目錄摘要及關(guān)鍵詞············································································3正文·······························································································4前言部分·······················································································4本論部分·······················································································5第 1 章 緒論····················································································51.1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)··············································51.2 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)····················································5第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)·······························62.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書············································································62.2 總體方案設(shè)計(jì)···············································································7第 3 章 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)·······································93.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量·········································································93.2 計(jì)算切削力···················································································93.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型（縱向進(jìn)給絲杠）·····································93.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算···········································································143.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型······························································14第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說明··························194.1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)···································································194.2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位··························································19結(jié)論部分······················································································19設(shè)計(jì)體會(huì)····················································································20參考文獻(xiàn)····················································································21摘要及關(guān)鍵詞【摘要】數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，擁有大量的普通機(jī)床。因此，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的選擇?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)電一體化 開環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正文前言部分計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)械加工在各方面的變革和進(jìn)步。典型的數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)代加工器械的鮮明代表?？紤]到企業(yè)的生產(chǎn)效率和投入成本，普通車床的數(shù)控化改造將是一個(gè)極為有意義的課題。普通車床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，這次設(shè)計(jì)是本人在學(xué)習(xí)完“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 、“數(shù)控機(jī)床”等專業(yè)課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、微機(jī)等知識(shí)，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練，以培養(yǎng)獨(dú)立分析問題，解決問題和進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的能力。此設(shè)計(jì)過程為期三個(gè)星期，在趙洪兵的指導(dǎo)下，本人將對(duì)普通車床進(jìn)行開環(huán)控制縱向進(jìn)給的改造。由于學(xué)生水平有限，在設(shè)計(jì)乃至計(jì)算過程中難免會(huì)有一些錯(cuò)誤，望各位老師及同學(xué)指點(diǎn)賜教。不勝感激。學(xué)生鄭利江2007 年 6 月計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果本論部分第 1 章 緒論1.1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)1.1.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（1） 題目（2） 原始數(shù)據(jù)（3） 主要技術(shù)參數(shù)（4） 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求1.1.2 總體方案設(shè)計(jì)（1） 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定（2） 伺服系統(tǒng)的選擇（3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定（4） 數(shù)控系統(tǒng)的選擇1.2 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)1.2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量1.2.2 計(jì)算切削力1.2.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型（縱向進(jìn)給絲杠）（1） 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m()FN（2） 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C（3） 滾珠絲杠螺母副的選型（4） 傳動(dòng)效率計(jì)算（5） 剛度計(jì)算（6） 穩(wěn)定性校核計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果1.2.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算1.2.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型（1） 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（2） 電機(jī)力矩計(jì)算（3） 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率1.2.6 設(shè)計(jì)繪制伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械裝配圖第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)2.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2.1.1 題目：普通車床的機(jī)電一體化改造——開環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.2 原始數(shù)據(jù)：最大共建回轉(zhuǎn)直徑：在床身上 D=400 毫米在床鞍上 D=210 毫米最大工件長(zhǎng)度 1000 毫米主電動(dòng)機(jī)功率 7.5 千瓦；轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn)/分2.1.3 主要技術(shù)參數(shù)（均為縱向）：最大進(jìn)給速度 1.0 米/分最大快移速度 4 米/分起動(dòng)加速時(shí)間 30 毫秒移動(dòng)部件重量 80 公斤機(jī)床定位精度 0.015 毫米?2.1.4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：對(duì) CA6140 型普通車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求如下：（1）采用開環(huán)控制，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)并確定伺服傳動(dòng)系統(tǒng)方案；（2）設(shè)計(jì)改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)原理框圖；計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果（3）設(shè)計(jì)繪制改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖（0 號(hào)圖紙一張） ；（4）設(shè)計(jì)繪制主要零件圖一張（由指導(dǎo)老師制定） ；（5）撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，正文字?jǐn)?shù)不少于 0.8 萬字，設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包含如下內(nèi)容：設(shè)計(jì)任務(wù)書；目錄；摘要及關(guān)鍵詞；前言；正文：包括方案設(shè)計(jì)與比較論證、理論分析計(jì)算、主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明與簡(jiǎn)圖等；小結(jié)；參考文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)說明書語言要流暢，書寫要工整，一律使用鋼筆書寫。2.2 總體方案設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)。2.2.2 伺服系統(tǒng)的選擇應(yīng)任務(wù)書的要求，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，若直接將電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)必會(huì)引起絲杠溫度過高即磨損加劇使其壽命降低。故在其兩者之間加一消隙齒輪箱，一使絲杠速度降低，二則消除系統(tǒng)傳動(dòng)中的間隙，提高傳動(dòng)精度，并有效減少反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)現(xiàn)象，消隙齒輪箱與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接，這樣便確定了如下圖 2-1 所示的傳動(dòng)方案。電機(jī) 消隙齒輪箱 滾珠絲杠螺母副 工作臺(tái)圖 2-1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果2.2.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇根據(jù)機(jī)床要求，本著經(jīng)濟(jì)耐用的原則，確定采用 8 位機(jī)。MCS—51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品： 8031、8051 和 8751。由于 MCS—51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，故對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，MCS —51 系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片 8031外擴(kuò)一片 EPROM 就能滿足開環(huán)控制的要求。8031 單片機(jī)內(nèi)含 4kb EEPROM 程序存儲(chǔ)器，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 WM0016DRH 是一種多功能非易失性 SRAM，8031 單片機(jī)高速高抗干擾自保持，不怕掉電，上下電百萬次數(shù)據(jù)無丟失，斷電保護(hù)10 年有效，既可高速連續(xù)讀寫，也可任意地址單字節(jié)操作，無需拼湊頁面，隨機(jī)讀寫不需等待，立即有效，輸入輸出 TTL/CMOS 兼容，上電復(fù)位輸出，掉電保護(hù)，內(nèi)置看門狗，電源監(jiān)測(cè)，不用外加電路和電池，且引腳與標(biāo)準(zhǔn) SRAM 兼容。8031 單片機(jī)價(jià)格低，使用靈活，其特點(diǎn)具具體如下：（1）具有功能很強(qiáng)的 8 位中央處理單元（CPU） ；（2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MH 或 12MH） ；（3）片內(nèi)具有 128 字節(jié)的 RAM；（4）具有 21 個(gè)特殊寄存器。（5）可擴(kuò)展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器；（6）具有 4 個(gè) I/O 口，32 根 I/O 線；（7）具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）具有 5 個(gè)中斷源，配備 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；（9）具有一個(gè)全雙功串行接口；（10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。從上述特性可看出這種 8031 芯片集成度高、功能強(qiáng)，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。故應(yīng)選用 8031 單片選用 8031單片機(jī)機(jī)。計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果第 3 章 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/步，橫向0.005mm/步。3.2 計(jì)算切削力確定切削力（縱車外圓）：主切削力 按經(jīng)驗(yàn)公式估算：()ZFN1.51.5max0674036DN???按切削力各分力比例： zy::.2F取： 3xy560.41??3.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型（縱向進(jìn)給絲杠）3.3.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m()FN縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 ()'()xzKfFG??1.5340.16(5308)2530N???式中 ——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 ；K 1.K——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：'f 8:——溜板及刀架重力：Gg010NkgGm????3.3.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C5360ZFN?3C=wmLfF計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果601nT??0svL式中 ——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 ； 0L6m?——最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最大進(jìn)給速度的（sv） ，此處取 ；123:1.0in.50insvrr?——使用壽命，按 ；Th——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 ； wf 1.25wf?:——壽命，以 轉(zhuǎn)為 1 單位。L600.83.min6svnrL???66.1507.1T?337.2381.6wmCLfFN??3.3.3 滾珠絲杠螺母副的選型查閱附錄 A 表 A-2，可采用 外循環(huán)螺紋調(diào)整浴巾的雙1W406螺母滾珠絲杠副，1 列 2.5 圈，其額定動(dòng)負(fù)載為 164000N，進(jìn)度等級(jí)按表 4-6 選為 3 級(jí)（大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn) E 級(jí)） 。3.3.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 tan()?????式中 ——螺旋升角， ，?1W406L24'?? 1280.6CN?——摩擦角，取 ，滾動(dòng)摩擦系數(shù)?10' 0.3.4:計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果tantan2'.9()(410)????????3.3.5 剛度計(jì)算先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖 3-1 所示。最大牽引力為 2530N，支承間距 ，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，150Lm?預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 。3圖 3-1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 1?查《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P17，圖 4-2，根據(jù)，查出 ，2530,4mFNDm? 501.2L????可算出 521018L m?????由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了 預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高 4 倍。其實(shí)際變形量 為：1'()m?211'0.45????（2） 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2?查《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P18 圖 4-3，W 系列 2.5 圈滾珠和螺紋滾道接觸0.94??變形量 ，因進(jìn)行預(yù)緊， 。2=6.4m??21'=6.432m????計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果（3）支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3?采用 51107（舊代號(hào)為 8107）型推力球軸承， ，滾動(dòng)135dm?體直徑 ，滾動(dòng)體數(shù)量 z=18。6.35Qdm?332 230.40.46.518mQFdZ?????.75注：此公式中的 單位應(yīng)為 kgf。mF因施加預(yù)緊力，故 31'0.75.382m????據(jù)以上計(jì)算： 123''0.45.1?????定 位 精 度3.3.6 穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要作穩(wěn)定性校核。 3.3.7 縱向滾珠絲杠副的幾何參數(shù)，如下表 3-1。0.15m??表 3-1 滾珠絲杠的幾何參數(shù)1W406L名稱 符號(hào) 參 數(shù)公稱直徑 0d40導(dǎo) 程 L6接觸角 ?24'?鋼球直徑(mm) qd3.969滾道法面半徑 R0.52qd?2.064偏心距 esin??（ ） 0.056螺 紋 滾 道螺紋升角 ?0taLc??（ ） 24'?螺桿外徑 d0(.25)qd?:39螺桿內(nèi)徑 11eR??35.984螺 桿螺桿接觸直徑 z0coszqd??36.0355螺母螺紋直徑 D2e?44.016螺 母 螺母內(nèi)徑 10(.5)qd?:40.7938計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果3.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已取得縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 ，滾珠絲杠導(dǎo)程 ，0.1p??06Lm?初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角 。可計(jì)算出傳動(dòng)比.6? i可選定齒輪齒數(shù)為：1236zi?故，取 ，模數(shù) 取 2.5。有關(guān)參數(shù)表 3-2。1236zm表 3-2 傳動(dòng)齒輪的幾何參數(shù)齒 輪 編 號(hào) 1z23z齒數(shù) 32 32 24分度圓 dmz?80 80 60齒頂圓 2a?85 85 60齒根圓 1.5f??73.75 73.75 53.75齒寬 ??60:20 20 15中心距 12Ad?80 703.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型3.5.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖 3-1，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算：2()Jkgcm?? 2201()[)()]MSLZGJJg?????1i?計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果式中 ——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J? 2()kgcm?、 ——齒輪 、 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量121Z2——滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。S 2()?參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ，其轉(zhuǎn)子慣量1035BYG218MJkgcm?? 34341210.78.782JdL???????26.39kgcm?342509.S kgcm??80GN?式中 、 ——齒輪 、 的分度圓直徑；1d21Z2、 ——齒輪 、 的齒寬。L代入上式： 2201[()]MSLZGJJg?????????????????2 238.686.90[(6.9.5)]9???????21.47kgcm??考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題。 243.7MJkgc????.158?基本滿足慣量匹配的要求。.415MJ?計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果3.5.2 電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：（1）快速空載起動(dòng)力矩 M起在快速空載起動(dòng)階段加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 0f??a mx起 22maxmax10166nnJJtt????????????? 將前面的數(shù)據(jù)帶入，式中各符號(hào)意義同前。。max40.6.7in36.13bpvnr?????起動(dòng)加速時(shí)間 0ats2 2max06.710.463nMJt??? ??? ????? mx149.8Nc?折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 ：f??0021'2Zf FGLLiz?????.16538.67Ncm???附加摩擦力矩 ：0M????10220302pomFLFLiz???????1356.92.8?計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果80.519.3Nm???上述三項(xiàng)合計(jì)： 0fM?a mx起1429.87.15362.98c???（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 快 0.f Nm??快（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切 002xftfFLMMi?????切134.617.528???0.9.Ncm?從上面計(jì)算可以看出， 、 和 三種工況下，以快速空起 快 切載起動(dòng)所需力矩最大，此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。從課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P36 表 4-13 查出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍時(shí)， 。max0.86qjM??最大靜力矩 。152.961804.j Ncm???按此最大靜轉(zhuǎn)矩從下表 3-3（由網(wǎng)址http://www.weidianji.net/bujindianji/ 和 http://www.sihaidj.com/Production/StepMotion/350/110.asp）查出，110BYG3503 型最大靜轉(zhuǎn)矩為 。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作20N?為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。如下表 3-3 所示。計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果3.5.3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 max1004.6.716061kpvf Hz?????sepf從上表 3-3 查出 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率為，圖 3-2（http://hx-motor.com/docc/prod uct2.htm）查出運(yùn)行頻160Hz率為 ，且根據(jù)下圖 3-2）藍(lán)色背景區(qū)所示可知其運(yùn)行距頻特5性。表 3-3 110BYG350 系列電機(jī)的技術(shù)參數(shù)型 號(hào)步距角相數(shù) 電壓線電流靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 機(jī)身長(zhǎng)單 位 度 V A N.m KHZ KHZ （kg .cm2) （mm)110BYG3501 0.6 3 110-220 5 12 1600 =30 11 144110BYG3502 0.6 3 110-220 5 16 1600 =30 15 182110BYG3503 0.6 3 110-220 5 20 1600 =30 18 261圖 3-2 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果從圖 3-2 看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，若 ，則160fHz?起，能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩 可18MNm?? ??52.98Ncm?直接起動(dòng)。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，根據(jù)圖 3-2，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性知，時(shí)， 左右，大于 ，完6.7efHz18.3Nm??max1804.jMc??全可以滿足要求。第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說明4.1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)由于系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)，故采用脈沖信號(hào)的變化來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而通過齒輪箱到絲杠軸，對(duì)大托板的縱向進(jìn)給速度進(jìn)行控制。4.2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位由裝配圖可知，在絲杠軸的兩端各裝有一對(duì)鎖緊螺母（預(yù)緊螺母），可有這對(duì)螺母對(duì)絲杠軸的軸向預(yù)緊進(jìn)行調(diào)整，并起到定位作用。每組支承部件的另一端，即與鎖緊螺母對(duì)應(yīng)的那端采用端蓋定位。在絲杠副的一端也采用端蓋定位，另一端為鎖緊螺母，既預(yù)緊又定位。結(jié)論部分經(jīng)過計(jì)算、校核、設(shè)計(jì)，表明改造任務(wù)的初步設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，現(xiàn)改造方案已設(shè)計(jì)成圖紙——見裝配圖（圖 01）和零件圖（圖02） 。該改造設(shè)計(jì)相對(duì)普通車床來說，提高了自動(dòng)化程度，加入了計(jì)算機(jī)控制，操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，既能降低能耗，又能提高了工作效率。但是設(shè)計(jì)者由于能力有限，經(jīng)驗(yàn)寒酸，時(shí)間緊迫，設(shè)計(jì)及圖紙中難免有不妥甚至是重大錯(cuò)誤，望老師和同學(xué)指正。設(shè)計(jì)體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，我感慨頗多。在整整三星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是總體來講，效果還是很好的，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，還學(xué)到了很多在書本上無法學(xué)到的知識(shí)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程不能說是困難重重，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，和第一次課程設(shè)計(jì)相比，力不從心的感覺不再那么強(qiáng)烈，但在設(shè)計(jì)的過程中還是發(fā)現(xiàn)了自己許多不足之處，使自己認(rèn)識(shí)到對(duì)以前所學(xué)知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說螺釘?shù)漠嫹ǜ緵]有掌握，全篇的螺釘沒有一個(gè)畫對(duì)，箱體壁厚取值太小，電機(jī)無法固定，并出現(xiàn)設(shè)計(jì)太隨意，尺寸隨意取，以至于設(shè)計(jì)方案難以加工。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，雖然很累，但看到趙老師每天都來給我們指導(dǎo)，并且還帶大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)，又要忙評(píng)估的事情，就又感覺到累其實(shí)是充實(shí)。是她讓我學(xué)到了很多書本上無法學(xué)到的知識(shí)，在此，對(duì)她孜孜不倦的指導(dǎo)和和藹可親的態(tài)度表示崇高的敬意的真摯的感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和其他指導(dǎo)老師表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn)查閱的圖書如下：《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》……趙洪兵主編，西安石油大學(xué)出版?！稒C(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》……朱林主編，石油工業(yè)出版社出版?！稒C(jī)械零件手冊(cè)》 （第五版）……周開勤主編，高等教育出版社出版?！稒C(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》……機(jī)械工業(yè)出版社出版?！稒C(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》……機(jī)械工業(yè)出版社出版?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》……機(jī)械工業(yè)出版社出版?！稒C(jī)械制圖》 （第五版）……高等教育出版社出版?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)》……濮良貴、紀(jì)名剛主編，高等教育出版社出版《幾何量公差與檢測(cè)》……甘永立主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版。查閱的網(wǎng)站如下：http://www.sihaidj.com/Production/StepMotion/350/110.asphttp://www.sihaidj.com/SetpMotion.asphttp://www.hx-motor.com/docc/product.htmhttp://www.baolai-cn.com/products_8.htmhttp://hx-motor.com/docc/product2.htm目錄摘要及關(guān)鍵詞············································································3正文·······························································································4前言部分·······················································································4本論部分·······················································································5第 1 章 緒論····················································································51.1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)··············································51.2 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)····················································5第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)·······························62.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書············································································62.2 總體方案設(shè)計(jì)···············································································7第 3 章 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)·······································93.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量·········································································93.2 計(jì)算切削力···················································································93.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型（縱向進(jìn)給絲杠）·····································93.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算···········································································143.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型······························································14第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說明··························194.1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)···································································194.2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位··························································19結(jié)論部分······················································································19設(shè)計(jì)體會(huì)····················································································20參考文獻(xiàn)····················································································21摘要及關(guān)鍵詞【摘要】數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，擁有大量的普通機(jī)床。因此，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的選擇?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)電一體化 開環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正文前言部分計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)械加工在各方面的變革和進(jìn)步。典型的數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)代加工器械的鮮明代表?？紤]到企業(yè)的生產(chǎn)效率和投入成本，普通車床的數(shù)控化改造將是一個(gè)極為有意義的課題。普通車床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，這次設(shè)計(jì)是本人在學(xué)習(xí)完“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 、“數(shù)控機(jī)床”等專業(yè)課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、微機(jī)等知識(shí)，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練，以培養(yǎng)獨(dú)立分析問題，解決問題和進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的能力。此設(shè)計(jì)過程為期三個(gè)星期，在趙洪兵的指導(dǎo)下，本人將對(duì)普通車床進(jìn)行開環(huán)控制縱向進(jìn)給的改造。由于學(xué)生水平有限，在設(shè)計(jì)乃至計(jì)算過程中難免會(huì)有一些錯(cuò)誤，望各位老師及同學(xué)指點(diǎn)賜教。不勝感激。學(xué)生鄭利江2007 年 6 月計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果本論部分第 1 章 緒論1.1 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)1.1.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（1） 題目（2） 原始數(shù)據(jù)（3） 主要技術(shù)參數(shù)（4） 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求1.1.2 總體方案設(shè)計(jì)（1） 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定（2） 伺服系統(tǒng)的選擇（3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定（4） 數(shù)控系統(tǒng)的選擇1.2 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)1.2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量1.2.2 計(jì)算切削力1.2.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型（縱向進(jìn)給絲杠）（1） 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m()FN（2） 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C（3） 滾珠絲杠螺母副的選型（4） 傳動(dòng)效率計(jì)算（5） 剛度計(jì)算（6） 穩(wěn)定性校核計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果1.2.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算1.2.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型（1） 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（2） 電機(jī)力矩計(jì)算（3） 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率1.2.6 設(shè)計(jì)繪制伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械裝配圖第 2 章 機(jī)床機(jī)電一體化改造總體方案的設(shè)計(jì)2.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2.1.1 題目：普通車床的機(jī)電一體化改造——開環(huán)控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.2 原始數(shù)據(jù)：最大共建回轉(zhuǎn)直徑：在床身上 D=400 毫米在床鞍上 D=210 毫米最大工件長(zhǎng)度 1000 毫米主電動(dòng)機(jī)功率 7.5 千瓦；轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn)/分2.1.3 主要技術(shù)參數(shù)（均為縱向）：最大進(jìn)給速度 1.0 米/分最大快移速度 4 米/分起動(dòng)加速時(shí)間 30 毫秒移動(dòng)部件重量 80 公斤機(jī)床定位精度 0.015 毫米?2.1.4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：對(duì) CA6140 型普通車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求如下：（1）采用開環(huán)控制，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)并確定伺服傳動(dòng)系統(tǒng)方案；（2）設(shè)計(jì)改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)原理框圖；計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果（3）設(shè)計(jì)繪制改造后數(shù)控車床縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖（0 號(hào)圖紙一張） ；（4）設(shè)計(jì)繪制主要零件圖一張（由指導(dǎo)老師制定） ；（5）撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，正文字?jǐn)?shù)不少于 0.8 萬字，設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包含如下內(nèi)容：設(shè)計(jì)任務(wù)書；目錄；摘要及關(guān)鍵詞；前言；正文：包括方案設(shè)計(jì)與比較論證、理論分析計(jì)算、主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明與簡(jiǎn)圖等；小結(jié)；參考文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)說明書語言要流暢，書寫要工整，一律使用鋼筆書寫。2.2 總體方案設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的確定由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)。2.2.2 伺服系統(tǒng)的選擇應(yīng)任務(wù)書的要求，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，若直接將電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)必會(huì)引起絲杠溫度過高即磨損加劇使其壽命降低。故在其兩者之間加一消隙齒輪箱，一使絲杠速度降低，二則消除系統(tǒng)傳動(dòng)中的間隙，提高傳動(dòng)精度，并有效減少反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)現(xiàn)象，消隙齒輪箱與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接，這樣便確定了如下圖 2-1 所示的傳動(dòng)方案。電機(jī) 消隙齒輪箱 滾珠絲杠螺母副 工作臺(tái)圖 2-1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果2.2.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇根據(jù)機(jī)床要求，本著經(jīng)濟(jì)耐用的原則，確定采用 8 位機(jī)。MCS—51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品： 8031、8051 和 8751。由于 MCS—51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，故對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，MCS —51 系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片 8031外擴(kuò)一片 EPROM 就能滿足開環(huán)控制的要求。8031 單片機(jī)內(nèi)含 4kb EEPROM 程序存儲(chǔ)器，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 WM0016DRH 是一種多功能非易失性 SRAM，8031 單片機(jī)高速高抗干擾自保持，不怕掉電，上下電百萬次數(shù)據(jù)無丟失，斷電保護(hù)10 年有效，既可高速連續(xù)讀寫，也可任意地址單字節(jié)操作，無需拼湊頁面，隨機(jī)讀寫不需等待，立即有效，輸入輸出 TTL/CMOS 兼容，上電復(fù)位輸出，掉電保護(hù)，內(nèi)置看門狗，電源監(jiān)測(cè)，不用外加電路和電池，且引腳與標(biāo)準(zhǔn) SRAM 兼容。8031 單片機(jī)價(jià)格低，使用靈活，其特點(diǎn)具具體如下：（1）具有功能很強(qiáng)的 8 位中央處理單元（CPU） ；（2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MH 或 12MH） ；（3）片內(nèi)具有 128 字節(jié)的 RAM；（4）具有 21 個(gè)特殊寄存器。（5）可擴(kuò)展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器；（6）具有 4 個(gè) I/O 口，32 根 I/O 線；（7）具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（8）具有 5 個(gè)中斷源，配備 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；（9）具有一個(gè)全雙功串行接口；（10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。從上述特性可看出這種 8031 芯片集成度高、功能強(qiáng)，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。故應(yīng)選用 8031 單片選用 8031單片機(jī)機(jī)。計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果第 3 章 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/步，橫向0.005mm/步。3.2 計(jì)算切削力確定切削力（縱車外圓）：主切削力 按經(jīng)驗(yàn)公式估算：()ZFN1.51.5max0674036DN???按切削力各分力比例： zy::.2F?。?3xy560.41??3.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算選型（縱向進(jìn)給絲杠）3.3.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 m()FN縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 ()'()xzKfFG??1.5340.16(5308)2530N???式中 ——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 ；K 1.K——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：'f 8:——溜板及刀架重力：Gg010NkgGm????3.3.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C5360ZFN?3C=wmLfF計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果601nT??0svL式中 ——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 ； 0L6m?——最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最大進(jìn)給速度的（sv） ，此處取 ；123:1.0in.50insvrr?——使用壽命，按 ；Th——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 ； wf 1.25wf?:——壽命，以 轉(zhuǎn)為 1 單位。L600.83.min6svnrL???66.1507.1T?337.2381.6wmCLfFN??3.3.3 滾珠絲杠螺母副的選型查閱附錄 A 表 A-2，可采用 外循環(huán)螺紋調(diào)整浴巾的雙1W406螺母滾珠絲杠副，1 列 2.5 圈，其額定動(dòng)負(fù)載為 164000N，進(jìn)度等級(jí)按表 4-6 選為 3 級(jí)（大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn) E 級(jí)） 。3.3.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 tan()?????式中 ——螺旋升角， ，?1W406L24'?? 1280.6CN?——摩擦角，取 ，滾動(dòng)摩擦系數(shù)?10' 0.3.4:計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果tantan2'.9()(410)????????3.3.5 剛度計(jì)算先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖 3-1 所示。最大牽引力為 2530N，支承間距 ，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，150Lm?預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 。3圖 3-1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 1?查《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P17，圖 4-2，根據(jù)，查出 ，2530,4mFNDm? 501.2L????可算出 521018L m?????由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了 預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高 4 倍。其實(shí)際變形量 為：1'()m?211'0.45????（2） 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2?查《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P18 圖 4-3，W 系列 2.5 圈滾珠和螺紋滾道接觸0.94??變形量 ，因進(jìn)行預(yù)緊， 。2=6.4m??21'=6.432m????計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果（3）支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3?采用 51107（舊代號(hào)為 8107）型推力球軸承， ，滾動(dòng)135dm?體直徑 ，滾動(dòng)體數(shù)量 z=18。6.35Qdm?332 230.40.46.518mQFdZ?????.75注：此公式中的 單位應(yīng)為 kgf。mF因施加預(yù)緊力，故 31'0.75.382m????據(jù)以上計(jì)算： 123''0.45.1?????定 位 精 度3.3.6 穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要作穩(wěn)定性校核。 3.3.7 縱向滾珠絲杠副的幾何參數(shù)，如下表 3-1。0.15m??表 3-1 滾珠絲杠的幾何參數(shù)1W406L名稱 符號(hào) 參 數(shù)公稱直徑 0d40導(dǎo) 程 L6接觸角 ?24'?鋼球直徑(mm) qd3.969滾道法面半徑 R0.52qd?2.064偏心距 esin??（ ） 0.056螺 紋 滾 道螺紋升角 ?0taLc??（ ） 24'?螺桿外徑 d0(.25)qd?:39螺桿內(nèi)徑 11eR??35.984螺 桿螺桿接觸直徑 z0coszqd??36.0355螺母螺紋直徑 D2e?44.016螺 母 螺母內(nèi)徑 10(.5)qd?:40.7938計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果3.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已取得縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 ，滾珠絲杠導(dǎo)程 ，0.1p??06Lm?初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角 ?？捎?jì)算出傳動(dòng)比.6? i可選定齒輪齒數(shù)為：1236zi?故，取 ，模數(shù) 取 2.5。有關(guān)參數(shù)表 3-2。1236zm表 3-2 傳動(dòng)齒輪的幾何參數(shù)齒 輪 編 號(hào) 1z23z齒數(shù) 32 32 24分度圓 dmz?80 80 60齒頂圓 2a?85 85 60齒根圓 1.5f??73.75 73.75 53.75齒寬 ??60:20 20 15中心距 12Ad?80 703.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型3.5.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖 3-1，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算：2()Jkgcm?? 2201()[)()]MSLZGJJg?????1i?計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果式中 ——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J? 2()kgcm?、 ——齒輪 、 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量121Z2——滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。S 2()?參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ，其轉(zhuǎn)子慣量1035BYG218MJkgcm?? 34341210.78.782JdL???????26.39kgcm?342509.S kgcm??80GN?式中 、 ——齒輪 、 的分度圓直徑；1d21Z2、 ——齒輪 、 的齒寬。L代入上式： 2201[()]MSLZGJJg?????????????????2 238.686.90[(6.9.5)]9???????21.47kgcm??考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題。 243.7MJkgc????.158?基本滿足慣量匹配的要求。.415MJ?計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果3.5.2 電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：（1）快速空載起動(dòng)力矩 M起在快速空載起動(dòng)階段加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 0f??a mx起 22maxmax10166nnJJtt????????????? 將前面的數(shù)據(jù)帶入，式中各符號(hào)意義同前。。max40.6.7in36.13bpvnr?????起動(dòng)加速時(shí)間 0ats2 2max06.710.463nMJt??? ??? ????? mx149.8Nc?折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 ：f??0021'2Zf FGLLiz?????.16538.67Ncm???附加摩擦力矩 ：0M????10220302pomFLFLiz???????1356.92.8?計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果80.519.3Nm???上述三項(xiàng)合計(jì)： 0fM?a mx起1429.87.15362.98c???（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 快 0.f Nm??快（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切 002xftfFLMMi?????切134.617.528???0.9.Ncm?從上面計(jì)算可以看出， 、 和 三種工況下，以快速空起 快 切載起動(dòng)所需力矩最大，此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。從課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 P36 表 4-13 查出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相六拍時(shí)， 。max0.86qjM??最大靜力矩 。152.961804.j Ncm???按此最大靜轉(zhuǎn)矩從下表 3-3（由網(wǎng)址http://www.weidianji.net/bujindianji/ 和 http://www.sihaidj.com/Production/StepMotion/350/110.asp）查出，110BYG3503 型最大靜轉(zhuǎn)矩為 。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作20N?為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。如下表 3-3 所示。計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果3.5.3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 max1004.6.716061kpvf Hz?????sepf從上表 3-3 查出 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率為，圖 3-2（http://hx-motor.com/docc/prod uct2.htm）查出運(yùn)行頻160Hz率為 ，且根據(jù)下圖 3-2）藍(lán)色背景區(qū)所示可知其運(yùn)行距頻特5性。表 3-3 110BYG350 系列電機(jī)的技術(shù)參數(shù)型 號(hào)步距角相數(shù) 電壓線電流靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 機(jī)身長(zhǎng)單 位 度 V A N.m KHZ KHZ （kg .cm2) （mm)110BYG3501 0.6 3 110-220 5 12 1600 =30 11 144110BYG3502 0.6 3 110-220 5 16 1600 =30 15 182110BYG3503 0.6 3 110-220 5 20 1600 =30 18 261圖 3-2 110BYG3503 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性計(jì) 算 及 說 明 結(jié)果從圖 3-2 看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，若 ，則160fHz?起，能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩 可18MNm?? ??52.98Ncm?直接起動(dòng)。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，根據(jù)圖 3-2，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行矩頻特性知，時(shí)， 左右，大于 ，完6.7efHz18.3Nm??max1804.jMc??全可以滿足要求。第 4 章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說明4.1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)由于系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)，故采用脈沖信號(hào)的變化來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而通過齒輪箱到絲杠軸，對(duì)大托板的縱向進(jìn)給速度進(jìn)行控制。4.2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位由裝配圖可知，在絲杠軸的兩端各裝有一對(duì)鎖緊螺母（預(yù)緊螺母），可有這對(duì)螺母對(duì)絲杠軸的軸向預(yù)緊進(jìn)行調(diào)整，并起到定位作用。每組支承部件的另一端，即與鎖緊螺母對(duì)應(yīng)的那端采用端蓋定位。在絲杠副的一端也采用端蓋定位，另一端為鎖緊螺母，既預(yù)緊又定位。結(jié)論部分經(jīng)過計(jì)算、校核、設(shè)計(jì)，表明改造任務(wù)的初步設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，現(xiàn)改造方案已設(shè)計(jì)成圖紙——見裝配圖（圖 01）和零件圖（圖02） 。該改造設(shè)計(jì)相對(duì)普通車床來說，提高了自動(dòng)化程度，加入了計(jì)算機(jī)控制，操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，既能降低能耗，又能提高了工作效率。但是設(shè)計(jì)者由于能力有限，經(jīng)驗(yàn)寒酸，時(shí)間緊迫，設(shè)計(jì)及圖紙中難免有不妥甚至是重大錯(cuò)誤，望老師和同學(xué)指正。設(shè)計(jì)體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，我感慨頗多。在整整三星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是總體來講，效果還是很好的，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，還學(xué)到了很多在書本上無法學(xué)到的知識(shí)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程不能說是困難重重，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，和第一次課程設(shè)計(jì)相比，力不從心的感覺不再那么強(qiáng)烈，但在設(shè)計(jì)的過程中還是發(fā)現(xiàn)了自己許多不足之處，使自己認(rèn)識(shí)到對(duì)以前所學(xué)知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說螺釘?shù)漠嫹ǜ緵]有掌握，全篇的螺釘沒有一個(gè)畫對(duì)，箱體壁厚取值太小，電機(jī)無法固定，并出現(xiàn)設(shè)計(jì)太隨意，尺寸隨意取，以至于設(shè)計(jì)方案難以加工。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，雖然很累，但看到趙老師每天都來給我們指導(dǎo)，并且還帶大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)，又要忙評(píng)估的事情，就又感覺到累其實(shí)是充實(shí)。是她讓我學(xué)到了很多書本上無法學(xué)到的知識(shí)，在此，對(duì)她孜孜不倦的指導(dǎo)和和藹可親的態(tài)度表示崇高的敬意的真摯的感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和其他指導(dǎo)老師表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn)查閱的圖書如下：《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》……趙洪兵主編，西安石油大學(xué)出版?！稒C(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》……朱林主編，石油工業(yè)出版社出版。《機(jī)械零件手冊(cè)》 （第五版）……周開勤主編，高等教育出版社出版?！稒C(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》……機(jī)械工業(yè)出版社出版。《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》……機(jī)械工業(yè)出版社出版。《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》……機(jī)械工業(yè)出版社出版?！稒C(jī)械制圖》 （第五版）……高等教育出版社出版?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)》……濮良貴、紀(jì)名剛主編，高等教育出版社出版《幾何量公差與檢測(cè)》……甘永立主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版。查閱的網(wǎng)站如下：http://www.sihaidj.com/Production/StepMotion/350/110.asphttp://www.sihaidj.com/SetpMotion.asphttp://www.hx-motor.com/docc/product.htmhttp://www.baolai-cn.com/products_8.htmhttp://hx-motor.com/docc/product2.htm