【文章內(nèi)容簡介】 臺垂直進(jìn)給抗力?！?鉆頭直徑，取進(jìn)給量f＝ 則查表得到高速鋼鉆頭鉆孔時的軸向力F＝7330N。 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。1）計(jì)算作用在絲杠上的最大動負(fù)荷 首先根據(jù)切削力和運(yùn)動部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動載荷C：= …………………………………………………………()式中——運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，～，～；——滾珠絲杠工作載荷（N）；——工作壽命，單位為10r，可按下式計(jì)算 = ……………………………………………………()式中 ——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）； ——使用壽命時間（h），數(shù)控機(jī)床取15000h。鉆銑床主軸燕尾導(dǎo)軌滾珠絲桿副驅(qū)動時滾珠絲桿的工作載荷： ……………………………………………………()式中 F——切削時的軸向切削抗力； ——軸套和軸架以及主軸鍵上的摩擦系數(shù)＝； M——主軸上的扭矩； ——主軸直徑；則 = ………………………………() ………………………………………………………()其中為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（），可取最高進(jìn)給速度的～；為絲杠基本導(dǎo)程（），計(jì)算時，可初選一數(shù)值，等剛度驗(yàn)算后再確定；則 ……………………………………………()為額定使用壽命（），可取＝15000h。則 ＝＝ ………………………………()根據(jù)工作負(fù)載、壽命，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動負(fù)載，?。?，則： =＝＝ …………………… () 由查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，選擇絲杠的型號。選擇滾珠絲杠的直徑為40mm，型號為CDM40105P4,其額定動載荷是53411N，強(qiáng)度足夠用。2） 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率為 ＝ ………………………………………()式中 ——螺紋的螺旋升角，該絲杠為5176。41′； ——摩擦角約等于10′。則 ＝ ……………………………… () 3） 剛度驗(yàn)算 ①.絲桿的拉壓變形量 滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，因滾珠絲杠受扭時引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量 ……………………………………………()式中 ——彈性模數(shù)，對鋼，； ——滾珠絲杠截面積（）（按絲杠螺紋底徑確定）＝＝ …………………………()“＋”用于拉伸時，“－”用于壓縮時。則 ………() 則絲桿的拉伸或壓縮變形量 ………………()②.滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲桿的長度無關(guān)。當(dāng)絲桿在工作時有預(yù)緊時，其計(jì)算公式為： …………………………………………()式中 ——滾珠直徑； ——滾珠總數(shù)量＝Z圈數(shù)列數(shù)； Z——一圈的滾珠數(shù)，Z=(外循環(huán))，Z=（）－3（內(nèi)循環(huán)）； ——滾珠絲桿的公稱直徑； ——預(yù)緊力； ——滾珠絲桿工作載荷；∵ …………………………………… ()Z==π40/＝ …………………………………() 則＝Z圈數(shù)列數(shù)＝2＝ ……………………()又∵滾珠絲桿的預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3，值可減小一半，因而 …………………………………………………… ()③.支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形在垂直進(jìn)給運(yùn)動中采用角接觸球軸承，其計(jì)算公式為： …………………………………………………()式中 ——軸承所受軸向載荷； ——軸承的滾動休數(shù)目； ——軸承滾動體直徑；∵ 工作載荷 ………………………………………() 滾珠絲桿的滾動體數(shù)量，滾動體直徑 則 …………… () 因?yàn)橛蓄A(yù)緊力，故實(shí)際變形量 ………………… ()根據(jù)以上的計(jì)算，則總變形量為： ………………()四級精度絲桿允許的螺距誤差為25μm，故剛度足夠。4）、壓桿穩(wěn)定的校核滾珠絲桿通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向力工作負(fù)荷過大，將使絲桿失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷為： = 2 EI/L2(N) ……………………………………………()式中： E為絲桿的彈性模量，對于鋼，E=，I為截面慣性矩，I=d14/64，(d1為絲桿底徑),L為絲桿最大工作長度，為絲桿支承方式系數(shù). ∵ I=……………………………………()對于一端固定一端自由的情況 =∴ == 臨界載荷與絲桿工作載荷之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[]，則該滾珠絲桿不會失穩(wěn)。一般取[]=。 =＝ ……………………………… ()∴ 壓桿穩(wěn)定（1）、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 ∵ …………………………()又∵ t＝①則折算到電動機(jī)軸上的總加速力矩為： ………()②折算到電動機(jī)軸上的摩擦力矩 ∵ G＝980N ，(燕尾形導(dǎo)軌) ， 總效率 ， = ∴ ……() ③附加摩擦力矩∵ 預(yù)緊力 , 為滾珠絲桿未預(yù)緊時傳動效率，取 ∴ ……()則步進(jìn)電機(jī)快速空轉(zhuǎn)啟動力矩： ………()對于工作方式未五相十拍的步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為： ………………()，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。（2）、校核步進(jìn)電機(jī)的空載啟動頻率 ∵ 步進(jìn)電機(jī)的空載啟動頻率是 …………()查相關(guān)資料知：130BF001型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動頻率為＝3000,因而必須分三個階梯啟動，每個階梯啟動頻率為,。取，則步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率為： ………………………………() 而步進(jìn)電機(jī)允許的運(yùn)行頻率為16000，所以滿足設(shè)計(jì)要求。滾珠絲杠沒有自鎖能力，垂直坐標(biāo)不能鎖住，而主軸箱的重量相對來說比較大所以必須采用平衡裝置，避免在工作時主軸箱的失控下降。為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度，可以預(yù)加載荷，使它在過盈的條件下工作，常用的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。預(yù)緊后的剛度可提高到為無預(yù)緊時的2倍。但是，預(yù)緊載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲桿在出廠時，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動載荷有一定的比例關(guān)系。雙螺母墊片式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)見到，裝卸方便，剛度高；調(diào)整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預(yù)緊，適用于高剛度重載傳動。雙螺母螺紋式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，丹準(zhǔn)確性差，且易于松動，適用于剛度要求不高或隨時調(diào)節(jié)預(yù)緊的傳動。雙螺母齒差式預(yù)緊：①調(diào)整方法：兩邊的下螺母的凸緣上有外齒，分別與緊固的螺母座兩端的內(nèi)齒圈，兩個螺母向相同方向旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個齒，調(diào)整軸向位移。②能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，宜用于高度精度的傳動機(jī)構(gòu)。在垂直進(jìn)給運(yùn)動中要求要不定時調(diào)節(jié)預(yù)緊力，因而宜用雙螺母螺紋式預(yù)緊。 齒輪傳動消隙齒輪傳動的間隙也叫側(cè)隙，它是指一個齒輪固定不動，另一個齒輪能夠作出的最大角位移。傳動間隙是不可避免的，其產(chǎn)生的這樣原因有：由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙；為使用熱膨脹而特意留出的間隙。為了提高定位精度和工作的平穩(wěn)性，要盡可能減小傳動間隙。除了提高制造和裝配精度外，消隙的主要途徑有：設(shè)計(jì)可調(diào)整傳動間隙的機(jī)構(gòu)；設(shè)置彈性補(bǔ)償元件。在這設(shè)計(jì)里我采用可調(diào)整齒輪傳動間隙的機(jī)構(gòu)來消除間隙。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠螺母副的選擇計(jì)算假定工作臺及零件的總的量： =200kgf=100=980N Z軸的行程為： 300mm 縱向脈沖當(dāng)量： 預(yù)選滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =5mm 步距角： 快速進(jìn)給速度： =⑴、傳動比的選定 …………………………………()⑵、計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量初選步進(jìn)電機(jī)的型號為130BF001則查表查出電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量＝為了機(jī)床的布局緊湊且方便可取i=。則滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣量折算： ………()工作臺質(zhì)量折算： ……()傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算：++=（++） ……………………………()⑶、工作載荷分析及計(jì)算滾珠絲杠上的工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺是滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫作進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩檫力。據(jù)機(jī)床加工的特點(diǎn)，當(dāng)銑削槽時，工作載荷最大，由于銑削時，工作載荷既包括銑削時沿著絲杠軸的方向的力（即軸向力），也包括工作臺及工件的重量（即垂直絲杠軸方向的力），由于在鉆削時不存在縱向運(yùn)動，因此只要考慮銑削的情況，而銑削時的軸向力不大，所以在此不考慮銑削時產(chǎn)生的軸向力。取銑削刀具直徑為75mm，而機(jī)床的計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min，則 ……………()而，機(jī)床主傳動系統(tǒng)的傳動效率則 ……………………()選端銑，對稱，其中端銑，時，則得： 則可得 則在燕尾導(dǎo)軌上滾珠絲桿的工作載荷Fm為： ……………()其中， =， G=1960N 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算1）計(jì)算作用在絲杠上的最大動負(fù)荷 …………………………………………………………()其中L=60nt/106 ……………………………() ……………………()因?yàn)橐话恪?，?則 ………………………………()由查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，選擇絲杠的型號。選擇滾珠絲杠的直徑為32mm，型號為CDM32055P3,其額定動載荷是19249N，強(qiáng)度足夠用。2） 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率為∵ 螺紋升角 ………………………………………()∴ ………………………………… ()因?yàn)楣ぷ髋_Y軸行程為300mm。則令l=450mm,滾珠絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載荷的1/3。3） 剛度驗(yàn)算①.絲桿的拉壓變形量滾珠絲桿截面積按絲桿螺紋的底徑確定： …………………………………………()工作負(fù)載引起的導(dǎo)程的變化量可用下式計(jì)算： ……………()則絲桿的拉伸或壓縮變形量 ……………………()由于兩端均采用推力軸承，且絲桿又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度可比一端固定的絲桿提高4倍。 ………………………()②.滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲桿的長度無關(guān)。當(dāng)絲桿在工作時有預(yù)緊時，其接觸變形量為：…()（其中為預(yù)緊力，而 ）∵ 絲桿加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的1/3時∴ 可減少一半。因此實(shí)際變形量為：③.支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形根據(jù)以上的計(jì)算，則總變形量為： ………()三級精度絲桿允許的螺距誤差為15μm/m，故剛度足夠。因?yàn)闈L珠絲桿兩端都采用推力球軸承并預(yù)緊，因此不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需做穩(wěn)定性校核。（1）、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 ∵ …………………………()又∵ ①則折算到電動機(jī)軸上的總加速力矩為： ……………()②折算到電動機(jī)軸上的摩擦力矩 …………………………()③附加摩擦力矩∵ 預(yù)緊力，滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率取則 ……()則步進(jìn)電動機(jī)快速空轉(zhuǎn)啟動力矩： ………()對于工作方式為五相十拍得步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩： …………………()，大于所需快速空載啟動力矩，可作為初選型號。（2）、校核步進(jìn)電機(jī)的空載啟動頻率 ∵ 步進(jìn)電機(jī)的空載啟動頻率是 ……………………………()而130BF001型步進(jìn)電動機(jī)最高空載啟動頻率為f=3000HZ,因而必須分三個階段啟動，每個階段啟動頻率為，取，則步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行頻率為： ……………………………()而步進(jìn)電機(jī)允許的運(yùn)行頻率為16000HZ，因而滿足要求。第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).,如車床、銑床、:通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開關(guān)量控制電路主運(yùn)動驅(qū)動電路主軸電動機(jī)(1)MCS51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒有程序存貯器，必須外接EPROM程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分。此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時鐘引腳XTALXTAL2。電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時鐘引腳（119腳