 公稱直徑 25 導(dǎo)程 5 接觸角 鋼球直徑 3.175 滾道法面半徑 R 1.651 偏心距 e 0.045 螺紋升角 螺 桿 外徑 d 24.365 內(nèi)徑 21.788 接觸直徑 21.83 螺 母 螺紋直徑 D 28.212 內(nèi)徑 25.635 (4)齒輪傳動比計算 ① 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算 已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=5mm, 初選步進(jìn)電動機(jī)步距角可計算傳動比: 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級齒輪降速。 因進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)參數(shù)參照表2 表2: 傳動齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) Z 24 40 20 25 分度圓 d=mz 48 80 40 50 齒頂圓 52 84 44 54 齒根圓 43 75 35 45 齒寬 (6-10)m 20 中心距 64 45 ② 橫向步進(jìn)電機(jī)計算和選型 Ⅰ 初選步進(jìn)電機(jī) a 計算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中: ——脈沖當(dāng)量，取 ——進(jìn)給牽引力(N) ——步距角，初選雙拍制為 ——電機(jī)—絲桿傳動效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為 b 估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩(N.cm) 一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取0.4-0.5 c 計算最大靜轉(zhuǎn)矩 查表3-22如取五相十拍，則 d 計算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動頻率 式中:——最大切削進(jìn)給速度 ——最大快移速度 ——脈沖當(dāng)量，取 e 初選步進(jìn)電機(jī)型號 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出90BF004最大靜轉(zhuǎn)矩為245N.cm >可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比的要求。決定采用90BF004，但從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P24頁查出，步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動頻率為4000Hz,滿足空載時(3333.33Hz)的要求。 Ⅱ 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計算。 ⅰ 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 計算簡圖見圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對齒輪降速時，傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算: 式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 ——絲桿轉(zhuǎn)動慣量 ——絲桿導(dǎo)程(cm) G——工件及工作臺重量(N) G=800(N) a齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算 表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式如下: 對于鋼材， 式中:M——圓柱體質(zhì)量 D——圓柱體直徑 (cm) L——圓柱體長度或原長(cm) 鋼材的密度為 因此 基本滿足慣量匹配的要求。 b電機(jī)轉(zhuǎn)矩計算 機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算: 1） 快速空載起動轉(zhuǎn)矩 在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算如下： 式中: ——快速空載起動轉(zhuǎn)矩 ——空載起動時折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ——由于絲桿預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 在采用絲桿螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計算： 式中:——傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 ——電機(jī)最大角速度 ——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 ——運(yùn)動部件最快速度 ——脈沖當(dāng)量 ——步進(jìn)電機(jī)的步距角 ——運(yùn)動部件從停止到起動加速到最大快進(jìn)速度所需時間(s) 起動加速時間=30(ms) 折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 式中: ——導(dǎo)軌的摩擦力(N) ——垂直方向的切削力(N) G——運(yùn)動部件的總重量(N) ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15 ——齒輪降速比 ——傳動鏈總效率，一般可取0.7-0.8 附加摩擦轉(zhuǎn)矩: 式中: ——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N) ——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm) ——滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 上述三項合計: 2） 快速移動時所需轉(zhuǎn)矩 3） 最大切削負(fù)載時所需要的轉(zhuǎn)矩 式中:——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 從上面計算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。 從表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時為 則最大靜轉(zhuǎn)矩為: 從表3-23查出90BF004最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。 Ⅲ 校核步進(jìn)電動機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 前面已經(jīng)計算出機(jī)床最大快移時，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動頻率為3333.33Hz,切削進(jìn)給時所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1666.7Hz 從表3-23中查出90BF004型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再從圖3-15，3-16查出90BF004不進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖3所示: 當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時，90BF004型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿足要求。 (6) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖，用以表達(dá)設(shè)計構(gòu)思、設(shè)計特點及計算結(jié)果，進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計： ① 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以從俯視圖看出，橫向進(jìn)給的齒輪箱和步進(jìn)電機(jī)裝在床鞍后面，滾珠絲桿也需用蓋板保護(hù)。橫向進(jìn)給的手柄可以拆除也可保留，將原機(jī)的方刀架拆除，改裝自動回轉(zhuǎn)刀架，由計算機(jī)控制，根據(jù)程序，自動轉(zhuǎn)位、夾緊。從總圖中可以看到帶動刀架回轉(zhuǎn)的微型電機(jī)、齒輪箱。 總體圖上還畫出此車床上加工螺紋的部件光電編碼器在數(shù)控車床上，利用光電編碼器裝在主軸或主軸箱中與主軸保持一定傳動比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈時，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入到計算機(jī)中，經(jīng)過計算機(jī)的運(yùn)算控制步進(jìn)電機(jī)，帶動滾珠絲桿，使刀架進(jìn)給一定的螺距。而附錄E中光電編碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連。因伸出軸不可能與彈性聯(lián)軸器孔的尺寸完全一致，故還要設(shè)計一個中間過渡套。 控制面板上有數(shù)碼顯示，按鍵、各種指示燈及開關(guān)，注意設(shè)計時要與硬件電路圖一致。 ② 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖 經(jīng)過計算，已知橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用90BF004型步進(jìn)電機(jī)。經(jīng)過二對齒輪減速，齒輪齒數(shù)。齒輪模數(shù)m=2,滾珠絲桿直徑為mm, 滾珠絲桿螺母選用的是外循環(huán)溝槽式墊片調(diào)隙WD2505。 進(jìn)行應(yīng)保證足夠應(yīng)考慮以上問題 Ⅰ 設(shè)計應(yīng)保證足夠的行程，C6136經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，在床面上加工最大尺寸為360mm，橫向進(jìn)給行程至少為185mm，圖中設(shè)計了兩對減速齒輪，減小了齒輪箱體的高度，使橫向拖板運(yùn)動時，防塵蓋11不致和箱體上蓋4干涉，從圖中可以看出橫向拖板12最大運(yùn)動距離為200mm，另外還需注意從橫向拖板裝刀架的中心到主軸中心的距離必須大于等于行程與方刀架見方及刀頭伸出度之和，設(shè)計時應(yīng)注意，主軸中心與床身中心并不重合，C6136車床此尺寸為5mm。C6136車床刀架見方為220200，刀頭伸出長度為30mm左右。 Ⅱ 滾珠絲桿與橫向?qū)С痰钠叫卸葢?yīng)小于0.05mm，為達(dá)到此要求，可在鏜床上對床鞍兩邊的裝軸承孔在一次裝卡中鏜出。 Ⅲ 為保證滾珠絲桿轉(zhuǎn)動輕快靈活，無阻滯現(xiàn)象，必須使?jié)L珠螺母與兩端軸承同軸。在本設(shè)計中，滾珠螺母14與橫向拖板12之間裝有一墊片，通過水平面內(nèi)滾珠螺母，在垂直面內(nèi)與兩端支承同軸，在通過內(nèi)六角螺釘20的過孔，調(diào)整水平面內(nèi)滾珠螺母與兩端支承同軸，調(diào)整好以后，打入定位銷21。 Ⅳ 滾珠絲桿左右各采用一對徑向軸承，在右端又采用一對止推軸承，以承受軸向力。當(dāng)絲桿受到向右的軸向力時，通過絲桿臺階傳給止推軸承15動圈，經(jīng)鋼珠傳給止推軸承15不動圈，再通過擋圈，一對徑向軸承16的外圈傳給法蘭盤再傳到床鞍上。絲桿受到向左的軸向力通過絲桿右端的圓螺母傳給止推軸承的動圈鋼珠，經(jīng)不動圈傳給法蘭盤、床鞍，此處必注意絲桿所受的軸向力必須傳到床鞍等固定體上。另外，要注意止推軸承不動圈和軸頸之間必須畫出間隙。 Ⅴ 雙片消隙齒輪的中間開有三個月牙形的槽放入壓簧，并用三個內(nèi)六角螺釘固定（A-A斷面和E-E斷面），這種消隙齒輪的裝配順序:首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)過一個齒距，使雙片齒輪的齒對齊，彈簧40受壓，上緊螺釘29，裝入箱體后將螺釘29松開，彈簧40將雙片齒輪沿周向錯開，以消除與齒輪43的間隙，此時在將螺釘29上緊（因而在設(shè)計時，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，彈簧兩端用削扁的銷子41壓?。┐嗽O(shè)計中應(yīng)注意箱體中留足夠的扳手空間，雙片齒輪5用二個六角螺釘固緊，六角扳手可以齒輪箱體上端面伸入（端蓋拆下），六角螺釘和滾珠絲桿在軸向留有足夠的空間，但此空間也不宜留得過大，以免加大箱體尺寸，雙片齒輪8采用三個開槽螺釘緊固。螺絲刀需從箱體左面孔中伸入（拆去端蓋3）。 Ⅵ 90BF004型步進(jìn)電機(jī)軸為平鍵，為防止運(yùn)轉(zhuǎn)過程中齒輪25從電機(jī)上松動滑出，在齒輪25的輪轂上裝一頂絲27，（電機(jī)軸上鉆一小窩）并用鉛絲在頂絲口處與齒輪輪轂纏住以防松。 3. C6136經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 附錄H圖H-1是用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用8031作CPU，擴(kuò)展了兩片2764芯片、一片6264芯片、兩片8155可編程并行I/O接口。 ① 控制系統(tǒng)的功能 （1） Z向和X向進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動 （2） 鍵盤顯示 （3） 自動轉(zhuǎn)位刀架控制 （4） 螺紋加工控制 （5） 面板控制 （6） 行程控制 （7） 其他功能 報警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。 ② CPU、存儲器及I/O接口 CPU采用8031芯片，選用6MHz晶體振蕩器。它的作為數(shù)據(jù)總線和地址共用。16位地址線由經(jīng)地址鎖存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE為地址鎖存允許。為低電平時選通外部存儲器（EPROM），相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（）上，輸入到口，8031將指令讀入。RESET為復(fù)位控制，當(dāng)RESET輸入端出現(xiàn)高電平時，8031被初始化復(fù)位，在復(fù)位有效期向ALE、PSEN也輸出高電平。當(dāng)RESET輸入端返回低電平后，CPU從O地址開始執(zhí)行程序。（故設(shè)計中一定有一片2764芯片連到74LS138的）設(shè)計中采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。另外，兩片8155的RESET也與8031的RESET管腳相連，它們可同時復(fù)位。 8031的是片內(nèi)的定時器/計數(shù)器溢出中斷申請，由主軸后面的光電編碼器輸入。當(dāng)車床車螺紋時，主軸光電編碼器向8103發(fā)出進(jìn)給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個零位螺紋信號，輸入8155(1)的，用以防止車螺紋亂扣。 8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以及報警等。其中PA口為輸入口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運(yùn)行、自動、手動I，手動和回零。PB口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動、暫停、單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當(dāng)自動轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號，開始執(zhí)行進(jìn)給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號。PC口是輸出口，控制自動轉(zhuǎn)位刀架四個刀位的選刀。用于報警顯示，系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)報警功能。 8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。其中為輸出口，用于控制Z向、X向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，Z向步進(jìn)電機(jī)為五相，X向為三相。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤顯示電路為46鍵和6位顯示器。作為鍵盤的6條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤輸入口。是6位數(shù)碼顯示器的位選信號，8031的口是數(shù)碼顯示器的段選信號。接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在Z向或X向越程時，即向計算機(jī)輸入此信號，使進(jìn)給系統(tǒng)停止。 3、存儲器及I/O口芯片地址分配（表3） 表3 數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配 芯片 接74LS1 38引腳 地址選擇線 片內(nèi)地 址單元 地址編碼 2764(1) 000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H-1FFFH 2764(2) 001xxxxxxxxxxxxx 8K 2000H-3FFFH 6264 010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H-5FFFH 8155(1)I/O 0110000100000xxx 6 6100H-6105H 8155(2)I/O 1000000100000xxx 6 8100H-8105H 4. 數(shù)控機(jī)床加工程序編制 如下圖所示，在圖中零件外圓85mm不加工，要求編制精加工程序。 程序如下： 00001 N001 G50 X200.0 Z350.0 T0101 N002 S630 M03 N003 G00 X41.8 Z292.0 M08 N004 G01 X48.34 Z289.0 F0.15 N005 Z227.0 N006 X50.0 N007 X62.0 W-60.0 N008 Z155.0 N009 X78.0 N010 X80.0 W-1.0 N011 W-19.0 N012 G02 W-60.0 I63.25 K-30.0 N013 G01 Z65.0 N014 X90.0 N015 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09 N016 M06 T0202 N017 S315 M03 N018 G00 X51.0 Z227.0 M08 N019 G01 X45.0 F016 N020 G04 U5.0 N021 G00 X51.0 N022 X200.0 Z350.0 T0200 M09 N023 M06 T0303 N024 S200 M03 N025 G00 X62.0 Z296.0 M08 N026 G92 X47.54 Z228.5 F1.5 N027 X46.94 N028 X46.54 N029 X46.38 N030 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09 N031 M05 N032 M30 第三章 總 結(jié) 1. 設(shè)計體會 我做畢業(yè)設(shè)計的過程中，一個最大的體會就是理論上很簡單的東西，當(dāng)你要試圖去實現(xiàn)的時候，你會發(fā)現(xiàn)它是那么的難，追其根本原因在于，以前動手太少了。 本次畢業(yè)設(shè)計是對我們每個學(xué)生在校三年來所學(xué)知識與生產(chǎn)實踐技術(shù)所進(jìn)行的一次綜合性的全面考察；培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識解決實際問題的能力；它還為我們了解一般機(jī)械工程設(shè)計的基本思想打下良好的基礎(chǔ)；在設(shè)計方案的擬定,設(shè)計資料的收集,手冊，國標(biāo)選用，設(shè)計方法的運(yùn)用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面，有一次較全面的鍛煉。對我們進(jìn)入社會具備一定獨立工作能力起了良好的作用,能較好的適應(yīng)工作。 隨著電子技術(shù)特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)、PLC等在數(shù)控機(jī)床中廣泛的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來，特別是加工中心在工廠的運(yùn)用.數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、高精度、小批量等零件的加工問題；能夠穩(wěn)定質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率；本課題所設(shè)計的簡式數(shù)控機(jī)床屬于半閉環(huán)式經(jīng)濟(jì)型車床，它的工作原理是用脈沖馬達(dá)的伺服性能，即對應(yīng)一定的脈沖必定有一定的轉(zhuǎn)角。從而通過選擇螺母機(jī)構(gòu)使工作臺移動一定的距離，所以簡式數(shù)控機(jī)床的設(shè)計關(guān)鍵在于數(shù)控系統(tǒng)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計，它的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。不僅要對進(jìn)給運(yùn)動的速度實現(xiàn)自動控制，而且還需要對刀具相對于工件的位置實現(xiàn)自動控制，因此與其它機(jī)床相比其進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計要求更高、度更大、涉及的問題也更廣。 經(jīng)過兩個月的時間，我對機(jī)械制造及自動化有了更深刻的了解，不僅回顧了以前所學(xué)的知識，還學(xué)到了許多以前沒有接觸過的新知識，對CAD和Word的應(yīng)用水平有了進(jìn)一步提高，也清楚了各種標(biāo)準(zhǔn)件的畫法，對數(shù)控技術(shù)，單片機(jī)，PLC的認(rèn)識有了進(jìn)一步的深化。 在此一并感謝指導(dǎo)老師和同學(xué)在這次設(shè)計中對我的熱心指導(dǎo)和幫助，通過本次設(shè)計使自己有一個綜合性的提高,達(dá)到了本次的設(shè)計目的。 2. 參考文獻(xiàn) [1] 朱泗芳主編，《工程制圖》第二版，高等教育出版社，2000年5月 [2] 唐增寶 劉元俊主編，《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》（修訂版），華中理工大學(xué)出版社， 1995年1月 [3] 《機(jī)械設(shè)計手冊》編寫組編，《機(jī)床設(shè)計手冊2》，機(jī)械工業(yè)出版社，1980年8月 [4] 《機(jī)械設(shè)計手冊》編寫組編，《機(jī)床設(shè)計手冊3》，機(jī)械工業(yè)出，1986年12月 [5] 東北大學(xué)《機(jī)械零件設(shè)計手冊》編寫組編，《機(jī)床零件設(shè)計手冊》第三版，冶金工業(yè)出版社，1994年5月 [6] 華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編，《機(jī)床設(shè)計圖冊》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979年6月 [7] 雷曉玲主編，《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年11月 [8] 石光源、周積義、彭福蔭主編，《機(jī)械制圖》第三版，高等教育出版社，1988年4月 [9] 畢毓杰主編 《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》，南京機(jī)械高等專科學(xué)校，機(jī)械工業(yè)出版社