【正文】 .................................................... 19 參考文獻(xiàn) ................................................................ 20 致 謝 .................................................................. 21 數(shù)控拋光機(jī)的設(shè) 計(jì) 1 數(shù)控拋光機(jī)的設(shè)計(jì) 機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生 武云龍 指導(dǎo)教師 祝鳳金 摘要 ：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，零件的復(fù)雜程度和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通機(jī)床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率、一機(jī)多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置的基本功能幾乎全由軟件來實(shí)現(xiàn)，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強(qiáng)大。我 國目前仍以手工研磨拋光為主，該方法不需要特殊的設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，主要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)技藝水平，不僅效率低，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，周期長(zhǎng)，工人作業(yè)環(huán)境差。并且縮短了拋光時(shí)間提高了工作效率。針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的研磨拋光工序和高速數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在普通立式機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控拋光機(jī)床設(shè)計(jì)。然而這些問題可以在一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)中很容易地得到很好的解決。啟動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，同步性好。各運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便于實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。 圖 11 布局：僅主軸箱上下移動(dòng)，移動(dòng)部件輕視用于較大尺寸的機(jī)床。自然會(huì)導(dǎo)致機(jī)床各部分不同的溫升。 在數(shù)控拋光機(jī)設(shè)計(jì)中采用的降低噪音的措施：縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)件的個(gè)數(shù)，選用的電機(jī)合理，盡量減少電動(dòng)機(jī)因驅(qū)動(dòng)載荷的變化代來的噪音。 (1)主要尺寸參數(shù)（主參數(shù)）的確定 拋光機(jī)的主參數(shù)主要決定于加工工件的尺寸。轉(zhuǎn)子角位移的大小及速度分別與輸入的控制電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相 序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，所以用微機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)數(shù)字控制 [4]。 (4)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電，電動(dòng)機(jī)就可以保持在該固定位置。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在我國研制較早，生產(chǎn)量較大，典型的是 BF 系列，并已制定了國家標(biāo)準(zhǔn)。所以一般反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的氣隙都做得很小，約在 3050 范圍內(nèi)。 1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 8 工作臺(tái) 質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 : ? ? GJ p ?? 21 180 ??? ? ? 8 0 1 2 8 0 2 ???? cmkg?? 273 cmN?? 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： lDJ 442 ??? 44 ???? ? cmN ?? 聯(lián)軸節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 查手冊(cè)得 23 60 cmNJ ?? 2J 、 3J 與電機(jī)同軸，故可直接相加，則總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2321 . CMNJJJJ ??????? 2)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 快速空載時(shí)所需力矩： 0m a x MMMM f ??? 最大切割負(fù)載時(shí)所需力矩： tfat MMMMM ???? 0 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： 0MMM f ?? 式中 maxaM —— 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 fM —— 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 0M —— 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 atM —— 切割時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 tM —— 折算到電機(jī)軸上的切削力矩負(fù)載 JM 4na ??? 當(dāng) maxnn? 時(shí)， aMM ?max cmNmNM ?????? ?? ? 4m a x 當(dāng) ?? ， ??f 時(shí) ??2 0GlfMf ?? cmNcmk gfM f ?????? ??? 當(dāng) ?? 時(shí)，預(yù)加載荷xFP 310 ?，則 數(shù)控拋光機(jī)的設(shè) 計(jì) 9 ? ? ? ?cmNcmk g flFMcmNcmk g flFMxtx. . 1022000???? ??????? ?????????? 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩： cmNMMMM fa .3 3 6 7 4 90m a x ??????? 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： cmNMMM f . ????? 拋光時(shí)所需力矩： cmNMMMM tf . ??????? 由以上計(jì)算分析可知：所需最大力矩 cmNM .3 61m a x ? (2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定： cmNMM q . m a x ??? 為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知： ?jmqMM 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距 jmM 為 cmNMM qjm . ??? 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： HZVfp 100060 m a xm a x ???? ? 綜合考慮，查表選用 110BF004 型直流步進(jìn)電機(jī)能滿足使用要求 (3）電機(jī)性能參數(shù)： 步距角 ?? ?? 最大靜轉(zhuǎn)距 最高空載啟動(dòng)頻率 500step/ s 運(yùn)行頻率 7000setp/s 相數(shù) 3相 電壓 30V 相電流 4A 外徑 110mm 長(zhǎng)度 125mm 軸徑 16mm 重 60N 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 10 滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 計(jì)算 滾珠絲杠螺母的特點(diǎn) 滾珠絲杠螺母副能保證機(jī)床進(jìn)給動(dòng)作靈敏、傳動(dòng)效率和傳動(dòng)精度高的要求。 滾珠絲杠螺母的選擇原則 XYZ 工作臺(tái)中 X、 Y、 Z 方向的移動(dòng)，可以采用螺旋機(jī)構(gòu)或者齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這兩種均可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng) [10]。 (3) 效率計(jì)算： 絲杠螺母的傳動(dòng)效率 ? 為： ? ??? ?? ?? tg tg 公式中摩擦角 01??? 螺旋開角 523 ???? 則 ? ? 01523 523 ????? ??? tg tg? (4) 穩(wěn)定性計(jì)算： 失穩(wěn)是臨界負(fù)載 ? ?22 ulEp jk ?? 式中：絲杠材料彈性模量 ? ?261021 cmNE ?? 絲杠工作長(zhǎng)度： mml 500? 截面慣性矩，圓柱： 4164dJ ?? mmRdd e ???? 絲杠軸段系數(shù)： 2?? 則： ? ? 2462 ??????kp ? 所以 m ax ?Fpk遠(yuǎn)大于 ? ? 4?k? 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 12 故不會(huì)失穩(wěn)。對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無法避免的。系統(tǒng)精度已喪失，唯一的方法是更換滾動(dòng)元件。 ? ? ? ?mmbmmeDDmmdemmdDDmmdDD10~~14330230??????????????????????? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸聯(lián)接鍵的選擇 由于是靜聯(lián)接，選用普通平鍵，圓頭，軸徑 d=16mm,鍵寬 b=5mm,鍵長(zhǎng) l=18mm. 故鍵的接 觸長(zhǎng)度 mmbll 13518 ?????? ， 轂材料選用 45 鋼，需用擠壓應(yīng)力查得 靜載荷為 125Mpa， 所以鍵能傳遞的轉(zhuǎn)距為 ， 遠(yuǎn)大于快速啟動(dòng)轉(zhuǎn)距 ,故滿足使用要求 。 單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入 /輸出接口電路集成電路芯片上。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用：機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。以下是 EPROM 和 RAM的芯片選擇及地址空間劃分情況： 選 2764EPROM 一片 8K?8 作為程序存儲(chǔ)器。 控制信息 控制信號(hào)對(duì)應(yīng)值 (1） . 手動(dòng)信號(hào) =0,即 P1口為 FEH X 向 =0,即 P1口為 FCH 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 18 Y 向 =0,即 P1口為 FBH Z 向 =0,即 P1口為 F7H 反向 =0,即 P1 口為 EFH 執(zhí)行 =0,即 P1口為 CFH 停止 =0,即 P1 口為 7FH (2） . 8155A 控制字 10000000B,即 80H,A 口， B 口工作在方式 0 輸出， C 口沒有全部置 0。 拋光 后 不僅增加工件的美觀，而且能夠改善材料表面的耐腐蝕性、耐磨性，還可以使模具擁有其它優(yōu)點(diǎn)，如使塑料 制品易于脫模，減少生產(chǎn)注塑周期等。 該數(shù)控拋光機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)是： (1)拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)主要采用單立柱的支撐形式，可以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)， 進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī) —— 數(shù)字控制，滾珠絲杠，雙螺母墊片調(diào)整間隙，導(dǎo)軌副采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 20 參考文獻(xiàn) [1] 嚴(yán)雋琪主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2021:1819. 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