CA6140车床开环纵向系统设计计算说明书.docVIP

第1章 绪论 第一节 机床机电一体化改造总体方案的设计 1.1.1 课程设计任务书 （1） 题目 （2） 原始数据 （3） 主要技术参数 （4） 课程设计的内容及要求 1.1.2 总体方案设计 （1） 系统的运动方式的确定 （2） 伺服系统的选择 （3） 执行机构传动方式的确定 （4） 数控系统的选择 第二节 开环伺服进给系统机械部分设计 1.2.1 确定系统脉冲当量 1.2.2 计算切削力 1.2.3 滚珠丝杠螺母副的计算选型（纵向进给丝杠） （1） 计算进给牵引力 （2） 计算最大动负载 （3） 滚珠丝杠螺母副的选型 （4） 传动效率计算 （5） 刚度计算 （6） 稳定性校核 1.2.4 齿轮传动比计算 1.2.5 步进电动机的计算和选型 （1） 等效转动惯量的计算 （2） 电机力矩计算 （3） 计算步进电动机空载起动频率和切削时的工作频率 1.2.6 设计绘制伺服进给系统机械装配图 第2章 机床机电一体化改造总体方案的设计 第一节课程设计任务书 2.1.1 题目： 普通车床的机电一体化改造——开环控制纵向进给系统设计 2.1.2 原始数据： 最大共建回转直径 在床身上D=400毫米； 在床鞍上 D=210 毫米 最大工件长度 1000毫米 主电动机功率 7.5千瓦；转速1450转/分 2.1.3 主要技术参数 最大进给速度 1.0米/分 最大快移速度 4米 起动加速时间 30毫秒 移动部件重量 80公斤 机床定位精度 0.015毫米 2.1.4 课程设计的内容及要求： 对CA6140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； 设计绘制改造后数控车床纵向伺服进给系统装配图（0号图纸一张） 设计绘制主要零件图一张（由指导老师制定） 撰写设计计算说明书一份，正文字数不少于0.8万字，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，一律使用钢笔书写。 第二节 总体方案设计 ?2.2.1 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。 2.2.2 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。 2.2.3 执行机构传动方式的确定 为了保证一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。故在其两者之间加一消隙齿轮箱，一使丝杠速度降低，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2-1所示的传动方案。 电机 电机 消隙齿轮箱 滚珠丝杠螺母副 工作台 图2-1 执行机构传动方案 2.2.4 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8位机。MCS—51系列单片机主要有三种型号的产品：8031、8051和8751。由于MCS—51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑，故对于简单的应用场合，MCS—51系统的最小系统用一片8031外扩一片EPROM就能满足开环控制的要求。8031单片机内含4kb EEPROM程序存储器，具有功耗低、抗干扰能力强的特点，数据存储器WM0016DRH是一种多功能非易失性SRAM，8031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10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TTL/CMOS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SRAM兼容。8031单片机价格低，使用灵活，其特点具具体表现如下： （1）具有功能很强的8位中央处理单元（CPU）； （2）片内有时钟发生电路（6MH或12MH）； （3）片内具有128字节的RAM； （4）具有21个特殊寄存器。 （5）可扩展64K字节的外部数据存储器和64K字节的外部程序存储器； （6）具有4个I/O口，32根I/O线； （7）具有2个16位定时器/计数器； （8）具有5个中断源，配备2个中断优先级； （9）具有一个全双功串行接口； （10）具有位寻址能力，适用逻辑运算。 从上述特性可以看出这种8031芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围器件就可以构成一个完整的微