立式數(shù)控銑床工作臺+步進電機設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目錄 一、總體設(shè)計方案的確定 . 2 1、工作臺總體結(jié)構(gòu)的確定 . 4 2、傳動方案的確定 . 4 二、機械部分設(shè)計計算 . 5 1、縱向進給系統(tǒng)設(shè)計計算 . 5 (1)、切削力計算 . 5 (2)、滾珠絲桿設(shè)計計算 . 6 （ 3）、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算 . 7 2、橫向進給系統(tǒng)設(shè)計計算 . 10 （ 1）、切削力計算 . 10 (2)、滾珠絲桿設(shè)計計算： . 10 (3)、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算 . 12 3、步進電機的選擇 . 14 (1)、縱向進給系統(tǒng)的電機的確定： . 14 (2)、橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定： . 14 4、滾動導(dǎo)軌的選擇 . 15 (1)、摩擦力計算： . 15 (2)、壽命計算： . 15 三、數(shù)控部分設(shè)計及編程 . 16 四、參考文獻： . 25 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 一、 總體設(shè)計方案的確定 本次數(shù)控改造屬于經(jīng)濟型的改造 ,為降低生產(chǎn)成本 ,在 滿足使用要求的前提下 ,對機床的改動要盡量的少 采用 片機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖 驅(qū)動步進電機，經(jīng) 一級齒輪減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn) 數(shù)控平臺的 縱向、橫向進給運動。 方案如下 ： 1、工作臺總體結(jié)構(gòu)的確定 初步采用 （ 1） 、步進電機 2 個（ X、 （ 2）、滾珠絲桿 2 套，由于所受的力以及行程長短不一樣，所以要分別選擇計算 （ 3）、滾動導(dǎo)軌：雙導(dǎo)軌、四滑塊（分別為 X、 短選擇不同） （ 4）、帶有三條“ ”槽的工作臺面 2、傳動方案的確定 步進電機 （是否需要齒輪減速裝置？減速比取多少？） 滾珠絲桿 工作臺 X、 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 二 、 機械部分設(shè)計計算 1、縱向進給系統(tǒng)設(shè)計計算 已知條件： 工作臺重量： W=800N 時間常數(shù)： T=25珠絲桿基本導(dǎo)程： 程： S=320沖當量： 2 步進角： 快速進給速度： m ax m電機功率 ： N=1)、切削力計算 由機床設(shè)計手冊可知，切削功率 查機床說明書，得電機功率 N=統(tǒng)總效率 5；系統(tǒng)功率系數(shù) K= 3 6120； 120式中切削線速度 V=100m/切削： Nk g 由金屬切削原理可知，主切削力： ,1 1則可計算出 1 1 2 2 2 f 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 N) 334 562 762 668 1124 1524 查表，可知當 ，切削力深度 1刀量 從機械設(shè)計手冊中可知，在一般外團圓車削時； F F ： (2)、滾珠絲桿設(shè)計計算 ： 對于矩形槽： )( K=擦系數(shù) f=P 1）、 強度計算： 壽命值： 61060 ；001000DL 取工件直徑： D=80表 5000h 1 1 0 0 0 1 0 0 0 . 21 3 . 3 / m i 1 4 8 0 61 66 0 1 3 . 3 1 5 0 0 01 1 . 9 710L 最大動負載： 1查表： 2.11331 1 1 . 9 7 9 4 4 . 3 1 . 2 1 2 5 4 9 . 6 P f f N 根據(jù) Q 選擇滾珠絲桿型號： E 其額定動載荷 Q=14462N，所以強度足夠用。母長度 L=71程 6紋長度 l=320+71+2 16=4232 )、 效率計算： 根據(jù)機械原理，絲桿螺母副的傳動效率： )( tg 10 ，螺旋升角 253 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 因此： 10253( 253)( tg 3） 、 剛度驗算： 受工作負載 P 引起導(dǎo)程變化量： 1 E=106N/ 601 269 4 4 . 3 0 . 6 6 . 9 1 1 02 . 2 52 0 . 6 1 0 3 . 1 42c 滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化 2L 很小，可忽略。即 1 尋程變形總誤差為： 601 0 0 1 0 0 6 . 9 1 1 0 1 1 . 5 2 /0 . 6L m 查表知 E 級精度絲桿允許的螺距誤差（ 1m 長）為 5 故剛度足夠。 4）、 穩(wěn)定性驗算：由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不驗算。 4）、 穩(wěn)定性驗算： 由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不 用 驗算。 （ 3） 、 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算 1）、有關(guān)齒輪計算： , 20 傳動比： 取第一級為： ： 8,5,m=2,b=2020 618211 045222 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 402 *11 aa 42 *22 aa mm 32/)( 211 取二級齒輪轉(zhuǎn)動比： , 8,5， m=2,b=2020 618233 045244 中心距： 32/)(432 2)、 傳動慣量計算： 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的傳動慣量： 2 2 211 8 0 1 8 0 0 . 0 0 28 0 1 . 8 73 . 1 4 0 . 7 5 k g c m 絲杠的轉(zhuǎn)動慣 量： 224444 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 22441 2442 3212108.7 2443 2444 1 5 6210108.7 電機的轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。 11322142 )(1)(1 22 22111 2 . 9 1 5 6 3 2 3 . 3 5 2 . 6 2 1 8 . 7 4 0 . 7 2 6 7 . 2 62 . 5 2 . 5J N c m k g c m 3）、 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 22441 22442 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 電機的轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。 1122 )(1 222 4）、所需轉(zhuǎn)動力矩計算： 1 、空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩： m a xm a 0 0 6 . 2 51 0 4 2 / m i 4m a xm a x 7 . 2 6 1 0 4 2 1 0 3 . 1 5 3 1 . 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a m K g f c 2 、 切削時折算到電機軸上的加速度力矩： 1110010001 0 0 0 1 0 0 0 . 2 6 . 2 5 8 2 . 9 4 / m i 1 4 8 0 6 主 47 . 2 6 8 2 . 9 41 0 0 . 2 5 2 . 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 m k g f c 3 、 折算電機軸上的摩擦力矩： 當 , f 時： 0 0 0 0 . 1 6 8 0 0 . 6 0 . 2 4 4 2 . 4 42 2 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5f F L f W LM k g f c m N c 4 、 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩： 當 時，預(yù)加載荷,則： 2220 0 00 0 0 6 3 . 0 1 1 0 . 6 1 0 . 91 1 0 . 7 62 6 6 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5 F c 5 、 折算到電機軸上的切削負載力矩： g t 所以，快速空載啟動所需力矩 m a x 0 3 1 5 2 . 4 4 0 . 7 6 3 1 8 . 2 M M N c m 切削時進給所需力矩： 0 2 5 2 . 4 4 0 . 7 6 6 . 0 2 3 4 . 2 2a t f M M M N c m 快速 進給所需力矩： 0 2 . 4 4 0 . 7 6 3 . 2 M N c m 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 由以上分析可知： 所需最大力矩 生在快速啟動時： m a x 3 1 8 . 2M N c m 2、橫向進給系統(tǒng)設(shè)計計算 經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設(shè)比較簡單，一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高偉動精度。 已知條件： 工作臺重量： W=300N 時間常數(shù)： T=25珠絲桿基本導(dǎo)程： 程： S=200沖當量： 2 步進角： 快速進給速度： m ax m（ 1）、 切削力計算 橫向進給為縱向的 1/2 1/3,取 1/2，則切削力為縱向的 1/2 切斷工件時： 取 K=滾動摩擦系數(shù)為 f 則 壽命值： 6 )、滾珠絲桿設(shè)計計算： 1）、 強度計算： 對于矩形槽： )( K=擦系數(shù) f =文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 則 壽命值：61060 ；001000DL 取工件直徑： D=80表 5000h m i n/ 1 2.11最大動負載： w 根據(jù) Q 選擇滾珠絲桿型號： E 其額定動載荷 Q=5862N，所以強度足夠用。母長度 L=72程 6紋長度 l=200+72+2 16=3042)、 效率計算： 根據(jù)機械原理，絲桿螺母副的傳動效率： )( tg 10 ，螺旋升角 253 因此： 10253( 253)( tg 3）、 剛度驗算 ： 受工作負載 P 引起導(dǎo)程變化量： 1 E=106N/ 601 262 5 8 . 5 0 . 6 3 . 2 5 1 01 . 7 52 0 . 6 1 0 3 . 1 42c 滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化 2L 很小，可忽略。即 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 尋程變形總誤差為： 601 0 0 1 0 0 2 . 6 1 0 4 . 3 3 /0 . 6L m 查表知 E 級精度絲桿允許的螺距誤差（ 1m 長）為 5 故剛度足夠。 4）、 穩(wěn)定 性驗算： 由于選用滾珠絲桿的直徑與原絲桿直徑相同，而支承方式不存在問題，故不驗算。 (3)、 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算 , 20 ,m=2 傳動比： 取第一級為： ,8,5, 6,0 取二級： , 8,5, 6,0 2)、 傳動慣量計算： 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的傳動慣量 ： 2 2 211 8 0 1 8 0 0 . 0 0 23 0 0 . 0 4 5 83 . 1 4 0 . 7 5 k g c m 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： 224444 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 22441 2442 3212108.7 2443 2444 1 5 6210108.7 電機的轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。 11322142 )(1)(1 2222113 . 7 9 1 5 6 3 2 3 . 3 5 2 . 6 2 1 . 7 5 4 5 4 . 2 72 . 5 2 . 55 . 4 2 7J N c mk g c m 3）、所需轉(zhuǎn)動力矩計算： 1 、空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 m a xm a 0 0 6 . 2 51 0 4 2 / m i 4m a xm a x 5 . 4 2 7 1 0 4 2 1 0 2 . 3 5 4 2 5 . 3 49 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a m k g f c 2 、 切削時折算到電機軸上的加速度力矩： 1110010001 0 0 0 1 0 0 0 . 2 6 . 2 5 8 2 . 9 / m i 1 4 8 0 6 主 45 . 4 2 7 1 0 4 11 0 0 . 2 3 5 2 . 3 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 m k g f c 3 、 折算電機軸上的摩擦力矩： 當 , 滾動摩擦系數(shù) f 時： 0 0 0 0 . 1 6 3 0 0 . 6 0 . 9 2 9 . 2 62 2 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5f F L f W LM k g f c m N c 4 、 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩： 當 時，預(yù)加載荷,則： 2022000 0 0 1 4 . 3 2 0 . 6 1 0 . 91 1 0 . 0 1 82 6 6 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 50 . 0 8 7k g f c c m 5 、 折算到電機軸上的切削負載力矩： 0 1 4 . 3 2 0 . 6 0 . 0 2 7 2 . 2 72 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5k g f c m N c 所以，快速空載啟動所需力矩 m a x 0 2 5 3 . 4 9 . 2 6 0 . 1 8 8 2 6 2 . 8 4 8 M M N c m 切削時進給所需力矩： 快速 進給所需力矩： 0 9 . 2 6 0 . 1 8 8 9 . 4 4 8 M N c m 由以上分析可知： 所需最大力矩 生在快速啟動時： m m 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3、步 進電機的選 擇 (1)、 縱向進給系統(tǒng)的電機的確定： 根據(jù)啟動力矩的選擇 M ; 電機啟動力矩；0 電機靜負載力矩 則： q 0為滿足最小步角要求，電機選用三相六拍工作方式，查表知 : 866.0所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距為： 58 6 78 6 步進電機最高工作頻率： 00060ma x m a x 綜合考 慮，查表選用 110 (2)、 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定： 則： 機選用三相六拍工作方式，查表知 : 866.0所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距為： 78 6 38 6 步進電機最高工作頻率： 00 060m a x m a x 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 綜合考慮，查表選用 110直流步進電機。 4、 滾 動導(dǎo)軌的選擇 綜合考慮機床的基本額定載荷及其它方面的因素，選取 幅矩型滑塊 )的滾珠導(dǎo)軌。 初步選用 4 滑塊，工作臺大小 400 300，工作臺自重 300N，外載荷700N。 607001003002402 130700703004 700300 R R (1)、 摩擦力計算： 摩擦力計算公式 )( 式中 為滾動摩擦系數(shù)取 ,P 為法向載荷縱向 P=向P=f 為密封件阻力，取 f=縱向 F=向 F=2)、 壽命計算： 縱向行程為 標壽命 L=2 5 60 8 300 5 10304km 3 選擇 導(dǎo)軌，額定動載 據(jù)計算可知，滿足強度要求。 橫向行程為 目標壽命 L=2 5 60 8 300 5 10440km 11 3 選擇 導(dǎo)軌。額定動載 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 三、 數(shù)控部分設(shè)計及編程 設(shè)計步進電機工作臺第一象限直線插補控制（逐點比較法）方案。 原理：逐點比較法是一種代數(shù)算法，其特點是能逐點計算和判別運動偏差，并逐點糾正以逼迫理論軌跡。逐點比較法的理論誤差是一個脈沖當量。在整個插補過程中走一步均需完成四個工作節(jié)拍是： 1、偏差判別， 2、進給控制，3、新偏差計算， 4、終點判別。 （一）、硬件控制示意圖 8255控制控制口地址為 2地址為 28H。 255 放 功放 電路 電路 Y Y Y X X X 電 電 電 電 電 電 機 機 機 機 機 機 C B A C B A 相 相 相 相 相 相 （二）、主程序框 圖 及 內(nèi) 存分配 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 開始 設(shè)棧指針， 8255初始化， 清內(nèi)存，送控制電機代碼進內(nèi)存 確定控制字初值 #0 70H， 各坐標值及偏差送內(nèi)存 F 0 ？ 置控制字為 03H， 置控制字為 0調(diào)環(huán)分子程序沿 +X 走一步， 調(diào)環(huán)分子程序沿 + 調(diào)延時程序 調(diào)延時程序 新偏差及新坐標計算 新偏差及新坐標計算 F=x=x+1 F=F+ y=y+1 終點判別 y=x= 結(jié)束 圖 2程序框圖 表 2存分配表 Y N N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 內(nèi)存單元地址 存放內(nèi)容 28H 終點坐標 29H 終點坐標 2補值 X 2補值 Y 2差值 F 70H 控制電機正、反轉(zhuǎn)的控制字 （三）、子程序框圖 表 2環(huán)分表及 X、 Y 電機帶電狀態(tài)碼的內(nèi)存分配表 正 轉(zhuǎn) X 電機 電機狀態(tài) 反 轉(zhuǎn) 內(nèi)存地址 狀態(tài)內(nèi)容 內(nèi)存地址 狀態(tài)內(nèi)容 10H 00H 20H 00H 11H 01H A 21H 08H 12H 03H 2H 18H 13H 02H B 23H 10H 14H 06H 4H 30H 15H 04H C 25H 20H 16H 05H 6H 28H 17H 00H 27H 00H 入口 X 狀態(tài)碼 N （ Y 電機轉(zhuǎn)） Y N（ X 正轉(zhuǎn)） Y Y N（ Y 正轉(zhuǎn)） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 表地址 +1 表地址 表地址 +1 表地址 取代碼 表 取代碼 表 取代碼 表 取代碼 首 尾 首 尾 地 地 地 地 址 址 址 址 代碼 =0？ 代碼 =0？ 代碼 =0？ 代碼 =0？ 代碼經(jīng) 8255 代碼經(jīng) 8255 代碼經(jīng) 8255 代碼經(jīng) 8255 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 數(shù)據(jù)口輸 出到電機 出到電機 出到電機 出到電機 調(diào)延時子程序 返回 圖 2程序 圖 （四）、程序清單 60H ;主程序開始 2 ;8255 初始化 A,#80H ;設(shè)置 5,#10H 6,#20H A ;位清零使表頭表尾為 0 10H,A 17H,A Y Y Y Y N N N N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20H,A 27H,A 11H ;裝 X 電機狀態(tài)碼到內(nèi)存 01H 03H 02H 06H 04H 05H 21H ;裝 08H 18H 10H 30H 20H 28H 28H,#0 ;文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 29H,#0 ; 200H ;X 200H ;Y 200H ;F 70H,#0 ;電機初始狀態(tài) A,2 ;偏差送到 ;F0 跳到 A,70H ;X 轉(zhuǎn) ;Y 不轉(zhuǎn) 70H,A ;送控制字 ; A,2 ;偏差送到 A A,29H ; 2 ;X+1 ;跳轉(zhuǎn)到 A,70H ;Y 轉(zhuǎn) ;X 不轉(zhuǎn) 70H,A ;送控制字 ;Y 方向走一步 A,2 ;偏差送到 A A,28H ;F+ 2 ;Y+1 2 ;將 A