【正文】 34） 0 .5 ( )x y Z x yP F W?? （ 35） xP = (F )xW? =(2020+936)=1468N yP =1368N 0XC = SL xfP=4? 1468=5872N 0YC =5472N 根據(jù)計算額定靜荷載初選導(dǎo)軌： 選擇 HJGA 系列滾動直線導(dǎo)軌，其型號為： HJGDA45A，如圖 32 所示： 圖 32 滾動直線導(dǎo)軌副 其參數(shù)如表 、表 ： 表 滾動直線導(dǎo)軌副的參數(shù) 額定載荷 /N 靜態(tài)力矩 /N*M 滑塊 導(dǎo)軌 導(dǎo)軌長度 動載荷 C 靜載荷C0 AT BT CT gK /gKm L(mm) 5500 8770 3 700 表 滾動直線導(dǎo)軌副的參數(shù) 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復(fù)次數(shù) M SL n 2 4 導(dǎo)軌的額定動載荷 17500aCN? ……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 14 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 滾珠絲杠螺母副類型選擇 選用外循環(huán)，墊片式預(yù)緊方式的滾珠絲杠螺母副。 L0———滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L0=6mm； v———最大切削力下的進(jìn)給速度 af———每齒進(jìn)給量（ mm/齒） af=Z———銑刀齒數(shù)， Z=4 n———銑刀轉(zhuǎn)速，區(qū)別與以上絲杠轉(zhuǎn)速 n，取為 600r/min v=4600=168 r/min n= 01000Lv =(1000168)/6=28000 minr 660L = = ( 6 0 2 8 0 0 0 1 5 0 0 0 ) / = 2 5 2 0 0 ( r )10 nt?? ?? mmFfLC 3? = 3 25200 = 因為 Ca C? ，所以所選滾珠絲杠螺母副符合最大動載荷要求。失穩(wěn)時的載荷 KF 為： （ 312） 10 N??4422 10 10540? ? ? ? ?[8]2zK f EIF L??……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 其中， ?zf （絲杠承載方式系數(shù)，選用一端固定，一端浮動方式）， I 為截面慣量距， mmmmdI 7441 ????? ?? 臨界載荷 KF 與絲杠工作載荷 mF 之比稱 為穩(wěn)定性安全系數(shù) kn ，如果 kn 大于需用穩(wěn)定安全系數(shù) ??kn ，則該滾珠絲杠就不會失穩(wěn)。大部分帶傳動是依靠擾性傳動與帶輪間的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力的，銑床方面的傳動還有電機(jī)直連式，在此選擇了帶傳動的方式，帶傳動簡單，而且效率高，選擇的傳動比 i=2 （ 4）小帶輪齒數(shù) 1Z 根據(jù)帶型 XL 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 1n ，由表查得小帶輪的最小齒數(shù) minZ =12，此處取1Z =12，則大帶輪的齒數(shù) 2Z = 1iZ? =24 （ 5）小帶輪的節(jié)圓直徑 1d , mmPZd B ???? ?? （ 314） 查表得其外徑 1ad = 1d 2δ== 其中 2δ 為節(jié)根距 （ 6）大帶輪節(jié)圓直徑 2d mmpzd b 2 ???? ?? （ 315） 查表得其外徑 ?222 ?? dda =—= （ 7）帶傳動速度 v 11 ??? （ 316） 確定帶輪的中心距 （ 1）初定軸間距 0a 查機(jī)械設(shè)計手冊得 ? ?21021 2)( ddadd ???? 同時根據(jù)對銑床產(chǎn)品的測繪和設(shè)計經(jīng)驗初定 0a =100mm （ 2）帶長及其齒數(shù)的確定 ……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 19 ? ? ? ?02122100 422 a ddddaL ????? ? （ 317） =200＋ ＋ = 查表應(yīng)選用帶長代號為 150 的 L 型同步帶，其節(jié)線長度 pL =，節(jié)線長上的齒數(shù) z=40 （ 3）實際軸間距 a，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 mmLLaa p 1 6 2 0 32 6 7 7 43 8 11 0 02 00 ??????? （ 318） 確定帶輪的尺寸 （ 1）小帶輪嚙合齒數(shù)的確定 ? ? ? ? 2122 11 ??????? ??? ????????? ??? e ntzzzpze ntz bm ?? （ 319） （ 2）帶寬 sb 0505 pkpbbzd? （ 320） 其中： 50b —帶的基本寬度由表 查得： 表 帶的基本寬度 帶型 ＸＬ Ｌ H bs0/mm 當(dāng) mz ?6 時 zk =1，當(dāng) mz =5 時 zk =，當(dāng) mz =4 時 zk =，此處取 zk = 則 1 .1 45 1 .52 5 .4 1 60 .8 0 .7b m m? ? ?? （ 321） 至此 X 向帶輪的設(shè)計已經(jīng)完成，根據(jù)上面的計算數(shù)據(jù)，取標(biāo)準(zhǔn)寬度帶號為 075 的 L型帶，其帶寬 5b =，則帶輪的寬度 fb =。而初選的步進(jìn)電機(jī)為 86BYG350AH0201，他的最大靜轉(zhuǎn)矩為＞ fmax1M 所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號符合要求。若徑向載荷較大而軸向 載荷較小時，也可選用深溝球軸承和內(nèi)、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。在一定條件下，工作轉(zhuǎn)速較高時，宜選用直徑系列為 8， 9， 0， 1 的軸承。 在機(jī)械設(shè)計中，一般都是先確定軸的尺寸，然后根據(jù)軸的尺寸來 確定軸承的尺寸。滾珠絲杠兩端常用支撐形式有三種： 一端固定一端自由的支撐形式。 60176。 普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（ A 型）、平頭（ B 型）及單圓頭（ C 型）三種。 楔鍵連接 :鍵的上下兩面是工作面，鍵的上表面和與它相配合的輪轂鍵槽底面均有1： 100 的斜度。工作時，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂之間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。 /輸出接口 ……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 28 輸入單元接受操作命令和現(xiàn)場的狀態(tài)信息，如控制按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、行程開 關(guān)、接近開關(guān)等信號，并通過濾波電路、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。 PLC 的選型 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。由于 CPU 對程序的串行掃描工作方式 ， 會造成輸入 / 輸出的滯后 ， 而由掃描方式引起的滯后時間 ， 最長可達(dá)兩個多掃描周期 ， 程序越長 ， 這種滯后越明顯 ， 則控制精度就越低。然后 ， 將各模塊進(jìn)行連接 ,最后經(jīng)過調(diào)試、完善、實現(xiàn)控制要求。其中Network1 對應(yīng)模塊 1 ； Network2～ 3 對應(yīng)模塊 2 ； Network4～ 9 對應(yīng)模塊 3 ； Network10對應(yīng)模塊 4 。 控制程序框圖及軟件模塊 由上述具體控制要求 ， 可作出步進(jìn)電機(jī)在起動運(yùn)行時的程序框圖 ， 如圖 45 所示。本文 采用 三相六拍步進(jìn)電機(jī) 對 XY 工作臺進(jìn)行進(jìn)給 控制 , 采用 SIEMENS S7 200 PLC 的 SIMATIC 指令系統(tǒng)，以 “ 移位指令 ”為步進(jìn)控制程序 主體的設(shè)計思路和方法 ， 并分析其相對于其他應(yīng)用指令及編程方法之長處。 S7200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 （ 2）用戶程序 執(zhí)行階段 PLC 對用戶程序順序掃描，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存入元件映象寄存器中。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī) [16] ，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，如圖 41 所示： 主機(jī)電源微處理器 ( C P U )運(yùn)算器控制器輸入單元存儲器E P R O M( 系統(tǒng)程序 )R A M( 用戶程序 )外設(shè)I /O接口I /O擴(kuò)展接口用戶輸入設(shè)備輸出單元用戶輸出設(shè)備I /O擴(kuò)展接口P L C 或上位計算機(jī)圖形監(jiān)控系統(tǒng)E P R O M 寫入器打印機(jī)盒式磁帶機(jī)編程器外部設(shè)備 圖 41 PLC 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 其主要結(jié)構(gòu)如下所示： CPU CPU是 PLC 的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。切向 鍵的工作面是由一對楔鍵沿斜面拼合后相互平行的兩個窄面，被聯(lián)接的軸和輪轂上都制有相應(yīng)的鍵槽。這種鍵的優(yōu)點(diǎn)是工藝性良好，裝配方便，尤其適 用于錐形軸端與輪轂的連接。 根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平 鍵和滑鍵四種。本設(shè)計使用的滾珠……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 25 絲杠較短，故此設(shè)計采用接觸角為 60176。 滾珠絲杠主要承受軸向載荷，他的徑向載荷主要是絲杠的自重，因此，對滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。因此，常在軸的某一端選用一內(nèi)圈或一外圈無擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承，以適應(yīng)由于熱脹冷縮而引起軸的伸長或縮短。對聯(lián)合載荷，載荷小時，選用角接觸球軸承；載荷大時，選用圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承與角接觸球軸承組合。徑向載荷和軸向……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 24 載荷聯(lián)合作用時，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。 （ 3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 計算快速空載啟動時所需力矩 M起 ，依據(jù)公式： M起 =Mmax + fM + [13]M0 （ 326） 式中： M起 ：為快速空載啟動力矩（ ）； Mmax ： 空載啟動時折算到電動機(jī)軸上的最大加速力矩（ ）； Mf ： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（ ）； M0 ： 由于絲杠預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（ ）。P 其中 AK 為載荷修正系數(shù) 根據(jù)已知工作條件查表取 =2AK , 則 dP ＝ AK 因此所選的滾珠絲杠副剛度符合要求。 f? ———滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ～ ，這里取 ； )(NFm……本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 G ———移動部件的重力（ N）； LF ———工作臺縱向進(jìn)給方向載荷； Fc ———工作臺橫向進(jìn)給方向載荷； Fv ———工作臺垂直進(jìn)給方向載荷； Fm=＋ （ ＋ 20? ） = 最大動負(fù)載 C 的計算及主要尺寸初選 滾動絲杠最大動載荷 C 可用下式計算： [6]3 mmC L f F? （ 37） 式中： L 為工作壽命，單位為 r610 ， 660 /10L nt? （ 38） n 為絲杠轉(zhuǎn)速 min)/(r ， 0/1000 Lvn ? ； t 為額定使用壽命（ h），可取 t=15000h； mf為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取 1~，一般情況取 ~，有沖擊振動取 ~； mF 為滾珠絲杠工作載荷（ N）。 參考 [1]《數(shù)控機(jī)床與編程》選銑刀。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。靜壓導(dǎo)軌較多的應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。 其他零部件的選擇 導(dǎo)軌副的選用 按導(dǎo)軌結(jié)合面的摩檫性，導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。 根據(jù)設(shè)計要求，通過對以上控制系統(tǒng)的比較，選擇 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng) PLC 的特點(diǎn)： ； ； ； ，維修方便。 （ 3） 低電壓、低功耗。當(dāng)然，步進(jìn)電機(jī)也具有高頻易失步，負(fù)載能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)： 1．如果控制不當(dāng)容易 產(chǎn)生共振； 2．難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機(jī)是一種 感應(yīng)電機(jī) ，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的、多相時序控制器 。缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵磁電流，因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。 控制電機(jī)的確定 主 要的伺服電動機(jī)有：直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī) 直流伺服電動機(jī) 直流伺服電動機(jī)是用直流的電信號控制的執(zhí)行元件，是將輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換為電動機(jī)軸上的角位移或角速度進(jìn)行輸出。 齒輪傳動的缺點(diǎn)： （ 1） 制造及安裝 精度要求高； （ 2） 價格較貴，不宜用于傳動距離過大的場合； ( 3 ) 易產(chǎn)生低頻振蕩。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)