【正文】 ? ? ? ? ? ? 1 l im 11 3 4 FF F F K MpaS?? ? ?? ? ? ? ? ? 2 l im 22 390 278 . FFK M paS?? ? ? ? 校核計算： ? ?1 11 .3 4 2 5 .8 2 7 2 .8 0 1 .5 5 4 4 .4 9 12 7 2F FMp a??? ? ?? ? ?? ? ?221121 22 4 0 1 .6 74 4 .4 9 1 4 1 .0 8 72 .8 0 1 .5 5s a F aFF FS a F aYY M p aYY? ? ??? ? ? ? ?? 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 16 ? ?3 34 1 .9 2F F???? ? ?4 44 0 .2 3 7F F???? 軸的設計（中間軸）及校核 選取 45 鋼，調(diào)制硬度 HBS=230，強度極限 B? =650Mpa，屈服極限 S? =360Mpa,彎曲疲勞極限 1?? =300Mpa,剪切疲勞極限 1?? =155Mpa,對稱循環(huán)變應力時的許用應力1 b[ ]? =60Mpa 取 0A =110，得： d? 0A 232pu =1103 ? 15mm 由于采用步進電動機驅(qū)動，選用 150BF002 型，它的軸徑 d? 為 18mm，為了配合二級齒輪傳動，在此選擇最小軸徑為 ? 15mm，便于受力均勻，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。 69+ 2rF 179。 32=179。 h=8179。因此，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，可靠性高，制造成本低等一系列優(yōu)點。根據(jù)前面的設計步進電動機的計算和選擇可知，我們設計選用的是三相六拍的反映式步進電動機 110BF003 由于步進電動機各繞阻按一定節(jié)拍依次輪流通電才能轉(zhuǎn)動，控制脈沖頻率可控制其轉(zhuǎn)動速度，因此 步進電動機的驅(qū)動系統(tǒng)由脈沖發(fā)生器，光隔離電路，脈沖功 率放大器等組成，其驅(qū)動原理框圖如下圖 2— 2 所示 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 28 圖 2— 2 步進電動機驅(qū)動原理圖 圖中，脈沖信號源是由 CNC 系統(tǒng)根據(jù)程序控制脈沖頻率和頻率的個數(shù)，脈沖分配器將脈沖信號按一定順序分配；然后送到放大電路中進行功率放大，驅(qū)動步進電動機進行工作，其中脈沖分配器及前面的微機及接口芯片工作一般為 +5V 而作為電動機電源需要符合 步進電動機的額定電壓值，為避免強電對弱電的干擾，在它們之間設計采用光隔離電路。正轉(zhuǎn)時， 8051 的 P1口的輸出控制字 01H， 03H， 02H， 06H， 04H， 05 存 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文 30 放在 8051的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器單元 20H~25H中， 26H 存放結(jié)束標志 00H 在 27H~2CH 的存儲單元內(nèi)存放反轉(zhuǎn)時 P1端口的輸出控制字 01H， 04H， 06H， .02H， 03H，在 2DH單元內(nèi)存放結(jié)束標志 00H。當控制信號為低電平， 74LS05 不吸收電 流，發(fā)光二極管不導通，從而輸出的光敏晶體管截止，當控制信號為高電平， 74LS05 吸收電流，發(fā)光二極管導通 發(fā)光，光敏晶體管受到激勵導通。當脈沖分配器輸出高電平是，是單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)為高電平輸出，經(jīng)前端放大使 VT1 導通，同時功率管 VT2 也導通，高壓電源 Vn 經(jīng) VTI 和 VT2 加至 LA 上。 PB， PC 口其中 PC 又分為高 4 位（ PC7~PC4）和低 4 位（ PC3~PC0）， 它們都可以使用軟件編程來改變 I/O 口工作方式。例如，如果把 C口的第 6位 PC5置 1相 應的字控制為 00001011B=0BH，程序如下： MOV DPTR ， 0FF7FH； MOV A， 0BH； MOVX DPTR , A； 由此可見， 8255接口芯片在 MCS51系列單片機中應用非常廣泛，廣泛應用與外圍設備，如打印機，鍵盤，顯示器以及作為控制信息輸人輸出。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖 29所示，晶體可在 ~12MHZ任選，偶合電容在 5~30PF之間，對時鐘有微調(diào)作用。一旦某一方向越界，應立即停止工作臺移動。繪制的具體電氣控制電路原理圖 參看后面的附圖（ B）。需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)的聯(lián)系起來，從中暴露自身的不足。 本次實際改造周期短，改造費用低，操作使用方便，對工人的技術水平要求不高，特別適應中小型企業(yè)的改造 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 39 致謝語 經(jīng)過一月多的努力，我終于將這次畢業(yè)設計的任務完成了。這里利用 8255PC口進行控制，只要任一個行程開關閉合，即工作臺在某一個方向越界，均能產(chǎn)生越界信號。經(jīng)過比較，我們設計采用內(nèi)部時鐘方式，如圖 29所示。 其中，用 8255的 A口控制步進電 動機， PA0~PA5為輸出口，用于控制 Z向步進電動機。 8255 使用方便，通用性強，經(jīng)常作為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。這時，由低電壓電源 VL 供電， VT2 繼續(xù)導通LA 繼續(xù)通過電流 。 步進電動機驅(qū)動電路 由于邏輯電路和單片機的輸出脈沖電平很小，一般為 3V 左右電流為毫安無法驅(qū) 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 32 動步進電動機，而需要經(jīng)過驅(qū)動電路進行功率放大。由于步進電動機需要的驅(qū)動電壓較高（幾十伏）電流也教大（幾安到幾十安）如果將 I/O 口輸出信號直接與功率放大器相連，輕則影響單片機程序的正常運行，重則導致單片機接口電路的損壞。 圖 2— 3 8051單片機控制步進電動機控制電路原理圖 8051 單片機的 P1 口作為輸出口，用程序?qū)崿F(xiàn)脈沖分配功能。 步進電動機與絲杠的聯(lián)接 對于經(jīng)濟數(shù)控機床，步進電動機應與進給運動的絲杠相連著主要是從進給傳動鏈最短發(fā)出信息來考慮的，步進電動機與絲杠的聯(lián)接的方法有兩種：一種是與絲杠直接聯(lián)接在一起，此方法結(jié)構(gòu)簡單，但是運行位移的脈沖當量不是 5 的倍數(shù)編程計 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 27 算時不方便。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 26 2 機床橫向伺服進給單元電氣控制部分設計 C616 車床是一種小型的車床，對于它的伺服進給單元的機電一體化改造設計，我們從設計內(nèi)容中可以知道， 是用微機控制步進電動機驅(qū)動滾珠絲杠帶動工作臺來完成數(shù)控處理和運動控制。則： 1cacM = 1cM = 22caM = 2212()CMT?? = 222 2 3 9 3 .9 2 ( 0 .6 2 2 4 7 0 .5 8 8 )?? = 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 19 2caDM = 222()DMT?? = 221 6 2 3 3 .4 2 ( 0 .6 2 2 4 7 0 .5 8 8 )?? = 按彎扭合成應力校核周 6的強度 由計算彎矩圖可知， C剖面的計算彎矩最大，該處的計算應力為： cac? = 2cacMW= cd= 25?= ＜ 1[]b?? =60Mpa 故安全 精確校核軸的疲勞強度 由玩具圖和轉(zhuǎn)矩圖可知彎矩最大，但從應力集中對軸的疲勞度 的影響看，剖面Ⅱ，Ⅲ處的過盈配合引起的應力集中最嚴重，由于過盈配合及鍵槽的應力集中兩端，故 C 剖面處受影響不大，在剖面Ⅱ處的載荷比剖面Ⅲ處的載荷要大，而剖面Ⅱ，Ⅲ的尺寸相同，因而在此只需要校核剖面Ⅱ兩側(cè)的疲勞強度。 =179。 tg 20 = 小齒輪 3受力分析 圓周力 3tF = 232Td = 2 ? = 徑向力 3rF = 3 20tFtg =179。 對于工作方式與五相十拍的步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩： m a x MM N m? ? ?起 從相關資料可以查出 150BF002 型號的步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩為 大于所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩可以作為初選型號 大需要考慮電動機啟動矩頻特性和運行它。11 ′ +10′ )≈ 橫向進給滾珠絲扛支承方式如前圖所示，支承間距 L=400mm，絲杠螺母及軸承均進行了預緊，預緊力的最大軸向負載荷的 1/3，絲杠的變形量計算如下： 滾珠絲杠截面積按絲杠螺紋的底徑確定 A=π/4 ?= 工作載荷 mF 引起導程 0L 的變化量 Δ 0L 可用下式計算 Δ 0L =177。一般 sf ≤ 1～ 2,有沖擊時 sf =2～ 3 由 mC 參照表查出該滾珠絲杠型號為 W5006外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的雙螺母滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副的計算和選型 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型的內(nèi)容包括 :運動參數(shù)、動力參數(shù)的計算、傳動比的分配、轉(zhuǎn)動慣量、等效轉(zhuǎn)矩等計算 .計算簡圖如圖 13: 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 4 圖 1— 3進給伺服系統(tǒng) 機械部分的計算 確定系統(tǒng)的脈沖當量 脈沖當量是指一個進給脈沖使車床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量 ,它是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù) .因此脈沖當量應根據(jù)機床精度來確定 .對于經(jīng)濟車床來說橫向采用的脈沖當量為 切削力計算 在進給系統(tǒng)的傳動的計算過程中 ,選用步進電動機時都需要用到切削力 (機床的主要負載 ),則可用公式計算出車床切削力 最大切削功率 (或轉(zhuǎn)矩 ) =P 主 η 式中 P 主 .......主電動機的功率 ,C616 車床 P 主 =8 kw η .......主傳動系統(tǒng)的總功率一般為 ～ 取η = 則 P 切 =(8ｘ ) kw= kw 切削功率應按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力 (或轉(zhuǎn)矩 )和最大切削速度 (或轉(zhuǎn)矩 )來計算 ,即 : P 主 = cF ν 310 /60 式中 cF —— 主切削力 ( N ) ν —— 最大切削速度 (m/min).按用硬質(zhì) 合金刀具半精車鋼件是的速度取ν =100m/min cF = 60 ? ? 310 /100 = 3840( N ) 在一般情況外圓車削時 , fF =(~) cF 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文 5 pF =(~) cF 取 fF = cF = pF = cF = 滾珠絲杠副的選擇和性能驗算 ,橫向進給 為綜合型導軌 ,由公式可得絲杠軸向進行切削 ,其中 k= , 39。有設計內(nèi)容可知，該 C616 車床的改造設計是將原機床中手動進給裝置改裝成有步進電動機驅(qū)動，采用微機控制步進電 動機來完成數(shù)據(jù)的處理運動控制。如果設備全部更新?lián)Q代不僅資金投入大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大浪費。但是，商品化的數(shù)控機床價格高，一致于推廣應用受到限制，而我國又現(xiàn)存有大量的普通機床，利用較先進的數(shù)控 系統(tǒng)，對現(xiàn)有普通機床進行技術改造，對提高我國機械行業(yè)的數(shù)控加工技術具有 更重要意義。因此得到了越來越廣泛的應用。