X53K立式銑床的數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)（機(jī)械CAD圖紙）

1、本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文cad圖紙 qq 401339828 優(yōu)秀設(shè)計(jì)目 錄設(shè)計(jì)任務(wù) 2目錄 3一、 前言 5二、 設(shè)計(jì)方案論 6三、 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 103.1工作臺(tái)重量的估算和切削力的計(jì)算 103.1.1工作臺(tái)重量的估算 103.1.2切削力的計(jì)算 103.2滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 103.2.1滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型的選擇 103.2.2滾珠絲杠螺母副型號(hào)的選擇及校核步驟 113.2.2.1 計(jì)算最大工作載荷 113.2.2.1 計(jì)算最大工作載荷 113.2.2.3、計(jì)算傳動(dòng)效率 123.2.2.4、剛度驗(yàn)算 133.3脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的計(jì)算 153.3.1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 153.3.2 傳動(dòng)

2、比的選定 153.3.3 齒輪傳動(dòng)的確定 163.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 173.4.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 173.4.1.1齒輪、絲杠等圓柱體慣量的計(jì)算 173.4.1.2工作臺(tái)折算到絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 173.4.1.3傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 183.4.1.4電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定 183.4.1.5系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 183.4.2步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 183.4.2.1電機(jī)力矩的計(jì)算 183.4.2.2摩擦力矩 19 3.4.2.3附加摩擦力矩 19 3.4.2.4折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力 203.4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核 203.4.3.1根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào) 203.4

3、.3.2計(jì)算電機(jī)工作頻率 21四、 微機(jī)控制硬件設(shè)計(jì) 4.1微機(jī)控制系統(tǒng)的概述 4.2系統(tǒng)的介紹 4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路 五 結(jié)束語(yǔ)21六 致謝22七 參考文獻(xiàn)22一、前言數(shù)控機(jī)床可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密多品種及中小批零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，隨著制造技術(shù)向自動(dòng)化、柔性化方向的發(fā)展，當(dāng)前機(jī)床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。機(jī)床的數(shù)控化改造一般是指對(duì)現(xiàn)有某臺(tái)普通車床的某些部位做一定的改裝，配上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)，從而使原機(jī)床具有數(shù)控加工能力。這種技術(shù)工作有其獨(dú)特的特點(diǎn)。機(jī)床數(shù)控化改造的意義： 1. 節(jié)約資金數(shù)控機(jī)床的價(jià)格昂貴，一次

4、性投資大，對(duì)中小企業(yè)常是心有余而力不足。機(jī)床的數(shù)控化改造同購(gòu)置新的機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床的一半2. 性能穩(wěn)定可靠因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。3. 提高生產(chǎn)率機(jī)床經(jīng)出數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3到5倍。對(duì)復(fù)雜零件而言加工難度越高功效提高得越多。且只需一次或少數(shù)幾次安裝就能加工完零件的全部。目前國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用受到一些條件的限制?，F(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到5%。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、

5、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益、影響企業(yè)德生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。數(shù)控銑床用途廣泛，不僅可以加工各種平面、溝槽、螺旋槽、成型表面和孔。而且還能加工各種平面曲線和空間曲線等復(fù)雜型面。適用于各種模具、凸輪、板類及箱體類零件的加工。本設(shè)計(jì)課題就是立足于實(shí)際情況，將普通的x502立式銑床（機(jī)械縱向部分）進(jìn)行數(shù)控化改造。二、設(shè)計(jì)方案論證 目前，在機(jī)械加工工業(yè)中，絕大多數(shù)是舊式機(jī)床，如果改用微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的改造，會(huì)使機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，不但提高加工精度和生產(chǎn)率，而且成本低、周期短，適合

6、我國(guó)國(guó)情。利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的機(jī)電一體化改造的方法有兩種：一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制部件；另一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。前者需要新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，比較簡(jiǎn)單。這種標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)通常采用單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電源、步進(jìn)電機(jī)及專用的控制程序組成開環(huán)控制，如下圖所示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。對(duì)機(jī)床的控制過程大多是由單片機(jī)按照輸入的加工程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，產(chǎn)生進(jìn)給，由軟件或硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大、驅(qū)動(dòng)刀架、縱橫軸運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具按規(guī)定的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)。微機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算的速度較快，可以讓單片機(jī)每完成一次插補(bǔ)、進(jìn)給，就執(zhí)行一

7、次延時(shí)程序，由延時(shí)程序控制進(jìn)給速度。開環(huán)控制系統(tǒng)框圖機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控銑床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足，抗震性差，熱變形大，滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度，表面質(zhì)量，生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代機(jī)床的部件結(jié)構(gòu)，整體布局，外部造型都已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床獨(dú)特的機(jī)械部件。因此，我們?cè)趯?duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮

8、各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能的 與數(shù)控機(jī)床相接近。機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個(gè)條件1.機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛度2.改裝的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。改裝前要對(duì)機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定，改裝后其各項(xiàng)指標(biāo)能達(dá)到數(shù)控加工的要求。將一臺(tái)x502立式銑床改裝成微機(jī)數(shù)控銑床，要求原機(jī)床的改動(dòng)盡量少，以降低成本，提高性價(jià)比。根據(jù)這個(gè)要求保留原機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及縱橫向進(jìn)給的機(jī)動(dòng)部分，改造后的數(shù)控銑床要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于推廣普及。因此采用步進(jìn)電機(jī)為飼服元件，用來驅(qū)動(dòng)縱橫向工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。拆除機(jī)床上原有的縱橫向絲杠螺母元件，改用步進(jìn)電機(jī)和減速齒輪驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠螺母副。并選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，使其擴(kuò)

9、大加工范圍，適用于現(xiàn)階段我國(guó)的中小型機(jī)械加工企業(yè)。機(jī)械部分?jǐn)?shù)控化改造需涉及電機(jī)的選擇、工作臺(tái)進(jìn)給結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)比分配與計(jì)算等方面的內(nèi)容。1伺服驅(qū)動(dòng)元件 進(jìn)給電機(jī)選用混合式步進(jìn)電機(jī)，其不僅步距角小運(yùn)行頻率高且功耗低,低頻率， 噪音小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，壽命長(zhǎng)。橫縱向進(jìn)給電機(jī)均選用同一型號(hào)以便于改造和日后維修。脈沖當(dāng)量t=0.01mm/脈沖，選用步距角=0.6 。對(duì)原機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時(shí)間。2機(jī)床導(dǎo)軌的選擇由于原機(jī)床采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，在低速時(shí)容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。較經(jīng)濟(jì)的處理方法是采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌。3進(jìn)給傳動(dòng)

10、系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給部分移動(dòng)元件靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、低速時(shí)無爬行。因此本設(shè)計(jì)中采用滾珠絲杠可以滿足要求。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。其工作原理為：當(dāng)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運(yùn)動(dòng)后能通過這個(gè)裝置自動(dòng)的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副安裝時(shí)需要預(yù)緊，通過預(yù)緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，提高傳動(dòng)剛度。本設(shè)計(jì)中的預(yù)緊方法是采用雙螺母墊片預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。即通過改變兩個(gè)螺母的軸向相對(duì)位置，使每個(gè)螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。其特點(diǎn)是預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛度好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好如圖2-1。為消除傳動(dòng)

11、系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，傳動(dòng)元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。圖2-1 滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)4、 微機(jī)控制系統(tǒng)方案的確定 1、微型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1）控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)計(jì)算和參數(shù)選擇；2）步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。 2、微機(jī)控制系統(tǒng)的總體組成 數(shù)控部分采用mcs-51單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng).目前，數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最多的是mcs-51單片機(jī)，他價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等特點(diǎn).存儲(chǔ)芯片的選擇依據(jù)系統(tǒng)控制程序的大小及cpu的字長(zhǎng)，i/0擴(kuò)展芯片的個(gè)數(shù)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)需要的i/0通道的個(gè)數(shù)來確定。3、軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及軟硬件任務(wù)分配的有：控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)生于脈沖分配；數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；鍵盤

12、掃描管理。硬件系統(tǒng) （1）基本組成（最小系統(tǒng)）（2）系統(tǒng)擴(kuò)展 1）程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展3）輸入輸出端口擴(kuò)展 4）綜合功能擴(kuò)展（3）接口技術(shù) 1）鍵盤接口技術(shù)2）顯示器接口（4）步進(jìn)電機(jī)控制硬件電路。上述三個(gè)任務(wù)都可以用專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)，也可用軟件編程實(shí)現(xiàn)。用硬件實(shí)現(xiàn)，編程比較簡(jiǎn)單，但同時(shí)硬件成本及故障。用軟件實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省芯片，降低成本，但增加了編程難度。在決定用何種方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)者的軟硬件方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及能力。軟件系統(tǒng)包括：（1）軟件結(jié)構(gòu)與基本組成（2）插補(bǔ)原理及軟件程序（3）步進(jìn)電機(jī)控制軟件。三、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造中，拆掉了原機(jī)床的絲

13、杠螺母機(jī)構(gòu)，更換上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和一對(duì)齒輪驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠螺母副。 3.1工作臺(tái)重量的估算與切削力計(jì)算 3.1.1工作臺(tái)重量的估算縱向工作臺(tái)約重60kg，床鞍和回轉(zhuǎn)盤約重140kg，總重量g=60+180=200kg。 3.1.2切削力計(jì)算： 切削功率為： nc=kp （1）式中：p主電動(dòng)機(jī)功率，7.5kw 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7，取0.65 k進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取0.96 根據(jù)式(1)可得：nc=4.3kw。又因?yàn)閚c=fcvc10-3，則fc=nc/vc，vc為切削線速度，取100m/min，所以主切削力fz=2.7kn。通常：縱向切削分力f縱=(0.60.9)fz，垂直切削分力f

14、垂=(0.450.7)fz，橫向切削分力f橫=(0.50.55)fz。取f縱=0.6fz=1.6kn，f垂=0.45fz=1.2kn，f橫=0.5fz=1.3kn，3.2滾珠絲杠設(shè)計(jì)3.2.1滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型的選擇因?yàn)樗难b的銑床為普通銑床，精度要求并不是很高，在使用過程中不需要調(diào)整，并且加工過程中有輕微沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)上述實(shí)際條件，并考慮到經(jīng)濟(jì)成本問題，通過查第三章表32和表33，可以初步選用“外循環(huán)插管埋入式法蘭直筒組合雙螺母墊片預(yù)緊（cmd）”這種結(jié)構(gòu)類型的滾珠絲杠螺母副。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性優(yōu)良，承載能力較高；剛度高，預(yù)緊可靠，不易松弛等優(yōu)點(diǎn)。它主要適用于重載荷、高剛度、高速驅(qū)

15、動(dòng)及較精密的定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用得較廣泛的結(jié)構(gòu)。3.2.2滾珠絲杠螺母副型號(hào)的選擇及校核步驟3.2.2.1 計(jì)算最大工作載荷1、由題設(shè)已知條件，銑床導(dǎo)軌的類型為綜合導(dǎo)軌。再查指導(dǎo)書 p38表3-29得最大工作載荷。該式中：k = 1.15；取 f = 0.16（f =0.150.18）（摩擦系數(shù)）；g為工作臺(tái)及夾具總重量的1/2。由題設(shè)已知條件可得g = 400 n。將以上數(shù)值及先前計(jì)算得到的三組、數(shù)據(jù)代入上式，可得到三組相應(yīng)的的最大值 fm=1.152598.86+0.16 (1588.19+400)=3306.7794(n)3.2.2.1 計(jì)算最大工作載荷最大動(dòng)載荷c可由下式計(jì)算 (1)(

16、1) 式中：各參數(shù)見專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書-硬度系數(shù)，選1.1(hrc60) -運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，選1.0(有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)) l -壽命，由下式計(jì)算 (2)(2) 式中：t-使用壽命(h)，對(duì)于數(shù)控機(jī)床t=15000(h) n-絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)，可由下式計(jì)算 (3)(3) 式中：-最大切削力條件下的縱向進(jìn)給速度(m/min)，查指導(dǎo)書為540(mm/min)可取最高切削進(jìn)給速度的1/21/3，現(xiàn)取1/3，即 =0.54(m/min)=0.18(m/min) -所選用絲杠的基本導(dǎo)程，考慮到傳動(dòng)精度的要求，可選基本導(dǎo)程為4、5、6(mm)的絲杠。 現(xiàn)選取基本導(dǎo)程為6mm基本導(dǎo)程為6mm 時(shí)：=27 c3=1

17、0912.44(n)查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-11當(dāng)l0=6時(shí) ca=16083nc3，所以合格（圈數(shù)列數(shù)=2.51）所以 絲桿選擇l0為6mm，d0=40mm通過查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表4-143可知公稱直徑=40mm、基本導(dǎo)程為6mm的絲杠，查得它們的承載能力ca為16083n，螺旋升角為（2.73）、，圈數(shù)列數(shù)分別為2.51，滾珠直徑為3.969mm，-接觸角()。3.2.2.3、計(jì)算傳動(dòng)效率傳動(dòng)效率可由下式計(jì)算上式中：-絲杠螺旋升角 -摩擦角。滾珠絲杠副的摩擦角約 當(dāng)公稱直徑=40mm、基本導(dǎo)程為6mm 時(shí)： =0.94230.9滿足設(shè)計(jì)要求。3.2.2.4、剛度驗(yàn)算(1)絲杠的拉

18、伸或壓縮變形量當(dāng)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，且預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其實(shí)際變形量為（由指導(dǎo)書p39，公式324可知）： (拉伸為，壓縮為)上式中：e-材料彈性模數(shù)，對(duì)于鋼：l-滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度(mm)l= 工作長(zhǎng)度+螺紋長(zhǎng)度+軸承寬度+端蓋寬度700 mm f-滾珠絲杠的截面積()，可由下列幾式計(jì)算、-滾珠直徑(mm)，-接觸角()，r-滾道法面半徑(mm)，e-偏心距(mm)， -絲杠公稱直徑(mm)當(dāng)公稱直徑=40mm、基本導(dǎo)程為6mm時(shí)：r=0.523.969=2.06388 (mm)d=40+20.056130-22.06388=35.984(mm) =1016.971(mm)

19、 =(mm)(2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形當(dāng)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，且預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其實(shí)際變形量為=0.0013上式中：-最大工作載荷(kgf)，fm=418.734 (kgf) -預(yù)緊力(kgf)，=139.579 (kgf) -滾珠直徑(mm)，-滾珠數(shù)量，z圈數(shù)列數(shù) z -一圈的滾珠數(shù)， (外循環(huán))當(dāng)公稱直徑=40mm、基本導(dǎo)程為6mm時(shí) 31.662.51=79.15=0.0013=0.003072(mm)當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，的值可減少一半。即：= = 0.001536(mm)(3)滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形（1） 當(dāng)公稱直徑=40mm、基

20、本導(dǎo)程為6mm時(shí)選用型號(hào)為51207的軸承，其參數(shù)如下：型 號(hào)內(nèi)徑d (mm)外徑d (mm)厚度t (mm)額定動(dòng)載荷(kn)5120735621839.2由 z=z=18 所以，可估算兩邊總得滾動(dòng)體的數(shù)目為36。將以上數(shù)據(jù)代入可得：=0.0024 =0.005072 (mm)基本導(dǎo)程為6mm時(shí)：=0.009438(mm) 1)j-各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm)n-各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)速(r/min)n-電機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min)j-電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm)3.4.1.4電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定查表3.8機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫x用電機(jī)工作方式的是五相十拍，步距角為=0.75，故符合的是：150bf

21、002和130bf001。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為：150bf002:130bf001:3.4.1.5系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 j=- j +j=27.01+4.606=31.616(kg.cm)j=- j +j=27.01+9.8=36.81(kg.cm)3.4.2步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用3.4.2.1電機(jī)力矩的計(jì)算 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩： 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：電機(jī)的力矩主要是用來產(chǎn)生加速度，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動(dòng)力矩作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。=642.46（n.cm）式中：-傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸總的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣（選1來計(jì)算） -運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大進(jìn)給速度所需的時(shí)間（s

22、）約為30毫秒 -電機(jī)最大轉(zhuǎn)速(r/min)n=500.00( r/min) -運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度2400(mm/min)3.4.2.2摩擦力矩上式中：g-運(yùn)動(dòng)部件的總重量(n) -導(dǎo)軌摩擦系數(shù)0.16 i -齒輪總減速比 -傳動(dòng)鏈總效率，一般取0.70.85，在此取0.83.4.2.3附加摩擦力矩 上式中：-滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載(n)，一般取最大工作載荷的1/3，1102.2664(n) -滾珠絲杠基本導(dǎo)程0.8(cm)- 滾珠絲杠未加預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取，今取0.94 。3.4.2.4折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力 上式中：-進(jìn)給方向最大切削力(n)，即前面計(jì)算進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷、時(shí)所得到第

23、（4）組數(shù)據(jù)的，所以2598.86(n) 綜合以上，可得150bf002 m=551.803+6.1213+112.27=570.1943 m=248.57+6.1213+12.27=266.8713130bf001 m=642.46+6.1212+12.27=660.8513 m=6.1115+11.7964+248.1728=266.08073.4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核3.4.3.1根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào) 步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)：mm 對(duì)于五相十拍步進(jìn)電機(jī)：931符合要求前面計(jì)算時(shí)已初選型號(hào)為150bf002和130bf001的步進(jìn)電機(jī)，其相關(guān)參數(shù)為：型 號(hào)相數(shù)步距角()最大靜轉(zhuǎn)矩()空載

24、起動(dòng)頻率(步/s)空載運(yùn)行頻率(步/s)分配方式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量130bf00150.757843000160005相10拍4.6.06150bf00250.75490280080005相10拍98注：數(shù)據(jù)來源于機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三版，張建明等編著，p111表3-113.4.3.2計(jì)算電機(jī)工作頻率（1)最大空載起動(dòng)頻率： =4000.00(step/s)f f =7000(step/s) ，滿足要求。（2)切削時(shí)最大工作頻率 =900.00(step/s)f 0.5不滿足要求 .不滿足要求。而對(duì)于150bf002的步進(jìn)電機(jī) 滿足要求 滿足要求滿足要求。最終選150bf002的步進(jìn)電機(jī)四、微機(jī)控制

25、硬件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：以mcs-51系列單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。一、硬件系統(tǒng) （1）基本組成（最小系統(tǒng)）（2）系統(tǒng)擴(kuò)展 1）程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 3）輸入輸出端口擴(kuò)展 4）綜合功能擴(kuò)展（3）接口技術(shù) 1）鍵盤接口技術(shù) 2）顯示器接口技術(shù)（4）步進(jìn)電機(jī)控制硬件電路二、軟件系統(tǒng) （1）軟件結(jié)構(gòu)與基本組成（2）插補(bǔ)原理及軟件程序（3）步進(jìn)電機(jī)控制軟件4.1 微機(jī)控制系統(tǒng)概述4.1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路1.確定系統(tǒng)狀態(tài)控制方案1）從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮是否采用開環(huán)控制或閉環(huán)控制；2）執(zhí)行元件采用何種方式；3）考慮系統(tǒng)是否有特殊控制要求對(duì)于具有高可靠性、高精度和快速性要求的系統(tǒng)應(yīng)采取的措施是什

26、么？4）考慮微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理，微機(jī)承擔(dān)哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)微機(jī)應(yīng)具備哪些輸入/輸出通道、配備哪些外圍設(shè)備。5）初步估算其成本，通過整體方案考慮，最后畫出系統(tǒng)組成的初步框圖，附加說明，以此作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。2.確定控制算法1）建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行控制。2）控制算法的正確與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，甚至決定整個(gè)系統(tǒng)的成敗。3）在選擇控制算法時(shí)，應(yīng)考慮所選的算法是否能滿足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。3.選擇微型計(jì)算機(jī) 對(duì)于給定的任務(wù)，選擇微機(jī)的方案不是唯一的，從控制角度出發(fā)，微機(jī)應(yīng)能滿足具有較完善的中

27、斷系統(tǒng)、足夠的存儲(chǔ)容量、完善的輸入/輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等要求。1）較完善的中斷系統(tǒng) 2）足夠的存儲(chǔ)容量3）完備的輸入/輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。4.2.1 微機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件組成任何一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是軟件的基礎(chǔ)，而配置了軟件的硬件才有控制功能，數(shù)控系統(tǒng)通過與硬件軟件的密切配合實(shí)現(xiàn)各種功能。 控制系統(tǒng)硬件基本組成框圖4.3 plc 控制的硬件設(shè)計(jì)4.3.1硬件配置根據(jù)實(shí)際情況，在銑床的電氣改造過程中，保留原有的機(jī)械操作不變，將原來繼電器控制的線路用plc 控制系統(tǒng)取代，本文采用三菱公司的fx2 16作為控制器，它輸入點(diǎn)數(shù)為16 點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為16 點(diǎn)。fx2n是fx 系

28、列中功能最強(qiáng)、速度最快的微型可編程序控制器。它的基本指令執(zhí)行時(shí)每條指令高達(dá)0.08s，用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到16 kb，i/o點(diǎn)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)，有多種特殊功能模塊，有多種rs232/rs422/rs485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信功能。用戶程序容量32 kb滿足機(jī)床6點(diǎn)輸出、14點(diǎn)輸入的要求。plc的供電電源由隔離變壓器提供，這樣可以減少電網(wǎng)波動(dòng)或噪聲對(duì)plc 的干擾。3.3.2 plc 的輸入、輸出地址分配plc 的輸入、輸出地址分配如表5、6所示輸入信號(hào)端口主軸停止sb1、sb2 x0主軸啟動(dòng)sb3、sb4x1工作臺(tái)快移sb5、sb6x2工作臺(tái)右進(jìn)

29、給sq1 x3工作臺(tái)左進(jìn)給sq2 x4工作臺(tái)前、下sq3 x5工作臺(tái)后、上sq4 x6進(jìn)給變速瞬動(dòng)sq6 x7主軸變速瞬動(dòng)sq7 x10速度繼電器正向觸點(diǎn)srf x11速度繼電器反向觸點(diǎn)srr x12圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)sa1-1 x13圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)sa1-2 x14圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)sa1-1 x15表5輸入端口分配輸出信號(hào)端口液壓電動(dòng)機(jī)接觸器km1y0主軸電動(dòng)機(jī)制動(dòng)接觸器km2y1主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)接觸器km3y2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)km4y3進(jìn)給電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)km5y4快速進(jìn)給電磁鐵y5表6 輸出端口分配3.3.3plc 的i/o 接線圖根據(jù)控制要求和系統(tǒng)輸入、輸圖2 輸入輸出接線圖3.4 plc系統(tǒng)的

30、軟件設(shè)計(jì)3.4.1 梯形圖的設(shè)計(jì)根據(jù)x502銑床的控制原理，plc 控制梯形圖。如圖2 所示3.4.2 程序指令圖3 plc 控制梯形圖程序指令如表7所示地址指令數(shù)據(jù)地址指令數(shù)據(jù)0000ldx100050orix50001aniy20051anim50002outm00052outm40003ldix100053ldix40004m cn00054orix6m1000055anim40007l dx00056outm50008o rm10057mcrn20009ldx110059ldm40010o rx120060outt40011anbkto0012anix220063ldt40013out

31、m10064o rm20014ldm10065orm30015outt10066outy4kt10067ldm50018m c r n00068outt50020l dt1kto0021anix100071l dt50022o rm00072outy50023out y10073ldix150024ldix100074m cn20025m cn0m104m1010077ldix30028l dx10078anix40029o ry20079anix50030andx00080anix60031aniy10081anix70032outy20082anim50033l dx00083outm20

32、034andy20084l dx20035m c n10085outy6m1020086mcrn20038l d x70088ldix30039anix60089anix40040anix50090anix50041ldi x150091anix60042ani x40092anix70043anix30093aniy50044orb 0094andx140045and x130095outm30046mcn20096mcrn1m1030098mcrn00049l dx30100end5. 總結(jié)隨著科學(xué)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步,人們對(duì)現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求。企業(yè)為滿足這種需求,靠完全淘汰舊

33、機(jī)床購(gòu)置現(xiàn)代化新機(jī)床幾乎不可能,而且也沒必要,因?yàn)檫@樣做勢(shì)必會(huì)造成舊機(jī)床的閑置與浪費(fèi),同時(shí)也會(huì)因購(gòu)置新數(shù)控機(jī)床導(dǎo)致更大的資金開支。近年來數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速,且質(zhì)量穩(wěn)定可靠、精度較高、性能價(jià)格比高,市場(chǎng)上數(shù)控機(jī)床的零配件供應(yīng)及時(shí)。機(jī)床數(shù)控化改造可以在對(duì)機(jī)床不做大的變動(dòng)和投資較小的情況下,增加數(shù)控裝置和電氣伺服系統(tǒng),使普通機(jī)床具備數(shù)控機(jī)床的功能。改造前應(yīng)對(duì)原機(jī)床各部分進(jìn)行保養(yǎng)和改造前的準(zhǔn)備，具體內(nèi)容如下:（1）原機(jī)床的全面保養(yǎng)機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤(rùn)滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測(cè)量，記錄在案。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用。（2）保留的電氣部分最佳化調(diào)整若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。（3）合理安排新系統(tǒng)位置及布線根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合