【正文】 型 縱向電動(dòng)機(jī)的相關(guān)計(jì)算如 表 51 所示。長(zhǎng)期以來(lái)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。 通過(guò)計(jì)算，得出 611???mz ，滿足要求。 經(jīng)計(jì)算， 主動(dòng)輪 m in/ ax rn ?? ，同步帶最大線速度 )/( m a x1 smndv ?? ???? ? 。 4． 2． 7 穩(wěn)定性校核 KF? = ??22aK EIfk? mF? 式中： kf — 絲杠支承系數(shù)， 由表 34得出 單推 單推 時(shí)， kf 取 1； K — 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取 ～ 4， 本設(shè)計(jì)取 4； a? — 滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為 mm ，本設(shè)計(jì)中該值為 500mm ； I — 按絲杠底徑 2d? 確定的截面慣性矩 ， （ 6442dI ??? ，單位為 4mm ） 本設(shè)中將 mmd ?? 代入算出 I =87080 4mm 。 4． 2． 3 滾珠絲杠螺母副的選型 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷 QF? ,選擇江蘇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL40053 型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母方式預(yù)緊，精度等級(jí)為 3 級(jí)，其參數(shù)如表 41 所示。 zK — 小帶輪嚙合系數(shù)，取 1； 經(jīng)計(jì)算得出： WPWP dr 6 0 5 . 8 ??? ,所以滿足要求。 95 200 508 100 210 105 56 3． 3． 6 校驗(yàn)帶與小帶輪的 嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) )](22[ 122 11 zzapzze ntz rm ??? ? ，式中 )(xent 為取整函數(shù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 15 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3． 3． 3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的傳遞功率 Pd，查表 36選擇同步帶，型號(hào)為 XL型 ，節(jié)距 mmp ? 。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長(zhǎng)軸承的使用壽命。 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，mF為 ，ul取 1665mm ，2d為 ，算得： 1? =25 )( ???? ??=177。 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷 QF ,選擇江蘇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL50083 型 內(nèi)循環(huán)式 滾珠絲杠副， 采用雙螺母 螺紋式 預(yù)緊， 精度等級(jí)為 4 級(jí)，其參數(shù)如表 32所示 。 查表 31選擇綜合導(dǎo)軌， K 取 ,? 取 ,G 為 1500N ； 算得 )( GFKFF zxm ??? ? =179。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。 主切削力 zF 與切削速度的方向一致，垂直向下，是計(jì)算車床主軸電動(dòng)機(jī)切削功率的依據(jù)；進(jìn)給力 xF 與進(jìn)給方向平行且方向相反；背向力 yF 與進(jìn)給方向相垂直，對(duì)加工精度的影響較大。 主軸脈沖發(fā)生器的安裝通常有兩種 ：一種是同軸安裝，另一種是異軸安裝。 采用交流變頻器實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的無(wú)極變速， 本設(shè)計(jì)選用 F1000G0110T3C 型變 頻器，該型號(hào)適配電機(jī) 11KW，額定輸出電流為 23A。 （ 6） 主 軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器的選擇及主軸脈沖發(fā)生器的選擇。所以數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型 。 加工精度 高，尺寸分散度小，易于裝配。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，他們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，正處在黃金時(shí)代，由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)永恒的課題。在國(guó)內(nèi)， 機(jī)床的數(shù)控化改造是發(fā)展我國(guó)數(shù)控設(shè)備的一 個(gè)重要方面。可以實(shí)現(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)加工精度，同時(shí)減少被加工零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 （ 2） 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型：按任務(wù)要求采用直流電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 7） 為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的速度和精度，縱向與橫向 進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副 。 2． 2 換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度和加工效率，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動(dòng)刀架換成自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，選用 常州市南新數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD46163 型四工位立式 電動(dòng)刀架 ,該型號(hào)刀架 采用蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造多采用同軸安裝。 圖 31 車削力分析 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 KPPc ?? 式中： P — 主軸電動(dòng)機(jī)功率， kWP 11? ； ? — 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為 ～ ，取 ? =； K — 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)， 一般 取 K =。 3． 2． 1 精度的選擇 滾珠絲杠副的精度直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度 ，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度最明顯。 +179。 表 32 FL50083型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 絲杠 底徑/mm 額定載荷 /KN 接觸剛度 / 1?? mN ? 0d hP wD 1d 2d oaC aC 1897 50 8 66 31 3． 2． 6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支承主要用來(lái)約束絲杠的軸向竄動(dòng)，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合 。 )(mm =177。同步帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊， 工作時(shí)不會(huì)打滑， 線速度可達(dá) sm/40 ，可用于高速場(chǎng)合，傳動(dòng)比可 達(dá)到 10，效率可達(dá) 98%， 維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低， 因此應(yīng)用日益廣泛。 表 36 同步帶型號(hào) 型號(hào) 節(jié)距/mm 基準(zhǔn)帶寬傳遞功率范圍/kW 基準(zhǔn)帶寬 /mm 說(shuō)明 XL(特輕型 ) ～ GB/T 116161989 GB/T 113621989 L（輕型） ～ H（重型） ～ 55 3． 3． 4 確定 帶輪 齒數(shù)和節(jié)圓直徑 XL 型 小帶輪轉(zhuǎn)速在 1200 min/r 至 1800 min/r 時(shí)的最少許用齒數(shù)為 12，為了 提高傳動(dòng)精度， 取 小齒輪數(shù) 241?z ，則小帶輪節(jié)圓直徑 )(1 mmpzd ?? ?， 根據(jù)傳動(dòng)比 2?i 算出大齒輪數(shù) 482?z ，則大帶輪節(jié)圓直徑 )( mmidd ?? 。一般情況下，應(yīng)該保證 6?mz ，對(duì)于 XL型至少要保證 4?mz 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 18 頁(yè) 共 49 頁(yè) 4 橫向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 4． 1 切削力的計(jì)算 因?yàn)?橫向切削力大小一般等于縱向切削力的一半 ，所以： )(254425088 NF z ???? yF? =247。 表 41 FL40053型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程 /mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 絲杠底徑/mm 額定載荷/KN 接觸剛度 / 1?? mN ? 0d? hP? wD? 1d? 2d? oaC? aC? 1453 40 5 39 14 4． 2． 4 滾珠絲杠副的支承方式 考慮到橫向滾珠絲杠副的長(zhǎng)度、精度 與 負(fù)載的大小以及改造成本，采用 雙 推單推支承方式 ，該方式軸向剛度高，位移精度好，可以進(jìn)行預(yù)拉伸。 由以上數(shù)據(jù)可以算出： KF? = 5005004 5?? ????? = )( 5 N? 臨界載荷 KF? 遠(yuǎn)大于工作載荷 mF? （ ） ，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè) 4． 3． 5 中心距、節(jié)線長(zhǎng)度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距 )()( 21 mmdda ?????? ，圓整后取 mma 130?? 。 4． 3． 7 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率 基準(zhǔn)額定功率就是所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，其計(jì)算公式如下： vvmTP a ????? )( 20 式中 ： aT — 帶寬為基準(zhǔn)帶寬 b )( mm 時(shí)的許用拉力， 根據(jù)表 38其值為 ； m — 帶寬為基準(zhǔn)帶寬 b時(shí)的線密度 ，根據(jù)表 38其值為 mkg/ ； v? — 同步帶線速度，其值為 sm/ 。它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，較高的效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果： m in/15001m ax rn ? ， mNT ?? ax ， 即 WP ? ,選用深圳市泰科智能伺服技術(shù)有限公司推出的 NT4P10120E 型直流有刷伺服電機(jī)，該電機(jī)采用高強(qiáng)度永磁材料，體積小轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，編碼器選定1000P/R，具體參數(shù)如表 52所示。 （ 2） 相關(guān)設(shè)計(jì)與選用 本設(shè)計(jì)選用 6N135 高速光耦 與 PWM 信號(hào)連接 ，其最 高轉(zhuǎn)換 頻率可達(dá) 1M 赫茲，工作電壓 015V，典型的驅(qū)動(dòng)電流為 16mA，工作時(shí) LED 壓降為 ，電流最低轉(zhuǎn)換率為 50%。 使用續(xù)流二級(jí)管， 用來(lái)保護(hù)元 器 件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞 ，以及提供電機(jī)制動(dòng)回路。 數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運(yùn)算是插補(bǔ)運(yùn)算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補(bǔ)償。 6． 1． 3 主控芯片 簡(jiǎn)介 （ 1） MSP430 簡(jiǎn)介 本 設(shè)計(jì) 采用的核心芯片為 TI 公司推出 16 位系列單片機(jī) MSP430。 圖 61 MSP430單片機(jī)的復(fù)位電路及晶振電路 6． 1． 4 鍵盤與顯示接口電 路設(shè)計(jì) （ 1） 鍵盤、顯示器接口電路芯片 8279 單片機(jī)系統(tǒng)中有兩種 LED 顯示方式，即靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是顯示效果好，編程簡(jiǎn)單，但由于輸出的每一位都需要鎖存，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示方式中，每一時(shí)刻只有一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，各位依次輪流被點(diǎn)亮，硬件電路簡(jiǎn)單，但由于需要不停地進(jìn)行刷新顯示，降低了 CPU 的效率，而且編程的工作量很大。 8259 的 A0 用來(lái)區(qū)分 信息 區(qū)分信息特征，當(dāng) A0 為 0 時(shí)， CPU從 8279 讀出的是狀態(tài)，寫入的是命令；當(dāng) A0=1 時(shí)讀出和寫入的都是數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)將采用一款電機(jī)專用運(yùn)動(dòng)控制處理器 LM629 來(lái)進(jìn)行橫向及縱向的位置控制。 LM629 則根據(jù)單片機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)生成速度梯形圖，進(jìn)行位置跟蹤、 PID 控制和生成 PWM 信號(hào)輸出。由于不同品牌的變頻器通訊接口和通訊協(xié)議各不相同，目前尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能針對(duì)一種變頻器進(jìn)行開發(fā)，縮小了變頻器品種的選擇范圍，適用性受到限制。 （ 2）用 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來(lái)控制變頻器 本設(shè)計(jì)選用 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來(lái)進(jìn)行模擬量的輸出，該芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 8 位集成電路芯 片，采用 20 引腳封裝， 515V 電源供電。 具體電路如圖 64（縱向）、圖 65（橫向）所示。通過(guò)一片單片機(jī)、一片 LM62一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置、一只直流電動(dòng)機(jī)、一個(gè)光電編碼器 就可以構(gòu)成一個(gè)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 8279 芯片的掃描線 SL0SL2 與 74LS138（ 38 譯碼器）相連接用來(lái)掃描鍵盤 行線 ，鍵盤的列線與 5V 電源連接并接入 歐限流電阻 ，另一端與回復(fù)線 RL0RL7連接 ；同時(shí)SL0SL3 與 74HC154（ 416 譯碼器）相連接用來(lái)掃描 16 位 LED 數(shù)碼管 各 陰極。5V 電源供電， 40 腳封裝 ， 能自動(dòng)完成對(duì)顯示的刷新，同時(shí)還可以對(duì) 鍵盤自動(dòng)掃描，識(shí)別閉合鍵的鍵號(hào)， 能自動(dòng)消除開關(guān)抖動(dòng)并能對(duì)多鍵同時(shí)按下提供保護(hù) 。 MSP430 系列種類繁多，針對(duì)不同的場(chǎng)合需要選用相應(yīng)合適的芯片，本次設(shè)計(jì)選用 MSP430F149 型，該型號(hào)為 64引腳封裝，工作電壓為 。 6． 1 硬件電路設(shè)計(jì) 6． 1． 1 數(shù)控系統(tǒng) 的 硬件 結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng) 根據(jù)其 使用微機(jī)結(jié)構(gòu) 的 劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。 根據(jù)以上參數(shù)， 選用 MOS 管型號(hào)為： 縱軸： IRFP250 （ 200V 33A ） ； 橫軸： IRFP240 （ 200V 19A ） 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 31 頁(yè) 共 49 頁(yè) 1R = 3 ????? ?輸入驅(qū)動(dòng)電流 壓降電源電壓 （ Ω ），取整，得 1R =200（ Ω ） 輸出電流電源電壓?2R=最低轉(zhuǎn)換率輸入電流 電源電壓 ?= 53 ?? ?=625（ Ω ）， 為了使輸入端深度飽和 以及歸一化處理 ，可取 2R =1000（ Ω ）。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 27 頁(yè) 共 49 頁(yè) 計(jì)算得出： )()( 2cmkgJ ???????? 5． 2． 2 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 橫向電動(dòng)機(jī)的相關(guān)計(jì)算如表 53 所示。 近年來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。 dP? — 設(shè)計(jì)功率，其值為 200W 經(jīng)計(jì)算得出： ??rb mm 。根據(jù)表 42，選取接 近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度 mmLp ? ，相應(yīng)的齒數(shù) 90?z 。 4．