【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 絲桿的軸向載荷,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速,由式，得， 一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命故滿足要求。 傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算(1)計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度。本工作臺(tái)的絲桿支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時(shí)時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度，可按式計(jì)算： 當(dāng)或時(shí)（即滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端位置時(shí)），滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度，可按式計(jì)算：（2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度。已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=16，軸承的最大軸向工作載荷,查參考文獻(xiàn)表24246得（3） 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度查參考文獻(xiàn)附錄A表A3得滾珠與滾道的接觸剛度，額定載荷，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，故由式得（4） 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度。由式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故。由式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為故。滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算由以上計(jì)算可知，扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離已知剪切模量，滾珠絲桿的底徑。由式得 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量（1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。已知滾珠絲杠的密度，由式得（2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)量。（3）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺(tái)、工件、夾具）的總質(zhì)量，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸上移動(dòng)的距離,則由式得（4）由式計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩（1）計(jì)算切削負(fù)載力矩。已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，由式得（2）計(jì)算摩擦負(fù)載力矩已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力（即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力），由式得（3）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，由式得計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需的力矩（1）計(jì)算線性加速力矩已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，加速時(shí)間，由式得 （2）計(jì)算階躍加速力矩。已知加速時(shí)間，由式得（3）計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩。①按式計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩。②按式計(jì)算階躍加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩。③按式計(jì)算快進(jìn)力矩。④按式計(jì)算工進(jìn)力矩。選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)（1） 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算和查參考文獻(xiàn)表247，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的型交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)如下:額定功率3kw；最高轉(zhuǎn)速3000；額定力矩12；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；質(zhì)量。交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的510倍。若按5倍計(jì)算，則該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為60，均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需 的空載啟動(dòng)力矩以及階躍加速時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，因此，不管采用何種加速方式，本電動(dòng)機(jī)均滿足加速力矩要求。該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為12，均大于本機(jī)床工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩以及工進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本電動(dòng)機(jī)均滿足驅(qū)動(dòng)力矩要求。（2）慣量匹配驗(yàn)算。為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理 的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足式而在本設(shè)計(jì)中，故滿足慣量匹配要求。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析計(jì)算絲杠工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，而滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量（其中、分別是機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量（）和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量（），則計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為已知絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則由以上計(jì)算可知，絲杠工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方向死區(qū)已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的最小綜合拉壓剛度，導(dǎo)軌的靜摩擦力，則由式得即故滿足要求。計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差由式得 即故滿足要求。計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差（1）計(jì)算由快速進(jìn)給扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。已知負(fù)載力矩，由以上計(jì)算得扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，由式得（2） 由扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度。由式得 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)本機(jī)床工作臺(tái)采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求： 滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級(jí)為2級(jí)，查參考文獻(xiàn)表220得；查參考文獻(xiàn)表221得，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為850mm時(shí)，故滿足設(shè)計(jì)要求。確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)為FFZD50103P2/15191000,其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：50mm,10mm；螺紋長(zhǎng)度：1000mm；絲杠長(zhǎng)度：1519mm；類型與精度：P類，2級(jí)精度。表71 2弧度內(nèi)行程變動(dòng)量和任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量（）精度等級(jí)123454567868121623表72 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和允許的行程變動(dòng)量（單位：）有效行程/mm精度等級(jí)12345≤3156688121216162323315～4007698121218172525400～500871010151320192726500～630971111161422213029630～8001081312181625233531800～100011915132117292540331000～125013101814241934294639第五章 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；；；／Ｏ接口電路，檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動(dòng)電路等；；，圖中要標(biāo)明各器件的型號(hào)，管腳號(hào)及參數(shù)；。 設(shè)計(jì)步驟。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：1． 主控制器。即中央處理單元CPU2． 總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3． 存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4． 接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲(chǔ)器RAMROM外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機(jī)，磁盤機(jī)，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號(hào)變換控制對(duì)象ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用８０３１芯片作為主控芯片。(１）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型號(hào)有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時(shí)序的匹配。８０３１所能讀取的時(shí)間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時(shí)間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲(chǔ)器容量等因素。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)規(guī)定Ｐ0口提供８為位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來(lái)保存，以便為外接存儲(chǔ)器提高低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作為地址鎖存器，并由ＣＰＵ發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 ↓ ↓ ALE ↓ 由以上分析，采用２７６４EPROM 芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示 A12↓ A8 2764A7↓A0 D7↓ D0譯碼電路G74LS372擴(kuò)展2764電路框圖 (２）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本次設(shè)計(jì)選用６２６４芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示： ↓ ALE ↓ A12↓ A8A7↓ 6264A0D7↓D0 ↓ D0譯碼電路G74LS372擴(kuò)展6264電路框圖 (３）譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過(guò)總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒(méi)有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對(duì)于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址線進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設(shè)計(jì)采用全地址譯碼