【文章內(nèi)容簡介】 測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的，也正是由于信號的單向流程，它對機(jī)床移動部件的實(shí)際位置不做檢測，所以機(jī)床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。這類機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修都比較簡單。二 總體方案確定（1）、系統(tǒng)的運(yùn)動方式伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具備定位，直線插補(bǔ)，順、逆圓弧插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工，公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮達(dá)到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（2）、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾性強(qiáng)，具有很高的性能價格比等特點(diǎn)，決定采用MCS51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。（3）、機(jī)械傳動方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體方案框圖如下： 圖1—系統(tǒng)總體方案框圖第三章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計計算一 選擇脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、~。根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量：縱向：, 橫向：(半徑)二 圖2—縱切和橫切時切削力的示意圖 縱車外圓主切削力F(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估計算： F=D= （N）按切削力各分力比例： F：F：F=1 ： ： F（N）F（N） 橫切端面主切削力（N）可取縱切的1/2。 （N） （N） （N）三 滾珠絲杠螺母副的計算和選型（一） 縱向進(jìn)給絲杠 計算進(jìn)給軸向力F（N）縱向進(jìn)給這里為三角形導(dǎo)軌：F式中K：指顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=；：~；G：指流板及刀架重力，G=1100N。則 F=（N） 計算最大動負(fù)載Q考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負(fù)載Q的計算公式為：Q L n式中 ：指滾珠絲杠導(dǎo)程，初選=8； n：指絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）； ：指最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3，此處取=； ：指使用壽命時間（h）,對于數(shù)控機(jī)床取T=15000h.。L：指壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位；：指運(yùn)動系數(shù)，見表1，選=。表1—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)~一般運(yùn)轉(zhuǎn)~有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)`~則 n( r/min)L Q（N） 滾珠絲杠螺母副的選型從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應(yīng)的動負(fù)載C的滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時應(yīng)滿足Q C的條件。查表：可采用WL5008外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，其額定動負(fù)載為23400N，符合Q C的條件。精度等級按表 2，選為1級。Vmm表 2—滾珠絲杠行程公差項(xiàng)目符號有效行程（mm）精度等級12345目標(biāo)行程公差e68121623315~40079131825400~500810152027500~630911162230行程變動量公差V68121623315~40068121725400~500710131926500~630711142129任意300 mm內(nèi)行程變動量V681216232弧度內(nèi)行程變動量V45678圖3—縱向進(jìn)給系統(tǒng)計算簡圖計算如下：（1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量（mm） F=N， L=8mm, 剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖4所示，最大軸向力為2759N，支承間距L=550mm, 因絲杠長度較短，不需要預(yù)緊。圖4—橫向進(jìn)給系統(tǒng)計算簡圖計算如下：(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量（mm）根據(jù) N， D=25mm, EN/mm, R=, e=d( mm)A(mm) （mm）(2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形（mm）對滾珠絲杠副施加預(yù)緊力F為軸向負(fù)載的1/3。由 mm, kgf承載滾珠數(shù)量 ZZ = （mm）(3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變（mm）這里采用有預(yù)緊時的推力球軸承則 查《機(jī)械設(shè)計手冊》中表6282，采用51104型推力球軸承，其d=20mm,滾動體直徑D= mm, 滾動體數(shù)量Z=14， （mm）則定位誤差 = (mm) 顯然變形量已大于規(guī)定的定位精度（），應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板空間限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌來減少摩擦力，從而減少軸向力，采用貼塑導(dǎo)軌=~。重新計算如下： NQ（N）由此可知：滾珠絲杠螺母副和軸承的型號可不改變。此時的變形量為：（mm）= （mm） （mm）定位誤差 (mm) (規(guī)定定位精度)穩(wěn)定性校核臨界負(fù)載與工作負(fù)載 之比稱為穩(wěn)定性系數(shù)，如果，則壓桿穩(wěn)定，為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般=~4。計算臨界負(fù)載（N）： 式中 E：指絲杠材料彈性模量，對鋼E（N/mm）； J：指截面慣性矩（mm）,絲杠截面慣性矩J（為絲杠螺紋的底徑）； ：絲杠兩支承端距離（mm）；：絲杠支承方式系數(shù)，見表3，這里。表3—滾珠絲杠支承方式系數(shù)方式一端固定一端自由兩端簡支一端固定一端簡支兩端固定則 N 所以此絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。（三）縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)其幾何參數(shù)見表：表4—WL5008及WL2506滾珠絲杠幾何參數(shù)名稱符號WL5008WL2506螺 紋 滾 道公稱直徑5025導(dǎo)程86接觸角鋼球直徑滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺 桿絲杠外徑24絲杠內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺 母螺母螺紋直徑螺母內(nèi)徑四 齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動比計算縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選步進(jìn)電機(jī)步距角，可計算出傳動比： 在閉式軟齒面齒輪傳動中，齒輪的彎曲強(qiáng)度總是足夠的，因此齒數(shù)可取多些，推薦取Z=24~40。所以可選定齒輪數(shù)為：橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選步進(jìn)電機(jī)步距角，可計算出傳動比：可選定齒輪數(shù)為： 因進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照表5。表5—傳動齒輪幾何參數(shù)所處位置縱 向橫 向齒數(shù)24401845分度圓直徑48803690齒頂圓直徑52844094齒根圓直徑43753185齒寬（6~10）m16161616中心距6463五 步進(jìn)電機(jī)的計算和選型（一） 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算 等效轉(zhuǎn)動慣量計算傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算：式中 ：指步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；、：指齒輪、的轉(zhuǎn)動慣量；：指滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量；：指工件及工作臺重量（N）；：指絲杠導(dǎo)程（）；參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。（分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） （分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） （分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距） 把這些數(shù)據(jù)代入上式： 電機(jī)力矩計算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按個階段計算：（1）快速空載起動力矩 在快速空載起動階段，加速度所占的比例較大，具體計算公式如下：以上式中 ：指空載起動時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩（）； ：指折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（）；：指絲杠預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（）；：指傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量； ：指電機(jī)最大角加速度（）； ：指電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（）；：指運(yùn)動部件最大進(jìn)給速度（）；：指脈沖當(dāng)量（）；：指步進(jìn)電機(jī)步距角（）；：指運(yùn)動部件從停止起動到最大快進(jìn)速度所需時間（s），這里是30ms；：指導(dǎo)程的摩擦力（N），；：指垂直方向的切削力（N）；：指工件及工作臺重量（N）；：指導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，；：指運(yùn)動部件的總重量（N）；：指齒輪降速比；按計算；：指傳動鏈總效率，一般可??；：指滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，一般取/3，為進(jìn)給軸向力（N）；：指滾珠絲杠導(dǎo)程；：指滾珠絲杠未加預(yù)緊時的傳動效率，一般取。將以前計算所得數(shù)據(jù)代入： （） （）（）則 （）（2）快速移動時所需力矩 （）（3）最大切削負(fù)載時所需力矩 （）從上面計算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。由表6得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時，則（N）。表6—步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)距與最大靜轉(zhuǎn)距關(guān)系步進(jìn)電機(jī)相 數(shù)三 相四 相五 相六 相拍 數(shù)3648510612按此最大靜轉(zhuǎn)距從表中查出，大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻