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车床
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编号 无锡太湖学院 毕业设计（论文） 相 关 资料 题目： 换刀机器人机械系统的设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923006 学生姓名： 王维维 指导教师： 过金超 （职称：副教授） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “ 毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡太湖学院 毕业设计（论文） 开 题 报告 题目： 换刀机器人机械系统的设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923006 学生姓名： 王维维 指导教师： 过金超 （职称：副教授） （职称： ） 2013年 5月 25日 课题来源 实验室课题。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） （ 1） 课题的科学意义 当今的世界，制造业在经济发展中占有十分重要的地位，机械制造业更加是制造业中的支柱与核心。 （ 2） 国内外研究概况、水平和发展趋势 从近几年世界上推出的机器人产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展。其发展趋势为：结构的模块化和可重构化；工作环境设计的优化和作业的柔性化，以及网络化和智能化等方面。： （ 3） 应用现状及其前景 目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。 在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展 铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。 研究内容 自动换刀机器人的机械系统 ,结构，机构，受力 ，驱动形式，传动系统。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 （ 1）实验方案 通过对目前最常用的几种数控车床自动换刀系统的研究，对所研究的数控机床提出几个最为可行的工作系统，通过对方案的论证分析，选择最为理想的完成整个设计。对整个换刀装置，各组成机构，及各个自由度的实现进行分析。对换刀机械手的手指夹紧力进行分析，计算，对系统的关键部位进行校核，以确保换刀可靠性。对整个设计中涉及到的液压缸，计算确定其各个部分结构的具体尺寸，同时对活塞杆的强度，稳定性及螺栓的强度进行校核，以确保整个系 统工作状态的准确可靠。 （ 2）研究方法 选择最合理的换刀系统，通过比较，计算，设计出关键零件，结合前人的换刀系统设计出整个换刀装置，系统。 研究计划及预期成果 研究计划： 2012 年 11 月 12 日 12 月 2 日：教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。 2013 年 1 月 21 日 3 月 1 日：指导毕业实习。 2013 年 3 月 4 日 3 月 15 日：确定总设计方案。 2013 年 3 月 18 日 3 月 22 日：总体设计（包括参数计算及结构分析计算）。 2013 年 3 月 25 日 4 月 5 日：总体设计（完成参数计算及结构分析计算后绘制草图：装配图）。 2013 年 4 月 8 日 4 月 26 日：零件设计。 2013 年 4 月 29 日 5 月 20 日：毕业论文说明书撰写和修改工作。 预期成果： 跟紧老师的脚步，认真的完成每一步设计，完善整个机械手的设计，熟悉掌握整个系统的原理。在学业将要完成之时，我将大幅提高我的机械研究能力，将会成为一名优秀的机械技术工作者。 特色或创新之处 快速，精确，大容量，的换刀系统。兼容随机刀具定位和固定刀具定位到位达到 0 05 已具备的条件和尚需解决的问题 我已学习数控专业三年之久，掌握了一些这专业的部分知识，老师也给了一些参照资料，可以进行这方面的研究。 尚需解决的问题： （ 1）设计水平移动系统、垂直升降系统和末端操作器的驱动及传动系统； （ 2）设计水平移动系统、垂直升降系统和末端操作器的结构； （ 3）自动换刀机械手的升降机构的绘图 （ 4）装卸刀手手臂和手部结构的设计 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文原文 On C NC is a of or NC by be by of in it is NC to of as a to of of of is a of to NC of of of on of of in by 4 C NC is to NC C in NC is of is of NC he is NC He or to of 1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) as NC is in NC in in in 1 to NC of is is a is by of is of a in C of of of of of of of of 4 NC in up to M. of NC m, M. by m). By of of of of to of at a A C of of NC NC of NC be by n to C is of , C 2, DC is of in to NC 3, AC he is in NC 4, o no , C so of NC on as it be a of to of no is is in NC 2, n to of C in to , Y, Z a NC in by to an of NC in C (1) it is in in C of is 0, 60 5 (2) NC C to is of C is on it be 3, is an of is of of of C to a At C (1) of NC of as as in On of is (2) is in or of of is so is in is to is up m; is in of on of NC in an on of is is , ts is to to of be or of C to 2, of he in to is to of is a of of 3, of he in of to by of to or of to is he is of in on C 1, of of on of is an of a is is 2, of is be of or an of 3, of is to of in to is a be A is be in do in is is is C C NC of NC in In NC to of in a as as to or of to of or to C of on of n of of to on to C 1 of of n of to in to in of of is a to of or is so t is in to NC or 2 of of to to In as In C of of as of 3 of of is to to to to NC in to 4 of roughn哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名： 王政海 学号： 1030310106 学 院： 荣成学院 专业：机械设计与制造 任务起止时间： 2013年 02月 25日至 2013年 06月 21日 毕业设计（论文）题目： 毕业设计工作内容： 1、实际调研，收集相关资料； 1 3周。 2、结合生产实际，对 3、设计 4 7周。 4、设计 向进给结构图 ； 8 11 周。 5、设计零件的工作图； 12 6、撰写毕业设计论文；准备答辩。 14 注：要求全部用计算机绘图和打印文稿（交打印件和电子稿） 资料： 1、金属切削机床与数控机床； 2、非标设计手册； 3、金属切削用量手册； 4、相关的技术资料。 指导教师意见： 签名： 2013年 2 月 24 日 系主任意见： 签名： 2013年 2月 25日 哈尔滨理工大学毕业设计（论文） 评语 学生姓名： 王政海 学号： 1030310106 学 院： 荣成学院 专业：机械设计与制造 任务起止时间： 2013年 02月 25日至 2013年 06月 21日 毕业设计（论文）题目： 指导教师对毕业设计（论文）的评语 ： 该课题源于生产实践，该同学在毕业设计中，态度端正，能 把所 学习相关知识 运用设计中 ，设计结构 基本 合理正确，设计论文论述 较 正确 、格式规范，能正确运用所学基本知识，完成任务要求， 请评阅教师评 阅。 指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 该同学论文格式规范， 对 机械 设计 有了一定了解，设 计符合任务书要求，所做画 纸 符合要求，但在图纸的绘制和尺寸的标注需要改进，建议参加答辩。 评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计（论文）的评语： 该同学的设计符合“毕业设计任务书”的要求，任务量适中，答辩表述基本清晰，能回答大多数提问，概念较清楚， 设计的内容基本合理，无原则性错误，掌握了一定的基础知识和基本技能。符合学院专科毕业设计的要求。 答辩委员会评定， 该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日 教务处制表 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 毕 业 设 计 题 目： 床数控系统改造 院、 系： 机械设计与制造 姓 名： 王政海 指导教师： 张宝海 系 主 任： 陶福春 2013 年 5 月 8 日 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 I 摘要 介绍普通 为我国多年积累了大部分的普通机床，自动化程度低，想要短期内大量更换新机床，是不现实的。为了节省资金，提高生产效率，所以要对普通车床进行数控改造。 采用 51系列单片机控制经济型数控机床，用步进电机来驱动进给系统，实现自动加工。原理为：根据加工零件的图样与工艺方案，通过单片机控制，转化成脉冲信号，经放大电路后驱动纵向和横向步进电机，通过滚珠丝杠实现刀架纵向、横向两个方向的进给，以完成工件的加工。 数控改装后的车床在纵向和 横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。改造后车床可以加工出各种形状的复杂的回转零件 ,并能实现多工序自动车削 ,从而提高了生产效率和加工精度 ,也能适应小批量多品种复杂零件的加工 . 关键词 数控改造； 进给系统；步进电机； 单片机 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 录 摘要 . I 第 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 控改造的必要性 . 1 计任务 . 2 第 2 章 设计任务与总体方案的确定 . 3 计任务 . 3 体设计方案确定 . 3 第 3 章 机床进给伺服系统 机械设计计算及结构设计说明 . 5 要设计参数如下 . 5 定脉冲当量 . 5 向进给系统的设计计算 . 5 知条件 . 5 削力计算 . 5 珠丝杠设计计算 . 6 轮及转矩的有关计算 . 8 向进给系统的设计计算 . 11 向进给系统的设计 . 11 向进给系统的计算 . 11 进电机的选择 . 15 进电机选用的基本原则 . 15 进电机的选择 . 16 第 4 章 数控系统的硬件电路设计 . 18 制系统电气控制结构框图 . 18 片机控制系统设计 . 19 031 单片机的基本特性 . 19 031 芯片引脚功能 . 19 储器扩展电路 . 21 031 与 连接 . 21 据存储器的扩展 . 21 序存储器的扩展 . 21 ，机械产品的性能和质量的不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生长率，而且应能迅速的适应产品零件的变换。我国生产的需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控车床迅速发展起来。 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 台，即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来，台，年产值约为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10 年以上的占 60以上； 10 年以下的机床中，自动 /半自动机床不到 20， 自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏 竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 控改造的必要性 数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以 将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 2 - 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试 制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。 计任务 本课题是将普通 床改造 51 系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电机开环控制，纵向和横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。 章小结 本章主要介绍了论文的课题背景，数控改造的必要性以及设计任务。 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 3 - 第 2章 设计任务与总体方案的确定 计任务 本设计任务是对 通机床进行数控改造。利用 51 系列单片机对纵向横向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为 冲，横向脉冲当量为 冲 ，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。 设计参数如下： 最大加工直径： 在床面上： 320床鞍上： 175大加工长度： 700进速度： 纵向： 向： 大切削进给速度： 纵向： 向： 码制： 冲分配方式： 逐点比较法 输入方式： 增量，绝对值通用 控制坐标数： 2 最小指令数： 纵向： 冲 横向： 冲 刀具补偿量： 0 给传动链间隙补偿量： 纵向： 向： 动升降速性能： 有 体设计方案确定 由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 4 - 因为改造后车床具有定位、直线插补、圆弧插补、顺逆插补、暂停、循环加工、公制螺纹车削等加工功能，故应采用连续控制系统。 考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机 开环控制。 因为 51 系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，性价比高等特点，决定采用 51 系列 8031 单片扩展系统。 为保证一定的传动精度和平衡性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺旋副。 车床数控改造的总体方案见图 2 1： 功率放大器控制计算机磁带计算机手工输入数控程序编 制 加工工件图 纸 或步进电机变速箱车床工件变速箱图 2 1 数控改造的总体方案示意图 章小结 本章主要介绍了 数控改造设计任务以及 确定了整体设计方案。 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 5 - 第 3章 进给伺服系统机械设计计算及结构设计 要设计参数如下 溜板重量： 800N 刀架重量： 300N 刀架快进速度： 纵向： 2m/向： 大进给速度： 纵向： 向： 电机功率： 动加速时间： 26床定位精度： 定脉冲当量 根据机床精度要求确定脉冲当量 纵向： 横向： 向进给系统的设计计算 知条件 工作台重量： W 80800N（根据图纸粗略计算） 时间常数： T 25珠丝杠基本导程： 6程： S 640冲当量： p 距角： ： 2m/ 切削力计算 由机床设计手册 7 可知，切削功率 c （ 3 1） 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 6 - 式中 N 电机功率，查机床说明书， N 4 主传动系统总功率，一般为 进给系统功率系数，取 K ： 2 . 4 9 6 k 9 60 . 6 54 又因为 6120FN 3 2） 所以 Fz 3 3） 式中 v 切削线速度，取 v 100m/切削力 1 5 2 7. 6 2 . 76 k g . 4 9 66120 属切削原理可知 1 ，主切削力 （ 3 4） 查表得： 1882 1880 1 1 则可计算 表 3 1 所示： 表 3 1 算结果 p ， 2 2 3 3 3 f ， .4 N 1125 1524 1891 1687 2287 2837 当 1520N 时，切削深度 p 2刀量 f 此参数做为下面计算的依据。 从机床设计手册 7 中可得知，在一般外圆车削时： （ （ 3 5） 取： 0.5 F 0.6 滚珠丝杠设计计算 三角或综合导轨机床的轴向力： W)f(X （ 3 6） 式中 K f =为 P 00） 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 7 - 度计算 寿命值 6060 （ 3 7） 00主i 00 v fL （ 3 8） 取工件直径： D 80表得 15000h 则： 2 0r / m 14 0 . 31 001 00 0n i 1810 15 0002060L 6i 最大动负载： i （ 3 9） 查表得： 运转系数 硬度系数 1 则 3 9 3 3 . 6 5 0 . 811 . 218Q 3 根据最大动负荷 Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取 列，滚珠丝杠直径选为 32型号为2 6 5 2E ，其额定动载荷式 10689N，所以强度够用。 率计算 根据机械原理 8 的公式，丝杠螺母副的传动效率 为： )（ 3 10） 式中 摩擦角 10 螺旋升角 253 则 0 . 9 5 3)1025t a n (3 25t a n 3 度验算 滚珠丝杠受工作负载 P 引起的导程的变化量 1 （ 3 11） 式中 0L 66 N /c . 6E 滚珠丝杠截面积 3 . 1422 . 803 122 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 8 - 则 93 . 1 422 . 8 0 3 1102 0 . 60 . 61 2 5 0 . 8L 6261 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 2L 很小，可忽略，即 ： L 1L 。所以： 导程变形总误差 为 9 . 8 105 . 90 . 61 00L 6 查表知 E 级精度丝杠允许的螺距误差（ 1m 长）为 15m /m ，故刚度足够 定性验算 由于机床原丝杠直径为 30现选用的滚 珠丝杠的直径为，支承方式不变，所以稳定性不存在问题 轮及转矩的有关计算 关齿轮的计算 传动比 1 . 2 50 . 0 1360 60 . 7 5360 Li 故取 1Z =32 2Z =40 m=2 b=20 =20 6 4 m 1 8 0 m 2 6 8 m 8 4 m 7 2m 0642 1 动惯量计算 工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 : 222p1 4 6 8 k 7 53 . 1 4 0 . 0 1180J 丝杠的转动惯量： 2107 . 8 8J 44144s 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 9 - 22 4 5 k g 齿轮的转动惯量： 2244Z1 . 1 7 6 1 7 k 4107 . 8J 2244Z2 . 9 3 9 k 8J 电机转动惯量很小可忽略。 因此，总的转动惯量： 2221 5 . 1 9 . 5 1 9 k 4 6 82 . 6 1 76 . 3 9 )( 1 1 . 4 7 51 . 2 51(需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩 0m a x （ 3 12） 最大切削负载时所需力矩 0（ 3 13） 快速进给时所需力矩 0f （ 3 14） 式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； 折算到电机轴上的摩擦力矩； 0M 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩； 切削时折算到电机轴上的加速度力矩； 折算到电机轴上的切削负载力矩。 6 n 当时 M 6 . 7 r / m 2 52 0 0 0a xm a x 5 2 0 2 59 . 6 4 1 6 . 71 4 . 5 19 4m a x M 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 10 - 2 4 . 8 8 r / m i 1 41 . 2 50 . 31 0 01 0 0 0 0 0 1 5 05 0 2 59 . 6 2 4 . 8 81 4 . 5 19M 4 f 250. 83. 142 0. 6800. 16 )(12 0预加载荷10 则： 1. 250. 83. 146)0. 90. 6( 176. 3861 22000 )(= 0 1 42 0 2 0 m 所以，快速空载启动所需力矩： 7 4 0 5 4 6 21 . 2 2 32 5 . 7 20m a x 切削时所需力矩： 0 5 1 8 2 9 72460223153610.快速进给时所需力矩： 8 5 4 6 21 30 f 由以上分析计算可知： 所需最大力矩a x M 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 11 - 向进给系统的设计计算 向进给系统的设计 经济型数控改造的横向进给系统设计比较简单，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，提高传动精度。 向进给系统的计算 由 于横向进给系统的设计计算与纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。 已知条件： 工作台重 W 300N 时间常数 T 25珠丝杠基本导程 0L 4旋 行程 S 190冲当量 p 距角 1m/削力计算 横向进给量为纵向的 1/2 1/3，取 1/2，则切削力约为纵向的 1/2 76 3. 8 . 7 621F z 在切断工件时： 3 8 1 7 6 0 5 FF 珠丝杠设计计算 对于燕尾型导轨： W)f(（ 3 15） 取 K f 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 12 - 7 4 7 . 4 N 3 0 )0 . 2 ( 7 6 . 3 83 8 . 1 91 . 4P 寿命值 5 0 0 015601060 66 最大动负载 2 1 3 5 . 5 . 7 411 . 21 3 . 5i 根据最大动负载 Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取 珠丝杠公称直径为 ，型号为21 5430 c 左，其额定负荷 5393N，所以强度够用。 螺旋升角 383 ，摩擦角 10 则传动效率 0 . 9 5 6)1038t a n ( 3 38t a n 3)t a n ( t a n 滚珠丝杠受工作负载 P 引起的导程的变化量 9 61 . 7 6 1 9102 0 . 63 . 1 4 40 . 4107 4 . 7 42601 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 2L 很小，可忽略，即： 1所以，导程变形总误差为 1 4 . 9 4 9 60 . 41 0 0 0 60 查表知 E 级精度丝杠允许的螺距误差（ 1m 长）为 155m ，故刚 度足够。 由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同而支承方式由原来的一端固定，一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 13 - 轮及转矩有关计算 (1) . 第一对齿轮 传动比 1. 67350. 005360 40. 75360 故取 642084(2) . 第二对齿轮 传动比 1i 4 4 m m m 2020工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 222pI 4 3 9 1 40 . 0 0 5180J 丝杠转动惯量 244s 4 . 5 9 83107 . 8J 齿轮的转动惯量 244 3 7 2107 . 8 . 9 0 8 2 8 8107 . 8J电机转动惯量很小可忽略，因此，总的转动惯量 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 14 - 22 1 . 7 8 0 4 3 90 . 8 2 86 . 3 9 0 )( 1 9 . 4 5 953(2 5 . 7 7 0 4 3 90 . 0 3 70 . 0 3 7 )( 1 9 . 4 5 91(4 1 6 .7 r / m 51 0 0 00m a xm a x L 3 3 9 0 2 59 . 6 4 1 6 . 71 9 . 5 7 71069 44m a xm a x a 3 3 . 1 7 r / m i 1 4 50 . 1 51 0 01 0 0 01 0 0 000 D L vf iL t 047 0259. 6 33. 173. 399 4 0 2 8 83 . 1 42 30 . 4300 . 222 000 f 0 1 1 N)0 . 9(150 . 63 . 1 46 30 . 43 8 . 1 9)1(6 22000 y 1 8 2 83 . 1 42 30 . 43 8 . 1 92 0 所以，快速空载启动所需转矩 3 7 8 7 0 1 10 . 0 2 8 70 . 3 3 9 fa m a x 切削时所需力矩 1 0 4 2 1 8 20 . 0 1 10 . 0 2 80 . 0 4 7 0 快速进给时所需的转矩 0 4 0 3 0 1 1 60 8 7 0 f 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 15 - 从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时， a x 进电机的选择 进电机选用的基本原则 合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下： 距角 步距角应满足： 3 16） 式中 i 传动比； 系统对步进电机所驱动不见的最小转角。 度 步进电机的精度可用步距误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用积累误差衡量精度比较使用。所选用的步进电机应满足 Q i Q （ 3 17） 式中 Q 步进电 机的积累误差； Q 系统对步进电机驱动部分允许的角度误差。 矩 为了使步进电机正常运行（不失步、不越步），正常启动并满足对转速的要求，必须考虑： 一般启动力矩选取为： M （ 3 18） 式中 电动机启动力矩； 0 电动机静 负载力矩。 根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表 3 2 所示。科生毕业论文 - 16 - 进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的，如表 3 3 所示。 2. 在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 表 3 2 步进电机相数、拍数、启动力矩表 运行方式 相数 3 3 4 4 5 5 6 6 拍数 3 6 4 8 5 10 6 12 M / 3 3 反应式步进电机技术指标 型号 主要技术数据 步距角， 最 大 静 转矩，N 高空载启动频率，s 运行频率， s 相数 电压 ，V 相电流， A 11000 1500 7000 3 80 6 动频率 由于步进电机启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足： （ 3 19） 式中 极限启动频率； 要求步进电机最高启动频率。 进电机的选择 616 纵向进给电机的确定 5 . 12 5 4 102 7 . 4 M 为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：M / 以，步进电机最大静转矩 1 4866685 . 1 258660 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 17 - 步进电机最高工作频率 333 3. 3H 0160 200060 m a xm a x 综合考虑，查表选用 110直流步进电机，能满足使用要求。 616 横向进给步进电机的确定 . 8 2 5 4 102 . 6 3 340 0 q 电动机仍选用三相六拍工作方式，查表知： 所以步进电机选择最大转矩 60 8 2 5658 6 60 . .步进电机最高工作频率 333 3. 3H 00 560 100 060 m a xm a x 综合考虑，选用 110直流步进电机，能满足使用要求。 章小结 本章主要介绍了纵向进给系统和横向进给系统的设计计算，滚珠丝杠的设计计算步进电机的选择。 哈尔滨理工大学 专科生毕业论文 - 18 - 第 4章 数控系统的硬件电路设计 制系统电气控制结构框图 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效的运行。机床的数控系统的硬件电路概括起来由五部分组成。 ：包括数据总线（ 地址总线（ 控制总线（ 括制度可编程存储器和随机读写存储器。 4
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