C6140臥式車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【課設(shè)版本】【5張CAD高清圖紙和說(shuō)明書(shū)】【JC系列】

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目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)22設(shè)計(jì)要求32.1總體方案設(shè)計(jì)要求32.2設(shè)計(jì)參數(shù)42.3.其它要求53進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算63.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)63.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型63.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量63.2.2縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核63.2.3橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核104步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型134.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則144.1.1步距角144.1.2精度144.1.3轉(zhuǎn)矩144.1.4啟動(dòng)頻率144.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇144.2.1 C6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定144.2.2 C6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定155電動(dòng)刀架的選擇156控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)166.1控制系統(tǒng)的功能要求166.2硬件電路的組成：166.3電路原理圖166.4主軸正反轉(zhuǎn)與冷卻泵啟動(dòng)梯形圖187總結(jié)188參考文獻(xiàn)191設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù):將一臺(tái)C6140臥式車(chē)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1) 床身最大加工直徑460mm2) 最大加工長(zhǎng)度1150mm3) X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量 mm/脈沖，Z方向（縱向）脈沖當(dāng)量 mm/脈沖4) X方向最快移動(dòng)速度vxmax=3100mm/min，Z方向?yàn)関zmax=6000mm/min5) X方向最快工進(jìn)速度vxmaxf=370mm/min，Z方向?yàn)関zmaxf=730mm/min6) X方向定位精度0.01mm，Z方向0.02mm7) 可以車(chē)削柱面、平面、錐面與球面等8) 安裝螺紋編碼器，最大導(dǎo)程為25mm9) 自動(dòng)控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可以輸注主軸有級(jí)變速與無(wú)極變速信號(hào)10) 自動(dòng)控制冷卻泵的起/停11) 縱、橫向安裝限位開(kāi)關(guān)12) 數(shù)控系統(tǒng)可與PC機(jī)串行通訊13) 顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用相應(yīng)數(shù)控代碼2設(shè)計(jì)要求2.1總體方案設(shè)計(jì)要求C6140型普通車(chē)床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會(huì)擁有量較大的普通型車(chē)床。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。一般說(shuō)來(lái)，如果原有車(chē)床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車(chē)床，同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破?？傮w方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。（1）普通車(chē)床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車(chē)床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)普通車(chē)床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS51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)、具有很高的性?xún)r(jià)比，因此，可選 MCS51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)床所要求的分辨率。（7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。（8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車(chē)床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表8.1-1可列出C6140臥式車(chē)床的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm工件最大直徑在刀架上 210mm頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm宋制螺紋 mm 1-192加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2-24 模數(shù)螺紋 mm0.25-48 徑節(jié)螺紋 t/m1-96 最大通過(guò)直徑 48mm 孔錐度莫氏6號(hào) 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍101400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍14-1580r/min縱向級(jí)數(shù)64進(jìn)給量縱向范圍0.08-1.59mm/r橫向級(jí)數(shù)64橫向范圍0.04-0.79mm/r 滑板行程 橫向320mm縱向650;900;1400;1900mm 最大行程140mm 刀架最大回轉(zhuǎn)角 90刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面BH2525mm頂尖套莫氏錐度5號(hào)尾座橫向最大移動(dòng)量10mm外形尺寸 長(zhǎng)寬高241810001267mm 圓度 0.01mm工作精度圓柱度200:0.02 平面度0.02/300mm表面粗糙度Ra1.6-3.2m 主電動(dòng)機(jī)7.5kw電動(dòng)機(jī)功率總功率7.84kw改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大加工直徑 在床面上 460mm 在床鞍上210mm最大加工長(zhǎng)度 1150mm快進(jìn)速度 縱向6000mm/min 橫向3100mm/min最大切削進(jìn)給速度 縱向730mm/min 橫向370mm/min溜板及刀架重力 縱向800N 橫向600N脈沖當(dāng)量 縱向0.02mm/脈沖 橫向0.01mm/脈沖定位精度縱向 0.02mm橫向 0.01mm2.3.其它要求（1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量 ，以降低成本縮短改造周期。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等。改造的方案如下：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車(chē)床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。3.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。3.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 縱向： 0.02mm/脈沖 由設(shè)計(jì)要求可知：脈沖當(dāng)量 橫向： 0.01mm/脈沖3.2.2縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核（1）切削力的計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得 Nc=Ndk 其中 Nc 為傳動(dòng)件的額定功率Nd主電機(jī)的額定功率， Nd=7.5 kw主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率，一般為0.60.7，取=0.65k進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k=0.95則：Nc=7.50.650.954.63kw又因?yàn)椋篘c=9.8 式中Vs 切削速度，取Vs=100m/min主切削力Fz= =283.356（kgf）=2833.56N由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)可知主切削力Fz=CFzapxFzfyFzKFz對(duì)于一般切削情況：xfz=1，yFz=0.75 ，KFz=1，CFz=188kg/2=1880MpaF2的計(jì)算結(jié)果如下：ap()333444f()0.20.30.40.20.30.4Fz(N)1614.982188.942716.062153.32918.593621.41為便于計(jì)算,所以取Fz=2833.56N,以切削深度ap=4，走刀量f=0.3，為以下計(jì)算以此為依據(jù)。由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得，在一般外圓車(chē)削時(shí)，F(xiàn)x（0.10.6）FZFy(0.150.7)Fz取Fx=0.5 Fz Fy=0.6FzFx=0.52833.56=1416.78(N)Fy=0.62833.56=1700.14(N)（2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計(jì)，綜合車(chē)床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得P=KFx+f（Fz+W） 其中K=1.15 , f=0.150.18 取f=0.16P=1.151416.78+0.16(2833.56+800)=2210.67(N)強(qiáng)度計(jì)算壽命值Li= ni= 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得Ti=15000h, =12mm， D=80ni= 10(r/min)Li=9最大動(dòng)負(fù) Q=PfwfH 其中 運(yùn)載系數(shù)fw=1.2硬度系數(shù)Fh=1Q=1.22210.671=5518.05(N)根據(jù)最大動(dòng)力負(fù)載荷Q的值，查表選擇滾珠絲杠的型號(hào)為FFZ50124，查表得數(shù)控車(chē)床的縱向精度為E級(jí)，即型號(hào)為FFZ50124E1800640，其額定載荷是44400N效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理得，絲杠螺母副傳動(dòng)效率為 = 由機(jī)械原理得一般為812取=10即：摩擦角=10，螺旋升角（中徑處）r=3O25則= =0.953 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程變化量L1= 其中 LO=12=1.2E=20.6106N/2滾珠絲杠橫截面積F=()=（）23.14=18.09(2)（d為滾珠絲杠外徑） 則L1=7.1210-67.12um查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1800螺絲長(zhǎng)度）為15um/m ，因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。穩(wěn)定性驗(yàn)算由于原機(jī)床杠徑為30，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為50，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問(wèn)題，無(wú)需驗(yàn)算。（3）齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算1）有關(guān)齒輪的計(jì)算傳動(dòng)比i=其中表示步驅(qū)角，表示脈沖當(dāng)量i=1.25取齒數(shù)Z1=32, Z2=40模數(shù)m=2mm 嚙合角為200 齒輪齒寬b=20d1=mz1=232=64mm d2=mz2=240=80mmda1 =2(32+2)=68mm da2=2(40+2)=84mma=722）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的選擇工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1=()2W=()280= 1.859kg.2=18.69N.cm2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=7.810-4D4L=7.8-454180=87.75kg.2=877.5N.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ1=7.810-4(6.4)42=2.617kg.2=26.17N.cm2JZ2=7.810-4842=6.39kg.2=63.9N.cm2由于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，一般可忽略不記所以總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J總=(Js+ JZ2)+ JZ1+ J1 =(87.75+6.39)+2.617+1.869=64.7356kg.2=647.356N.23）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=Mamax+Mf+MO 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+MO 式中Mamax 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mf 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩。 MO 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 Mat 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。Mt 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。Ma=10-4（N.m）其中T=0.025 當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Manmax=76.0(r/min)Mamax=10-4=2.05N.m=20.5kgf.cmnt=12.44r/minMat=10-4=0.3355N.cm=3.355kgf.cmMf=當(dāng)=0.8，f=0.16時(shí)，Mf=2.446kgf.cm=24.46N.cmMO=(1-o2)當(dāng)=0.9時(shí)，預(yù)加荷PO=FxMO=1.715kgf.cm=17.15N.cmMt=9.024kgf.cm=90.24N.cm所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M快空=Mamax+Mf+MO=20.5+2.446+1.715=24.661kgf.cm=246.61N.cm切削時(shí)所需力矩M切= Mat+Mf+MO+Mt=3.355+2.446+9.024+1.715=16.54kgf.cm=165.4N.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M快速=Mf+MO=2.446+1.715=4.161kgf.cm=41.61N.cm由以上計(jì)算可得所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí)Mamax=M快空=246.61N.cm3.2.3橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核（1）切削力的計(jì)算橫向進(jìn)給量約為縱向的,取橫向切削力約為縱向切削力的Fz=F縱z=2833.56=1416.78N在切斷工件時(shí) Fy=0.6 F縱z=0.61416.78=850.068N（2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌 P=KFy+f（Fz+W） 其中K=1.4 , f=0.2P=1.4850.068+0.2(1416.78+300)=1533.45Nn= =12r/min壽命值Li=10.8最大動(dòng)負(fù)載Q=Pfwfh其中 fw=1.2 fh=1Q=1.211533.45=4067.48N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號(hào),其公稱(chēng)直徑為40,型號(hào)為FFB4010-2-E，額定動(dòng)負(fù)載荷為21100W，所以強(qiáng)度夠用。效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理得，絲杠螺母副傳動(dòng)效率為 = 由機(jī)械原理得一般為812取=10即：摩擦角=10，螺旋升角（中徑處）r=3O38則= =0.956剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載，P引起的導(dǎo)程變化量L1=F=（）2 =（）23.14=12.25 （其中d為滾珠絲杠的外徑） L1 = =6.0810-6=6.08um因?yàn)闈L珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小可忽略不計(jì)，即L=L1，即導(dǎo)程變化總誤差為=L=6.0810. -6=6.08um/m查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺矩誤差為15um/n ，所以剛度足夠。穩(wěn)定性驗(yàn)算由于原機(jī)床杠徑為30，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為40，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問(wèn)題，無(wú)需驗(yàn)算。（3）齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算1）有關(guān)齒輪的計(jì)算傳動(dòng)比i=其中表示步驅(qū)角，表示脈沖當(dāng)量i=2.1取齒數(shù)Z1=30, Z2=63模數(shù)m=2mm 嚙合角為200 齒輪齒寬b=20d1=mz1=230=60mm d2=mz2=263=126mmda1 =2(30+2)=64mm da2=2(65+2)=130mma=932）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的選擇工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1=()2W=()230= 0.1753kg.2=1.753N.cm2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=7.810-4D4L=7.8-44464=12.78kg.2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ1=7.810-4642=2.02kg.2JZ2=7.810-4（12.6）42=39.32kg.2由于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，一般可忽略不記，所以總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J總=(Js+ JZ2)+ JZ1+ J1 =(12.78+39.32)+2.02+0.1753=14.01kg.23）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=Mamax+Mf+MO 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+MO 式中Mamax 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mf 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩。 MO 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 Mat 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。Mt 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。Ma=10-4（N.m）其中T=0.025 當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Manmax=77.7(r/min)Mamax=10-4=0.4536N.m=4.536kgf.cmnt=25.08r/minMat=10-4=0.1464N.m=1.464kgf.cmMf=當(dāng)=0.8，f=0.2時(shí)，Mf=0.5687kgf.cm=0.05687N.mMO=(1-o2)當(dāng)=0.9時(shí)，預(yù)加荷PO=FyMO=0.17kgf.cm=0.017N. mMt=2.686kgf.cm=0.269N.m所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M快空=Mamax+Mf+MO=0.4536+0.05687+0.017=0.52747N.m=5.2747kgf.cm切削時(shí)所需力矩M切= Mat+Mf+MO+Mt=0.1464+0.05687+0.017+0.269=0.48927N.m=4.8927kgf.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M快速=Mf+MO=0.05687+0.017=0.07387N.m=0.7387kgf.cm由以上計(jì)算可得，所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí) Mamax=M快空=0.52747N.m4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則合理選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：4.1.1步距角 步距角應(yīng)滿(mǎn)足 式中 i傳動(dòng)比 min系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角4.1.2精度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足： mi s 式中， m -步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 s-系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。 4.1.3轉(zhuǎn)矩為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿(mǎn)足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件啟動(dòng)力矩，一般啟動(dòng)力矩選取為 Mq式中 Mq電機(jī)啟動(dòng)力矩ML0電機(jī)靜負(fù)載力矩在要求在運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。4.1.4啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此，相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿(mǎn)足： ftfopm 式中 ft-極限啟動(dòng)頻率， fopm-要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇4.2.1 C6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定Mq=616.525 N.cm為滿(mǎn)足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：Mjm=711.92N.cm=7.12 N. m步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率：fmax=608.3HZ綜合考慮，查表選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能滿(mǎn)足使用要求。4.2.2 C6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定Mq=1.3187 N.m為滿(mǎn)足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：Mjm=1.5227N. m步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率：fmax=616.7HZ綜合考慮，查表選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能滿(mǎn)足使用要求。5電動(dòng)刀架的選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床數(shù)控化改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。電動(dòng)刀架的安裝較方便，只要將原車(chē)床上的刀架拆下將電動(dòng)刀架裝即可，但要注意兩點(diǎn)：1) 電動(dòng)刀臺(tái)的兩側(cè)面應(yīng)與車(chē)床的橫向進(jìn)給方向平行。2) 電動(dòng)刀臺(tái)與系統(tǒng)的連線(xiàn)建議如下安裝：沿橫向工作臺(tái)右側(cè)面先走線(xiàn)到車(chē)床后面，再沿車(chē)床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線(xiàn)，走線(xiàn)到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線(xiàn)雜亂無(wú)章，而使得加工時(shí)切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架系統(tǒng)。綜合各方面因素，選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型系列四工位自動(dòng)刀架。機(jī)床型號(hào)C6140刀位數(shù)4電機(jī)功率（W）7500電機(jī)轉(zhuǎn)速1400r/min夾緊力1切體尺寸152152下刀體尺161171LD4-I型刀架技術(shù)指標(biāo)配車(chē)床型號(hào) C6140重復(fù)定位精度0.005mm工作可靠性30000次換刀時(shí)間902.9（秒）1803.4（秒）2703.9（秒）6控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6.1控制系統(tǒng)的功能要求1) 接收操作面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信號(hào)2) 接收車(chē)床限位開(kāi)關(guān)信號(hào)3) 接收螺紋編碼器信號(hào)、電動(dòng)卡盤(pán)加緊信號(hào)、電動(dòng)刀架刀位信號(hào)4) 控制X（90BF002）、Z（90BF002）向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器5) 控制主軸的正反轉(zhuǎn)與停止信號(hào)6) 控制切削液泵起動(dòng)和停止7) 控制電動(dòng)卡盤(pán)的加緊與松開(kāi)8) 與PC的串行通信（可選）6.2硬件電路的組成：后面所畫(huà)大圖采用系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下：（1）光電編碼器（2）三菱編程器FX2N64MR001（主機(jī)32入/32出繼電器輸出）（3）X軸、Y軸與刀架臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器CH250（4）X軸、Y軸與刀架臺(tái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)90BF002（5）CE2109串口光電隔離器（6）主軸電機(jī)（7）液壓泵電機(jī)（8）數(shù)控面板（9）LED顯示器6.3電路原理圖 7總結(jié)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等方面的知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。本次設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)三年的知識(shí)有了總體的綜合運(yùn)用，提高了我們綜合能力和靈活運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論的能力，各科之間的聯(lián)系有了清晰的認(rèn)識(shí)。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來(lái)，做到了學(xué)以致用，還學(xué)會(huì)了查資料，除此之外，我還懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性，知道了集體的力量！當(dāng)然，在此過(guò)程中也有許多不足之處，例如：知識(shí)的不全面，所學(xué)的還沒(méi)有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我們知道自己還有很多的不足，只有通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、改進(jìn)，更好的提高自己的綜合能力才能在社會(huì)上立足。同時(shí)我也堅(jiān)信只要努力、堅(jiān)持，我們就能走好人生的每一步。8參考文獻(xiàn)1、數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 范超毅、趙天嬋、吳斌方主編 華中科技大學(xué)出版社 2007年5月2、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本（機(jī)械傳動(dòng)） 成大先主編化工工業(yè)出版社 2004年1月3、機(jī)械原理（第七版） 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室主編高等教育出版社 2006年5月4、機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版） 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室主編高等教育出版社 2006年5月5、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 趙松年、張奇鵬主編機(jī)械工業(yè)出版社 1996年6、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)主編機(jī)械工業(yè)出版社 1979年7、機(jī)床電氣自動(dòng)控制 陳遠(yuǎn)齡主編重唐大學(xué)出版社 2007年7月8、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 劉武發(fā)、劉德平主編化工工業(yè)出版社 2007年5月9、計(jì)算機(jī)工程制圖 陳錦昌、劉就女、劉林編著華南理工大學(xué)出版社 2001年8月10、機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 李益民哈爾濱工業(yè)大學(xué) 1994年20