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1、机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书目录摘要及关键词3正文4前言部分4本论部分5第 1 章 绪论51.1 机床机电一体化改造总体方案的设计51.2 开环伺服进给系统机械部分设机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书计5第 2 章 机床机电一体化改造总体方案的设计62.1 课程设计任务书62.2 总体方案设计7第 3 章 开环伺服进给系统机械部分设计93.1 确定系统脉冲当量93.2 计算切削力93.3 滚珠丝杠螺母副的计算选型（纵向进给丝杠）93.4 齿轮传动比计算143.5 步进电动机的计算和选型机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书14第 4 章
2、机械传动机构的调整和结构的简要说明194.1 丝杠进给速度的调节194.2 轴向的预紧力的调整及定位19结论部分19设计体会20参考文献21机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书摘要及关键词【摘要】数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，拥有大量的普通机床。因此，对普通机床数控化改造不失为一种较好的选择。【关键词】机电一体化 开环控制纵向进给
3、系统设计 滚珠丝杠螺母副 步进电动机CAD 图纸 ，联系机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书正文前言部分计算机技术和先进制造技术的发展，推动了机械加工在各方面的变革和进步。典型的数控机床已成为现代加工器械的鲜明代表。考虑到企业的生产效率和投入成本，普通车床的数控化改造将是一个极为有意义的课题。普通车床数控改造的设计是机电一体化系统课程设计的主要内容。作为机械设计制造及其自动化专业的学生，这次设计是本人在学习完“ 机电一体化系统设计”、 “数控机床”等专业课 程之后进 行的一个重要的实践性教学环节。通 过综合运用所学的机械、电子、自动 控制、微机等知 识， 进行一次机电结合的全面
4、训练，以培养独立分析问题，解决 问题和进行机电一体化系统初步设计的能力。此设计过程为期三个星期，在赵洪兵的指导下，本人将对 普通车床进行开环控制纵向进给的改造。由于学生水平有限，在设计乃至计算过程中难免会有一些错误，望各位老师及同学指点赐教。不胜感激。学生郑利江2007 年 6 月机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书计 算 及 说 明 结果本论部分第 1 章 绪论1.1 机床机电一体化改造总体方案的设计1.1.1 课程设计任务书（1） 题目（2） 原始数据（3） 主要技术参数（4） 课程设计的内容及要求1.1.2 总体方案设计（1） 系统的运动方式的确定（2） 伺服系统的选择（
5、3） 执行机构传动方式的确定（4） 数控系统的选择1.2 开环伺服进给系统机械部分设计1.2.1 确定系统脉冲当量1.2.2 计算切削力1.2.3 滚珠丝杠螺母副的计算选型（纵向进给丝杠）（1） 计算进给牵引力 m()FN（2） 计算最大动负载 C（3） 滚珠丝杠螺母副的选型（4） 传动效率计算（5） 刚度计算（6） 稳定性校核机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书计 算 及 说 明 结果1.2.4 齿轮传动比计算1.2.5 步进电动机的计算和选型（1） 等效转动惯量的计算（2） 电机力矩计算（3） 计算步进电动机空载起动频率和切削时的工作频率1.2.6 设计绘制伺服进给系统机械
6、装配图第 2 章 机床机电一体化改造总体方案的设计2.1 课程设计任务书2.1.1 题目：普通车床的机电一体化改造开环控制纵向进给系统设计2.1.2 原始数据：最大共建回转直径：在床身上 D=400 毫米在床鞍上 D=210 毫米最大工件长度 1000 毫米主电动机功率 7.5 千瓦；转速 1450 转/分2.1.3 主要技术参数（均为纵向）：最大进给速度 1.0 米/分最大快移速度 4 米/分起动加速时间 30 毫秒移动部件重量 80 公斤机床定位精度 0.015 毫米2.1.4 课程设计的内容及要求：对 CA6140 型普通车床纵向进给系统进行数控改造，主要设计内容及要求如下：（1）采用开
7、环控制，选择合适的数控系统并确定伺服传动系统方案；机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书（2）设计改造后数控车床纵向伺服进给系统原理框图；计 算 及 说 明 结果（3）设计绘制改造后数控车床纵向伺服进给系统装配图（0 号图纸一张） ；（4）设计绘制主要零件图一张（由指导老师制定） ；（5）撰写设计计算说明书一份，正文字数不少于 0.8 万字，设计说明书应包含如下内容：设计任务书；目录；摘要及关键词；前言；正文：包括方案设计与比较论证、理论分析计算、主要机构设计说明与简图等；小结；参考文献。设计说明书语言要流畅，书写要工整，一律使用钢笔书写。2.2 总体方案设计2.2.1 系统的运
8、动方式的确定由于改造后的经济型数控车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工、螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。2.2.2 伺服系统的选择应任务书的要求，采用步进电机开环控制系统。2.2.3 执行机构传动方式的确定为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，若直接将电机与滚珠丝杠联必会引起丝杠温度过高即磨损加剧使其寿命降低。故在其两者之间加一消隙齿轮箱，一使丝杠速度降低，二则消除系统传动中的间隙，提高传动精度，并有效减少反向运动死区现象，消隙齿轮箱与丝杠可采用联轴器形式连接，这样便确定了如下图 2-1 所示的传动方案。电机 消隙齿轮箱 滚珠丝杠螺母副
9、 工作台机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书图 2-1 执行机构传动方案计 算 及 说 明 结果2.2.4 数控系统的选择根据机床要求，本着经济耐用的原则，确定采用 8 位机。MCS51 系列单片机主要有三种型号的产品： 8031、8051 和 8751。由于 MCS51 系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑，故对于简单的应用场合，MCS 51 系统的最小系统用一片 8031外扩一片 EPROM 就能满足开环控制的要求。8031 单片机内含 4kb EEPROM 程序存储器，具有功耗低、抗干扰能力强的特点，数据存储器 WM0016DRH 是一种多功能非易失性 SRA
10、M，8031 单片机高速高抗干扰自保持，不怕掉电，上下电百万次数据无丢失，断电保护10 年有效，既可高速连续读写，也可任意地址单字节操作，无需拼凑页面，随机读写不需等待，立即有效，输入输出 TTL/CMOS 兼容，上电复位输出，掉电保护，内置看门狗，电源监测，不用外加电路和电池，且引脚与标准 SRAM 兼容。8031 单片机价格低，使用灵活，其特点具具体如下：（1）具有功能很强的 8 位中央处理单元（CPU） ；（2）片内有时钟发生电路（6MH 或 12MH） ；（3）片内具有 128 字节的 RAM；（4）具有 21 个特殊寄存器。（5）可扩展 64K 字节的外部数据存储器和 64K 字节的
11、外部程序存储器；（6）具有 4 个 I/O 口，32 根 I/O 线；（7）具有 2 个 16 位定时器/计数器；（8）具有 5 个中断源，配备 2 个中断优先级；（9）具有一个全双功串行接口；（10）具有位寻址能力，适用逻辑运算。选用 8031单片机机电一体化课程设计开环控制纵向进给系统设计计算说明书从上述特性可看出这种 8031 芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围器件就可以构成一个完整的微机系统。故应选用 8031 单片机。计 算 及 说 明 结果第 3 章 开环伺服进给系统机械部分设计3.1 确定系统脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/步，横向0.005mm/步。3.2 计算切削力确定切削力（纵车外圆）：主切削力 按经验公式估算：()ZFN1.51.5max0674036DN按切削力各分力比例： zy
