【正文】 式中 ——絲杠最大軸向載荷，N計算得 ++= Nm 。 步進電機的選型選用常州寶馬前楊電器有限公司生產(chǎn)的BBF系列反應式步進電動機型號為110BF003，參數(shù)如下表43：表43 步進電動機110BF003的參數(shù)相數(shù)步距角電壓（v）最大靜轉(zhuǎn)矩（kgcm）空載啟動頻率/Hz3176。80~3001400滾珠絲杠副可用潤滑來提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。潤滑油用機油、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摩擦的傳動元件，只要避免磨料微粒及化學活性物質(zhì)進入，就可以認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轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。通常采用毛氈圈對螺母副進行密封，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罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。除與導軌的防護罩相似外，這幾種防護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換刀，所以必須使用自動回轉(zhuǎn)刀架。在本機床設計中刀架直接購置，選用常州新南數(shù)控設備有限公司生產(chǎn)的LD4CK0620型四工位螺旋升降自動轉(zhuǎn)位刀架，該刀架重復定位精度≤ ，工作可靠性次數(shù)達300000次，使用壽命長，工藝性能好。第五章 床身與導軌第五章 床身與導軌 床身設計 床身結(jié)構(gòu)的基本要求 機床的床身是整個機床的基礎支承件,一般用來放置導軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應有更高的靜、動剛度，更好的抗振性。數(shù)控機床床身主要在下面四個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動部件的導軌面,這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高,而且要能長時間保持，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，處滿足幾何尺寸位置等精度要求外，機床要滿足靜、動剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝等方面的技術(shù)要求。2. 應具有足夠的靜、動剛度，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，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度—質(zhì)量比。動剛度直接反映機床的運動特性，為了保證機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及自激振動的能力，可以通過適當增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動而產(chǎn)身的噪聲。3. 較好的熱穩(wěn)定性，數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已成為一個突出的問題，必須在設計上要作到使整機的熱變形較小，或使熱變形對加工精度的影響較小。，通常床身在抵抗外負載荷而不超過允許的變形情況下，都具有足夠的強度。但是，對于外負載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強度的情況。至于床身與運動部件相接觸的部位，即導軌處，要求有良好的耐磨性。 床身的結(jié)構(gòu) ，本次設計的數(shù)控車床屬于微型機床,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?shù)墓逃蓄l率，該機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，并且便于設計成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。 該機床的床身采用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，導致在冷卻過程中產(chǎn)生鑄造應力，所以鑄造后必須進行時效處理。精密機床支撐件，出粗加工前進行自然失效外，粗加工后還應進行人工時效處理，充分消除鑄造應力。人工時效是將工件放在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，當振動時，利用相當摩擦來耗散振動能量。利用沙粒良好的吸振性能，可以提高機構(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)無阻尼振動時的固有頻率),有利于床身機構(gòu)的穩(wěn)定性,可提高床身的抗彎和抗扭剛度。 對導軌的要求,納起來有下列幾點:1. 要有一定的導向精度，，。 滑動導軌 :滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌等三大類型。該次設計的數(shù)控車床采用滑動導軌?；瑒訉к壗Y(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?；瑒訉к壱话阌糜诙ㄎ痪纫蟛桓叩拈_環(huán)系統(tǒng)中，本次設計的伺服系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，故采用滑動導軌。采用壓塊與床身形成輔助導軌副，從而形成閉式導軌。 導軌設計 設計參數(shù)如圖51： 圖51導軌尺寸參數(shù) 滑動導軌的材料采用鑄鐵,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)設計第六章 控制系統(tǒng)設計 確定硬件電路的總體方案微機數(shù)控以高精度、高效率、使用靈活等特點適應了不斷增長的機械加工自動化的要求。數(shù)控系統(tǒng)基本組成：任何一個數(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，有了硬件軟件才能有效地運行。硬件電路的可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。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的選擇在微機應用系統(tǒng)中，CPU的選擇應考慮以下三要素：時鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理速度）；可擴展存儲器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強（即變成的靈活性）；I/O擴展的能力；開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。 除此以外，還應根據(jù)系統(tǒng)應用場合，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)單片機作為主控制器。本次設計將選用8031單片機。 從上述特性可知，一塊8031的功能幾乎相當于一塊Z80CPU、一塊RAM、一塊Z80CTC、兩塊Z80PIO和一塊Z80SIO所組成的微型機算計系統(tǒng)。 存儲器擴展電路設計 單片機應用系統(tǒng)中擴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，要考慮CPU與EPROM時序的匹配。即8031所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的時間。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，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)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。本控制電路選用6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。 在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相聯(lián)。單片機數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送，故需進行片選控制，選用74LS06譯碼器。 主軸電機驅(qū)動電路 主軸電機采用交流電機，并采用單片機控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。 單片機完成對整個系統(tǒng)的兩級監(jiān)控管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進行復雜的控制決策?？刂屏拷?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)動交流電機實現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊可方便地實現(xiàn)電機啟動、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，實現(xiàn)了一套結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和運行可靠的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。 越界報警 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，應立即停止工作臺移動。為了報警，可以設置發(fā)光二級管。工作時綠燈亮；有越界信號時，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)設計讓我對數(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，讓我對大學所學的機械課程有了一個系統(tǒng)的復習，并且能夠綜合運用所學過的機械、數(shù)控技術(shù)、微機原理與接口技術(shù)、工藝等知識，本次畢業(yè)設計主要完成工作如下：1. 完成了微型數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)的設計，縱向進給系統(tǒng)的設計，橫向進給系統(tǒng)的設計，床身與導軌的設計以及控制系統(tǒng)的設計。兩個坐標方向的工作行程為：X:30mm Z:100mm，加工精度：，加工材料：石蠟、肥皂類或鋁質(zhì)類。2. 由于采用了兩個無極變速組，主軸的變速范圍很寬，從100~3000r/min可實現(xiàn)無極調(diào)速，但是這使主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)過于復雜，傳動結(jié)構(gòu)設計需要采用電磁離合器進行變速，一級變速齒輪采用軸承和傳動軸相連，由于齒輪直徑較小，軸承不宜選擇，傳動軸的直徑也就較小，使傳動軸的結(jié)構(gòu)設計很復雜。3. 本次設計的微型數(shù)控車床，它成本低，體積小，功能強，安全性好，系統(tǒng)柔性好，可實現(xiàn)網(wǎng)絡化，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)控機床，是科研院所、高等院校理想的實驗和實訓設備?？筛倪M的地方：可采用一個無極變速組，雖然主軸變速范圍不如采用兩個無極變速組，但是，這會使主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化，選擇合適的變頻調(diào)速電機，依靠變頻調(diào)速電機來進行調(diào)速，而且也會改善它的經(jīng)濟效益。參考文獻參考文獻 [1] 張海云，趙玉剛，[D].山東理工大學,2009．[2] [D].武漢大學,2005．[3] 陳日曜主編.《金屬切削原理》第二版，機械工業(yè)出版社。[4] 李慶余，孟廣耀主編.《機械制造裝備設計》第二版[5] 趙玉剛,[M].機械工業(yè)出版社,2004.[6] 孫雅洲,梁迎春,[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2005.[7] 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謝在本文完成之際，無論我的設計是否能夠真的投入使用，這里面每一個控件的繪制，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。幾個月里的設計時間雖然短暫，我卻從中學到了很多的東西。我由衷地感謝關(guān)懷、教誨、幫助、支持和鼓勵我完成學業(yè)的老師、朋友和親人。特別感謝我的，對我們學習悉心指導，嚴格要求、熱情鼓勵，為我們創(chuàng)造了很多鍛煉提高的機會。在選題、開題及設計的其它各個階段，老師都定期跟蹤，嚴格把關(guān)，給出了很多寶貴的意見和建議，對設計的順利完成起到了關(guān)鍵性的作用。大到設計說明書結(jié)構(gòu)，小到一個字詞的運用，師都細心的矯正，足見其耐心細致。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、誨人不倦的教師風范和對問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益。在此我謹向我的導師以及在畢業(yè)設計過程中給予我很大幫助的老師、同學們致以最誠摯的謝意！