c616數(shù)控改造課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒論- 1 -</b></p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容5</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)III任務(wù)書5</p><p>　　1.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)改. .............................

2、....................................................................................5 </p><p>　　1.3 進(jìn)給系統(tǒng)的改裝6</p><p>　　第二章 C616普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1選題及主要任務(wù)6</p>&l

3、t;p>　　2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)6</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)方案的確定7</p><p>　　第三 章 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型8</p><p>　　3.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算8</p><p>　　3.2.1 脈沖當(dāng)量的確定8

4、</p><p>　　3.2.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算9</p><p>　　3.3齒輪及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計(jì)算12</p><p>　　3.3.1有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比12</p><p>　　3.3.3所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算13</p><p>　　第四 章 步進(jìn)電機(jī)的選擇15</p><p>　　4.1

5、 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則15</p><p><b>　　4.2精度15</b></p><p><b>　　4.3轉(zhuǎn)矩15</b></p><p>　　4.4啟動(dòng)頻率16</p><p>　　4.5步進(jìn)電機(jī)的選擇16</p><p>　　第五章 機(jī)床導(dǎo)軌改造

6、17</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　6.1 實(shí)現(xiàn)功能及要求18</p><p>　　6.2設(shè)計(jì)說明18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　緒論</b></p><

7、;p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機(jī)床進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn)，特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行改造后，將提

8、高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時(shí)又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。</p><p>　　利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。</p><p>　　進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床

9、可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,增加了功能,提高了性能,簡化了結(jié)構(gòu).較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加

10、工問題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；（2）目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)；（3）在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；（4）通用數(shù)控機(jī)床對某一類具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余功能。</p><p>　　要較好

11、的解決上述問題，應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。</p><p>　　機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對工人的操作水平的要

12、求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。</p><p>　　目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來的產(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(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。</p><p>

13、;　　普通車床等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。</p><p>　　對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改

14、造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。</p><p><b>　　第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b><

15、/p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)III任務(wù)書</p><p>　　班級： 姓名： 學(xué)號： </p><p>　　題目：C616普通車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造（單片機(jī)控制）</p><p><b>　　要求</b></p><p>　　1、對C616普通車床進(jìn)給工作臺進(jìn)行數(shù)控改造；&

16、lt;/p><p>　　2、對縱向控制系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制；</p><p>　　3、脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；</p><p>　　4、主控單元采用MCS-51系列單片機(jī)，要求有數(shù)字顯示功能；</p><p>　　時(shí)間： 2011 年 11 月 21 日至 2011 年 12 月 30 日共 6 周</p><p&g

17、t;<b>　　具體任務(wù)：</b></p><p><b>　　1、總體方案確定；</b></p><p>　　2、機(jī)械部分設(shè)計(jì)及計(jì)算，要求數(shù)據(jù)具有科學(xué)性；</p><p>　　3、繪制裝配圖及其零件圖若干張；</p><p>　　4、控制部分包括硬件和軟件（流程）設(shè)計(jì)；</p>&l

18、t;p>　　5、編寫設(shè)計(jì)說明書（不少于1萬字）。</p><p>　　1.2　主傳動(dòng)系統(tǒng)改裝　　</p><p>　　為提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在加工過程中自動(dòng)變速，對原C616主傳動(dòng)系統(tǒng)作如下改裝：　 取消原變速箱，將主電機(jī)換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；保留原主軸箱內(nèi)的背輪機(jī)構(gòu)?！　⊥ㄟ^微機(jī)控制多速電機(jī)變速和手動(dòng)控制背輪機(jī)構(gòu)變速，使主軸獲得高、低兩檔共8級轉(zhuǎn)速，其中每檔有四級轉(zhuǎn)速可以在機(jī)床

19、加工過程中自動(dòng)變換。 </p><p>　　1.3 進(jìn)給系統(tǒng)的改裝 </p><p>　　改裝后為保證較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率，采用結(jié)構(gòu)簡單、步距均勻、連續(xù)性好且易于數(shù)控的步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。滾珠絲杠選用單圓弧滾道截面，外循環(huán)方式、精度選F級。</p><p>　　為了在齒輪傳動(dòng)中消除間隙，實(shí)現(xiàn)微量自動(dòng)補(bǔ)償以提高傳動(dòng)精度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙

20、、可調(diào)拉簧式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.4　C616的數(shù)控系統(tǒng) 　　采用南京微分電機(jī)廠生產(chǎn)的JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由TP8031單板機(jī)、驅(qū)動(dòng)電源裝置及110BF003型、110BC380B型功率步進(jìn)電機(jī)等組成開環(huán)控制系統(tǒng)。主要技術(shù)特性: 　　可控制車削端面、內(nèi)外圓、任意錐面、螺紋、球面以及用球面逼近的任意曲面;有直線、圓弧插補(bǔ)功能，程序中可給出一定延時(shí)；有自動(dòng)循環(huán)，間隙補(bǔ)償

21、、程序暫停、點(diǎn)動(dòng)、報(bào)警功能，還具有對自動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位及主軸正、反轉(zhuǎn)、變速、停止等裝置的控制功能。</p><p>　　第二章 C616普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1選題及主要任務(wù)</p><p>　　a對C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造，</p><p>　　b對縱向控制系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制；</p><p

22、>　　c脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；</p><p>　　d主控單元采用MCS-51系列單片機(jī)，要求有數(shù)字顯示功能；</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　機(jī)床外形尺寸 2340X900X1190毫米</p><p>　　工件最大回轉(zhuǎn)直徑 在床面上320毫米</p&

23、gt;<p><b>　　在床鞍上175毫米</b></p><p>　　工件最大加工長度 700毫米</p><p>　　主軸孔徑 30毫米</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體

24、方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本。</p><p>　　C616車床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速，刀架能實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工螺紋時(shí)應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)1個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С獭＿@些工作就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。</p><p>

25、　　根據(jù)C616車床有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為</p><p>　　采用單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　對現(xiàn)有的普通車床進(jìn)行數(shù)控改造，包括以下兩個(gè)方面：</p><p>　?、?機(jī)械部分改造： 主傳動(dòng)系統(tǒng)不作變動(dòng)，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母

26、副替換進(jìn)給軸原有的普通絲桿副。</p><p>　?、?電氣控制系統(tǒng)改造： 伺服控制采用開環(huán)控制，在機(jī)械部分改造完成后，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中的最大尺寸，最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，決定采用MSC—51系列的80318位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)CPU，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，8031具有功能多，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。其系統(tǒng)框圖如圖。</p><p>　　第三 章

27、 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型</p><p>　　3.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。對車床改造來說，外觀不必象產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求那么高，而從改造方便、實(shí)用方面來考慮，一般把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端。</p><p>　　3.

28、2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　按照導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量進(jìn)行估算。包括工作平臺，電機(jī)，減速箱，滾珠絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量 W=80kg f=800N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)</p><p>　　3.2.1 脈沖當(dāng)量的確定</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，Z方向?yàn)棣膒=0.01mm/脈沖</p><p

29、>　　3.2.2切削力的計(jì)算 </p><p>　　由〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊〉〉可知，切削功率</p><p><b>　　Nc=NηK</b></p><p>　　式中 N——電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N=4KW； </p><p>　　η——主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7取η=0.65； <

30、/p><p>　　K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。</p><p>　　則： </p><p>　　Nc=4×0.65×0.96=2.496KW</p><p><b>　　又因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　NC=<

31、/b></p><p><b>　　FZ=</b></p><p>　　所以 </p><p>　　式中 v——切削線速度，取v=100m/min。</p><p><b>　　主切削力</b></p><p>　　FZ =1527.6 N<

32、/p><p>　　由〈〈金屬切削原理〉〉可知，主切削力</p><p>　　FZ=CFz apx Fz fYFz KFz</p><p>　　查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa</p><p>　　XFz=1 YFz=0.75 KFz=1</p><p&g

33、t;　　則可計(jì)算FZ 如表3.1所示</p><p>　　表3.1 FZ計(jì)算結(jié)果</p><p>　　當(dāng)FZ=1520N 時(shí)，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計(jì)算的依據(jù)。</p><p>　　從〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊〉〉中可知，在一般外圓車削時(shí)：</p><p>　　FX =（0.1～0.6）FZ FZ=(

34、0.15～0.7) FZ</p><p><b>　　?。?</b></p><p>　　FX=0.5 FZ=0.5×1527.6=763.8N</p><p>　　FY=0.6 FZ=0.6×1527.6=916.5N</p><p>　　3.2.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算</p>&

35、lt;p>　　a工作載荷Fm的計(jì)算</p><p>　　已知移動(dòng)部件的總重G=800N FZ =1527.6 N FZ=0.5×1527.6=763.8N</p><p>　　FY=0.6 FZ=0.6×1527.6=916.5N.</p><p>　　選用矩形—三角形組合滑動(dòng)導(dǎo)軌，查表3—29，取K=1.15,u=0.16,代入： &

36、lt;/p><p>　　Fm=KFX+u(FZ+G)</p><p>　　式中 K=1.15，f′=0.15～0.18，取為0.16。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Fm=1.15×763.8+0.16×(1527.6+800)=1250.8N</p><

37、;p><b>　　b強(qiáng)度計(jì)算：</b></p><p>　　設(shè)本車床Z向在承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度v=0.8m/min，初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm.</p><p>　　壽命值 L1=</p><p><b>　　n1==</b></p><p>　　取工件直徑

38、 D=40 mm,查表得T I=15000h</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　n1==199.04r/min</p><p><b>　　L1==18</b></p><p>　　最大動(dòng)負(fù)載 FQ=</p><p>　　查表得：

39、 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1</p><p><b>　　則</b></p><p>　　FQ=×1.2×1×1250.8=3993.36N</p><p><b>　　c初選型號</b></p><p>　　根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載FQ的值

40、，可選擇滾珠絲杠的型號。，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為φ32mm,型號為FC1B32×6—5—E2，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　d傳動(dòng)效率計(jì)算：根據(jù)〈〈機(jī)械原理〉〉的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率η為：將公稱直徑d=32mm，基本導(dǎo)程Ph=6mm，代入γ=arctan[Ph/(3.14d)]得絲杠螺旋升角γ=3°25′代入

41、摩擦角ψ=10′至</p><p><b>　　η=</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　η=</b></p><p>　　剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受到工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量

42、 </p><p><b>　　△L1=±</b></p><p>　　式中 L0=6mm=0.6cm；</p><p>　　E=20.6×166N/ cm2。</p><p><b>　　e 剛度驗(yàn)算</b></p>&l

43、t;p>　　縱向滾珠絲杠副的支承，采取一端固定，一端簡支的方式，固定端采用異地推力角接觸球軸承面對面組配，絲杠加上兩端接桿后，左右支撐中心距離約a=1479mm，鋼的彈性模量E=2.1X10^5Mpa 查表得滾珠直徑Dw=3.9688mm,計(jì)算絲杠底徑為28.0312mm F=()2π=（）2×3.14</p><p><b>　　則</b&

44、gt;</p><p>　　△L1=±=±5.9×10-6㎝</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。所以：</p><p><b>　　導(dǎo)程變形總誤差△為</b></p><p>　　==×5.9×10-6=9.8μm/m

45、</p><p>　　查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15μm/m，故剛度足夠。</p><p>　　穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于機(jī)床原絲杠直徑為φ30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為φ32 mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題。</p><p>　　3.3齒輪及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計(jì)算</p><p>　　3.3.1有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比</p&g

46、t;<p><b>　　i===1.25</b></p><p>　　故取 Z1=32mm Z2=40</p><p>　　m=2mm b=20mm α=20°</p><p>　　d1=m Z1=2×32=64mm</p><p>　　d2=

47、m Z2=2×40=80mm</p><p>　　dα1 =d1 +2ha*=68mm</p><p>　　dα2=d2+2ha*=84mm</p><p><b>　　α===72㎜</b></p><p>　　3.3.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)

48、慣量：</p><p>　　J1=()2W=()2×80=0.468㎏·㎝2</p><p><b>　　=4.68N·㎝2</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>　　JS=7.8×10-4×D4L1=7.8&

49、#215;10-4×3.24×140.3</p><p>　　=11.475㎏·㎝2=114.75N·㎝2</p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>　　JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝2=26.17 N·

50、;㎝2</p><p>　　JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝2=63.9 N·㎝2</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。</p><p>　　因此,總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1</p><p>　

51、　=(11.475+6.39)+2.617+0.468</p><p>　　=14.519㎏·㎝2=145.19N·㎝2</p><p>　　3.3.3所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩</p><p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　最大切削負(fù)載時(shí)所需

52、力矩</p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p><p><b>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</b></p><p><b>　　M= Mf＋M0</b></p><p>　　式中 Mamax ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　

53、　Mf ——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；</p><p>　　M0 ——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；</p><p>　　Mat ——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　　Mt ——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。</p><p>　　Ma=×10-4N&

54、#183;m</p><p>　　當(dāng)n=nmax時(shí) Mamax =Ma</p><p>　　nmax===416.7r/min</p><p>　　Mamax=×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝</p><p>　　當(dāng)n=nt時(shí) Ma=Mat</p><p>　　nt==

55、==24.88r/min</p><p>　　Mat=×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝</p><p><b>　　Mf ==</b></p><p>　　當(dāng)η0=0.8 f′=0.16時(shí)</p><p>　　Mf ==1.223㎏f·㎝</p&g

56、t;<p>　　M0 =(1-η02)</p><p>　　當(dāng)η0=0.9時(shí)預(yù)加載荷P0=Fx則：</p><p>　　M0===0.462㎏f·㎝=4.62N·㎝</p><p>　　Mt===7.297㎏f·㎝=72.97 N·㎝</p><p>　　所以, 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩：

57、</p><p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　=25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f·㎝</p><p>　　=274.05N·㎝</p><p><b>　　切削時(shí)所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt&l

58、t;/p><p>　　=1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f·㎝</p><p>　　=105.18 N·㎝</p><p>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：</p><p>　　M= Mf＋M0=1.223＋0.462=1.685㎏f·㎝</p><p>　　=16.85

59、 N·㎝</p><p>　　由以上分析計(jì)算可知：</p><p>　　所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，</p><p>　　Mmax=27.405㎏f·㎝=274.05 N·㎝</p><p>　　第四 章 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則<

60、;/p><p>　　合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過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：步距角α　步距角應(yīng)滿足：</p><p><b>　　α≤</b></p><p>　　式中 i——傳動(dòng)比</p><p>　　αmin——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)

61、部件的最小轉(zhuǎn)角。</p><p><b>　　4.2精度</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值。用積累誤差衡量精度比較實(shí)用。所以選用不進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足</p><p><b>　　△Q≤i[△θs]</b><

62、;/p><p>　　式中 △Q——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差；</p><p>　　[△θs]——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件允許的角度誤差。</p><p><b>　　4.3轉(zhuǎn)矩 </b></p><p>　　為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步），正常啟動(dòng)并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：</p><p>

63、<b>　?。?）啟動(dòng)力矩 </b></p><p>　　一般啟動(dòng)力矩選取為：</p><p><b>　　Mq≥</b></p><p>　　式中 Mq——電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩；</p><p>　　ML0——電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)

64、，啟動(dòng)力矩選取如表4.1所示。Mjm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。</p><p>　　表4.1 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表</p><p><b>　　4.4啟動(dòng)頻率</b></p><p>　　在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。&

65、lt;/p><p>　　由于步進(jìn)電機(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)滿足：</p><p><b>　　ft≥[fcp]m</b></p><p>　　式中 ft——極限啟動(dòng)頻率；</p><p>　　[fcp]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。</p>

66、<p>　　4.5步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　C616縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定</p><p>　　Mq = 685.125 N·㎝</p><p>　　為滿足最小步矩要求，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)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：</p><p>　　Mjm=791.14

67、N·㎝</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p><p><b>　　fmax=Hz</b></p><p>　　綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。</p><p>　　第五章 機(jī)床導(dǎo)軌改造</p><p>　　臥式車床上的運(yùn)動(dòng)部件，如刀架、工作

68、臺都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動(dòng)的。導(dǎo)軌就</p><p>　　能起到支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，直接影響機(jī)床的加工承載能力和使用性能。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，因而運(yùn)動(dòng)靈活輕便，低速運(yùn)行時(shí)不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價(jià)格貴。經(jīng)濟(jì)

69、型數(shù)控一般不使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，將太大增加機(jī)床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動(dòng)導(dǎo)軌。</p><p>　　滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。普通機(jī)床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動(dòng)導(dǎo)軌的上述缺點(diǎn)，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)

70、行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。</p><p>　　貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動(dòng)靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強(qiáng)、加工性和化學(xué)性能穩(wěn)定，且 有良好的自潤滑性和抗振性，加工簡單，成本低。</p><p>　　目前應(yīng)用較多的聚四氟乙稀（PTEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的Twrcite—B和我國生產(chǎn)的TSF軟帶材料，次、此種軟帶厚度為0.8㎜、1.6㎜、3.2㎜等幾種規(guī)格。

71、考慮承載變形，宜厚度小的規(guī)格，如果考慮到加工余量，選用厚度為1.6㎜為宜。</p><p>　　貼塑軟帶粘貼工藝非常簡單，可直接粘結(jié)在原有的滑動(dòng)導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對金屬導(dǎo)軌面進(jìn)行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長度放大3～4㎜，切下貼塑軟帶。金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)，加壓固化，待其完全固化后進(jìn)行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要

72、可進(jìn)行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 實(shí)現(xiàn)功能及要求</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件電路是主要考慮一下功能</p><p>　?。?）CPU采用8031芯片；</p><p>　?。?）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)

73、器2764兩片，6264一片；</p><p>　?。?）擴(kuò)展可編程接口芯片8155兩片；</p><p>　　（4）地址鎖存器，譯碼器個(gè)一個(gè)；</p><p>　?。?）鍵盤電路，顯示電路；</p><p>　　（6）光電隔離電路，功率放大功率；</p><p>　?。?）越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路；</

74、p><p>　?。?）面板管理電路。</p><p><b>　　6.2設(shè)計(jì)說明</b></p><p>　?。?）CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128字節(jié)，因此，擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器2764兩片（16KB），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264（8KB）一片。8031的I/O口也不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了兩片8155可編

75、程接口芯片。</p><p>　　（2）采用74LS138三--—八譯碼器的輸出作為片選信號。2764（1）、2764（2）、6264、8155（1）和8155（2）的片選信號分別接到譯碼器的Y0~Y4,74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2.5、P2.6、P2.7。</p><p>　?。?）由于2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址線，A0~A7低8位接74LS3

76、73芯片的輸出。A8~A12接8031芯片的P2.0~P2.A，74LS373地址鎖存器在選通信號ALE在高電平時(shí)直接傳送8031P0口低8位地址，當(dāng)ALE在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低8位地址鎖存器，此時(shí)，P0口可用來向片外傳送讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　（4）接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接及設(shè)計(jì)說明如下：</p><p>　　8155（2）PA.0~PA.3輸出的指令脈沖通過光電隔離電路和功

77、率放大電路直接驅(qū)動(dòng)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的共4相繞組。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配器方式，雖然運(yùn)行速度慢一些，但可以省去兩個(gè)硬件環(huán)形分配器，電路比較簡單，由于步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組需和一個(gè)I/O接口相連，以便與控制寄存器中某一指定相位對應(yīng)，因此，占用的I/O口數(shù)量較多。</p><p>　　8155（2）的PC.0~PC.5作為顯示器位選信號，顯示器的段選信號則由8031的P1.0~P1.7發(fā)出，8155的PB.0~PB

78、.3是鍵盤掃描輸入。</p><p>　　行程限位報(bào)警信號+Z,-Z,分別通過8155（2）的PB.4,PB.5,提出中斷請求，根據(jù)不同的中斷口可以直接識別行程的方向，此時(shí)相應(yīng)的紅燈報(bào)警。</p><p>　　8155（1）PA.0~PA.5接控制面板上的控制開關(guān)，設(shè)有編輯空運(yùn)行、自動(dòng)、手工回零等選著方式。</p><p>　　8155（1）PB.0~PB.4接控制

79、面板上的按鈕開關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)、暫停、單段運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、急停等操作功能。</p><p>　　加工螺紋時(shí)，與車床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)出螺紋加工信號和零位螺紋信號，螺紋加工信號送入8031的T0，通過設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時(shí)的縱向進(jìn)給量，從而加工出不同螺距的螺紋，零位螺紋信號送入8155（1）的PB6,用來防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。</p><p>　?。?）系統(tǒng)各芯片采用

80、全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及I/O接口芯片地址編碼見表（5）</p><p>　?。?）操作面板設(shè)計(jì)方案之一見表（5）：</p><p>　　單片機(jī)部分初始化程序</p><p>　　8255芯片初始化子程序：</p><p>　　B255： MOV DPTR，#3FFH ；指向8255的控制口地址</p>&l

81、t;p>　　MOV A，#10001001B ；PA口輸出，PB口輸出，PC口輸入，均為方</p><p><b>　　式0</b></p><p>　　MOVX @DPTR，A ；控制字被寫入</p><p>　　MOV DPTR，#3FFCH ；指向PA口</p>

82、<p>　　MOV A，#OFFH ；預(yù)置PA口全“1”</p><p>　　MOVX @DPTR，A ；輸出全“1”到PA口</p><p>　　MOV DPTR，#3FFDH ；指向PB口</p><p>　　MOV A，#OFFH ；預(yù)置PB口全“

83、1”</p><p>　　MOVX @DPTR，A ；輸出全“1”到PB口</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的知識有了一個(gè)系統(tǒng)而又全新的的認(rèn)識。課程設(shè)計(jì)是我們

84、學(xué)習(xí)中一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知識情況進(jìn)行了全面而又直觀的檢測。為了能夠較好的完成這次課程設(shè)計(jì)，我投入了萬分的精力做了充分的準(zhǔn)備工作。</p><p>　　首先，我先針對課題來考慮，在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)和幫助下，對所需的資料進(jìn)行搜集和整理，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，再對資料做一個(gè)簡單的歸類。</p><p>　　其次，

85、依據(jù)指導(dǎo)老師給出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，先制定設(shè)計(jì)的總體方案，按照指導(dǎo)老師要求的設(shè)計(jì)進(jìn)度，一步步的完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　在做設(shè)計(jì)的過程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識，同時(shí)將所學(xué)到的知識充分的運(yùn)用起來，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！</p><p>　　當(dāng)然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識的不全面，

86、所學(xué)的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。</p><p>　　同時(shí)，做設(shè)計(jì)也是磨練決心與毅力的過程，面對復(fù)雜冗長的數(shù)據(jù)，打印長篇的論文，我也想過放棄，但想到它的意義我就又堅(jiān)持了下來。做完了后，有一種豁然開朗的感覺，內(nèi)心激動(dòng)無比，經(jīng)過了這次設(shè)計(jì)以后，我有信心，我也堅(jiān)信只要努力、堅(jiān)持，我們就能走好人生的每一步。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)雖已結(jié)束，但想想我在其中所

87、學(xué)到的知識，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無論是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)過程，容不得半點(diǎn)含糊。設(shè)計(jì)人員應(yīng)先明白設(shè)計(jì)的目的，了解產(chǎn)品的價(jià)值和實(shí)用性，其次要對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫產(chǎn)品的設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行繪圖。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我獨(dú)立設(shè)計(jì)思考和分析解決問題的能力，拓寬了我的知識面，是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)！</p>&l

88、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 尹志強(qiáng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書；合肥工業(yè)大學(xué)</p><p>　　【2】 張建民,機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京：高等教育出版社</p><p>　　【3】 王愛玲,現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng),北京：國防大學(xué)出版社</p><p>　　【4】 霍孟友，單片機(jī)原