【正文】 9 齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì) 6 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 6 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 6 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 5 4 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 5 伺服系統(tǒng)的選擇 4 3 數(shù)控系統(tǒng)總 體方案的確定 3 課程設(shè)計(jì)的 題目 1 我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 1 發(fā)展現(xiàn)狀 I 河北科技大學(xué)自學(xué)考試 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (論文 ) 學(xué)生姓名： 準(zhǔn)考證號(hào) 專 業(yè)： 機(jī)電一體化工程 題 目： 數(shù)控車床系統(tǒng) XY工作臺(tái)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 評(píng)閱教師： 成 績(jī)： 年 月 II 目 錄 1 引 言 2 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 2 2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 3 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 5 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇 5 X— Y 工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 7 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 12 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 14 5 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 16 設(shè)計(jì)內(nèi)容 16 設(shè)計(jì) 步驟 16 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 21 6 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) 22 系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國(guó)的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的 生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。但過(guò)去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系 統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床 含 5 面加工機(jī)床 的發(fā)展。為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上 ,面向機(jī)床廠家和最終用戶 ,通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。 我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個(gè)階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階 段。第二階段是在國(guó)家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。第三階段是在國(guó)家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 1戰(zhàn)略考慮 3 我國(guó)是制造大國(guó) ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。其次從國(guó)防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品 。當(dāng)然 ,沒(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。 定位精度：177。 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) (1).確定脈沖當(dāng)量； (2).機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算； (3).傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用； (4).確定伺服電機(jī)； (5).繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖； (6).系統(tǒng)等效慣量計(jì)算； (7).系統(tǒng)精度分析。 圖紙 (1).機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖， A0 圖紙 1 張。其中 5 至少要有一個(gè)坐標(biāo)軸的完整剖視圖； 3 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整 維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇 采用 MCS51 系列中的 8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量 δp 是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于定位精度為 177。 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算 X 向和 Y 向工作臺(tái)承載重量WX和 WY。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選圖 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 8 導(dǎo)軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊 ,因此取 ? ,0 .5 ( )O S L X YX Y Z X YC f PP F W??? x Z XY Z YO X S L XO Y S L YP = ( F +W ) = ( 20 00 +67 8)=133 9NP = ( F +W ) = ( 20 00 +65 ) =13 27 .6NC =f P =4 13 35 .79 =53 43 .16 NC =f P =4 13 27 .6=5 31 N?? 根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌 : 選擇漢機(jī)江機(jī)床廠 HJGD 系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 ,其型號(hào)為 :HJGD25 基本參數(shù)如下 : 額定載荷 /N 靜態(tài)力矩 /N*M 滑座重量 導(dǎo)軌重量 導(dǎo)軌長(zhǎng)度 動(dòng)載荷 aC 靜載荷 oC AT BT CT gK /gKm L (mm) 17500 26000 198 198 288 760 滑座個(gè)數(shù) 單向行程長(zhǎng)度 每分鐘往復(fù)次數(shù) M Sl n 4 4 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 17500aC ? N 依據(jù)使用速度 v（ m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 aC (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命 Ln： 額定行程長(zhǎng)度壽命 : ()H T C aWf f f CS fFTK? 20214 500MFMF ? ? ? 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50oT W C HRdf f f fK? ? ? ??? 33 1 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 .5 8H T C aWf f f CS fFT K k m??? ? ?導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命 : 9 3102S oTH lnT ?? 3 31021 4 2 4 0 9 . 5 8 1 0 4 9 4 4 7 7 1 5 0 0 02 0 . 6 4 6 0SoTH lnT h T h? ?? ? ? ? ?? ? ? 導(dǎo)軌的工作壽命足夠 . 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 初選絲杠材質(zhì)： CrWMn 鋼， HRC58~60，導(dǎo)程： l0=5mm （ 1） 強(qiáng)度計(jì)算 絲杠軸向力： )( ,m a x yxzyx WFfKFF ??? (N) 其中： K=，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f=~0005；在車床車削外圓時(shí) ：Fx=(~)Fz， Fy=(~)Fz，可取 Fx=， Fy=。 查表得中等沖擊時(shí) , 1WHff??則 : 333 6 0 1 . 2 1 1 0 4 5 . 6 8 6 7 0 7 9 . 5 83 6 0 1 . 2 1 1 2 5 2 . 6 2 1 1 0 6 8 6 . 5 4XYQN? ? ? ? ?? ? ? ? ? 根 據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可 10 選擇滾珠絲杠的型號(hào)為 : CM 系列滾珠絲桿副 ，其型號(hào)為： CM20215。433 螺桿外徑 d 0 ( ~ ) bd d d?? 螺桿內(nèi)徑 1d 1022d d e R? ? ? 螺桿接觸直徑 2d 20 cosbd d d ??? 螺母螺紋外徑 D 0 22D d e R? ? ? 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 ( ~ 55 ) bD d d?? （ 2） 傳動(dòng)效率計(jì)算 絲 杠螺母副的傳動(dòng)效率為：)( ?? ?? ?? tg tg 式中： φ =10’ ，為摩擦角； γ 為 絲杠螺旋升角。0 39。4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 .9 6ggg gttt t???? ? ?? ? ? （ 3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。導(dǎo)程變形總誤差 Δ為 12 0 641 0 0 1 0 01 0 . 56 .1 2 1 0 1 2 .2