【文章內(nèi)容簡介】 面電蝕估算： mm 其中為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心距 中心距A及齒數(shù)、求出模數(shù) mm 取、 中較大者 mj= ，所以取m= 儲絲走絲部件主要零件強度驗算 齒輪強度的驗算 齒根危險截面的彎曲強度條件式 —載荷系數(shù)， —齒寬系數(shù)， —使用系數(shù)，取1 ——載荷系數(shù)， —齒間載荷分配系數(shù)， —齒向載荷分布系數(shù) —小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩， 查設(shè)計手冊的： —載荷作用于齒頂時齒形系數(shù) —載荷作用于齒頂時應(yīng)力校正系數(shù) 查表得： 則根據(jù)齒根危險截面的彎曲強度條件式計算得： —疲勞強度安全系數(shù) =1，=～ —壽命系數(shù)， —齒輪的疲勞極限 —實驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，= MPa 所以 ： 式中 : —區(qū)域系數(shù)，—彈性影響系數(shù) ， ， 則 ， 因此，所設(shè)計齒輪也滿足齒面接觸疲勞強度要求，齒輪設(shè)計合格 主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸承的配置形式一般來說數(shù)控機床的主軸結(jié)構(gòu)的軸承有以下幾種配置形式：（1）前后支撐均采用雙列短圓柱滾子軸承來承受徑向載荷，安裝在前端的兩個推力球軸承用來承受前后方向的軸向載荷。這種結(jié)構(gòu)能承受較大的負(fù)載，可適應(yīng)強力切削，但主軸轉(zhuǎn)速不能太高，軸承在高轉(zhuǎn)速時容易發(fā)熱。由于推力球軸承安裝在主軸前端，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時前軸承和后軸承溫度差較大，熱變形對主軸精度影響也較大。前軸承溫度高，主軸前端升高量大，后軸承溫度低，主軸末端升高量小，因此，這種機構(gòu)目前應(yīng)用較小。 （2）前后支撐用雙列短圓柱滾子軸承來承受徑向載荷，用安裝在主軸前端的雙向向心推力軸承來承受軸向載荷。這種結(jié)構(gòu)剛性較好。 （3）前端承用單列向心推力球軸承，背靠背安裝，由2～3個軸承組成一套，用以承受徑向和軸向負(fù)載；后軸承用雙列短圓柱滾子軸承。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)載，主軸精度較好。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。 （4）前后支撐均采用單列向心推力球軸承，用以承受徑向和軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，中等負(fù)載的數(shù)控機床。在中小規(guī)格的數(shù)控機床上采用這種機構(gòu)較多。本次設(shè)計主軸所采用的軸承支承方式為第四種。 主軸組建的調(diào)整和預(yù)緊滾動軸承的預(yù)緊，是指在安裝時使軸承內(nèi)部滾動體與套間，保持一定的初始壓力和彈性變形，以減小工作載荷下軸承的實際變形量，從而改善支撐剛度、提高旋轉(zhuǎn)精度的一種措施。軸承的預(yù)緊分軸向預(yù)緊與徑向預(yù)緊，軸向預(yù)緊又包括定位預(yù)緊和定壓預(yù)緊。本設(shè)計中軸承軸向預(yù)緊一般利用軸肩或端蓋達到定壓預(yù)緊；徑向預(yù)緊則直接利用軸承和軸勁的過盈配合，使軸承內(nèi)圈膨脹，以消除徑向游隙并產(chǎn)生一定預(yù)變形。 進給傳動設(shè)計 脈沖當(dāng)量和傳動比的確定（1）脈沖當(dāng)量的確定目前，常用脈沖編碼器兼做位置和速度反饋。步進電機每轉(zhuǎn)動一周傳感器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖每個脈沖代表電機一定數(shù)量的脈沖，每個脈沖代表電機一定的轉(zhuǎn)角。步進電機是以中國電脈沖控制的特種電機，對于每一個電脈沖步進電機都將產(chǎn)生一個恒定的步進角位移，每一個脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱為步進電機的步距角，可由選用的步進電機型號從技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出。 因此，每脈沖代表電機一定的轉(zhuǎn)角，這個轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲杠使工作臺移動一定的距離。每個脈沖所對應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺）的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為，單位mm/脈沖。應(yīng)根據(jù)機床或工作臺進給系統(tǒng)所要求的定位精度來選定脈沖當(dāng)量?？紤]到機械傳動系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量值必須小于定位精度值。，根據(jù)精度要求可確定脈沖當(dāng)量為mm/脈沖。（2）傳動比的確定 設(shè)傳動副的傳動比為 i ，若為一級傳動，則 ，、為主動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)，、為被動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。若為多級傳動，則 i 為總傳動比。對于步進，當(dāng)脈沖給你當(dāng)量(mm/脈沖)確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程（mm）和電機步距角都也已初步選定后，則可用下式計主軸系統(tǒng)的傳動比： 滾珠絲杠螺母副的型號選擇（1）最大工作載荷計算 滾珠絲杠上的工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體中立和作用于導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力，可用下列實驗公式進行計算。對于滾珠導(dǎo)軌： 式中：—工作臺進給方向載荷 —工作臺垂直載荷 —工作臺橫向載荷 —移動部件的重力，取1200kg —考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù) —考慮顛覆力矩影響的摩擦系數(shù)，由于電火花線切割是電極絲放電進行加工，可以認(rèn)為近似為零。所以： （2）最大動載荷C的計算及主要尺寸初選 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)斷定動載荷選用，最大動載荷計算原理與滾動軸承相同。滾珠絲杠的最大動載荷應(yīng)用下列公式計算： ， ，式中：—工作壽命，單位 —絲杠轉(zhuǎn)速，單位 —最大切削力條件下進給速度，單位，可取最高進給速度的1/2～1/3 —絲杠基本導(dǎo)程，單位mm —額定使用壽命，取 —運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取1～，～，～所以： 根據(jù)以上計算查《機械設(shè)計手冊》可以初步選取CDM3204。（3） 傳動效率的計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率η為 λ—絲杠螺旋升角； —摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)f=～，摩擦角約為.所以得 滾珠絲杠的校核滾珠絲杠已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷，轉(zhuǎn)速等條件選四個呢合適尺寸型號并向有關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計中滾珠絲杠被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動中的滾珠絲杠進行設(shè)計和校核。首先對下列參數(shù)進行說明：軸向變載荷，其中i表示第i個工作載荷， ；第i個載荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)速第i個載荷對應(yīng)的工作時間絲杠副最大移動速度絲杠預(yù)期壽命（1）型號選擇①根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式。②計算滾珠絲杠副的主要參數(shù)，查得載荷系數(shù) ，取4mm③選擇絲杠型號根據(jù)初定的和計算得 ，選取導(dǎo)程為4mm ，額定載荷大于的絲杠。所選絲杠型號為CDM3204。其為外循環(huán)雙管式，雙螺母墊片預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲杠。（2）臨界轉(zhuǎn)速校核 r/min r/min 即合格。（3）由于此絲杠是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小，所以其穩(wěn)定性、溫度變形等都肯定符合條件，就不在詳細(xì)說明。（4）滾珠絲杠的預(yù)緊預(yù)緊力一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 步進電機的選用步進電動機又稱脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓，負(fù)載，環(huán)境條件的波動而變化；③速度可調(diào)，能夠快速起動，制動和反轉(zhuǎn)；④定位精度高，同步運行特性好。數(shù)控電火花線切割機的動力系統(tǒng)要求電動機定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快捷，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進電動機為反應(yīng)式步進電動機，可以滿足以上要求，我們選用了型號為75BF003的電動機。選用時主要有以下幾個步驟：（1） 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機型號a． 步距角初選步進電機型號，并從手冊中查到步距角，由于 綜合考慮，我初選了可滿足以上公式。b． 距頻特性步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機的定位轉(zhuǎn)矩。步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是： 步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算： 式中：為空載啟動力矩；為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；為由于絲 緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩。且初選電機型號時應(yīng)滿足步進電動機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉(zhuǎn)矩，即： 計算的各項力矩如下：a．力矩 b. 空載摩擦力矩 c. 附加摩擦力矩 （2） 啟動矩頻特性校核步進電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。前面提出的，僅僅是指初選后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機啟動時不丟失。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的，因此很少用。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)總體方案的擬訂機電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成?？刂葡到y(tǒng)的控制對象主要包括各種機床，如車床、銑床、磨床等?？刂葡到y(tǒng)的基本組成如下圖所示： 控制系統(tǒng)總體方案 總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 單片機的設(shè)計（1）MCS51系列單片機的設(shè)計MCS51系列單片機的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存儲器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O、定時/計數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存儲器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器。內(nèi)部沒有程序存儲器，必須外接EPROM程序存儲器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三個部分。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的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。 時鐘引腳（119腳）：外接晶體時與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，它提供單片機的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。（19）：接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。（18）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部晶體振蕩器時，該引腳接受振蕩器的信號，即把信號直接接至內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 它包括RST、 ALE 、等。此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位（RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為的低電平，以保證單片機正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用能源。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，在兩個機器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動8個TTL負(fù)載。（29腳）：此輸出為單片機內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動8個TTL負(fù)載。（31腳）：當(dāng)端保持高電平時，單片機訪問的是內(nèi)部程序存儲器，但當(dāng)PC值超過某值時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時，則不管是否有內(nèi)部程序存儲器而只訪問外部程序存儲器。對8031來說，因其無內(nèi)部程序存儲器。所以該引腳必須接地，既此時只能訪問外部程序存儲器。輸入/輸出（I/O）接口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口（）：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個TTL負(fù)載。一般作為擴展時地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時，鎖存器必須置1），可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。P2（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載，一般作為擴展時地址總線的高8位使用。P3（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。（2）MCS51單片機的時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，MCS51片內(nèi)有一個反相放大器，引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外