數(shù)控機(jī)床改造畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　數(shù)控化加工是機(jī)械行業(yè)朝高質(zhì)量，高精度、高成品率、高效發(fā)展的趨勢。而結(jié)合我國處于并將長期處于社會主義初級階段的這一基本國情，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是我國得以實(shí)現(xiàn)數(shù)控化加工的一個重要的途徑。而普通機(jī)床的數(shù)控化改造又是其中最符合我國現(xiàn)階段的機(jī)械行業(yè)實(shí)線數(shù)控化加工的最為有效，最經(jīng)濟(jì)的方法。</p><p>　　

2、1.1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代化制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動檢測、自動控制技術(shù)等高新技術(shù)于一體，具有精度高、效率高、柔性自動化等特點(diǎn)，對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床借助現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、工序集

3、約化和新的功能部件使機(jī)床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。</p><p>　?。ㄒ唬┦歉咚偌庸ぜ夹g(shù)發(fā)展迅速</p><p>　　高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。它用新的機(jī)床運(yùn)動學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用高性能功能部件，移動部件輕量化，減少運(yùn)動慣量。在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下，</p><p>　　從單一的刀具

4、切削高速加工，發(fā)展到機(jī)床加工全面高速化，如數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速從每分鐘幾千轉(zhuǎn)發(fā)展到幾萬轉(zhuǎn)、幾十萬轉(zhuǎn)；快速移動部件從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過百米；換刀時間從十幾秒下降到10秒、3秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到幾十倍。應(yīng)用高速加工技術(shù)達(dá)到縮短切削時間和輔助時間，從而實(shí)現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。</p><p>　?。ǘ┦蔷芗庸ぜ夹g(shù)有所突破</p><p>　　通過機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和

5、裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和私服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機(jī)床加工的幾何精度、運(yùn)動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高一倍，從1950年至2000年50年內(nèi)提升100倍。目前，精密數(shù)控機(jī)床的重復(fù)定位精度可以達(dá)到1µm，進(jìn)入亞微米超精加工時代。</p><p>　?。ㄈ┦羌夹g(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢明顯</p><p>　　

6、技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機(jī)床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢之一，如工序符合型—車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，跨加工類別技術(shù)復(fù)合—金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等，目前已由機(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類機(jī)床—復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。</p><p>　

7、　（四）是數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入了智能化的新階段</p><p>　　數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)了三個階段：數(shù)字化控制技術(shù)對機(jī)床單機(jī)控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過程自動控制；生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對數(shù)控機(jī)床加工過程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。加工過程智能監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)工件裝卡定位自動找正，刀具直徑和長度誤差測量，加工

8、過程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動進(jìn)行補(bǔ)償、調(diào)整、自動更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對機(jī)床的機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自診斷、報(bào)警、故障顯示等，直至停機(jī)處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專家智能系統(tǒng)開始應(yīng)用。數(shù)控技術(shù)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。人工智能自動編程系統(tǒng)能按機(jī)床加工要求對零件進(jìn)行自動加工。在線服務(wù)可以根據(jù)用戶要求隨時接通INTERNET接受遠(yuǎn)程服務(wù)。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠

9、，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。</p><p>　　（五）是極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域</p><p>　　極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點(diǎn)研究微納機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機(jī)床研制。</p><p>　　1.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控

10、機(jī)床</p><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數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機(jī)床。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床以驅(qū)動和定位方式分為三類：</p><p><b>　?。ㄒ唬┎竭M(jìn)電機(jī)式</b></p><p>　　采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和定位，是開環(huán)系統(tǒng)，同時限于造價(jià)，不再采用其他措施補(bǔ)償位

11、置誤差。由于目前功率步進(jìn)電機(jī)的力矩還不太大，所以機(jī)床的空形成速度較低，一般用于半精加工。</p><p><b>　?。ǘ┙涣鼽c(diǎn)位式</b></p><p>　　采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動，用光柵數(shù)字點(diǎn)定位控制。與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度，光柵的分辨率可達(dá)0.001mm，重復(fù)定位精度為0.005mm，加工精度較高。由于采用交流電機(jī)驅(qū)動，功率大，可進(jìn)行大切削用量加工。交

12、流點(diǎn)位式系統(tǒng)只能加工柱面，功能上有限，且成本較高。</p><p>　?。ㄈ┌腴]環(huán)連續(xù)控制式</p><p>　　采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動，以脈沖編碼器檢測位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制，由于采用了高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動，扭矩大，速度高，過載能力強(qiáng)，可以進(jìn)行強(qiáng)力切削。該系統(tǒng)切削功能齊全，帶有可編程控制器，使強(qiáng)電設(shè)計(jì)大大簡化，但造價(jià)太高。</p><p>　　1.3 數(shù)控機(jī)床

13、改造的必要性</p><p>　　數(shù)控機(jī)床可以較好的解決復(fù)雜、精密、小批量多變零件加工的問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也受到了其它條件的限制；數(shù)控機(jī)床的價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，但對中小企業(yè)常常是心有余而力不足；目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本是不可能的，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會造成浪費(fèi)。較好的解決上述問題，應(yīng)走普通機(jī)床數(shù)控改造之路。在國外已發(fā)展成為一個新型的工業(yè)

14、部門。我國是擁有300多萬臺機(jī)床的國家，而這些機(jī)床又大多是多年積累的通用機(jī)床，自動化程度低，想要在近幾年內(nèi)用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有的機(jī)床，不論資金不足，還是我國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，普通機(jī)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)改造的主要方向之一。</p><p>　　1.4 數(shù)控機(jī)床的改造的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　?。ㄒ唬p少投資

15、額、交貨期短</p><p>　　同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%～80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床數(shù)控的改造，只需花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。</p><p>　　（二）機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限</p><p>　　所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高，質(zhì)量好，可以

16、作為新設(shè)備使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p><p>　?。ㄈ┦煜ち私庠O(shè)備，便于操作維修</p><p>　　購置新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能夠滿足其加工要求。改造則不然，可以精確的計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年的使用，操作者對機(jī)床的性能早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短、見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。</p>

17、<p>　?。ㄋ模┛沙浞掷矛F(xiàn)有的條件</p><p>　　可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像新購入設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　第2章 總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　次設(shè)計(jì)是針對CA6150車床進(jìn)行數(shù)控改造，參數(shù)如下：</p><p>　　被加工零件最大加工直徑：500mm；</p><p

18、>　　最大加工長度：2m；</p><p>　　橫向脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖；</p><p>　　縱向脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；</p><p>　　走刀箱重量：100～120公斤。</p><p>　　2.1 機(jī)床伺服系統(tǒng)</p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)荷不大時多采用功率步進(jìn)電動機(jī)作為私服電機(jī)

19、。開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢查反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但是開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易。在速度和精度要求不高的場合得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用開環(huán)伺服系統(tǒng)，原理圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　2.2驅(qū)動元件</b></p><p

20、>　　伺服系統(tǒng)的驅(qū)動元件是把低能量的電信號經(jīng)過功放而轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動，為保證數(shù)控加工機(jī)床的質(zhì)量，驅(qū)動元件應(yīng)具備如下要求：</p><p>　?。ㄒ唬┱{(diào)整范圍寬而有良好的穩(wěn)定性，尤其是低速時的速度穩(wěn)定性；</p><p>　　（二）負(fù)載特性硬，即使在低速時，也應(yīng)有足夠的負(fù)載能力；</p><p><b>　　（三）反應(yīng)速度快；</b><

21、/p><p>　?。ㄋ模┛深l繁的啟動及換向。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動元件。步進(jìn)電動機(jī)是一種將脈沖信號變成角位移與輸入脈沖數(shù)成正比，在時間上與輸入脈沖同步。因此，只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組的通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。</p><p>　　2.3機(jī)械傳動部分（進(jìn)給部分）</p><p>　　進(jìn)

22、給運(yùn)動機(jī)械傳動部分由齒輪及滾珠絲杠螺母副組成。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給部分是數(shù)字控制的直接對象，被加工工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度都受到進(jìn)給運(yùn)動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)充分注意減少摩擦阻力，提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙以及減少運(yùn)動件的慣性。</p><p>　　進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力主要來自絲杠和導(dǎo)軌，本設(shè)計(jì)采用滾珠絲杠螺母副和導(dǎo)軌貼塑來減少摩擦

23、阻力，因?yàn)椴捎觅N塑可減少兩個相對運(yùn)動面的動靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動的平穩(wěn)性，減小震動。</p><p>　　考慮到電機(jī)步距角絲杠導(dǎo)成只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到要求的脈沖當(dāng)量，采用齒輪降速傳動，同時為了保證正反轉(zhuǎn)時的精度，齒輪采用消除間隙結(jié)構(gòu)。</p><p>　　為挺高傳動精度和剛度，在進(jìn)給傳動鏈中加入減速齒輪，可減小脈沖當(dāng)量，從設(shè)計(jì)角度看可以提高傳動精度。此外，還采用合理的預(yù)緊來消除滾珠

24、絲杠螺母副的間隙；采用雙片齒輪結(jié)構(gòu)來消除齒輪傳動間隙，這些措施都有利于提高傳動精度。</p><p><b>　　2.4自動刀架</b></p><p>　　自動刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床數(shù)控改造中機(jī)械部分的關(guān)鍵之一。回轉(zhuǎn)刀架換刀是一種最簡單的自動換到裝置，常用于數(shù)控車床。根據(jù)不同的加工對象，它可以設(shè)計(jì)成四方刀架和六方刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀

25、具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。本設(shè)計(jì)采用的是四工位自動轉(zhuǎn)位刀架，如圖2—2所示：</p><p>　　圖2—2 自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖</p><p>　　1—刀架；2—固定安裝絲杠；3—安全隔離器；4—電機(jī)</p><p>　　自動刀架的基本工作原理：</p><p>　　當(dāng)微機(jī)程序發(fā)出換刀信號，經(jīng)放大線路驅(qū)動繼電器使電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)和

26、升降螺母機(jī)構(gòu)將刀架臺升至一定高度后，刀架回轉(zhuǎn)到所選刀位，信號復(fù)合后粗定位完成。同時電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下降，通過端齒盤精定位，并通過蝸桿鎖緊渦輪使刀架固定，待夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時，壓緊發(fā)訊開關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出換刀答復(fù)信號，加工程序往下進(jìn)行。</p><p>　　第3章 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（縱向）</p><p><b>　　3.1切削力的計(jì)算</b>&l

27、t;/p><p>　　如圖3—1的車削示意圖中，車削力Px，Py，Pz可以用一下公式計(jì)算：</p><p>　?。?）車床縱向切削時：</p><p>　　Pz=0.67D1.5max（N） (3.1)</p><p>　　式中：Dmax為機(jī)床床身上加工的最大直徑（mm）</p><p&g

28、t;　　因Dmax=500mm</p><p>　　Pz=0.67×5001.5=7490.83（N）</p><p>　　車床在縱向切削時，Pz，Px，Py可以用下式進(jìn)行簡化計(jì)算</p><p>　　Pz：Px：Py=1：0.25：0.4 </p><p>　　故 Px=1872.71（N）</p><p

29、>　　Py=2996.33（N）</p><p>　?。?）車床橫向切削時：</p><p>　　切削力可取1/2的縱向切削力。 圖3—1</p><p>　　所以 Pz=3745.42（N）</p><p>　　Px=936.36（N）</p><p>　　Py=1498.1

30、7（N）</p><p>　　3.2進(jìn)給牽引力的計(jì)算</p><p>　　在水平面內(nèi)運(yùn)動時所需要的牽引力用表3—1計(jì)算：</p><p>　　表3—1 牽引力的計(jì)算</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，車床的縱向進(jìn)給采用貼塑三角形導(dǎo)軌。</p><p><b>　　查表3—1可得：</b><

31、/p><p>　　K=1.15 ?′=0.03～0.05 取?′=0.04（導(dǎo)軌貼塑）</p><p>　　在車床中，當(dāng)?shù)都苎豖向進(jìn)給時，移動部件的重量為G1，當(dāng)?shù)都苎乜v向進(jìn)給時，移動部件的重量為G2，其值可參考表3—2所示：</p><p>　　表3—2 車床移動部件的參考重量</p><p>　　本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是CA6150的數(shù)控化

32、改造，因此，查表3—2可得：</p><p>　　G=G1=1000N</p><p>　　因此，牽引力P牽=KPx+ ?′（Pz+G） （3.2）</p><p>　　其中K=1.15,Px=1872.71（N）, ?′=0.04，Pz=7490.83（N），G=1000（N）</p><p&

33、gt;　　P牽=1.15×1872.71+0.04×（7490.83+1000）=2493.25（N）</p><p>　　3.3滾珠絲杠副選型計(jì)算</p><p><b>　　3.3.1強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　一般情況下，滾珠絲杠副的強(qiáng)度條件是當(dāng)量動載荷Cm（工作中滾珠絲杠副的最大動載荷）應(yīng)小于所選用的滾珠絲

34、杠副的額定動載荷Ca，即Ca≥Cm。</p><p>　　當(dāng)量動載荷Cm（N）的計(jì)算方法與滾動軸承相同。滾珠絲杠副的當(dāng)量動載荷Cm為</p><p><b>　?。∟）</b></p><p>　　式中：壽命L：（單位：百萬轉(zhuǎn)）</p><p>　　其中：（r/min）</p><p>　　Vs：

35、最大切削力條件下的進(jìn)給速度（r/min） </p><p>　　Vs=0.508 r/min</p><p>　　t：絲杠螺距（初取t=6mm）</p><p>　　T：壽命時間，取10000—15000小時，這里取12000小時</p><p>　　Fm——軸向平均載荷（N），一般取Fm≈P牽，故Fm =2493.25N</p>

36、;<p>　　?a——精度系數(shù)。1、2、3級絲杠?a=1，絲杠精度取3級，?a=1</p><p>　　?w——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，?w=1.0—1.5，一般取1.2</p><p>　　?H——硬度系數(shù)，取值見表3—3，?H=2</p><p>　　表3—3 硬度系數(shù)?H</p><p>　　有上述公式和數(shù)據(jù)可得</p>

37、<p>　　Cm=（Fm** fw* fH）/ fa=23550.06(N)</p><p>　　有滾珠絲杠副的強(qiáng)度條件Ca≥Cm，查《數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P39頁，初選滾珠絲杠的型號為：4006-4.5型</p><p>　?。ㄗⅲ簼h江機(jī)床廠HJG系列FYC1D型，即墊片預(yù)緊法蘭圓柱式）</p><p>　　3.3.2 傳動效率計(jì)算</p>

38、;<p>　　絲杠傳動效率由下式計(jì)算：</p><p>　　η絲= （3.4）</p><p><b>　　式中：為螺旋升角</b></p><p><b>　　為摩擦角，</b></p><p>　　查表可知：4006-4.5型絲杠，</p>

39、;<p><b>　　η絲==0.94</b></p><p>　　3.3.3 剛度驗(yàn)算</p><p>　　滾珠絲杠在軸向載荷的作用下將伸長或縮短，從《材料力學(xué)》中得知，滾珠絲杠在軸向載荷的作用下引起單個螺距t的變化量：</p><p><b>　　絲杠螺距t=6mm</b></p><

40、;p>　　軸向平均載荷Fm=2493.25N</p><p>　　彈性模量E=200GPa</p><p>　　滾珠絲杠的截面積A,按內(nèi)經(jīng)計(jì)算</p><p>　　內(nèi)經(jīng)d1=外徑d-鋼珠直徑dw</p><p>　　=40-3.969=36.031</p><p>　　通常用300mm長絲杠螺距的變化量應(yīng)小于允許

41、的螺距誤差[]</p><p>　　查指導(dǎo)書P47頁表可知=12m </p><p>　　故絲杠也符合剛度要求。</p><p>　　3.4步進(jìn)電動機(jī)選型計(jì)算</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的基本原理：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距

42、角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。</p><p>　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)

43、等。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步距角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可以實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步距角一般為1.5度，但噪聲和震動都很大。</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分

44、為兩相和五相；兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)：</p><p>　　1、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3%—5%，且不積累。</p><p>　　2、步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)溫度過高

45、首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏10度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80—90度完全正常。</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。</p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各項(xiàng)繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，

46、反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或轉(zhuǎn)速）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。</p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使

47、電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。</p><p>　　3.4.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　式中：——脈沖

48、當(dāng)量（mm/P）</p><p><b>　　——步距角（度）</b></p><p>　　——電機(jī)至絲杠的傳動效率</p><p>　　3.4.2 啟動轉(zhuǎn)矩 </p><p>　　縱向時取0.4，所以：</p><p>　　3.4.3 最大凈轉(zhuǎn)矩 </p><p>

49、　　式中由表3—4差得：</p><p><b>　　表3—4</b></p><p><b>　　初選3相6拍，則</b></p><p>　　3.4.4 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 </p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)所得參數(shù)選步進(jìn)電機(jī)型號為110BF004，步距角為，最大凈轉(zhuǎn)矩500N?cm，

50、最高空載啟動頻率500step/s。</p><p>　　3.5確定齒輪傳動比、模數(shù)及有關(guān)尺寸</p><p>　　在開環(huán)系統(tǒng)中，為達(dá)到一定的脈沖當(dāng)量，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的步距角、絲杠的導(dǎo)程選定后，可得步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間的齒輪副的傳動比。齒輪副傳動比與步距角、導(dǎo)程之間的關(guān)系為：</p><p>　　一般采用一級齒輪或二級齒輪傳動，故</p><p&g

51、t;　　,為主動齒輪齒數(shù)，，為從動齒輪齒數(shù)。當(dāng)總傳動比一定時，通常按最小負(fù)載慣量原則來分配齒輪傳動比，按該原則設(shè)計(jì)的齒輪系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量最小。兩對齒輪間滿足最小慣量要求的速比關(guān)系式：</p><p>　　式中：，兩對齒輪的速比，其值均大于1。</p><p><b>　　縱向時：</b></p><p><b>　　

52、則</b></p><p><b>　　分度圓直徑</b></p><p><b>　　齒頂圓直徑 </b></p><p><b>　　齒寬 </b></p><p>　　因?yàn)樾↓X輪采用懸臂支持 </p><p><b

53、>　　所以 </b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　齒輪2的材料為45鋼，齒輪1的材料為40Cr。</p><p><b>　　3.6校核計(jì)算</b></p><p>　　3.6.1絲杠的穩(wěn)定性校驗(yàn)</p>&l

54、t;p>　　當(dāng)絲杠受壓時，會產(chǎn)生失穩(wěn)，失穩(wěn)時的臨界載荷為：</p><p>　　式中：——最大軸向載荷（N）；</p><p>　?。喊踩禂?shù)，取2.5～5；</p><p><b>　　：彈性模量；</b></p><p>　?。郝輻U截面的慣性矩（按中經(jīng)計(jì)算）， </p><p>　?。?/p>

55、絲杠的工作長度（m），取其兩支承間的距離；</p><p>　　：絲杠的軸端系數(shù)，有支承條件決定，見表3—5所示：</p><p><b>　　因 </b></p><p>　　絲杠支承方式選一端固定一端絞支，則</p><p><b>　　取</b></p><p>

56、;<b>　　而</b></p><p><b>　　顯然有 </b></p><p>　　故絲杠的穩(wěn)定性符合要求。</p><p>　　3.6.2 馬達(dá)力矩校驗(yàn)</p><p><b>　?。?）慣量匹配計(jì)算</b></p><p>　　慣量匹配條件：

57、為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，伺服電動機(jī)與進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量匹配條件為：</p><p>　　式中：——伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，單位是Kg；</p><p>　　——負(fù)載慣量，單位是Kg。</p><p><b>　?。?）馬達(dá)力矩校驗(yàn)</b></p><p>　　縱向時電機(jī)至絲杠的轉(zhuǎn)動

58、示意圖如圖3—2所示</p><p>　　圖3—2縱向傳動原理</p><p><b>　　1）負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p>　　設(shè)其負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為，則：</p><p>　　式中：——各個齒輪的轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　——絲杠的轉(zhuǎn)動慣量</b>&l

59、t;/p><p>　　——工作臺重量，W=1000（N）</p><p><b>　　——重力加速度，</b></p><p><b>　　——絲杠螺距，</b></p><p><b>　　齒輪轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　=

60、0.2865</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可得90BF003型伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　由式（3.15）計(jì)算可知結(jié)果滿足。</p><

61、p>　　折算到馬達(dá)軸上的總慣量：</p><p><b>　　2）馬達(dá)力矩校驗(yàn)</b></p><p>　　快速空載啟動所需的力矩M：</p><p><b>　?。?.17）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　

62、　空載啟動折算到馬達(dá)軸上的加速力矩：</p><p>　?。杭铀俣葧r間常數(shù)，取值為0.025～0.040</p><p><b>　　當(dāng)n=時：</b></p><p>　　折算到馬達(dá)軸上的摩擦力矩：</p><p><b>　　式中：導(dǎo)軌摩擦力</b></p><p>

63、;<b>　　傳動系統(tǒng)總效率</b></p><p>　　由絲杠預(yù)緊拉伸引起的折算到馬達(dá)軸上的附加摩擦力矩：</p><p>　　其中：：絲杠預(yù)加載荷，取</p><p>　?。航z杠未預(yù)緊時的傳動效率，取</p><p><b>　　而 </b></p><p>　　由手

64、冊可查得110BF004型伺服電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為40即。</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　故電機(jī)力矩校驗(yàn)合格。</p><p>　　第4章數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（橫向）</p><p><b>　　4.1切削力的計(jì)算</b></p><p&g

65、t;<b>　　車床橫向切削時：</b></p><p>　　切削力可取1/2的縱向切削力。</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　4.2進(jìn)給牽引力的計(jì)算</p><p>　　在水平面內(nèi)運(yùn)動時需要的牽引力用表間表3—1所示：</p><p>

66、　　本次設(shè)計(jì)中導(dǎo)軌選取為燕尾型導(dǎo)軌，且導(dǎo)軌貼塑。</p><p><b>　　查表3—1可得：</b></p><p><b>　?。▽?dǎo)軌貼塑）</b></p><p>　　在車床中，當(dāng)?shù)都苎豖向進(jìn)給時，移動部件的重量為G1，當(dāng)?shù)都苎乜v向進(jìn)給時，移動部件的重量為G2，其值可參考表3—2所示。</p><

67、p>　　本次設(shè)計(jì)的車床型號為CA6150，參考3—2可得：</p><p>　　G=G1=600(N)</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　4.3滾珠絲杠副選型計(jì)算</p><p>　　4.3

68、.1 強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　一般情況下，滾珠絲杠副的強(qiáng)度條件是當(dāng)量載荷（工作中滾珠絲杠副的最大動載荷）應(yīng)小于所選用的滾珠絲杠副的額定動載荷，即</p><p><b>　　。</b></p><p>　　當(dāng)量動載荷的計(jì)算方法與滾動軸承相同。滾珠絲杠副的當(dāng)量動載荷為</p><p><b>　　式中：&l

69、t;/b></p><p>　?。鹤畲笄邢髁l件下的進(jìn)給速度</p><p><b>　　:絲杠螺距</b></p><p>　　:壽命時間，取小時，故取</p><p><b>　　故 壽命</b></p><p>　　軸向平均載荷，一般取，故：</p>

70、<p>　　精度系數(shù)（選取3級絲杠）</p><p><b>　　運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)</b></p><p><b>　　硬度系數(shù)</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　由上述公式和數(shù)據(jù)可得：</p><p>　　有滾珠絲

71、杠副的強(qiáng)度條件，查《數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P36頁，初選滾珠絲杠的型號為：3204—3.5型。</p><p>　?。ㄗⅲ簼h江機(jī)床廠系列）</p><p>　　4.3.2 傳動效率計(jì)算</p><p>　　絲杠傳動效率由下式計(jì)算：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>&l

72、t;b>　　查表可知：</b></p><p>　　3204—3.5型絲杠，</p><p><b>　　4.3.3剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠在軸向載荷的作用下將伸長或縮短，從《材料力學(xué)》中得知，滾珠絲杠在軸向載荷的作用下引起單個螺距的變化量：</p><p><b>　　

73、絲杠螺距</b></p><p><b>　　軸向平均載荷</b></p><p><b>　　彈性模量=</b></p><p>　　滾珠絲杠的截面積A,按內(nèi)經(jīng)計(jì)算</p><p><b>　　內(nèi)經(jīng)</b></p><p>　　通常用300

74、mm長絲杠螺距的變化量應(yīng)小于允許的螺距誤差[]</p><p>　　查指導(dǎo)書P4頁表可知</p><p>　　故絲杠也符合剛度要求。</p><p>　　4.4步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算</p><p><b>　　4.4.1負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　式中：——脈沖當(dāng)量（mm/p）</p&

75、gt;<p><b>　　——步距角（度）</b></p><p>　　——電機(jī)至絲杠的傳動效率</p><p>　　因 </p><p><b>　　4.4.2啟動力矩</b></p><p>　　橫向時取0.45，所以：</p><p>　

76、　4.3.3 最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　式中由表3—4查得：初選3相6拍。則</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率</p><p><b>　　因</b></p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)所得參數(shù)選步進(jìn)電機(jī)型號為90BF003，步距角為最大靜轉(zhuǎn)矩200Ncm，最高空載啟動頻率1500step/

77、s，運(yùn)行頻率為8000 step/s。</p><p>　　4.5確定齒輪傳動比、模數(shù)及有關(guān)尺寸</p><p>　　在開環(huán)系統(tǒng)中，為達(dá)到一定的脈沖當(dāng)量，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的步距角、絲杠的導(dǎo)程選定后，可得步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間的齒輪副的傳動比。齒輪副傳動比與步距角、導(dǎo)程之間的關(guān)系為：</p><p>　　一般采用一級齒輪或二級齒輪傳動，故：</p><p&g

78、t;　　為主動齒輪齒數(shù)，為從動齒輪齒數(shù)。當(dāng)總傳動比一定時，通常按最小負(fù)載慣量原則來分配齒輪傳動比，按該原則設(shè)計(jì)的齒輪系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量最小。兩對齒輪間滿足最小慣量要求的速比關(guān)系式：</p><p>　　式中：兩對齒輪的速比，其值均大于1。</p><p><b>　　橫向時：</b></p><p>　　采用二級齒輪傳動，兩對齒輪間

79、滿足最小慣量要求的速比關(guān)系式：</p><p>　　第一對齒輪：取模數(shù) 故取</p><p><b>　　分度圓直徑 </b></p><p><b>　　齒頂圓直徑 </b></p><p><b>　　第二對齒輪：取模數(shù)</b></p><p>&l

80、t;b>　　分度圓直徑 </b></p><p><b>　　齒頂圓直徑 </b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　以上各齒輪齒頂圓直徑故都做成實(shí)心結(jié)構(gòu)齒輪。齒輪2、4的材料為45鋼，齒輪1、3的材料為40Cr。</p><p><b>　　4

81、.6校核計(jì)算</b></p><p>　　4.6.1 絲杠的穩(wěn)定性校核</p><p>　　當(dāng)絲杠受壓時，會產(chǎn)生失穩(wěn)，失穩(wěn)時的臨界載荷為：</p><p>　　式中：——最大軸向載荷（N）；</p><p><b>　?。喊踩禂?shù)，取</b></p><p><b>　　：彈

82、性模量；</b></p><p>　?。郝輻U截面的慣性矩（按中經(jīng)計(jì)算）， </p><p>　　：絲杠的工作長度（m），取其兩支承間的距離；</p><p>　　：絲杠的軸端系數(shù)，有支承條件決定，見表4—1所示：</p><p><b>　　因 </b></p><p>　　絲杠

83、支承方式選一端固定一端絞支，則</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　顯然有 </b></p><p>　　故絲杠的穩(wěn)定性符合要求。</p><p>　　4.6.2馬達(dá)力矩校驗(yàn)<

84、;/p><p><b>　?。?）慣量匹配計(jì)算</b></p><p>　　慣量匹配條件：為了保證足夠的角加速度?使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，伺服電動機(jī)與進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量匹配條件為：</p><p>　　式中：——伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，單位是Kg；</p><p>　　——負(fù)載慣量，單位是Kg。</p&

85、gt;<p><b>　?。?）馬達(dá)力矩校驗(yàn)</b></p><p>　　橫向時電機(jī)至絲杠的傳動示意圖如圖4—1所示</p><p><b>　　圖4—1</b></p><p><b>　　1）負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p>　　設(shè)其負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為，則：

86、</p><p>　　式中：——各個齒輪的轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　——絲杠的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　——工作臺重量，W=1000（N）</p><p><b>　　——重力加速度，</b></p><p><b>　　——絲杠螺距，&l

87、t;/b></p><p><b>　　齒輪轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　=20.2</b></p><p><b>　　=5.99</b></p><p><b>　　=41.69</b></p><p>

88、;<b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可得90BF003型伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　折算到馬達(dá)軸上的總慣量</p><p><b>　　2）馬達(dá)力矩校驗(yàn)</b></p&

89、gt;<p>　　快速空載啟動所需的力矩M：</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　空載啟動折算到馬達(dá)軸上的加速力矩：</p><p>　?。杭铀俣葧r間常數(shù)，取值為0.025～0.040</p>

90、<p><b>　　當(dāng)n=時：</b></p><p>　　折算到馬達(dá)軸上的摩擦力矩：</p><p><b>　　式中：導(dǎo)軌摩擦力</b></p><p><b>　　傳動系統(tǒng)總效率</b></p><p>　　由絲杠預(yù)緊拉伸引起的折算到馬達(dá)軸上的附加摩擦力矩

91、</p><p>　　其中：：絲杠預(yù)加載荷，取</p><p>　?。航z杠未預(yù)緊時的傳動效率，取</p><p><b>　　而 </b></p><p>　　由手冊可查得90BF003型伺服電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為40即。</p><p><b>　　所以 </b>&l

92、t;/p><p>　　故電機(jī)力矩校驗(yàn)合格。</p><p>　　第5章 車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)改造</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)動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動，步進(jìn)電機(jī)的布置，可以在絲杠的任意一端，對車床改造來說，主要從改造方便，使用方面來考慮，一般把步進(jìn)電機(jī)放在橫向絲杠的左端，這樣原車床車身不必作太大的改動，而又滿足使

93、用需求，經(jīng)濟(jì)性較好。</p><p>　　5.1齒輪間隙的消除</p><p>　　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的減速齒輪除了本身要求很高的運(yùn)動精度和工作平穩(wěn)性外，還必須盡可能消除配襯齒輪之間的傳動間隙。否則在進(jìn)給系統(tǒng)每一次反向之后就會使動力滯后于指令信號，這將對加工精度產(chǎn)生很大的影響。</p><p>　　本方案采用柔性調(diào)整法調(diào)整齒側(cè)間隙。柔性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙可自動

94、補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法。在齒輪的齒厚和調(diào)節(jié)有差異的條件下，仍可始終保持無間隙嚙合。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案中，兩個嚙合的圓柱齒輪，其中一個是寬齒輪，另一個是兩個薄片齒輪組趁感到齒輪，兩薄片齒輪上開了三條周向圓槽，其中一薄片上的端面上有三個凸爪，伸入到另一薄片齒輪的圓弧槽，彈簧一端頂在凸爪上，另一端頂在鑲塊上，安裝完后將螺栓擰緊。需要重新調(diào)整時，將螺栓松開即可。</p><p><b&

95、gt;　　5.2 滾珠絲杠</b></p><p>　　5.2.1滾珠絲杠的安裝</p><p>　　圖5—1絲杠安裝原理</p><p>　　圖5—1是滾珠絲杠安裝形式示意圖，采用雙支撐方式，右端裝一個推力球軸承和一個向心球軸承，左端支撐采用兩個向心球軸承和一個推力球軸承。左端的推力球軸承是用來使絲杠產(chǎn)生預(yù)緊伸長，而不受軸向載荷。采用這種支撐方式可減少

96、絲杠因自重產(chǎn)生的彎曲。</p><p>　　數(shù)控加工時，需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，因此采用了絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)。數(shù)控車床上一般采用的是滾珠絲杠螺母（如圖5—2所示），它可以將滑動摩檫轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，滿足減小進(jìn)給系統(tǒng)摩擦的基本要求。該傳動副傳動效率高，摩擦力小，并且可以進(jìn)行消隙，無反向空行程；但造價(jià)較高，不能自鎖，尺寸也不可以做的過大，一般用于中小型的數(shù)控車床的直線進(jìn)給運(yùn)動。</p><p&g

97、t;　　圖5—2滾珠絲杠螺母副</p><p>　　5.2.2 滾珠絲杠螺母副軸向間隙的消除</p><p>　　軸向間隙通常是指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，在施加軸向載荷之后，還包括彈性變形所造成的竄動。</p><p>　　本方案采用雙螺母螺紋調(diào)整結(jié)構(gòu)，用平鍵限制了螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，只要擰動圓螺母就能

98、將滾珠螺母沿軸向移動一定的距離，在消除間隙之后將其緊鎖，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。</p><p>　　5.2.3 滾珠絲杠的防護(hù)和潤滑</p><p>　?。?）滾珠絲杠副的防護(hù) 滾珠絲杠副和其它滾動摩擦的傳動器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切削污物進(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外漏，則應(yīng)采用封閉式的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時將防護(hù)

99、罩的一端連在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支撐座上。如果滾珠絲杠副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式彈性密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰撞防護(hù)裝置，防護(hù)

100、裝置一有損壞應(yīng)及時更換。</p><p>　?。?）滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油：潤滑脂可采用鋰基潤滑脂。潤滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。</p><p>　　第6章 自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)</p><p>　　在零件的加工制造過程

101、中，大量的使用于更換刀具，裝卸、測量和搬運(yùn)零件等非切削時間上，切削加工時間僅占整個工時中較小的比例。數(shù)控機(jī)床要提高效率的重要內(nèi)容之一就是要縮短非切削時間。為此，近年以來自動刀架裝置的數(shù)控機(jī)床、加工中心得以迅速的發(fā)展。</p><p>　　在自動換刀數(shù)控機(jī)床上，對自動換刀裝置的基本要求是：換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具存儲量、刀庫占地面積小及安全可靠等。</p><p>　　各類

102、數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的形式、工藝范圍及其刀具的種類和數(shù)量。其基本類型有回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置、多主軸轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置、刀庫—機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)等。</p><p>　　回轉(zhuǎn)刀架換刀是一種最簡單的自動換刀裝置，常用于數(shù)控車床。根據(jù)不同的加工對象，它可以設(shè)計(jì)成四方刀架和六方刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。</p><p>　　回轉(zhuǎn)刀

103、架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控機(jī)床來說，加工過程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為0.001mm～0.005mm）。</p><p>　　6.1 自動刀架的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　自動刀架結(jié)構(gòu)示意圖如

104、圖1—2所示，其工作原理簡述如下：</p><p>　　當(dāng)微機(jī)程序發(fā)出換刀信號，經(jīng)放大線路驅(qū)動繼電器使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)和升降螺母機(jī)構(gòu)將刀架臺升至一定的高度后，刀架回轉(zhuǎn)至所選刀位，信號復(fù)合后粗定位完成。同時電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下降，通過端齒盤精定位，并通過蝸桿鎖緊渦輪使刀架緊固，待加緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時，壓緊發(fā)訊開關(guān)發(fā)訊，電機(jī)停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出換刀答復(fù)信號，加工工序往下執(zhí)行。</p><p

105、>　　刀架動作順序如圖6—1所示：</p><p>　　圖6—1刀架動作順序示意圖</p><p>　　6.2 自動刀架的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　6.2.1降速機(jī)構(gòu)傳動比及其分配</p><p>　　式中：——刀架的轉(zhuǎn)速；</p><p><b>　　——電機(jī)的轉(zhuǎn)速；</b></

106、p><p>　　采用齒輪降速和渦輪蝸桿降速共同實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　齒輪齒數(shù) </b></p><p>　　蝸輪副：蝸桿主動，取蝸桿頭數(shù)為1（）</p><p>　　渦輪的材料選用ZCuSn10P1，蝸桿用45鋼。</p><p><b>　　齒輪的幾何尺寸：</b&g

107、t;</p><p>　　6.2.2 由刀架加緊力確定升絲杠即渦輪的傳動力矩</p><p>　　式中：升降絲杠的導(dǎo)程S=10mm</p><p>　　刀架加緊力P=12KN</p><p><b>　　絲杠中徑</b></p><p><b>　　絲杠牙形角</b><

108、/p><p><b>　　摩擦系數(shù)?=0.1</b></p><p>　　由式（6.3）可得：</p><p>　　6.2.3 由傳動力矩確定蝸輪副值</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第三卷（化學(xué)工業(yè)出版社）按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　屬模鑄造</b>

109、</p><p><b>　　蝸桿頭數(shù) </b></p><p><b>　　傳動比 </b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　蝸桿：</b></p><p><b>

110、;　　渦輪：</b></p><p>　　6.2.4計(jì)算電機(jī)功率</p><p>　　蝸輪副夾緊力所需功率：</p><p>　　因此，選取電機(jī)型號為YSH7114，其輸出功率為370W。</p><p><b>　　6.3刀架結(jié)構(gòu)分析</b></p><p>　　刀架結(jié)構(gòu)圖如圖2—2

111、所示，其基本原理前已述及，在此僅對轉(zhuǎn)位、定位等方面詳細(xì)說明。</p><p><b>　　6.3.1 轉(zhuǎn)位</b></p><p>　　本方案采用端齒盤未精定位刀架的轉(zhuǎn)位，刀架轉(zhuǎn)位時，刀架轉(zhuǎn)位時首先應(yīng)使上、下端齒盤分離，絲杠經(jīng)蝸輪副帶動旋轉(zhuǎn)，由于螺母沿自身軸線旋轉(zhuǎn)的自由度已被限制，它只能上下移動。于是，螺母帶動上刀架上升，使上下端循齒盤分離，由撥塊撥動上刀架轉(zhuǎn)位。&l

112、t;/p><p><b>　　6.3.2 定位</b></p><p>　　刀架轉(zhuǎn)90度后，由裝在刀架上部的兩個小圓柱銷粗定位，這兩個圓柱銷下部裝在上刀架的轉(zhuǎn)動部分上的盲孔內(nèi)，柱銷下裝有彈簧，柱銷上部被銑出了一個平面，刀架轉(zhuǎn)位時，柱銷的上部裝在固定在立柱上的端盤上滑動，在盤端面上有兩個小孔，刀架轉(zhuǎn)到90度時，同時由粗定位傳感器發(fā)訊，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于柱銷上部的結(jié)構(gòu)使它只能沿

113、一個方向彈入小孔，而反轉(zhuǎn)時柱銷不能由小孔內(nèi)壓出，這樣電機(jī)反轉(zhuǎn)時，上刀架的轉(zhuǎn)動自由度又被限制，使刀架只能下降。</p><p><b>　　6.3.3 精定位</b></p><p>　　刀架下降，上、下端齒嚙合完成精定位。</p><p><b>　　6.3.4 夾緊</b></p><p>　　上

114、、下端齒嚙合后，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，而此時蝸輪又不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，于是蝸輪沿平鍵向左壓彈簧，壓緊力達(dá)到時，壓緊發(fā)訊開關(guān)發(fā)訊，電機(jī)</p><p>　　停轉(zhuǎn)，整個刀架轉(zhuǎn)位過程結(jié)束。</p><p>　　第7章 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　7.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　本方案所設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)是以8031單片機(jī)為控制核心，以步進(jìn)電機(jī)

115、作為驅(qū)動電機(jī)，以工作臺和刀架作為執(zhí)行元件構(gòu)成的一個開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能，有了硬件支持，軟件才能有效的運(yùn)行，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由下面四部分組成：</p><p>　　中央處理單元CPU；</p><p>　　總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；</p><p>

116、;　　存儲器，包括程序存儲器ROM、EPROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM；</p><p>　　I/O輸入/輸出接口電路。</p><p>　　其中，CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作，存儲器用于存放系統(tǒng)的軟件、應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是CPU與存儲器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)系的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)

117、行信息交換和通訊的必由之路。</p><p><b>　　7.1.1 概述</b></p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcoputer）簡稱單片機(jī)。它把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲器RAM、</p><p>　　只讀存儲器ROM、可編程控制器EPROM、并行及串行輸入/輸出I/O接

118、口電路，定時器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器等部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計(jì)算機(jī)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)內(nèi)還可包含A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入/輸出部件、DMA通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等新的特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的特別是適合于工業(yè)控制及控制相關(guān)的數(shù)據(jù)處理場合，因而目前應(yīng)確切稱其為微控器（Microcontroller）。單片機(jī)的稱謂只是保留了其習(xí)慣的稱呼。</p><

119、p>　　Inter公司從其生產(chǎn)單片機(jī)開始，發(fā)展到現(xiàn)在，大體上可分為3大系列：MCS—48系列、MCS—51系列、MCS—96系列。MCS—51系列單片機(jī)性能較好，適用于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，具有較高的性價(jià)比，被譽(yù)為“控制領(lǐng)域中最佳的8位微機(jī)”。</p><p>　　MCS—51系列單片機(jī)配置一覽表如表7—1所示：</p><p><b>　　表7—1</b><

120、;/p><p>　　7.1.2 8031單片機(jī)</p><p>　　8031單片機(jī)有40個引腳，其中有2個專用于主電源的引腳，2個</p><p>　　外接晶體的引腳，4個控制或其它電源復(fù)用的引腳，以及32個輸入輸出I/O引腳。8031的引腳圖如圖7—1所示：</p><p>　　下面按引腳功能分為4部分?jǐn)⑹龈饕_的功能。</p>

121、<p><b>　　1、主電源引腳和</b></p><p>　　（40腳）：接+5V電源正端；</p><p>　　（20腳）：接+5V電源地端；</p><p>　　2、外接晶體引腳XTALL1和XTAL2</p><p>　　XTALL1（19腳）：接外部石英晶體的一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的

122、輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。</p><p>　　XTALL1（18腳）：接外部石英晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。</p><p>　　3、控制信號或其它電源復(fù)用引腳</p><p>　　控制信號或其它電源復(fù)用引腳有、</p><p><b>　　等四種形式。</b></p

123、><p>　?。?）（9腳）：RST即為RESET，為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)發(fā)生故障、降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　（2）（30腳

124、）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8</p><p>　　位地址。在不防問存儲器時，ALE端仍以上述不變的頻率（振蕩器頻率的1/6），周期的出現(xiàn)正脈沖信號，可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，ALE脈沖會跳過一個，此時作為時鐘輸出就不妥當(dāng)了。</p><p>　　對于片內(nèi)含有EPRO

125、M的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳作為編程脈沖的輸入端。</p><p>　　（3）（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端。低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線讀回指令或常數(shù)。當(dāng)外部數(shù)據(jù)存儲器期間，信號將不出現(xiàn)。</p><p>　?。?）（31腳）：為訪問外部程序存儲器控制信號，低電平有效，當(dāng)端保持高電平時，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存