數(shù)控機床進給系統(tǒng)設(shè)計書Y軸.doc
《數(shù)控機床進給系統(tǒng)設(shè)計書Y軸.doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《數(shù)控機床進給系統(tǒng)設(shè)計書Y軸.doc(23頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
前言 隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展,機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的提高。產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷的加快。因此對機床不僅要求迅速適應(yīng)產(chǎn)品零件的換代有教高的精度和生產(chǎn)率,而且應(yīng)有教高的精度和生產(chǎn)率,生產(chǎn)的需要促使數(shù)控機床的產(chǎn)生。隨著電子技術(shù),特別是計算機技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機床迅速發(fā)展起來。數(shù)控機床的進一步設(shè)計的必要性可以解決形狀復雜小批零件的加工問題,穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是由于受其它條件的限制,例如價格、精度等問題。所以設(shè)計改造數(shù)控機床的進給系統(tǒng)是刻不容緩的。數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計,其中包括進給系統(tǒng)的軸向負載計算,導軌的設(shè)計與選型,滾珠絲杠螺母副的選型計算,進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析誤差計算,驅(qū)動電動機的選型計算,驅(qū)動電動機與滾珠絲杠的連接等等。 通過這次綜合課程設(shè)計,可以達到以下目的:1、培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力;2、強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力;3、使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學研究工作的基本訓練,提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力;4、培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟觀點,理論聯(lián)系實際的工作作風,嚴肅認真的科學態(tài)度。 一、進給伺服系統(tǒng)概述 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖所示: 數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng) 由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務(wù)不同,它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同,但通??筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行;速度范圍寬;具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性;快速響應(yīng)并無超調(diào);高精度;低速大轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求: (1)從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動要小,尤其在低速如0.1r /min或更低速時,仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 (2)電機應(yīng)具有大的較長時間的超載能力,以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)超載4-6倍而不損壞。 (3)為了滿足快速響應(yīng)的要求,電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力,才能保證電機可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 (4)電機應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)回饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID,使用靈活,柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進伺服性能的措施,使控制精度和質(zhì)量大大提高。 進給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和死循環(huán)系統(tǒng)。死循環(huán)控制方式通常是具有位置回饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同,死循環(huán)系統(tǒng)又分為半死循環(huán)系統(tǒng)和全死循環(huán)系統(tǒng)。半死循環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi),后者則完全置機械傳動部件于位置環(huán)之外。全死循環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上,機械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比死循環(huán)系統(tǒng)低,但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在,故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 全死循環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好,但由于機械傳動部件在控制環(huán)內(nèi),所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù),而且還與機械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系,故必須對機電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全死循環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比較高,且造價也較昂貴。死循環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有:脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數(shù)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。交流伺服電機由于具有可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用。 直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高,故障多,維護困難,經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn),并對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力,限制了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉(zhuǎn)子上,使得電動機效率低,散熱差。為了改善換向能力,減小電樞的漏感,轉(zhuǎn)子變得短粗,影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導地位,并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善,具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展,智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用;二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟,將促進先進控制算法的應(yīng)用;三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟,將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。 2、 總體設(shè)計方案的擬定 2.1 系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計的機床要求具有定位、直線插補、順、逆圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能,故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 2.2 控制方式的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 本次設(shè)計的機床精度要求高,但考慮到經(jīng)濟及調(diào)試等問題,選用半閉環(huán)型的控制系統(tǒng)。 2.3 機械傳動方式 目前數(shù)控銑床的縱向和橫向多采用伺服電機,進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等,以盡量減小反向間隙。我們這里擬采用的是滾珠絲杠副傳動,以減少摩擦系數(shù),提高進給機構(gòu)的整體剛度。滾珠絲杠與電機間用聯(lián)軸器直接連接,以消除間隙。 三、滾珠絲杠副的設(shè)計 3.1 滾珠絲杠副的計算 計算參數(shù): 工作臺重量 22Kg 加工對象重量 8Kg 工作臺Y向最大行程 500mm Y向進給速度 2m/min 進給抗力 X250N Y:150N Z:200N 定位精度 0.01mm 重復定位精度 0.005mm (1) 計算進給軸向力(N) 絲杠上的工作載荷Fm是指滾珠絲鋼負載驅(qū)動工作臺時滾珠絲鋼所承受的軸向力,也叫進給牽引力。它包括三個力:滾珠絲桿的走刀抗力、工件的重力、作用在導軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。矩形導軌的工作載荷的計算公式為: 式中 K—考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù),矩形滑動導軌取K=1.4; —滑動導軌摩擦系數(shù):貼塑導軌為0.03-0.05,取0.03; G—工作臺、夾具和刀具的重量,G=309.8=294N。 則 (2)動載強度計算 當轉(zhuǎn)速時,滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點蝕,因此要進行動載強度計算,其計算動載荷應(yīng)小于或等于滾珠絲桿螺母副的額定動負荷,即 式中 ——載荷性質(zhì)系數(shù)(平穩(wěn)或輕度沖擊時為1.0~1.2,中等沖擊時為 1.2~1.5,較大沖擊或振動時為1.5~2.5)本式中去=1.2; ——硬度系數(shù)(時為1.0,等于55時為1.11,等于52.5時為1.35,等于50時為1.56,等于45時為2.40)本式中取=1; L——滾珠絲桿工作壽命,以r為1個單位; 本次設(shè)計中,電機與絲桿通過聯(lián)軸器直接相連,減速比i=1,工作臺的最高進給速度達到2m/min,選用絲桿導程為5mm的絲桿,絲桿的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min。故絲桿的最低轉(zhuǎn)速為可取為0,則平均轉(zhuǎn)速n=(1500+0)/2=750r/min故絲桿的工作壽命為 L===675 式中 T——絲桿使用壽命,按設(shè)計機床要求取T=15000h; n——絲桿平均轉(zhuǎn)速; 代入上式得 (3)靜強度計算 當轉(zhuǎn)速時,滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大的塑性變形,影響正常工作。因此,應(yīng)進行靜強度計算,最大計算靜載荷為 式中 ——滾珠絲桿的最大軸向負載; ——靜態(tài)安全系數(shù),當為一般運轉(zhuǎn)時,=1-2,=2-3,本式中=2.5; 則,上式為= 根據(jù)計算額定動負載荷和額定靜負荷初選滾珠絲杠副型號2505—3型,3列2圈外循環(huán)螺紋預緊滾珠絲桿副。其名義公稱直徑為25mm,導程5mm,滾珠直徑3.175mm。額定動負荷9309N,額定靜負荷21569N。動載荷與靜載荷載均滿足要求。 (4)滾珠絲桿支承選擇 滾珠絲杠的支承形式有四種:一端固定,一端自由,這種安裝方式承載能力小,軸剛度低,只是用于短絲桿,一般用于數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的立向坐標中;一端固定,一端簡支,此種可用于絲桿較長的情況;兩端固定,這種安裝方式適用于承載能力大,高速,高剛度,高精度的機床。從剛度計算可以看出,絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大。而采用兩端固定的支承方式,壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高,絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍,絲杠可以預拉伸,預拉伸后可減小絲杠自重下垂和補償熱膨脹且軸承組合的剛度高。 本傳動系統(tǒng)的絲桿采用兩端固定的結(jié)構(gòu)形式。初步選用角接觸球軸承36304,既可以承受軸向力,也可以承受徑向力,中間用套筒分開。 (6)傳動效率的計算 絲杠螺母副的傳動效率η為 η= 式中 摩擦角——Φ=10′ 摩擦角——=’ η= = =0.960 滾珠絲杠的傳動效率高,這可使絲杠副的溫度變化較小,對減小熱變形,提高剛度、強度都起了很大作用。 (7)確定滾珠絲杠的長度 滾珠絲杠副的螺紋長度Ls (3-12) 式中: Lv——有效行程+螺母長度,mm; Le——余程,取20mm; (2)絲杠全長L 綜合考慮各項幾何尺寸要求,取L為830mm。 (8)滾珠絲杠基本尺寸 主要尺寸 計算公式 計算結(jié)果(mm) 公稱直徑 25 基本導程 5 接觸角 鋼球直徑 3.175 滾道法面半徑R R=0.52 1.651 螺紋升角 γ 偏心距 e e=(R-)sin 0.004 螺桿外徑d d=-(0.2~0.25) 24.2 螺桿內(nèi)徑 d=d+2e-2R 21.7 螺桿接觸直徑 =-cos 18.5 螺母螺紋直徑D D=-2e+2R 28.3 螺母內(nèi)徑 =+(0.2~0.25) 25.8 3.2 滾珠絲杠的校核 (1)壓桿穩(wěn)定性 細長桿在受壓縮載荷時,不會發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷。 =(N) 式中 —實際承受載荷的能力,N; —壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù)(雙推—雙推式為4,單推—單推式為1,雙推—簡支式為2,雙推—自由式為0.25); —鋼的彈性模量,2.1 —滾珠絲杠底徑的抗彎截面慣性矩,; —壓桿穩(wěn)定安全系數(shù),一般取2.5~4,垂直安裝時取小值; —絲桿最大受壓長度,m; —絲杠公稱直徑,m; —滾珠直徑,m。 代入數(shù)據(jù)得 = 臨界載荷與工作載荷Fm之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù),當=[],則壓桿穩(wěn)定,[]為許用穩(wěn)定性安全系數(shù),一般[]=2.5-4; 此時=[] 則此絲桿穩(wěn)定。 (2)臨界轉(zhuǎn)速校核 對于高速長絲杠有可能發(fā)生共振,需要算其臨界轉(zhuǎn)速,不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速 式中 Lc——臨界轉(zhuǎn)速計算長度,取0.4m; ——絲杠支撐方式系數(shù)。 (當一端固定,一端自由時,=1.875;當一端固定,一端游動時, =3.927;兩端固定時,=4.730)。 =25-1.23.969=20.2372mm 遠遠大于其最大速度,故臨界轉(zhuǎn)速滿足。 (3)傳動系統(tǒng)剛度驗算 由滾珠絲桿本身的抗壓剛度、支承軸承的軸向剛度、滾珠絲桿副中滾珠與滾道的接觸剛度、折算到滾珠絲桿副上伺服系統(tǒng)剛度、折算到滾珠絲桿副上聯(lián)軸節(jié)的剛度、滾珠絲桿副的抗扭剛度、螺母座、軸承座的剛度形成的綜合剛度K為: 一般在校核計算中,折算到滾珠絲桿副上聯(lián)軸節(jié)的剛度、滾珠絲桿副的抗扭剛度、螺母座、軸承座的剛度、伺服剛度一般可忽略不計。則上式可簡化為: (1.1)滾珠絲桿本身的抗壓剛度 已知工作臺的縱向行程為500mm,當螺母移動到離定位點最遠位置時,距離為最遠,最大距離為830mm=0.83m。則絲桿拉壓剛度為 =89.1(N/) 式中 ——絲桿底徑 E——絲桿材料鋼的彈性慣量,E= (1.2)絲桿軸承的軸向剛度 滾珠絲杠副的預加載荷=N,軸向外載荷為導軌摩擦力=fG=0.03309.8=8.82N,故軸向載荷為預加載荷與軸向外載荷之和,即=+=127.7+8.82=136.5(N)。 絲桿軸承軸向載荷剛度可按下式求得,即 =225.5(N/) (1.3)滾珠絲桿螺母的接觸剛度 查絲桿螺母樣本手冊得 =657(N/) 則傳動系統(tǒng)總和剛度K為 ==62.1(N/) (2)彈性變形量 數(shù)控銑床的定位精度是在不切削空載條件下檢驗的。故軸向載荷為預加載荷與軸向外載荷之和。故因引起的彈性變形量為 故剛度校核合格,符合精度要求。 (4)額定壽命的校核 滾珠絲杠的額定動載荷,已知其軸向載荷,滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速,運轉(zhuǎn)條件系數(shù),則有 滾珠絲杠螺母副的總工作壽命,故滿足要求。 四、直流伺服電機的選擇 伺服電機的選用,應(yīng)考慮三個要求:最大切削負債轉(zhuǎn)矩,不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩,電機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配(匹配條件可根據(jù)伺服電機樣本提供的匹配條件,也可以按照一般的匹配規(guī)律);快速移動時,轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩。 (1) 最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算 所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。最大切削負載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)下式計算,即 T=(++)i= +0.02+0.23=0.6() 其中,從前面的計算已知最大進給力=374N,絲桿導程=5mm=0.005m,預緊力=124.7N ,查絲桿樣本,滾珠絲桿螺母副的機械效率=0.9。因滾珠絲桿預加載荷引起的附加摩擦力矩 ==124.70.005/29.8=0.02() 查單個軸承的摩擦力矩為0.115,故一對軸承的摩擦力矩=0.23。伺服電機與絲桿直連其傳動比i=1。 (2) 負載慣量計算 伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負載慣量相匹配。負載慣量可按以下次序計算。 ?工件、夾具與工作臺折算到電機軸上的慣量: 0.000019() ?絲桿加在電機軸上的慣量 絲桿名義直徑=25mm,長度l=500m,絲桿材料鋼的密度=7.8。根據(jù)下列計算,絲桿加在電機軸上的慣量為 0.00015() ?聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的轉(zhuǎn)動慣量可直接查手冊得到 =0.001 則負載及機械傳動裝置總的轉(zhuǎn)動慣量為: 根據(jù)上述計算可初步選定伺服電機。選用直流伺服電機,可選BL系列無刷直流電動機,型號為92BL-4015H1-LS-B直流伺服電機,適配驅(qū)動器BL-2203C,其額定轉(zhuǎn)矩為2.6Nm,大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩M=0.6Nm;轉(zhuǎn)子慣量=0.0016,滿足匹配要求。 92BL-4015H1-LS-B型直流伺服電機的主要技術(shù)參數(shù)如下: 最高轉(zhuǎn)速:1500r/min ; 額定轉(zhuǎn)矩:2.6Nm ; 最大轉(zhuǎn)矩:5.2Nm ; 定位轉(zhuǎn)矩:: 0.08Nm; 額定功率:400W; 額定電壓:220V(AC); 額定電流:2A; 外形尺寸:; 質(zhì)量:3.6kg。 (3)空載加速轉(zhuǎn)矩計算 當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速導最大移動(快速移動)時,所需的空載加速轉(zhuǎn)矩為 空載加速時,主要克服的是慣性??倯T量 0.001169+0.0016=0.00277() 則 (Nm) 其中為加速時間取為0.1s,空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過伺服電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩。由此可見,92BL-4015H1-LS-B型直流伺服電機的=5.2Nm>=4.35Nm,滿足設(shè)計要求。 (4)伺服系統(tǒng)增益 通常取系統(tǒng)增益為8~25.對輪廓控制的數(shù)控銑床可取較大值。如取=10。伺服系統(tǒng)的時間常數(shù)=1/=1/10s=0.1s。根據(jù)=。如選用92BL-4015H1-LS-B型直流伺服電機,執(zhí)行件(工作臺)達到的最大加速度為 (m/) 伺服系統(tǒng)要求達到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時間常數(shù)內(nèi),執(zhí)行件的速度從-增加導+時 顯然,,因而按照加速能力選擇=10是合適的。如遠小于a,可適當增大值以提高系統(tǒng)的性能。 五、軸承的選擇及校核 (1)初選軸承型號 根據(jù)實際工作條件,初步選擇的軸承型號為36304 GB292-83,主要性能參數(shù)如表所示。 軸承的性能參數(shù) 性能參數(shù) 36304 GB292-83 額定動載荷C(kN) 18.5 額定靜載荷C0(kN) 9.95 極限轉(zhuǎn)速(油潤滑)(r/min) 31000 (2)計算內(nèi)部軸向力S 式中: e——負荷影響系數(shù); Fr——軸承所受的徑向力(N)。 因為絲杠傳遞運動,滾動導軌承載,所以軸承徑向只承受絲杠給予的重力,非常小忽略不計,故內(nèi)部軸向力S可計為0。 (3) 計算軸承的最大軸向載荷Fa (4)計算當量動載荷P和當量靜載荷P0 下表為角接觸球軸承當量動、靜載荷關(guān)系表:P321 e Y 當 量 動 載 荷 當 當 0.015 0.38 1.47 0.029 0.40 1.40 0.058 0.43 1.30 當 量 靜 載 荷 當 當 0.087 0.46 1.23 0.120 0.47 1.19 0.170 0.50 1.12 相對軸向載荷:,所以選取e=0.40,Y=1.40; 當量懂載荷: 當量靜載荷: (5) 壽命L10h計算 式中: L10h——滾動軸承的基本額定壽命(h); C——軸承的額定動載荷(kN); P——當量動載荷(N); ε——壽命指數(shù):球軸承ε取3; n——軸承轉(zhuǎn)速,取最大轉(zhuǎn)速,n=1500r/min。 (6) 靜載荷校核 式中: C0——額定靜載荷(kN); S0——安全系數(shù),取S0=2; P0——當量靜載荷(N)。 3.5.8 極限轉(zhuǎn)速校核 (3-34) 式中: nmax——軸承最高轉(zhuǎn)速; f1——載荷系數(shù); f2——載荷分布系數(shù); n1im——極限轉(zhuǎn)速,n1im= 31000r/min。 根據(jù)文獻[10],f1=0.96,f2=0.91,代入得: 綜上所述,軸承36304GB292-83能滿足壽命、靜載荷、動載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。 六、導軌的設(shè)計及滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊 一、導軌的設(shè)計 銑床上的直線運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁、等支承件上的導軌進行運動的,導軌的作用概括地說就是對運動部件起導向和支承作用,導軌的制造精度及精度保持性對機床加工精度有著重要的影響。導軌主要由機床上兩個相對運動部件的配合面組成一對導軌副,其中不動的配合面成為支承(固定)導軌,運動的配合面成為運動導軌。 滑動導軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導軌摩擦阻力大,磨損快,動、靜摩擦系數(shù)差別大,低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前已不采用傳統(tǒng)滑動導軌,而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌,且已廣泛用于數(shù)控機床上,其摩擦因數(shù)小,且動、靜摩擦因數(shù)差很小,能防止低速爬行現(xiàn)象,耐磨性強等特點。塑料導軌多與鑄鐵導軌或淬硬鋼導軌相配使用。 二、滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊 滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動裝置,在數(shù)控銑床上得到了廣泛的應(yīng)用。 滾珠絲杠在軸向載荷作用下,滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產(chǎn)生嚴重接觸變形,接觸剛度與接觸表面預緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙,接觸剛度較小;當滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時,螺母不會立即反向,存在死區(qū),影響絲杠的傳動精度。為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向精度,必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu),利用兩個螺母的相對軸向位移,使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺紋滾道的兩個相反的側(cè)面上,用這種方法預緊消除軸向間隙時,應(yīng)注意預緊力不宜過大。預緊力過大會使空載力矩增加,從而減低傳動效率,縮短使用壽命。 通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置,使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前,分別與絲杠的兩個不同的側(cè)面接觸,產(chǎn)生一定的預緊力,以達到提高軸向剛度的目的。 調(diào)整預緊有多種方式,上圖所示的為螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu),用鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。調(diào)整時,擰動圓螺母將螺母沿軸向移動一定距離,在消除間隙之后用另一圓螺母將其鎖緊。這種調(diào)整方法的結(jié)構(gòu)簡單緊湊,調(diào)整方便,但調(diào)整較差。 七、聯(lián)軸器的選用 凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器有鍵分別與兩軸聯(lián)接,然后有螺栓把兩個半聯(lián)軸器聯(lián)成一體,以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。這種聯(lián)軸器有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式。一種是普通的凸緣聯(lián)軸器,通常是靠鉸制孔用螺栓來實現(xiàn)現(xiàn)軸對中;另一種是有對中榫的凸緣聯(lián)軸器,靠一人半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個半聯(lián)軸器睥凹緣相配合而對中。 凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩,對于轉(zhuǎn)速不高、無沖擊、軸的剛性大、對中性好時常采用,本設(shè)計選用有對中榫的凸緣聯(lián)軸器。 八、微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計 8.1控制系統(tǒng)總體方案的擬定 機電一體化系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成,控制系統(tǒng)的控制對象主要包括各種機床,如車床,銑床,磨床等等,控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示: 數(shù) 控 銑 床 直流電機 直流電機驅(qū)動電路 通信接口 微 機 開關(guān)量控制電路 主軸電機 軟件 主運動驅(qū)動電路 8.2繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求,銑床控制系統(tǒng)選用MCS-51系列單片機組成,Y方向均采用直流電機控制,控制系統(tǒng)的功能包括: 1、Y向進給伺服運動 2、鍵盤顯示 3、面板管理 4、行程控制 5、其他功能,例如光電隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示硬件電路主要由以下幾部分組成: 主控器,即中央處理單元(CPU); 總線,包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線; 存儲器,包括RAM和ROM; 接口,即I/O輸入輸出接口電路; 外部設(shè)備,如鍵盤、顯示器及光電輸入等; 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示: 信號變 換 CPU I/O接口 RAM/ROM 外 設(shè) 控制對 象 8.3選擇中央處理單元(CPU)的類型 在微機控制系統(tǒng)中CPU的選擇主要考慮以下因素: 1、時鐘頻率和字長,這個指標將控制數(shù)據(jù)處理的速度; 2、可擴展存儲器的容量; 3、指令系統(tǒng)功能,影響編程的靈活性; 4、I/O接口擴展能力,即對外部設(shè)備控制的能力; 5、開發(fā)手段,包括支持開發(fā)的軟和硬件; 此外,還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場合,控制對象對各種參數(shù)的要求,以及經(jīng)濟價比等經(jīng)濟性的要求。 綜合考慮以上因素,這里選用8031芯片作為CPU 8.4 I/O接口電路設(shè)計 8031單片機共有8個并行I/O口,但可供用戶使用的只有口和部分口,不能滿足輸入輸出口的需要,因此系統(tǒng)必須擴展輸入輸出接口電路。這里根據(jù)系統(tǒng)功能及需要,擴展一片8155和一片8255可編程接口I/O芯片。8155的片選信號接74LS138的端,8255芯片的片選信號接74LS138的。74LS138三——八譯碼器有三個輸入A、B、C分別接8031的口,輸出8個輸出端,低電平有效。對應(yīng)輸入A、B、C的000到111的8種組合,其中對應(yīng)位000,對應(yīng)111。74LS138還有三個使能端,其中兩個()為低電平使能,另一個為高電平使能,只有當使能端處于有效電平時,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出高電平無效狀態(tài)。 I/O接口芯片與外部設(shè)備的連接是這樣安排的:8155芯片的作為顯示器段選信號輸出,是顯示器為選信號輸出,是鍵盤掃描輸入。8155芯片的I/O引腳接8031的,因此使用8155的I/O,故為高電平。 8255芯片接Y向直流電機的驅(qū)動器,為輸出。為三個方向的點動及回零輸入,為面板上的選擇開關(guān)鍵輸入,設(shè)有編輯、單步運行、自動、手動、手動Ⅰ、手動Ⅱ等方式。 X向、Y向、Z向步進電機硬件環(huán)形分配器采用YB015,相通五相十拍工作,故引腳接5V,三個芯片的選通輸出控制分別接8255的,清零接8255的,正反轉(zhuǎn)控制端接8255的,時鐘的輸入端CP接8155芯片的TIMROUT,用以解決脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實現(xiàn)插補不同的進給速度,可給8155芯片定時∕計數(shù)器中設(shè)置不同的時鐘常數(shù)。 8、 課程設(shè)計總結(jié) 1、培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力;2、強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力;3、使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學研究工作的基本訓練,提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力;4、培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟觀點,理論聯(lián)系實際的工作作風,嚴肅認真的科學態(tài)度。 參考文獻 【1】 李金伴 馬偉民《實用數(shù)控機床技術(shù)手冊》 北京工業(yè)出版社2009.7 【2】 張建民《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》高等教育出版社2000.7 【3】 王愛玲 武文革等《現(xiàn)代數(shù)控機床》國防工業(yè)出版社 2008.11 【4】吳宗澤 羅圣國《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》高等教育出版社2006.5 【5】 秦大同 謝里陽 現(xiàn)代機械設(shè)計手冊 化學工業(yè)出版社 【6】- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點此認領(lǐng)!既往收益都歸您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
9.9 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 數(shù)控機床 進給 系統(tǒng) 設(shè)計
鏈接地址:http://m.zhongcaozhi.com.cn/p-8808711.html