【正文】 某某學院畢業(yè)設計（論文）某某學院畢業(yè)設計（論文） CA6140車床縱向開環(huán)系統(tǒng)設計 專 業(yè) 機械設計與制造 所 在 系 機電工程系 摘 要 數(shù)控機床作為機、電、液、氣等一體化的典型產品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產品的加工質量，大幅度地提高生產效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機床價格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機床大國，擁有大量的普通機床。因此，對普通機床數(shù)控化改造不失為一種較好的選擇。 而且選用連續(xù)控制系統(tǒng)改造后的經濟型數(shù)控車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能。考慮到經濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)，有利于機床的高效，普及。關鍵詞： 機電一體化； 開環(huán)控制縱向進給系統(tǒng)設計； 步進電動機Abstract CNC machine tools as mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic and other typical product integration, played a huge role in the machinery manufacturing industry, very good solution to a plex structure in modern mechanical manufacture, precision, small batch, changing parts of the processing problems, and stable product quality, dramatically increasing productivity. But look on the current business situation, due to more expensive CNC machine tool, onetime investment large enterprises the flesh is weak. As the machine power in China, has a large number of mon machine tools. Therefore, ordinary numerical control transformation of machine tool is a good choice. And choose the continuous transformation of control system of CNC lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, pause, loop processing, thread processing and other functions. Taking into account the economical numerical control machine tool accuracy is not high, in order to simplify the structure, reducing costs, using openloop stepper motor control systems, machinefriendly and efficient, universal. Keywords: Mechanicalelectrical integration ；Openloop control length feed system design ；Ball screw nut pair； stepper motor目 錄第一章緒論 1 設計的目的 1 設計的內容 1 1 進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 2 2 2 設計任務 3 題目 3 3 給定條件 3 設計要求 3第二章微型數(shù)控系統(tǒng)總體設計方案的擬定 4 總體方案的確定 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 計算機系統(tǒng) 機床傳動方式 4第三章機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 5 系統(tǒng)脈沖當量及切削力的確定 5 切削力的計算 5 滾珠絲杠螺母副的設計、計算和選型 5第四章 進給伺服系統(tǒng)傳動計算 10 齒輪傳動比計算(縱向進給齒輪箱傳動比計算) 10 齒輪齒數(shù)及技術參數(shù) 10 步進電機的計算和選用 1初選步進電機 11 、根據(jù)草圖校核步進電機轉矩 12 等效轉動慣量計算 14 電機力矩計算 15 計算步進電動機空載起動頻率和切削時的工作頻率 17第五章 微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 19 單片機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計內容 1繪制系統(tǒng)電器控制的結構框圖 19，CPU的選擇應考慮以下因素 19 1I/O口接口電路設計 20 MCS—51系列單片機的選用 20 存儲器擴展電路設計 2程序存儲器的擴展 24 數(shù)據(jù)存儲器的擴展 27 譯碼電路設計 27 I/O接口電路及輔助電路設計 28第六章 數(shù)控機床的加工程序編制 31 經濟型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)的程序編制說明 31 加工說明及工藝路線設計 31 零件加工工序 32總 結 34致 謝 35參考文獻 36第一章緒論 設計的目的畢業(yè)設計是培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際，解決生產實際問題能力的重要步驟，它起到了畢業(yè)設計的作用。 它通過對機床數(shù)控系統(tǒng)設計總體方案的擬定，,進行一次全面結合的訓練。從而培養(yǎng)了我們具有加工編程能力，初步設計計算的能力以及分析和處理生產中所遇到的各方面技術問題的能力。 設計的內容 （1）系統(tǒng)運動方式的確定（2）伺服系統(tǒng)的選擇：采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng) （3）執(zhí)行機構傳動方式的確定： 為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，若直接將電機與滾珠絲杠聯(lián)必會引起絲杠溫度過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)傳動中的間隙，提高傳動精度，并有效減少反向運動死區(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21所示的傳動方案。電機消隙齒輪箱滾珠絲杠螺母副工作臺圖21 執(zhí)行機構傳動方案（4）計算機的選擇。 進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算（1）進給伺服系統(tǒng)機械部分設計方案的確定。 （2）確定脈沖當量。 （3）滾珠絲杠螺母副的選型。 （4）滾動導軌的選型。 （5）進給伺服系統(tǒng)傳動計算。 （6）步進電機的計算和選用。 （7）設計繪制進給伺服系統(tǒng)一個坐標軸的機械裝配圖。（8）設計繪制進給伺服系統(tǒng)的一張或兩張零件圖。 （1）控制系統(tǒng)方案的確定及框圖繪制。 （2）MCS51系列單片機及擴展芯片的選用。 （3）I/O接口電路及譯碼電路的設計。 （4）設計繪制一臺數(shù)控機床微機控制系統(tǒng)電路原理圖。（1）零件工藝分析及確定工藝路線。 （2）選擇數(shù)控機床設備。 （3）確定對刀點。 （4）選擇刀具。 （5）確定切削用量。 （6）編制加工程序。 設計任務 題目: 《CA6140車床縱向開環(huán)系統(tǒng)設計》: （1）根據(jù)機床總體布局,分析設計方案,并最終確定微機控制系統(tǒng)方案。 （2）進行機械伺服機構的設計計算,繪制機械裝配圖及其部分零件圖(1—2個）（3）查找微機控制系統(tǒng)電路原理圖； （4）編制零件的數(shù)控加工程序；（5）攥寫說明書一分； 給定條件: （1）縱向移動部件總重量 200kg （2）縱向定位精度 177。 （3）最大移動速度（快進） （4）最大進給速度（工進） 158ｍm/min （5）縱向進給切削力（Z向） 1800N （6）垂直切削力（Y向） 5000N （7）控制系統(tǒng)用CPU 8031單片機 設計要求:（1）機械結構設計合理,控制系統(tǒng)功能完備,原理正確,制圖符合國家標準,圖面 整潔。 （2）設計說明書論述清楚,計算無誤,數(shù)值單位明確,引用公式及資料有出處。第二章微型數(shù)控系統(tǒng)總體設計方案的擬定 總體方案的確定、系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經濟型數(shù)控車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應該選用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到經濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。、計算機系統(tǒng) 根據(jù)機床要求，采用8位機。由于MCS—51系列單片機的特點之一是硬件設計簡單，系統(tǒng)結構緊湊。對于簡單的應用場合，MCS—51系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片8031外擴一片EPROM就能滿足功能的要求，對于復雜的應用場合，可以利用MCS—51的擴展功能，構成功能強、規(guī)模較大的系統(tǒng)。所以應選用8031單片機是符合經濟數(shù)控機床電路設計的。、機床傳動方式 為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動絲杠。為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載荷的結構。傳動齒輪也要采用消除齒側間隙的結構。 第三章機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 伺服系統(tǒng)機械部分設計計算內容包括：確定系統(tǒng)的負載，確定系統(tǒng)脈沖當量，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩機計算，確定伺服電機，繪制機械部分裝配圖及零件工作圖等?，F(xiàn)分述如下： 系統(tǒng)脈沖當量及切削力的確定 脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù)。經濟型數(shù)控車床、 ~,根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量,縱向: （） 切削力的計算 確定切削力 (縱車外圓): 主切削力按經驗公式估算： 按切削力各分力比例： ?。? 滾珠絲杠螺母副的設計、計算和選型 滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。珠絲杠滾副的預緊方法有：雙螺母墊片式預緊，雙螺母螺紋式預緊，雙螺母齒差式預緊，單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等幾種。一