X52K進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計【機(jī)+電】【5張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

X52K進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計29頁 10000字?jǐn)?shù)+說明書+任務(wù)書+5張CAD圖紙【詳情如下】X52K進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計.doc任務(wù)書.doc典型零件加工.dwg數(shù)控銑床改造縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配圖.dwg裝配圖.dwg銑床數(shù)控總圖.dwg銑床數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖.dwg  目 錄1  引言11.1  機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.1.1  機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀21.1.2  機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢31.1.3  機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)越性412  本課題的設(shè)計內(nèi)容42  系統(tǒng)的總體方案設(shè)計52.1  具體改造方面52.2  機(jī)械傳動系統(tǒng)改造方案的確定62.2.1  傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的選擇62.2.2  進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇72.3總體方案的確定及框圖82.3.1總體方案的確定82.3.2總體方案框圖92.4 機(jī)械部分設(shè)計計算92.4.1工作臺外形尺寸及重量估算92.4.2鉆削計算102.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計16    2.6硬件部分電路的設(shè)計182.7 凸輪加工程序25第三章 畢業(yè)設(shè)計體會263.1畢業(yè)設(shè)計體會27參考資料28 2.4 機(jī)械部分設(shè)計計算2.4.1工作臺外形尺寸及重量估算   縱向：X=1250mm   工作加工范圍：縱向：X=320mm   工作臺及夾具工件策略：Gx=2800N 橫向：z=400   工作加工范圍：橫向：z=300mm   工作臺及夾具工件策略：Gz=5500N通過X52K進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)如何綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決實際工程，鞏固和加深對所學(xué)知識的理解，并且通過畢業(yè)設(shè)計的實踐，培養(yǎng)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。通過課題，不但要提高解決具體問題的獨(dú)立工作能力，具體動腦動手能力，而且應(yīng)建立正確的設(shè)計和科研思想，加強(qiáng)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。對X52K進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，設(shè)計銑床縱、橫向數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的工作量和時間要求，機(jī)械部分完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件及參數(shù)的選擇，部分計算過程；電氣和微機(jī)部分主要有系統(tǒng)框圖、部分線路圖和程序框圖、部分設(shè)計計算說明及程序段。要求圖紙不少于相當(dāng)于兩張A0圖，兩張A3圖紙，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，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生產(chǎn)率的要求，數(shù)控機(jī)床已成為衡量一個國家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志。目前中國大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是普通機(jī)床，機(jī)床數(shù)控化率遠(yuǎn)低于美國、日本等國家。如果大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，不僅資金投入量大、成本高，而且又會造成原有設(shè)備的閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計 目 錄 1 引言 . 3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 . 4 機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢 . 5 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 . 5 1 2 本課題的設(shè)計內(nèi)容 . 6 2 系 統(tǒng)的總體方案設(shè)計 . 7 具體改造方面 . 7 機(jī)械傳動系統(tǒng)改造方案的確定 . 7 傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的選擇 . 7 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇 . 9 體方案的確定及框圖 . 10 體方案的確定 . 10 體方案框圖 . 10 械部分設(shè)計計算 . 11 作臺外形尺寸及重量估算 . 11 削計算 . 11 給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 17 . 19 輪加工程序 . 24 第三章 畢業(yè)設(shè)計體會 . 26 業(yè)設(shè)計體會 . 26 參考 資料 . 28 1 引言 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，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生產(chǎn)率的要求，數(shù)控機(jī)床已成為衡量一個國家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志。目前中國大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是普通機(jī)床，機(jī)床數(shù)控化率遠(yuǎn)低于美國、日本等國家。如果大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，不僅資金投入量大、成本高，而且又會造成原有設(shè)備的閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床的數(shù)控化改造， 顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 經(jīng)調(diào)查顯示在實際生產(chǎn)過程中普通銑床主要用于加工平面或成型表面。 若要在普通銑床上加工圓弧、凸輪等特殊類平面時，就要借助于圓工作臺、分度頭等機(jī)床附件，并對機(jī)床進(jìn)行整體調(diào)整。加工精度較低，基礎(chǔ)調(diào)整工作費(fèi)事 1。所以，為提高工件的加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于加工圓弧面和凸輪的 曲面等，可以利用數(shù)控方法對銑床進(jìn)行數(shù)控化改造。 本設(shè)計是對普通銑床 向 進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造的設(shè)計。由于普通銑床 動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)加工 零件的效率較低，如若對其縱向數(shù)控化改造后不僅可以實現(xiàn)復(fù)雜零件的自動銑削，并且大大縮短了加工時間，提高了零件的加工精度及生產(chǎn)效率。 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)是運(yùn)用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)， 具有高精度、高效率、柔性自動化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用。它 是當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品自動化發(fā)展中處于核心地位的一 種高技術(shù)。而數(shù)控系統(tǒng)已成為我國機(jī)械制造工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的重要裝備，其發(fā)展直接關(guān)系到我國的多個領(lǐng)域2。 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)以傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)為主。在傳統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)中， 能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過 間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中 是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具 組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正的設(shè)定量，因而影響 工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了 多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行 3。 目前 我國機(jī)床總量 380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不 到 3%。 近 10 年 來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量為 臺，年產(chǎn)值約為18億元，機(jī)床年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。 我國機(jī)床 年 齡 在 10年以上的占 60%以上； 10年以下的機(jī)床中，自動 /半自動機(jī)床不到 20%， 自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) (美國和日本自動和半自動機(jī)床占 60%以上 )。大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生 存和發(fā)展4。因此，低成本普通機(jī)床數(shù)控化改造是一項適合中國實際情況的先進(jìn)適用技術(shù)，也是一項提升中國機(jī)床數(shù)控化改造的有效途徑。 然而在發(fā)達(dá)國家，運(yùn) 用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床 和生產(chǎn)線 已形成新的行業(yè) ，成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)（ 。 從事再生業(yè)的著名公司有： 程公司、 床公司、 寶 )服務(wù)集團(tuán)、 且 美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床 改造業(yè) 稱為機(jī)床改裝業(yè) (從事改 裝 業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢 從 1952 年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了五十多年的歷程。近 10 年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展很快。目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。由分析可得目前數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體趨勢為： （ 1） 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展。 （ 2）為 增強(qiáng)通信功能、控制性能與驅(qū)動裝置，向模塊化、智能化、 柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 （ 3） 向 和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。 （ 4） 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 （ 5） 信息技術(shù) (機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)床將得到發(fā)展。 （ 6） 納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。 （ 7）節(jié)能環(huán)保機(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場 5。 事實上機(jī)床的數(shù)控化改造是一個跟隨機(jī)床類型變化而變化的工作，同時它也跟隨數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展而不斷地進(jìn)步著，且未來會 更進(jìn)一步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，向網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化方向 發(fā)展 。 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 經(jīng)實踐證明數(shù)控化改造后的機(jī)床的優(yōu)越性具有以下幾點(diǎn) : （ 1） 機(jī)床數(shù)控化改造可以大大的減少資金的投入，提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率。企業(yè)可依照實際需要對機(jī)床性能、操作與維修等方面做出改進(jìn)意見。 （ 2）機(jī)床數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出普通機(jī)床難以加工或者不能加工的復(fù)雜型面零件?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)，降低工件的定位誤差。 （ 3）由于操作者對改造前的機(jī)床特性比較熟悉，因而在操作使用和維修方面可縮短培訓(xùn)時間。數(shù)控加工降低了工人的勞動強(qiáng) 度，節(jié)省了勞動力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并可對市場需求做出快速反應(yīng)。 （ 4）機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)。還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。 （ 5） 機(jī)床數(shù)控化改造后可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 7倍 6， 7。 1 2 本課題的設(shè)計內(nèi)容 由上面的介紹可以看出，如今對現(xiàn)有普通機(jī)床的數(shù)控化改造具有十分重要的意義。本課題設(shè)計重點(diǎn)則是對 床主要用于加工中小型零件的平面、成型表面及具有一定斜度的平面。經(jīng)改造后 與原來機(jī)床加工相比 可實現(xiàn)其自動化銑削，且 具有高精、高效及加工產(chǎn)品范圍廣等特點(diǎn) 。具體 研究內(nèi)容如下： （ 1）對普通銑床 （ 2）對數(shù)控機(jī)床的基本機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析； （ 3） 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，研究其各個部分的設(shè)計原理，擬定設(shè)計方案； （ 4）系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計，對機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計和 控制系統(tǒng) 的設(shè)計等； （ 5）總結(jié)自己的設(shè)計理念及設(shè)計思路，得出本課題的設(shè)計流程。 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 機(jī)床數(shù)控化改造改造方案的確定關(guān)系到數(shù)控改造的性能和經(jīng)濟(jì)性。由于本設(shè)計是針對普通機(jī)床數(shù)控化改造，所以要考慮數(shù)控系統(tǒng)是使用經(jīng)濟(jì)型還是使用全功能高檔型，是使用開環(huán)還是半閉環(huán)、全閉環(huán)。這就要根據(jù)精度高低、經(jīng)濟(jì)性來考慮 8。 具體改造方面 為節(jié)省資金，且考慮加工元件的精度等要求，現(xiàn)決定選用經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)為此次數(shù)控化改造的主要方案。 一般說來 , 對現(xiàn)有的普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造 , 包括以下幾個方面 : （ 1）機(jī)械部分改造 : 主傳動系統(tǒng)一般不作變動 ,進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲桿螺母副替換進(jìn)給 軸原有的普通絲桿副。并選用 液動導(dǎo)軌。 （ 2）控制系統(tǒng)及電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 : 伺服控制采用開環(huán)控制 , 選用步進(jìn)電機(jī)。在機(jī)械部分改造完成后 , 采用單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng) ,控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動工作臺進(jìn)給運(yùn)動。 機(jī)械傳動系統(tǒng)改造方案的確定 由于主傳動系統(tǒng)不作變動，下面針對進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的選擇進(jìn)行分析。 傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的選擇 在機(jī)械設(shè)備中，常用的傳動機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： （ 1） 齒輪傳動機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用在中心距較小，傳動精度較高等各種不同傳遞動力范圍的場合。 （ 2）螺旋傳動機(jī)構(gòu)：在許多機(jī)械設(shè)備中大量應(yīng)用 著螺旋機(jī)構(gòu)（又稱絲杠傳動），它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動。 （ 3）帶傳動與鏈傳動：帶傳動及鏈傳動多用于中心距較大的傳動。 （ 4）連桿傳動機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，在機(jī)械設(shè)備及日常生活中有大量應(yīng)用。 （ 5）凸輪傳動機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)可以精確實現(xiàn)要求的運(yùn)動規(guī)律，在自動機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用，但它是高副接觸，因而這種機(jī)構(gòu)重要用于傳遞運(yùn)動 9。 由以上分析可見，本設(shè)計此次采用的為第二種螺旋機(jī)構(gòu)。 螺旋傳動機(jī)構(gòu)又稱絲杠螺母機(jī)構(gòu)。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。有以傳遞能量為主（如螺 旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)龋?、也有以傳遞運(yùn)動為主的（如工作臺的進(jìn)給絲杠）、還有調(diào)整零件之間相對位置的螺旋傳動機(jī)構(gòu)等。顯然本設(shè)計是以傳遞運(yùn)動為主要目的的 。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分。滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能。但其摩擦阻力大、傳動效率低 （ 30%40%） 。滾動絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小、傳動效率高（ 92%98%），因此選用滾動絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母的滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，帶動 滾珠沿螺紋滾道滾動，螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置，滾珠通過此裝置自動返回其入口，形成循環(huán)回路。滾珠絲杠副的外形及構(gòu)成原理如圖 a）雙螺母型 b）單螺母型 圖 滾珠絲杠副的外形 外滾道 內(nèi)滾道 圖 1 反向器 2 螺母 3 絲杠 4 滾珠 滾珠絲杠副具有傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)、使用壽命長等特 點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器和數(shù)控機(jī)床等。滾珠絲杠副由專門工廠制造，當(dāng)型號計算選定后， 可以外購或定制。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇 按照調(diào)節(jié)理論分類，進(jìn)給伺服系統(tǒng)可分為以下幾類： （ 1）開環(huán)控制系統(tǒng)如圖 示，這類系統(tǒng)的驅(qū)動元件主要是步進(jìn)電機(jī)或電源脈沖馬達(dá)。系統(tǒng)工作時，驅(qū)動元件將數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換成角度位移，轉(zhuǎn)過的角度正比于指令脈沖的個數(shù)，轉(zhuǎn)動的速度取決于指令脈沖的頻率。系統(tǒng)中無位置反饋，也沒有位置檢測元件。開環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，穩(wěn)定性好，但精度較低，低速有振動，高速轉(zhuǎn)矩小。一般用于 輕載或負(fù)載變化不大的場合，比如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。 圖 開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （ 2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖 示，這類系統(tǒng)是誤差控制伺服系統(tǒng)，驅(qū)動元件為交流或直流伺服電動機(jī)，電動機(jī)帶有速度反饋裝置，被控對象裝有位移測量元件。 圖 閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)是反饋控制，測量元件精度很高，所以系統(tǒng)傳動鏈的誤差、環(huán)內(nèi)各元件的誤差，以及運(yùn)動中造成的隨機(jī)誤差都可以得到補(bǔ)償，大大提高了跟隨精度和定位精度。 （ 3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖 示，這類系統(tǒng)的位置檢測元件不是直接安裝在進(jìn)給系統(tǒng)的最終 運(yùn)動部件上，而是經(jīng)過中間機(jī)械傳動部件的位置轉(zhuǎn)換，稱為間接測量。半閉環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動元件即可以采用交流或直流伺服電動機(jī)，也可以采用步進(jìn)電機(jī)。該類系統(tǒng)的傳動鏈有一部分處在位置環(huán)以外，環(huán)外的位置誤差不能得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而半閉環(huán)系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)，但調(diào)試比閉環(huán) 系統(tǒng)方便，所以仍有廣泛應(yīng)用 10。 體方案的確定及框圖 體方案的確定 根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，決定采用點(diǎn)位控制，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，調(diào)試和維修都比較容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平 衡性，采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件，此工作臺采用滾珠絲桿螺母副和液動導(dǎo)軌，為盡量消除傳動間隙，可設(shè)法調(diào)整傳動齒輪的中心距以消除齒側(cè)間隙，計算機(jī)系統(tǒng)采用高性能價格比的 列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 體方案框圖 環(huán)形分配器微機(jī)環(huán)形分配器方向 進(jìn)電機(jī)工作臺Y 步 進(jìn)電機(jī)Z 步 械部分設(shè)計計算 作臺外形尺寸及重量估算 縱向： X=1250作加工范圍：縱向： X=320作臺及夾具工件策略： 800N 橫向： z=400 工作加工范圍：橫 向： z=300作臺及夾具工件策略： 500N 削計算 F 查得： F=1,F=1 取 f=r 則： 41 1=111N 削力計算 P 2z = 凸輪 ) 銑削接觸弧深 z 每齒進(jìn)給量 銑刀直徑： 2 銑削深度： 8 銑刀齒數(shù)： z=3 P 2z =2 12 8 3=217 查表得： 1,則走刀抗力 217N 動導(dǎo)軌的參數(shù)確定 （ 1）導(dǎo)軌形式：在原有滑動導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上，采用貼塑處理，摩擦特性好，耐磨性好，減振特性好等特點(diǎn)，且工藝較簡單。 珠絲桿的設(shè)計計算 滾珠絲桿的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時情況計算。 （ 1）最大動負(fù)荷 Q=3L 轉(zhuǎn)系數(shù) ，壽命值 L=61060 n=01000式中 L 壽命 ，以 106 轉(zhuǎn)為一單位 n 絲桿轉(zhuǎn)速（ r/ 為最大切前力條件下的進(jìn)給速度（ m/ 可取最高進(jìn)給速度的 1/2 1/3 縱向 : 0 絲桿導(dǎo)程（ T 為使用壽命（ h） ,對于數(shù)控機(jī)床取 15000h; 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，表 3 14 初選絲桿螺距 絲桿轉(zhuǎn)速 n 為： n=0100060r/以 L=610150006060 =54 X 向絲桿牽引力： 2z +17+3500=222N 式中 f 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 以最大動負(fù)荷： X 向： L 229N 查表取滾珠絲桿直徑 0,選用滾珠絲桿螺母副的型號為 ，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊，見附錄 A 表 A 7 （ 2）滾珠絲桿螺母幾何參數(shù)計算如下： 名稱 符號 計算公式和結(jié)果 /紋滾道 公稱直徑 30 螺距 t 6 接觸角 450 鋼球直徑 紋滾道法面半徑 R 螺桿 偏心距 e E=(z)紋升角 =32 螺桿直徑 d D=桿內(nèi)徑 2桿接觸直徑 dz dq =母 螺母螺紋外徑 D D=60 螺母內(nèi)徑 1= 50 (3)傳動效率的計算 =) =中 摩擦角 約等于 10 螺紋升角 （ 4）剛度驗算 滾珠絲桿受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程 1 在工作負(fù)載 P 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（ P 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（ N）； 滾珠絲桿導(dǎo)程（ E 材料彈性模數(shù)（ N/ ,對鋼為 104 N/ F 滾珠絲桿截面積（按內(nèi)徑確定） X 向 ： P=222N. E=104 N/ F= 所以 63 6 = 106 桿因受扭矩而引起的導(dǎo)的變化量 小，可忽略所以導(dǎo)程總誤差 = L 100/ m/m 查表知 m，故剛度足夠。 6）步進(jìn)電機(jī)的選用 （ 1）步進(jìn)電機(jī)的步距角 b：對步進(jìn)電 機(jī)施加一個脈沖信息，步 進(jìn)電機(jī)就回轉(zhuǎn)一個固定的角度。 因為系統(tǒng)分辨率為 以取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 p =選步進(jìn)電機(jī)步距角 b= 2）步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)距的計算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 T，負(fù)載力為 P，根據(jù)能量守恒原理 電機(jī)所做的功與負(fù)載力做的功有如下關(guān)系： T =中 電機(jī)轉(zhuǎn)角； s 移動部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動效率 若取 =b= s=p,p= (G+ 所以 T= （ G+ 式中： 銑削時走刀抗力（ N）； G 移動部件重量（ N）； 與策略方向一致的切削力（ N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 b 步進(jìn)電機(jī)的步距角； T 電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)距（ N ; 代入數(shù)據(jù)得： T=算起動轉(zhuǎn)矩： 工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī)， =求出最大靜轉(zhuǎn)矩 66.0 3)步進(jìn)電機(jī)的最高起動頻率 01000 2333Hz fe=01000=1000 4）確定步進(jìn)電機(jī)型號 根據(jù)以上計算，從表 3 選出 130電機(jī)可以滿足要求，因為加工材料為青銅，切削力小，故不再進(jìn)行校核計算。尺寸如下圖： 7） 確定齒輪傳動比及模數(shù)和有關(guān)尺寸 因為步進(jìn)電機(jī)中距角 b=滾珠絲桿螺距離 t=5實現(xiàn)脈沖當(dāng)量 p=傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一級齒輪降速傳動，降速傳動比：I=21p = 24， 50 因傳遞的扭矩較小，取模數(shù) m=2,齒輪有關(guān)尺寸如下表： 關(guān)系式 Z 24 50 d= 48 100 da=d+2m 52 104 df= 43 95 B=(36 ) 10 10 A=2 21 74 給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 縱橫向進(jìn)行機(jī)構(gòu)裝配圖 過計算 ,本設(shè)計采用 130步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)循環(huán) 珠絲 桿副，齒輪箱中裝有三個齒輪 24， 52， 5，模數(shù) m=2。內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整的雙螺母滾珠絲桿副 ,設(shè)計中將一對齒輪水平放置 (圖中沒畫出 ),避免箱體高工作臺面影響工人操作 4 上 ,為了保證電機(jī)與滾珠絲桿平衡度 ,在裝配之前 ,應(yīng)將端蓋 14 與箱體 11 用螺釘堅固后打銷孔 在一次裝夾中鏜出 100 68個孔 ,再將端蓋坼下 ,進(jìn)行裝配 . 中的錐齒輪 ,滑動螺母等零件去掉，將回轉(zhuǎn)臺稍作加工，裝入滾珠螺母，再裝調(diào)左端的絲杠支架 和右端的箱體 11，使?jié)L珠絲杠與導(dǎo)軌平行，滾珠絲杠帶動工作臺運(yùn)行靈活，無阻滯現(xiàn)象，再堅固螺釘，并打定位銷。 水平面內(nèi)應(yīng)使絲桿中心線距導(dǎo)軌的距離盡量小，否則將會產(chǎn)生顛復(fù)力矩，增大摩擦力使運(yùn)動不平穩(wěn)。此外設(shè)計中常見的錯誤是為了在大齒輪端面與箱壁的矩，任意加長電機(jī)伸出軸這是不允許的。如果齒輪端面與箱壁矩離太小，不便于裝配，可以用加長齒輪輪轂的方法來解決。 圖的消隙齒輪，是采用兩個薄片齒輪，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（ M M 和 N N）。這種消隙齒輪的裝配順序 是：首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)過一個齒距，使雙片齒輪對齊，彈簧 29 受壓，上緊螺釘 26 裝入箱體后，將螺釘 26 松開，彈簧 40 將雙片齒輪沿周向錯開，以消除與齒輪 23 的側(cè)隙，此時再將螺釘 26 上緊。設(shè)計時彈簧兩端用削扁的銷子壓住。 原來機(jī)床橫向進(jìn)給手輪，刻度盤及前面的護(hù)蓋拆去，將螺桿換成珠絲桿，仍利用原來的一對圓錐滾子軸承，齒輪箱體直接裝在 升降臺上。 為了將步進(jìn)電機(jī)裝在升降臺右側(cè)，齒輪箱體的后面，以便工人操作，必須加大絲桿中心與電機(jī)軸的中心距，故此設(shè)計中采用齒數(shù)為 52 的中間介輪。因 Z=52 齒輪直 徑較大做成雙片齒輪，用以消除齒側(cè)間隙。 箱體上的電機(jī)止口孔 100，中間軸軸承外圈孔 42，及與升降臺上寂位座圈 7 作止口配合的孔 75，是在鏜床上一次鏜出，其也中心距分別是77 76 0。 023，裝配時將箱體止口孔 75在定位座圈 4 上，則保證了滾珠絲桿上裝的齒輪 8（ Z=25， m=2）與箱體中問軸上的齒輪 10（ Z=52,m=2）的中心距，使齒輪能正確嚙合。旋塞件 4 是為了旋下后，能從孔中伸進(jìn)內(nèi)六角桿，用來松緊介輪上的 3 個螺釘，使消隙齒輪錯齒，以消除上下齒輪與之嚙合的側(cè)隙。 具體見裝配圖 件部分電路的設(shè)計 制系統(tǒng)的功能 1. X 向、 Y 向、 Z 向的進(jìn)給伺服運(yùn)動； 2. 鍵盤顯示； 3. 面板管理 4. 行程控制 5. 其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示 存儲器 用 8031 芯片，由于 8031 芯片內(nèi)無程序存儲器，需要有外部程序在存儲器的支持，同時 8031 內(nèi)部只有 128B 的數(shù)據(jù)存儲器也遠(yuǎn)不能滿足控 制的要求。故擴(kuò)展了 16序存儲器由兩片 2764 組成，又?jǐn)U展了一片 6264 數(shù)據(jù)存儲器。 8031 芯片的 2 用來傳送外部低 8 位地址和數(shù)據(jù)， 傳送高 8 位地址， 位地址和數(shù)據(jù)，故要采用 74址鎖存器的輸入和輸出透明，即輸入的低 8 位存儲器地址在輸出端出現(xiàn)，此時不需鎖存。當(dāng) 電平彎低電平，出現(xiàn)下降沿時，低8 位地址鎖存入地址鎖存器中， 74輸出不再隨輸入變化，這樣 8031 芯片的 和 74出的 6 位地址， 2764 和 6264 芯片都是 8要 13 根地址線。 7低 8 位接 74片的輸出， 12 接 8031 芯片的 統(tǒng)采用全地址譯碼，兩片 2764 芯片片選信號 別接 74碼器的0Y 系統(tǒng)復(fù)位以后程序從 0000H 開始執(zhí)行。 6264 芯片的片選信號 1接 74 1Y ，單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨(dú)立編址（即允許地址重疊）， 8031 芯片控制信號 2764的 腳，讀寫控制信號 別接 6264 芯片的 以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。由于 8031 芯片內(nèi)部沒有始終要選外部存儲器，故其 須接地。 接口電路 由于 8031 只有 和 ，不能滿足輸入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。 從附錄 H 圖 以看出，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片 8155 和一片 8255可編程 I/O 接口芯片。 8155 的片選信號 74 Y ， 8255芯片片選信號 到 74 2Y 端。 74碼器有三個輸入 A、 B、 C 分別接到 8031 的 出0Y7電平有效。 7對應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 至 111的 8 種組合，其中0、 B、 C 為 000， 、 B、 11。 74有三個使能端，其中 2 上（ 為低電平使能，另一個 高電平使能，只有當(dāng)使 能端處于有效電平時，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無效狀態(tài)。 I/O 接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的， 8155 芯片 要線是鍵盤掃描輸入。 8155 芯片的 引腳接 8031 芯片的 為 使用 8155的 I/O 口，故 8255 芯片 X 向、 Y 向和 Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出 B 為三個方向的點(diǎn)動及回零輸入， 有編輯單步運(yùn)行，單段運(yùn)行、自動、手動 I、手動 系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及 I/O 接口芯片的地址編碼如下表： 芯片 接74片內(nèi)地址地址編碼 引腳 單元 2764（ 1） 0 0 0 8000H1764（ 2） 0 0 1 8000H3264 0 0 1 8000H 3155 1 0 0 1 1 1 1 0 256B 9 6B 9255 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4B 5 向、 Y 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用 3通電五相十拍方式工作，故 腳均接 +5V， Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用以 2通電四相八拍試工作。 高電平。三個芯片的選通輸出控制0255 的 零 R 接 8255 的 反轉(zhuǎn) 8255 的 鐘輸入端 8155 芯片的 以決定脈沖分配器輸出脈沖的頻 率。為實現(xiàn)插補(bǔ)時不同的進(jìn)給速度，可給 8155 芯片定時 /計數(shù)器中設(shè)置不同的時間常數(shù)。 （ 1）其他輔助電路 此控制系統(tǒng)中設(shè)有越界報警和急停處理電路。 X、 Y、 越界和急停信號經(jīng)或門引入 8031 的 同時接到 8031的 ，采用硬件申請中斷和軟件查詢的方法，這樣無論哪個方向，越界都會引起中斷，在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢的方法，便可確定是哪個方向越界，當(dāng) X、 Y、 相應(yīng)的紅燈這報警， 另外，還有上電和按鈕，相結(jié)合的復(fù)位電路、光電隔離電路和功率放大電路等。 面板 輪加工程序 數(shù)控銑床銑削加工程序： 圖示為壓縮機(jī)殼焊接機(jī)上的仿形 零件 ，零件曲線是二段圓弧和三條直線構(gòu)成，零件的上下兩面和中心孔已加工好，現(xiàn)要在數(shù)控銑床上銑削零件的輪廓曲線，并一次銑削加工成形。 零件的交點(diǎn)坐標(biāo)： A（ B（ 20）， C（ 0， 40）， D（ 40，0）， E（ 20， 刀具偏移號為 移方向為刀具的左側(cè)。設(shè)工件表面 Z=0，厚度為 25 在數(shù)控銑床上銑削加工程序如下： 0010 0020 0040 0050 0070 0080 0090 0110 0120 三章 畢業(yè)設(shè)計體會 業(yè)設(shè)計體會 也許是一開始就對畢業(yè)有種恐懼感吧，接到設(shè)計任務(wù)書，想著自己要單獨(dú)的面對設(shè)計，想著設(shè)計搞好后的答辯，答辯之后的離校。種種煩人思緒一下子全涌上了心頭，即將結(jié)束學(xué)生的生 涯，走上社會，是我最不愿意想的，可是我無法不面對現(xiàn)實。匆匆地要自己結(jié)束一幕幕的幻想，要自己坦然的面對，還是在老師的指引下，開始了設(shè)計，過程中的查資料，眼花 的數(shù)據(jù)，繁復(fù)的計算，不時的讓我產(chǎn)生了退縮的念頭，可“這是自己學(xué)習(xí)生涯的最后一個設(shè)計了”讓我繼續(xù)著。慢慢的發(fā)現(xiàn)原來自己四年中還是學(xué)了挺多東西的，這次設(shè)計涉及到數(shù)控、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計及制圖，工藝等，而我要把他們綜合，這比以前的設(shè)計難多了，我也是在不知不覺中用到了它們，偶爾遇到難題百思不得其解的困惑，偶爾不經(jīng)意的解決難題后的欣喜都讓我深深的體味著畢業(yè)設(shè)計，而四年 中我也學(xué)了不少東西，卻是我這次畢業(yè)設(shè)計的最大體會和最大的收獲了。 在本次設(shè)計過程中，我得到了教授的精心指導(dǎo)和技術(shù)資料方面的幫助，才使得設(shè)計得以順利進(jìn)行，借此表示謝意 參考資料 1機(jī)床設(shè)計手冊編寫組機(jī)床設(shè)計手冊機(jī)械工業(yè)出版社， 1979 年 2郝忠軍 雷曉玲綜合作業(yè)指導(dǎo)書全國高等教育自考指導(dǎo)委員會 3陸玉、何在洲、佟延偉主編：機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，機(jī)械工業(yè)出版社，2000 年 8 月第 3 版 4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 5石光源、周積義、彭福蔭主編：機(jī)械制圖，高等教育出版社， 1990年 5 月第 3 版 6李廣弟主編：單片機(jī)基礎(chǔ)，北京航空航天大學(xué)出版社， 1994 年 6 月第一版 7中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會組編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001出版 8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 月出版 9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)出版社 1986年 12 月出版 10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 月出版 11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 月出版 給 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計 傅曉林 傅曉林傅曉林傅曉林 通過 給 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)如何綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決實際工程，鞏固和加深對所學(xué)知識的理解，并 且通過畢業(yè)設(shè)計的實踐，培養(yǎng)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。通過課題，不但要提高解決具體問題的獨(dú)立工作能力，具體動腦動手能力，而且應(yīng)建立正確的設(shè)計和科研思想，加強(qiáng)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。 對 給 系統(tǒng) 進(jìn)行改造，設(shè)計銑床 縱、橫向數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng) 。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的工作量和時間要求，機(jī)械 部分完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件及參數(shù)的選擇，部分計算過程；電氣和微機(jī)部分主要有系統(tǒng)框圖、部分線路圖和程序框圖、部分設(shè)計計算說明及程序段。要求圖紙不少于相當(dāng)于兩張 ，兩張 紙，設(shè)計計算和說明不少于 2 萬字。檢索相關(guān)論文 4 篇，翻譯機(jī)電類英文文獻(xiàn)一篇（ 2 千字）。 機(jī)械設(shè)計手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1989 機(jī)電綜合設(shè)計指南 人民大學(xué)出版社， 2000 金屬切削機(jī)床 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 微機(jī)原理與接口技術(shù) 中國科學(xué)技術(shù)出版社 2002 機(jī)床設(shè)計手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 1986 電子技術(shù) 重慶大學(xué)出版社 2000 機(jī)電一體化實用技術(shù)上海：上?？茖W(xué)文獻(xiàn)出版社， 1995 機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997 開題報告實習(xí)總體設(shè)計方案分項設(shè)計圖紙繪制說明書總結(jié)、答辯 給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計 目 錄 1 引言 . 3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 . 4 機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢 . 5 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 . 5 1 2 本課題的設(shè)計內(nèi)容 . 6 2 系 統(tǒng)的總體方案設(shè)計 . 7 具體改造方面 . 7 機(jī)械傳動系統(tǒng)改造方案的確定 . 7 傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的選擇 . 7 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇 . 9 體方案的確定及框圖 . 10 體方案的確定 . 10 體方案框圖 . 10 械部分設(shè)計計算 . 11 作臺外形尺寸及重量估算 . 11 削計算 . 11 給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 17 . 19 輪加工程序 . 24 第三章 畢業(yè)設(shè)計體會 . 26 業(yè)設(shè)計體會 . 26 參考 資料 . 28 1 引言 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，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生產(chǎn)率的要求，數(shù)控機(jī)床已成為衡量一個國家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志。目前中國大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是普通機(jī)床，機(jī)床數(shù)控化率遠(yuǎn)低于美國、日本等國家。如果大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，不僅資金投入量大、成本高，而且又會造成原有設(shè)備的閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床的數(shù)控化改造， 顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 經(jīng)調(diào)查顯示在實際生產(chǎn)過程中普通銑床主要用于加工平面或成型表面。 若要在普通銑床上加工圓弧、凸輪等特殊類平面時，就要借助于圓工作臺、分度頭等機(jī)床附件，并對機(jī)床進(jìn)行整體調(diào)整。加工精度較低，基礎(chǔ)調(diào)整工作費(fèi)事 1。所以，為提高工件的加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于加工圓弧面和凸輪的 曲面等，可以利用數(shù)控方法對銑床進(jìn)行數(shù)控化改造。 本設(shè)計是對普通銑床 向 進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造的設(shè)計。由于普通銑床 動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)加工 零件的效率較低，如若對其縱向數(shù)控化改造后不僅可以實現(xiàn)復(fù)雜零件的自動銑削，并且大大縮短了加工時間，提高了零件的加工精度及生產(chǎn)效率。 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)是運(yùn)用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)， 具有高精度、高效率、柔性自動化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用。它 是當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品自動化發(fā)展中處于核心地位的一 種高技術(shù)。而數(shù)控系統(tǒng)已成為我國機(jī)械制造工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的重要裝備，其發(fā)展直接關(guān)系到我國的多個領(lǐng)域2。 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)以傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)為主。在傳統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)中， 能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過 間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中 是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具 組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正的設(shè)定量，因而影響 工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了 多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行 3。 目前 我國機(jī)床總量 380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不 到 3%。 近 10 年 來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量為 臺，年產(chǎn)值約為18億元，機(jī)床年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。 我國機(jī)床 年 齡 在 10年以上的占 60%以上； 10年以下的機(jī)床中，自動 /半自動機(jī)床不到 20%， 自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) (美國和日本自動和半自動機(jī)床占 60%以上 )。大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生 存和發(fā)展4。因此，低成本普通機(jī)床數(shù)控化改造是一項適合中國實際情況的先進(jìn)適用技術(shù)，也是一項提升中國機(jī)床數(shù)控化改造的有效途徑。 然而在發(fā)達(dá)國家，運(yùn) 用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床 和生產(chǎn)線 已形成新的行業(yè) ，成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)（ 。 從事再生業(yè)的著名公司有： 程公司、 床公司、 寶 )服務(wù)集團(tuán)、 且 美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床 改造業(yè) 稱為機(jī)床改裝業(yè) (從事改 裝 業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 機(jī)床數(shù)控化改造的發(fā)展趨勢 從 1952 年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了五十多年的歷程。近 10 年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展很快。目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。由分析可得目前數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體趨勢為： （ 1） 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展。 （ 2）為 增強(qiáng)通信功能、控制性能與驅(qū)動裝置，向模塊化、智能化、 柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 （ 3） 向 和開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。 （ 4） 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 （ 5） 信息技術(shù) (機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)床將得到發(fā)展。 （ 6） 納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。 （ 7）節(jié)能環(huán)保機(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場 5。 事實上機(jī)床的數(shù)控化改造是一個跟隨機(jī)床類型變化而變化的工作，同時它也跟隨數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展而不斷地進(jìn)步著，且未來會 更進(jìn)一步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，向網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化方向 發(fā)展 。 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 經(jīng)實踐證明數(shù)控化改造后的機(jī)床的優(yōu)越性具有以下幾點(diǎn) : （ 1） 機(jī)床數(shù)控化改造可以大大的減少資金的投入，提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率。企業(yè)可依照實際需要對機(jī)床性能、操作與維修等方面做出改進(jìn)意見。 （ 2）機(jī)床數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出普通機(jī)床難以加工或者不能加工的復(fù)雜型面零件?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)，降低工件的定位誤差。 （ 3）由于操作者對改造前的機(jī)床特性比較熟悉，因而在操作使用和維修方面可縮短培訓(xùn)時間。數(shù)控加工降低了工人的勞動強(qiáng) 度，節(jié)省了勞動力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并可對市場需求做出快速反應(yīng)。 （ 4）機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)。還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。 （ 5） 機(jī)床數(shù)控化改造后可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 7倍 6， 7。 1 2 本課題的設(shè)計內(nèi)容 由上面的介紹可以看出，如今對現(xiàn)有普通機(jī)床的數(shù)控化改造具有十分重要的意義。本課題設(shè)計重點(diǎn)則是對 床主要用于加工中小型零件的平面、成型表面及具有一定斜度的平面。經(jīng)改造后 與原來機(jī)床加工相比 可實現(xiàn)其自動化銑削，且 具有高精、高效及加工產(chǎn)品范圍廣等特點(diǎn) 。具體 研究內(nèi)容如下： （ 1）對普通銑床 （ 2）對數(shù)控機(jī)床的基本機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析； （ 3） 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，研究其各個部分的設(shè)計原理，擬定設(shè)計方案； （ 4）系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計，對機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計和 控制系統(tǒng) 的設(shè)計等； （ 5）總結(jié)自己的設(shè)計理念及設(shè)計思路，得出本課題的設(shè)計流程。 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 機(jī)床數(shù)控化改造改造方案的確定關(guān)系到數(shù)控改造的性能和經(jīng)濟(jì)性。由于本設(shè)計是針對普通機(jī)床數(shù)控化改造，所以要考慮數(shù)控系統(tǒng)是使用經(jīng)濟(jì)型還是使用全功能高檔型，是使用開環(huán)還是半閉環(huán)、全閉環(huán)。這就要根據(jù)精度高低、經(jīng)濟(jì)性來考慮 8。 具體改造方面 為節(jié)省資金，且考慮加工元件的精度等要求，現(xiàn)決定選用經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)為此次數(shù)控化改造的主要方案。 一般說來 , 對現(xiàn)有的普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造 , 包括以下幾個方面 : （ 1）機(jī)械部分改造 : 主傳動系統(tǒng)一般不作變動 ,進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲桿螺母副替換進(jìn)給 軸原有的普通絲桿副。并選用 液動導(dǎo)軌。 （ 2）控制系統(tǒng)及電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 : 伺服控制采用開環(huán)控制 , 選用步進(jìn)電機(jī)。在機(jī)械部分改造完成后 , 采用單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng) ,控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動工作臺進(jìn)給運(yùn)動。 機(jī)械傳動系統(tǒng)改造方案的確定 由于主傳動系統(tǒng)不作變動，下面針對進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的選擇進(jìn)行分析。 傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的選擇 在機(jī)械設(shè)備中，常用的傳動機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： （ 1） 齒輪傳動機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用在中心距較小，傳動精度較高等各種不同傳遞動力范圍的場合。 （ 2）螺旋傳動機(jī)構(gòu)：在許多機(jī)械設(shè)備中大量應(yīng)用 著螺旋機(jī)構(gòu)（又稱絲杠傳動），它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動。 （ 3）帶傳動與鏈傳動：帶傳動及鏈傳動多用于中心距較大的傳動。 （ 4）連桿傳動機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，在機(jī)械設(shè)備及日常生活中有大量應(yīng)用。 （ 5）凸輪傳動機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)可以精確實現(xiàn)要求的運(yùn)動規(guī)律，在自動機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用，但它是高副接觸，因而這種機(jī)構(gòu)重要用于傳遞運(yùn)動 9。 由以上分析可見，本設(shè)計此次采用的為第二種螺旋機(jī)構(gòu)。 螺旋傳動機(jī)構(gòu)又稱絲杠螺母機(jī)構(gòu)。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。有以傳遞能量為主（如螺 旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)龋⒁灿幸詡鬟f運(yùn)動為主的（如工作臺的進(jìn)給絲杠）、還有調(diào)整零件之間相對位置的螺旋傳動機(jī)構(gòu)等。顯然本設(shè)計是以傳遞運(yùn)動為主要目的的 。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分?；瑒咏z杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能。但其摩擦阻力大、傳動效率低 （ 30%40%） 。滾動絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小、傳動效率高（ 92%98%），因此選用滾動絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母的滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，帶動 滾珠沿螺紋滾道滾動，螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置，滾珠通過此裝置自動返回其入口，形成循環(huán)回路。滾珠絲杠副的外形及構(gòu)成原理如圖 a）雙螺母型 b）單螺母型 圖 滾珠絲杠副的外形 外滾道 內(nèi)滾道 圖 1 反向器 2 螺母 3 絲杠 4 滾珠 滾珠絲杠副具有傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)、使用壽命長等特 點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器和數(shù)控機(jī)床等。滾珠絲杠副由專門工廠制造，當(dāng)型號計算選定后， 可以外購或定制。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇 按照調(diào)節(jié)理論分類，進(jìn)給伺服系統(tǒng)可分為以下幾類： （ 1）開環(huán)控制系統(tǒng)如圖 示，這類系統(tǒng)的驅(qū)動元件主要是步進(jìn)電機(jī)或電源脈沖馬達(dá)。系統(tǒng)工作時，驅(qū)動元件將數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換成角度位移，轉(zhuǎn)過的角度正比于指令脈沖的個數(shù)，轉(zhuǎn)動的速度取決于指令脈沖的頻率。系統(tǒng)中無位置反饋，也沒有位置檢測元件。開環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，穩(wěn)定性好，但精度較低，低速有振動，高速轉(zhuǎn)矩小。一般用于 輕載或負(fù)載變化不大的場合，比如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。 圖 開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （ 2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖 示，這類系統(tǒng)是誤差控制伺服系統(tǒng)，驅(qū)動元件為交流或直流伺服電動機(jī)，電動機(jī)帶有速度反饋裝置，被控對象裝有位移測量元件。 圖 閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)是反饋控制，測量元件精度很高，所以系統(tǒng)傳動鏈的誤差、環(huán)內(nèi)各元件的誤差，以及運(yùn)動中造成的隨機(jī)誤差都可以得到補(bǔ)償，大大提高了跟隨精度和定位精度。 （ 3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖 示，這類系統(tǒng)的位置檢測元件不是直接安裝在進(jìn)給系統(tǒng)的最終 運(yùn)動部件上，而是經(jīng)過中間機(jī)械傳動部件的位置轉(zhuǎn)換，稱為間接測量。半閉環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動元件即可以采用交流或直流伺服電動機(jī)，也可以采用步進(jìn)電機(jī)。該類系統(tǒng)的傳動鏈有一部分處在位置環(huán)以外，環(huán)外的位置誤差不能得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而半閉環(huán)系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)，但調(diào)試比閉環(huán) 系統(tǒng)方便，所以仍有廣泛應(yīng)用 10。 體方案的確定及框圖 體方案的確定 根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，決定采用點(diǎn)位控制，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，調(diào)試和維修都比較容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平 衡性，采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件，此工作臺采用滾珠絲桿螺母副和液動導(dǎo)軌，為盡量消除傳動間隙，可設(shè)法調(diào)整傳動齒輪的中心距以消除齒側(cè)間隙，計算機(jī)系統(tǒng)采用高性能價格比的 列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 體方案框圖 環(huán)形分配器微機(jī)環(huán)形分配器方向 進(jìn)電機(jī)工作臺Y 步 進(jìn)電機(jī)Z 步 械部分設(shè)計計算 作臺外形尺寸及重量估算 縱向： X=1250作加工范圍：縱向： X=320作臺及夾具工件策略： 800N 橫向： z=400 工作加工范圍：橫 向： z=300作臺及夾具工件策略： 500N 削計算 F 查得： F=1,F=1 取 f=r 則： 41 1=111N 削力計算 P 2z = 凸輪 ) 銑削接觸弧深 z 每齒進(jìn)給量 銑刀直徑： 2 銑削深度： 8 銑刀齒數(shù)： z=3 P 2z =2 12 8 3=217 查表得： 1,則走刀抗力 217N 動導(dǎo)軌的參數(shù)確定 （ 1）導(dǎo)軌形式：在原有滑動導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上，采用貼塑處理，摩擦特性好，耐磨性好，減振特性好等特點(diǎn)，且工藝較簡單。 珠絲桿的設(shè)計計算 滾珠絲桿的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時情況計算。 （ 1）最大動負(fù)荷 Q=3L 轉(zhuǎn)系數(shù) ，壽命值 L=61060 n=01000式中 L 壽命 ，以 106 轉(zhuǎn)為一單位 n 絲桿轉(zhuǎn)速（ r/ 為最大切前力條件下的進(jìn)給速度（ m/ 可取最高進(jìn)給速度的 1/2 1/3 縱向 : 0 絲桿導(dǎo)程（ T 為使用壽命（ h） ,對于數(shù)控機(jī)床取 15000h; 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，表 3 14 初選絲桿螺距 絲桿轉(zhuǎn)速 n 為： n=0100060r/以 L=610150006060 =54 X 向絲桿牽引力： 2z +17+3500=222N 式中 f 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 以最大動負(fù)荷： X 向： L 229N 查表取滾珠絲桿直徑 0,選用滾珠絲桿螺母副的型號為 ，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊，見附錄 A 表 A 7 （ 2）滾珠絲桿螺母幾何參數(shù)計算如下： 名稱 符號 計算公式和結(jié)果 /紋滾道 公稱直徑 30 螺距 t 6 接觸角 450 鋼球直徑 紋滾道法面半徑 R 螺桿 偏心距 e E=(z)紋升角 =32 螺桿直徑 d D=桿內(nèi)徑 2桿接觸直徑 dz dq =母 螺母螺紋外徑 D D=60 螺母內(nèi)徑 1= 50 (3)傳動效率的計算 =) =中 摩擦角 約等于 10 螺紋升角 （ 4）剛度驗算 滾珠絲桿受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程 1 在工作負(fù)載 P 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（ P 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（ N）； 滾珠絲桿導(dǎo)程（ E 材料彈性模數(shù)（ N/ ,對鋼為 104 N/ F 滾珠絲桿截面積（按內(nèi)徑確定） X 向 ： P=222N. E=104 N/ F= 所以 63 6 = 106 桿因受扭矩而引起的導(dǎo)的變化量 小，可忽略所以導(dǎo)程總誤差 = L 100/ m/m 查表知 m，故剛度足夠。 6）步進(jìn)電機(jī)的選用 （ 1）步進(jìn)電機(jī)的步距角 b：對步進(jìn)電 機(jī)施加一個脈沖信息，步 進(jìn)電機(jī)就回轉(zhuǎn)一個固定的角度。 因為系統(tǒng)分辨率為 以取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 p =選步進(jìn)電機(jī)步距角 b= 2）步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)距的計算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 T，負(fù)載力為 P，根據(jù)能量守恒原理 電機(jī)所做的功與負(fù)載力做的功有如下關(guān)系： T =中 電機(jī)轉(zhuǎn)角； s 移動部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動效率 若取 =b= s=p,p= (G+ 所以 T= （ G+ 式中： 銑削時走刀抗力（ N）； G 移動部件重量（ N）； 與策略方向一致的切削力（ N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 b 步進(jìn)電機(jī)的步距角； T 電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)距（ N ; 代入數(shù)據(jù)得： T=算起動轉(zhuǎn)矩： 工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī)， =求出最大靜轉(zhuǎn)矩 66.0 3)步進(jìn)電機(jī)的最高起動頻率 01000 2333Hz fe=01000=1000 4）確定步進(jìn)電機(jī)型號 根據(jù)以上計算，從表 3 選出 130電機(jī)可以滿足要求，因為加工材料為青銅，切削力小，故不再進(jìn)行校核計算。尺寸如下圖： 7） 確定齒輪傳動比及模數(shù)和有關(guān)尺寸 因為步進(jìn)電機(jī)中距角 b=滾珠絲桿螺距離 t=5實現(xiàn)脈沖當(dāng)量 p=傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一級齒輪降速傳動，降速傳動比：I=21p = 24， 50 因傳遞的扭矩較小，取模數(shù) m=2,齒輪有關(guān)尺寸如下表： 關(guān)系式 Z 24 50 d= 48 100 da=d+2m 52 104 df= 43 95 B=(36 ) 10 10 A=2 21 74 給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 縱橫向進(jìn)行機(jī)構(gòu)裝配圖 過計算 ,本設(shè)計采用 130步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)循環(huán) 珠絲 桿副，齒輪箱中裝有三個齒輪 24， 52， 5，模數(shù) m=2。內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整的雙螺母滾珠絲桿副 ,設(shè)計中將一對齒輪水平放置 (圖中沒畫出 ),避免箱體高工作臺面影響工人操作 4 上 ,為了保證電機(jī)與滾珠絲桿平衡度 ,在裝配之前 ,應(yīng)將端蓋 14 與箱體 11 用螺釘堅固后打銷孔 在一次裝夾中鏜出 100 68個孔 ,再將端蓋坼下 ,進(jìn)行裝配 . 中的錐齒輪 ,滑動螺母等零件去掉，將回轉(zhuǎn)臺稍作加工，裝入滾珠螺母，再裝調(diào)左端的絲杠支架 和右端的箱體 11，使?jié)L珠絲杠與導(dǎo)軌平行，滾珠絲杠帶動工作臺運(yùn)行靈活，無阻滯現(xiàn)象，再堅固螺釘，并打定位銷。 水平面內(nèi)應(yīng)使絲桿中心線距導(dǎo)軌的距離盡量小，否則將會產(chǎn)生顛復(fù)力矩，增大摩擦力使運(yùn)動不平穩(wěn)。此外設(shè)計中常見的錯誤是為了在大齒輪端面與箱壁的矩，任意加長電機(jī)伸出軸這是不允許的。如果齒輪端面與箱壁矩離太小，不便于裝配，可以用加長齒輪輪轂的方法來解決。 圖的消隙齒輪，是采用兩個薄片齒輪，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（ M M 和 N N）。這種消隙齒輪的裝配順序 是：首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)過一個齒距，使雙片齒輪對齊，彈簧 29 受壓，上緊螺釘 26 裝入箱體后，將螺釘 26 松開，彈簧 40 將雙片齒輪沿周向錯開，以消除與齒輪 23 的側(cè)隙，此時再將螺釘 26 上緊。設(shè)計時彈簧兩端用削扁的銷子壓住。 原來機(jī)床橫向進(jìn)給手輪，刻度盤及前面的護(hù)蓋拆去，將螺桿換成珠絲桿，仍利用原來的一對圓錐滾子軸承，齒輪箱體直接裝在 升降臺上。 為了將步進(jìn)電機(jī)裝在升降臺右側(cè)，齒輪箱體的后面，以便工人操作，必須加大絲桿中心與電機(jī)軸的中心距，故此設(shè)計中采用齒數(shù)為 52 的中間介輪。因 Z=52 齒輪直 徑較大做成雙片齒輪，用以消除齒側(cè)間隙。 箱體上的電機(jī)止口孔 100，中間軸軸承外圈孔 42，及與升降臺上寂位座圈 7 作止口配合的孔 75，是在鏜床上一次鏜出，其也中心距分別是77 76 0。 023，裝配時將箱體止口孔 75在定位座圈 4 上，則保證了滾珠絲桿上裝的齒輪 8（ Z=25， m=2）與箱體中問軸上的齒輪 10（ Z=52,m=2）的中心距，使齒輪能正確嚙合。旋塞件 4 是為了旋下后，能從孔中伸進(jìn)內(nèi)六角桿，用來松緊介輪上的 3 個螺釘，使消隙齒輪錯齒，以消除上下齒輪與之嚙合的側(cè)隙。 具體見裝配圖 件部分電路的設(shè)計 制系統(tǒng)的功能 1. X 向、 Y 向、 Z 向的進(jìn)給伺服運(yùn)動； 2. 鍵盤顯示； 3. 面板管理 4. 行程控制 5. 其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示 存儲器 用 8031 芯片，由于 8031 芯片內(nèi)無程序存儲器，需要有外部程序在存儲器的支持，同時 8031 內(nèi)部只有 128B 的數(shù)據(jù)存儲器也遠(yuǎn)不能滿足控 制的要求。故擴(kuò)展了 16序存儲器由兩片 2764 組成，又?jǐn)U展了一片 6264 數(shù)據(jù)存儲器。 8031 芯片的 2 用來傳送外部低 8 位地址和數(shù)據(jù)， 傳送高 8 位地址， 位地址和數(shù)據(jù)，故要采用 74址鎖存器的輸入和輸出透明，即輸入的低 8 位存儲器地址在輸出端出現(xiàn)，此時不需鎖存。當(dāng) 電平彎低電平，出現(xiàn)下降沿時，低8 位地址鎖存入地址鎖存器中， 74輸出不再隨輸入變化，這樣 8031 芯片的 和 74出的 6 位地址， 2764 和 6264 芯片都是 8要 13 根地址線。 7低 8 位接 74片的輸出， 12 接 8031 芯片的 統(tǒng)采用全地址譯碼，兩片 2764 芯片片選信號 別接 74碼器的0Y 系統(tǒng)復(fù)位以后程序從 0000H 開始執(zhí)行。 6264 芯片的片選信號 1接 74 1Y ，單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨(dú)立編址（即允許地址重疊）， 8031 芯片控制信號 2764的 腳，讀寫控制信號 別接 6264 芯片的 以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。由于 8031 芯片內(nèi)部沒有始終要選外部存儲器，故其 須接地。 接口電路 由于 8031 只有 和 ，不能滿足輸入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。 從附錄 H 圖 以看出，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片 8155 和一片 8255可編程 I/O 接口芯片。 8155 的片選信號 74 Y ， 8255芯片片選信號 到 74 2Y 端。 74碼器有三個輸入 A、 B、 C 分別接到 8031 的 出0Y7電平有效。 7對應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 至 111的 8 種組合，其中0、 B、 C 為 000， 、 B、 11。 74有三個使能端，其中 2 上（ 為低電平使能，另一個 高電平使能，只有當(dāng)使 能端處于有效電平時，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無效狀態(tài)。 I/O 接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的， 8155 芯片 要線是鍵盤掃描輸入。 8155 芯片的 引腳接 8031 芯片的 為 使用 8155的 I/O 口，故 8255 芯片 X 向、 Y 向和 Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出 B 為三個方向的點(diǎn)動及回零輸入， 有編輯單步運(yùn)行，單段運(yùn)行、自動、手動 I、手動 系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及 I/O 接口芯片的地址編碼如下表： 芯片 接74片內(nèi)地址地址編碼 引腳 單元 2764（ 1） 0 0 0 8000H1764（ 2） 0 0 1 8000H3264 0 0 1 8000H 3155 1 0 0 1 1 1 1 0 256B 9 6B 9255 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4B 5 向、 Y 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用 3通電五相十拍方式工作，故 腳均接 +5V， Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用以 2通電四相八拍試工作。 高電平。三個芯片的選通輸出控制0255 的 零 R 接 8255 的 反轉(zhuǎn) 8255 的 鐘輸入端 8155 芯片的 以決定脈沖分配器輸出脈沖的頻 率。為實現(xiàn)插補(bǔ)時不同的進(jìn)給速度，可給 8155 芯片定時 /計數(shù)器中設(shè)置不同的時間常數(shù)。 （ 1）其他輔助電路 此控制系統(tǒng)中設(shè)有越界報警和急停處理電路。 X、 Y、 越界和急停信號經(jīng)或門引入 8031 的 同時接到 8031的 ，采用硬件申請中斷和軟件查詢的方法，這樣無論哪個方向，越界都會引起中斷，在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢的方法，便可確定是哪個方向越界，當(dāng) X、 Y、 相應(yīng)的紅燈這報警， 另外，還有上電和按鈕，相結(jié)合的復(fù)位電路、光電隔離電路和功率放大電路等。 面板 輪加工程序 數(shù)控銑床銑削加工程序： 圖示為壓縮機(jī)殼焊接機(jī)上的仿形 零件 ，零件曲線是二段圓弧和三條直線構(gòu)成，零件的上下兩面和中心孔已加工好，現(xiàn)要在數(shù)控銑床上銑削零件的輪廓曲線，并一次銑削加工成形。 零件的交點(diǎn)坐標(biāo)： A（ B（ 20）， C（ 0， 40）， D（ 40，0）， E（ 20， 刀具偏移號為 移方向為刀具的左側(cè)。設(shè)工件表面 Z=0，厚度為 25 在數(shù)控銑床上銑削加工程序如下： 0010 0020 0040 0050 0070 0080 0090 0110 0120 三章 畢業(yè)設(shè)計體會 業(yè)設(shè)計體會 也許是一開始就對畢業(yè)有種恐懼感吧，接到設(shè)計任務(wù)書，想著自己要單獨(dú)的面對設(shè)計，想著設(shè)計搞好后的答辯，答辯之后的離校。種種煩人思緒一下子全涌上了心頭，即將結(jié)束學(xué)生的生 涯，走上社會，是我最不愿意想的，可是我無法不面對現(xiàn)實。匆匆地要自己結(jié)束一幕幕的幻想，要自己坦然的面對，還是在老師的指引下，開始了設(shè)計，過程中的查資料，眼花 的數(shù)據(jù)，繁復(fù)的計算，不時的讓我產(chǎn)生了退縮的念頭，可“這是自己學(xué)習(xí)生涯的最后一個設(shè)計了”讓我繼續(xù)著。慢慢的發(fā)現(xiàn)原來自己四年中還是學(xué)了挺多東西的，這次設(shè)計涉及到數(shù)控、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計及制圖，工藝等，而我要把他們綜合，這比以前的設(shè)計難多了，我也是在不知不覺中用到了它們，偶爾遇到難題百思不得其解的困惑，偶爾不經(jīng)意的解決難題后的欣喜都讓我深深的體味著畢業(yè)設(shè)計，而四年 中我也學(xué)了不少東西，卻是我這次畢業(yè)設(shè)計的最大體會和最大的收獲了。 在本次設(shè)計過程中，我得到了教授的精心指導(dǎo)和技術(shù)資料方面的幫助，才使得設(shè)計得以順利進(jìn)行，借此表示謝意 參考資料 1機(jī)床設(shè)計手冊編寫組機(jī)床設(shè)計手冊機(jī)械工業(yè)出版社， 1979 年 2郝忠軍 雷曉玲綜合作業(yè)指導(dǎo)書全國高等教育自考指導(dǎo)委員會 3陸玉、何在洲、佟延偉主編：機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，機(jī)械工業(yè)出版社，2000 年 8 月第 3 版 4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 5石光源、周積義、彭福蔭主編：機(jī)械制圖，高等教育出版社， 1990年 5 月第 3 版 6李廣弟主編：單片機(jī)基礎(chǔ)，北京航空航天大學(xué)出版社， 1994 年 6 月第一版 7中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會組編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001出版 8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 月出版 9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)出版社 1986年 12 月出版 10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 月出版 11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 月出版