【毕业设计】数控机床系统设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。

已知条件工作台重量时间常数滚珠丝杆基本导程行程脉冲当量步进角快速进给速度切削力计算横向进给为纵向的，取，则切削力为纵向的切断工件时取，滚动摩擦系数为则寿命值最大动负载根据选择滚珠丝杆型号其额定动载荷，所以强度足够用螺母长度，余程，螺纹长度效率计算根据机械原理，丝杆螺母副的传动效率其中摩擦角，螺旋升角因此刚度验算受工作负载引起导程变化量，滚珠丝杆受扭矩引起的导程变化很小，可忽略。

即寻程变形总误差为查表知级精度丝杆允许的螺距误差长为故刚度足够。

稳定性验算由于选用滚珠丝杆的直径与原丝杆直径相同，而支承方式不存在问题，故不验算。

齿轮及转矩的有关计算有关齿轮计算传动比故取传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的传动惯量丝杠的转动惯量齿轮的转动惯量电机的转动惯量很小可以忽略。

所需转动力矩计算空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩切削时折算到电机轴上的加速度力矩折算电机轴上的摩擦力矩当，滚动摩擦系数时由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩当时，预加载荷，则折算到电机轴上的切削负载力矩所以，快速空载启动所需力矩切削时进给所需力矩快速进给所需力矩由以上分析可知，所需最大力矩发生在快速启动时步进电机的先择般情况下，对于步进电机的选型，主要考虑三方面的问题步进电机的步距角要满足进给传动系统脉冲当量的要求步进电机的最大静扭矩要满足进给运动系统的空载快速启动力拒要求步进电机的启动矩频率特性和工作矩频率特性必须满足进给传动系统对启动扭矩与启动频率工作运行扭矩与运行频率的要求。

初步选择步进电机主要是选择电机的类型和步距角。

目前，步进电机有三种类型可供选择是反应式步进电机，步距角小，运行频率高，价格较低，胆功耗较大二是永磁式步进电机，功耗较小，断电后仍有制动力拒，但步距角较大，启动和运行频率较低三是混合式步进电机，它具备了上述两种电机的优点，但是价格较高。

各种步进电机的产品样本中都给出了步进电机的通电方式及步距角等主要技术参数以供选用。

纵向进给系统的电机的确定根据启动力矩的选择电机启动力矩电机静负载力矩则为满足最小步角要求，电机选用三相六拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转距为进电机最高工作频率综合考虑，查表选用型直流步进电机，能满足使用要求。

横向进给系统步进电机的确定则为满足最小步角要求，电机选用三相六拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转距为步进电机最高工作频率综合考虑，仍选用型直流步进电机，能满足使用要求。

滚动导轨的选择导轨主要用来支撑和引导运动部件沿定的轨道运动。

在导轨副钟，运动的方称为动导轨，不动的方为支承导轨。

动导轨相对于支承导轨运动，通常作直线运动和回转运动。

导轨的几何精度综合反映了在静止或低俗下导轨的导向精度。

因此对导轨的精度要求比较高。

影响导轨精度的主要因素有导轨的几何精度导轨的接触精度导轨的结构形式动导轨及支承导轨的刚度和热变形，还有装配质量。

导轨的耐磨性决定了导轨的精度保持性，因此耐用的导轨就必须要求耐磨性好。

同时要有足够的刚度，因为足够的刚度保证导轨在载荷作用下不产生过大的变形，从而保证各部件的相对位置和导向精度。

此外，还要求导轨在低速运动时有好的平稳性和制造的工艺性好。

综合考虑机床的基本额定载荷及其它方面的因素，选取宽幅矩型滑块的滚珠导轨。

初步选用滑块，工作台大小，工作台自重，外载荷。

摩擦力计算摩擦力计算公试式中为滚动摩擦系数取，为法向载荷纵向，横向，为密封件阻的速度。

如果给步进电机发个控制脉冲，它就转步，再发个，它会再转步。

两个脉冲的间隔时间越短，步进电机转得就越快。

因此，脉冲的频率决定了步进电机的转速，调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。

三硬件控制示意图实现脉冲分配通电换相控制的方法有两种软件法和硬件法。

这里主要用的是软件法。

软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的口向驱动电路发出控制脉冲。

如下图所示，利用系列单片机的这条线，向两个三相步进电机传送控制信号。

图单片机的口分配图三相步进电机工作在六拍方式时，其通电换相的正序为，共个通电状态。

如果口输出的控制信号中，代表使绕组通电，代表使绕组断电，则可用个控制字来对应这个通电状态，如下表所示表步进电机工作方式的控制字表步进电机工作方式的控制字主程序框图图主程序框图表内存分配表二子程序框图表软环分表及电机带电状态码的内存分配表正转电机电机状态电机反转内存地址状态内容内存地址状态内容图子程序框图三程序清单保护现场设步长计数器位清零使表头表尾为装电机状态码到内存装电机状态码到内存电机初始状态偏差送到口，跳到转，转，不转送控制字方向走步偏差送到跳转到进行偏差判断，转，不转送控制字方向走步偏差送到将的偏差送到单元，不等则转移，不等则转移子程序，查看控制字不转，则执行转不转，则执行正转地址指针从代码表中取指向的代码到判断是否到表底，不是则执行到表底则重新指向表首从代码表中取指向的代码到代码输出两行延时两行正转地址指针从代码表中取指向的代码到判断是否到表头，不是则执行到表头则重新指向表底从代码表中取指向的代码到代码输出两行延时两行不转，则执行转正转地址指针从代码表中取指向的代码到判断是否到表底，不是则执行到表底则重新指向表首从代码表中取指向的代码到代码输出两行延时正转地址指针从代码表中取指向的代码到判断是否到表头，不是则执行到表头则重新指向表底从代码表中取指向的代码到代码输出两行延时延时子程序电机掉电恢复现场第四章参考文献数控技术课程设计华中科技大学出版社范超毅赵天婵吴斌方主编版数控技术课程设计五邑大学机械设计课程设计手册高等教育出版社吴宗泽罗圣国主编机械设计第八版高等教育出版社纪明刚等主编经济型数控机床系统设计机械工业出版社张新义主编机械设计手册化学工艺出版社成大艺主编版现代实用机床设计手册机械工业出版社现代实用机床设计手册编委会版机械加工工艺手册第版机械工业出版社王先逵主编数控机床系统设计说明书第章数控技术的地位数控技术是永数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是世纪后半叶最重要，发展最快的工业技术之。

它以制造过程为对象，以信息技术为手段，以数控坐标方式对运动部件进行位置控制为主要特征，为单件小批量生产的自动化开辟了可行的技术途径，也为现代柔性制造技术奠定了重要的技术基础。

数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造业和新兴制造业的渗透形成的机电体化产品，其技术覆盖很多领域，其中，精密机械制造技术信息处理加工传输技术自动控制技术伺服驱动技术传感器及检测技术和计算机技术是数控技术涵盖的主要领域。

数控技术还是运用高新技术对传统产业进行改进和提升的重要载体。

以信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，将在定程度上取决于数控机床的技术进步。

它代表着装备工业的技术水平和现代化程度，而装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和重要装备。

数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

现在世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外，世界上各个工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展提高综合国历和国家地位的重要途径。

目前，数控技术在我国国民经济的各行各业发挥着越来越重要的作用，数控技术已经成为企业技术改造的首先设备之，我国已经成为数控机床的生产大国消费大国和进口大国。

国民经济各个行业需要大量数控机床的开发人才和应用人才。

第二章系统设计与计算总体方案的确定由于是经济型数控机床设计，因而在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，降低成本。

确定总体的方案为工作台工作面尺寸确定为工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙稀导轨板对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杠进行预拉伸采用步进电机进行驱动采用联轴器将步进电机与滚珠丝杠直连。

采用单片机对数据进行计算处理，由接口输出步进脉冲，经齿轮减速后，带动滚珠丝杆转动，从而实现纵向横向进给运动。

二机械部分改造设计与计算纵向进给系统的设计与计算已知条件工作台重量时间常数滚珠丝杆基本导程行程脉冲当量步进角快速进给速度电机功率工作台快速移动速度切削力计算由机床设计手册可知，切削功率查机床说明书，得电机功率系统总效率系统功率系数则式中切削线速度主切削由金属切削原理可知，主切削力，则可计算出如下所示查表，可知当时，切削力深度，走刀量从机械设计手册中可知，在般外圆车削时，即滚珠丝杆设计计算对于矩形槽，综合导轨丝杠的轴向力取，摩擦系数强度计算寿命值取工件直径，查表最大动负载查表得运转系数硬度系数根据选择滚珠丝杆型号其额定动载荷，所以强度足够用。

螺母长度，余程，螺纹长度效率计算根据机械原理，丝杆螺母副的传动效率其中摩擦角，螺旋升角因此刚度验算受工作负载引起导程变化量滚珠丝杆受扭矩引起的导程变化很小，可忽略。

即寻程变形总误差为查表知级精度丝杆允许的螺距误差长为故刚度足够。

稳定性验算由于选用滚珠丝杆的直径与原丝杆直径相同，而支承方式不存在问题，故不验算。

齿轮及转矩的有关计算有关齿轮计算，取传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的传动惯量丝杠的转动惯量齿轮的转动惯量因电机的转动惯量很小，可以忽略所以总的转动惯量为所需转动力矩计算空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩切削时折算到电机轴上的加速度力矩折算电机轴上的摩擦力矩当，时由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩当时，预加载荷，则折算到电机轴上的切削负载力矩所以，快速空载启动所需力矩切削时进给所需力矩快速进给所需力矩由以上分析可知所需最大力矩发生在快速启动时横向进给系统的设计与计算经济型数控改造的横向进给系统的设比较简单，般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠