數(shù)控車(chē)床CK6163的縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)+說(shuō)明書(shū)

數(shù)控車(chē)床CK6163的縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)+說(shuō)明書(shū),數(shù)控車(chē)床,ck6163,縱向,進(jìn)給,系統(tǒng),設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū),仿單 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生自查表 （中期教學(xué)檢查用） 學(xué)生姓名 劉健 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 12101718 指導(dǎo)教師 馬曉波 職稱(chēng) 工作進(jìn)度 已完成的內(nèi)容：一.進(jìn)給系統(tǒng)的工藝性分析 二.相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 三.草圖的設(shè)計(jì) 待完成的內(nèi)容：一.進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 二.繪制整套圖紙及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 已完成百分比：50% 存在問(wèn)題：滾珠絲杠的預(yù)緊和消隙 對(duì)于滾絲杠副來(lái)說(shuō)，除單一方向的進(jìn)給傳動(dòng)精度有一定要求外，其軸向間隙也應(yīng)該有嚴(yán)格的要求，以保證反向精度的要求。 軸向間隙一般是指絲杠固定不動(dòng)，螺母在限制其回轉(zhuǎn)狀態(tài)下所出現(xiàn)的軸向位移。滾珠絲杠副的軸向間隙是受負(fù)載時(shí)，在滾珠與滾道面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和，要將軸向間隙完全清除是相當(dāng)困難的。 通常采用雙螺母預(yù)緊的方式，將彈性變形控制在最小的限度內(nèi)，如果滾珠絲桿與配合公差選擇得適當(dāng)，就可以獲得相當(dāng)高的定位精度。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滾珠絲杠，外循環(huán)單螺母徑向間隙達(dá)0.05mm，而雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后能基本消除間隙。 指導(dǎo)教師簽字： 2016 年4 月8 日 指導(dǎo)教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表 課題名稱(chēng)： CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào) 評(píng)審項(xiàng)目 指標(biāo) 滿(mǎn)分 評(píng)分 1 工作量、工作態(tài)度 按期完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合教學(xué)要求；工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)；善于與他人合作。 20 2 調(diào)查論證 根據(jù)課題任務(wù)，能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料和從事其它有關(guān)調(diào)研，能較好的書(shū)寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告，有收集、綜合和正確利用各種信息的能力。 10 3 設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案、分析與技能 綜合分析科學(xué)，方案設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理正確，推導(dǎo)正確，計(jì)算準(zhǔn)確，論證充分；結(jié)構(gòu)合理、工藝可行；圖樣繪制與技術(shù)要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。 40 4 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 論文質(zhì)量 條理清楚、文理通順、用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表完整、正確、書(shū)寫(xiě)格式規(guī)范。 20 5 創(chuàng)新 能利用最新技術(shù)手段，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解；有一定應(yīng)用價(jià)值。 10 總分 評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽字： 2016年5 月16日 評(píng)閱教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審表 課題名稱(chēng)： CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào) 評(píng)審項(xiàng)目 指標(biāo) 滿(mǎn)分 評(píng)分 1 課題完成量 能按期完成任務(wù)書(shū)規(guī)定的任務(wù)，課題達(dá)到教學(xué)基本要求。難易程度、工作量大小合適。 20 2 調(diào)查論證 根據(jù)課題任務(wù)，能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料和從事其它有關(guān)調(diào)研，能較好的書(shū)寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告，有收集、綜合和正確利用各種信息的能力。 10 3 設(shè)計(jì)、計(jì)算 論證、推導(dǎo) 綜合分析科學(xué)，方案設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理正確，推導(dǎo)正確，計(jì)算準(zhǔn)確，論證充分；結(jié)構(gòu)合理、工藝可行；圖樣繪制與技術(shù)要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。 40 4 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 條理清楚、文理通順、用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表完整、正確、書(shū)寫(xiě)格式規(guī)范。 20 5 創(chuàng)新點(diǎn) 能利用最新技術(shù)手段，有重大改進(jìn)或獨(dú)特見(jiàn)解；有一定應(yīng)用價(jià)值。 10 總分 評(píng)語(yǔ)： 評(píng)閱組負(fù)責(zé)人簽字： 2016年5 月17日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯申請(qǐng)表 申請(qǐng)時(shí)間：2016年5月20日 課題名稱(chēng) CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓名 劉健 學(xué)號(hào) 12101718 已完成情況：（1）滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（A0×1） （2）減速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（A0×1） （3）縱向進(jìn)給系統(tǒng)總裝配圖設(shè)計(jì)（A0×1） （4）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份 指導(dǎo)教師： 年 月 日 評(píng)閱教師： 年 月 日 備注： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審表 課題名稱(chēng)： CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào) 評(píng)審項(xiàng)目 指標(biāo) 滿(mǎn)分 評(píng)分 1 報(bào)告內(nèi)容 思路清新；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價(jià)值。 40 2 報(bào)告過(guò)程 準(zhǔn)備工作充分，時(shí)間符合要求。 10 3 創(chuàng)新 對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。 10 4 答辯 回答問(wèn)題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確、深入。 40 總分 評(píng)語(yǔ)： 對(duì)申請(qǐng)?jiān)u優(yōu)或答辯不合格的補(bǔ)充說(shuō)明： 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人： 年 月 日 沈陽(yáng)工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表 論文題目 CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 劉健 學(xué)號(hào) 12101718 指導(dǎo)教師姓名 馬曉波 職稱(chēng) 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)頁(yè)數(shù) 圖紙張數(shù) 加工零件數(shù) 有、無(wú)產(chǎn)品模型 評(píng)分項(xiàng)目 標(biāo)準(zhǔn)得分 權(quán)重 折合得分 指導(dǎo)教師評(píng)分 評(píng)閱組評(píng)分 答辯組評(píng)分 綜合得分 論文評(píng)定等級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見(jiàn)： 機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人： 2016年5 月27 日 沈陽(yáng)工學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表 答辯日期：2016年 5月23日 答辯地點(diǎn)：5309 學(xué)院（或系） 專(zhuān)業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 成績(jī) 論文（設(shè)計(jì)）題目 指導(dǎo)教師 答辯紀(jì)錄： （用簡(jiǎn)明語(yǔ)言記錄答辯過(guò)程，答辯委員會(huì)提出的問(wèn)題及學(xué)生回答情況） 提出問(wèn)題： 回答摘要： 答辯組組長(zhǎng)簽名： 答辯委員會(huì)記錄人（簽字）： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 摘 要 數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代的CAD/CAM、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等等，都是建立在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)之上的。同時(shí)，數(shù)控技術(shù)也關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位，是體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)因素之一，其水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志。實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。推廣與應(yīng)用數(shù)控技術(shù)是我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略任務(wù)。數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間短，所制造的零件重復(fù)精度高，對(duì)改變零件設(shè)計(jì)的適用性強(qiáng)，夾具成本低，加工形狀復(fù)雜的零件時(shí)準(zhǔn)確可靠。因此，數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)階段以及以后的時(shí)間將占據(jù)重要地位。 本題目是數(shù)控車(chē)床CK6163的縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先根據(jù)典型工藝數(shù)據(jù)，結(jié)合擬定參數(shù)，傳動(dòng)方案的確定。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括選擇滾珠絲杠螺母副和減速箱體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而完成整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。然后，通過(guò)計(jì)算選擇步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)?；贏T89C51對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，快速正反轉(zhuǎn)功能，保證對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制要求，從而完成整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；滾珠絲杠；步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī) I Abstract Numerical control technique is the basic of automation, flexible, integrated, production in manufacturing, modern CAD/CAM, flexible manufacturing systems, computer integrated manufacturing systems are all built on the basic of numerical control technology. At the same time, numerical control technique is related to the strategic importance of a country and it is one of the important foundation industries to reflect the overall national strength of a country, the level of which is the core signs of measuring the modernization of a country’s manufacturing. The realization of the processing of CNC machine tools and production processes has become the development direction of the manufacturing. Popularizing and using numerical control technology is a strategic task in our mechanical manufacturing industry. NC machine tools, which can produce parts with high repeated precision and manufacture complex shape parts with reliability, need no more time to prepare, have more flexibility to alteration of parts, and clamping apparatuses of NC machine tools are very simple. Consequently, NC machine tools will play an important position in mechanical manufacturing at now and a period of time in the future. The topic is the design of CK6163 vertical feed system. First of all, the solution of transmission will be determined according to the typical technological data and combined with the formulation parameters. Design the main structure of the transmission system, including choice the ball screw and design the structure of the slowdown box, so as to complete the design of mechanical structure of the whole system. Then, choice the stepping motor by calculating, drive the ball screw, which led campaign table. In order to complete the design of feeding system, design the control system of stepping motor based on AT89C51, so that the motor to achieve positive or negative rotating, rapid positive or negative rotating, ensure the control of the transmission system. Key words: CNC machine tools；ball screw；stepping motor；single-chip II 目錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 1 1.2 發(fā)展數(shù)控機(jī)床的必要性 2 1.3 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 2 1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 5 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案確定 7 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 7 2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 7 2.3 總體方案的確定 7 3 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 8 3.1 計(jì)算內(nèi)容及步驟 8 3.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 8 3.2.1 切削力的計(jì)算 8 3.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 8 3.2.3 滾珠絲杠螺母副的驗(yàn)算 10 3.3 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 12 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)選型 12 3.3.2 傳動(dòng)比的確定 13 3.3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 13 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核 14 3.3.5 步進(jìn)電機(jī)性能校核 15 3.4 滾珠絲杠的預(yù)緊和消隙 16 4 環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性分析 17 4.1 經(jīng)濟(jì)性分析 17 4.2 環(huán)保性分析 17 結(jié)論 19 參考文獻(xiàn) 20 致 謝 21 IV 1 緒論 1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控機(jī)床[1]。 計(jì)算機(jī)數(shù)值控制工具十分適應(yīng)性,只需要改變輸入指令修改方案,處理對(duì)象性能高于一般自動(dòng)機(jī)、復(fù)雜曲面加工精度,適合中小批量加工,修改部分高精度和復(fù)雜形狀坯料,取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 數(shù)字技術(shù)在不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)種類(lèi)不斷增加,有車(chē)床、銑床、鏜床、鉆床、砂輪機(jī)、機(jī)械加工、電氣火花機(jī)機(jī)器工具等等。除了自動(dòng)更換刀具，還有加工中心、車(chē)削中心加工等。 1948年，美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣化，精度要求較高，一般加工設(shè)備難以完成，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司在美國(guó)麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開(kāi)始數(shù)控機(jī)床的研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，不久便4開(kāi)始正式生產(chǎn)。 當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價(jià)格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門(mén)來(lái)加工復(fù)雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡(jiǎn)單與經(jīng)濟(jì)的點(diǎn)位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)各部門(mén)逐步獲得推廣。 1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，而且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)DNC)，又稱(chēng)群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)CNC),使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。 1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來(lái)的1/20，價(jià)格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。 80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程[1]。 1.2 發(fā)展數(shù)控機(jī)床的必要性 在機(jī)械加工過(guò)程中，經(jīng)常要用到加工批量不大、改型頻繁、精度要求高、形狀復(fù)雜的一類(lèi)零件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單件和中、小批量零件的加工約占機(jī)械加工總量的80%以上。如何解決這類(lèi)產(chǎn)品的自動(dòng)化加工呢？顯然，一般自動(dòng)化機(jī)床已不適應(yīng)這類(lèi)加工，因?yàn)橐话阕詣?dòng)化機(jī)床往往用凸輪或其他專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)來(lái)控制機(jī)床進(jìn)行加工。當(dāng)零件尺寸改變時(shí)，必須重新更換凸輪或靠模，調(diào)整尺寸，才能重新加工。重新調(diào)整的工作量非常大，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)。另外，對(duì)于那些形狀十分復(fù)雜的零件，通常的自動(dòng)化加床也無(wú)能為力。針對(duì)這些問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床的迅速發(fā)展，為解決這類(lèi)零件加工提供了良好的途徑，為機(jī)械工業(yè)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。相比較于普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有著如下優(yōu)點(diǎn)： 1）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 　　由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 2） 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3到7倍。 　　由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記錄和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只需更換程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)的自動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。 3） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配更加容易，不再需要"修配"。 4） 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁裝夾。 5） 由以上五條好處。如：降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)等等。 1.3 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 數(shù)字程序控制機(jī)床（數(shù)控機(jī)床）是近20年來(lái)綜合應(yīng)用了計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域里的最新技術(shù)成就而發(fā)展起來(lái)的一種既具有廣泛的通用性，又具有很高的自動(dòng)化程度的完全新型的機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤(pán)直接手動(dòng)輸入。 數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運(yùn)算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三大類(lèi)。 點(diǎn)位控制是只控制刀具或者工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，然后進(jìn)行定點(diǎn)加工，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的路徑不需要控制。采用這類(lèi)控制的有數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床和數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。 直線控制是除控制直線軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位之外，還控制在這兩點(diǎn)之間以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行直線切削。采用這類(lèi)控制的有平面銑削的數(shù)控銑床，以及階梯軸車(chē)削和磨削用的數(shù)控車(chē)床與數(shù)控磨床等。 連續(xù)軌跡控制(或稱(chēng)輪廓控制)能夠連續(xù)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)方向的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)。為了使刀具按照規(guī)定的軌跡加工工件的曲線輪廓，數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡以最小的誤差接近規(guī)定的輪廓曲線，并協(xié)調(diào)各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度，以便在切削的過(guò)程中始終保持規(guī)定的進(jìn)給速度。采用這類(lèi)控制的有能加工曲面用的數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控車(chē)床和加工中心等。 伺服機(jī)構(gòu)分為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，和步進(jìn)電機(jī)組成。每一脈沖信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，通過(guò)滾珠絲杠推動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。這種伺服機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，容易使用，但是精度和速度的提高受到限制。 半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達(dá)、速度檢測(cè)器和位置檢測(cè)器構(gòu)成。位置檢測(cè)器裝在絲杠或伺服馬達(dá)的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度來(lái)間接測(cè)出工作臺(tái)的位置。常用的伺服馬達(dá)有寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)和電液伺服馬達(dá)。位置檢測(cè)器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)于開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。 閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)相同，只是位置檢測(cè)器安裝在工作臺(tái)上，可直接測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)所用伺服馬達(dá)和半閉環(huán)相同，位置檢測(cè)器則用長(zhǎng)光柵、長(zhǎng)感應(yīng)同步器或者長(zhǎng)磁柵。 為了保證機(jī)床具有很大的工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)具有足夠的剛度、精度、抗振性、熱穩(wěn)定性和精度保持性。進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無(wú)間隙齒輪副等等，以盡量減小反向間隙。機(jī)床采用塑料減摩導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，以提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性并且使低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 由于采用了寬調(diào)速的進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)和寬調(diào)速的主軸電動(dòng)機(jī)，可以不用或少用齒輪傳動(dòng)和齒輪變速，這就簡(jiǎn)化了機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)床布局便于排屑和工件裝卸，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有自動(dòng)排屑器與自動(dòng)工件交換裝置。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強(qiáng)電柜中大量的繼電器，提高了機(jī)床強(qiáng)電控制的可靠性和靈活性[4]。 數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，既能控制機(jī)床的動(dòng)作次序，又能控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)量，其工作過(guò)程如下圖1.1所示： 圖1.1 數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程 目前，在市場(chǎng)上已見(jiàn)不到普通的數(shù)控機(jī)床（NC），取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（CNC），CNC是NC的發(fā)展。計(jì)算機(jī)數(shù)控是將通用的小型或微型計(jì)算機(jī)裝入數(shù)控機(jī)床的控制柜，再適當(dāng)增加借口電路及輸入、輸出裝置（如熒光屏等），用以替代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)控制柜中的專(zhuān)用電子計(jì)算裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)不僅比原來(lái)的數(shù)控系統(tǒng)使用范圍廣、功能全，而且還有相當(dāng)大的通用性，改善了對(duì)機(jī)床操作的控制。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)大致有以下一些特點(diǎn)： 1）用存儲(chǔ)的軟件實(shí)行控制，代替普通數(shù)控的硬件控制； 2）有存儲(chǔ)零件程序和修改零件程序的功能。可以在CNC系統(tǒng)存儲(chǔ)器中劃出一部分可讀可寫(xiě)的存儲(chǔ)器存放零件程序，而且還可以通過(guò)利用CNC系統(tǒng)軟件的編輯功能來(lái)修改零件程序； 3）有診斷故障功能。CNC系統(tǒng)具備了用軟件查找故障的功能； 4）可以用軟件取代機(jī)床的繼電器控制。可使機(jī)床的全部動(dòng)作全由軟件加以控制和監(jiān)視，提高了速度，可靠性和可變適應(yīng)性； 5）可以提高編程效率； 6）有保護(hù)零件的能力，可以實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的正確性，監(jiān)視數(shù)據(jù)在機(jī)床上的執(zhí)行情況。 1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 目前，數(shù)控機(jī)床正在以下幾個(gè)方面得到發(fā)展： （1） 使數(shù)控機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，以進(jìn)一步提高數(shù)控裝置的可靠性，降低其生產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)成本； （2） 發(fā)展簡(jiǎn)易數(shù)控裝置。雖然簡(jiǎn)易數(shù)控裝置機(jī)能較少，但一般由于其使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，在普通零件的中、大批量生產(chǎn)中也可以采用； （3） 自適應(yīng)控制數(shù)控機(jī)床。它能在加工過(guò)程中，隨切削加工的參數(shù)變動(dòng)，自動(dòng)的調(diào)整進(jìn)給量、切削量等，使機(jī)床和刀具都在較佳狀態(tài)下工作，工作效率大大提高，并能保證零件得到更好的精度和光潔度； （4） 分布式控制（DNC）：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，或控制整個(gè)零件的加工生產(chǎn)過(guò)程； （5） 自動(dòng)編制程序。為了減輕人工編程的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高程序編制的效率與減少錯(cuò)誤，出現(xiàn)了用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制程序。 計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（CNC）已有20多年歷史，最初階段，主要是采用通用機(jī)床進(jìn)行改裝的方法，例如把普通車(chē)床、銑床、鉆床及鏜床改造成數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床及數(shù)控鏜床等。但隨著技術(shù)的發(fā)展，由通用機(jī)床改為數(shù)控機(jī)床存在著一些嚴(yán)重的弱點(diǎn)，例如機(jī)床剛度不足，滑動(dòng)面的摩擦阻力太大，傳動(dòng)元件中存在間隙等問(wèn)題越來(lái)越突出地暴露出來(lái)。由于在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工不能象在普通機(jī)床上加工那樣，可以用人工的手工操作來(lái)彌補(bǔ)上述因素對(duì)加工零件的精度影響，故對(duì)于數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面都要求比通用機(jī)床設(shè)計(jì)得更完善，制造得更精密。因此數(shù)控機(jī)床已由改裝通用機(jī)床逐步發(fā)展到專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足數(shù)控要求而設(shè)計(jì)的新的數(shù)控機(jī)床。在這過(guò)程中，對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起了很大的推動(dòng)作用，從通用機(jī)床的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)和原件，這些變動(dòng)，大致體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面： 1）采用了剛度和抗震性較好的機(jī)床新結(jié)構(gòu)； 2）采用了無(wú)間隙的齒輪傳動(dòng)副，以消除傳動(dòng)裝置反向時(shí)的空程死區(qū)； 3）采用了傳動(dòng)效率很高的精密滾珠絲杠——螺母副等傳動(dòng)元件； 4）采用了摩擦系數(shù)很低的滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，提高機(jī)床運(yùn)動(dòng)靈敏性； 5）采用了增大功率的電機(jī)和先進(jìn)刀具，以提高切削用量； 6）采用了多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)，以提高單位時(shí)間內(nèi)的切削效率； 7）采用了自動(dòng)換刀和自動(dòng)更換工件的裝置，以減少停機(jī)時(shí)間； 8）采用了自動(dòng)排屑，自動(dòng)潤(rùn)滑裝置。 22 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 設(shè)計(jì)任務(wù)與方案確定 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是進(jìn)行CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用BYG系列步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠。 2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 最大加工直徑 在床面上 630mm 在床鞍上 350mm 最大加工長(zhǎng)度 2900mm 快進(jìn)速度 縱向 2.0m/min 最大切削進(jìn)給速度 縱向 0.5m/min 滑板及刀架重力 縱向 1200N 最小指令值（脈沖當(dāng)量） 縱向 0.01mm/脈沖 機(jī)床定位精度 2.3 總體方案的確定 參照數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)資料確定總體方案是：由微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、程序運(yùn)行，然后經(jīng)I/O借口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)過(guò)硬件環(huán)分器、驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，通過(guò)聯(lián)軸器直聯(lián)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給。如圖2.1所示。 圖2.1 總體設(shè)計(jì)方案 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 計(jì)算內(nèi)容及步驟 本節(jié)只對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的滾珠絲杠，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行計(jì)算與選擇。采用由系統(tǒng)左端相系統(tǒng)右端步驟進(jìn)行計(jì)算與選擇。見(jiàn)圖3.1。 圖3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 3.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 切削力的計(jì)算 車(chē)床主切削力FZ（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-1） 式中：Dmax為在車(chē)床床面上加工的最大直徑（mm），已知Dmax=630mm。 代入公式（3-1）中，得 走刀方向切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力Fy可按以下比例求出： Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 則Fx=2649N, Fy=4238N 3.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 （1）計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-2） 式中：Fx為走刀方向切削分力（N）； FZ為主切削力（N）； G為移動(dòng)部件重力（N）； K和f’為分別為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，取 K=1.15，f’=0.15。 代入公式（3-2）中，得 （2）計(jì)算最大動(dòng)載荷C（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-3） 式中：L為工作壽命， n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）， v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3， ，取v=0.25m/min； L0為絲杠基本導(dǎo)程，初取L0=6mm； t為額定使用壽命，取t=15000h； fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，取fm=1.2； Fm為滾珠絲杠工作載荷 h 將上面結(jié)果代入公式（3-3）中，得 （3）計(jì)算最大靜載荷C0（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-4） 式中：fd為靜態(tài)安全系數(shù)，取fd =1.5； Fm為絲杠工作載荷（N）。 代入公式（3-4）中，得 初選CDM5006滾珠絲杠螺母副 L0=6mm 公稱(chēng)直徑d=50mm，絲杠取5級(jí)精度 該型號(hào)的絲杠為外循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠副。 該型號(hào)滾珠絲杠額定動(dòng)載荷： 額定靜載荷： （4）滾珠絲杠傳動(dòng)效率（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-5） 式中：為絲杠螺旋升角，由絲杠型號(hào)查出，； 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.003~0.004，其摩擦角約等于 。 代入公式（3-5）計(jì)算，得 3.2.3 滾珠絲杠螺母副的驗(yàn)算 （1）剛度驗(yàn)算 1）絲杠的拉壓變形量（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-6） 式中：為在工作載荷Fm作用下絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮變形量（mm）； Fm為絲杠工作載荷（N）； L為滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度（mm），滾珠絲杠工作長(zhǎng)度為2900mm， 考慮兩端安裝軸承，左右支撐的中心距離約為3150mm； E為材料彈性模量，對(duì)剛E=20.6×104MPa； A為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的橫截面積(mm2)。 代入式（3-6）中計(jì)算 2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-7） 式中：Dw為滾珠直徑，Dw=3.969mm； 為滾珠總數(shù)量=Z×圓數(shù)×列數(shù)； Z為一圈滾珠數(shù)，； dm為滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑(mm)； FYJ為預(yù)緊力(N)； Fm為滾珠絲杠工作載荷(N)。 = Z×圓數(shù)×列數(shù)=39.5×2×2.5×1=198 將上面各結(jié)果代入式（3-7）中進(jìn)行計(jì)算 滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3，值可減少一半左右 3）絲杠副剛度的驗(yàn)算 絲杠的總變形量 絲杠有效行程為2900mm，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在2500~3150mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到69，絲杠剛度足夠。 （2）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠是一種受軸向力的長(zhǎng)柱壓桿（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-8） 式中：E為絲杠材料彈性模量，對(duì)剛E=20.6×104MPa； I為截面慣性矩(mm4)，對(duì)絲杠圓截面（d1為絲杠底徑）； L為絲杠最大工作長(zhǎng)度(mm)；fz為絲杠支承方式系數(shù)，取fz=2.0。 代入式（3-8）中，可得 故滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 3.3 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)選型 初選130BYG3502 步進(jìn)電機(jī)，該型號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下（見(jiàn)文獻(xiàn)[2]）： 相數(shù) 步距角 /() 電壓 /V 電流 /A 最大 靜轉(zhuǎn)矩 /() 空載起 動(dòng)頻率 /Hz 空載運(yùn) 行頻率 /Hz 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 / 3 0.6 80~325 6 37 1500 15000 48 表3.1 1 30BYG3502步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性如下： 表3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性（對(duì)應(yīng)表3.1） 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 運(yùn)行頻率/(Hz) 100 500 1000 2000 4000 6000 8000 10000 運(yùn)行步距角/() 不同頻率下的輸出轉(zhuǎn)矩/() 130BYG3502 0.6° 35.20 35.00 31.50 26.80 22.20 18.50 15.00 11.00 所選用BYG系列步進(jìn)電機(jī)工作特點(diǎn)如下： （1）輸出轉(zhuǎn)矩大，矩頻特性硬； （2）驅(qū)動(dòng)電源電流小，功耗低； （3）動(dòng)態(tài)性能好，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，而且在時(shí)間上同步，因此 調(diào)節(jié)輸入脈沖的數(shù)量、頻率、相序即可控制電機(jī)相應(yīng)的角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向獲 得所需要的運(yùn)動(dòng)特性，而不需中間轉(zhuǎn)換裝置； （4）起動(dòng)制動(dòng)時(shí)間短，在制動(dòng)狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子可以鎖住定位； （5）輸出角位移的定位精度高而且積累誤差不隨轉(zhuǎn)數(shù)而疊加； （6）電機(jī)軸伸采用鍵聯(lián)接。 3.3.2 傳動(dòng)比的確定 傳動(dòng)比i計(jì)算如下（見(jiàn)文獻(xiàn)[2]）： （3-9） 式中：θ為電動(dòng)機(jī)步距角，θ=0.6°； L0為絲杠基本導(dǎo)程，L0=6mm； δ為脈沖當(dāng)量，δ=0.01mm/脈沖 代入式（3-9）中，計(jì)算得 3.3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（見(jiàn)文獻(xiàn)[6]） （3-10） 對(duì)于鋼材，材料密度為7.8×10-3（kg/cm3），代入式（3-10），有 式中： D為絲杠直徑（cm）； L為絲杠長(zhǎng)度（cm）； Mc為圓柱體質(zhì)量（kg）。 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （3-11） 式中：L0為絲杠導(dǎo)程（mm）； M為工作臺(tái)質(zhì)量（kg）。 代入式（3-11）計(jì)算得 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩校核 計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq有快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 1） 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1（見(jiàn)文獻(xiàn)[2]） 考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率η，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩（見(jiàn)文獻(xiàn)[2]）： （3-12） 式中：nm——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min； ta ——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止不動(dòng)到加速至nm轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間，單位為s。 其中 （3-13） 式中：vmax——縱向空載最快移動(dòng)速度，vmax=2000mm/min θ ——縱向步進(jìn)電機(jī)步距角，為0.6° δ ——縱向脈沖當(dāng)量，δ=0.01mm/脈沖 代入式（3-13）計(jì)算，得 設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速到nm所需要時(shí)間ta=0.4s，縱向傳動(dòng)鏈總效率η=0.7，代入式（3-12）計(jì)算，得 移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為（見(jiàn)文獻(xiàn)[2]）： （3-14） 式中： μ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.15 Fz——垂直方向工作負(fù)載，空載取0 η——縱向傳動(dòng)鏈總效率，η=0.7 代入式（3-14）計(jì)算，得 2） 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2（見(jiàn)文獻(xiàn)[2]） 前面對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知進(jìn)給方向的最大工作載荷Fx=2649N 最大工作負(fù)載Fz=10595N，摩擦轉(zhuǎn)矩 取安全系數(shù)K=4 選用的130BYG3502步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 符合要求。 3.3.5 步進(jìn)電機(jī)性能校核 1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 最快工進(jìn)速度 脈沖當(dāng)量 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率 由130BYG3502的運(yùn)行矩頻特性（表3.2）可知，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于，滿(mǎn)足要求。 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 最快空載移動(dòng)速度 電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率 由130BYG3502的運(yùn)行矩頻特性（表3.2）可知，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于，滿(mǎn)足要求 3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率 查表3.1，130BYG3502步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行極限頻率為15000Hz，沒(méi)有超出上限，符合要求。 3.4 滾珠絲杠的預(yù)緊和消隙 對(duì)于滾絲杠副來(lái)說(shuō)，除單一方向進(jìn)給傳動(dòng)精度有一定要求外，其軸向間隙也應(yīng)該有嚴(yán)格的要求，以保證反向精度的要求。 軸向間隙一般是指絲杠固定不動(dòng)，螺母在限制其回轉(zhuǎn)狀態(tài)下出現(xiàn)的軸向位移。滾珠絲杠副的軸向間隙是受負(fù)載時(shí)，在滾珠與滾道面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量與螺母原有間隙的總和，要將軸向間隙完全清除是相當(dāng)困難的。 通常采用雙螺母預(yù)緊的方式，將彈性變形控制在最小的限度內(nèi)，如果滾珠絲桿與配合公差選擇適當(dāng)，就可以獲得相當(dāng)高的定位精度。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滾珠絲杠，外循環(huán)單螺母徑向間隙達(dá)0.05mm，而雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本能消除間隙。 本人所設(shè)計(jì)選取的滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷方式為墊片預(yù)加負(fù)荷式。用螺釘聯(lián)接兩螺母套，在兩螺釘間加墊片，通過(guò)調(diào)整墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的，預(yù)緊力增大了絲杠的剛度。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，剛度高，裝拆方便，但調(diào)整費(fèi)時(shí)，滾道有磨損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊，運(yùn)用于一般精度的機(jī)構(gòu)中。同時(shí)，在采用預(yù)緊力消隙時(shí)應(yīng)注意： （1）通過(guò)預(yù)緊力產(chǎn)生預(yù)拉變形，減少了彈性變形引起的位移，但不能使預(yù)緊力過(guò)大，否則加大驅(qū)動(dòng)力矩，會(huì)降低效率，縮短使用壽命； （2）特別注意絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙，盡可能使之減小。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性分析 4.1 經(jīng)濟(jì)性分析 CK6163系列數(shù)控車(chē)床為普及型數(shù)控車(chē)床，適宜加工形狀復(fù)雜的軸、套、盤(pán)類(lèi)零件。如車(chē)削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、切槽、倒角、車(chē)螺紋等，尤其適合多品種、中小批量的輪番加工。工藝適應(yīng)性強(qiáng)，加工效率高，廢品率低，成品一致性好，可降低對(duì)工人技術(shù)熟練程度的要求。編程容易，操作簡(jiǎn)單，功能全面，是理想的中型機(jī)械加工設(shè)備。 主軸可實(shí)現(xiàn)分段變頻無(wú)級(jí)變速。寬段速，大重疊，全自動(dòng)，適應(yīng)加工范圍廣。 主軸可實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出。活動(dòng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)，便于操作及上下工件。尾座有減荷裝置，移動(dòng)輕快靈活。錐體車(chē)削不受角度和長(zhǎng)度限制 ?？绍?chē)各種圓柱、圓錐螺紋，并可連續(xù)過(guò)渡。 本文主要設(shè)計(jì)CK6163數(shù)控車(chē)床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)給傳動(dòng)采用開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)沒(méi)有檢查機(jī)械運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)元件，沒(méi)有來(lái)自位置傳感器的反饋信號(hào)。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度和精度可以保證，運(yùn)動(dòng)中基本平穩(wěn)、不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，主要用于經(jīng)濟(jì)型或簡(jiǎn)易型數(shù)控機(jī)床，其精度和速度的提高受到限制。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)可直接與廠商協(xié)商購(gòu)買(mǎi)，設(shè)計(jì)中一些非標(biāo)準(zhǔn)配件可與制造廠外協(xié)生產(chǎn)加工。控制系統(tǒng)采用抵擋配置，使用MCS-51系列單片機(jī)，簡(jiǎn)單實(shí)用，性?xún)r(jià)比高。相比較于高端數(shù)控車(chē)床產(chǎn)品，雖然其精度及加工速度受到了一定的限制，但相比于普通機(jī)床其加工效率可以提高3-5倍，足以滿(mǎn)足上述加工要求。在很大程度上降低了生產(chǎn)加工成本。 4.2 環(huán)保性分析 環(huán)境污染是指人類(lèi)直接或間接地向環(huán)境排放超過(guò)其自?xún)裟芰Φ奈镔|(zhì)或能量，從而使環(huán)境的質(zhì)量降低，對(duì)人類(lèi)的生存與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和財(cái)產(chǎn)造成不利影響的現(xiàn)象。具體包括：水污染、大氣污染、噪聲污染、放射性污染等。水污染是指水體因某種物質(zhì)的介入，而導(dǎo)致其化學(xué)、物理、生物或者放射性污染等方面特性的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。大氣污染是指空氣中污染物的濃度達(dá)到有害程度，以致破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)正常生存和發(fā)展的條件，對(duì)人和生物造成危害的現(xiàn)象。噪聲污染是指所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲超過(guò)國(guó)家規(guī)定的環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，并干擾他人正常工作、學(xué)習(xí)、生活的現(xiàn)象。放射性污染是指由于人類(lèi)活動(dòng)造成物料、人體、場(chǎng)所、環(huán)境介質(zhì)表面或者內(nèi)部出現(xiàn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的放射性物質(zhì)或者射線。例如，超過(guò)國(guó)家和地方政府制定的排放污染物的標(biāo)準(zhǔn)，超種類(lèi)、超量、超濃度排放污染物；未采取防止溢流和滲漏措施而裝載運(yùn)輸油類(lèi)或者有毒貨物致使貨物?落水造成水污染；非法向大氣中排放有毒有害物質(zhì)，造成大氣污染事故，等等。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染也在增加，特別是在發(fā)展中國(guó)家。?環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越成為世界各個(gè)國(guó)家的共同課題之一。每一個(gè)環(huán)境污染的實(shí)例，可以說(shuō)都是大自然對(duì)人類(lèi)敲響的一聲警鐘。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為了維護(hù)人類(lèi)自身和子孫后代的健康，必須積極防治環(huán)境污染。 為了做好環(huán)境污染的防治工作，我們每一個(gè)公民必須努力增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)：一方面要清醒地認(rèn)識(shí)到人類(lèi)在開(kāi)發(fā)和利用自然資源的過(guò)程中，往往對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞；另一方面要把這種認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽约旱膶?shí)際行動(dòng)，以“保護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)”的態(tài)度積極參加各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)活動(dòng)，自覺(jué)培養(yǎng)保護(hù)環(huán)境的道德風(fēng)尚。 本設(shè)計(jì)中，進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)，以電能作為能源。步進(jìn)電機(jī)在使用過(guò)程中，所需要的驅(qū)動(dòng)電流小，功耗低，同時(shí)可以產(chǎn)生較大的輸出轉(zhuǎn)矩。避免了能源使用的污染和浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)中零件的潤(rùn)滑均可采用環(huán)保型的無(wú)污染潤(rùn)滑液，潤(rùn)滑充分還可以保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不產(chǎn)生噪聲。 在整個(gè)車(chē)床工作過(guò)程中，一般使用乳化液或冷卻油作為冷卻液，從而產(chǎn)生大量的油霧油煙，影響工廠的生產(chǎn)環(huán)境，有害于生產(chǎn)工作人員的身心健康，可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)使用油霧過(guò)濾器來(lái)吸收產(chǎn)生的油霧。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 結(jié)論 這次設(shè)計(jì)的CK6163縱向進(jìn)給系統(tǒng)，充分考慮到其實(shí)用性，操作方便，技術(shù)參數(shù)設(shè)置合理，極大地提高了加工效益，性能穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)任何故障。設(shè)計(jì)完后的機(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，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制。采有集成度高、可靠性強(qiáng)、功能好、速度快、抗干擾能力強(qiáng)的8位MCS-51系列單片機(jī)。選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，保證了進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。 另外，該設(shè)計(jì)也可以用于其他車(chē)床，只需要根據(jù)相應(yīng)機(jī)床的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的變化，對(duì)選用的滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的改變，就可用于其它不同型號(hào)的車(chē)床。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)方法也適用于普通車(chē)床的數(shù)控化改造，具有很好的推廣前景。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于時(shí)間有限及自己在電路程序方面知識(shí)的欠缺，在電路設(shè)計(jì)中只設(shè)計(jì)了控制一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的電路，在程序設(shè)計(jì)中，LED顯示上只實(shí)現(xiàn)了顯示固定數(shù)值，沒(méi)做到隨電機(jī)轉(zhuǎn)速變化動(dòng)態(tài)顯示。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 參考文獻(xiàn) [1] 武友德.C616臥式車(chē)床數(shù)控化改造.西南交通大學(xué)，2005 [2] 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