【正文】 3 同步帶減速機構(gòu)設(shè)計 4． 3． 1 傳動比的確定 由21??????i 和hP??360p????? 2 可得：phPi ?? ?????? 3601 式中：1??— 電機編碼器分辨 率，單位為度 /脈沖； 2?? — 絲杠分辨率，單位為度 /脈沖； hP? — 絲杠導程， 其值 為 5mm ； p?? — 脈沖當量，本設(shè)計中 X軸為 /脈沖。 28′ ； ? — 摩擦角，一般取 ? =10′ 。 2= )(N 式中： zF? — 橫向主切削力； yF? — 走刀方向切削力； xF? — 吃刀方向切削力。 通 過計算，得出 611?mz ，滿足要求。 3． 3． 5 中心距、節(jié)線長度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距 )()( 21 mmdda ??? ，圓整后取 mma 160? 。 初選電機編碼器紋數(shù)為 1000，四倍細分，即1?= 41000360?? =（ 度 /脈沖 ） ，算得 ：i = ? ? =2 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 共 49 頁 3． 3． 2 傳遞功率的估算 由運動學可 知， 對 該傳動機構(gòu) 傳遞功率的研究只要考慮三種工作 狀態(tài) ，他們 分別是： 最大負載 且 最大工進速度、快速空載啟動、 最快 空載移動。 表 33 有效行程 ul 內(nèi)的目標行程公差 pe 和行程變動量upV 有效行程 mmlu/ 精度等級 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2021 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 49 頁 3． 2． 9 穩(wěn)定性校核 由于滾珠絲杠本身比較細長又受軸向力的作用，若軸向負載過大，則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象， 不 失穩(wěn)時的臨界載荷 Fk應(yīng)該滿足： KF = ?22KaEIfk? mF 式中： kf — 絲杠支承系數(shù)， 雙推 簡支方式時，取 2，其他方式如表 34所示 ； K — 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般 取 ～ 4，垂直安裝時取最小值 ，本設(shè)計取 4； a — 滾珠絲杠兩端支承間的距離， 單位為 mm ， 本設(shè)計中該值為 2200mm ； 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 = 4mm 。 3． 2． 7 傳動效率的計算 滾珠絲杠的傳動效率 ? 一般在 ～ 之間 ，其計算公式如下： ? =)tan(tan ???? 式中： ? — 螺距升角，根據(jù)0 Ptan d?? ,可得 ? =2176。 比如 起重機以等速度吊起重物，重物對吊索的作用為 靜載， 起重機以加速度吊起重 物，重物對吊索的作用為動載。 對于車床，選用滾珠絲杠的精度等級 X軸為 1～ 3級（ 1 級精度最高）， Z軸為 2～ 5 級，考慮到本設(shè)計的定位精度要求和改造的經(jīng)濟性，選擇 X 軸精度等級為 3 級， Z軸為 4 級。 = )(N xF =5088179。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 6 頁 共 49 頁 2． 4 進給系統(tǒng)的改造 拆除掛輪架所有齒輪并尋找主軸，安裝主軸脈沖發(fā)生器； 拆除 原機床進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光桿、操縱桿 、齒條 等； 在縱溜板 、橫溜板 的下面 絲杠 螺母座托架；在原進給箱位置安裝縱向伺服電機與減速箱總成，在橫溜板后部安裝橫向伺服電機與減速箱總成；拆除四方刀架及上 溜板總成，在橫溜板上方安裝電動刀架。同時采用無觸點霍爾開關(guān)發(fā)信，使用壽命長。 減速機構(gòu)選則 同步帶 ，其 綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點 ， 在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了齒輪傳動和鏈傳 動。 相應(yīng)的進給傳動鏈由自帶 增量式 光電編碼器的直流電機與減速 機構(gòu) 及滾珠絲杠螺母副組成。由于采用自動化加工技術(shù)，可大大降低操作者的勞動強度，減少廢品的產(chǎn)生，提高工作效率 。 車床是金屬切削加工最常用的一類機床，它能夠加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等。 數(shù)控機床是一種高效率、高精度，能保證加工質(zhì)量，解決工藝難題，而且又有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預先輸入的加工指令進行切削加工。 圖 11 普通車床 C6163 已知 參數(shù) 及 設(shè)計參數(shù) 最大加工直徑： 630mm ； 床鞍上最大加工直徑： 350mm ； 最大 加工 長度： 1500mm ； 縱向 導軌 長 度： 2021mm ； 主電動機功率： 11kW ； 冷卻泵電機功率： ； 主軸通孔直徑： 105mm ； 主軸轉(zhuǎn)速： 14 級 ～ 1120 min/r ； 托板和刀架的總重力 G： 1500N ； 最大進給速度 maxjV ：縱向： min/ m ， 橫向： min/m ； 最大刀架快移速度 maxV ：縱向： 6 min/m ， 橫向： 4 min/m ； 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 49 頁 脈沖當量 p? ： 縱向： /脈沖 ， 橫向： /脈沖 ； 定位精度：縱向： ， 橫向： ； 啟動加速時間 0t ：縱向 ： 200ms ； 橫向： 100ms ； 電動刀架 轉(zhuǎn)位數(shù)： 4 1． 2． 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇 等 。 （ 4） 根據(jù)系統(tǒng)的要求，還要設(shè)計鍵盤與顯示電路， 顯示界面采用 LED 數(shù)碼管，數(shù)控系統(tǒng)還可以和 PC機串行通信，所以還要設(shè)計串行接口電路 。 根據(jù)以上選定的普通機床數(shù)控化改造 方案，擬訂它的數(shù)控系統(tǒng)及控制方 法 ，系統(tǒng)的總體框圖如下： 圖 12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方 框 圖 數(shù) 控 裝 置 隔 離 放 大 M M 光電編碼器 光電編碼器 鍵盤與顯示接口芯片 串行接口 冷卻 泵 刀位信號 限位信號 按鈕信號 刀架控制 交流變頻 器 主軸編碼器 主軸電機 Z軸 傳動 X軸 傳動 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 5 頁 共 49 頁 2 機械系統(tǒng)的改造設(shè)計 2． 1 主傳動系統(tǒng)的改造 普通車床進行數(shù)控化改造時 ，為了減少工作量一般保留原有的主傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)。 表 21 LD46163電動刀架相關(guān)參數(shù) 型號 換 刀時間（ s） 最大許用力矩 (N178。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 7 頁 共 49 頁 3 縱向 進給傳動部件的計算和選型 3． 1 切削力的計算 切削力 是指在切屑過程中產(chǎn)生的作用在工 件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力 ，或 通俗的講 是 在切削加工時，工件材料抵抗刀具切削時產(chǎn) 生的阻力。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。 3． 2． 3 最大工作載荷的計算 最大工作載荷 mF 是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大 軸向力，也叫進給牽引力 ,其實驗計算公式如表 31所示。取 滾珠絲杠使用壽命 hT 15000? ，帶入 610/60nTL ? 得 L =90；取 ?wf ， 1?hf 代入mhwQ FffLF 3? ，求得 ： QF =17390N。軸 向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形 1? 、絲杠與螺母間滾道的接觸變形 2? 、 支承 滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3? 。 3． 3 同步帶 減速機構(gòu)設(shè)計 同步帶 也叫同步齒形帶， 它 綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點，主要用在驅(qū)動帶輪與被動帶輪之間要求有固定傳動比的情況 。 （ 2） 快速啟動時的 最大 傳遞 功率估算： m a x)( VfFFP yjfcan ???? 式中： caF — 移動部件 （ 僅 包括絲杠 折算 ， 而 忽略的從動輪、軸承等由 增大 系數(shù) aK 來 補償 ） 加速時所受的合力 即慣性力 ，0m a x2 ])2([ tVJPgGF chca ????= )(N 該式中絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 ???? ? LDJ c )( 2cmkg? ， D為絲杠 的公稱直徑， L為絲杠 的長度， 單位為 cm ， maxV 換算 為 sm/ ， 0t 為 ， hP 換算為 ； fF — 移動部件 與 綜合 導軌的滑動摩擦力， GFf ?? =270 )(N 。 實際中心距 )( mmLLaa pr ??????。 經(jīng)計算得出： ?rb mm 。 maxjV? — 橫向最大工進速度，該 設(shè)計 值為 min/ m ； n? — 橫向最大工進速度對應(yīng)絲杠的轉(zhuǎn)度，單位 min/r 。 )(mm =177。 計算得出： )( ??????nP )(W 因為 nmPP ??? ，所以 帶的設(shè)計功率 WWPKP nad ?????? (根據(jù)一般 數(shù)控機床情況以及相關(guān)參數(shù)的補償，系數(shù) aK 取 ) 4． 3． 3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的傳遞功率 dP? ，查表 34選擇同步帶，型號為 XL型，節(jié)距 mmp ? 。 200 80 170 85 180 225 90 4． 3． 6 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) )](22[ 122 11 zzazpze ntz rm ????????? ? ，式中 )(xent 為取整函數(shù)。 經(jīng)計算得出： WPWP dr 202115 ????? ,所以滿足要求。 電 動 機的驅(qū)動 離不開半導體功率器件 ， 在對直流電機電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導體功率器件的使用上又可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動和開關(guān)驅(qū)動 ，由于前者在工作時有大量功率消耗在元器件上，致使效率很低，因此絕大多數(shù)直流電機采用開關(guān)驅(qū)動方式 ， 該方式是使半導體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào) 制來控制電動機的電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。光電隔離 在強 弱電接口 、 特別是在微機系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣 泛應(yīng)用。 單極性驅(qū)動又分 T型和 H型，以 H型應(yīng)用最多。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 32 頁 共 49 頁 圖 51 縱向 直流電動機驅(qū)動電路 圖 52 橫向 直流電動機驅(qū)動電路 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 33 頁 共 49 頁 6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的 “ 大腦 ”， 其設(shè)計 也是普通機床進行數(shù)控化改造的核心 工程 ， 對機床而言，數(shù)控系統(tǒng)通過對輸入的加工程序進行數(shù)據(jù)處理和運算后，輸出控制 信號，控制主軸、進給軸和其他輔助裝置正確、及時和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時接受從機床反饋來的各種信息，對機床控制進行調(diào)整 。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，本設(shè)計將采用 較 經(jīng)濟的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對于 一般切削加工而言，其速度和精度已 能滿足實際要求。 （ 2） MSP430 的擴展 MSP430F149 擁有 6 個 8 位并行接口 且 2個 8位端口 （ P P2） 有中斷能力 ，完全可以實現(xiàn)系統(tǒng)所有信號的輸入、輸出， 無需 硬件擴展。 （ 2）各 引腳 功能與 連接 由于本設(shè)計為兩軸聯(lián)動，需同時顯示 Z方向和 X方向的位置信息，所以 8279要能夠控制 16 個 LED數(shù)碼管 輸出。 圖 62 8279與單片機 MSP430的連接 (3)7407 驅(qū)動 電路 以及 上拉電阻的計算 由于 7407 為 OC門正相高壓驅(qū)動器，所以需要上拉電阻。 （ 2）各 引腳 功能與 連接 LM629 的 8 位數(shù)據(jù)口與系統(tǒng)總線連接，用單片機來傳送數(shù)據(jù)或控制指令?？?(多為 RS485)進