c6140車床數(shù)控化改造課程設計

1、<p>　　C6140車床縱、橫向進給系統(tǒng)經濟型數(shù)控改造設計</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　我國目前機床總量為380萬余臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，這說明我國機床數(shù)控化率不到3%。我們大多數(shù)制造業(yè)和企業(yè)的生產、加工設備大多數(shù)是傳統(tǒng)機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種機床加工出來的產品普遍存在質

2、量差、品種少、成本高等缺點，因此這些產品在國際、國內市場上缺乏競爭了，這直接影響了企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須提高機床的數(shù)控化率。</p><p>　　對于我國的實際情況，大批量的購置數(shù)控機床是不現(xiàn)實也是不經濟的，只有對現(xiàn)有的機床進行數(shù)控改造。數(shù)控改造相對于購置數(shù)控機床來說，能充分發(fā)揮設備的潛力，改造后的機床比傳統(tǒng)機床有很多突出優(yōu)點，由于數(shù)控機床的計算機有很高的運算能力，可以準確的計算出每個坐標軸的運動量，加工出較

3、復雜的曲線和曲面。其計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記憶和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可以實現(xiàn)另一工件的加工，從而實現(xiàn)“柔性自動化”。改造后的機床不象購買新機那樣，要重新了解機床操作和維修，也不了解能否滿足加工要求。改造可以精確計算出機床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，操作和維修方面培訓時間短，見效快。另外，數(shù)控改造可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像

4、購入新機那樣需要重新構筑地基，還可以根據(jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和檔次，將機床改造成當今水平的機床。</p><p>　　數(shù)控技術改造機床是以微電子技術和傳統(tǒng)技術相結合為基礎，不但技術上具有先進性，同時在應用上比其他傳統(tǒng)的自動化改造方案有較大的通用性和可用性，且投入費用低，用戶承擔得起。由于自投入使用以來取得了顯著的技術經濟效益，已成為我國設備技術改造中主要方向之一，也為我國傳統(tǒng)機械制造

5、技術朝機電一體化技術方向過渡的主要內容之一。</p><p>　　機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。 </p><p>　　隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研

6、究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多

7、學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 </p><p>　　長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過C

8、AD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序

9、控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。</p><p><b>　　第一節(jié) 設計任務</b></p><p>　　1.1題目：CA6140車床縱、橫向進給系統(tǒng)經濟型數(shù) 控改造設計</p><p>　　C6140型普通車

10、床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經濟上還是技術都是確實可行了。</p><p>　　一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。</p><p><b>　　1.2 任務</b></p&

11、gt;<p>　　把普通車床C6140改造成經濟型數(shù)控車床。主要的任務要求如下所列：</p><p>　　床身上最大加工直徑400mm;</p><p>　　最大加工長度1000mm；</p><p>　　X方向（橫向）的脈沖當量，Z方向（縱向）；</p><p>　　X方向最快移動速度，Z方向為；</p><

12、;p>　　X方向最快工進速度，Z方向為；</p><p>　　X方向定位精度，Z方向；</p><p>　　可以車削柱面、平面、錐面與球面等；</p><p>　　安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)控制自動選刀；</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)可與PC機串行通信；</p><p>　　第二節(jié) 總體方案的確定</p&

13、gt;<p>　　總體方案應考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、進給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)的軟件與硬件選擇，進給傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。</p><p>　　將普通車床經數(shù)控化改造成經濟型數(shù)控機床后，不僅要保證它的加工精度，而且要求整個車床的結構簡單，制造成本很大的降低?？紤]到上面的情況，進給伺服系統(tǒng)選擇步進電動機控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)任務要求的最大加工

14、直徑以及最大加工長度、最快移動速度和最快工進速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的簡單方便，數(shù)控系統(tǒng)的CPU選用MCS-51系列的8位單片機。MCS-51系列8位單片機具有下面的特點：功能多、速度快、抗干擾能力強、性/價比高的諸多優(yōu)點。</p><p>　　為了實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的所有要求，需對單片機進行以下的操作數(shù)據(jù)存儲器、擴展程序存儲器、鍵盤與顯示電路、D/A轉換電路、串行接口電路、I/O接口電路等，同時需選擇步進電動機的驅動電源。

15、</p><p>　　要達到任務要求你的精度要求和速度要求，縱、橫向的進給傳動系統(tǒng)的選用要考慮到摩擦力小，而且要考慮到傳動精度高以及傳動效率搞的問題，因此傳動系統(tǒng)選用滾珠絲杠螺母副；任何零件的裝配之間存在這間隙，二位了消除間隙就要考慮如何去消除它來提高系統(tǒng)的精度，因此滾珠絲杠的螺母應有預緊機構。</p><p>　　步進電動機的選擇需要考慮到任務要求里的脈沖當量以及轉動慣量，同時考慮到脈沖

16、當量，為了滿足要求需要減速齒輪副，既然有了齒輪那就得考慮齒輪間隙，即要有消間隙機構。</p><p>　　為了提高系統(tǒng)的操作方便性需要四工位自動回轉刀架與電動卡盤。</p><p>　　第三節(jié) 機械系統(tǒng)的改造設計方案</p><p>　　3.1主軸系統(tǒng)的改造方案</p><p>　　對CA6140機床進行數(shù)控化改造時，選擇保留原有的主傳動機構

17、和變速操縱機構，因為如果對其進行改造那么任務量太大而且也沒多大的幫助。主軸的正轉、反轉和停止由數(shù)控系統(tǒng)負責完成。</p><p><b>　　3.2安裝電動卡盤</b></p><p>　　數(shù)控化改裝的要求就是提高加工效率，同時使車床的操作簡單方便，因此工件的定位選用電動卡盤，而KD11250型電動三爪自定心卡盤就可以很好的實現(xiàn)這個要求。卡盤的控制由數(shù)控系統(tǒng)完成。&l

18、t;/p><p>　　3.3換裝自動回轉刀架</p><p>　　考慮到車床的加工精度和自動化程度，如果安裝自動回轉刀架可以完成一次裝夾多道工序，則會滿足以上的要求。因此將原有的刀架換成自動回轉刀架，刀架選用LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。刀架的自動換刀由相應的數(shù)控系統(tǒng)完成。</p><p>　　3.5進給系統(tǒng)的改造與設計方案</p><

19、p>　　拆除掛輪架所有齒輪，主軸保持不變。</p><p>　　拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與同步帶減速箱總成。</p><p>　　拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在床鞍的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。</p><p>　　拆除四方刀架與小滑板總成，在中滑板板上方安裝四工位立式刀架。</p><p>

20、　　拆除中滑板下的滑動絲桿螺母副，將滑動絲桿靠刻度盤一段鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。</p><p>　　將橫向進給步進電動機通過法蘭安裝到中滑板后部的床鞍上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。</p><p>　　拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。</p><p>　　改造完成的橫向、縱向進給傳動系統(tǒng)。<

21、/p><p>　　第四節(jié) 進給傳動部件的計算和選型</p><p>　　縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設計減速箱、選擇步進電動機等。</p><p>　　4.1脈沖當量的確定</p><p>　　步進電機是一種把電脈沖信號變成直線位移或角位移的軌型元件。對于每一個電脈沖，步進電機都將產生一

22、個恒定的步進角位移，每一個脈沖或每步的轉角稱為步進電機的步距角（ 脈沖），每脈沖代表電機一定的轉角，這個轉角經齒輪副和滾珠絲杠副使工作臺移動一定的距離。每個脈沖所對應的執(zhí)行件的移距，稱為脈沖當量或分辨率，選為脈沖。</p><p>　　根據(jù)所給的設計任務要求，X方向（橫向）的脈沖當量為，Z方向（縱向）為。</p><p><b>　　4.2切削力的計算</b><

23、/p><p><b>　?。?）縱向切削力算</b></p><p>　　如果工件的選用材料為碳素結構鋼，則工件的許用應力；刀具所用的材料選用碳素工具鋼，現(xiàn)選硬質合金YT60，其中T代表碳素工具鋼，Y代表硬質；刀具幾何參數(shù)為：主偏角，前角，刃傾角；切削用量為：背吃刀量，進給量，切削速度。</p><p>　　查表得：，，，；主偏角的修正系數(shù)；刃傾角

24、、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為。</p><p>　　由經驗公式：，算得主切削力;由經驗公式：，可求的縱向進給切削力,背向力。</p><p>　?。?）橫向切削力計算</p><p>　　橫向主切削力為縱向的一半，所以橫向主切削力</p><p>　　由經驗公式,求得橫向進給切削力，背向力。</p><p>　

25、　4.3滾珠絲杠螺母副的計算和選型</p><p><b>　　1.縱向：</b></p><p>　　(1) 工作載荷的計算</p><p>　　已知移動部件總重量；主切削力，背向切削力，縱向進給切削力。根據(jù)，，的對應關系，可得：，，。</p><p>　　選用矩形-三角形組合滑動導軌，查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導

26、書表3-29得到下面數(shù)據(jù)，取，，代入,得工作載荷.</p><p>　　(2) 最大動載荷的計算 </p><p>　　由任務要求知CA6140車床最快的進給速度，當Z向在承受最大切削力時，根據(jù)經驗選定絲杠基本的導程，在此條件下絲杠轉速。</p><p>　　要使車床能達到它的使用年限要求，這里選滾珠絲杠的使用壽命，代入,求得滾珠絲杠的使用壽命系數(shù)。</p&g

27、t;<p>　　查查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-30，選用載荷系數(shù)，硬度系數(shù)，代入式，求得滾珠絲杠的最大動載荷。</p><p><b>　　(3) 初選型號</b></p><p>　　上面求得了滾珠絲杠最大動載荷，查查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-33，選擇FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑（即大徑）為，基本導程（導程指的是螺紋上

28、任意一點沿同一條螺紋旋轉一周所移動的軸向距離）為，雙螺母滾珠總圈數(shù)為，精度等級取4級，查表得它的額定動載荷為13200N，而算得的最大動載荷為9703N大于它的額定動載荷所以滿足要求。</p><p>　　(4) 傳動效率的計算</p><p>　　將上面選取的絲杠直徑和導程，，代入，求得絲杠螺旋升角。將摩擦角，代入，得傳動效率。</p><p><b>

29、　　(5) 剛度的驗算</b></p><p>　　1） 縱向滾珠絲杠的安裝，一端固定用一對面對面組裝的推力角接觸球軸承固定，另一端采用簡單支架的方式支撐。算上絲杠總長和兩端接桿的總長，則他們總體的中心距離約為；已知鋼的彈性模量；查查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-33得滾珠直徑，算得絲杠底徑公稱直徑滾珠直徑。算的絲杠橫截面積S=1019.64mm。忽略式中的第二項，算得絲杠在工作載荷作用下產生

30、的變形量。</p><p>　　2）根據(jù)公式式中d。為螺紋中徑，求得單圈滾珠數(shù)目,而我所選取的絲杠為雙螺母，因此滾珠總圈數(shù)為，求得滾珠總數(shù)量。這里要考慮滾珠絲杠的預緊，軸向預緊力與工作載荷存在關系。則由式,求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。在設計時考慮了絲杠的預緊力，且為軸向負載的，所以實際變形量可減小一半，則此時。</p><p>　　3）將上面求得的和代入，求得絲杠總變形量（對應跨度）

31、。查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-27可得4級精度滾珠絲杠任意軸向行程內行程的變動量允許，而我所改造的滾珠絲杠的總變形量為，小于所要求的最大變形量，因此選的這樣的絲杠剛度滿足要求。</p><p>　　(6) 壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　臨界載荷的計算式為可以用它來計算絲杠失穩(wěn)時的臨界載荷。查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-34其支承系數(shù)；由絲杠底徑，求得截面積慣性矩

32、；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)取3（絲杠臥式水平安臨界載荷裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離取最大值。代入式，得臨界載荷,遠大于工作載荷，故絲杠不會失穩(wěn)。</p><p>　　由上面的計算可知選用的滾珠絲杠副滿足題目要求。</p><p>　　4.4同步帶減速箱的設計</p><p>　　為了滿足脈沖當量的設計要求和增大轉矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負載慣量盡可能地減小，傳動鏈中常

33、采用減速傳動。C6140車床縱向減速箱選用同步帶傳動。</p><p>　　選用同步帶的優(yōu)點如下：</p><p>　　同步帶通常以鋼絲繩作負載心層，由于鋼絲繩受載后變形極小，任然保持帶長不變，故與帶輪間不會產生相對滑動，傳動比恒定。同步帶薄而輕，可用于高速場合，線速度可達到40m/s，傳動比可到到10，傳動效率可達到98%。當然同步帶也存在著制造和安裝精度較高，中心距要求較嚴格的。<

34、;/p><p>　　設計同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳動的功率；主動輪轉速和傳動比；傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。</p><p>　　通過網上查閱資料得到相關改造數(shù)據(jù)，C6140車床縱向步進電動機的最大靜轉矩一般都在之間選擇。初選電動機型號為130BYG5501,五相混合式，最大靜轉矩，十拍驅動時步距角為。</p><p><b>　　傳動比的確定<

35、/b></p><p>　　已知電動機的步距角，脈沖當量，滾珠絲杠導程，代入式算得傳動比</p><p><b>　　主動輪最高轉速</b></p><p>　　由縱向床鞍的最快移動速度，得出主動輪的最高轉速。</p><p><b>　　確定帶的設計功率</b></p><

36、;p>　　預選的步進電動機在轉速為時，對應的步進脈沖頻率為。當脈沖頻率為時，電動機的輸出轉矩約為，對應的輸出功率計算得到為。取，,代入式，可以算得帶的設計功率為.</p><p><b>　　選擇帶型和節(jié)距</b></p><p>　　根據(jù)帶的設計功率和主動輪最高轉速，查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-14選取同步帶的型號為L型，它的節(jié)距。</p&g

37、t;<p>　　確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑</p><p>　　由于齒輪主要為磨損失效，故小齒輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般選15~20。這里選用小齒輪的齒數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑。當達到最高轉速時，同步帶速度為，沒有超過L型帶的極限速度。</p><p>　　確定大帶輪齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑</p><p>　　大帶輪齒數(shù)，節(jié)圓直徑。</p>

38、<p>　　初選中心距、帶的節(jié)線長度、帶的齒數(shù)</p><p>　　初選中心距，圓整后取。則帶的節(jié)線長度為。查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表3-13選取標準節(jié)線長度Lp=381mm，相應齒數(shù)。</p><p><b>　　計算實際中心距</b></p><p><b>　　實際中心距。</b></p&

39、gt;<p>　　校驗帶與小帶輪的的嚙合齒數(shù)</p><p>　　，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。此處表示取整。</p><p><b>　　計算基準額定功率</b></p><p>　　所選型號同步帶在基準寬度下所允許傳遞的額定功率：，式中 表示帶寬為時的許用工作壓力，查表得；表示帶寬為時的單位長度的質量，查表得；表示同步帶的帶速，

40、由上述（5）知。代入式子算得.</p><p>　　確定實際所需同步帶寬度</p><p>　　，式中表示選定型號的基準寬度，查表得；表示小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查表得。由上式算得，再根據(jù)表選取標準帶寬。</p><p><b>　　帶的工作能力驗算</b></p><p>　　根據(jù)式，計算同步帶額定功率的精確值：式中 為齒

41、寬系數(shù)：。經計算得,而,滿足。因此，帶的工作能力合格。</p><p>　　4.5步進電動機的計算與選型 </p><p>　　計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量</p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱直徑，總長（帶接桿），導程，材料密度；縱向移動部件總重量；同步帶減速箱大帶輪寬度，節(jié)徑，孔徑，輪轂外徑，寬度；小帶輪寬度，節(jié)徑，孔徑，輪轂外徑，寬度

42、；傳動比。</p><p>　　查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表4-1，可得出：滾珠絲杠的轉動慣量；床鞍折算到絲杠上的轉動慣量；小帶輪的轉動慣量，大帶輪的轉動慣量。在設計減速箱時，初選的縱向步進電動機型號為130BYG5501，查表得該型號電動機轉子的轉動慣量。則加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量為：。</p><p>　　計算加在步進電動機轉軸上的等效負載轉矩</p>&

43、lt;p>　　分快速空載起動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。</p><p>　　快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩</p><p>　　由式，可知包括三部分：快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式可知，相對于和很小，可以忽略不計。則有：

44、 （4-1）</p><p>　　根據(jù)式，考慮縱向傳動鏈的總效率，計算快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩： （4-2）式中 表示對應縱向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速，單位為；表示步進電動機由靜止到加速至轉速所需的時間，單位為。其中： （4-3） 式中 表示縱向空載最快移動速度，任務書指定為；表示縱向步進電動機步距角。為；表示縱向脈沖當量，為。將以上各值帶入式（4-3），算得。&l

45、t;/p><p>　　設表示步進電動機由靜止到加速至轉速所需時間，縱向傳動鏈總效率；則由式（4-2）求得：，由式可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為： （4-4）式中 表示導軌的摩擦因數(shù)，滑動導軌?。槐硎敬怪狈较虻墓ぷ鬏d荷，空載時??；表示縱向傳動鏈總效率，取。則由式（4-4）得：，最后由式（4-1），求得快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為：</p><p><b&

46、gt;　　(4-5)</b></p><p>　　最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩</p><p>　　由式可知，包括三部分：折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩。相對于和很小，可以忽略不計。則有： （4-6）</p><p>　　其中，折算

47、到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩由式計算，本例中在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知進給方向的最大工作載荷,則有：</p><p>　　再由式計算承受最大工作負載（）情況下，移動部件運動時折算到電動機</p><p><b>　　轉軸上的摩擦轉矩</b></p><p>　　最后由式（4-6），求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承的負載轉矩：

48、 （4-7）</p><p>　　經上述計算后，得到加在步進電動機轉軸上的最大等效負載轉矩： （4-7）</p><p>　　步進電動機最大靜轉矩的選定</p><p>　　考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網電壓降低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟布，甚至堵轉。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮安全系數(shù)。取安全系數(shù)，則步進電動機的最大

49、靜轉矩應滿足： （4-8）</p><p>　　對于前面預選的130BYG5501型步進電動機，查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表4-5可知，其最大靜轉矩，可見完全滿足式（4-8）要求。</p><p>　　步進電動機的性能校核</p><p>　　1）最大工進速度時電動機輸出轉矩校核</p><p>　　任務書給定縱向最快工進速度

50、，脈沖當量，由式求出電動機對應的運行頻率。在此頻率下，查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書圖6-4電動機的輸出轉矩，遠遠大于最大工作負載轉矩，滿足要求。</p><p>　　2）最快空載移動時電動機輸出轉矩校核</p><p>　　任務書給定縱向最快空載移動速度，由式，可以求的在此速下的電動機對應的運行頻率。查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書圖6-4得，此頻率下，電動機的輸出轉矩，大于快速空

51、載起動時負載轉矩，滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動時電動機運行頻率校核</p><p>　　最快空載移動速度，對應的電動機運行頻率。查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表4-5得步進電機130BYG5501的極限運行頻率為，可見沒有超出上限。</p><p><b>　　4）起動頻率的計算</b></p><p

52、>　　已知電動機轉軸上的總轉動慣量，電動機轉子自身的轉動慣量查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書表4-5可知電動機轉軸不帶任何負載時最高空載起動頻率。由式，可以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率為：，上式說明，要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于。實際上，在采用軟件升降頻率時，起動頻率選得很低，通常只有(即)。</p><p>　　綜上所述，縱向進給系統(tǒng)選用130BYG550步進電動

53、機，可以滿足要求。</p><p>　　4.6同步帶傳遞效率的校核</p><p>　　分兩種工作情況，分別進行校核。</p><p><b>　　快速空載起動</b></p><p>　　電動機從靜止到加速至，由式（4-5）可知，同步帶傳遞的負載轉矩，傳遞的功率為。</p><p>　　最大工作

54、負載、最快工進速度</p><p>　　由式（4-7）可知，帶需要傳遞的最大工作負載轉矩，任務書給定最快工進速度，對應電動機轉速。傳遞的功率為。</p><p>　　可見，兩種情況下同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額定功率。因此，選擇的同步帶功率合格。</p><p>　　第五節(jié) 繪制進給傳動機構的裝配圖</p><p>　　在完成滾珠絲杠螺母

55、副和步進電機的計算選型后可以著手繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖。在繪制機械裝配圖時，還應認真的考慮與具體結構設計有關的一些問題。</p><p>　　了解原機床的詳細結構，查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結構尺寸。</p><p>　　根據(jù)載荷特點和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號，軸承座的結構以及軸承預緊和調節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號。</p><p>　

56、　考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調整方法。箱上的聯(lián)接與定位等。</p><p>　　考慮密封、防護、潤滑以及安全機構等問題。</p><p>　　在進行各零部件結構設計時，應注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調試和拆卸的方便。</p><p>　　第六節(jié) 控制系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　設計控制系統(tǒng)的硬件電路時主要考慮以

57、下功能：</p><p>　　接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示；</p><p>　　接收操作面板的開關與按鈕信號；</p><p>　　接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架刀位信號；</p><p>　　控制X、Z向步進電動機的驅動器；</p><p>　　5） 控制電動卡盤的夾緊與松開；</p><p&

58、gt;　　6） 控制電動刀架的自動選刀；</p><p>　　7） 與PC機的串行通信。</p><p>　　圖（1）為控制系統(tǒng)的原理框圖。</p><p>　　CPU選用ATMEL公司的8位單片機AT89S52；由于AT89S52本身資源有限，所以擴展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存儲器，存放系統(tǒng)底層程序；擴展了一片SRAM芯片6264用做數(shù)據(jù)存儲

59、器，存放用戶程序；鍵盤與LED顯示采用8279來管理；輸入輸出口的擴展選用了并行接口8255芯片，一些進出的信號均做了隔離放大；模擬電壓的輸出借助于DAC0832;與PC機的串行通信經過MAX233芯片。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的操作面板設置了48個微動按鈕，三個船形開關，一只急停按鈕，顯示器包括1組數(shù)碼管和7只發(fā)光二極管。</p><p><b>　　圖（1）</b

60、></p><p>　　第七節(jié) 步進電動機驅動電源的選用</p><p>　　本例中X向步進電動機的型號為110BYG5802,Z向步進電動機的型號為30BYG5501。兩種電動機除了外形尺寸、步距角和輸出轉矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為5相混合式，5線輸出，電動機供電電壓，電流5安。這樣，兩臺電動機的驅動電源可用同一型號。在此，選擇合肥科林數(shù)控科技有限責任公司生產的五相混合式調頻

61、調壓型步進驅動器，型號為BD5A。</p><p>　　第八節(jié) 控制系統(tǒng)的部分軟件設計</p><p>　　存儲器與I/O芯片地址分配</p><p>　　根據(jù)圖三中地址譯碼器U4（74LS138）的連接情況，可以算出主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配，如下表所示：</p><p>　　控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序</p><