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機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 目錄 摘要及關(guān)鍵 詞 3 正 文 4 前言部 分 4 本論部 分 5 第 1 章 緒 論 5 1 1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè) 計(jì) 5 1 2 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 計(jì) 5 第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè) 計(jì) 6 2 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 書 6 2 2 總體方案設(shè) 計(jì) 7 第 3 章 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè) 計(jì) 9 3 1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng) 量 9 3 2 計(jì)算切削 力 9 3 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型 縱向進(jìn)給絲杠 9 3 4 齒輪傳動(dòng)比計(jì) 算 14 3 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選 型 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 14 第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō) 明 19 4 1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào) 節(jié) 19 4 2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定 位 19 結(jié)論部 分 19 設(shè)計(jì)體 會(huì) 20 參考文 獻(xiàn) 21 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 摘要及關(guān)鍵詞 摘要 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品 在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大 的作用 很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜 精密 批量小 多變 零件的加工問(wèn)題 且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量 大幅度地提高生產(chǎn)效率 但從目前企業(yè)面臨的情況看 因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴 一次性投資較大使 企業(yè)心有余而力不足 我國(guó)作為機(jī)床大國(guó) 擁有大量的普通機(jī)床 因此 對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的選擇 關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 正文 前言部分 計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展 推動(dòng)了機(jī)械加工在各方面的變革和進(jìn)步 典型的數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)代加工器械的鮮明代表 考慮到企業(yè)的生產(chǎn)效率和投入成 本 普通車床的數(shù)控化改造將是一個(gè)極為有意義的課題 普通車床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 作為機(jī)械設(shè) 計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生 這次設(shè)計(jì)是本人在學(xué)習(xí)完 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床 等專業(yè)課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 通過(guò)綜合運(yùn)用所 學(xué)的機(jī)械 電子 自動(dòng)控制 微機(jī)等知識(shí) 進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練 以培養(yǎng) 獨(dú)立分析問(wèn)題 解決問(wèn)題和進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的能力 此設(shè)計(jì)過(guò)程為期 三個(gè)星期 在趙洪兵的指導(dǎo)下 本人將對(duì)普通車床進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給的改造 由于學(xué)生水平有限 在設(shè)計(jì)乃至計(jì)算過(guò)程中難免會(huì)有一些錯(cuò)誤 望各位老師及 同學(xué)指點(diǎn)賜教 不勝感激 學(xué)生鄭利江 2007 年 6 月 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 本論部分 第 1 章 緒論 1 1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì) 1 1 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 題目 2 原始數(shù)據(jù) 3 主要技術(shù)參數(shù) 4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 1 1 2 總體方案設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定 2 伺服系統(tǒng)的選擇 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 1 2 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 1 2 1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 1 2 2 計(jì)算切削力 1 2 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型 縱向進(jìn)給絲杠 1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m FN 2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C 3 滾珠絲杠螺母副的選型 4 傳動(dòng)效率計(jì)算 5 剛度計(jì)算 6 穩(wěn)定性校核 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 1 2 4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 1 2 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 2 電機(jī)力矩計(jì)算 3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 1 2 6 設(shè)計(jì)繪制伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械裝配圖 第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì) 2 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 1 1 題目 普通車床的機(jī)電一體化改造 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 2 原始數(shù)據(jù) 最大共建回轉(zhuǎn)直徑 在床身上 D 400 毫米在床鞍上 D 210 毫米 最大工件長(zhǎng)度 1000 毫米 主電動(dòng)機(jī)功率 7 5 千瓦 轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn) 分 2 1 3 主要技術(shù)參數(shù) 均為縱向 最大進(jìn)給速度 1 0 米 分 最大快移速度 4 米 分 起動(dòng)加速時(shí)間 30 毫秒 移動(dòng)部件重量 80 公斤 機(jī)床定位精度 0 015 毫米 2 1 4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 對(duì) CA6140 型普通車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造 主要設(shè)計(jì)內(nèi) 容及要求如下 1 采用開(kāi)環(huán)控制 選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)并確定伺服傳動(dòng)系統(tǒng)方案 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 2 設(shè)計(jì)改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)原理框圖 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 設(shè)計(jì)繪制改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 0 號(hào)圖紙 一張 4 設(shè)計(jì)繪制主要零件圖一張 由指導(dǎo)老師制定 5 撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份 正文字?jǐn)?shù)不少于 0 8 萬(wàn)字 設(shè)計(jì)說(shuō) 明書應(yīng)包含如下內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù)書 目錄 摘要及關(guān)鍵詞 前言 正文 包括方案設(shè)計(jì) 與比較論證 理論分析計(jì)算 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明與簡(jiǎn)圖等 小結(jié) 參 考文獻(xiàn) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書語(yǔ)言要流暢 書寫要工整 一律使用鋼筆書寫 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 2 2 1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位 直線插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ) 暫停 循環(huán)加工 螺紋加工等功能 所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng) 2 2 2 伺服系統(tǒng)的選擇 應(yīng)任務(wù)書的要求 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 2 2 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性 盡量減小摩擦力 選用滾珠 絲杠螺母副 同時(shí) 若直接將電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)必會(huì)引起絲杠溫度過(guò) 高即磨損加劇使其壽命降低 故在其兩者之間加一消隙齒輪箱 一使 絲杠速度降低 二則消除系統(tǒng)傳動(dòng)中的間隙 提高傳動(dòng)精度 并有效 減少反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)現(xiàn)象 消隙齒輪箱與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接 這樣便確定了如下圖 2 1 所示的傳動(dòng)方案 電機(jī) 消隙齒輪箱 滾珠絲杠螺母副 工作臺(tái) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 圖 2 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 2 2 4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 根據(jù)機(jī)床要求 本著經(jīng)濟(jì)耐用的原則 確定采用 8 位機(jī) MCS 51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品 8031 8051 和 8751 由于 MCS 51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊 湊 故對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合 MCS 51 系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片 8031 外擴(kuò)一片 EPROM 就能滿足開(kāi)環(huán)控制的要求 8031 單片機(jī)內(nèi)含 4kb EEPROM 程序存儲(chǔ)器 具有功耗低 抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn) 數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器 WM0016DRH 是一種多功能非易失性 SRAM 8031 單片機(jī)高速 高抗干擾自保持 不怕掉電 上下電百萬(wàn)次數(shù)據(jù)無(wú)丟失 斷電保護(hù) 10 年有效 既可高速連續(xù)讀寫 也可任意地址單字節(jié)操作 無(wú)需拼 湊頁(yè)面 隨機(jī)讀寫不需等待 立即有效 輸入輸出 TTL CMOS 兼容 上電復(fù)位輸出 掉電保護(hù) 內(nèi)置看門狗 電源監(jiān)測(cè) 不用外加電路和 電池 且引腳與標(biāo)準(zhǔn) SRAM 兼容 8031 單片機(jī)價(jià)格低 使用靈活 其特點(diǎn)具具體如下 1 具有功能很強(qiáng)的 8 位中央處理單元 CPU 2 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路 6MH 或 12MH 3 片內(nèi)具有 128 字節(jié)的 RAM 4 具有 21 個(gè)特殊寄存器 5 可擴(kuò)展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ) 器 6 具有 4 個(gè) I O 口 32 根 I O 線 7 具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 8 具有 5 個(gè)中斷源 配備 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 9 具有一個(gè)全雙功串行接口 10 具有位尋址能力 適用邏輯運(yùn)算 選用 8031 單片機(jī) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 從上述特性可看出這種 8031 芯片集成度高 功能強(qiáng) 只需增加 少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng) 故應(yīng)選用 8031 單片 機(jī) 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 第 3 章 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3 1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量 縱向 0 01mm 步 橫向 0 005mm 步 3 2 計(jì)算切削力 確定切削力 縱車外圓 主切削力 按經(jīng)驗(yàn)公式估算 ZFN 1 51 5max0674036DN 按切削力各分力比例 zy 2F 取 3x y560 41 3 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型 縱向進(jìn)給絲杠 3 3 1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m FN 縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 xzKfFG 1 5340 16 5308 2530N 式中 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 綜合導(dǎo)軌取 K 1 K 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f 8 5360ZFN 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 溜板及刀架重力 Gg80180NkgGm 3 3 2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C3 wmLfF 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果601nT 0svL 式中 滾珠絲杠導(dǎo)程 初選 0L6m 最大切削力下的進(jìn)給速度 可取最大進(jìn)給速度的 sv 此處取 123 1 0in 50insvrr 使用壽命 按 Th 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 wf 1 25wf 壽命 以 轉(zhuǎn)為 1 單位 L600 83 min6svnrL 66 1507 1T 337 2381 6wmCLfFN 3 3 3 滾珠絲杠螺母副的選型 查閱附錄 A 表 A 2 可采用 外循環(huán)螺紋調(diào)整浴巾的雙1W406 螺母滾珠絲杠副 1 列 2 5 圈 其額定動(dòng)負(fù)載為 164000N 進(jìn)度等級(jí) 按表 4 6 選為 3 級(jí) 大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn) E 級(jí) 3 3 4 傳動(dòng)效率計(jì)算 1280 6CN 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 tan 式中 螺旋升角 1W406L24 摩擦角 取 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0 3 4 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果tantan2 9 410 3 3 5 剛度計(jì)算 先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖 如圖 3 1 所示 最大 牽引力為 2530N 支承間距 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊 150Lm 預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 3 圖 3 1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 1 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 查 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P17 圖 4 2 根據(jù) 查出 2530 4mFNDm 501 2L 可算出 52101 8L m 由于兩端均采用向心推力球軸承 且絲杠又進(jìn)行了 預(yù)拉伸 故其 拉壓剛度可以提高 4 倍 其實(shí)際變形量 為 1 m 0 94 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 211 0 45 2 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 查 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P18 圖 4 3 W 系列 2 5 圈滾珠和螺紋滾道接觸 變形量 因進(jìn)行預(yù)緊 2 6 4m 21 6 432m 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3 采用 51107 舊代號(hào)為 8107 型推力球軸承 滾動(dòng)135dm 體直徑 滾動(dòng)體數(shù)量 z 18 6 35Qdm 332 230 40 46 518mQFdZ 75 注 此公式中的 單位應(yīng)為 kgf mF 因施加預(yù)緊力 故 31 0 75 382m 據(jù)以上計(jì)算 123 0 45 1 定 位 精 度 3 3 6 穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端采用推力軸承 不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象 不需要作穩(wěn) 定性校核 3 3 7 縱向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) 如下表 3 1 0 15m 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 表 3 1 滾珠絲杠的幾何參數(shù)1W406L 名稱 符號(hào) 參 數(shù) 公稱直徑 0d40 導(dǎo) 程 L6 接觸角 24 鋼球直徑 mm qd3 969 滾道法面半徑 R0 52qd 2 064 偏心距 esin 0 056 螺 紋 滾 道 螺紋升角 0taLc 24 螺桿外徑 d0 25 qd 39 螺桿內(nèi)徑 11eR 35 984 螺 桿 螺桿接觸直徑 z0coszqd 36 0355 螺 母 螺母螺紋直徑 D2e 44 016 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 螺母內(nèi)徑 1D0 25 qdd 40 7938 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 已取得縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 滾珠絲杠導(dǎo)程 0 1p 06Lm 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角 可計(jì)算出傳動(dòng)比 6 i 可選定齒輪齒數(shù)為 1236zi 故 取 模數(shù) 取 2 5 有關(guān)參數(shù)表 3 2 1236zm 表 3 2 傳動(dòng)齒輪的幾何參數(shù) 齒 輪 編 號(hào) 1z23z 齒數(shù) 32 32 24 分度圓 dmz 80 80 60 齒頂圓 2a 85 85 60 齒根圓 1 5f 73 75 73 75 53 75 齒寬 60 20 20 15 中心距 12Ad 80 70 1i 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 3 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 3 5 1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 3 1 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可由下式計(jì)算 2 Jkgcm 2201 MSLZGJJg 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 式中 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 2 kgcm 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量121Z2 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 S 2 參考同類型機(jī)床 初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 其轉(zhuǎn)子慣量1035BYG218MJkgcm 34341210 78 782JdL 26 39kgcm 342509 S kgcm 80GN 式中 齒輪 的分度圓直徑 1d21Z2 齒輪 的齒寬 L 代入上式 2201 MSLZGJJg 2 238 686 90 6 9 5 9 2 415MJ 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 261 47kgcm 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題 243 7MJkgc 158 基本滿足慣量匹配的要求 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 5 2 電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下 其所需轉(zhuǎn)矩不同 下面分別按各階段計(jì)算 1 快速空載起動(dòng)力矩 M起 在快速空載起動(dòng)階段加速力矩占的比例較大 具體計(jì)算公式如下 0f a mx起 22maxmax10166nnJJtt 將前面的數(shù)據(jù)帶入 式中各符號(hào)意義同前 max40 6 7in36 13bpvnr 起動(dòng)加速時(shí)間 0ats2 2max06 710 463nMJt mx 149 8Nc 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 f 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 0021 2ZffFGLLMiz 16538 67 Ncm 附加摩擦力矩 0 10220302pomFLFLMiz 1356 92 8 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果0 519 3Nm 上述三項(xiàng)合計(jì) 0fM a mx起 1429 87 15362 98c 2 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 快 0 f Nm 快 3 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切 002xftfFLMMi 切 134 617 528 0 9 Ncm 從上面計(jì)算可以看出 和 三種工況下 以快速空起 快 切 載起動(dòng)所需力矩最大 此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù) 從課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P36 表 4 13 查出 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 時(shí) max0 86qjM 最大靜力矩 152 961804 j Ncm 按此最大靜轉(zhuǎn)矩從下表 3 3 由網(wǎng)址 和 110BYG3503 型最大靜轉(zhuǎn)矩為 大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩 可作為20N 初選型號(hào) 但還必須進(jìn)一步校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻 特性 如下表 3 3 所示 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 5 3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 max1004 6 716061kpvf Hz sepf 從上表 3 3 查出 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率為 圖 3 2 http hx uct2 htm 查出運(yùn)行頻160Hz 率為 且根據(jù)下圖 3 2 藍(lán)色背景區(qū)所示可知其運(yùn)行距頻特5 性 表 3 3 110BYG350 系列電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 型 號(hào) 步 距 角 相 數(shù) 電壓 線 電 流 靜轉(zhuǎn) 矩 空載 起動(dòng) 頻率 空載運(yùn) 行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 機(jī)身長(zhǎng) 單 位 度 V A N m KHZ KHZ kg cm2 mm 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 110BYG3501 0 6 3 110 220 5 12 1600 30 11 144 110BYG3502 0 6 3 110 220 5 16 1600 30 15 182 110BYG3503 0 6 3 110 220 5 20 1600 30 18 261 圖 3 2 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 從圖 3 2 看出 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 若 則160fHz 起 能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩 可18MNm 52 98Ncm 直接起動(dòng) 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí) 根據(jù)圖 3 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性知 時(shí) 左右 大于 完6 7efHz18 3Nm max1804 jMc 全可以滿足要求 第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō)明 4 1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié) 由于系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 故采用脈沖信號(hào)的變化來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速 進(jìn)而通過(guò)齒輪箱到絲杠軸 對(duì)大托板的縱向進(jìn)給速度進(jìn)行控制 4 2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 由裝配圖可知 在絲杠軸的兩端各裝有一對(duì)鎖緊螺母 預(yù)緊螺母 可有這對(duì)螺母對(duì)絲杠軸的軸向預(yù)緊進(jìn)行調(diào)整 并起到定位作用 每 組支承部件的另一端 即與鎖緊螺母對(duì)應(yīng)的那端采用端蓋定位 在絲 杠副的一端也采用端蓋定位 另一端為鎖緊螺母 既預(yù)緊又定位 結(jié)論部分 經(jīng)過(guò)計(jì)算 校核 設(shè)計(jì) 表明改造任務(wù)的初步設(shè)計(jì)合理 數(shù)據(jù)準(zhǔn) 確 現(xiàn)改造方案已設(shè)計(jì)成圖紙 見(jiàn)裝配圖 圖 01 和零件圖 圖 02 該改造設(shè)計(jì)相對(duì)普通車床來(lái)說(shuō) 提高了自動(dòng)化程度 加入了計(jì)算機(jī) 控制 操作 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化 既能降低能耗 又能提高了工作效率 但 是設(shè)計(jì)者由于能力有限 經(jīng)驗(yàn)寒酸 時(shí)間緊迫 設(shè)計(jì)及圖紙中難免有 不妥甚至是重大錯(cuò)誤 望老師和同學(xué)指正 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 設(shè)計(jì)體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 發(fā)現(xiàn) 提出 分析和解決實(shí)際問(wèn)題 鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié) 是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程 回顧起 此次課程設(shè)計(jì) 我感慨頗多 在整整三星期的日子里 可以說(shuō)得是苦多于甜 但是總體來(lái)講 效果還是很好 的 不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí) 還學(xué)到了很多在書本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí) 整個(gè)設(shè) 計(jì)過(guò)程不能說(shuō)是困難重重 難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題 和第一次課程設(shè)計(jì)相比 力不從心的感覺(jué)不再那么強(qiáng)烈 但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)了自己許多不足之處 使自己認(rèn)識(shí)到對(duì)以前所學(xué)知識(shí)理解得不夠深刻 掌握得不夠牢固 比如說(shuō)螺釘?shù)漠?法根本沒(méi)有掌握 全篇的螺釘沒(méi)有一個(gè)畫對(duì) 箱體壁厚取值太小 電機(jī)無(wú)法固定 并出現(xiàn)設(shè)計(jì)太隨意 尺寸隨意取 以至于設(shè)計(jì)方案難以加工 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性 只有理論知識(shí)是遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠的 只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái) 從理論中得出結(jié)論 才能真 正為社會(huì)服務(wù) 從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力 通過(guò)這次課程設(shè) 計(jì)之后 一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了 雖然很累 但看到趙老師每天都來(lái)給我們指導(dǎo) 并且還帶大四的畢業(yè)設(shè)計(jì) 又要忙評(píng)估的事情 就又感覺(jué)到累其實(shí)是充實(shí) 是她讓 我學(xué)到了很多書本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí) 在此 對(duì)她孜孜不倦的指導(dǎo)和和藹可親的態(tài) 度表示崇高的敬意的真摯的感謝 同時(shí) 對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和其他指導(dǎo)老師 表示忠心的感謝 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 參考文獻(xiàn) 查閱的圖書如下 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 趙洪兵主編 西安石油大學(xué)出版 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 朱林主編 石油工業(yè)出版社出版 機(jī)械零件手冊(cè) 第五版 周開(kāi)勤主編 高等教育出版社出版 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 機(jī)械制圖 第五版 高等教育出版社出版 機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴 紀(jì)名剛主編 高等教育出版社出版 幾何量公差與檢測(cè) 甘永立主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版 查閱的網(wǎng)站如下 http www hx http www baolai http hx 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 1 目錄 摘要及關(guān)鍵 詞 3 正 文 4 前言部 分 4 本論部 分 5 第 1 章 緒 論 5 1 1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè) 計(jì) 5 1 2 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 2 計(jì) 5 第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè) 計(jì) 6 2 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 書 6 2 2 總體方案設(shè) 計(jì) 7 第 3 章 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè) 計(jì) 9 3 1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng) 量 9 3 2 計(jì)算切削 力 9 3 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型 縱向進(jìn)給絲杠 9 3 4 齒輪傳動(dòng)比計(jì) 算 14 3 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選 型 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 3 14 第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō) 明 19 4 1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào) 節(jié) 19 4 2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定 位 19 結(jié)論部 分 19 設(shè)計(jì)體 會(huì) 20 參考文 獻(xiàn) 21 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 4 摘要及關(guān)鍵詞 摘要 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品 在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大 的作用 很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜 精密 批量小 多變 零件的加工問(wèn)題 且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量 大幅度地提高生產(chǎn)效率 但從目前企業(yè)面臨的情況看 因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴 一次性投資較大使 企業(yè)心有余而力不足 我國(guó)作為機(jī)床大國(guó) 擁有大量的普通機(jī)床 因此 對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的選擇 關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 5 正文 前言部分 計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展 推動(dòng)了機(jī)械加工在各方面的變革和進(jìn)步 典型的數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)代加工器械的鮮明代表 考慮到企業(yè)的生產(chǎn)效率和投入成 本 普通車床的數(shù)控化改造將是一個(gè)極為有意義的課題 普通車床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 作為機(jī)械設(shè) 計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生 這次設(shè)計(jì)是本人在學(xué)習(xí)完 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床 等專業(yè)課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 通過(guò)綜合運(yùn)用所 學(xué)的機(jī)械 電子 自動(dòng)控制 微機(jī)等知識(shí) 進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練 以培養(yǎng) 獨(dú)立分析問(wèn)題 解決問(wèn)題和進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的能力 此設(shè)計(jì)過(guò)程為期 三個(gè)星期 在趙洪兵的指導(dǎo)下 本人將對(duì)普通車床進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給的改造 由于學(xué)生水平有限 在設(shè)計(jì)乃至計(jì)算過(guò)程中難免會(huì)有一些錯(cuò)誤 望各位老師及 同學(xué)指點(diǎn)賜教 不勝感激 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 6 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 本論部分 第 1 章 緒論 1 1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì) 1 1 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 題目 2 原始數(shù)據(jù) 3 主要技術(shù)參數(shù) 4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 1 1 2 總體方案設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定 2 伺服系統(tǒng)的選擇 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 1 2 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 1 2 1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 1 2 2 計(jì)算切削力 1 2 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型 縱向進(jìn)給絲杠 1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m FN 2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C 3 滾珠絲杠螺母副的選型 4 傳動(dòng)效率計(jì)算 5 剛度計(jì)算 6 穩(wěn)定性校核 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 7 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 1 2 4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 1 2 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 2 電機(jī)力矩計(jì)算 3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 1 2 6 設(shè)計(jì)繪制伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械裝配圖 第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì) 2 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 1 1 題目 普通車床的機(jī)電一體化改造 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 2 原始數(shù)據(jù) 最大共建回轉(zhuǎn)直徑 在床身上 D 400 毫米在床鞍上 D 210 毫米 最大工件長(zhǎng)度 1000 毫米 主電動(dòng)機(jī)功率 7 5 千瓦 轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn) 分 2 1 3 主要技術(shù)參數(shù) 均為縱向 最大進(jìn)給速度 1 0 米 分 最大快移速度 4 米 分 起動(dòng)加速時(shí)間 30 毫秒 移動(dòng)部件重量 80 公斤 機(jī)床定位精度 0 015 毫米 2 1 4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 對(duì) CA6140 型普通車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造 主要設(shè)計(jì)內(nèi) 容及要求如下 1 采用開(kāi)環(huán)控制 選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)并確定伺服傳動(dòng)系統(tǒng)方案 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 8 2 設(shè)計(jì)改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)原理框圖 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 設(shè)計(jì)繪制改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 0 號(hào)圖紙 一張 4 設(shè)計(jì)繪制主要零件圖一張 由指導(dǎo)老師制定 5 撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份 正文字?jǐn)?shù)不少于 0 8 萬(wàn)字 設(shè)計(jì)說(shuō) 明書應(yīng)包含如下內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù)書 目錄 摘要及關(guān)鍵詞 前言 正文 包括方案設(shè)計(jì) 與比較論證 理論分析計(jì)算 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明與簡(jiǎn)圖等 小結(jié) 參 考文獻(xiàn) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書語(yǔ)言要流暢 書寫要工整 一律使用鋼筆書寫 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 2 2 1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位 直線插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ) 暫停 循環(huán)加工 螺紋加工等功能 所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng) 2 2 2 伺服系統(tǒng)的選擇 應(yīng)任務(wù)書的要求 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 2 2 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性 盡量減小摩擦力 選用滾珠 絲杠螺母副 同時(shí) 若直接將電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)必會(huì)引起絲杠溫度過(guò) 高即磨損加劇使其壽命降低 故在其兩者之間加一消隙齒輪箱 一使 絲杠速度降低 二則消除系統(tǒng)傳動(dòng)中的間隙 提高傳動(dòng)精度 并有效 減少反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)現(xiàn)象 消隙齒輪箱與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接 這樣便確定了如下圖 2 1 所示的傳動(dòng)方案 電機(jī) 消隙齒輪箱 滾珠絲杠螺母副 工作臺(tái) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 9 圖 2 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 2 2 4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 根據(jù)機(jī)床要求 本著經(jīng)濟(jì)耐用的原則 確定采用 8 位機(jī) MCS 51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品 8031 8051 和 8751 由于 MCS 51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊 湊 故對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合 MCS 51 系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片 8031 外擴(kuò)一片 EPROM 就能滿足開(kāi)環(huán)控制的要求 8031 單片機(jī)內(nèi)含 4kb EEPROM 程序存儲(chǔ)器 具有功耗低 抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn) 數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器 WM0016DRH 是一種多功能非易失性 SRAM 8031 單片機(jī)高速 高抗干擾自保持 不怕掉電 上下電百萬(wàn)次數(shù)據(jù)無(wú)丟失 斷電保護(hù) 10 年有效 既可高速連續(xù)讀寫 也可任意地址單字節(jié)操作 無(wú)需拼 湊頁(yè)面 隨機(jī)讀寫不需等待 立即有效 輸入輸出 TTL CMOS 兼容 上電復(fù)位輸出 掉電保護(hù) 內(nèi)置看門狗 電源監(jiān)測(cè) 不用外加電路和 電池 且引腳與標(biāo)準(zhǔn) SRAM 兼容 8031 單片機(jī)價(jià)格低 使用靈活 其特點(diǎn)具具體如下 1 具有功能很強(qiáng)的 8 位中央處理單元 CPU 2 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路 6MH 或 12MH 3 片內(nèi)具有 128 字節(jié)的 RAM 4 具有 21 個(gè)特殊寄存器 5 可擴(kuò)展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ) 器 6 具有 4 個(gè) I O 口 32 根 I O 線 7 具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 8 具有 5 個(gè)中斷源 配備 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 9 具有一個(gè)全雙功串行接口 10 具有位尋址能力 適用邏輯運(yùn)算 選用 8031 單片機(jī) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 10 從上述特性可看出這種 8031 芯片集成度高 功能強(qiáng) 只需增加 少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng) 故應(yīng)選用 8031 單片 機(jī) 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 第 3 章 開(kāi)環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3 1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量 縱向 0 01mm 步 橫向 0 005mm 步 3 2 計(jì)算切削力 確定切削力 縱車外圓 主切削力 按經(jīng)驗(yàn)公式估算 ZFN 1 51 5max0674036DN 按切削力各分力比例 zy 2F 取 3x y560 41 3 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型 縱向進(jìn)給絲杠 3 3 1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m FN 縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 xzKfFG 1 5340 16 5308 2530N 式中 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 綜合導(dǎo)軌取 K 1 K 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f 8 5360ZFN 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 11 溜板及刀架重力 Gg80180NkgGm 3 3 2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C3 wmLfF 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果601nT 0svL 式中 滾珠絲杠導(dǎo)程 初選 0L6m 最大切削力下的進(jìn)給速度 可取最大進(jìn)給速度的 sv 此處取 123 1 0in 50insvrr 使用壽命 按 Th 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 wf 1 25wf 壽命 以 轉(zhuǎn)為 1 單位 L600 83 min6svnrL 66 1507 1T 337 2381 6wmCLfFN 3 3 3 滾珠絲杠螺母副的選型 查閱附錄 A 表 A 2 可采用 外循環(huán)螺紋調(diào)整浴巾的雙1W406 螺母滾珠絲杠副 1 列 2 5 圈 其額定動(dòng)負(fù)載為 164000N 進(jìn)度等級(jí) 按表 4 6 選為 3 級(jí) 大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn) E 級(jí) 3 3 4 傳動(dòng)效率計(jì)算 1280 6CN 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 12 tan 式中 螺旋升角 1W406L24 摩擦角 取 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0 3 4 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果tantan2 9 410 3 3 5 剛度計(jì)算 先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖 如圖 3 1 所示 最大 牽引力為 2530N 支承間距 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊 150Lm 預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 3 圖 3 1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 1 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 查 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P17 圖 4 2 根據(jù) 查出 2530 4mFNDm 501 2L 可算出 52101 8L m 由于兩端均采用向心推力球軸承 且絲杠又進(jìn)行了 預(yù)拉伸 故其 拉壓剛度可以提高 4 倍 其實(shí)際變形量 為 1 m 0 94 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 13 211 0 45 2 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 查 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P18 圖 4 3 W 系列 2 5 圈滾珠和螺紋滾道接觸 變形量 因進(jìn)行預(yù)緊 2 6 4m 21 6 432m 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3 采用 51107 舊代號(hào)為 8107 型推力球軸承 滾動(dòng)135dm 體直徑 滾動(dòng)體數(shù)量 z 18 6 35Qdm 332 230 40 46 518mQFdZ 75 注 此公式中的 單位應(yīng)為 kgf mF 因施加預(yù)緊力 故 31 0 75 382m 據(jù)以上計(jì)算 123 0 45 1 定 位 精 度 3 3 6 穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端采用推力軸承 不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象 不需要作穩(wěn) 定性校核 3 3 7 縱向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) 如下表 3 1 0 15m 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 14 表 3 1 滾珠絲杠的幾何參數(shù)1W406L 名稱 符號(hào) 參 數(shù) 公稱直徑 0d40 導(dǎo) 程 L6 接觸角 24 鋼球直徑 mm qd3 969 滾道法面半徑 R0 52qd 2 064 偏心距 esin 0 056 螺 紋 滾 道 螺紋升角 0taLc 24 螺桿外徑 d0 25 qd 39 螺桿內(nèi)徑 11eR 35 984 螺 桿 螺桿接觸直徑 z0coszqd 36 0355 螺 母 螺母螺紋直徑 D2e 44 016 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 15 螺母內(nèi)徑 1D0 25 qdd 40 7938 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 已取得縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 滾珠絲杠導(dǎo)程 0 1p 06Lm 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角 可計(jì)算出傳動(dòng)比 6 i 可選定齒輪齒數(shù)為 1236zi 故 取 模數(shù) 取 2 5 有關(guān)參數(shù)表 3 2 1236zm 表 3 2 傳動(dòng)齒輪的幾何參數(shù) 齒 輪 編 號(hào) 1z23z 齒數(shù) 32 32 24 分度圓 dmz 80 80 60 齒頂圓 2a 85 85 60 齒根圓 1 5f 73 75 73 75 53 75 齒寬 60 20 20 15 中心距 12Ad 80 70 1i 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 16 3 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 3 5 1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 3 1 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可由下式計(jì)算 2 Jkgcm 2201 MSLZGJJg 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 式中 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 2 kgcm 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量121Z2 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 S 2 參考同類型機(jī)床 初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 其轉(zhuǎn)子慣量1035BYG218MJkgcm 34341210 78 782JdL 26 39kgcm 342509 S kgcm 80GN 式中 齒輪 的分度圓直徑 1d21Z2 齒輪 的齒寬 L 代入上式 2201 MSLZGJJg 2 238 686 90 6 9 5 9 2 415MJ 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 17 261 47kgcm 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題 243 7MJkgc 158 基本滿足慣量匹配的要求 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 5 2 電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下 其所需轉(zhuǎn)矩不同 下面分別按各階段計(jì)算 1 快速空載起動(dòng)力矩 M起 在快速空載起動(dòng)階段加速力矩占的比例較大 具體計(jì)算公式如下 0f a mx起 22maxmax10166nnJJtt 將前面的數(shù)據(jù)帶入 式中各符號(hào)意義同前 max40 6 7in36 13bpvnr 起動(dòng)加速時(shí)間 0ats2 2max06 710 463nMJt mx 149 8Nc 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 f 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 18 0021 2ZffFGLLMiz 16538 67 Ncm 附加摩擦力矩 0 10220302pomFLFLMiz 1356 92 8 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果0 519 3Nm 上述三項(xiàng)合計(jì) 0fM a mx起 1429 87 15362 98c 2 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 快 0 f Nm 快 3 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切 002xftfFLMMi 切 134 617 528 0 9 Ncm 從上面計(jì)算可以看出 和 三種工況下 以快速空起 快 切 載起動(dòng)所需力矩最大 此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù) 從課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P36 表 4 13 查出 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 19 時(shí) max0 86qjM 最大靜力矩 152 961804 j Ncm 按此最大靜轉(zhuǎn)矩從下表 3 3 由網(wǎng)址 和 110BYG3503 型最大靜轉(zhuǎn)矩為 大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩 可作為20N 初選型號(hào) 但還必須進(jìn)一步校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻 特性 如下表 3 3 所示 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 3 5 3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 max1004 6 716061kpvf Hz sepf 從上表 3 3 查出 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率為 圖 3 2 http hx uct2 htm 查出運(yùn)行頻160Hz 率為 且根據(jù)下圖 3 2 藍(lán)色背景區(qū)所示可知其運(yùn)行距頻特5 性 表 3 3 110BYG350 系列電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 型 號(hào) 步 距 角 相 數(shù) 電壓 線 電 流 靜轉(zhuǎn) 矩 空載 起動(dòng) 頻率 空載運(yùn) 行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 機(jī)身長(zhǎng) 單 位 度 V A N m KHZ KHZ kg cm2 mm 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 20 110BYG3501 0 6 3 110 220 5 12 1600 30 11 144 110BYG3502 0 6 3 110 220 5 16 1600 30 15 182 110BYG3503 0 6 3 110 220 5 20 1600 30 18 261 圖 3 2 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性 計(jì) 算 及 說(shuō) 明 結(jié)果 從圖 3 2 看出 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 若 則160fHz 起 能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩 可18MNm 52 98Ncm 直接起動(dòng) 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí) 根據(jù)圖 3 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性知 時(shí) 左右 大于 完6 7efHz18 3Nm max1804 jMc 全可以滿足要求 第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō)明 4 1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié) 由于系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 故采用脈沖信號(hào)的變化來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速 進(jìn)而通過(guò)齒輪箱到絲杠軸 對(duì)大托板的縱向進(jìn)給速度進(jìn)行控制 4 2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 21 由裝配圖可知 在絲杠軸的兩端各裝有一對(duì)鎖緊螺母 預(yù)緊螺母 可有這對(duì)螺母對(duì)絲杠軸的軸向預(yù)緊進(jìn)行調(diào)整 并起到定位作用 每 組支承部件的另一端 即與鎖緊螺母對(duì)應(yīng)的那端采用端蓋定位 在絲 杠副的一端也采用端蓋定位 另一端為鎖緊螺母 既預(yù)緊又定位 結(jié)論部分 經(jīng)過(guò)計(jì)算 校核 設(shè)計(jì) 表明改造任務(wù)的初步設(shè)計(jì)合理 數(shù)據(jù)準(zhǔn) 確 現(xiàn)改造方案已設(shè)計(jì)成圖紙 見(jiàn)裝配圖 圖 01 和零件圖 圖 02 該改造設(shè)計(jì)相對(duì)普通車床來(lái)說(shuō) 提高了自動(dòng)化程度 加入了計(jì)算機(jī) 控制 操作 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化 既能降低能耗 又能提高了工作效率 但 是設(shè)計(jì)者由于能力有限 經(jīng)驗(yàn)寒酸 時(shí)間緊迫 設(shè)計(jì)及圖紙中難免有 不妥甚至是重大錯(cuò)誤 望老師和同學(xué)指正 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 22 設(shè)計(jì)體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 發(fā)現(xiàn) 提出 分析和解決實(shí)際問(wèn)題 鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié) 是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程 回顧起 此次課程設(shè)計(jì) 我感慨頗多 在整整三星期的日子里 可以說(shuō)得是苦多于甜 但是總體來(lái)講 效果還是很好 的 不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí) 還學(xué)到了很多在書本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí) 整個(gè)設(shè) 計(jì)過(guò)程不能說(shuō)是困難重重 難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題 和第一次課程設(shè)計(jì)相比 力不從心的感覺(jué)不再那么強(qiáng)烈 但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)了自己許多不足之處 使自己認(rèn)識(shí)到對(duì)以前所學(xué)知識(shí)理解得不夠深刻 掌握得不夠牢固 比如說(shuō)螺釘?shù)漠?法根本沒(méi)有掌握 全篇的螺釘沒(méi)有一個(gè)畫對(duì) 箱體壁厚取值太小 電機(jī)無(wú)法固定 并出現(xiàn)設(shè)計(jì)太隨意 尺寸隨意取 以至于設(shè)計(jì)方案難以加工 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性 只有理論知識(shí)是遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠的 只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái) 從理論中得出結(jié)論 才能真 正為社會(huì)服務(wù) 從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力 通過(guò)這次課程設(shè) 計(jì)之后 一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了 雖然很累 但看到趙老師每天都來(lái)給我們指導(dǎo) 并且還帶大四的畢業(yè)設(shè)計(jì) 又要忙評(píng)估的事情 就又感覺(jué)到累其實(shí)是充實(shí) 是她讓 我學(xué)到了很多書本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí) 在此 對(duì)她孜孜不倦的指導(dǎo)和和藹可親的態(tài) 度表示崇高的敬意的真摯的感謝 同時(shí) 對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和其他指導(dǎo)老師 表示忠心的感謝 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 開(kāi)環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 23 參考文獻(xiàn) 查閱的圖書如下 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 趙洪兵主編 西安石油大學(xué)出版 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 朱林主編 石油工業(yè)出版社出版 機(jī)械零件手冊(cè) 第五版 周開(kāi)勤主編 高等教育出版社出版 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 機(jī)械制圖 第五版 高等教育出版社出版 機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴 紀(jì)名剛主編 高等教育出版社出版 幾何量公差與檢測(cè) 甘永立主編 上海科學(xué)技術(shù)出版社出版 查閱的網(wǎng)站如下 http www hx http www baolai http hx