企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，拥有大量的普通机床。因此，对普通机床数控化改造不失为种较好的选择。关键词机电体化开环控制纵向进给系统设计滚珠丝杠螺母副步进电动机正文前言部分计算机技术和先进制造技术的发展，推动了机械加工在各方面的变革和进步。典型的数控机床已成为现代加工器械的鲜明代表。考虑到企业的生产效率和投入成本，普通车床的数控化改造将是个极为有意义的课题。普通车床数控改造的设计是机电体化系统课程设计的主要内容。作为机械设计制造及其自动化专业的学生，这次设计是本人在学习完“机电体化系统设计”“数控机床”等专业课程之后进行的个重要的实践性教学环节。通过综合运用所学的机械电子自动控制微机等知识，进行次机电结合的全面训练，以培养独立分析问题，解决问题和进行机电体化系统初步设计的能力。此设计过程为期三个星期，在赵洪兵的指导下，本人将对普通车床进行开环控制纵向进给的改造。由于学生水平有限，在设计乃至计算过程中难免会有些错误，望各位老师及同学指点赐教。不胜感激。计算及说明结果本论部分第章绪论.机床机电体化改造总体方案的设计课程设计任务书题目原始数据主要技术参数课程设计的内容及要求总体方案设计系统的运动方式的确定伺服系统的选择执行机构传动方式的确定数控系统的选择.开环伺服进给系统机械部分设计确定系统脉冲当量计算切削力滚珠丝杠螺母副的计算选型纵向进给丝杠计算进给牵引力计算最大动负载滚珠丝杠螺母副的选型传动效率计算刚度计算稳定性校核计算及说明结果齿轮传动比计算步进电动机的计算和选型等效转动惯量的计算电机力矩计算计算步进电动机空载起动频率和切削时的工作频率设计绘制伺服进给系统机械装配图第章机床机电体化改造总体方案的设计.课程设计任务书题目普通车床的机电体化改造开环控制纵向进给系统设计原始数据最大共建回转直径在床身上毫米在床鞍上毫米最大工件长度毫米主电动机功率.千瓦转速转分主要技术参数均为纵向最大进给速度.米分最大快移速度米分起动加速时间毫秒移动部件重量公斤机床定位精度.毫米课程设计的内容及要求对型普通车床纵向进给系统进行数控改造，主要设计内容及要求如下采用开环控制，选择合适的数控系统并确定伺服传动系统方案设计改造后数控车床纵向伺服进给系统原理框图计算及说明结果设计绘制改造后数控车床纵向伺服进给系统装配图号图纸张设计绘制主要零件图张由指导老师制定撰写设计计算说明书份，正文字数不少于.万字，设计说明书应包含如下内容设计任务书目录摘要及关键词前言正文包括方案设计与比较论证理论分析计算主要机构设计说明与简图等小结参考文献。设计说明书语言要流畅，书写要工整，律使用钢笔书写。.总体方案设计系统的运动方式的确定由于改造后的经济型数控车床具有定位直线插补圆弧插补暂停循环加工螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。伺服系统的选择应任务书的要求，采用步进电机开环控制系统。执行机构传动方式的确定为了保证定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，若直接将电机与滚珠丝杠联必会引起丝杠温度过高即磨损加剧使其寿命降低。故在其两者之间加消隙齿轮箱，使丝杠速度降低，二则消除系统传动中的间隙，提高传动精度，并有效减少反向运动死区现象，消隙齿轮箱与丝杠可采用联轴器形式连接，这样便确定了如下图所示的传动方案。图执行机构传动方案计算及说明结果数控系统的选择根据机床要求，本着经济耐用的原则，确定采用位机。系列单片机主要有三种型号的产品和。由于系列单片机的特点之是硬件设计简单，系统结构紧凑，故对于简单的应用场合，系统的最小系统用片外扩片就能满足开环控制的要求。单片机内含程序存储器，具有功耗低抗干扰能力强的特点，数据存储器是种多功能非易失性，单片机高速高抗干扰自保持，不怕掉电，上下电百万次数据无丢失，断电保护年有效，既可高速连续读写，也可任意地址单字节操作，无需拼凑页面，随机读写不需等待，立即有效，输入输出兼容，上电复位输出，掉电保护，内置看门狗，电源监测，不用外加电路和电池，且引脚与标准兼容。单片机价格低，使用灵活，其特点具具体如下具有功能很强的位中央处理单元片内有时钟发生电路或片内具有字节的具有个特殊寄存器。可扩展字节的外部数据存储器和字节的外部程序存储器具有个口，根线具有个位定时器计数器具有个中断源，配备个中断优先级具有个全双功串行接口具有位寻址能力，适用逻辑运算。从上述特性可看出这种芯片集成度高功能强，只需增加少量外围器件就可以构成个完整的微机系统。故应选用单片机。选用单片机计算及说明结果第章开环伺服进给系统机械部分设计.确定系统脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向.步，横向.步。.计算切削力确定切削力纵车外圆主切削力按经验公式估算按切削力各分力比例取.滚珠丝杠螺母副的计算选型纵向进给丝杠计算进给牵引力纵向进给为综合型导轨式中考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取滑动导轨摩擦系数溜板及刀架重力计算最大动负载计算及说明结果式中滚珠丝杠导程，初选最大切削力下的进给速度，可取最大进给速度的，此处取使用寿命，按运转系数，按般运转取寿命，以转为单位。滚珠丝杠螺母副的选型查阅附录表，可采用外循环螺纹调整浴巾的双螺母滚珠丝杠副，列.圈，其额定动负载为，进度等级按表选为级大致相当于老标准级。传动效率计算式中螺旋升角摩擦角，取，滚动摩擦系数计算及说明结果刚度计算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如图所示。最大牵引力为，支承间距，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的。图纵向进给系统计算简图丝杠的拉伸或压缩变形量查课程设计指导书，图，根据，查出，可算出由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高倍。其实际变形量为滚珠与螺纹滚道间接触变形查课程设计指导书图，系列.圈滚珠和螺纹滚道接触变形量，因进行预紧，。计算及说明结果支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用旧代号为型推力球轴承滚动体直径，滚动体数量。注此公式中的单位应为。因施加预紧力，故据以上计算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，不需要作稳定性校核。纵向滚珠丝杠副的几何参数，如下表。表滚珠丝杠的几何参数名称符号参数螺纹滚道公称直径导程接触角钢球直径.滚道法面半径.偏心距.螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径.螺杆接触直径.螺母螺母螺纹直径.螺母内径.计算及说明结果.齿轮传动比计算已取得纵向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程，初选步进电动机步距角。可计算出传动比可选定齿轮齿数为故，取，模数取.。有关参数表。表传动齿轮的几何参数齿轮编号齿数分度圆齿顶圆齿根圆.齿宽中心距.步进电动机的计算和选型等效转动惯量计算计算简图见图，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下式计算计算及说明结果式中步进电机转子转动惯量齿轮的转动惯量滚珠丝杠转动惯量。参考同类型机床，初选反应式步进电机，其转子惯量式中齿轮的分度圆直径齿轮的齿宽。代入上式考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。基本满足惯量匹配的要求。计算及说明结果电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算快速空载起动力矩在快速空载起动阶段加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下将前面的数据带入，式中各符号意义同前。。起动加速时间折算到电机轴上的摩擦力矩附加摩擦力矩计算及说明结果上述三项合计快速移动时所需力矩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，此项作为初选步进电动机的依据。从课程设计指导书表查出，当步进电动机为三相六拍时，。最大静力矩。按此最大静转矩从下表由网址和.查出，型最大静转矩为。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还必须进步校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性。如下表所示。计算及说明结果计算步进电动机空载起动频率和切削时的工作频率从上表查出型步进电动机空载起动频率为，图查出运行频率为，且根据下图蓝色背景区所示可知其运行距频特性。表系列电机的技术参数型号步距角相数电压线电流静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量机身长单位度.图型步进电动机矩频特性计算及说明结果从图看出，当步进电动机起动时，若，则，能满足此机床所要求的空载起动力矩可直接起动。当快速运动和切削进给时，根据图，步进电动机运行矩频特性知，时，左右，大于，完全可以满足要求。第章机械传动机构的调整和结构的简要说明.丝杠进给速度的调节由于系统为开环系统，故采用脉冲信号的变化来控制步进电机的转速，进而通过齿轮箱到丝杠轴，对大托板的纵向进给速度进行控制。.轴向的预紧力的调整及定位由装配图可知，在丝杠轴的两端各装有对锁紧螺母预紧螺母，可有这对螺母对丝杠轴的轴向预紧进行调整，并起到定位作用。每组支承部件的另端，即与锁紧螺母对应的那端采用端盖定位。在丝杠副的端也采用端盖定位，另端为锁紧螺母，既预紧又定位。结论部分经过计算校核设计，表明改造任务的初步设计合理，数据准确，现改造方案已设计成图纸见装配图图和零件图图。该改造设计相对普通车床来说，提高了自动化程度，加入了计算机控制，操作结构简单化，既能降低能耗，又能提高了工作效率。但是设计者由于能力有限，经验寒酸，时间紧迫，设计及图纸中难免有不妥甚至是重大错误，望老师和同学指正。设计体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现提出分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此次课程设计，我感慨颇多。在整整三星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是总体来讲，效果还是很好的，不仅巩固了以前所学的知识，还学到了很多在书本上无法学到的知识。整个设计过程不能说是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，和第次课程设计相比，力不从心的感觉不再那么强烈，但在设计的过程中还是发现了自己许多不足之处，使自己认识到对以前所学知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说螺钉的画法根本没有掌握，全篇的螺钉没有个画对，箱体壁厚取值太小，电机无法固定，并出现设计太随意，尺寸随意取，以至于设计方案难以加工。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。通过这次课程设计之后，定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，虽然很累，但看到赵老师每天都来给我们指导，并且还带大四的毕业设计，又要忙评估的事情，就又感觉到累其实是充实。是她让我学到了很多书本上无法学到的知识，在此，对她孜孜不倦的指导和和蔼可亲的态度表示崇高的敬意的真挚的感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和其他指导老师表示忠心的感谢！参考文献查阅的图书如下机电体化系统设计课程设计指导书赵洪兵主编，西安石油大学出版。机电体化系统设计朱林主编，石油工业出版社出版。机械零件手册第五版周开勤主编，高等教育出版社出版。机床设计手册机械工业出版社出版。机床设计图册机械工业出版社出版。机械设计手册机械工业出版社出版。机械制图第五版高等教育出版社出版。机械设计濮良贵纪名刚主编，高等教育