C620普通車床進(jìn)行數(shù)控改造【說(shuō)明書+CAD】,說(shuō)明書+CAD,C620普通車床進(jìn)行數(shù)控改造【說(shuō)明書+CAD】,c620,普通,車床,進(jìn)行,數(shù)控,改造,說(shuō)明書,仿單,cad 摘 要 I 摘 要 針 對(duì) 現(xiàn) 有 常 規(guī) C620 普 遍 車 床 的 缺 點(diǎn) 提 出 數(shù) 控 改 裝 方 案 和 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ， 提 高 加 工 精 度 和 擴(kuò) 大 機(jī) 床 使 用 范 圍 ， 并 提 高 生 產(chǎn) 率 。 本 論 文 說(shuō) 明 了 普 通 車 床 的 數(shù) 控 化 改 造 的 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 ， 較 詳 盡 地 介 紹 了 C620 機(jī) 械 改 造 部 分 的 設(shè) 計(jì) 及 數(shù) 控 系 統(tǒng) 部 分 的 設(shè) 計(jì) 。 采 用 以 8031 為 CPU 的 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 信 號(hào) 進(jìn) 行 處 理 ， 由 I/O 接 口 輸 出 步 進(jìn) 脈 沖 ， 經(jīng) 一 級(jí) 齒 輪 傳 動(dòng) 減 速 后 ， 帶 動(dòng) 滾 動(dòng) 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 縱 向 、 橫 向 的 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 。 改 造 過(guò) 程 如 下 ： （ 1） 機(jī) 械 部 分 的 改 造 ， 包 括 縱 向 進(jìn) 給 方 向 的 改 造 和 橫 向 進(jìn) 給 方 向 的 改 造 。 主 要 包 括 對(duì) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 及 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 計(jì) 算 選 擇 及 縱 向 、 橫 向 機(jī) 構(gòu) 裝 配 圖 方 案 的 制 定 。 （ 2） 電 氣 控 制 部 分 的 設(shè) 計(jì) ， 主 要 包 括 MCS-51 系 列 單 片 機(jī) 及 擴(kuò) 展 芯 片 的 選 用 和 電 氣 控 制 圖 的 設(shè) 計(jì) 。 關(guān) 鍵 詞 ： 數(shù) 控 ， 單 片 機(jī) ， 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 滾 珠 絲 杠 ， 改 造 ABSTRACT II ABSTRACT To remedy the defects of ordinary lather C620, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve production rate。 This paper presents the process of designing numerical control reform， and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。 We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal， and output the step pulse through the I/O interface。 After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。 Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 Reform process as follows:(1)The reformation of machine part, include to enter lengthways to the reformation of the direction with horizontal enter to direction of reformation. Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways, horizontal organization assemble diagram project. (2)The reformation of electricity part, mainly include the choice of MCS-51 family single-chip and expand chip and the design of electric control chart. Key words : numerical control ,single-chip ,stepping motor , ball screw shaft ,reform 目 錄 III 目 錄 摘 要 . ABSTRACT（英文摘要） . 目 錄 . 引 言 . 1 第一章 總體方案的設(shè)計(jì) . 3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) . 3 1.2 總體方案的論證 . 3 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) . 3 1.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) . 4 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) . 4 1.3 總體方案的確定 . 5 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) . 6 2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) . 6 2.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用 . 6 2.1.1.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 . 7 2.1.1.2 車削力的計(jì)算 . 7 2.1.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 . 7 2.1.2 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 . 11 2.1.1.1 脈沖量的計(jì)算 . 11 2.1.1.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 . 11 2.1.1.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 . 12 2.1.1.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 . 12 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)得改造設(shè)計(jì) . 13 2.2.1 橫 向 滾 珠 絲 杠 副 的 選 用 . 13 2.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 . 13 2.2.1.2 車削力的計(jì)算 . 13 目 錄 IV 2.2.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 . 14 2.2.2 橫 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 . 17 2.2.2.1 脈沖量的計(jì)算 . 17 2.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 . 17 2.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 . 18 2.2.2.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 . 18 2.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 . 19 第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) . 22 3.1 單片機(jī)的選擇 . 22 3.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) . 23 3.2.1 環(huán) 形 脈 沖 分 配 器 的 選 擇 . 24 3.2.2 功 率 放 大 器 的 選 用 . 25 3.3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 . 28 結(jié)論 . 30 致謝. 31 參考文獻(xiàn) . 32 引 言 - 1 - 引言 現(xiàn) 代 工 業(yè) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 特 別 是 能 源 部 門 的 需 求 ， 使 高 溫 高 壓 水 廣 泛 應(yīng) 用 于 相 關(guān) 的 領(lǐng) 域 中 ， 對(duì) 國(guó) 民 生 產(chǎn) 和 人 民 生 活 起 著 越 來(lái) 越 重 要 的 作 用 ， 例 如 ： 機(jī) 床 作 為 機(jī) 械 制 造 業(yè) 的 重 要 基 礎(chǔ) 裝 備 ， 它 的 發(fā) 展 一 直 引 起 人 們 的 關(guān) 注 ， 由 于 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 的 興 起 ， 促 使 機(jī) 床 的 控 制 信 息 出 現(xiàn) 了 質(zhì) 的 突 破 ， 導(dǎo) 致 了 應(yīng) 用 數(shù) 字 化 技 術(shù) 進(jìn) 行 柔 性 自 動(dòng) 化 控 制 的 新 一 代 機(jī) 床 數(shù) 控 機(jī) 床 的 誕 生 和 發(fā) 展 。 計(jì) 算 機(jī) 的 出 現(xiàn) 和 應(yīng) 用 ， 為 人 類 提 供 了 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 加 工 工 藝 過(guò) 程 自 動(dòng) 化 的 理 想 手 段 。 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 的 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 也 得 到 迅 速 的 發(fā) 展 和 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 同 時(shí) 使 人 們 對(duì) 傳 統(tǒng) 的 機(jī) 床 傳 動(dòng) 及 結(jié) 構(gòu) 的 概 念 發(fā) 生 了 根 本 的 轉(zhuǎn) 變 。 數(shù) 控 機(jī) 床 以 其 優(yōu) 異 的 性 能 和 精 度 、 靈 捷 而 多 樣 化 的 功 能 引 起 世 人 矚 目 ， 并 開(kāi) 創(chuàng) 機(jī) 械 產(chǎn) 品 向 機(jī) 電 一 體 化 發(fā) 展 的 先 河 。 數(shù) 控 機(jī) 床 是 以 數(shù) 字 化 的 信 息 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床 控 制 的 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ， 它 把 刀 具 和 工 件 之 間 的 相 對(duì) 位 置 ， 機(jī) 床 電 機(jī) 的 啟 動(dòng) 和 停 止 ， 主 軸 變 速 ， 工 件 松 開(kāi) 和 夾 緊 ， 刀 具 的 選 擇 ， 冷 卻 泵 的 起 停 等 各 種 操 作 和 順 序 動(dòng) 作 等 信 息 用 代 碼 化 的 數(shù) 字 記 錄 在 控 制 介 質(zhì) 上 ， 然 后 將 數(shù) 字 信 息 送 入 數(shù) 控 裝 置 或 計(jì) 算 機(jī) ， 經(jīng) 過(guò) 譯 碼 ， 運(yùn) 算 ， 發(fā) 出 各 種 指 令 控 制 機(jī) 床 伺 服 系 統(tǒng) 或 其 它 的 執(zhí) 行 元 件 ， 加 工 出 所 需 的 工 件 。 數(shù) 控 機(jī) 床 與 普 通 機(jī) 床 相 比 ， 其 主 要 有 以 下 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 1. 適 應(yīng) 性 強(qiáng) ， 適 合 加 工 單 件 或 小 批 量 的 復(fù) 雜 工 件 ； 在 數(shù) 控 機(jī) 床 上 改 變 加 工 工 件 時(shí) ， 只 需 重 新 編 制 新 工 件 的 加 工 程 序 ， 就 能 實(shí) 現(xiàn) 新 工 件 加 工 。 2. 加 工 精 度 高 ； 3. 生 產(chǎn) 效 率 高 ； 4. 減 輕 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ， 改 善 勞 動(dòng) 條 件 ； 5. 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 ； 6. 有 利 于 生 產(chǎn) 管 理 的 現(xiàn) 代 化 。 引 言 - 2 - 數(shù) 控 機(jī) 床 已 成 為 我 國(guó) 市 場(chǎng) 需 求 的 主 流 產(chǎn) 品 ， 需 求 量 逐 年 激 增 。 我 國(guó) 數(shù) 控 機(jī) 機(jī) 床 近 幾 年 在 產(chǎn) 業(yè) 化 和 產(chǎn) 品 開(kāi) 發(fā) 上 取 得 了 明 顯 的 進(jìn) 步 ， 特 別 是 在 機(jī) 床 的 高 速 化 、 多 軸 化 、 復(fù) 合 化 、 精 密 化 方 面 進(jìn) 步 很 大 。 但 是 ， 國(guó) 產(chǎn) 數(shù) 控 機(jī) 床 與 先 進(jìn) 國(guó) 家 的 同 類 產(chǎn) 品 相 比 ， 還 存 在 差 距 ， 還 不 能 滿 足 國(guó) 家 建 設(shè) 的 需 要 。 我 國(guó) 是 一 個(gè) 機(jī) 床 大 國(guó) ， 有 三 百 多 萬(wàn) 臺(tái) 普 通 機(jī) 床 。 但 機(jī) 床 的 素 質(zhì) 差 ， 性 能 落 后 ， 單 臺(tái) 機(jī) 床 的 平 均 產(chǎn) 值 只 有 先 進(jìn) 工 業(yè) 國(guó) 家 的 1/10 左 右 ， 差 距 太 大 ， 急 待 改 造 。 舊 機(jī) 床 的 數(shù) 控 化 改 造 ， 顧 名 思 義 就 是 在 普 通 機(jī) 床 上 增 加 微 機(jī) 控 制 裝 置 ， 使 其 具 有 一 定 的 自 動(dòng) 化 能 力 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 定 的 加 工 工 藝 目 標(biāo) 。 隨 著 數(shù) 控 機(jī) 床 越 來(lái) 越 多 的 普 及 應(yīng) 用 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 效 益 為 大 家 所 理 解 。 在 國(guó) 內(nèi) 工 廠 的 技 術(shù) 改 造 中 ， 機(jī) 床 的 微 機(jī) 數(shù) 控 化 改 造 已 成 為 重 要 方 面 。 許 多 工 廠 一 面 購(gòu) 置 數(shù) 控 機(jī) 床 一 面 利 用 數(shù) 控 、 數(shù) 顯 、 PC 技 術(shù) 改 造 普 通 機(jī) 床 ， 并 取 得 了 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 我 國(guó) 經(jīng) 濟(jì) 資 源 有 限 ， 國(guó) 家 大 ， 機(jī) 床 需 要 量 大 ， 因 此 不 可 能 拿 出 相 當(dāng) 大 的 資 金 去 購(gòu) 買 新 型 的 數(shù) 控 機(jī) 床 ， 而 我 國(guó) 的 舊 機(jī) 床 很 多 ， 用 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 改 造 普 通 機(jī) 床 ， 在 投 資 少 的 情 況 下 ， 使 其 既 能 滿 足 加 工 的 需 要 ， 又 能 提 高 機(jī) 床 的 自 動(dòng) 化 程 度 ， 比 較 符 合 我 國(guó) 的 國(guó) 情 。 1984 年 ， 我 國(guó) 開(kāi) 始 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 并 用 于 改 造 舊 機(jī) 床 。 到 目 前 為 止 ， 已 有 很 多 廠 家 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 可 以 預(yù) 料 ， 今 后 ， 機(jī) 床 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 化 改 造 將 迅 速 發(fā) 展 和 普 及 。 所 以 說(shuō) ， 本 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 實(shí) 例 具 有 典 型 性 和 實(shí) 用 性 。 第 一 章 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì) - 3 - 第一章 總體方案的設(shè)計(jì) 1.1 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 本 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 是 對(duì) C620 普 通 車 床 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 。 利 用 單 片 機(jī) 對(duì) 縱 、 橫 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 控 制 ， 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm/脈 沖 ， 橫 向 （ X 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.005mm/脈 沖 ， 驅(qū) 動(dòng) 元 件 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 采 用 滾 珠 絲 杠 副 。 1.2 總 體 方 案 的 論 證 對(duì) 于 普 通 機(jī) 床 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 改 造 ， 在 確 定 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 時(shí) ， 應(yīng) 考 慮 在 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 的 前 提 下 ， 對(duì) 機(jī) 床 的 改 動(dòng) 應(yīng) 盡 可 能 少 ， 以 降 低 成 本 。 1.2.1 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) 為 了 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床 所 要 求 的 分 辨 率 ， 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 經(jīng) 齒 輪 減 速 再 傳 動(dòng) 絲 杠 。 為 了 保 證 一 定 的 傳 動(dòng) 精 度 和 平 穩(wěn) 性 ， 盡 量 減 小 摩 擦 力 ， 選 用 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 。 同 時(shí) ， 為 了 提 高 傳 動(dòng) 剛 度 和 消 除 間 隙 ， 采 用 有 預(yù) 加 負(fù) 載 荷 的 結(jié) 構(gòu) 。 傳 動(dòng) 齒 輪 也 要 采 用 消 除 齒 側(cè) 間 隙 的 結(jié) 構(gòu) 。 此 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 主 要 是 縱 向 進(jìn) 給 和 橫 向 進(jìn) 給 的 改 造 ， 關(guān) 鍵 是 步 進(jìn) 電 機(jī) 和 滾 珠 絲 杠 的 選 用 。 改 進(jìn) 后 的 車 床 簡(jiǎn) 易 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 如 圖 1-1： 第 一 章 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì) - 4 - 圖 1-1 改 進(jìn) 后 的 車 床 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 1.小 刀 架 2.橫 向 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 3.橫 向 滾 珠 絲 桿 4.大 拖 板 5.縱 向 滾 珠 絲 桿 6.縱 向 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 1.2.2伺 服 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計(jì) 數(shù) 控 機(jī) 床 的 伺 服 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 有 開(kāi) 環(huán) 、 半 閉 環(huán) 和 閉 環(huán) 之 分 。 因 為 開(kāi) 環(huán) 控 制 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 設(shè) 計(jì) 制 造 容 易 、 控 制 精 度 較 好 、 容 易 調(diào) 試 、 價(jià) 格 便 宜 、 使 用 維 修 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 所 以 ， 本 設(shè) 計(jì) 決 定 采 用 開(kāi) 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 1.2.3 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì) 任 何 一 個(gè) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 都 由 硬 件 和 軟 件 兩 部 分 組 成 。 硬 件 是 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) ， 性 能 的 好 壞 直 接 影 響 整 體 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 工 作 性 能 。 有 了 硬 件 ， 軟 件 才 能 有 效 地 運(yùn) 行 。 在 設(shè) 計(jì) 的 數(shù) 控 裝 置 中 ， CPU 的 選 擇 是 關(guān) 鍵 ， 選 擇 CPU 應(yīng) 考 慮 以 下 要 素 ： 1.時(shí) 鐘 頻 率 和 字 長(zhǎng) 與 被 控 對(duì) 象 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 和 精 度 密 切 相 關(guān) ； 2. 可 擴(kuò) 展 存 儲(chǔ) 器 的 容 量 與 數(shù) 控 功 能 的 強(qiáng) 弱 相 關(guān) ； 3. I/O 口 擴(kuò) 展 的 能 力 與 對(duì) 外 設(shè) 控 制 的 能 力 相 關(guān) 。 在 我 國(guó) ， 普 通 機(jī) 床 數(shù) 控 改 造 方 面 應(yīng) 用 較 普 遍 的 是 Z80CPU 和 MCS-51 系 列 單 片 機(jī) ， 主 要 是 因 為 它 們 的 配 套 芯 片 便 宜 ， 普 及 性 、 通 用 性 強(qiáng) ， 制 造 和 維 修 方 便 ， 完 全 能 滿 足 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 的 改 造 需 要 。 本 設(shè) 計(jì) 以 8031 芯 片 為 第 一 章 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì) - 5 - 核 心 ， 增 加 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 、 接 口 和 面 板 操 作 開(kāi) 關(guān) 組 成 的 控 制 系 統(tǒng) 。 1.3 總 體 方 案 的 確 定 經(jīng) 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 的 論 證 后 ， 確 定 C620 車 床 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 改 造 方 案 。 C620 車 床 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 部 分 保 留 原 機(jī) 床 的 功 能 ， 即 手 動(dòng) 變 速 。 車 床 的 縱 向 （ Z 軸 ） 和 橫 向 （ X 軸 ） 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 。 將 原 來(lái) 機(jī) 床 的 普 通 絲 杠 改 為 滾 珠 絲 杠 以 減 小 摩 擦 力 。 并 將 8031 單 片 機(jī) 組 成 的 微 機(jī) 作 為 數(shù) 控 裝 置 的 核 心 ， 由 I/O 接 口 、 環(huán) 形 分 配 器 與 功 率 放 大 器 一 起 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 經(jīng) 齒 輪 減 速 后 帶 動(dòng) 滾 珠 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 車 床 的 縱 向 、 橫 向 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 。 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 6 - 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 2.1 縱 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計(jì) 2.1.1縱 向 滾 珠 絲 杠 副 的 選 用 滾 珠 螺 旋 傳 動(dòng) 是 在 絲 杠 和 螺 母 滾 道 之 間 放 人 適 量 的 滾 珠 ， 使 螺 紋 間 產(chǎn) 生 滾 動(dòng) 摩 擦 。 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 帶 動(dòng) 滾 珠 沿 螺 紋 滾 道 滾 動(dòng) 。 螺 母 上 設(shè) 有 返 向 器 ， 與 螺 紋 滾 道 構(gòu) 成 滾 珠 的 循 環(huán) 通 道 。 為 了 在 滾 珠 與 滾 道 之 間 形 成 無(wú) 間 隙 甚 至 有 過(guò) 盈 配 合 ， 可 設(shè) 置 預(yù) 緊 裝 置 。 為 延 長(zhǎng) 工 作 壽 命 ， 可 設(shè) 置 潤(rùn) 滑 件 和 密 封 件 。 滾 珠 螺 旋 傳 動(dòng) 與 滑 動(dòng) 螺 旋 傳 動(dòng) 或 其 它 直 線 運(yùn) 動(dòng) 副 相 比 ， 有 下 列 特 點(diǎn) ： (1) 傳 動(dòng) 效 率 高 一 般 滾 珠 絲 杠 副 的 傳 動(dòng) 效 率 達(dá) 90 95 ， 耗 費(fèi) 能 量 僅 為 滑 動(dòng) 絲 桿 的 1/3。 (2) 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) 滾 動(dòng) 摩 擦 系 數(shù) 接 近 常 數(shù) ， 啟 動(dòng) 與 工 作 摩 擦 力 矩 差 別 很 小 。 啟 動(dòng) 時(shí) 無(wú) 沖 擊 ， 預(yù) 緊 后 可 消 除 間 隙 產(chǎn) 生 過(guò) 盈 ， 提 高 接 觸 剛 度 和 傳 動(dòng) 精 度 。 (3) 工 作 壽 命 長(zhǎng) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 摩 擦 表 面 為 高 硬 度 (HRC5862)、 高 精 度 ， 具 有 較 長(zhǎng) 的 工 作 壽 命 和 精 度 保 持 性 。 壽 命 約 為 滑 動(dòng) 絲 桿 副 的 410 倍 以 上 。 (4) 定 位 精 度 和 重 復(fù) 定 位 精 度 高 由 于 滾 珠 絲 桿 副 摩 擦 小 、 溫 升 小 、 無(wú) 爬 行 、 無(wú) 間 隙 ， 通 過(guò) 預(yù) 緊 進(jìn) 行 預(yù) 拉 伸 以 補(bǔ) 償 熱 膨 脹 。 因 此 可 達(dá) 到 較 高 的 定 位 精 度 和 重 復(fù) 定 位 精 度 。 (5) 同 步 性 好 用 幾 套 相 同 的 滾 珠 絲 桿 副 同 時(shí) 傳 動(dòng) 幾 個(gè) 相 同 的 運(yùn) 動(dòng) 部 件 ， 可 得 到 較 好 的 同 步 運(yùn) 動(dòng) 。 (6) 可 靠 性 高 潤(rùn) 滑 密 封 裝 置 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 維 修 方 便 。 (7) 不 能 自 鎖 用 于 垂 直 傳 動(dòng) 時(shí) ， 必 須 在 系 統(tǒng) 中 附 加 自 鎖 或 制 動(dòng) 裝 置 。 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 7 - (8) 制 造 工 藝 復(fù) 雜 滾 珠 絲 桿 和 螺 母 等 零 件 加 工 精 度 、 表 面 粗 糙 度 要 求 高 ， 故 制 造 成 本 較 高 。 2.1.1.1確 定 系 統(tǒng) 的 脈 沖 當(dāng) 量 在 數(shù) 控 機(jī) 床 中 ， 一 個(gè) 脈 沖 所 產(chǎn) 生 的 坐 標(biāo) 軸 位 移 量 叫 做 脈 沖 當(dāng) 量 ， 通 常 用 表 示 ， 也 稱 機(jī) 床 的 最 小 設(shè) 定 單 位 。 脈 沖 當(dāng) 量 是 衡 量 數(shù) 控 機(jī) 床 加 工 精 度 的 一 個(gè) 基 本 技 術(shù) 參 數(shù) ， 按 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 的 加 工 精 度 選 定 。 本 設(shè) 計(jì) 所 要 求 的 C620 的 脈 沖 當(dāng) 量 為 ： 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm/脈 沖 ， 橫 向 （ X 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.005mm/脈 沖 。 2.1.1.2 車 削 力 的 計(jì) 算 在 設(shè) 計(jì) 機(jī) 床 進(jìn) 給 伺 服 系 統(tǒng) 時(shí) ， 計(jì) 算 傳 動(dòng) 和 導(dǎo) 向 元 件 ， 選 用 伺 服 電 機(jī) 等 都 要 用 到 切 削 力 。 現(xiàn) 我 們 利 用 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 主 切 削 力 。 車 床 的 主 切 削 力 可 用 下 式 計(jì) 算 ：)(NFZ 5.1max670DFZ 式 中 車 床 床 身 加 工 的 最 大 直 徑 單 位 為 mm。maxD 因 C620 床 身 加 工 的 最 大 直 徑 410mm， 則 ： NZ3.624.5.1 按 以 下 比 例 分 別 求 出 分 力 和 ，xFy .0:2:yxF 則 ： ，NFx139y26 2.1.1.3 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 、 計(jì) 算 和 選 型 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 首 先 要 選 擇 機(jī) 構(gòu) 類 型 ： 確 定 滾 軸 循 環(huán) 方 式 ， 滾 珠 絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 式 。 結(jié) 構(gòu) 類 型 確 定 后 ， 再 計(jì) 算 和 確 定 其 他 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱 直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 珠 的 工 作 圈 數(shù) 、 列 數(shù) 、 精 度 等 級(jí) 等 。d0Ljk 本 設(shè) 計(jì) 中 選 擇 滾 珠 循 環(huán) 方 式 為 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 中 的 固 定 式 。 滾 珠 絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 法 選 擇 雙 螺 母 螺 紋 預(yù) 緊 。 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 8 - 圖 2-1 雙 螺 母 螺 紋 調(diào) 隙 式 結(jié) 構(gòu)、 單 螺 母 3平 鍵 4調(diào) 整 螺 母 (1)計(jì) 算 進(jìn) 給 率 牽 引 力 mF 作 用 在 滾 珠 絲 杠 上 的 進(jìn) 給 率 牽 引 力 主 要 包 括 切 削 力 時(shí) 的 走 刀 抗 力 以 及 移 動(dòng) 件 的 重 量 和 切 削 分 力 作 用 在 導(dǎo) 軌 上 的 摩 擦 力 。 因 而 其 數(shù) 值 大 小 和 導(dǎo) 軌 的 形 式 有 關(guān) 。 的 計(jì) 算 公 式 如 下 :mF 縱 向 進(jìn) 給 導(dǎo) 軌 為 三 角 形 ， 則 ： )(GFfKzxmN)803.562(1.03915.( N24 三 角 形 導(dǎo) 軌 選 取 參 數(shù) ： f8,.,. (2)計(jì) 算 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 C 選 用 滾 珠 絲 杠 副 的 直 徑 時(shí) ， 必 須 保 證 在 一 定 軸 向 負(fù) 載 作 用 下 ， 絲 杠0d 在 回 轉(zhuǎn) 100 萬(wàn) 轉(zhuǎn) 后 ， 在 它 的 滾 道 上 不 產(chǎn) 生 點(diǎn) 蝕 現(xiàn) 象 。 這 個(gè) 軸 向 負(fù) 載 的 最 大 值 即 稱 為 該 滾 珠 絲 杠 能 承 受 的 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 。 計(jì) 算 步 驟 如 下 ：C 絲 杠 轉(zhuǎn) 速 其 中 = 0Lnssmin75.060Li126.1rn 壽 命 （ ）610Tr5.056 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 NFjLCMw 13842.133 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 9 - (3)計(jì) 算 最 大 靜 負(fù) 荷 當(dāng) 滾 珠 絲 杠 副 在 靜 態(tài) 或 低 速 （ ） 情 況 下 工 作 時(shí) ， 滾 珠 絲 杠min10r 副 的 破 壞 形 式 主 要 是 在 滾 珠 接 觸 面 上 產(chǎn) 生 變 形 ， 當(dāng) 塑 性 變 形 超 過(guò) 一 定 限 度 就 會(huì) 破 壞 滾 珠 絲 杠 副 的 正 常 工 作 。 一 般 允 許 其 塑 性 變 形 量 不 超 過(guò) 滾 珠 直 徑 的 萬(wàn) 分 之 一 。 產(chǎn) 生 大 的 塑 性 變 形 量 的 負(fù) 載 稱 為 允 許 的 最 大 靜 負(fù) 荷 。 選 取 靜0C 態(tài) 安 全 系 數(shù) =2， 滾 珠 絲 杠 的 最 大 軸 向 負(fù) 荷 故 最 大 靜sf 254maxF 負(fù) 荷 為 ： 。51084max0FC (4)選 擇 滾 珠 絲 杠 副 見(jiàn) 表 2-1 5)傳 動(dòng) 效 率 計(jì) 算 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 傳 動(dòng) 效 率 943.056.742tanta0 表 2-1 滾 珠 絲 杠 副 參 數(shù) 型 號(hào) 公 稱 直 徑m 基 本 導(dǎo) 程 螺 旋 升 角 絲 杠 外 徑 )(m 絲 杠 內(nèi) 徑 額 定 動(dòng) 載 荷 )(N 絲 杠 長(zhǎng) 度m 額 定 靜 載 荷)(N5.3406642o.398.524108240 (6)剛 度 校 核 主 要 校 核 滾 珠 絲 杠 在 工 作 負(fù) 載 和 扭 矩 T 共 同 作 用 下 引 起 的 每 導(dǎo) 程 變mF 形 量 是 否 符 合 絲 杠 精 度 要 求 。L 每 導(dǎo) 程 變 形 量 可 按 以 下 公 式 計(jì) 算L2021LEFLm 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 10 - GJTL0 選 取 )(106.24mNE 221)(8.74mdFEL501 103.06.54402 2218 其 中 ： 441.86mdJ441028.02.5 則 ： 1L45.3.7m4092L/293.61/049. 查 表 所 得 ， 所 選 用 的 級(jí) 絲 杠 精 度 允 許 誤 差 為 ， 滿 足 要 求 。Dm/10 (7) 穩(wěn) 定 性 校 核 機(jī) 床 在 進(jìn) 給 時(shí) 滾 珠 絲 杠 通 常 是 受 軸 向 力 的 一 壓 桿 。 若 軸 向 力 過(guò) 大 ， 將 使 絲 杠 失 去 穩(wěn) 定 而 產(chǎn) 生 翹 曲 ， 所 以 選 用 時(shí) 必 須 進(jìn) 行 穩(wěn) 定 性 校 核 。 如 果 滿 足 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) 大 于 許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ( )， 則 絲 杠 安 全 ， 不 會(huì) 失 穩(wěn) ：knkn)(kmkFpn 式 中 ( )許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 2.5 4。k 絲 杠 失 穩(wěn) 時(shí) 的 臨 界 負(fù) 載 ， 由 ：kp )(l EJpk 式 中 絲 杠 長(zhǎng) 度l 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 11 - 絲 杠 軸 端 系 數(shù) ， 由 支 承 條 件 定 。 截 面 慣 性 矩 ， 對(duì) 實(shí) 心 圓J 416dJ 對(duì) 于 水 平 絲 杠 要 考 慮 自 重 影 響 可 取 ( ) 4。kn 將 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 代 入 上 式 中 可 得 Npk 1576)120(.86.42 457kknn 絲 杠 不 會(huì) 失 穩(wěn) 。 2.1.2 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 2.1.2.1脈 沖 量 的 選 擇 初 選 三 相 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 角 為 ， 當(dāng) 三 相 六 拍 （ 1 205.17 相 勵(lì) 磁 ） 運(yùn) 行 時(shí) ， 步 距 角 其 妹 轉(zhuǎn) 脈 沖 數(shù)075.rpS48.360 脈 沖 當(dāng) 量 ： 由 此 可 得 中 間 齒 輪 傳 動(dòng) 比 為pm01. i25.1480.6SLi 2.1.2.2等 效 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 計(jì) 算 1.空 載 時(shí) 的 摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 LFTmis 046.25.1806.2 2.車 削 加 工 時(shí) 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 LFWTSiyxL 5.125.80.6.39 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 12 - 2.1.2.3等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 計(jì) 算 1.滾 珠 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 SJ 23440 07.32185.7.32 mldJS 2.拖 板 運(yùn) 動(dòng) 慣 量 換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 JiLgWJw 522 1076.45.106.8.91 3.大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 gJ 選 取 大 齒 輪 齒 數(shù) ， 小 齒 輪 齒 數(shù) ， 模 數(shù) 。452Z31Zm242 056.285.709.3bdJg 4.小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 1gJ 23441 041.32185.70.32 mbdJg 換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 總 慣 性 負(fù) 載 LJ21iJJsgwgL 2 203. 5.1 0376.047.4m 2.1.2.4步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 型 號(hào) 的 選 擇 已 知 初 選 步 進(jìn) 電 機(jī) 型 號(hào) 為 110BF003，TL5. 2310.mJL 步 距 角 三 相 六 拍 。 其 中 最 大 靜 扭 矩 ， 轉(zhuǎn) 子 慣 量07. T8ax ， 由 此 可 得 ：23186mkgJm , 5.018.axTL 235.01.62mLJ 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 13 - 14maxTJL 經(jīng) 驗(yàn) 算 可 知 電 動(dòng) 機(jī) 合 格 。 110BF003 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 外 觀 圖 及 矩 頻 特 性 圖 如 圖 2.2： 外型圖: 圖 2-2 110BF003 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 外 觀 圖 及 矩 頻 特 性 圖 2.2 橫 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計(jì) 2.2.1橫 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 用 橫 向 進(jìn) 給 方 向 的 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 同 縱 向 方 向 相 同 。 2.2.1.1確 定 系 統(tǒng) 的 脈 沖 當(dāng) 量 橫 向 （ X 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.005mm/脈 沖 。 2.2.1.2車 削 力 的 計(jì) 算 車 床 的 主 切 削 力 可 用 下 式 計(jì) 算 ：)(NFZ 5.1max670DFZ 式 中 車 床 刀 架 加 工 的 最 大 直 徑 單 位 為 mm。maxD 因 C620 床 身 加 工 的 最 大 直 徑 210mm， 則 ： NZ2039.5.1 按 以 下 比 例 分 別 求 出 分 力 和 ，xFy 4:0:yxF 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 14 - 則 : ，NFx510y6.815 2.2.1.3滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 、 計(jì) 算 和 選 型 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計(jì) 首 先 要 選 擇 機(jī) 構(gòu) 類 型 ： 確 定 滾 軸 循 環(huán) 方 式 ， 滾 珠 絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 式 。 結(jié) 構(gòu) 類 型 確 定 后 ， 再 計(jì) 算 和 確 定 其 他 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱 直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 珠 的 工 作 圈 數(shù) 、 列 數(shù) 、 精 度 等 級(jí) 等 。d0Ljk 本 設(shè) 計(jì) 中 選 擇 滾 珠 循 環(huán) 方 式 為 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 中 的 固 定 式 。 滾 珠 絲 杠 副 的 預(yù) 緊 方 法 選 擇 雙 螺 母 螺 紋 預(yù) 緊 。 (1)計(jì) 算 進(jìn) 給 率 牽 引 力 mF 作 用 在 滾 珠 絲 杠 上 的 進(jìn) 給 率 牽 引 力 主 要 包 括 切 削 力 時(shí) 的 走 刀 抗 力 以 及 移 動(dòng) 件 的 重 量 和 切 削 分 力 作 用 在 導(dǎo) 軌 上 的 摩 擦 力 。 因 而 其 數(shù) 值 大 小 和 導(dǎo) 軌 的 形 式 有 關(guān) 。 的 計(jì) 算 公 式 如 下 :mF 橫 向 進(jìn) 給 導(dǎo) 軌 為 燕 尾 形 ， 則 ： )2( GFfKFxzymN6.1873)6051039.54 燕 尾 形 導(dǎo) 軌 選 取 參 數(shù) ： GfK0,2.,4.1 (2)計(jì) 算 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 C 選 用 滾 珠 絲 杠 副 的 直 徑 時(shí) ， 必 須 保 證 在 一 定 軸 向 負(fù) 載 作 用 下 ， 絲 杠0d 在 回 轉(zhuǎn) 100 萬(wàn) 轉(zhuǎn) 后 ， 在 它 的 滾 道 上 不 產(chǎn) 生 點(diǎn) 蝕 現(xiàn) 象 。 這 個(gè) 軸 向 負(fù) 載 的 最 大 值 即 稱 為 該 滾 珠 絲 杠 能 承 受 的 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 。 計(jì) 算 步 驟 如 下 ：C 絲 杠 轉(zhuǎn) 速 其 中 = 0Lnssmin6.050Li125.rn 壽 命 （ ）610Tr6 8.006 最 大 動(dòng) 負(fù) 荷 MwFfLC3 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 15 - 6216.8735.03 (3)計(jì) 算 最 大 靜 負(fù) 荷 當(dāng) 滾 珠 絲 杠 副 在 靜 態(tài) 或 低 速 （ ） 情 況 下 工 作 時(shí) ， 滾 珠 絲 杠min10r 副 的 破 壞 形 式 主 要 是 在 滾 珠 接 觸 面 上 產(chǎn) 生 變 形 ， 當(dāng) 塑 性 變 形 超 過(guò) 一 定 限 度 就 會(huì) 破 壞 滾 珠 絲 杠 副 的 正 常 工 作 。 一 般 允 許 其 塑 性 變 形 量 不 超 過(guò) 滾 珠 直 徑 的 萬(wàn) 分 之 一 。 產(chǎn) 生 大 的 塑 性 變 形 量 的 負(fù) 載 稱 為 允 許 的 最 大 靜 負(fù) 荷 。 選 取 靜0C 態(tài) 安 全 系 數(shù) =2， 滾 珠 絲 杠 的 最 大 軸 向 負(fù) 荷 故 最 大 靜sf 6.1873maxF 負(fù) 荷 為 2.46.18732max0FfCs (4)選 擇 滾 珠 絲 杠 副 表 2-2 滾 珠 絲 杠 副 參 數(shù) 型 號(hào) 公 稱 直 徑m 基 本 導(dǎo) 程 螺 旋 升 角 絲 杠 外 徑 )(m 絲 杠 內(nèi) 徑 額 定 動(dòng) 載 荷 )(N 絲 杠 長(zhǎng) 度m 額 定 靜 載 荷)(N5.2034.192.71650283160 (5)傳 動(dòng) 效 率 計(jì) 算 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 傳 動(dòng) 效 率 965.082.743tanta0 (6)剛 度 校 核 主 要 校 核 滾 珠 絲 杠 在 工 作 負(fù) 載 和 扭 矩 T 共 同 作 用 下 引 起 的 每 導(dǎo) 程 變mF 形 量 是 否 符 合 絲 杠 精 度 要 求 。L 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 16 - 每 導(dǎo) 程 變 形 量 可 按 以 下 公 式 計(jì) 算L2021LEFLmGJT0 選 取 )(106.24mNE 221)(3.4dFmEL401 10.6.5873302 2125 其 中 ： 4341.6mdJ m351064.2.0.8267 則 1L34.m302mL/02.51 /46. 查 手 冊(cè) 所 得 ， 所 選 用 的 級(jí) 絲 杠 精 度 允 許 誤 差 為 ， 滿 足 要 求 。G/60 (7) 穩(wěn) 定 性 校 核 機(jī) 床 在 進(jìn) 給 時(shí) 滾 珠 絲 杠 通 常 是 受 軸 向 力 的 一 壓 桿 。 若 軸 向 力 過(guò) 大 ， 將 使 絲 杠 失 去 穩(wěn) 定 而 產(chǎn) 生 翹 曲 ， 所 以 選 用 時(shí) 必 須 進(jìn) 行 穩(wěn) 定 性 校 核 。 如 果 滿 足 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) 大 于 許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ( )， 則 絲 杠 安 全 ， 不 會(huì) 失 穩(wěn) ：knkn)(mkFpn 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 17 - 式 中 ( )許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 2.5 4。kn 絲 杠 失 穩(wěn) 時(shí) 的 臨 界 負(fù) 載 ， 由 ：p )(lEJpk 式 中 絲 杠 長(zhǎng) 度l 絲 杠 軸 端 系 數(shù) ， 由 支 承 條 件 定 。 截 面 慣 性 矩 ， 對(duì) 實(shí) 心 圓J 416dJ 對(duì) 于 水 平 絲 杠 要 考 慮 自 重 影 響 可 取 ( ) 4。kn 將 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 代 入 上 式 中 可 得 Npk 72362 102.)801(. )(6.73kk nn 絲 杠 不 會(huì) 失 穩(wěn) 。 2.2.2 橫 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 選 用 2.2.2.1脈 沖 量 的 選 擇 初 選 三 相 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 角 為 ， 當(dāng) 三 相 六 拍 （ 1 2 相 勵(lì)05.17 磁 ） 運(yùn) 行 時(shí) ， 步 距 角 其 妹 轉(zhuǎn) 脈 沖 數(shù) ：075. rpS48075.360 初 選 脈 沖 當(dāng) 量 ： 由 此 可 得 中 間 齒 輪 傳 動(dòng) 比 為pm. i08.2405.SLi 2.2.2.2等 效 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 計(jì) 算 1.空 載 時(shí) 的 摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 LFT 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 18 - mLiTsLF 017.8.024.56.2 2.車 削 加 工 時(shí) 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 LTiWSyxL 29.08.0248.561.51 2.2.2.3等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 計(jì) 算 1.滾 動(dòng) 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 SJ 23440 034.28.105.7.32 mldJS 2.拖 板 運(yùn) 動(dòng) 慣 量 換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 wJiLgWJw 522 1089.4.05.8.960 3.大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 2gJ 選 取 大 齒 輪 齒 數(shù) ， 小 齒 輪 齒 數(shù) ， 模 數(shù) 。50Z21Zm234242 07.85.70.3bdJg 4.小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 1gJ 23441 08.32185.70.32 mbdJg 換 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 總 慣 性 負(fù) 載 LJ21)(iJJsgwgL2 2076. 48.0)3.07.(89.m 2.2.2.4步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 型 號(hào) 的 選 擇 已 知 初 選 步 進(jìn) 電TL9. 25240.076.2mkgmJL 機(jī) 型 號(hào) 為 90BF002， 步 距 角 三 相 六 拍 。 其 中 最 大 靜 扭 矩5 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 19 - ， 轉(zhuǎn) 子 慣 量 ， 由 此 可 得 ：mT92.3max 251064.7mkgJm ,.92.30axTL 25.0164.78LJ41maxT 經(jīng) 驗(yàn) 算 可 知 電 動(dòng) 機(jī) 合 格 。 電 動(dòng) 機(jī) 外 形 圖 及 矩 頻 圖 如 圖 2-3： 圖 2-3 110BF003 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 外 觀 圖 及 矩 頻 特 性 圖 2.3 齒 輪 傳 動(dòng) 間 隙 的 調(diào) 整 在 橫 向 進(jìn) 給 和 縱 向 進(jìn) 給 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 和 滾 珠 絲 杠 間 都 是 通 過(guò) 一 對(duì) 減 速 直 齒 輪 傳 動(dòng) 的 ， 這 就 要 求 我 們 對(duì) 齒 輪 的 傳 動(dòng) 間 隙 進(jìn) 行 調(diào) 整 。 常 用 的 直 齒 輪 調(diào) 整 齒 側(cè) 間 隙 的 方 法 有 以 下 幾 種 。 (1)偏 心 套 (軸 )調(diào) 整 法 如 圖 2-4 所 示 ， 將 相 互 嚙 合 的 一 對(duì) 齒 輪 中 的 一 個(gè) 齒 輪 4 裝 在 電 機(jī) 輸 出 軸 上 ， 并 將 電 機(jī) 2 安 裝 在 偏 心 套 1(或 偏 心 軸 )上 ， 通 過(guò) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 偏 心 套 (偏 心 軸 )的 轉(zhuǎn) 角 ， 就 可 調(diào) 節(jié) 兩 嚙 合 齒 輪 的 中 心 距 ， 從 而 消 除 圓 柱 齒 輪 正 、 反 轉(zhuǎn) 時(shí) 的 齒 側(cè) 間 隙 。 特 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 但 其 側(cè) 隙 不 能 自 動(dòng) 補(bǔ) 償 。 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 20 - 圖 2-4 偏 心 套 式 間 隙 消 除 機(jī) 構(gòu) 1偏 心 套 2電 動(dòng) 機(jī) 3減 速 箱 4、 5減 速 齒 輪 (2) 軸 向 墊 片 調(diào) 整 法 如 圖 2-5 所 示 ， 齒 輪 1 和 2 相 嚙 合 ， 其 分 度 圓 弧 齒 厚 沿 軸 線 方 向 略 有 錐 度 ， 這 樣 就 可 以 用 軸 向 墊 片 3 使 齒 輪 2 沿 軸 向 移 動(dòng) ， 從 而 消 除 兩 齒 輪 的 齒 側(cè) 間 隙 。 裝 配 時(shí) 軸 向 墊 片 3 的 厚 度 應(yīng) 使 得 齒 輪 1 和 2 之 間 既 齒 側(cè) 間 隙 小 ， 運(yùn) 轉(zhuǎn) 又 靈 活 。 特 點(diǎn) 同 偏 心 套 (軸 )調(diào) 整 法 。 圖 2-5 圓 柱 齒 輪 軸 向 墊 片 間 隙 消 除 機(jī) 構(gòu) (3) 雙 片 薄 齒 輪 錯(cuò) 齒 調(diào) 整 法 這 種 消 除 齒 側(cè) 間 隙 的 方 法 是 將 其 中 一 個(gè) 做 成 寬 齒 輪 ， 另 一 個(gè) 用 兩 片 薄 齒 輪 組 成 。 采 取 措 施 使 一 個(gè) 薄 齒 輪 的 左 齒 側(cè) 和 另 一 個(gè) 薄 齒 輪 的 右 齒 側(cè) 分 別 緊 貼 在 寬 齒 輪 齒 槽 的 左 、 右 兩 側(cè) ， 以 消 除 齒 側(cè) 間 隙 ， 反 向 時(shí) 不 會(huì) 出 現(xiàn) 死 區(qū) ， 具 體 調(diào) 整 措 施 如 下 ： 第 二 章 機(jī) 械 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) - 21 - 周 向 彈 簧 式 (圖 2-6) 在 兩 個(gè) 薄 片 齒 輪 2 和 4 上 各 開(kāi) 了 幾 條 周 向 圓 弧 槽 ， 并 在 齒 輪 3 和 4 的 端 面 上 有 安 裝 彈 簧 2 的 短 柱 1。 在 彈 簧 2 的 作 用 下 使 薄 片 齒 輪 3 和 4 錯(cuò) 位 而 消 除 齒 側(cè) 間 隙 。 這 種 結(jié) 構(gòu) 形 式 中 的 彈 簧 2 的 拉 力 必 須 足 以 克 服 驅(qū) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 才 能 起 作 用 。 因 該 方 法 受 到 周 向 圓 弧 槽 及 彈 簧 尺 寸 限 制 ， 故 僅 適 用 于 讀 數(shù) 裝 置 而 不 適 用 于 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 。 可 調(diào) 拉 簧 式 (圖 2-7) 在 兩 個(gè) 薄 片 齒 輪 1 和 2 上 裝 有 凸 耳 3， 彈 簧 的 一 端 鉤 在 凸 耳 3 上 ， 另 一 端 鉤 在 螺 釘 7 上 。 彈 簧 4 的 拉 力 大 小 可 用 螺 母 5 調(diào) 節(jié) 螺 釘 7 的 伸 出 長(zhǎng) 度 ， 調(diào) 整 好 后 再 用 螺 母 6 鎖 緊 。 本 設(shè) 計(jì) 所 選 用 的 是 雙 片 薄 齒 輪 錯(cuò) 齒 調(diào) 整 法 中 的 可 調(diào) 拉 簧 式 。 由 此 就 可 以 將 縱 向 及 橫 向 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 裝 配 圖 設(shè) 計(jì) 并 畫 出 ， 具 體 請(qǐng) 見(jiàn) 圖 紙 。 圖 2-6 薄 片 齒 輪 周 向 拉 簧 錯(cuò) 齒 調(diào) 隙 機(jī) 構(gòu) 圖 2-7 可 調(diào) 拉 簧 式 調(diào) 隙 第 三 章 電 氣 控 制 部 分 的 設(shè) 計(jì) - 22 - 第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) 在 這 一 部 分 我 們 采 用 MCS-51 系 列 單 片 機(jī) 控 制 主 控 系 統(tǒng) ， 51 系 列 相 對(duì) 48 系 列 指 令 更 豐 富 ， 相 對(duì) 96 系 列 價(jià) 格 更 便 宜 ， 51 系 列 中 ， 是 無(wú) ROM 的 8051， 8751 是 用 EPROM 代 替 ROM 的 8051。 目 前 ， 工 控 機(jī) 中 應(yīng) 用 最 多 的 是 8031 單 片 機(jī) 。 本 設(shè) 計(jì) 以 8031 芯 片 為 核 心 ， 增 加 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 、 接 口 和 面 板 操 作 開(kāi) 關(guān) 組 成 的 控 制 系 統(tǒng) 。 3.1單 片 機(jī) 的 選 擇 圖 3-1 8031 引 腳 圖 本 設(shè) 計(jì) 選 用 8031 芯 片 ， 片 內(nèi) 無(wú) ROM 或 者 EPROM， 使 用 時(shí) 必 須 配 置 外 部 的 程 序 存 儲(chǔ) 器 EPROM。 本 設(shè) 計(jì) 選 用 了 27128 擴(kuò) 展 其 空 間 ， 8031 的 引 腳 分 3 大 功 能 ： （ 1） I/O 口 線 P0,P1,P2,P3 共 4 個(gè) 八 位 口 。 （ 2） 控 制 口 線 PSEN(片 外 取 指 控 制 )、 ALE（ 地 址 鎖 存 控 制 ） 、 EA（ 片 外 存 儲(chǔ) 器 選 擇 ） 、 RESET（ 復(fù) 位 控 制 ） 。 第 三 章 電 氣 控 制 部 分 的 設(shè) 計(jì) - 23 - （ 3） 電 源 和 時(shí) 鐘 。 8031 最 小 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 。 8031 內(nèi) 部 不 帶 ROM， 需 要 外 接 EPROM 作 為 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 。 又 因 為 8031 在 外 接 程 序 存 儲(chǔ) 器 或 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) 地 址 的 低 8 位 信 息 和 數(shù) 據(jù) 信 息 分 時(shí) 送 出 ， 故 還 需 要 采 用 一 片 6264 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 儲(chǔ) 存 數(shù) 據(jù) 。 這 樣 ， 一 片 27128EPROM 和 一 片 6264 組 成 了 一 個(gè) 最 小 的 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 。 圖 3-2 系 統(tǒng) 存 儲(chǔ) 器 3.2步 進(jìn) 電 機(jī) 的 驅(qū) 動(dòng) 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 運(yùn) 行 特 性 與 配 套 使 用 的 驅(qū) 動(dòng) 電 源 有 密 切 關(guān) 系 。 驅(qū) 動(dòng) 電 源 由 脈 沖 分 配 器 、 功 率 放 大 器 組 成 ， 驅(qū) 動(dòng) 電 源 是 將 變 頻 信 號(hào) 源 送 來(lái) 的 脈 沖 信 號(hào) 及 方 向 信 號(hào) 按 要 求 的 配 電 方 式 自 動(dòng) 的 循 環(huán) 供 給 電 機(jī) 各 組 繞 組 ， 以 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 正 反 向 旋 轉(zhuǎn) 。 第 三 章 電 氣 控 制 部 分 的 設(shè) 計(jì) - 24 - 3.2.1環(huán) 形 脈 沖 分 配 器 的 選 擇 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 各 組 繞 組 必 須 按 一 定 的 順 序 通 電 才 能 正 常 工 作 。 這 種 使 電 機(jī) 繞 組 的 通 電 順 序 按 一 定 規(guī) 律 變 化 的 部 分 稱 為 脈 沖 分 配 器 ， 又 稱 環(huán) 形 脈 沖 分 配 器 。 所 以 不 同 相 的 電 機(jī) 應(yīng) 選 用 不 同 的 環(huán) 形 分 配 器 。 本 設(shè) 計(jì) 中 所 選 用 的 電 機(jī) ， 縱 向 部 分 為 110BF003 三 相 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 與 其 相 配 的 環(huán) 形 脈 沖 分 配 器 為 CH250， 其 管 腳 圖 見(jiàn) 圖 3-3： 圖 3-3 CH250 管 腳 圖 CH250 有 A、 B、 C 三 個(gè) 輸 出 端 ， 當(dāng) 輸 入 端 CL 或 EN 加 上 時(shí) 鐘 脈 沖 后 ， 輸 出 波 形 將 符 合 三 相 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 要 求 ， 輸 出 電 流 能 力 為 0.5mA， 經(jīng) 推 動(dòng) 級(jí) 、 驅(qū) 動(dòng) 級(jí) 放 大 后 即 可 驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 繞 組 。 CH250 在 供 三 相 六 拍 步 進(jìn) 電 機(jī) 工 作 時(shí) ， 線 路 中 的 接 線 見(jiàn) 圖 3-4： 圖 3-4 三 相 六 拍 時(shí) CH250 接 線 圖 第 三 章 電 氣 控 制 部 分 的 設(shè) 計(jì) - 25 - 橫 向 部 分 為 90BF002 五 相 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 與 其 相 配 的 環(huán) 形 脈 沖 分 配 器 為 PMM8714， 其 管 腳 圖 見(jiàn) 圖 3-5。 3.2.2功 率 放 大 器 的 選 用 從 計(jì) 算 機(jī) 輸 出 口 或 從 環(huán) 形 分 配 器 輸 出 的 信 號(hào) 脈 沖 電 流 一 般 只 有 幾 個(gè) 毫 安 ， 不 能 直 接 驅(qū) 動(dòng) 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 必 須 采 用 功 率 放 大 器 將 脈 沖 電 流 進(jìn) 行 放 大 ， 使 其 增 大 到 幾 至 十 幾 安 培 ， 從 而 驅(qū) 動(dòng) 步 進(jìn) 電 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 所 使 用 的 功 率 放 大 器 有 電 壓 型 和 電 流 型 。 電 壓 型 又 有 單 電 壓 型 、 雙 電 壓 型 （ 高 低 壓 型 ） 。 電 流 型 中 有 恒 流 驅(qū) 動(dòng) 、 斬 波 驅(qū) 動(dòng) 等 。 圖 3-5 PMM8714 管 腳 圖 (1) 單 電 壓 功