ca6150普通车床的数控技术改造设计论文

ca6150普通车床的数控技术改造设计论文内容摘要：

=, e=则 d( mm)A(mm) （A指滚珠丝杠按内径定的 截面积）丝杠导程L的变化量为： 总长度L=1500mm，丝杠上的变形量，由于两端均采用推力球轴承，则值： (mm)(2) 滚珠与螺纹滚道间接触变形（mm）由d=, F=kgf,承载滚珠数量 ZZ 由于滚珠丝杠副施加预应力，且预应力F为轴向负载的1/3，则变形 = （mm）(3) 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触形变（mm）这里采用有预紧时的推力球轴承则 查《机械设计手册》中表6282，采用51109型推力球轴承，其d=45mm,滚动体直径D= mm, 滚动体数量Z=22， （mm）则定位误差 =(规定定位精度)稳定性校核滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象，故不需作稳定性校核。 （二） 横向进给丝杠 计算进给轴向力 横向导轨为燕尾形，计算如下： 由于是燕尾形导轨式中： K=，=则 N计算最大动负载Q n( r/min)L Q（N）查表：可采用WL2506外循环调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，其额定动负载为13100N，符合Q C的条件。 精度等级按表 2—滚珠丝杠行程公差表，选为1级。 Vmm传动效率计算刚度验算横向进给滚珠丝杠支承方式如图4所示，最大轴向力为2759N，支承间距L=550mm, 因丝杠长度较短，不需要预紧。 图4—横向进给系统计算简图计算如下：(1) 丝杠的拉伸或压缩变形量（mm）根据 N， D=25mm, EN/mm, R=, e=d( mm)A(mm) （mm）(2) 滚珠与螺纹滚道间接触变形（mm）对滚珠丝杠副施加预紧力F为轴向负载的1/3。 由 mm, kgf承载滚珠数量 ZZ = （mm）(3) 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触形变（mm）这里采用有预紧时的推力球轴承则 查《机械设计手册》中表6282，采用51104型推力球轴承，其d=20mm,滚动体直径D= mm, 滚动体数量Z=14， （mm）则定位误差 = (mm) 显然变形量已大于规定的定位精度（），应该采取相应的措施修改，因横向溜板空间限制，不宜加大滚珠丝杠直径，故采用贴塑导轨来减少摩擦力，从而减少轴向力，采用贴塑导轨=~。 重新计算如下： NQ（N）由此可知：滚珠丝杠螺母副和轴承的型号可不改变。 此时的变形量为：（mm）= （mm） （mm）定位误差 (mm) (规定定位精度)稳定性校核临界负载与工作负载 之比称为稳定性系数，如果，则压杆稳定，为许用稳定性安全系数，一般=~4。 计算临界负载（N）： 式中 E：指丝杠材料弹性模量，对钢E（N/mm）； J：指截面惯性矩（mm）,丝杠截面惯性矩J（为丝杠螺纹的底径）； ：丝杠两支承端距离（mm）；：丝杠支承方式系数，见表3，这里。 表3—滚珠丝杠支承方式系数方式一端固定一端自由两端简支一端固定一端简支两端固定则 N 所以此丝杠不会产生失稳。 （三）纵向及横向滚珠丝杠副几何参数其几何参数见表：表4—WL5008及WL2506滚珠丝杠几何参数名称符号WL5008WL2506螺 纹 滚 道公称直径5025导程86接触角钢球直径滚道法面半径偏心距螺纹升角螺 杆丝杠外径24丝杠内径螺杆接触直径螺 母螺母螺纹直径螺母内径四 齿轮进给齿轮箱传动比计算纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程，初选步进电机步距角，可计算出传动比： 在闭式软齿面齿轮传动中，齿轮的弯曲强度总是足够的，因此齿数可取多些，推荐取Z=24~40。 所以可选定齿轮数为：横向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程，初选步进电机步距角，可计算出传动比：可选定齿轮数为： 因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。 有关参数参照表5。 表5—传动齿轮几何参数所处位置纵 向横 向齿数24401845分度圆直径48803690齿顶圆直径52844094齿根圆直径43753185齿宽（6~10）m16161616中心距6463五 步进电机的计算和选型（一） 纵向进给步进电机计算 等效转动惯量计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下式计算：式中 ：指步进电机转子转动惯量；、：指齿轮、的转动惯量；：指滚珠丝杠转动惯量；：指工件及工作台重量（N）；：指丝杠导程（）；参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF，其转子转动惯量。 （分别表示齿轮的分度圆直径和齿宽） （分别表示齿轮的分度圆直径和齿宽） （分别表示纵向滚珠丝杠的公称直径和支承间距） 把这些数据代入上式： 电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按个阶段计算：（1）快速空载起动力矩 在快速空载起动阶段，加速度所占的比例较大，具体计算公式如下：以上式中 ：指空载起动时折算到电机轴上的加速度力矩（）； ：指折算到电机轴上的摩擦力矩（）；：指丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩（）；：指传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量； ：指电机最大角加速度（）； ：指电机最大转速（）；：指运动部件最大进给速度（）；：指脉冲当量（）；：指步进电机步距角（）；：指运动部件从停止起动到最大快进速度所需时间（s），这里是30ms；：指导程的摩擦力（N），；：指垂直方向的切削力（N）；：指工件及工作台重量（N）；：指导轨摩擦系数，；：指运动部件的总重量（N）；：指齿轮降速比；按计算；：指传动链总效率，一般可取；：指滚珠丝杠预加负载，一般取/3，为进给轴向力（N）；：指滚珠丝杠导程；：指滚珠丝杠未加预紧时的传动效率，一般取。 将以前计算所得数据代入： （） （）（）则 （）（2）快速移动时所需力矩 （）（3）最大切削负载时所需力矩 （）从上面计算可以看出，、和三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选步进电机的依据。 由表6得：当步进电机为三相六拍时，则（N）。 表6—步进电机起动转距与最大静转距关系步进电机相 数三 相四 相五 相六 相拍 数3648510612按此最大静转距从表中查出，大于所需最大静转距，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运动矩频特性。 计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率可查出150BF002型步进电机允许的最高空载启动频率为2800运行频率为8000，再从图5查出150BF002步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。 从图中看出，当步进电机起动时，远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩（），直接使用则会出现失步，所以必须采用升降速控制（用软件实现），半起动频率降到1000，然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可以将步进电机输出力矩扩大一倍左右。 当快速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运行矩频则完全可以满足要求。 图5—150BF002型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性（二） 横向进给步进电机计算和选型与纵向进给步进电机计算的方法一样，如果纵向的步进电机能满足条件那横向的就也可以满足条件，则这选用与纵向相同的步进电机。 第四章 微机数控系统的设计一 微机数控系统的设计纲要[一] 硬件电路设计硬件是组成系统的基础，也是软件编程的前提，数控系统硬件设计包括以下几部分内容： 绘制系统电气控制的结构框图据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制电气控制结构图。 机床硬件电路由五部分组成：（1） 主控制器，即中央处理单元CPU；（2） 总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；（3） 存储器，包括程序存储器和数据存储器；（4） 接口，即输入/输出接口电路；（5） 外围设备，如键盘、显示器等。 机床数控系统硬件框图如图6所示： 图6—机床数控系统硬件框图（开环系统） 选择中央处理单元CPU的类型根据设计要求，CNC系统的主CPU采用8031单片机。 存储器扩展电路设计存储器扩展包括数据存储器和程序存储器扩展两部分。 选择EPROM作程序存储器时，应考虑：（1） 速度应与CPU时钟匹配；（2） 容量适中。 I/O接口电路设计设计内容包括：据外部要求选用I/O接口芯片，步进电机伺服控制电路，键盘、显示部分以及其他辅助电路设计（如复位、掉电保护等）。 这部分设计要求考虑系统的驱动能力。 驱动能力不足时，系统工作不可靠。 在存储器扩展和I/O接口电路中，均涉及到地址译码问题。 [二] 软件电路设计软件是硬件的补充。 确定硬件电路后，根据系统功能要求设计软件。 软件设计步骤软件设计步骤分为以下几步：（3） 据软件要求实现的功能，制定出软件技术要求；（4） 将整个软件模块化，确定个模块的编制要求，包括个模块功能，入口参数，出口参数；（5） 据硬件资源，合理分配好存储单元；（6） 分别对个模块编程，并调试；（7） 连接各模块，进行统一调试及优化；（8） 固化到程序存储器中。 数控系统中常用的软件模块（1） 软件实现环形分配器；（2） 插补运算模块；（3） 自动升降速控制模块等。 二 8031单片机及其扩展[一] 8031单片机的简介8031芯片引脚及片外总线结构（1）8031芯片引脚功能8031芯片有40个引脚，引脚配置见图7： 图7—8031芯片引脚（2）各引脚按功能可分为三部分：l I/O口线：P0，P1，P2，P3共4个8位口；l 控制口线：，ALE，RST； l 电源及时钟：V、V；XTAL1，XTAL2。 （3）应用特性：l I/O口线不能都用作用户I/O口线；l I/O口的驱动能力，P0口可驱动8个TTL门电路，P1，P2，P3则只能驱。