機(jī)電綜合課程設(shè)計(jì)

刖言數(shù)控車床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比，不僅零件加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動(dòng)化程度極高，可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來(lái)愈顯重要。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，電機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。本次課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)床課后，進(jìn)行的一次學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。在本次設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用課堂上所學(xué)知識(shí)，通過(guò)分析比較機(jī)床主傳動(dòng)中某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫技術(shù)文件，完成機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過(guò)本次機(jī)床課程設(shè)計(jì)，我們不僅獲得了相關(guān)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，還提高了自身創(chuàng)新實(shí)踐的能力。1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)1.1確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程V

"p—max

hinmax13000=1X1500=8.66mm取P=10mmhPh：滾珠絲杠副的導(dǎo)程mmVmax:工作臺(tái)最高移動(dòng)速度nmax:電機(jī)最高轉(zhuǎn)速i：傳動(dòng)比因電機(jī)與絲杠直聯(lián)，i=1V=13m/min,n=1500r/min代入得，P=8.66mmh查表，取P=10mmh1.2確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷1.2.1各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速n=L=3??0=380r/minmaxP10n二土二二=0.1r/minminP10

1.2.2各種切削方式下，絲杠軸向載荷F^=4800+0.004X880=4803.52NFmi「0.004X880=3.52N1.2.3當(dāng)量轉(zhuǎn)速n=nmax：氣in=380/1=190.05mm/minm2 21.2.4當(dāng)量載荷2X4803.52+3.5232X4803.52+3.523=3203.52N1.3預(yù)期額定動(dòng)載荷1.3.1按預(yù)期工作時(shí)間估算3, FfC「60nmLh禎f? acCam:預(yù)期額定動(dòng)載荷N按表查得：輕微沖擊取fw=1.3fa=1可靠性90%取fc=1已知：L=15000小時(shí)h代入得Cam=23117N1.3.2擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載Fmax計(jì)算：Cam=FeFmax

按表查得： 中預(yù)載取f=4.5e代入得Cam=21615N取以上兩種結(jié)果的最大值Cam=23117N1.4確定允許的最小螺紋底徑1.4.1估算絲杠允許的最大軸向變形量°m^（3?4）重復(fù)定位精度°m^（4?5）定位精度°m:最大軸向變形量Mm已知：重復(fù)定位精度6Mm,定位精度12Mm①。=2°=3②。=3取兩種結(jié)果的小值°「2Mm1.4.2估算最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式d2=1010FL FL—夭0 =0.039n°E °d2：最小螺紋底徑mmL^(1.1?1.2)行程+(10?14)P=1.1X380+14X10=558mmh靜摩擦力F0=pmg=0.004X88X10=3.52N代入得d=0.039；:3.52嚴(yán)8=1.22mm2m \i 21.5確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)1.5.1選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式1.5.2由計(jì)算出的七匕,人在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD3210-3P=10mm,C=25700>C=23117N,d=27.3mm>d=1.22mmh a am 2 2m1.6確定滾珠絲杠副預(yù)緊力1 1Fp=3Fm=3X4803.52=1601.17N1.7行程補(bǔ)償值與與拉伸力1.7.1行程補(bǔ)償值C=11.8AtLX10-6式中：LuQ行程+(8?14)P「380+10X10=480mm△t取2.5°C代入得C=14.16pm1.7.2預(yù)拉伸力Ft=1.95^td22=1.95X2.5X27.32=5033N1.8確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號(hào)、規(guī)格1.8.1軸承所承受的最大軸向載荷FBm=Ft+Fm=5033+4803.52^9836N :1.8.2軸承類型兩端固定的支承形式，選背對(duì)背60°角接觸推力球軸承1.8.3軸承內(nèi)徑d略小于d=27.3mm21TOC\o"1-5"\h\zFBp=3FB=3279N :取d=25mm :1.8.4軸承預(yù)緊力預(yù)加負(fù)荷3300NNFBp=3279N |1.8.5按樣本選軸承型號(hào)規(guī)格選760305TNI軸承d=25mmD=62mmB=17mm1.9滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)1.9.1絲杠螺紋長(zhǎng)度L:s由表查得余程Le=30L=L+2L=480+2X30=540mm-sue1.9.2兩固定支承距離L1L=163+540=703mm1絲杠全長(zhǎng)LL=703+75+75=853mm1.9.3行程起點(diǎn)離固定支承距離L0L=L+B=15+15=30mm0 22電機(jī)選擇2.1參數(shù)計(jì)算2.1.1功率P=Fv=4800X1360P=Fv=4800X1360=1040W2.1.2負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J（kg?m2）及傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J（kg?m2）的計(jì)算- ,n、 _ ,v、J=ZJ(T)2+Zm(j)2lin j2nn式中Jl，ni為各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg?m2）和轉(zhuǎn)速（r/min）mj,vj為各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（kg）和速度（m/min）Jm,氣為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg?m2）和轉(zhuǎn)速（r/min）J「11.3kg?cm22.1.3力矩計(jì)算空載啟動(dòng)時(shí)，折算到電機(jī)軸上的加速力矩TamaxT-amaxJLnmax

9.6t1.13X10-3X15009.6X2=0.09N?M折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦力矩TtFPTFPT=——t2nniX10-3=9zi/qwX10-3=0.00623N.m2X3.14X0.9X1由于絲杠預(yù)緊力引起和折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩T14400X10X(1-0.92)0 2nniX10-3=2X3.14X0.8X1 X10-3=5.0 2nni總力矩T=T+T+T=0.09+0.00623+5.446=5.54N-mmamaxt02.2型號(hào)選擇根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和力矩選擇電機(jī)型號(hào)為120MB150B-0010002.3聯(lián)軸器選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸徑，力矩等因素選擇聯(lián)軸器LK11-68K-22183強(qiáng)度校核3.1絲杠抗壓剛度3.1.1絲杠最小抗壓剛度d2%=6.6丁X1021TOC\o"1-5"\h\zKsmin:最小抗壓剛度N/pm :d2：絲杠底徑 ：L1：固定支承距離 ：寸八八27.32 _ /代入得嘰=6.61703X102=699N/pm :z 'z '3.1.2絲杠最大抗壓剛度Z [Z 'Z [Z 'd2L 27.32X703 ,KSmax=6-6X4L7^X102=6-6X4X30X(703-30)X102=4281N/Pm0 1 0z [z 'z [3.2支承軸承組合剛度z [z 'z [3.2.1一對(duì)預(yù)緊軸承的組合剛度z [K=2X2.34X3dZ2Fsinsprz [Kbo:一對(duì)預(yù)緊軸承的組合剛度N/pm :z 'z 'z 'dQ：滾珠直徑mm ；z 'z 'z 'Z：滾珠數(shù)z 'z 'Famax:最大軸向工作載荷NP:軸承接觸角由樣本查出760305TN1軸承是F^預(yù)加載荷的3倍dQ=7.144,Z=17,p=60°F^=4800X3=14400N/pm代入得、=1145N/pm3.2.2支承軸承組合剛度由兩端固定支承Kb=2KBo=2X1145=2290N/pm3.2.3滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度KC:滾珠和滾道的接觸剛度N/pmK「：查樣本上的剛度N/pm%：滾珠絲杠副預(yù)緊力NCa：額定動(dòng)載荷N由樣本查得：K，=772N/pm；C=25700N；F=1601NP

代入得KC=659N/pm3.3剛度驗(yàn)算及精度選擇3.3.1驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度11111 1 1 ,商二廠+K+K=699+2290+659=3-38x10-3N/pm【minsminbcKmin=2961 1 1 1 1 1 1K=K +K+K=4281+2290+659=2,1910-3N/pmmaxsmaxbcKmax=457F0=pw1=0.004X88X10=3.52N>1.6F0\n"反向差值已知反向差值或重復(fù)定位精度為61.6X3.5261.6X3.526=0.9393.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差▼…1 1 1 1、6k=F0（商―廠）=3.52x（頑-商）=4.19x10-3pm- minmax3.3.3確定精度V明：任意300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量對(duì)半閉環(huán)系統(tǒng)言TOC\o"1-5"\h\zV30尸0.8X定位精度-、二 '= ■所以，絲杠精度選取2級(jí)= ■:= ■3.3.4確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)已確定的型號(hào)FFZD公稱直徑32mm導(dǎo)程10mm螺紋長(zhǎng)度540mm絲杠全長(zhǎng)853mmP類2級(jí)精度即FFZD3210-3-P/853X54023.4驗(yàn)算臨界壓縮載荷-:-TOC\o"1-5"\h\z絲杠所受最大軸向載荷小于絲杠預(yù)拉伸力Ft不用驗(yàn)算 ；3.5驗(yàn)算滾珠絲杠副的臨界轉(zhuǎn)速n(r/min) :dn=pX107c2z 'z [z '仁與支承形式有關(guān)的系數(shù)ZZ [Z 'Z 'd2：絲杠底徑mm :Z [Z 'Z 'L2：臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度mm |Z [Z 'Z '由表得f=21.9Z [Z 'Z [Z 'd=27.3mm2z 'z 'z 'L2=L1-L0=703-30=673mm :z 'z 'z 'z '27.3 、 /代入得n=21.9X--—X107=13200＞氣=1500r/min3.6驗(yàn)算DnDp=d2+D=27.3+7.144=34.444mmDn=Dp?氣=34.444X1500=51666<70000D:滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑mmn:滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速r/min3.7基本軸向額定靜載荷Coa驗(yàn)算fLxfs一般為1.5C=50.2kN=50200NF^=14400N/pm1.5X14400=21600<502003.8強(qiáng)度計(jì)算「r1 、[o]4nd22^F［o］許用應(yīng)力（N/mm2）取［。］=726N/mm2一2：'4X14400d2“、/3.14X726=5.03mmd=27.3mm 驗(yàn)算合格

4單片機(jī)控制硬件系統(tǒng)4.1AT89C51C1或輸19■T3'■■U1-XTAL1XTAL?RSTPSENALEEA拉電阻，某1p.0P3.0/RXDP3：5/T1-個(gè)引腳被PM.J7RD45O1的輸出緩沖級(jí)-丈內(nèi)部上拉電阻把火可服P3.-2/!N!2或輸19■T3'■■U1-XTAL1XTAL?RSTPSENALEEA拉電阻，某1p.0P3.0/RXDP3：5/T1-個(gè)引腳被PM.J7RD45O1的輸出緩沖級(jí)-丈內(nèi)部上拉電阻把火可服P3.-2/!N!2林面F端口二PD.D/ADOPD.1VAD1PD.2/AD2PD.5/AD3PD.4/AD4P0L5MD5PD.&/AD6PD.7/AD7PN。/徊P2.1/A3P2^/A1DP2.^/A11P2.4/AT2P2.5/A13'P2.6/A14P^.7/AT5'呵攵信?:N。平,定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。P3口：是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能端口引腳RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。EA/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH）,EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。XTAL1:振蕩器反相放大器的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。

4.2變頻器變頻器（Variable-frequencyDrive,VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)TOC\o"1-5"\h\z: f改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交: [流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元: i等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需: f要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多: f的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻: f，器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。中相2C0VAC3粗200VAC網(wǎng)VAC的詆授受壓KivzaJn割就電迥醪I選頊）莎功姥輸出1，賓常的出，B扭肅-W-F fi7^中相2C0VAC3粗200VAC網(wǎng)VAC的詆授受壓KivzaJn割就電迥醪I選頊）莎功姥輸出1，賓常的出，B扭肅-W-F fi7^12

晌電暇器『制期電牌ffli帷元KKid出廈點(diǎn)技;i度如熱）XBOFF伽-

^XJX演捽帝*出多典落丸1（正轉(zhuǎn)止當(dāng)多助毓輸入叫反轉(zhuǎn)f停止.；多助陸埼*3（外3鐘常i二"[多的荒墻*dt舞常重位）二''W劫般瑞冬5〔多股逸指賣"'多日畝?入B&訕葛云2廣1 — >OAMB北異鬻礎(chǔ)，一彳3功荒攻根餉入段機(jī)金井南一時(shí)JTiftASMi*娘率Al<Q+10VJA2<420mAi蜘SCJ+V■10VOC20mA)旦^箏功能箱出W運(yùn)行申I

多功能輸出之公共墻多劫能械抽抬出概小色共捉醐5日54日54日5通慎*A(-)：4p'"tH：5p圖4.23G3MZ變頻器外部接線圖4.3單片機(jī)控制交流電機(jī)原理圖CR.YST.aM_3-380V變頻器SW-SP>KTAL1pnnyfliTi「UIJJJPU.1.W1P0.2/AD2KTAL2P0.3/AD3Plj.4她4P0.5/AD5P0.6/^DtiRSTPD.7/AD7P2.O//S6P2.腳P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.47A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1ZD(DP1.2P3.2/iNTDP1.3P3.3/INTTP1.4P3.4.'TDP1.5P3.5.-T1P1.6P3.6AAiRP1.7P3.7/RD,^TyyC51圖4.3系統(tǒng)硬件接線圖5單片機(jī)控制軟件系統(tǒng)5.1軟件部分圖像描述5.2軟件程序MAIN:ORG0000HSUV:CJNEP1.0,0,SUVSETBP0.0SETBP2.7SETBP2.6LCALLDELAYSETBP2.7CLRP2.6LCALLDELAYCLRP2.7CLRP2.6LCALLDEL