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1、序言面对日趋激烈的竞争形势，企业只有不断开发适销对路的新产品，才能保持其旺盛的生命力，而与有高精密，柔性化，高效率的特点的现代自动化制造系统是企业开发和创新产品的保证。我国是一个工业化相对落后的地区，虽拥有大量的机械加工设备，但不能适应制造业多品种、小批量的生产方式。所以，加工中心数控系统等加工设备为大多数制造商所亲睐，但不菲的价格成为企业创新的瓶颈。目前最经济的方法就是对我国现有车床进行数控改造，这样不但会大大改变现状而且成本低，而且周期短有利于加工工业的发展。设计任务：1、利用计算机（8086）对纵向（或横向，其一即可）进给系统进行开环控制。2、对C616普通机床进行相应改造，传动系统采用
2、滚珠丝杠。设计要求：1、机械部分改造与计算（一）、切削力的计算（二）、滚珠丝杠的计算选型（三）、齿轮及转矩的计算（四）、步进电机的计算选型2、控制系统与零件（一）、CPU 8086（二）、8255 8259（三）、驱动（功率放大器）3、控制系统软件（一）、主程序（二）、脉冲环分（三）、直线插补机床改造结构示意图机械设计部分经济型数控机床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动，步进电机的位置可放在丝杠的任一端。对车床改造来说，外观不能像产品设计要求的那么高，从而改造方便。从实用方便来考虑，一般都把步进电机放在纵向丝杠的左端。一、机电一体化对机械部分的要求：1、低
3、摩擦导轨（滚动摩擦）精密丝杠（滚珠丝杠）。2、无传动间隙（用丝杠螺母副消除间隙）。3、高刚度4、高谐振频率5、低惯性（以提高稳定性和响应特性）。二、设计已知条件：1:、工作台重量W=800N2、起重动加速时间T=50ms3、脉冲当量=0.01mm/step（纵向）4、快速进给速度Vmax=2m/min（纵向）5、工作台行程L=640mm6、主轴电机功率N=4kw7、机床定位精度 0.02mm/300mm8、切削进给速度 （纵向）三、机械设计计算：1、切削计算由机床设计手册可知，切削功率Pc=PK式中P-电机功率，查机床说明书，P=4KW；-主传动系统总效率，一般为0.70.85取=0.75；K
4、-进给系统功率系数，取为K=0.96。则：Pc=40.750.96=2.88KW切削功率应按在各种加工条件下经常遇到的最大切削力和最大切削转速计算，即：3c1060-=VPFz按最大切削速度计算，取V=100m/min。则主切削力：NVPcFZ172810088.26000060000=由机床设计手册可知，在外圆车削时Fx=（0.10.55）FzFy=（0.150.65）Fz取纵向切削分力Fx=0.5Fz=0.51728=864N横向切削分力Fy=0.6Fz=0.61728=1036.8N2、滚珠丝杠设计计算由机械零件设计手册可知，该方案选用双圆弧型面、外循环、双螺母垫片式预紧。1）最大工作载
5、荷Fm的计算可根据机床设计手册中进给牵引力的经验公式计算，纵向为三角形导轨，则：Fm=KFx +f（Fz+G）式中Fx切削分力G移动部件的重量，G=800Nf 导轨上的摩擦系数，f=0.150.18，取f=0.16K考虑颠覆力矩影响的实验系数，K=1.15则Fm=1.15864+0.16(1728+800)=1398.08N2） 最大动载荷C的计算由机械零件设计手册可知最大动载荷C=其中 t =， n=式中t寿命，以为1单位 n丝杠转速滚珠丝杠导程，初选=6mm最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度1/31/2，本机床取1/2载荷系数 由平稳或轻度冲击 取=1.2硬度系数 由HRC58 取=
6、1T使用寿命，按15000h计算则 n=r/mm=50 r/mm t =万r=45万r则 C= =N =5967.4N3）规格型号的初选初选滚珠丝杠副的规格，应使其额定动载荷当滚珠丝杠副在静态或低速状态下长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷（23）Fm查机械零件设计手册选丝杠型号：CDM2506-3具体相关参数如下：公称直径/mm导程/mm钢球直径/mm丝杠外径/mm螺纹小径/mm额定载荷/N接触刚度/（N/）2563.96924.520.91477834423898螺母安装连接尺寸：DBhLCAM507663115.81061104273M64）根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为
7、：=0.963式中摩擦角，=10螺旋升角，根据 tan=，可得=5）刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和转矩的作用，将引起导程的变化，因滚珠丝杠受转矩时引起的导程变化很小，可忽略不计，所以工作负载引起的导程变化量为=式中 E丝杠材料的弹性模量，对于钢，取E=20.6MPa（20.6N/）A滚珠丝杠的截面积，按丝杠螺纹底径确定d，即d=20.9mm=2.09cm A=3.43滚珠丝杠导程，=6mm=0.6cm其中“+”用于拉伸时，“”用于压缩时。= = =11.87cm 滚珠丝杠受转矩引起的导程变化量很小，可以忽略不计，每米丝杠长度上螺距变形=19.78/m选精度等级为四级，由机械零件设计手册得4级
8、，精度丝杠允许的螺距误差为27.5/m，19.78/m =1398.08N所以满足稳定性要求。3、齿轮传动比式中步进电动机步距角，初选=0.75/step滚珠丝杠导程，取=6mm-脉冲当量，取=0.01mm/step得=0.8可选定齿轮齿数为 由于进给运动齿轮受力不大，且根据优先选用第一系列的原则，取模数m=2.5mm小齿轮分度圆直径 =m=282.5mm=70mm大齿轮分度圆直径 =m=352.5mm=87.5mm由于齿轮传动只要求传递扭矩，故取大、小齿轮齿宽分别为=28mm，=33mm。齿顶圆直径 =70+2=72mm =87.5+2=89.5mm中心距 a=78.75mm4、电机1）等效
9、转动惯量计算折算到电动机轴上的转动惯量按下式估算 =化算得=+【】式中，折算到电动机轴上的转动惯量（） 齿轮的转动惯量（） 齿轮的转动惯量（） 滚珠丝杠的转动惯量（） g重力加速度对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量按下式估算J=7.8式中 D圆形零件直径 L零件轴向长度齿轮的转动惯量：=7.83.3=6.18=7.82.8=12.80丝杠的转动惯量：Js=7.868.8=2.10=6.18+【12.80+2.10+】 =16.182）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩最大切削负载时所需力矩快速进给时所需力矩M=MfM0式中Mamax快速空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；Mf折算到电机
10、轴上的摩擦力矩；M0由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；Mat切削时折算到电机轴上的加速度力矩；Mt折算到电机轴上的切削负载力矩。Ma=Nm当n=时Mamax=Ma=416.7r/min （i=1.25）当n=时Ma=Mat=62.5r/min摩擦力矩：Mf=式中摩擦力（由工作台重量引起）进给系统的效率中型机为0.750.8取=0.8轨道摩擦系数取=0.16附加摩擦力矩：式中，预加载荷，一般为最大轴向载荷的1/3.当=0.9时预加载荷=Fx则：所以,快速空载启动时所需力矩：=140.4612.235.23=157.92N切削时所需力矩：=21.0712.235.2382.54=1
11、21.07N快速进给时所需力矩：M=MfM0=12.235.23=17.46N由以上分析计算可知：所需最大力矩Mmax发生在快速空载启动时Mmax=157.92N=1.5792N.m3）步进电机选择启动力矩一般启动力矩选取为：式中Mq-电动机启动力矩；Mmax-电动机最大力矩。电机采用三相六拍式，启动力矩与最大静转矩关系由以上选型及计算，最终选用110BF003型电动机相关参数：电压 80V 最大静转矩 800 最大空载启动频率 1500 外径：110mm 长度：160mm 轴颈11mm 步距角：0.75/step电气部分设计微型计算机的应用已经深入到机床数控系统，在本设计中所谓经济型计算机数
12、控是采用八位微机系统与步进电机驱动系统租场开环两坐标进给的简易数控系统。电气部分设计包括硬件电路的设计和软件设计两部分。一、数控系统的硬件电路设计硬件是数控系统的基础，其性能的好坏直接影响整个系统的工作性能，有了硬件软件才能有效地进行。数控系统的基本硬件电路由以下几部分组成：控制器、存储器、接口电路、光电隔离电路、功率放大器。1、控制器：本系统选用8086cpu系统作为数控系统的控制器件。 般计算机的性能指标有速度、字长、内存的大小、软件配置等。8086一般有cpu、I/O电路、存储器三部分组成。时钟脉冲频率是计算机工作速度的主要因素，8086cpu的时钟频率为10MHZ。2、存储器20位的地址在CPU内可寻址，1M字节的内存空间，而机构内的存储器是16位的，只能寻址64k字节，8086系统把1M存储空间系统分成16个逻辑段，每个逻辑段允许在存储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、连续排列、断续排列非常灵活。在整个存储空间中可以设置若干个逻辑段，对任意一个物理地址可以
