立式数控铣床工作台+步进电机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 一、总体设计方案的确定 . 2 1、工作台总体结构的确定 . 4 2、传动方案的确定 . 4 二、机械部分设计计算 . 5 1、纵向进给系统设计计算 . 5 (1)、切削力计算 . 5 (2)、滚珠丝杆设计计算 . 6 （ 3）、齿轮及转矩的有关计算 . 7 2、横向进给系统设计计算 . 10 （ 1）、切削力计算 . 10 (2)、滚珠丝杆设计计算： . 10 (3)、齿轮及转矩的有关计算 . 12 3、步进电机的选择 . 14 (1)、纵向进给系统的电机的确定： . 14 (2)、横向进给系统步进电机的确定： . 14 4、滚动导轨的选择 . 15 (1)、摩擦力计算： . 15 (2)、寿命计算： . 15 三、数控部分设计及编程 . 16 四、参考文献： . 25 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一、 总体设计方案的确定 本次数控改造属于经济型的改造 ,为降低生产成本 ,在 满足使用要求的前提下 ,对机床的改动要尽量的少 采用 片机对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出步进脉冲 驱动步进电机，经 一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现 数控平台的 纵向、横向进给运动。 方案如下 ： 1、工作台总体结构的确定 初步采用 （ 1） 、步进电机 2 个（ X、 （ 2）、滚珠丝杆 2 套，由于所受的力以及行程长短不一样，所以要分别选择计算 （ 3）、滚动导轨：双导轨、四滑块（分别为 X、 短选择不同） （ 4）、带有三条“ ”槽的工作台面 2、传动方案的确定 步进电机 （是否需要齿轮减速装置？减速比取多少？） 滚珠丝杆 工作台 X、 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 二 、 机械部分设计计算 1、纵向进给系统设计计算 已知条件： 工作台重量： W=800N 时间常数： T=25珠丝杆基本导程： 程： S=320冲当量： 2 步进角： 快速进给速度： m ax m电机功率 ： N=1)、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 N=统总效率 5；系统功率系数 K= 3 6120； 120式中切削线速度 V=100m/切削： Nk g 由金属切削原理可知，主切削力： ,1 1则可计算出 1 1 2 2 2 f 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 N) 334 562 762 668 1124 1524 查表，可知当 ，切削力深度 1刀量 从机械设计手册中可知，在一般外团圆车削时； F F ： (2)、滚珠丝杆设计计算 ： 对于矩形槽： )( K=擦系数 f=P 1）、 强度计算： 寿命值： 61060 ；001000DL 取工件直径： D=80表 5000h 1 1 0 0 0 1 0 0 0 . 21 3 . 3 / m i 1 4 8 0 61 66 0 1 3 . 3 1 5 0 0 01 1 . 9 710L 最大动负载： 1查表： 2.11331 1 1 . 9 7 9 4 4 . 3 1 . 2 1 2 5 4 9 . 6 P f f N 根据 Q 选择滚珠丝杆型号： E 其额定动载荷 Q=14462N，所以强度足够用。母长度 L=71程 6纹长度 l=320+71+2 16=4232 )、 效率计算： 根据机械原理，丝杆螺母副的传动效率： )( tg 10 ，螺旋升角 253 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 因此： 10253( 253)( tg 3） 、 刚度验算： 受工作负载 P 引起导程变化量： 1 E=106N/ 601 269 4 4 . 3 0 . 6 6 . 9 1 1 02 . 2 52 0 . 6 1 0 3 . 1 42c 滚珠丝杆受扭矩引起的导程变化 2L 很小，可忽略。即 1 寻程变形总误差为： 601 0 0 1 0 0 6 . 9 1 1 0 1 1 . 5 2 /0 . 6L m 查表知 E 级精度丝杆允许的螺距误差（ 1m 长）为 5 故刚度足够。 4）、 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。 4）、 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 用 验算。 （ 3） 、 齿轮及转矩的有关计算 1）、有关齿轮计算： , 20 传动比： 取第一级为： ： 8,5,m=2,b=2020 618211 045222 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 402 *11 aa 42 *22 aa mm 32/)( 211 取二级齿轮转动比： , 8,5， m=2,b=2020 618233 045244 中心距： 32/)(432 2)、 传动惯量计算： 工作台质量折算到电机轴上的传动惯量： 2 2 211 8 0 1 8 0 0 . 0 0 28 0 1 . 8 73 . 1 4 0 . 7 5 k g c m 丝杠的转动惯 量： 224444 齿轮的转动惯量： 22441 2442 3212108.7 2443 2444 1 5 6210108.7 电机的转动惯量很小可以忽略。 11322142 )(1)(1 22 22111 2 . 9 1 5 6 3 2 3 . 3 5 2 . 6 2 1 8 . 7 4 0 . 7 2 6 7 . 2 62 . 5 2 . 5J N c m k g c m 3）、 齿轮的转动惯量： 22441 22442 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 电机的转动惯量很小可以忽略。 1122 )(1 222 4）、所需转动力矩计算： 1 、空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩： m a xm a 0 0 6 . 2 51 0 4 2 / m i 4m a xm a x 7 . 2 6 1 0 4 2 1 0 3 . 1 5 3 1 . 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a m K g f c 2 、 切削时折算到电机轴上的加速度力矩： 1110010001 0 0 0 1 0 0 0 . 2 6 . 2 5 8 2 . 9 4 / m i 1 4 8 0 6 主 47 . 2 6 8 2 . 9 41 0 0 . 2 5 2 . 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 m k g f c 3 、 折算电机轴上的摩擦力矩： 当 , f 时： 0 0 0 0 . 1 6 8 0 0 . 6 0 . 2 4 4 2 . 4 42 2 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5f F L f W LM k g f c m N c 4 、 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： 2220 0 00 0 0 6 3 . 0 1 1 0 . 6 1 0 . 91 1 0 . 7 62 6 6 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5 F c 5 、 折算到电机轴上的切削负载力矩： g t 所以，快速空载启动所需力矩 m a x 0 3 1 5 2 . 4 4 0 . 7 6 3 1 8 . 2 M M N c m 切削时进给所需力矩： 0 2 5 2 . 4 4 0 . 7 6 6 . 0 2 3 4 . 2 2a t f M M M N c m 快速 进给所需力矩： 0 2 . 4 4 0 . 7 6 3 . 2 M N c m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由以上分析可知： 所需最大力矩 生在快速启动时： m a x 3 1 8 . 2M N c m 2、横向进给系统设计计算 经济型数控改造的横向进给系统的设比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，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，提高伟动精度。 已知条件： 工作台重量： W=300N 时间常数： T=25珠丝杆基本导程： 程： S=200冲当量： 2 步进角： 快速进给速度： m ax m（ 1）、 切削力计算 横向进给为纵向的 1/2 1/3,取 1/2，则切削力为纵向的 1/2 切断工件时： 取 K=滚动摩擦系数为 f 则 寿命值： 6 )、滚珠丝杆设计计算： 1）、 强度计算： 对于矩形槽： )( K=擦系数 f =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 则 寿命值：61060 ；001000DL 取工件直径： D=80表 5000h m i n/ 1 2.11最大动负载： w 根据 Q 选择滚珠丝杆型号： E 其额定动载荷 Q=5862N，所以强度足够用。母长度 L=72程 6纹长度 l=200+72+2 16=3042)、 效率计算： 根据机械原理，丝杆螺母副的传动效率： )( tg 10 ，螺旋升角 253 因此： 10253( 253)( tg 3）、 刚度验算 ： 受工作负载 P 引起导程变化量： 1 E=106N/ 601 262 5 8 . 5 0 . 6 3 . 2 5 1 01 . 7 52 0 . 6 1 0 3 . 1 42c 滚珠丝杆受扭矩引起的导程变化 2L 很小，可忽略。即 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 寻程变形总误差为： 601 0 0 1 0 0 2 . 6 1 0 4 . 3 3 /0 . 6L m 查表知 E 级精度丝杆允许的螺距误差（ 1m 长）为 5 故刚度足够。 4）、 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。 (3)、 齿轮及转矩的有关计算 , 20 ,m=2 传动比： 取第一级为： ,8,5, 6,0 取二级： , 8,5, 6,0 2)、 传动惯量计算： 工作台质量折算到电机轴上的传动惯量 ： 2 2 211 8 0 1 8 0 0 . 0 0 23 0 0 . 0 4 5 83 . 1 4 0 . 7 5 k g c m 丝杠的转动惯量： 224444 齿轮的转动惯量： 22441 2442 3212108.7 2443 2444 1 5 6210108.7 电机的转动惯量很小可以忽略。 11322142 )(1)(1 2222113 . 7 9 1 5 6 3 2 3 . 3 5 2 . 6 2 1 . 7 5 4 5 4 . 2 72 . 5 2 . 55 . 4 2 7J N c mk g c m 3）、所需转动力矩计算： 1 、空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m a xm a 0 0 6 . 2 51 0 4 2 / m i 4m a xm a x 5 . 4 2 7 1 0 4 2 1 0 2 . 3 5 4 2 5 . 3 49 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5a m k g f c 2 、 切削时折算到电机轴上的加速度力矩： 1110010001 0 0 0 1 0 0 0 . 2 6 . 2 5 8 2 . 9 / m i 1 4 8 0 6 主 45 . 4 2 7 1 0 4 11 0 0 . 2 3 5 2 . 3 59 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 m k g f c 3 、 折算电机轴上的摩擦力矩： 当 , 滚动摩擦系数 f 时： 0 0 0 0 . 1 6 3 0 0 . 6 0 . 9 2 9 . 2 62 2 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5f F L f W LM k g f c m N c 4 、 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： 2022000 0 0 1 4 . 3 2 0 . 6 1 0 . 91 1 0 . 0 1 82 6 6 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 50 . 0 8 7k g f c c m 5 、 折算到电机轴上的切削负载力矩： 0 1 4 . 3 2 0 . 6 0 . 0 2 7 2 . 2 72 2 3 . 1 4 0 . 8 6 . 2 5k g f c m N c 所以，快速空载启动所需力矩 m a x 0 2 5 3 . 4 9 . 2 6 0 . 1 8 8 2 6 2 . 8 4 8 M M N c m 切削时进给所需力矩： 快速 进给所需力矩： 0 9 . 2 6 0 . 1 8 8 9 . 4 4 8 M N c m 由以上分析可知： 所需最大力矩 生在快速启动时： m m 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3、步 进电机的选 择 (1)、 纵向进给系统的电机的确定： 根据启动力矩的选择 M ; 电机启动力矩；0 电机静负载力矩 则： q 0为满足最小步角要求，电机选用三相六拍工作方式，查表知 : 866.0所以，步进电机最大静转距为： 58 6 78 6 步进电机最高工作频率： 00060ma x m a x 综合考 虑，查表选用 110 (2)、 横向进给系统步进电机的确定： 则： 机选用三相六拍工作方式，查表知 : 866.0所以，步进电机最大静转距为： 78 6 38 6 步进电机最高工作频率： 00 060m a x m a x 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 综合考虑，查表选用 110直流步进电机。 4、 滚 动导轨的选择 综合考虑机床的基本额定载荷及其它方面的因素，选取 幅矩型滑块 )的滚珠导轨。 初步选用 4 滑块，工作台大小 400 300，工作台自重 300N，外载荷700N。 607001003002402 130700703004 700300 R R (1)、 摩擦力计算： 摩擦力计算公式 )( 式中 为滚动摩擦系数取 ,P 为法向载荷纵向 P=向P=f 为密封件阻力，取 f=纵向 F=向 F=2)、 寿命计算： 纵向行程为 标寿命 L=2 5 60 8 300 5 10304km 3 选择 导轨，额定动载 据计算可知，满足强度要求。 横向行程为 目标寿命 L=2 5 60 8 300 5 10440km 11 3 选择 导轨。额定动载 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 三、 数控部分设计及编程 设计步进电机工作台第一象限直线插补控制（逐点比较法）方案。 原理：逐点比较法是一种代数算法，其特点是能逐点计算和判别运动偏差，并逐点纠正以逼迫理论轨迹。逐点比较法的理论误差是一个脉冲当量。在整个插补过程中走一步均需完成四个工作节拍是： 1、偏差判别， 2、进给控制，3、新偏差计算， 4、终点判别。 （一）、硬件控制示意图 8255控制控制口地址为 2地址为 28H。 255 放 功放 电路 电路 Y Y Y X X X 电 电 电 电 电 电 机 机 机 机 机 机 C B A C B A 相 相 相 相 相 相 （二）、主程序框 图 及 内 存分配 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 开始 设栈指针， 8255初始化， 清内存，送控制电机代码进内存 确定控制字初值 #0 70H， 各坐标值及偏差送内存 F 0 ？ 置控制字为 03H， 置控制字为 0调环分子程序沿 +X 走一步， 调环分子程序沿 + 调延时程序 调延时程序 新偏差及新坐标计算 新偏差及新坐标计算 F=x=x+1 F=F+ y=y+1 终点判别 y=x= 结束 图 2程序框图 表 2存分配表 Y N N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 内存单元地址 存放内容 28H 终点坐标 29H 终点坐标 2补值 X 2补值 Y 2差值 F 70H 控制电机正、反转的控制字 （三）、子程序框图 表 2环分表及 X、 Y 电机带电状态码的内存分配表 正 转 X 电机 电机状态 反 转 内存地址 状态内容 内存地址 状态内容 10H 00H 20H 00H 11H 01H A 21H 08H 12H 03H 2H 18H 13H 02H B 23H 10H 14H 06H 4H 30H 15H 04H C 25H 20H 16H 05H 6H 28H 17H 00H 27H 00H 入口 X 状态码 N （ Y 电机转） Y N（ X 正转） Y Y N（ Y 正转） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表地址 +1 表地址 表地址 +1 表地址 取代码 表 取代码 表 取代码 表 取代码 首 尾 首 尾 地 地 地 地 址 址 址 址 代码 =0？ 代码 =0？ 代码 =0？ 代码 =0？ 代码经 8255 代码经 8255 代码经 8255 代码经 8255 数据口输 数据口输 数据口输 数据口输 出到电机 出到电机 出到电机 出到电机 调延时子程序 返回 图 2程序 图 （四）、程序清单 60H ;主程序开始 2 ;8255 初始化 A,#80H ;设置 5,#10H 6,#20H A ;位清零使表头表尾为 0 10H,A 17H,A Y Y Y Y N N N N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20H,A 27H,A 11H ;装 X 电机状态码到内存 01H 03H 02H 06H 04H 05H 21H ;装 08H 18H 10H 30H 20H 28H 28H,#0 ;文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 29H,#0 ; 200H ;X 200H ;Y 200H ;F 70H,#0 ;电机初始状态 A,2 ;偏差送到 ;F0 跳到 A,70H ;X 转 ;Y 不转 70H,A ;送控制字 ; A,2 ;偏差送到 A A,29H ; 2 ;X+1 ;跳转到 A,70H ;Y 转 ;X 不转 70H,A ;送控制字 ;Y 方向走一步 A,2 ;偏差送到 A A,28H ;F+ 2 ;Y+1 2 ;将 A