【正文】 由于畢業(yè)設(shè)計是我的第一次綜合性設(shè)計，無論是設(shè)計本人的紕漏還是經(jīng)驗上的缺乏都難免導(dǎo)致設(shè)計的一些失誤和不足，在此，懇請各位老師給以批評指正。畢業(yè)設(shè)計作為我們在大學校園里的最后一堂課、最后一項測試，它既是一次鍛煉，也是一次檢驗，在整個設(shè)計過程中，我獲益匪淺。從另一個角度來說，該設(shè)計既有機床結(jié)構(gòu)方面內(nèi)容，又有機加工方面內(nèi)容，還有數(shù)控技術(shù)方面的內(nèi)容，有利于將大學所學的知識進行綜合運用。本人的畢業(yè)設(shè)計課題是對普通車床（CA6140）進行經(jīng)濟型數(shù)控改造，其內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設(shè)計計算（伺服進給機構(gòu)設(shè)計、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇或設(shè)計、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計）、主運動自動變速原理等。其好處在與：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架連線。：主軸脈沖發(fā)生器的的引出軸按比例1：1無間隙柔性連接傳動，連接后應(yīng)保證兩者都有很好的同步性，安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃件，不能隨意敲打碰撞，使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速。：傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進行配做。：利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠副最大負載的1 / 3為宜。因此在進行設(shè)備改造時，要按廠家生產(chǎn)標準進行選擇。9安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題：滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜。為減少運動部件移動時的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，滑板和刀架移動部件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶為了提高經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工效率，還可考慮用電動三爪自定心卡盤裝置，這種裝置也可與數(shù)控裝置的信號電路相配合，實現(xiàn)自動夾緊、松開，提高加工過程的自動化程。（5）系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及I/O接口芯片地址編碼見表（5）（6）操作面板設(shè)計方案之一見圖（5）：芯片接74LS138引腳地址選擇線片內(nèi)地址單元（字節(jié)）地址編碼2746（1）Y0000X XXXX XXXX XXXX8K0000H~1FFFH2746（2）Y1001X XXXX XXXX XXXX8K2000H~3FFFH6264Y2010X XXXX XXXX XXXX8K4000H~5FFFH8155（1）RAMY30111 1110 XXXX XXXX2567E00H~7EFFHI/OY30111 1111 1111 1XXX67FF8H~7FFDH8155（2）RAMY41001 1110 XXXX XXXX2569E00H~9EFFHI/OY41001 1111 1111 1XXX69FF8H~9FFDH表(5)芯片地址編碼 8車床改造的結(jié)構(gòu)特點滾珠絲桿必須采用三點支承形式。8155（1）~，設(shè)有啟動、暫停、單段運行、連續(xù)運行、急停等操作功能。換刀回答信號經(jīng)8155（1），控制刀架開始進給。~PC..3接自動回轉(zhuǎn)刀架（四方刀架），自動回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時，~PC..3發(fā)出換位信號，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機回轉(zhuǎn)，到達指定的刀位。8155（2）~，~，~。（4）接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接及設(shè)計說明如下： 8155（2）~。（3）由于2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址線，A0~A7低8位接74LS373芯片的輸出。（2）采用74LS138三—八譯碼器的輸出作為片選信號。（1）CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器也只有128字節(jié)，因此，擴展外部程序存儲器2764兩片（16KB），數(shù)據(jù)存儲器6264（8KB）一片。：后面所畫大圖采用MCS51系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。我們根據(jù)上述描述的換刀動作過程，做了如下動作流程圖如圖42圖42 電動刀架動作流程圖電動刀架的相關(guān)參數(shù)（1）經(jīng)查國標刀架參數(shù)，我選擇了下列表格（表41）中的刀架。 電動刀架的電氣原理圖如圖圖41 電動刀架的電氣原理圖 電動刀架的動作過程 數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開始執(zhí)行時，或行動調(diào)刀時，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號，使刀架旋轉(zhuǎn)，當接收到指定的刀具的到位信號后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號，延遲50ms時間后，到家開始反轉(zhuǎn)而進行鎖緊，并開始檢查緊縮信號，當接收到該信號后關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后，刀架電動機停轉(zhuǎn)，整個換刀過程結(jié)束。上刀體帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn)，反靠銷馬上就落入反靠圓盤的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。電動刀架的工作原理需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號，三相異步電機正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉(zhuǎn)動，與螺桿配合的上刀體逐漸抬起上刀體與下刀體之間的端面齒慢慢脫開：與此同時，上蓋圓盤也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿連接），當轉(zhuǎn)過約270176。 由于Nmax=1800 nmax=14 Nmax/nj=2nj/min (51) 則nj==113r/min 這里nj為電動機的額定轉(zhuǎn)速該機床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為： Rn= nmax /nj =1800/113= (52)主軸電機的功率是：選主軸電機的型號為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)型號為1HP61674CB4，連續(xù)負載PH/KW=，間隙負載（60%）/kw=,短時負載（20min）/kw=,額定負載n/=5000,最大轉(zhuǎn)速nmax/ r/min=8000，,電動機恒恒功率調(diào)速范圍： Rn= nmax/nmin =8000/5000 =16所以所選電動機型號的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。 Mq=== 電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=所以步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm=== 步進電動機最高工作頻率： fmax==== HZ為了便于設(shè)計和采購，仍選用90BF002型直流電動機，能滿足使用要求。由于步進電動機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此，相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足： Ft≥[fop]m (44)式中，ft極限啟動頻率， [fop]m要求步進電動機最高啟動頻率。一般選取為 Mq≥MLo/ （43）式中，Mq電動機起動力矩 MLo電動機靜負載力矩根據(jù)步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（4）所示，表中MJM為步進電動機的最大靜載矩，是步進電動機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。 [△θs]系統(tǒng)對步進電動機驅(qū)動部分允許的角度誤差。4 步進電動機的計算與選型合理選用步進電動機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電動機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。此外，注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵、防鐵屑保護、軸承的潤滑及密封、齒輪的潤滑及密封、行程限位保護裝置等。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進電機在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。4） 考慮各部位間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。2）根據(jù)載荷特點和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號。在繪制機械裝配圖時，除了從總體上考慮機床布局情況以及伺服進給機構(gòu)與原機床的聯(lián)系外，還應(yīng)認真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的一些問題。d1=36mm d2=60mmda1 =40mm da2=64mm a=48mm2)轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量: J1=W()2= ( )2 30= 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量: Js=1042450= 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量: =1042= =104642= 電動機轉(zhuǎn)動慣量很小,可忽略。當 η= f’=， Mf= = =（1) （314）式中， ηo絲杠未預(yù)緊時的效率， FO預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的1 / 3，即FP / 3則 Mo==()= Mt===128 所以，快速空載啟動所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo=103++= 切削時所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt=+++128= 快速進給時所需力矩 M=Mf+Mo=+= 由以上分析計算可知：所需最大力矩Mamax發(fā)生在快速啟動時 Mmax= (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算1)有關(guān)齒輪計算，由前面的條件可知： 工作臺重量：W=30kgf=300N(根據(jù)圖紙粗略計算)滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=4mm步距角: α=176。 Lo絲杠導(dǎo)程，cm。Ma= （312）式中, J轉(zhuǎn)動慣量, n絲杠轉(zhuǎn)速,r/min T時間常數(shù),s當n=nmax時 Ma=Mamax nmax=== r/min Mamax=104=當n=nt時, Ma=matnt==== r/minMat=104=== （313）式中 f’導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) nt切削加工時的轉(zhuǎn)速，r/min。 Mat切削時折算到電動機軸上的加速力矩。 Mf折算到電動機軸上的摩擦力矩。因此，折算到步進電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量J=(1/i2)（JS+Jz2）+Jz1+J1=(1/)（+）++= =. cm2絲杠名義直徑/mm導(dǎo)程/mm絲杠名義直徑/mm導(dǎo)程/mm20450105122556086103051267083551061288010405126901081245610012816102050612020824表(3)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo最大切削負載時所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt快速進給時所需力矩M=Mf+Mo式中, Mamax空載啟動時折算到電動機軸上的加速度力矩。/step脈沖當量: δp=快速進給速度：Vmax=2m/min所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動比i==== （39） 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=32 , Z2=40 ,模數(shù)m=2mm 齒寬 b=20mm 壓力角α=20176。320/104π252=177。 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟（1）型號選擇 1）最大工作載荷計算由于導(dǎo)向為貼塑導(dǎo)軌，則：k= f’=,F1為工作臺進給方向載荷，F(xiàn)l=2141N,Fv=5360N,Fc=1340N,G=60kg,t=15000h,最大工作載荷：Fm=kF1+f’(Fv+2Fc+G) =2144+(5360+21340+75) =2）最大動載荷的計算 V橫=1400r/min n橫絲=v橫1/2/L0縱=11061/2/4= L=60nt/=6015000/106= C=3LfmFm == ∴初選滾珠絲杠型號為：CD50其基本參數(shù)為Dw=,λ=2o11’,L0=6mm,dm=50mm,圈數(shù)列數(shù)1 (2) 橫向滾