DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、引言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從2004年2月份開始到本年的六月中下旬結(jié)束，長(zhǎng)達(dá)半年。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一名在校大學(xué)生最后的一次也是最重要的一次設(shè)計(jì)，說其重要主要是因?yàn)樗鼘z驗(yàn)?zāi)阍诖髮W(xué)生活中所學(xué)知識(shí)的扎實(shí)程度，其間你必須復(fù)習(xí)所學(xué)過的一些課程，學(xué)習(xí)一些要用到的新的知識(shí)，它還將練習(xí)你的動(dòng)手能力，思考能力，創(chuàng)新能力，是你在大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一次升華，是一個(gè)提升階段，更是走向工作崗位的一次練兵，因此我們都對(duì)此極為重視，更是投入了極大的熱情與努力來更好的完成它。本次設(shè)計(jì)在顏竟成教授的悉心指導(dǎo)下分四個(gè)階段按部就班的有條不紊的進(jìn)行。第一階段是搜集整理階段。在本階段主要是搜集足夠的資料信息并對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行分析和實(shí)地調(diào)查，做到心中有輪廓

2、，。本階段其實(shí)從2004年元旦就開始了截止到2004年3月份第一張外觀圖繪制成功為止。第二階段是機(jī)械部分設(shè)計(jì)階段。本階段主要應(yīng)用大學(xué)里面所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來進(jìn)行運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和坐標(biāo)工作臺(tái)的縱向和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外還要進(jìn)行儲(chǔ)絲筒的三維零件設(shè)計(jì)。本階段主要是從三月份到五月份。五月份到六月份則是第三階段：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。主要進(jìn)行電器電路設(shè)計(jì)，包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和脈沖功率放大電路設(shè)計(jì)。本階段也是一個(gè)學(xué)習(xí)的階段，對(duì)自己不太熟悉的的的領(lǐng)域的一次學(xué)習(xí)。六月份開始就是最后一個(gè)階段：整理復(fù)習(xí)階段，主要從事前幾個(gè)階段的整理溫習(xí)，寫說明書。以及畢業(yè)答辯前的各項(xiàng)具體細(xì)節(jié)的準(zhǔn)備。可以說每個(gè)階段都是十分緊張而有難度

3、的，有些問題是由于設(shè)計(jì)的難度，有些還是因?yàn)樽约褐R(shí)上的欠缺和不扎實(shí)造成的?？梢哉f這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是個(gè)查缺補(bǔ)漏的機(jī)會(huì)。尤其是在同學(xué)的幫助下，特別是在顏教授的指導(dǎo)下，遇到困難不逃避，主動(dòng)請(qǐng)教，主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考提出新方案，困難被一個(gè)個(gè)解決了，有了本次設(shè)計(jì)的成功。更鍛煉了團(tuán)體協(xié)作精神，獨(dú)立作業(yè)能力，專業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)自己將來都是一次具有深遠(yuǎn)影響的事件。一、總體方案設(shè)計(jì)（一）總體方案的擬定（ 1）電火花線切割機(jī)床具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能；還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。（ 2）電火花線切割機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，

4、進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（ 3）根據(jù)電火花線切割機(jī)床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和經(jīng)濟(jì)性要求，一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比。因此，可選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器；包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。（ 5）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈

5、，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，起傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。（ 6）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。（ 7）采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。在上述方案的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過程更加細(xì)致。（伺服系統(tǒng)總體方案框圖如圖1.1）技術(shù)參數(shù)主要包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)，尺寸參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。DK7732電火花線切割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺(tái)行程/mm500x320最大切割厚度/mm30（可調(diào)）加工表面

6、粗糙度Ra/Pm2.5加工精度/mm0.015切割速度/mni/min100切割工件最大厚度120mm加工錐度電極絲移動(dòng)速度11m/s電極絲最大宜徑? 0.1 ?0.2mm二、儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是由絲筒電機(jī)正反轉(zhuǎn)得到的。電極通過聯(lián)軸節(jié)與絲筒連接，絲筒裝有齒輪，通過過渡齒輪與絲桿上的齒輪嚙合。絲桿固定在絲板上，螺母固定上底座上，拖板與底座采用裝有滾珠的V形滾動(dòng)導(dǎo)軌連接，這樣絲筒每轉(zhuǎn)一周拖板宜線移動(dòng)相應(yīng)的距離，因此機(jī)床工作前應(yīng)根據(jù)零件厚薄和精度要求在0.120.25mm的范圍內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)匿X絲宜徑。1 、對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求 高速走絲機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還要

7、進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動(dòng)，以保證電極絲在儲(chǔ)絲筒上整齊排繞。 儲(chǔ)絲筒的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)量要小。 儲(chǔ)絲筒要能正反轉(zhuǎn)，電極絲的走絲速度在712m/s范圍內(nèi)無級(jí)或有級(jí)可調(diào)，或恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。 走絲機(jī)構(gòu)最好與床身相互絕緣。 傳動(dòng)齒輪副，絲杠副應(yīng)該具備潤(rùn)滑措施2 、高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)高速走絲機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)絲筒組合件、上下拖板、齒輪副、換向裝置和絕緣部分組成，如圖2.2所示儲(chǔ)絲筒由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。儲(chǔ)絲筒另外一端通過三對(duì)齒輪減速后帶動(dòng)絲杠。儲(chǔ)絲筒、電動(dòng)機(jī)、齒輪都安裝在兩個(gè)支架上。支架及絲杠則安裝在拖板沙鍋內(nèi)，調(diào)整螺母裝在底座上，拖板在底座上來回移動(dòng)。螺母具有消除間隙的副螺母和彈簧，齒輪及絲杠螺距的搭配為

8、沒旋轉(zhuǎn)一圈拖板移動(dòng)0.25mm。所以該儲(chǔ)絲筒適用于0.25mm以下的鉬絲。儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，無不正常振動(dòng)。滾筒外圓振擺應(yīng)小于0.03mm反向間隙應(yīng)小于0.05mm軸向竄動(dòng)應(yīng)完全徹底消除。高頻電源的負(fù)端通過碳刷送到儲(chǔ)絲筒軸的尾部，然后傳到鉬絲上，碳刷應(yīng)保持良好接觸，防止機(jī)油或者其他臟物進(jìn)入。儲(chǔ)絲筒本身作高速正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)、滾筒及絲杠的軸承應(yīng)定期拆洗并加潤(rùn)滑脂，換油期限可根據(jù)使用情況具體決定。其余中間軸、齒輪、導(dǎo)軌及絲杠、螺母等每班應(yīng)注油一次。 1）儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件主要由儲(chǔ)絲筒、聯(lián)軸器和軸承座組成。 儲(chǔ)絲筒儲(chǔ)絲筒是電極絲穩(wěn)定移動(dòng)和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一，一般用45號(hào)鋼制造。為了

9、減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，筒壁應(yīng)盡量薄，按機(jī)床規(guī)格，本次設(shè)計(jì)DK7732應(yīng)選用4mm（符合1.55mrh。為了進(jìn)一步減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可以選用鋁鎂合金材料制造儲(chǔ)絲筒壁厚要均勻，工作表面要有較好的表面粗糙度，一般Ra為0.8Pm為保證儲(chǔ)絲筒組合件動(dòng)態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對(duì)支撐部分的同軸度。儲(chǔ)絲筒與主軸裝配后的徑向跳動(dòng)M應(yīng)不大于0.01mm一般裝配后，以軸的兩端中心孔定位，沖摸儲(chǔ)絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。 聯(lián)軸器走絲機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)組合件的電機(jī)軸與儲(chǔ)絲筒中心軸，一般不采用整體的長(zhǎng)軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲(chǔ)絲筒運(yùn)行時(shí)頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間受到正反剪切力很大，因此多采用彈性聯(lián)軸器和摩擦錐式聯(lián)軸器。圖1

10、.2運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖a.彈性聯(lián)軸器，如圖2.1所示圖2.1彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性力矩小，換向較平穩(wěn)，無金屬撞擊聲，可以減少對(duì)儲(chǔ)絲筒中心軸的沖擊。彈性材料采用橡膠、塑料或者皮革。這種聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是，允許電動(dòng)機(jī)軸與儲(chǔ)絲筒軸稍有不同心和不平行（最大不同心允許為0.20.5mm最大不平行為1°）,缺點(diǎn)是由它聯(lián)接的兩根軸在傳遞扭矩時(shí)會(huì)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。b.摩擦錐式聯(lián)軸器，如圖2.2所示。摩擦錐式聯(lián)軸器可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣M大的大、中型儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件。此種聯(lián)軸器可傳遞較大的扭矩，同時(shí)在傳動(dòng)符合超載時(shí)，摩擦面之間的華東還可以起到過載保護(hù)作用。因?yàn)殄F形摩擦面會(huì)對(duì)電機(jī)和儲(chǔ)絲筒產(chǎn)生軸向力，所以在電機(jī)主

11、軸的滾動(dòng)支撐中，應(yīng)選用向心止推軸承和單列圓錐滾子軸承。此外，還要正確選用彈簧規(guī)格。彈力過小，摩擦面打滑，使傳動(dòng)不穩(wěn)定或摩擦面過熱燒傷；彈力過大，會(huì)增大軸向力，影響中心軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2.2摩擦錐式聯(lián)軸器C.磁力聯(lián)軸器是依靠磁力無接觸式聯(lián)接的，保留了傳統(tǒng)聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)。具體有如下幾種套筒式磁力聯(lián)軸器（如圖3.1所示）6圖3.1套筒式磁力聯(lián)軸器此種聯(lián)軸器主動(dòng)磁極3和從動(dòng)磁極2均可為圓筒狀或以若干磁鐵排列成圓筒狀，并用黏結(jié)劑分別將其固定于主動(dòng)軸套4外表面上和從動(dòng)軸套1沒表面上，主動(dòng)軸6與被動(dòng)軸7間用鍵5、8聯(lián)接。主動(dòng)磁極3和從動(dòng)磁極2之間有一定間隙，其目的為：兩磁極之間無摩擦，靠磁場(chǎng)聯(lián)接；被聯(lián)接兩軸因

12、受制造及安裝誤差，承載后變形及溫度變化等因素影響，往往不能嚴(yán)格對(duì)中心。留有一定間隙，可補(bǔ)償這一不足，還可適當(dāng)降低加工及裝配要求。該套筒式聯(lián)軸器因磁場(chǎng)面積大，可以傳遞較大扭矩。其磁場(chǎng)聯(lián)接力可以通過改變主動(dòng)軸套4和從動(dòng)軸套1的配合長(zhǎng)度來進(jìn)行調(diào)整。圓盤式磁力聯(lián)軸器（如圖3.2所示）6圖3.2圓盤式磁力聯(lián)軸器此種聯(lián)軸器主動(dòng)磁極3和從動(dòng)磁極2均可為圓盤狀或以若干磁鐵排列成圓形射線狀，并用黏結(jié)劑分別將其固定于主動(dòng)軸套4和從動(dòng)軸套1的大表面上。由于圓盤式聯(lián)軸器接力可以通過改變主動(dòng)磁磁場(chǎng)面積小，所以傳遞扭矩小，并且體積相應(yīng)的也小。其磁場(chǎng)聯(lián)極3和從動(dòng)磁極2之間的距離來進(jìn)行調(diào)整。矩，因此由于磁力聯(lián)軸器軸與軸之間沒

13、有零件宜接聯(lián)接，而是靠磁場(chǎng)聯(lián)接來傳遞扭電機(jī)換向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣M被磁力線的瞬時(shí)扭曲抵消；在超負(fù)荷時(shí)，鍵8、5聯(lián)接的主動(dòng)軸7與從動(dòng)軸6可以自動(dòng)打滑脫開，起到安全離合器的作用，不會(huì)損壞任何零部件。主動(dòng)磁極3和從動(dòng)磁極2均用強(qiáng)的永磁材料制成，例如，鐵氧體、稀士合金等。綜合上述幾種類型，參照本次設(shè)計(jì)要求，選擇性價(jià)比最高的，顯然a類型既是彈性聯(lián)軸器已經(jīng)滿足條件，因此本次設(shè)計(jì)選用彈性聯(lián)軸器。(2)上下拖板走絲機(jī)構(gòu)的上下拖板我們決定采用下面兩種滑動(dòng)導(dǎo)軌之一。燕尾型導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整桿帶動(dòng)塞鐵，可改變導(dǎo)軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗(yàn)比較復(fù)雜，剛性較差，傳動(dòng)中摩擦損失也較大。三角、矩形組合式導(dǎo)

14、軌，如圖4.1所示。導(dǎo)軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)。圖4.1三角、矩形組合式導(dǎo)軌由于儲(chǔ)絲筒走絲機(jī)構(gòu)的上拖板一邊裝有運(yùn)絲電動(dòng)機(jī)，儲(chǔ)絲筒軸向兩邊負(fù)荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復(fù)移動(dòng)，應(yīng)把下拖板設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)以使走絲機(jī)構(gòu)工作時(shí)，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保持拖板的剛度、機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)精度。經(jīng)比較，顯然三角、矩形組合式導(dǎo)軌是比較理想的，因此，決定選用此種導(dǎo)軌作為本次設(shè)計(jì)之用。(3)齒輪副與絲杠副走絲機(jī)構(gòu)上拖板的傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯?-3級(jí)減速齒輪副和一組絲杠副組成，它使儲(chǔ)絲筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，作相應(yīng)的軸向位移，保證電機(jī)絲整齊的排繞在儲(chǔ)絲筒上。在本次設(shè)計(jì)線切割機(jī)中，走絲機(jī)構(gòu)常是通過配換齒輪

15、來改變儲(chǔ)絲筒的排絲筒的排絲距離，以適應(yīng)排繞不同宜徑電機(jī)絲的要求。絲杠副一般采用軸向調(diào)節(jié)法來消除螺紋配合間隙。為防止走絲電機(jī)換向裝置失靈，導(dǎo)致絲杠副和齒輪副損壞，在齒輪副中，可選用尼龍輪代替部分金屬齒輪。這不但可以在電機(jī)換向裝置失靈時(shí)，由于尼龍齒輪先損壞，保護(hù)絲杠副與走絲電機(jī)，還可以減少振動(dòng)和噪聲。但是由于要照顧專業(yè)知識(shí)的復(fù)習(xí)，所以決定選用傳統(tǒng)的金屬材料制造。（4）線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)線架與走絲機(jī)構(gòu)組成了電極絲的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。線架的主要功用是在電極絲按給定線速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)電極絲去支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺(tái)平面保持一定的幾何角度。對(duì)線架的要求是： 具有足夠的剛度和強(qiáng)度，在電極絲運(yùn)動(dòng)（特別是高速

16、1走絲）時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)振動(dòng)和變形； 線架的導(dǎo)輪有較高的運(yùn)動(dòng)精度，徑向偏擺和軸向竄動(dòng)不超過5Pm 導(dǎo)輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能； 導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產(chǎn)物和雜質(zhì)的工作液進(jìn)入導(dǎo)輪軸承； 線架不但能保證電極絲垂直于工作臺(tái)平面，在具有錐度切割功能的機(jī)床上，還具備能使電極絲按給定要求保持與工作臺(tái)平面呈一定角度的功能。線架按功能可分為固定式、升降式和偏移式三種類型；按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式兩種類型。懸臂式固定線架主要由線架本體、導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件及保持器等組成。（1）線架本體結(jié)構(gòu)中、小型線切割機(jī)床的線架本體常采用單柱支撐、雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的

17、端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形。為了進(jìn)一步提高剛度和強(qiáng)度，在上下懸臂間增加加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)。有的機(jī)床的線架本體有的采用龍門結(jié)構(gòu)。這時(shí)，工作臺(tái)拖板只沿一個(gè)坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)通過架在橫梁上的線架拖板來實(shí)現(xiàn)。此外，針對(duì)不同厚度的工件，還有采用絲臂張開高度可調(diào)的分離式結(jié)構(gòu)，活動(dòng)絲臂在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，上下移動(dòng)的距離由絲杠副調(diào)節(jié)。松開固定螺釘時(shí)，旋轉(zhuǎn)絲杠帶動(dòng)固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動(dòng)。調(diào)整完畢后擰緊固定螺釘，上絲臂位置便固定下來。為了適應(yīng)線架絲臂張開高度的變化，在線架上下部分應(yīng)增設(shè)副導(dǎo)輪，如圖4.2所示：儲(chǔ)絲筒副導(dǎo)

18、輪圖4.2可移動(dòng)絲臂導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)導(dǎo)輪是本機(jī)床關(guān)鍵零件，關(guān)系到切割質(zhì)對(duì)導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的要求如下。a.導(dǎo)輪V形槽面應(yīng)有較高的精度，V形槽底的圓弧半徑必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。b.在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡M減輕導(dǎo)輪質(zhì)以減少電極絲換象時(shí)的電極絲與導(dǎo)輪間的滑動(dòng)摩擦。導(dǎo)輪槽工作面應(yīng)有足夠的硬度，以提高其耐磨性。c.導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)輕便靈活，應(yīng)盡M減少軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。d.進(jìn)行有效的密土寸，以保證軸承的正常工作條件。導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的結(jié)構(gòu)主要有三種：懸臂支撐結(jié)構(gòu)、雙支撐結(jié)構(gòu)和雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)懸臂支撐結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上絲方便。但是因?yàn)?/p>

19、懸臂支撐，張緊的電極軸承的使用專命。絲運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)也影響導(dǎo)輪和圖5.1懸臂支撐導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)雙支撐結(jié)構(gòu)為導(dǎo)輪居中，兩端用軸承支撐，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上絲麻紡。但是此種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動(dòng)。雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪兩端加工成30?錐形軸尖，硬度在RC60以上。軸承由紅寶石或者錫磷青銅制成。該結(jié)構(gòu)易與保證導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的同軸度，導(dǎo)輪軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)M可以控制在較小的范圍內(nèi)。缺點(diǎn)是軸尖運(yùn)動(dòng)副摩擦力大，易于發(fā)熱和磨損。為補(bǔ)償軸尖運(yùn)動(dòng)副的磨損，利用彈簧的作用力使運(yùn)動(dòng)副良好接觸。比較以上三種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以看出DK7732高速走絲電火花線切割機(jī)床的導(dǎo)輪選擇第

20、二種比較適宜。導(dǎo)輪的材料為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪要求用硬度高、耐磨性好的材料制成（如GCr15W18Cr4V,也可以選用硬質(zhì)合金或陶瓷材料制造導(dǎo)輪的鑲件來增強(qiáng)導(dǎo)輪V形工作面的耐磨性和耐蝕性。導(dǎo)輪組合件的裝配導(dǎo)輪組合件裝配的關(guān)鍵是消除滾動(dòng)軸承中的問題，避免滾動(dòng)體與套環(huán)工作表面在負(fù)荷作用下產(chǎn)生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。因此，常用對(duì)軸承施加預(yù)負(fù)荷的方法來解決。通常是在兩個(gè)支撐軸承的外環(huán)間放置一定厚度的定位環(huán)來獲得預(yù)負(fù)荷。預(yù)加負(fù)荷必須適當(dāng)選擇，若軸承承受預(yù)加負(fù)荷過大，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生急劇磨損。同時(shí)，軸承必須清洗的很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是滑和密封作

21、用否有金屬粉末、碳化物等，軸承經(jīng)清洗、干燥后，填以高速潤(rùn)滑脂，起潤(rùn)（二）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計(jì)算1. 齒輪傳動(dòng)比的確定0.25mm ，鉬絲絲距選擇為0.25mm儲(chǔ)絲筒每轉(zhuǎn)一周，拖板帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒移動(dòng)絲杠螺距選擇為1.5mm。所以儲(chǔ)絲筒與絲杠見齒輪傳動(dòng)比為：u=0.25/1.5=1：6；采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，取u1=1/2，u2=1/3。2. 齒輪齒數(shù)的確定取Z=23;由于齒輪齒根與軸上鍵距離不能為零。即df/2-(d+ti)>2m由d=16mn查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：t1=2.3;而df1=d12hf=(乙2ha*2c*)m=(23-2-0.5)m=20.5m代入上式得：20.5/2m-(16+2.3

22、)/2>2mm>1.3取m=2則Z2=2Zi=46di=mZ=2X23=46mmd2=mZ=2x46=92mm取Z3=23z4=3Z3=3x23=69d3=mZ3=2x23=46mmd4=mZ4=2x69=138mm齒輪3, 4中心距a齒輪1,2中心距ai=(di+ck)/2=(46+92)/2=69mm2=(da+d4)/2=(46+132)/2=92mm參考書機(jī)械設(shè)計(jì)取b=0.5di=0.5X46=23mm其他數(shù)據(jù)如下dai=(Zi+2ha)m=(23+2x1)X=50mmda2=(Z2+2ha*)m=(46+2X1)X=96mmdf1=(Z12ha2c)m=(232x12x0

23、.25)X2=41mm*)df2=(Z22ha2cm同樣可以計(jì)算得=(462X 1 2X 0.25) X 2da4=142mmdf3=41mmdf4=133mm3 .傳動(dòng)件的估算根據(jù)公式d=914 N /(nj ) mm其中N該傳動(dòng)軸的輸入功率N=N其中Nd一電機(jī)額定功率n從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積nj該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min計(jì)算轉(zhuǎn)速nj是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）取n=0.995,Nd=0.55kwn=ndn=0.55X0.995=0.54725kwnj=1390r/min0.54725d=9110001390400=10.2mm4

24、.齒輪模數(shù)估算齒輪彎曲疲勞估算：m 3230.54725=1.039mm0.54725=3703齒面點(diǎn)蝕估算:11390-A其中nj為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心距中心距A及齒數(shù)乙、Z2求出模數(shù)2Amj=乙乙249.282346=1.428mm取mjm中較大者mj=1.428,現(xiàn)取m=2(2)齒輪模數(shù)的驗(yàn)算：根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為i1kik2k3ksNmj=163002mmmZ11J式中：N一計(jì)算齒輪傳遞的額定功率N=Ndkwnj一計(jì)算齒輪(小齒輪)的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/minm一齒寬系數(shù)m=b/m.m常取610。Z1一計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小的齒輪的齒數(shù)；i大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，

25、匚|V"用與外嚙合，“”用于內(nèi)嚙合；ks專命系數(shù)，ks=kTknkNkq；60nTkT工作期限系數(shù)，kTm1:C。齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)C。n一齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/minT一預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦，T=15000-20000h;kn轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；kq材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)展的作用N一功率利用系數(shù)ki一工作情況系數(shù)載荷系數(shù)k3一齒向載荷分布系數(shù)丫一齒形系數(shù)w、j許用彎曲接觸能力查表得：ki=1.2,k2=1.2,k3=1.15Ks=kTknk*qm60nTknkhk:Co160139

26、0-20000=v3X0.78X0.51X0.60V10=0.91N=0.54725kwm=10j=600MPaM“ccc21_1.21.21.150.910.54725貝Hmj=16300mm,j221V102326001390-*Q=1.824mm根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪計(jì)算模數(shù)公式為：MkAksksNw=275mm乙丫=2751.21.21.150.5540.54725230.4141013601220=0.063mmXN*U*_LU09sX200000.89 0.70 0.75'601390*3_=0.5542108所以m=2符合要求（三）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗(yàn)算1 .齒輪強(qiáng)度

27、的驗(yàn)算齒根危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件式2kTiYFaYsaFdm223k一載荷系數(shù)k=kAkvkkd一齒寬系數(shù)，取0.5kA使用系數(shù)，取1kv一載荷系數(shù)，取1.05k一齒間載荷分配系數(shù)，kH1.0.kF1.0k一齒向載荷分布系數(shù)一小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距5=95.5X10r/n1=95.5X105X0.55/13903=3.78X10n-mmkF=1.16YFa一載荷作用與齒頂時(shí)齒形系數(shù)Ysa一載荷作用與齒頂時(shí)應(yīng)力校正系數(shù)查表得：YFa=2.69,Ysa=1.5753貝U21.2183.78102.691.575320.5223=18.4MPakFNFlinSFN=60njLh=60X1390X1X200

28、00=1.668X106s一疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，s=sH=1,s=sf=1.25?1.5kN專命系數(shù)(kFN=1.0,kHh=1.0)lim一齒輪的疲勞極限FlimFE/YST=340MPahlim520MPa1.03401.25272MPa所以FVFH嚴(yán)一HZE<H其中:區(qū)域系數(shù)1e=189.8MP a2259.89J_K,四并分別作出水平方向彈性影響系數(shù)Zh=.2/(sincos)20ZH=2.5ZkH=kAkvkHkH=1x1.05x1.0x1.23045=1.2921.293.781032.5189.8V0.5463h520MPa,hVh因此，所設(shè)計(jì)齒輪也滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求輪

29、設(shè)計(jì)合格。2.主軸的驗(yàn)算按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖6.1(a)<和垂宜方向的彎矩圖，如圖(b),(c),以及扭矩圖如圖(d)。先計(jì)算軸上的載荷：3Ti9550000巴95500003.7810Nmn11390齒輪的分度圓宜徑為：d1mz22346mm.2T123.78103Ft164.3Nd146FrFttan164.3tan2059.8Nrrm-FFu Frmt T' hmill川川川iiiiiiiHilllllOlllllllllllliri'IlirirniiiMu八八八T圖6.1軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩

30、圖中可以明顯的看出截面B是危險(xiǎn)截面。先將計(jì)算出的截面C處的M、M及M的值列于下表1.1表1.1應(yīng)力計(jì)算表載荷水平面H垂宜面V支反力FFnh=195.7N,Fnh=31.4NFnh=71.2N,Fnh2=11.4N彎矩MMh=8543.6N?mmM=3109.6N?mm總彎矩f22MJMhMv9091.9N-mm扭矩T=3.78X103N?mmM2(TJ2軸的計(jì)算應(yīng)力：ca1W入如表1.1中數(shù)值得：ca=5.7MPa前已經(jīng)選頂?shù)妮S的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理查得1=60MPa因此砥1)故安全(四)主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.軸承的配置形式一般來說數(shù)控機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的軸承有以下幾種配置形式：(1)前后支承均

31、采用雙列短圓柱滾子軸承來承受徑向載荷，安裝在前端的兩個(gè)推力球軸承用來承受前后方向的軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)能承受較大的負(fù)載(特別是軸向負(fù)載)，可適應(yīng)強(qiáng)力切削，但主軸轉(zhuǎn)速不能太高，軸承在高轉(zhuǎn)速時(shí)容易發(fā)熱。由于推力球軸承安裝在主軸前端，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)前軸承和后軸承溫度差較大，熱變形對(duì)主軸精度影響也較大。前軸承溫度高，主軸前端升高M(jìn)大，后軸承溫度低，主軸末端升高M(jìn)小，因此，這種機(jī)構(gòu)目前應(yīng)用較小。(2)前后支承用雙列短圓柱滾子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向向心推力球軸承來承受軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)剛性較好。(3)前軸承用單列向心推力球軸承，背靠背安裝，由2?3個(gè)軸承組成一套，用以承受徑向和軸向負(fù)載；后

32、軸承用雙列短圓柱滾子軸承。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)載，主軸精度較好。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。4)前后支承均采用成組單列向心推力球軸承，用以承受徑向和軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，中等負(fù)載的數(shù)控機(jī)床。在中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床上采用這種機(jī)構(gòu)較多。本次設(shè)計(jì)主軸所采用的軸承支承方式為第四種。'2.主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊滾動(dòng)軸承的預(yù)緊是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菨L動(dòng)體和內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形而帶伏負(fù)游隙運(yùn)行。預(yù)緊的目的是增加軸承的剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度，延長(zhǎng)軸承壽命。按預(yù)載荷的方向可分為軸向預(yù)緊和徑向預(yù)緊。而角接觸球軸承主要是軸向預(yù)緊，這可明顯提高軸向剛度。如下圖為單個(gè)角接觸球軸承的載荷一

33、變形曲線，其彈性變形量Sa與軸向外載荷Fa的關(guān)系為Sa*Fa23。沒有預(yù)緊時(shí)，在Fa作用下，軸承的軸向變形M為Sal；而在具有預(yù)緊FaO條件下，同樣作用軸向載荷Fa,軸承的軸向變形增M為Sa2,顯然Sa2VSal,軸承的軸向剛度有所提高。u用接觸球軸承載荷-變瑙曲線圖5.2角接觸球軸承載荷一變形曲線三、進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)（一）進(jìn)給傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1.脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定1）脈沖當(dāng)M的確定目前，常用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出一定數(shù)M的脈沖每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定數(shù)M的脈沖，每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角。步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖控制的特種電機(jī)，對(duì)于每一個(gè)電脈沖步進(jìn)電機(jī)都將產(chǎn)生一個(gè)恒定的

34、步進(jìn)角位移，每一個(gè)脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角b（）/脈沖,可由選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)從技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出。因此，每脈沖代表鍛機(jī)一定的轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲桿使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺(tái)）的移距，稱為脈沖當(dāng)M或分辨率，記為p，單位為mm脈沖。應(yīng)根據(jù)機(jī)床或工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)所要求的定位精度來選定脈沖當(dāng)M?？紤]到機(jī)u械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)M值必須大于定位精度值。此次設(shè)計(jì)的電火花成型機(jī)對(duì)機(jī)床定位精度的設(shè)計(jì)要求是士0.01mm根據(jù)該精度要求可確定脈沖當(dāng)H為p=0.005mm脈沖。2)傳動(dòng)比的確定設(shè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為i,若為一級(jí)傳動(dòng)，則ini/n2Z2/Z,n乙為主

35、動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)，n2,Z2為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。若為多級(jí)傳動(dòng)，則i為總傳動(dòng)比。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)埋藏當(dāng)Mp(mm脈沖)確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程Lo(mrh和電機(jī)步距角b【()/脈沖都也已初步選定后，則可用下式計(jì)算主軸系統(tǒng)的傳動(dòng)比i360p0.3653600.0051i=1。(二)滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇和滾珠絲杠的選型和校核1.滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇(1)最大工作載荷計(jì)算滾珠絲杠上的工作載荷Fm(N)是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體中立和作用于導(dǎo)軌上的具他切削分力相關(guān)的摩擦力，可用下列實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于矩形導(dǎo)軌Fm=K

36、F+f(Fv+Fc+G)式中：Fl工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷Fv一工作臺(tái)垂宜載荷F。一工作臺(tái)橫向載荷G移動(dòng)部件的重力K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)f考慮顛覆力矩影響的摩擦系數(shù)對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌：f=0.0025?0.005由于電火花線切割是電極絲放電進(jìn)行加工，可以認(rèn)為Fl,FvFc近似為零所以：Fm=fG取f=0.005,G=1000kg(估算)Fm=fG=1000X0.005=5(2)最大動(dòng)載荷C的計(jì)算及主要尺寸初選滾珠絲滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)斷定動(dòng)載荷ca選用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾動(dòng)軸承相同。杠的最大動(dòng)載荷應(yīng)用下式計(jì)算C3LfmFmL=60nt/106n1000v/L。式中：L一工作專命，單位106rn絲杠轉(zhuǎn)速

37、，單位r/minv最大切削力條件下進(jìn)給速度，單位m/minL。一絲杠基本導(dǎo)程，單位mmt一額定使用專命，單位h,可取t=15000hfm一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取1?1.2,一般情況1.2?1.5所以C3LfmFm=3551.4=11.96n1000v/L0-3(1000X100X10)/5=20r/min6106=105.12(106r/min)C【LfmFm=尋105.12541=33根據(jù)以上計(jì)算選取CBM3205(機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)上)2.滾珠絲杠的選型和校核滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計(jì)制造，只要根據(jù)使用工況選擇莫種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號(hào)并向有

38、關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計(jì)中滾珠絲桿被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動(dòng)中的滾珠絲桿加于設(shè)計(jì)和校核。其步驟如下：首先對(duì)于一些參數(shù)說明如下：軸向變載荷h(N),其中i表示第i個(gè)工作載荷，i=1、2、3n;第i個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速ni(r/min);第i個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間ti(h);絲桿副最大移動(dòng)速度vmax(mm/min);絲桿預(yù)期專命Lb(h)。1 ?型號(hào)選擇(1)根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；(2)計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù)根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)fd=1.0系數(shù)Sj=1.5計(jì)算當(dāng)M轉(zhuǎn)速nd(nndmaxnmin 2吸/000乙計(jì)算當(dāng)M載荷FdFd(2

39、FmavFmin)/32333N初步確定導(dǎo)程PhPhVmax/nmax10000/40002.5mmPh取5mm計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速LnLn60nd120000計(jì)算絲桿所需的額定載荷Ca2/3CafdFd10Ln12333102120000"31151N(3)選擇絲桿型號(hào)根據(jù)初定的Ph和計(jì)算的C'a,選取導(dǎo)程為5mm額定載荷大于C'a的絲桿所選絲桿型號(hào)為CDM2004-2.5具為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。2?臨界轉(zhuǎn)速校核12d312 105970r / min630 2nc1210 3.142 220而最大工作轉(zhuǎn)速nmax40000.8n

40、c4776校核合格3?由于此絲桿是豎宜放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核4?滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力（Fp）一般取當(dāng)M載荷的三分之一或額定動(dòng)載荷的十分之一。即” 360巴778N其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tp護(hù)（12）102377840.85）102（三）步進(jìn)電機(jī)的選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或宜線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；速度可調(diào)，能夠快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；定位精度高、同步運(yùn)行特性好。數(shù)控電火花成型機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)

41、要求電動(dòng)機(jī)電位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用了型號(hào)90BF004的電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟：（一）根據(jù)脈沖當(dāng)M和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)1 ?步距角初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從手冊(cè)中查到步距角b,由于bL。綜合考慮，我初選了b1.50,i1，可滿足以上公式2 .距頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mme與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系是:Mmq=Mjmax步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空動(dòng)力矩按

42、下式計(jì)算:MkqMkaMkfM0式中：Mkq為空載啟動(dòng)力矩；Mka為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩;于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名載啟快進(jìn)M。為由義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即:MkqMmq=Mjmax計(jì)算Mkq的各項(xiàng)力矩如下:加速力矩J,J21.8105MR2/i21.81058.810510.6105Kgm2Vmaxbnmaxp36048001.53604000r/m0.005MkqJ2Amax10(10.61011.8101)-400010260t60100.

43、519Nm(2)空載摩擦力矩“GfL。Mkf13.960.2740.6Nm附加摩擦力矩FYJL0M002)0.8440(10.922)1.222Nm0.84MkqMkaMkfM00.5190.61.2222.341NmMmqMjmax0.9512523.775NmMkqMmq（二）啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的MkqMmqMjmax，僅僅是指初選惦記后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動(dòng)

44、過程中只要升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過程緩慢，空載啟動(dòng)力矩Mkq中的加速力矩Mka不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。（四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)1. 螺桿的支承形式滾珠絲杠的支承和支承方式將影響絲杠副的剛度，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高時(shí)應(yīng)審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種：絲杠一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承；螺母相當(dāng)于固定支承。安裝一個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為鉸支承；因此絲杠的支承方式有兩端固定，一端固定，一端鉸支，一端固定、一端自由，兩端鉸支，一端固定、一端鉸支幾種。本次采用的是兩端固定形式支承2. 螺桿的支承方式螺桿的支承方式有以下四種：（

45、 1）雙推自由支承：將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端自由特點(diǎn)：適用于短螺桿。（ 2）雙推支承將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個(gè)或兩個(gè)深溝球軸承。特點(diǎn)：螺桿水平安裝時(shí)，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自由端的晃動(dòng)。適用于長(zhǎng)螺桿。（ 3)單推單推或雙推單推兩端各裝一個(gè)方向相反的推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承或一端裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承，另一端裝一個(gè)推力球軸承。特點(diǎn)可預(yù)拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時(shí)，因自重產(chǎn)生的彎曲，當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的1/3時(shí)，螺桿拉壓剛度可提高4倍，且不會(huì)承受壓力，無失穩(wěn)現(xiàn)象。（ 4)

46、雙推雙推兩端各裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)與單推單推式相同，當(dāng)超過預(yù)計(jì)溫度時(shí)，不會(huì)因螺桿伸長(zhǎng)使軸承產(chǎn)生間隙，缺點(diǎn)是調(diào)整較復(fù)雜。四、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一)數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成.控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床，如車床、銃床、磨床等等.控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示：圖6.2控制系統(tǒng)框圖(二)數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì)1、 單片機(jī)設(shè)計(jì)單片機(jī)通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)集成到其器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不并能把計(jì)

47、算機(jī)的全部電路都中，有些元件如復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。通常所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。（1）MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031,8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯

48、器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒有程序存貯器，必須外接EPROI程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分。a. 電源及時(shí)鐘引腳此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTAL1XTAL2電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時(shí)鐘引腳（18、19腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2（18腳）：接外部

49、晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。b. 控制引腳它包括RSTALEPSEN、EA等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為W0.5V的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD,以保持內(nèi)部RAh中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（5±0.5）V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/PROG(30

50、腳)：當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問外部存貯器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。PSEN(29腳)：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令(或常數(shù))期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。EA/Vpp(31腳)：當(dāng)EA端保持圖電平時(shí)，單片機(jī)訪問的是

51、內(nèi)部程序存貯器,但當(dāng)PC值超過某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器。對(duì)8031來說，因其無內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問外部程序存貯器。C.輸入/輸出引腳輸入/輸出(I/O)口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口(P0.0-P0.7)：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口(P1.0-P1.7)：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線

52、或輸出線(作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置1)，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口(P2.0-P2.7)：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口(P3.0-P3.7):為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。(2)MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏.MCS-51片內(nèi)有一個(gè)反相放大器,XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部

53、的各個(gè)部件.單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路，不論是HMO還是CHMO型單片機(jī),其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同.如圖所示：XTAL2XTAL1MCS-51內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路圖7.1內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.2MHz-24MHz之間可以選擇，一般取11.0592MHz?電容C1、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響C1、C2可在20pF-100pF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF-70pF時(shí)振蕩器有較高的頻