【正文】 ......... 16 縱向步進(jìn)電機(jī)選擇計 ................................................ 17 步進(jìn)電機(jī)動載荷矩頻特性和運 行矩頻特性 .............................. 21 橫向 (Y軸 )的設(shè)計 ........................................................ 21 第三章 普通銑床的電氣改造部分 .............................................. 23 數(shù)控系統(tǒng) ............................................................... 23 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ..................................................... 24 鍵盤、顯示器接口設(shè)計 ................................................... 26 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ..................................................... 28 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計 ............................................... 28 LED 動態(tài)顯示接口程序設(shè)計 ........................................... 31 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 5 結(jié) 論 ..................................................................... 33 致 謝 ...................................................................... 34 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................. 35 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 6 第一章 數(shù)控機(jī)床的概述 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的概念 數(shù)控機(jī)床是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床 ， 既包括 NC 機(jī)床 ， 也包括 CNC 機(jī)床 ， 數(shù)字控制機(jī)床 ， 簡稱 NC 機(jī)床 。 計算機(jī)數(shù)控機(jī)床簡稱 CNC 機(jī)床 ， 是利用具有專門存儲程序的計算機(jī)來實現(xiàn)對機(jī)床的全部或部分控制系統(tǒng) 。 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展簡史 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ， 機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理 ， 其性能 、 精度和效率日趨提高 ，因此對加工機(jī)械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備 機(jī)床也相應(yīng)地提出了高性能 、 高精度與高自動化的要求 。 特別是一些有曲線 、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件 ， 只能借助靠模和仿形機(jī)床 ， 或者借助劃線和樣板手工操作的方法來加工 ， 加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制 。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡史 在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床后，可劃分為兩個階段： 第一階段：數(shù)控階段（ 1952～ 1970 年）。 第二階段：計算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在）。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 7 數(shù)控機(jī)床的特點 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點： ，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； ，能加工形狀復(fù)雜的零件； 改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間； 、剛性大 ， 可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的 3～ 5 倍）； ，可以減輕勞動強(qiáng)度； ，對維修人員的 技術(shù) 要求更高。 它 是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 ，是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測 裝置等。 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性 數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它集精密 、 柔性和集成與一身，它可以較好的解決形狀復(fù)雜 、 精密 、 小批多變的零件加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，是一種高度自動化機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造。隨著我國現(xiàn)代化制造的不斷推進(jìn)，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口，這就說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。因此，對數(shù)控機(jī)床的改造也就顯得比較重要，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計與改造也成為工業(yè)發(fā)展的一個重要方面。若要在立式銑 床上加工圓弧、凸輪等特殊類平面時，就要借助于圓工作臺、分度頭等機(jī)床附件，并對機(jī)床進(jìn)行整體調(diào)整。所以，為提高工件的加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于加工圓弧面和凸輪的曲面等，可以利用數(shù)控方法對銑床進(jìn)行數(shù)控化改造。 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點 (1)可以加工出傳統(tǒng)銑床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 (2)可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)銑床提高 (3～ 7)倍。數(shù)控銑床只要更換一個程序，就 可 實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。 (4)可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在銑床間的頻繁搬運。如：降低了工人的勞動強(qiáng) 度，節(jié)省了勞動力 (一個人可以看管多臺銑床 )，減少了裝卸， 縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求做 出快速反應(yīng)等。其中在縱向（Ｘ軸）進(jìn)給系統(tǒng)的改造布置中，滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺上，隨工作臺移動。滾珠絲杠螺母副，它的特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中 間傳動元件，以減少摩擦，絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。 （ 2） 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，防止失步；定位精度高，剛度好。 （ 4） 運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。0393 行程： S= 680mm（最大縱向行程） 快速進(jìn)給速度：取 maxV = （經(jīng)驗值） 銑削力 Fc 的計算 現(xiàn)在以工作壽命和實際加工過程中的最大銑削力為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計計算，以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠。機(jī)床設(shè)計手冊 187。數(shù)控機(jī)床書 187。 om FmgF ?? ?? 其中 oF 為橫向分力 oF = cF =1275N Mg 為縱向工作臺及夾具重量 Mg =2200N ? 為顛覆力矩影響系數(shù) ? 取 M 為當(dāng)量摩擦系數(shù) M 取 那么 xF =1162 + (2200+1275) =1903N 絲 杠副工作負(fù)荷計算及絲杠型號的選擇 初始估計絲杠的基本導(dǎo)程為 80?L mm 現(xiàn)在根據(jù)最大當(dāng)量動載荷計算公式： awxm f fFLC 3? 式中： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 13 wf 運轉(zhuǎn)系數(shù)，取 ? af 精度系數(shù)，取 ?af xF 絲杠所受軸向載荷（ N ）， 1903xFN? L 壽命值，可據(jù)公式 61060nTL? n 為絲杠平均轉(zhuǎn)速（ r / min） 11000 * *28? = r/min 式中： SV 最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度 m ax ( m in )V mm? 的12 則： 61060nTL? T 使用壽命時間，據(jù)查《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計手冊》取 T=15000 小時 L 66 0 1 5 6 .3 1 5 0 0 010??? ≈ 從而， awxm f fFLC 3? 3 1 4 0 .6 2 5 1 9 0 3 1 .20 .9??? 13194N? 根據(jù)《機(jī)床設(shè)計手冊》得， 故可選絲杠型號為： 5008FFZD （內(nèi)循環(huán)浮動返向器），5008FFZD 的基本尺寸為： 公稱直徑： od =50mm， 螺距： oL =8mm 剛球直徑： qd =5mm， 螺紋升角， ? = 39。 傳動效率的計算 根據(jù)《機(jī) 械設(shè)計原理》滾珠絲杠的傳動效率 η的計算公式為： ? ??? ?? ?? tantan 式中： ? 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知， ? = 39。39。 穩(wěn)定性的驗算 (1)臨界壓縮載荷的驗算 由于縱向（ X 軸）的滾珠絲杠兩端采用的是滾珠絲杠螺紋副固定，絲杠一般不會受壓，又由 于機(jī)床的原普通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能滿足要求。 l = 工作最大行程 + 螺母長度 + 兩端余量（取 40mm） 螺母長度由《機(jī)床零部件設(shè)計》上可查得，絲杠設(shè)計部分 l = 680 + （ 131 + 40） 2 = 680 + 342 = 1022mm 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 16 支撐跨距 1l 應(yīng)略大于 l 取 1l = 1100 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 cL = 680 + 131 + 40 + 1100 10222? = 811 + 40 + 39 = 890mm 24 .7 3 0 .0 3 49910 0 .8 9 2r ??? =9533 /minr 可見滿足： m a x 3 1 2 .5 / m inr n r?? 所以滿足穩(wěn)定性的要求。 步距角為： ? ?? 絲杠導(dǎo)程為： 8oL mm? 如果不采取齒輪傳動，那么每個脈沖對應(yīng)的絲杠螺母傳動的距離為： mmLL 0 0 脈沖當(dāng)量????? 所以需要有減速機(jī)構(gòu)，也就是要設(shè)計齒輪減速。 但采用減速齒輪會帶來額外的傳動誤差，使機(jī)床的快速移動速度降低，并且其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動慣量，這些應(yīng)引起注意。每輸入一個脈沖，步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一定角度，它與普通的勻速旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)不同，它是步進(jìn)式的，所以稱步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的缺點是效率低，拖動負(fù)載的能力不大，脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)整范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過 18000 Hz。負(fù)載特性硬， 在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)應(yīng)有足夠的驅(qū)動力矩，動態(tài)響應(yīng)快，為了使步進(jìn)電機(jī)正常工作運行（不失步、不超程），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩（步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)），必須大于電機(jī)的實際最大啟動力矩。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機(jī)床移動部件相對于每一個進(jìn)給脈沖信號的位移量，其大小視機(jī)床的加工精度而定。步矩角?? 。 初選步進(jìn)電機(jī)型號為： 110BF004 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。而初選的步進(jìn)電機(jī)為 110BF004 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：m ax 1689 jN cm M?? 所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號符合要求。 所以 ： ef? 1000 ?? ? =2431Hz 由步進(jìn)電機(jī) 110BF004 的矩 頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動時力矩是滿足要求的。 橫向 (Y軸 )的設(shè)計 Y 軸的絲杠選擇與 X 軸一樣為 FFZD5008，內(nèi)循環(huán)浮動返向器 。 Y 軸方向步進(jìn)電動機(jī)的選擇： Y 軸銑削圓周力： YOF =1500N 則有 Y 向絲杠牽引力： YF = YOF + YG =1500+4410=1562N 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 22 則有電機(jī)軸負(fù)載力矩： ? ? ? ? mNuGFT YYp ???? ??????? ?? ? ?? 其中： ? 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 ? 步進(jìn)電機(jī)步矩角為 YF Y 向絲杠牽引力 f當(dāng)量摩擦系數(shù)取 若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動力矩為： ~ TTq ? 可取安全系數(shù)極限值 ，則有： mNTT qq ???? a x 對于工作方式為 五 相十拍的五相步進(jìn)電機(jī)最大啟動力矩： mNTT qq ???? a x 電機(jī)最大工作頻率： m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 . 6 26676 0 6 0 0 . 0 1pVf H z? ?? ? ?? 綜合以上可選取步進(jìn)電機(jī)型號為： 110BF004 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 23