【正文】 式中 ——絲杠最大軸向載荷，N計(jì)算得 ++= Nm 。 步進(jìn)電機(jī)的選型選用常州寶馬前楊電器有限公司生產(chǎn)的BBF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號為110BF003，參數(shù)如下表43：表43 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)110BF003的參數(shù)相數(shù)步距角電壓（v）最大靜轉(zhuǎn)矩（kgcm）空載啟動(dòng)頻率/Hz3176。80~3001400滾珠絲杠副可用潤滑來提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。潤滑油用機(jī)油、90～180號透平油或140號主軸油。潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油通過殼體上的油孔注入螺母空間內(nèi)。滾珠絲杠副和其它滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)元件，只要避免磨料微粒及化學(xué)活性物質(zhì)進(jìn)入，就可以認(rèn)為這些元件幾乎是不產(chǎn)生磨損的情況下工作的。但如果在滾道上落入臟物，或使用骯臟的潤滑油，不僅會妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。通常采用毛氈圈對螺母副進(jìn)行密封，毛氈圈的厚度為螺距的2～3倍，而且內(nèi)孔做成螺紋的形狀，使之緊密地包住絲杠，并裝入螺母或套筒兩端的槽孔內(nèi)。密封圈除了采用柔軟的毛氈之外，還可以采用耐油橡膠或尼龍材料。由于密封圈和絲杠直接接觸，因此防塵效果較好，但也增加了滾珠絲杠螺母副的摩擦阻力矩。為了避免這種摩擦阻力矩，可以采用由較硬塑料制成的非接觸式迷宮密封圈，內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相反的形狀，并留有一定的間隙。對于暴露在外面的絲杠，一般采用螺旋剛帶、伸縮套筒、錐形套筒以及折疊式塑料或人造革等形式的防護(hù)罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。除與導(dǎo)軌的防護(hù)罩相似外，這幾種防護(hù)罩一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。數(shù)控車床要求刀架能自動(dòng)換刀，所以必須使用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。在本機(jī)床設(shè)計(jì)中刀架直接購置，選用常州新南數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD4CK0620型四工位螺旋升降自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，該刀架重復(fù)定位精度≤ ，工作可靠性次數(shù)達(dá)300000次，使用壽命長，工藝性能好。第五章 床身與導(dǎo)軌第五章 床身與導(dǎo)軌 床身設(shè)計(jì) 床身結(jié)構(gòu)的基本要求 機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件,一般用來放置導(dǎo)軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。數(shù)控機(jī)床床身主要在下面四個(gè)方面提出了更高的要求。，在床身上有很多安裝部件的加工面和運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面,這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高,而且要能長時(shí)間保持，為保證零部件之間的相互位置或相對運(yùn)動(dòng)精度，處滿足幾何尺寸位置等精度要求外，機(jī)床要滿足靜、動(dòng)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝等方面的技術(shù)要求。2. 應(yīng)具有足夠的靜、動(dòng)剛度，靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度—質(zhì)量比。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，為了保證機(jī)床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過適當(dāng)增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動(dòng)而產(chǎn)身的噪聲。3. 較好的熱穩(wěn)定性，數(shù)控機(jī)床來說，尤其是高精度數(shù)控機(jī)床，熱穩(wěn)定性已成為一個(gè)突出的問題，必須在設(shè)計(jì)上要作到使整機(jī)的熱變形較小，或使熱變形對加工精度的影響較小。，通常床身在抵抗外負(fù)載荷而不超過允許的變形情況下，都具有足夠的強(qiáng)度。但是，對于外負(fù)載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強(qiáng)度的情況。至于床身與運(yùn)動(dòng)部件相接觸的部位，即導(dǎo)軌處，要求有良好的耐磨性。 床身的結(jié)構(gòu) ，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控車床屬于微型機(jī)床,故采用臥式。 床身的截面形狀 為了在較小質(zhì)量下獲得高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率，該機(jī)床的床身采用帶有對角筋的箱體結(jié)構(gòu)。對角筋截面可明顯床身的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。 該機(jī)床的床身采用HT200鑄鐵直接鑄造而成。需要制作木摸和鑄造工序，周期長了一些。制作工藝簡單，有很好的結(jié)構(gòu)特性，很好的抗彎截面慣性矩，減小質(zhì)量。鑄鐵鑄造性能好，容易得到復(fù)雜的形狀，而且阻尼大，有良好的抗震性能。鑄件因壁厚不均勻，導(dǎo)致在冷卻過程中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，所以鑄造后必須進(jìn)行時(shí)效處理。精密機(jī)床支撐件，出粗加工前進(jìn)行自然失效外，粗加工后還應(yīng)進(jìn)行人工時(shí)效處理，充分消除鑄造應(yīng)力。人工時(shí)效是將工件放在200℃以下的退火爐中，一60~80℃/h的加熱速度緩慢加溫到530~550℃,保溫一段時(shí)間冷卻至200℃以下出爐。臥室車床為減少床身的熱變形，將床身導(dǎo)軌傾斜于工件后上方，使切屑不與床身接觸，避免了切屑所攜帶的切削熱的傳遞。箱體采用HT150,與導(dǎo)軌連一起的支撐件用HT200，主軸箱體采用HT300。 床身封沙結(jié)構(gòu)是利用筋板隔成封閉箱體結(jié)構(gòu)。對于鑄造結(jié)構(gòu)的床身，在床身內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，當(dāng)振動(dòng)時(shí)，利用相當(dāng)摩擦來耗散振動(dòng)能量。利用沙粒良好的吸振性能，可以提高機(jī)構(gòu)件的阻尼比。提高床身結(jié)構(gòu)的靜剛度，有剛度和質(zhì)量關(guān)系式K=(為系統(tǒng)無阻尼振動(dòng)時(shí)的固有頻率),有利于床身機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性,可提高床身的抗彎和抗扭剛度。 對導(dǎo)軌的要求,納起來有下列幾點(diǎn):1. 要有一定的導(dǎo)向精度，，。 滑動(dòng)導(dǎo)軌 :滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等三大類型。該次設(shè)計(jì)的數(shù)控車床采用滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單制造方便，承載面積大，接觸剛度好，抗振性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)導(dǎo)軌一般用于定位精度要求不高的開環(huán)系統(tǒng)中，本次設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，故采用滑動(dòng)導(dǎo)軌。采用壓塊與床身形成輔助導(dǎo)軌副，從而形成閉式導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)如圖51： 圖51導(dǎo)軌尺寸參數(shù) 滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料采用鑄鐵,鑄鐵采用耐磨鑄鐵,牌號是HT200,表面淬火硬度為HRC45～55,～。鑲裝在導(dǎo)軌上所用的塑料，采用聚四氟乙烯軟帶。第六章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 確定硬件電路的總體方案微機(jī)數(shù)控以高精度、高效率、使用靈活等特點(diǎn)適應(yīng)了不斷增長的機(jī)械加工自動(dòng)化的要求。數(shù)控系統(tǒng)基本組成：任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是有硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下四部分組成：主控制器 即中央處理單元CPU；總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）；存儲器 包括可編程存儲器和隨機(jī)可讀存儲器；接口 即I/O輸入/輸出接口電路。其中CPU是系統(tǒng)的核心，其作用是發(fā)布命令以及協(xié)調(diào)各部分電路。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件以及運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)。I/O接口電路是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是連接CPU、存儲器和I/O接口電路的紐帶，是各部分進(jìn)行通信的線路。除此以外，還需要根據(jù)系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號變換器。信號交換電路包括A/D交換、D/A轉(zhuǎn)換等。 主控制器CPU的選擇在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下三要素：時(shí)鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理速度）；可擴(kuò)展存儲器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng)（即變成的靈活性）；I/O擴(kuò)展的能力；開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。 除此以外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場合，選擇對象以及對各種參數(shù)要求選擇CPU。在一般數(shù)控系統(tǒng)中，最常用MCS51系統(tǒng)單片機(jī)作為主控制器。本次設(shè)計(jì)將選用8031單片機(jī)。 從上述特性可知，一塊8031的功能幾乎相當(dāng)于一塊Z80CPU、一塊RAM、一塊Z80CTC、兩塊Z80PIO和一塊Z80SIO所組成的微型機(jī)算計(jì)系統(tǒng)。 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片采用EPROM芯片。其型號為2764，其容量為16K。在選擇芯片時(shí)，要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。即8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM所要求的時(shí)間。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量。在滿足要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡化。本控制電路中選用2732存儲芯片，74LS373地址鎖存器。 由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。本控制電路選用6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相聯(lián)。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)地與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故需進(jìn)行片選控制，選用74LS06譯碼器。 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，并采用單片機(jī)控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。 單片機(jī)完成對整個(gè)系統(tǒng)的兩級監(jiān)控管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進(jìn)行復(fù)雜的控制決策。控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出至變頻器，變頻器根據(jù)接收到的信號產(chǎn)生變壓變頻的電源信號，以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊可方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)、停止及加減速等功能。A/D模塊接收整流濾波處理后的速度反饋信號。構(gòu)成調(diào)節(jié)閉環(huán)，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此，實(shí)現(xiàn)了一套結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和運(yùn)行可靠的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。 越界報(bào)警 為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺移動(dòng)。為了報(bào)警，可以設(shè)置發(fā)光二級管。工作時(shí)綠燈亮；有越界信號時(shí)，紅燈亮，指示工作臺越過極限位置結(jié) 論結(jié) 論 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對數(shù)控車床的功能、結(jié)構(gòu)和加工原理有了一定的了解，而且，讓我對大學(xué)所學(xué)的機(jī)械課程有了一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，并且能夠綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、數(shù)控技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、工藝等知識，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成工作如下：1. 完成了微型數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，床身與導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。兩個(gè)坐標(biāo)方向的工作行程為：X:30mm Z:100mm，加工精度：，加工材料：石蠟、肥皂類或鋁質(zhì)類。2. 由于采用了兩個(gè)無極變速組，主軸的變速范圍很寬，從100~3000r/min可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，但是這使主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要采用電磁離合器進(jìn)行變速，一級變速齒輪采用軸承和傳動(dòng)軸相連，由于齒輪直徑較小，軸承不宜選擇，傳動(dòng)軸的直徑也就較小，使傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很復(fù)雜。3. 本次設(shè)計(jì)的微型數(shù)控車床，它成本低，體積小，功能強(qiáng)，安全性好，系統(tǒng)柔性好，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，可共享PC豐富的軟硬件資源，而且便于系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)和軟件升級，可代替工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床，是科研院所、高等院校理想的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)設(shè)備?？筛倪M(jìn)的地方：可采用一個(gè)無極變速組，雖然主軸變速范圍不如采用兩個(gè)無極變速組，但是，這會使主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化，選擇合適的變頻調(diào)速電機(jī)，依靠變頻調(diào)速電機(jī)來進(jìn)行調(diào)速，而且也會改善它的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) [1] 張海云，趙玉剛，[D].山東理工大學(xué),2009．[2] [D].武漢大學(xué),2005．[3] 陳日曜主編.《金屬切削原理》第二版，機(jī)械工業(yè)出版社。[4] 李慶余，孟廣耀主編.《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》第二版[5] 趙玉剛,[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[6] 孫雅洲,梁迎春,[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005.[7] 王蘭美，殷昌貴，《畫法幾何及工程制圖》第二版，機(jī)械工業(yè)出版社。[8] 劉鴻文主編，《材料力學(xué)》第四版，高等教育出版社。[9] 文懷興，夏田主編，《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社。[10] 范超毅等，《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)》，華中科技大學(xué)出版社。[11] 韓進(jìn)宏主編，《互換性與技術(shù)測量》，機(jī)械工業(yè)出版社。[12] 文懷興，夏田主編，《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》，化學(xué)工業(yè)出版社。[13] 朱孝錄主編，《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊》，電子工業(yè)出版社。[14] 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謝在本文完成之際，無論我的設(shè)計(jì)是否能夠真的投入使用，這里面每一個(gè)控件的繪制，每一行語句的調(diào)試，每一段文本的輸入之中都有我辛勤的汗水。幾個(gè)月里的設(shè)計(jì)時(shí)間雖然短暫，我卻從中學(xué)到了很多的東西。我由衷地感謝關(guān)懷、教誨、幫助、支持和鼓勵(lì)我完成學(xué)業(yè)的老師、朋友和親人。特別感謝我的，對我們學(xué)習(xí)悉心指導(dǎo)，嚴(yán)格要求、熱情鼓勵(lì)，為我們創(chuàng)造了很多鍛煉提高的機(jī)會。在選題、開題及設(shè)計(jì)的其它各個(gè)階段，老師都定期跟蹤，嚴(yán)格把關(guān)，給出了很多寶貴的意見和建議，對設(shè)計(jì)的順利完成起到了關(guān)鍵性的作用。大到設(shè)計(jì)說明書結(jié)構(gòu)，小到一個(gè)字詞的運(yùn)用，師都細(xì)心的矯正，足見其耐心細(xì)致。她淵博的知識、寬廣無私的胸懷、夜以繼日的工作態(tài)度、對事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風(fēng)范和對問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益。在此我謹(jǐn)向我的導(dǎo)師以及在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我很大幫助的老師、同學(xué)們致以最誠摯的謝意！