【文章內(nèi)容簡介】 大值 設計計算 M≥＝ 133mm 對比計算結果由齒面的接觸疲勞強度計算的模數(shù)Ｍ大于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)由于齒輪模數(shù)的大小主要是彎曲疲勞強度所決定的承載能力而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關可取由彎曲強度算得的模數(shù) M＝ 197 并就近圓整為標準值 M＝ 20 ㎜按照接觸強度算得分度圓直徑 d 6313㎜ Z 31565≈ 32 Z iZ 32179。125 40 這樣設計的齒輪傳動既滿足了齒面接觸疲勞強度又滿足了齒根彎曲疲勞強度并做到結構緊湊避免浪費齒輪參數(shù)取值如下 參數(shù) Z m b a d 外圓直徑 大齒輪 40 2 20 20 80 84 小齒輪 32 2 20 20 64 68 35 其他機械設 減速箱最小輸出軸的計算 097 則 P P 432179。 097 419KW n 8334 Rmin 由式 152 得 d≥ A 即 d A 由《機械手冊》查表 153 得 45 鋼調(diào)質(zhì)淬火后 A0 取 112 經(jīng)過計算得 d 112 19mm 輸出選取 d≥ 19mm 即可 軸承的選擇 7154N 7154KN 所以選擇軸承如下 名稱 型號 國標號 C 角接觸軸承 36204 型 GB29283 112KN 746KN 圓錐滾子軸承 7204E 型 GB29784 268KN 182KN 所以以上的兩種類型動靜載荷均大于 7154KN 故所選軸承符合要求 36 步進電機的選擇 計算減速器的傳動比 I I 步進電機步距角 075o P 絲杠導程 P 6mm 工作臺脈沖當量 001mm 經(jīng)計算得 I 125 統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量 齒輪絲杠等的轉(zhuǎn)動慣量計算不易精確計算可將其等效成圓柱體來近似計算圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量 JKg178。 cm2 的計算公式 J 57 其中 材料密度 kgcm3 取 78179。 103kgm3 d 傳動件的等效直徑 m l 傳動件軸向長度 m 總當量負載轉(zhuǎn)動慣量 Je Kgm2 Je Jz1 179。W 其中 Jz1Jz2 電機軸和絲杠軸上齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 Kg179。 m2 Js 絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Kg179。 m2 m 工作臺質(zhì)量 Kg 按公式 57 首先分別計算各傳動件的轉(zhuǎn)動慣量其中齒輪的等效直徑取分度圓直徑 d1 80mmd2 64mm 絲杠的等效直徑為 245mm Jz1 6310 Kg Jz2 504 Kg Js 276 Kg 按公式 58 得總當量負載轉(zhuǎn)動慣量 Je Jz1 Wg 11759179。10 Kg J 其中 J 電機軸自身轉(zhuǎn)動慣量 Kg 電機啟動或制動時的角速度 rads F 作用在工作臺上的摩擦力 N F 作用在工作臺上的其它外力 N 伺服傳動鏈的總效率 F 滾動絲杠螺母副的預緊力 N 滾動絲杠螺母副未預緊時的傳動效率一般取 09 初選 J 10179。 10 Kg 02 導軌摩擦因數(shù)最大軸向力為 F 20712N 并要求空載啟動時間 t 30ms 最大進給速度為 V 5mmin 則步進電機軸上的總慣量 J J JJ 10179。1011759179。10 21759179。10 Kg 空載啟動時電機軸上的慣量轉(zhuǎn)矩為 ａ T T J J 395 N178。 m 設 F F3 20723 6904N 則電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為 T ｂ T 0125 N178。 m T 198 N178。m T TTT 3950125008 4155 N178。m 其中 T 008 N178。 m T 之間的比例關系如下 電機相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 運行節(jié)拍 3 6 4 8 5 10 6 12 TT 05 0866 0707 0707 0809 0951 0866 0866 根據(jù)前面所得的 T T按照表 51空載啟動時需要電動機最大靜轉(zhuǎn)矩 T 為 T T0866 41550866 480 N ㎜ 最大負載下工作時所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩 T T T03～ 05 012500819803～ 05 728～ 437N ㎜ T≥ TT T 73 N ㎜ 3 步進電機最高工作頻率 f f 83333HZ 綜合考慮 查《機械手冊》選用 110BF003 型步進電機能滿足其需要電機參數(shù)如下表 型號 110BF003 相數(shù) ３ 額定電壓 80V 額定電流 6A 步距角 075 最大靜扭矩 800 Nmm 運行頻率 7000StepS 空 載 啟 動 頻 率 1500StepS 回轉(zhuǎn)直徑 110mm 長度 160mm 軸徑 11mm 11 基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎有了硬件才能有效的運行硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標其性能好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作組成機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成 ① 主控器 即中央處理單元 CPU ② 總線 包括數(shù)據(jù)總線 DB 地址總線 AB 和控制總線 CB ③ 存儲器 包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器 ④ IO 口 即輸入輸出接口電路 其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心其作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分正常工作存儲用于存 放系統(tǒng)軟件即程序以及運動過程中的各種數(shù)據(jù) IO 接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁三總線則是 CPUI 與存儲器接口以及其它各種轉(zhuǎn)換電路連接的紐帶是 CPU 與各部分電路進行信息交換和通訊的必由之路 除此之外還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設備和信號變換電路如下圖所示為數(shù)控系統(tǒng)硬件結構圖其中 CPU 存儲器及 IO 接口是任何一個數(shù)控系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)其于部分并非所有數(shù)控系統(tǒng)都具備其一類機床數(shù)控系統(tǒng)可能只包括其中的一部分或幾部分通常 CPU 通過 IO 接口連接得人機交換外設是鍵盤打印機磁帶記錄儀等通訊接口訊號變換電路是 AD轉(zhuǎn)換 DA轉(zhuǎn)換光電隔離功率放大等是實現(xiàn)微機與控制對象之間的訊號匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路這兩部分可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選擇 由于 MCS51 系列單片機在我國機床數(shù)控改造方面應用普遍其配套芯片廉價普及通用性強制造和維修方便完全能夠滿足經(jīng)濟型數(shù)控車床改造的需要本次C6140 的改造以 MCS51 系列單片機中的 6031 芯片作為中心控制系統(tǒng) 硬件配套及基本結構 本數(shù)控系統(tǒng)計算機是采用 8031 為 CPU 的 8 位微型專用計算機它包括一個微處理器一個 123字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 4個 8位的 IO接口其中 P1P2P3是準雙向口 P0 是三 態(tài)雙向口此外還有為用戶留一個擴展區(qū) 8031 通過 IO 口擴展一片 8255 接口芯片實現(xiàn)空運轉(zhuǎn)自動手動轉(zhuǎn)換回零換刀超程的按鍵功能還通過 P0 口和 P2 口及一塊 74LS373 地址所存器擴展了兩片 16K的 ROM27128兩片 16K的 RAM62128來作為開發(fā)程序的存儲器 8031通過 P0口擴展了一片 8279接口芯片來實現(xiàn)鍵盤輸入和電路顯示的功能通過 P1口經(jīng)光耦和隔離電路 TLP5214來消除電路干擾并實現(xiàn) XZ向正反轉(zhuǎn)及連續(xù)啟動的功能通過功率放大電路實現(xiàn) STM 等備用功能兩步進電機經(jīng)一塊 74LS373 直接與 PO 口相連具體結構參 考電路控制原理圖 接口線路 微機與機床的連接 它通過光電隔離接口板將兩者信號聯(lián)系起來光電隔離接口主要是為防止干擾及電平相配合 機床拖板的運動是通過軟件的插補控制及環(huán)形分配器由 PIO 口的輸出信號控制 XZ 向兩個步進電機來實現(xiàn) 主軸起停刀架轉(zhuǎn)位等輔助動作都是通過譯碼后由 PIO 口輸出相應的電信號執(zhí)行相應的動作螺紋車削由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的主軸脈沖及螺頭脈沖分別輸入 CTC 口及 PIO 口來控制進給 光電隔離電路 功率放大器 輔助電路 42 軟件設計 數(shù)控車床主要的技術參數(shù)及功能 ①數(shù)控裝置 計算機型號 8031 插補方式 逐點比較法 插補坐標數(shù) 二坐標 數(shù)據(jù)形式 增量絕對值及混合使用 輸入方式 手動鍵盤輸入或磁帶機一次輸入 Z 向脈沖當量 001 ㎜脈沖 X 向脈沖當量直徑上 001 ㎜脈沖 單行程段最大圓弧半徑 5m 傳動系統(tǒng)間隙補償量 0～ 255 脈沖 程序段顯示數(shù) 9999 ②數(shù)控裝置機能設置 準備機能 G G00 快速進給 G01 直線插補 G02 圓弧插補順時針 G03 圓弧插補逆時針 G04 延時 G32 切削圓柱螺紋 G33 切削錐螺紋 G50 坐標設定 G90 直線切削循環(huán) G90 錐度切削循環(huán) G92 圓柱切削螺紋循環(huán) G93 錐螺紋切削循環(huán) G94 14 凸圓循環(huán) G95 14 凹圓循 環(huán) 補助機能 M00 程序暫停 M02