【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)控車床銑床常用的脈沖當(dāng)量是 ，取 。 橫向進給系統(tǒng)的確定 橫 向絲杠的選擇 （ 1） 計算進給牽引力 mF 導(dǎo)軌類型為 矩形 導(dǎo)軌 ) 5 7 9 02 2 0 8( 3 8 )2( ??????????? GFFfKFF yzxm 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 = N 式中： 39。f — 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) G — 移動部件重量 （ 2） 計算最大負載 C 絲杠轉(zhuǎn)速 n ???0L1000 vsn 6 ? =10r/min 壽命 L L= ???61060 Tn ??? 610 15 00010609 最大動負載 C ??3 LC mw Ff ? = 6 8 0 7 ??? N （ 3）滾珠絲杠的初選 初步選擇滾珠絲杠直徑 35? ，螺旋升角 73 ???r ， 導(dǎo)程0L=6 mm （ 4）傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率η ?? )tan(tan ??r r = )0173tan( 73tan ???? ?? = （ 5）剛度驗算 滾珠絲杠橫截面積 F F ???????? 22d? ???????? 2235? mm2 在工作負載 mF 的作用下引起導(dǎo)程0L的變化量 L? L? ???? FE LFm 0 ??? ? 10 4 181。m 滾珠絲杠總長度上的變形量 1? 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 ?1? ??? LLL0??? ? 4006 1009 3 mm 變形量 ???? 1?? 總 mm 一端固定 ,一端自由的總變形量為 ，滿足定位精度177。 。 （ 6）穩(wěn)定性校核 無需進行穩(wěn)定性校核。 （ 7）滾珠絲杠副螺母的選型 考慮 數(shù)控銑床 的結(jié)構(gòu)、精度和以上的計算，查閱《 THK 精密滾珠絲杠副》可采用 BNF36063型彎 管式 單螺母 滾珠絲杠 副 ，額定動載荷為 aC = KN。 齒輪傳動比計算 絲杠 傳動比 i ?i ???pb L??360 0 ??? 45 b? — 步進電機的步距角（初選） ?b? 根據(jù)實際結(jié)構(gòu)要求 ，齒輪齒數(shù) ?。?302 ?Z ， 241?Z 。因為進給伺服系統(tǒng)傳遞的功率不大，一般取模數(shù) ?m 1～ 2，數(shù)控銑床可取 ?m 2。 表 32 橫向 傳動齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) 分度圓直徑mzd? 齒頂圓直徑mdda 2?? 齒根圓直徑mdd f ?? 齒寬 中心距 1Z 24 48 52 43 20 54 2Z 30 60 64 55 20 橫向步進電機的計算和選擇 (1)轉(zhuǎn)動慣量的計算 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 齒輪 1z 的轉(zhuǎn)動慣量 3411 ??? LdJ kg cm2 mmbL 20?? ， mmd 481 ? ????? ? 341 kg cm2 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動慣量 3422 ??? LdJ kg cm2 ?L 20 mm ， ?2d 60 mm 342 ?????J = kg cm2 主軸的轉(zhuǎn)動慣量 34 ?????sJ = kg cm2 折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： ???????? ?????????????????????? ???????????? 222022211 2 5 06 8 2 2 )2( ??LgGJJzzJJ s = kg cm2 其中： 1J — 齒輪 1z 的轉(zhuǎn)動慣量 2J — 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動慣量 sJ — 主軸的轉(zhuǎn)動慣量 (2)電動力矩的計算 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上 的總等效轉(zhuǎn)動慣量 ?J ?J =J + mJ =+= kg cm2 其中： mJ — 電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ,初取為 kg cm2 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 主電機最大轉(zhuǎn)速0max1000L vn k?? =400 min/r 起動加速時間 ?at 30 ms 空載起動時折算到電機軸上的加速力矩 maxM 232m a xm a x ???? ????? ???? ?? atnJM N cm 工進時折算到電機軸上摩擦力矩 fM ? ? ? ? 000 ??? ??????? ????? i LGFfiLFM Zf N cm 由于絲杠預(yù)緊時折算到電機軸的附加力矩 0M ? ? )1(2 20200 0 ????????????? iLFM p N cm 折算到電機軸上的負載力矩 tM 0 ??? ??? ??? iLFM tt N cm ① 快速空載起動時所需力矩 起M 起M = 0m ax MMM f ?? = + + = cm= m ② 快速進給時所需力矩 快M 0MMM f ??快 = + = N cm= N m ③ 最大切削負載時所需力矩 切M 切M tf MMM ??? 0 = + + = cm= N m 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 從上面的計算可以看出，在 起M 、 快M 、 切M 三種工況下 ，快速空載起動所需力矩最大，此項為初選電機的依據(jù)，從表中查出， 步進電機為三相六拍時， ?? 起M? 最大靜轉(zhuǎn)矩 3 .0 1 ??? ?起MM j N m 按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進電機型號表（三相）可查出， 110BC380D 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 N m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。但必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。 （ 3）計算電機工作頻率 步進電機快速運行 4000 m a x ?? ??? pq vf ? Hz 最高 工作頻率 100 ????? p sg vf ? Hz 從電機表中查出 110BC380D 型步進電機的空載起動頻率為 1400Hz，運行頻率為15000Hz。 垂向進給系統(tǒng)的確定 垂向絲杠的選擇 （ 1） 計算進給牽引力 mF 導(dǎo)軌類型為 燕尾 導(dǎo)軌 ) 0 0 7 9 021 3 8 0( 2 0 )2( ???????????? GFFfKFF yzxm = N 式中： 39。f — 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) （ 2） 計算最大負載 C 絲杠轉(zhuǎn)速 n ???0L1000 vsn 6 ? =10r/min 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 壽命 L L= ???61060 Tn ??? 610 15 00010609 最大動負載 C ??3 LC mw Ff ? = ??? N （ 3）滾珠絲杠的初 選 初步選擇滾珠絲杠直徑 60? ，螺旋升角 933 ???r ， 導(dǎo)程0L=12 mm （ 4）傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率η ?? )tan(tan ??r r = )01933tan( 933tan ???? ?? = （ 5）剛度驗算 滾珠絲杠橫截面積 F F ???????? 22d? ???????? 2260? 2826 mm2 在工作負載 mF 的作用下引起導(dǎo)程0L的變化量 L? L? ???? FE LFm 0 ??? ? 2826 10 20 .6 4 181。m 滾珠絲杠總長度上的 變形量 1? ?1? ??? LLL0??? ? 35012 3 mm 變形量 ???? 1?? 總 mm 一端固定 ,一端自由的總變形量為 ，滿足定位精度177。 。 （ 6）穩(wěn)定性校核 無需進行穩(wěn)定性校核。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 （ 7）滾珠絲杠副螺母的選型 考慮 數(shù)控銑床 的結(jié)構(gòu)、精度和以上的計算，查閱《 THK 精 密滾珠絲杠副》可采用 BNF6312A5型彎 管式 單螺母 滾珠 絲杠副，額定動載荷為 aC = KN。 同步帶及帶輪的 選擇 傳動比 i=，則齒數(shù)取 201?Z , 252 ?Z 查慈溪恒力同步帶輪有限公司帶輪得 小輪型號為 20L， 節(jié)徑 1 ?pDmm， 外徑 ?eD mm 大輪型號為 25L， 外徑 2 ?pDmm，外徑 ?eD mm 同步帶型號為 382L，節(jié)線長 ，齒數(shù) 102 垂向步進電機的計算和選擇 (1)轉(zhuǎn)動慣量的計算 齒輪 1z 的轉(zhuǎn)動慣量 3411 ??? LdJ kg cm2 mmbL 20?? ， mmd 481 ? ????? ? 341 kg cm2 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動慣量 3422 ??? LdJ kg cm2 ?L 20 mm ， ?2d 60 mm 342 ?????J = kg cm2 圓錐 齒輪 3z 的轉(zhuǎn)動慣量 3433 ??? LdJ 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 L=25 mm, ?3d 80 mm 343 ?????J = kg cm2 圓錐 齒輪 4z 的轉(zhuǎn)動慣量 3444 ??? LdJ L=50 mm, ?3d 160 mm 344 ?????J = kg cm2 主軸的轉(zhuǎn)動慣量 34 ?????sJ = kg cm2 折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： ?????????? ?????? ?????????????????????? 204243322211 )2( ?LgGJJzzJJzzJJ s ?????????? ?????? ?????????????????? 222 )2 (1 0 0 ? = kg cm2 (2)電動力矩的計算 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 ?J ?J =J + mJ =+= kg cm2 其中： mJ — 電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ,初取為 kg cm2 主電機最大轉(zhuǎn)速0max1000L vn k?? =65 min/r 起動加速時間 ?at 30 ms 空載起動時折算到電機軸上的加速力矩 maxM 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 232m a xm a x ???? ????? ???? ?? atnJM N cm 工進時折算到電機軸上摩擦力矩 fM ? ? ? ? 000 ??? ???????? ????? i LGFfiLFM Zf N cm 由于絲杠預(yù)緊時折算到電機軸的附加力矩 0M ? ? )1(2 20200 0 ????????????? iLFM p N cm 折算到電機軸上的負載力矩 tM 0 ??? ??? ??? iLFM tt N cm ① 快速空載起動時所需力矩 起M 起M = 0m ax MMM f ?? = + + = cm= m ② 快速進給時所需力矩 快M 0MMM f ??快 = + = N cm= N m ③ 最大切削負載時所需力矩 切M 切M tf MMM ??? 0 = + + = cm= N m 從上面的計算可以看出，在 起M 、 快M 、 切M 三種工況下 ，最大切削負載時所需力矩最大，此項 為初選電機的依據(jù)，從表中查出， 步進電機為三相六拍時， ?? 起M? 最大靜轉(zhuǎn)矩 4 .5 ??? ?起MM j N m 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進電機型號表（三相）可查出， 110BC380D 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 N m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。但必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。 （ 3）計算電機工作頻率 步進電機快速運行 1300 m a x ????? pq vf ? Hz 最高工作頻率 100 ????? p sg vf ? Hz 從電機表中查出 110BC380D 型步進電機的空載起動頻率為 1400Hz，運行頻率為 15000Hz。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第 四 章 控制系統(tǒng)硬件原理及其控制程序編制 控制器 主控制器及其 選擇 目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片有 8086， 8088， 80286， 80386 以及 8098， 8096等 16 位機的 CPU，在一般的數(shù)控系統(tǒng)中推薦采用 MCS— 51 系列單片機作為主控制器。這里選用 MCS— 51 系列中的 8031 芯片。 MCS— 51 系列單片機介紹 （ 1） MCS—