DK7732数控高速走丝电火花线切割机及控制系统设计-机械毕业论文【答辩优秀】

南华大学机械工程学院毕业设计 目录 引言 （ 1） 一 总体方案设计 （ 2） （一） 总体方案的拟定（ 2） （二） 主要技术参数的确定（ 2） 二 储丝走丝部件结构设计 （ 3） （一） 储丝走丝部件运动设计（ 3） 1对高速走丝机构的要求 （ 3） 2高速走丝机构的结构及特点（ 4） （二） 储丝走丝部件主要零件强度计算（ 10） 1齿轮传动比的确定（ 10） 2齿轮齿数的确定（ 10） 3传动件的估算（ 12） 4齿轮模数估算（ 13） 5. 齿轮模数的验算 （ 14） （三） 储丝走丝部件主要零件强度验算（ 16） 1齿轮强度的验算（ 16） 2主轴的验算（ 19） （四） 主轴组件结构设计（ 21） 1轴承配置形式（ 21） 2主轴组件的调整和预紧（ 22） 南华大学机械工程学院毕业设计 三 进给传动设计 （ 22） （一） 进给传动运动设计（ 22） 1 脉冲当量和传动比的确定（ 22） （二）滚珠丝杆螺母副的型号选择和滚珠丝杆的选型和校核（ 23） 1 滚珠丝杆螺母副的型号选择（ 23） 2 滚珠丝杆的选型和校核（ 25） （三）步进电机的选择（ 28） 1根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 (28) 2启动矩频特性校核 (30) （四）进给机构支承设计（ 31） 1 螺杆的支承形式（ 31） 2 螺杆的支承方式（ 31） 四 数控系统设计 （ 32） （一）高频脉冲电源 （ 32） （二）数字控制系统设计（ 33）(三 )控系统硬件的电路设计（ 34） 1 单片机设计（ 34） 2 系统扩展（ 38） 3 I/O 口的扩展（ 42） 4 显示器的接口设计（ 48） 5 步进电机控制电路设计 （ 50） 6 光电隔离电路设计（ 57） 南华大学机械工程学院毕业设计 7 部分控制程序（ 58） 8 其他接口电路设计（ 70） 参考文献 （） 谢辞 （） 南华大学机械工程学院毕业设计 摘要 : 电火花线切割加工（ wire-EDM）是一 种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术，它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模、挤压模、粉末冶金的铸模和标准摸板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高磨床或昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。由于电火花线切割加工技术是机电一体化技术，是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。 我的设计课题是 DK7732 数控高速走丝电火花线切割机及控制系统设计。DK 为数控电加工机床， 77 为电火花线切割机床， 32 为机床工作台宽度。 此次设计包括机床的总体布局设计，横向进给、纵向进给设计，其中还包括齿轮的强度计算，滚珠丝杆较核，轴承寿命的验算。控制系统部分包括步进电机控制电路和脉冲电源电路，这是数控电火花加工机床的重点设计部分，也是难点。步进电机电路设计包括硬件电路设计和软件系统设计。详细说明了芯片的扩展、键盘显示器接口的设计等等。脉冲电源电路采用高低压复式脉冲电源，它是由晶体管及分立元件组成的电路，输出高低压复式脉冲，可以同时供给两个放电间隙加工，提高生产效率。 关键字： 数控高速电火花线切割加工、主轴运动、步进电 机、脉冲电源。 南华大学机械工程学院毕业设计 Abstract: Wire electrical-discharge machining(wire-EDM) is an adaptation of the basic EDM process, which can be use for cutting complex two-and-three-dimensional shapes through electrically conducting materials. Wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes, Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge, for example mechanism, electrician, electron, numerical control, auto control and computer application. My design subject is DK7732 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool. DK means numerical control machining tool. 77 means wire electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tools worktable. The design contains collectivity distribution design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span. The controlling system part contains the circuit of step-by-step electromotor control and the circuit of pulse electrical source. This part is the most important part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the design of keyboard display interface. The circuit is composed by transistor and unattached elements, it exports high and low voltage pulse, which can apply with two electrical-discharge interval and improve productivity. Key words: Numerical control wire electrical-discharge machining, principle axis motion, step-by-step electromotor, pulse electrical source 南华大学机械工程学院毕业设计 南华大学机械工程学院毕业设计 前言 毕业设计可谓是大学四年对所学知识综合的一次大的考验也是在走向工作南华大学机械工程学院毕业设计 岗位的一次练兵，更进一步锻炼了自己的动手能力和团队的合作能力，真正做到了理论联系实际教与学的一次有理结合。 数控电火花线切割机的设计具体的说来应该包括走丝设计， X、 Y 坐标工作台设计，脉冲电源的设计，控制部分的设计等。按照设计的任务书，首先要了解该机床调查研究电火花线切割机的加工特点，确定 DK7732 线切割机床的具体 技术参数，从而在第一阶段我们在衡冶进行了实地的参观测绘，初步确定参数，对照已有的院数控中心 DK7725 型线切割机更进一步确定具体的设计参数，根据已有的参数再对机床总体方案及控制系统总体方案进行确定。具体到设计时对各个方案再进行点对点的修改。接下来就是进行必要的设计与计算选型工作，就是将整体机床的设计又分为几个部分各个去突破大体就是机械部分和电气部分。再具体到各个组件或零件。 虽说设计是个人的行为，但由于自己的知识欠缺且设计的内容跨越比较大包括电子技术、计算机技术、机械设计，很多地方肯定是难以具到，当然有在颜 竟成教授的悉心指导下，很多不懂的地方这正是我们要学的地方，同时在多方面有同学们的提示才得将设计顺利进行。这毕竟是一个学习阶段的毕业设计很多方面都是在边学边用中进行的，或者说很多方面的设计还是停留在模仿的阶段比如电气部分，控制部分都不是很成熟的设计。 第一章 总体方案设计 一、线切割机床的现状简介 南华大学机械工程学院毕业设计 我国数控线切割机床的拥有量占世界首位，技术水平与世界先进水平差距也逐渐缩小。尤其近年来，计算机技术的应用和线电极电火花加工技术的结合。实现了各种复杂形状的模具和零件加工的 自动化，其控制精度可达 1 m，实际加工 精度可达 0.01mm。表面粗糙度可达 1.252.5 m。数控线切割机床是精密金加工线切割加工技术是线电极电火花加工技术，是电火花加工技术中的一种类型，简称线切割加工。图 1.1 中是线切割机床加工的工作原理示意图 脉冲电源图纸 程序键盘数控装置介质液泵步进电机储丝筒 图 1.1 线切割机工作原理示意图 线切割机床采用钼丝作为电极丝。被切割的工件为工件电极，电极丝为工具电极。脉冲电源发出连续的高频脉冲电压，加到 工件电极和工具电极上（电极丝）。在电极丝与工件之间加有足够的、具有一定绝缘性能的工作液。当电极丝与工件间的距离小到一定的程度时，工作液介质被击穿，电极丝与工件之间形成瞬时火花放电，产生瞬时间高温，生成大量的热，使工件表面的金属局部熔化，甚至汽化；再加上工作液体介质的冲洗作用，是得金属被蚀除下来。这就是线切割机床的加工原理。工件在机床坐标工作台上，按数控装置或微机程序控制下的预定轨迹进行加工最后得到所需要的形状的工件。 1.数控线切割加工的主要特点如下 ： 1）； 线切割加工可以用于一般切削方法难以加工或者无法加 工的形状复杂的工件南华大学机械工程学院毕业设计 加工，如冲模、凸轮、样板、外形复杂的精密零件及狭窄的缝隙。尺寸精度可以达到 0.01-0.02mm，表面粗糙度值 Ra 可达到 1.25 m。 2）； 先切割加工可以用于对一般切削方法难以加工或者无法加工的金属材料和半导体材料的工件进行加工，如淬火钢、硬质合金钢、高硬度金属等，但无法实现对非金属导电材料的加工。 3）； 线切割加工直接利用线电极电火花进行加工，可以方便的调整加参数，如调节脉冲宽度、脉冲间隔、加工电流等，提高线切割加工精度，也可通过调节实现加工过程的自动化控制。 4）； 线切割加工的效率低 ，成本较高，不适合于加工形状简单的批量零件。 二、 线切割机床的总体方案的拟定 线切割机床具体加工过程为：加工者根据图纸中的工件尺寸，编制成一定的程序，并且通过键盘或光电机等输入设备将程序输入到控制器中去。在控制系统接受到输入的程序后，将其存入存储器中。点火花先切割机在收到命令后，就开始运行程序，通过微机控制系统进行插补运算。每运算一次，发出一个进给脉冲，然后经过功放驱动步进电机，使机床工作台按预定的轨迹进行加工。运丝系统由运丝电机传动给储丝筒，通过行程开关使储丝筒作往复运动，从而使得钼丝运动。钼丝经过机架 上的导轮与工件相接近，小到一定的距离。乳化液泵即工作液将线切割机专用乳化液通过喷嘴喷入工作切口上，高频脉冲电源产生的连续高频脉冲被分别加到钼丝与工件之间的间隙进行检测，检测信号的大小送入变频电路，再由变频电路产生的频率大小来控制微机的进给速度。当间隔增大时就加快进给速度，当间隙减小时，就减慢进给速度，以保持均衡的放电间隙，从而也维持了一定的加工电流。 1）； 电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。 2）； 为了保证进 给伺服系精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构统的传动。 南华大学机械工程学院毕业设计 3）； 根据系统的功能要求，微机控制系统中除了 CPU 外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器， I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路 4）； 电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系 统选取连续控制系统。 5）； 纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，传动比应满足机床所要求的。 6）； 采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。 7）； 根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用 8 位微机。在 8 位微机中， MCS-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，具有很高的性能价格比。因此，可以选择 MCS-51 系列单片机扩展系统。 在上述的基础上，有条件的还可以进一 步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。 三、具体各部件的组成介绍 线切割机床主要由机械系统、传动系统、润滑系统、电气系统和微机控制系统组成。其主体结构由床身、坐标工作台、线架、运丝装置、工作液箱、机床电器、夹具、保护罩及机床附件等部分组成。 1）；机械系统 机械系统主要由床身。坐标工作台、线架及运丝装置等组成。 机床床身是箱形结构的铸件，是安装坐标工作台、线架及运丝装置的基础，要有较好的刚性，以保证机床的加工精度。床身既能起支撑和连接坐标工作台、运丝机构和线架等部件的作用，又起安装机床电器、存放工作液的 作用。 南华大学机械工程学院毕业设计 坐标工作台主要由工作台上拖板、中拖板、下拖板、丝赶和齿轮变速箱等部件组成。拖板的纵向和横向运动是采用“一 V 一平”滚动导轨结构。如下图所示 图 1.2 线切割机坐标工作台 图 1.2 中是线切割机坐标工作台的结构。坐标工作台用于安装并且带动工件在工作台平面内作 x、 y 两个方向的移动。坐标工作台分为上下两层，分别与 x、y 轴丝杠相连。由两个步进电机通过两对消隙齿轮及丝杠转动来实现两个方向的运动。步进电机 每接收到微机发出的一个脉冲信号，其输出轴就转动一个步距角。通过消隙齿轮变速带动丝杠转动，使工作台在相对应的方向上移动 0.001mm。坐标工作台的有效行程就是步进电机驱动丝杠的转动对应的移动距离。丝杠前端采用两只角接触轴承来消除间隙，可调整予紧力，使间隙接近零，具有转动灵活、精度高、寿命长等优点而被采用。由于控制系统采用开环控制，机床加工精度主要由坐标工作台的运动精度来确定。 线架安装在储丝筒与工作台之间。为了满足不同厚度工件的要求，机床采用可变跨距结构的线架，以确保上下导轮与工件的最佳距离，减小电极丝的抖动 ，提高加工精度。线架采用铸件结构，提高线架的刚性对加工精度有很大的影响。线架的下悬臂固定在立柱上，上悬臂可沿立柱导轨做上下升降。导轮置于线架悬臂的前端采用密封结构组成装在悬臂上。下图为先切割机床的线架部件结构。 南华大学机械工程学院毕业设计 图 1.3 线架部件结构 运丝装置由储丝筒、储丝筒拖板及传动系统组成。储丝筒由薄壁管制成，具有重量轻、惯性小、耐腐蚀等优点。储丝筒主轴通过。联轴器中装有耐油橡胶垫片，对电机换向瞬间 产生的冲击起到机械缓冲作用，以减少振动，从而延长传动轴的使用寿命。如下页图所示，它是线切割机床运部件结构，储丝筒主轴装有两对变速齿轮，带动传动丝杆，使储丝筒与拖板作往复运动使钼丝有规律的等距离排列在储丝筒上。拖板储丝筒的频繁换向是采用行程开关控制来实现的，它具有控制简单，动作灵敏、换向噪声小、震动轻、使用寿命长等优点。左右撞块间的距离可以调节，一般根据钼丝的长短来确定。钼丝两端留有一定的余量，当行程开关失灵时，可切断电机电源，确保机床的安全。 南华大学机械工程学院毕业设计 图 1.4 运丝部件结构 2）；传动系统 传动系统由工作台、运丝装置和线架所组成。传动系统包括工作台传动系统、运丝装置传动系统和电极丝运转系统。工作台传动系统主要是 x 轴和 y 轴方向传动，下页图是工作台传动系统图。 图 1.5 工作台传动系统示意图 南华大学机械工程学院毕业设计 X 轴向传动路线如下。控制系统发出进给脉冲， x轴步进电机接收到这个进给脉冲信号，其输出轴就转动一个步距角，通过一 对齿轮变速带动丝杠转动。两齿轮啮合变速后带动丝杠，通过螺母带动拖板，使工件实现 x轴向移动。 Y 轴向传动路线与 x轴类似。 运丝装置的传动系统主要是机床行程开关。运丝装置机构带动电极丝以一定的线速度运动，并将电极丝整齐的盘绕在储丝筒上。行程开关控制储丝筒的正反转 向 。 下 图 是 线 切 割 机 床 运 丝 装 置 传 动 系 统 图 图 1.6 运丝装置传动系统 运丝装置的传动路线是：电动机转动，通过联轴器带动储丝筒按一定的速度运动旋转 。同轴上一对齿轮啮合传动再传给另外一对齿轮。经两对齿轮的变速传动，带动丝杠、螺母后驱动拖板移动，并使电极丝整齐地盘绕在储丝筒上。 电极丝运转系统主要是由储丝筒旋转，带动电极丝做正反向交替运动。排丝导轮保持电极丝整齐排列在储丝筒上，经过线架作来回高速移动（线速度为8m/s），进行切割加工。电极丝传动路线是由储丝筒经过排丝轮，再经过导电轮，由上导轮切割工件，在经下导轮后，回储丝筒进行往复盘绕。 3）；机床润滑及工作液系统 线切割机床有机床润滑系统和工作液系统。 机床润滑系统对线切割机床各个运动副进行润滑，以保证 机床各个运动部件南华大学机械工程学院毕业设计 灵活可靠。手摇工作台做纵横向移动应轻松灵活，拨动储丝筒、导轮均应旋转自如，轻便灵活。工作台各部位的运动副润滑，重点是丝杠、螺母和齿轮箱及拖板滑道等。一般要求加油时间为每周一次。运丝部件各部位的运动副润滑，重点是齿轮、丝杠、螺母和拖板导轨等。一般要求加油时间为每周一次。 工作液系统由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起截缘、排屑、冷却等作用。工作液一般采用（ 710） %的植物皂化或 DX-1 油酸钾乳化液水溶液。工作方式由工作液泵供给工作液循环喷注的压力进行工作。每次脉冲放电后，工件 与电极丝之间必须迅速恢复截缘状态，这是靠工作液的绝缘作用实现的。工作液喷注在切口中，使得脉冲放电不能转变为稳定持续的电弧放电，否则会影响加工质量和精度。在加工过程中，工作液的喷煮压力会将加工过程中产生的金属小颗粒迅速从电极之间冲走，保证正常加工。工作液还可以起冷却作用，冷却受热的电极和工件，防止工件变形。 南华大学机械工程学院毕业设计 第二章 机械系统设计 一同步带传动的设计计算 同步带传动设计计算的主要内容是根据传递的名义功率、转速、速度笔及工况来正确选择同步带的型号、带长、带宽及带轮的齿数和直径。计算步骤如下 。 1. 计算设计功率 pd=(k+k1+k2)pm(kw) 式中： pm为同步带传递的名义功率（ kw）由电机的选择名义功率为 1.1kw,以知设计参数； k0 为载荷修正系数参考机电综合设计表 2-14 为轻负荷传递功率且工作时间为普通使用每日 8h-10h 所以 k0 取 1.5。 k1 为使用张紧轮修正系数见表 1，由表可取 k1=0.1； k2 为增速传动修正系数见表 2，此处为减速传动所以 k2=0。 表 2.1 使用张紧轮修正系数 k1 表 2.2 增速传动修正系数 k2 压紧轮的位置 系数 增速比 系数 松边内侧 0 1.00-1.24 0 松边外侧 0.1 1.25-1.74 0.1 紧边内侧 0.1 1.75-2.49 0.2 紧边外侧 0.2 2.50-3.49 0.3 所以 pd=（ k0+k1+k2） pm=（ 1.5+0.1+0） pm=1.6 1.1kw=1.76kw 2选择带的型号 由设计功率 pd=1.76kw 和小带轮转速 n1由 下图 选出同步带的型号并由机械设计手册查到对应的节距 pd（ mm）。 电极丝额定移动速度为 11m/s。 南华大学机械工程学院毕业设计 储丝筒的直径由前面确定为 D=146mm n D=11m/s n=11/0.146 3.14m/s=24r/s=1440r/min 由 同步带选型图 易知对应点选择小带轮为 L 型同步带轮对应的节距 pb=9.525mm 基准宽度为 25.4mm。 周节制梯形同步带轮 又称标准同步带轮梯形同步带轮的齿廓形状可以采用渐开线齿型前者用渐开线轮刀具范成法加工而成其齿形取决于刀具。此处采用的渐开线齿形。 M X LX X LXL LXHX X H 图 2.1 同步带选型图 3.确定带轮齿数 z 与直径 d 由前面所选丝杠 D=24mm p 导程 =3mm 由储丝筒运丝原理即转筒每转一圈储丝筒整体向左或向右移动一个电极丝的直径。 南华大学机械工程学院毕业设计 由电极丝的直径 D 丝 =0.2mm 而按照相关规定储丝筒整体移动的距离应该在一个电极丝直径范围内且误差不应该 超过 0.05mm才不会出现断丝的现象。 即可取 S 距 =0.25mm （为误差范围以内） 由 S 距 =i p 丝 =0.25mm 所以 I=0.25/3=0.0833=1/12 即丝杠每转一圈储丝筒转 12 圈 由带轮最少许用齿数表查之小带轮最少许用齿数为 14此处选用 16 齿稍大 2 齿比较合理从而大带轮的齿数为 Z2=Z1 I=12 16=192 齿 由 Z2=192 查手册 GB11361-89 易知无可选用的带轮且选用的话直径将超过400mm故不易装配从而应选择另一方按。 为了将同步带轮的直径减 小可采用二级传动由传动比的计算： 表 2.3 带轮最少许用齿数 小带轮转速 带型号 n1/（ r/min） MXL XXL XL L H XH X 带轮最少许用齿数 900 - - 10 12 14 22 900- 1200 12 12 10 12 16 24 1200- 1800 14 14 12 14 18 26 1800- 3600 16 16 12 16 20 30 3600- 4800 18 18 15 18 22 - 可采用 Z1=16 Z2=48 Z3=18 Z4=72 即 Z1/Z2 Z3/Z4=0.0833 南华大学机械工程学院毕业设计 从所查小带轮与基准宽度： 小带轮直径 d1=PbZ1/ =9.525 16/3.14=48.53mm 第二带轮直经 d2=PbZ2/ =9.525 48/3.14=145.60mm 第 三带轮直经 d3=PbZ3/ =9.525 18/3.14=54.60mm 第四带轮直径 d4=PbZ4/ =9.525 72/3.14=218.40mm 4.选择带长 Lp 根据以知中心距 A（ mm）的要求或初选中心距 A，计算带长 Lp 以知中心距 A1=182mm A2=193mm Lp1=2Acos 1+（ d1+d2） /2+（ d2 d1） /180（ mm） =2 182 cos30.9 +（ 218.4+48.53） /2+ 30.9 (218.4 48.53)/180 =321.9+304.78+91.54 =718.22mm 其中 1=arcsin(d2 d1)/2A1 =arcsin(218.40 48.53)/182=30 Lp2 =2Acos 2+（ d3+d4） /2+（ d4 d3） /180（ mm） =2 193 cos15.5 +（ 145.6+54.6） /2+ 15.15 (145.6 48.53)/180 =375.12+314.31+15.23=704.66 其中 2=arcsin(d4 d3)/2A2 =arcsin(145.6 48.3)/2 193 =15.15 南华大学机械工程学院毕业设计 按手册查选择最接近计算带长值的标准带长（节线长）及相应长度代号，并查出该带的齿数 zb。 按 GB11616-89 为了使皮带有一定的张紧力度故可选择长度代号为 270 的L 型同步 带 其齿数为 72 齿节线长 685.8mm in27 极限偏差 0.61 in 0.024 5.实际传动中心距离 A 的确定 根据所选的标准带长求出实际中心距 A。 A M+ /)(8/1 2122 ZZPbM M1=Pb/8(2Zb Z1 Z2) M2=Pb/8(2Zb Z3 Z4) M1=9.524/8(2 160 16 72)=276.196 M2=9.524/8(2 160 48 18)=302.38 所以 A1 276.196+ 276.1962 1/89.524(72 16)/ 545 A1 302.387+ 302.3872 1/89.524(48 18)/ 602.387 在 z1/z2 之值很大时，还有一个精确中心距计算公式。但是，通常同步带传动中心距是可以调整的，以边获得同步带传动必须有的适当的张紧力。 6.选择带宽 bs 带宽的选择准则是限制作用在同步带宽上的拉力，以保证同步带的强度和使用南华大学机械工程学院毕业设计 寿命，工作是不发生失效。 1）； 根据 带型、小带轮齿数 z1 及转速由手册查的对应的同步带的基准宽度 bs。及基准额定功率 p。（ kw）。 查得带型为 L型 小带轮齿数为 16齿 且转速为 1440r/min 另一小带轮齿数为 18 齿 转速为 320r/min。 对应同步带的基准宽度 bs0 为 25.4mm p。 =1.1kw。 2）； 计算同步带传动的啮合齿数 zm。 Zm1=entZ1/2 PbZ1/(2 2 A) (Z2 Z1) =ent16/2 9.542 16/2 2 545 (72 16) =ent7.21=7 6 Zm2=entZ3/2 Pbz2/(2 2 A) (Z3 Z4) =ent18/2 9.542 16/2 545 (48 18) =ent8.14=8 6 3)； 计算啮合齿数系数 Kz。 当 Zm 6 时， Kz=1；当 Zm 6 时 Kz=1 0.2（ 6 zm） 故 Kz1=1 Kz2=1 4） ； 确定带宽系数 Kw Kw=（ bs/bs。） 1.14 当带宽 bs 尚未确定， 可由该式建立带宽 bs 与基准带宽 bs0 的关系 5）； 确定额定功率 p p KzKwP。 (kw) 1.1kw 南华大学机械工程学院毕业设计 6)； 选择带宽 bs 根据设计要求，同步带传动的设计功率应小与所选型的额定功率 P，即 Pd P。根据此条件，导出带宽 bs 的计算公式。同步带带宽值 bs bs。（ Pd/KzP。） 1/1.14（ mm） =25.4（ 9.524/1 1.1） 1/1.14=16.8（ mm） 根据表 4，选择标准带宽 bs 及代号，并且要考虑到标准带宽 bs 值应大于计算带宽值。 表 2.4 XL L H XH XXH 型标准带宽 bs/mm XL L H XH XXH 代号 带宽 代号 带宽 代号 带宽 代号 带宽 代号 带宽 025 6.4 050 1 2.7 075 19.1 200 50.8 200 50. 031 7.9 075 19.1 100 25.4 300 76.2 300 76.2 037 9.5 100 25.4 150 38.1 400 101.6 400 101.6 此处选择 L 型标准带宽 代号为 075 带宽为 19.1 的同步带一对。 二滚珠丝杠螺母副的选型和校核 南华大学机械工程学院毕业设计 1.滚珠丝杠螺母副类型选择 滚珠丝杠螺母副有专门工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。滚珠丝杠副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数与圈数、预紧方式。 钢珠在丝杠与螺母之间的滚动是一个循环闭路 。根据回珠方式，可分为两类：内循环，回珠器处在螺母之内。外循环，插管式回珠器位于螺母之外。 钢珠每一个循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有 2 列， 3 列， 4 列， 5 列等几种，每列只有一圈。外循环每列有 1.5 圈， 2.5圈， 3.5 圈等几种，剩下的半圈作回珠。外循环滚珠丝杠的每个螺母有 1 列 2.5圈，一列 3.5 圈， 2 列 1.5 圈， 2 列 2.5 圈等种类较多。 为了消除间隙和提高滚珠丝杠副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，称为预紧。常用的滚珠丝杠副预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、 双螺母齿差式预紧等。预紧后的刚度可提高到为无预紧时的 2倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杠在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杠副的额定动载荷有一定的比例关系。预紧方式见下页表。 2.主要参数及代号 1）； 滚珠丝杠副的参数 1.1、公称直径 dm，公称直径即滚珠丝杠的名义直径， dm 越大，承载能力越大。数控机床常用的进给丝杠的公称直径 dm为 30mm到 80mm。 2.2、基本导程 L0。丝杠相对于螺母旋转 2 rad 时，螺母的轴向位移。与进给系统脉冲当量的要求有 关。 3.3、 精度等级。滚珠丝杠副按其使用范围及要求可分为 7 个精度等级。 南华大学机械工程学院毕业设计 表 2.5 滚珠丝杠副的预紧方式 类别 调整方法 特点 调整垫片厚度，使螺母 结构简单，装卸方便，刚度 产生轴向位移 高；但调整不便，滚道有磨 垫片式 损时，不能随时消除间隙和 和预紧。适用于高刚度重载 荷。 螺纹式 调整端部的圆螺母使螺母 结构紧凑，工作可靠，调整 产生轴向位移 方便但准确性差，且易松动 用于刚度要求不高或需随 时调节预紧力的传动 齿差式 两螺母在凸缘上有外齿分别 能够精确的调整预紧力， 紧固在螺母座两端的内齿圈 但结构尺寸较大，装配 啮合。 调整较复杂，宜用于高精 度的传动 机构。 3.最大工作载荷的计算 滚珠丝杠上的工作载荷 Fm（ N）是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所乘受的轴向力，也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削力相关的摩擦力。 Fm由以下经验公式。 矩形导轨 Fm KFl+f1（ Fv+Fc+G） 燕尾导轨 Fm KFl+f1（ Fv+ Fc+G） 南华大学机械工程学院毕业设计 三角形或综合导轨 Fm KFl+f1（ Fv+G） 式中： Fl,Fv,Fc 分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷（ N）； G 为移动部件的重力； K 和 f1 分别为考 虑颠覆力矩的影响的实验系数和导轨上的摩擦系数随导轨型式不同而不同。 对于矩形导轨 K=1.1,f1=0.15 燕尾导轨 K=1.4, f1=0.2 三角形或综合导轨 K=1.15, f1=0.180.18 而滚动导 f1 0.00250.005 由线切割机床坐标工作台 可初选择 K=1.15 f1=0.015 Fv=200 10=2000N G=Fv+G 台重 (200+200) 10=4000N 所以 Fm=1.15 0+f1(2000+4000)=0.15 6000=900N 4.最大动负载 c 的计算及主要尺寸初选 滚珠丝杠应根据额定动载荷 Ca 选择用，最大动载荷计算原理与滚动轴承相同。 滚珠丝杠最大动载荷 C 可用下式计算 C= 3L fmFm 式中： L 为工作寿命，单位为 1000000r,L=60nt/1000000； 由 t 150000h 即额定使用寿命（ h）， n 1000v/L。； v 为最大切削力条件下的进给速度（ m min），可取最高速度的 1/21/3； L。为丝杠的基本导程（ mm），计算时，可根据快进速度 vmax 和丝 杠最大转速 nmax 初选一个数值（ L。1000max/nmax） ,待刚度验算后再确定； t 为额定使用寿命（ h），可取 t 15000h；fm 为运转系数，无冲击取 .，一般情况取 1.21.5,有冲击振动取 1.52.5；Fm为滚珠丝杠工作载荷（ N）。 南华大学机械工程学院毕业设计 由 n=1000v/L。 =1000 0.1/5 =20 其中 v 进给速度由机床给定参数 L。为丝杠导程取 L。 =5mm L=60nt/1000000 =60 20 15000/1000000=18000000r C=3L fmFm =318 1.2 900 =2830N 其中 fm=1.2 为运转系数取 1.2 Fm=900N 为工作载荷 初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷 Ca 不得小于最大动载荷 C：CaC。 初选丝杠副尺寸规格 CLM3205-3.5-P3 =2 51 为丝杠的螺旋升角 Ca=16100N 滚珠丝杠额定动载荷 Coa=52750N 滚珠丝杠额定静载荷 由 Coa=16100C 且 Coa/Fm=161002830=5.63 所以符合标准 当滚珠丝杠副在静态或低速运转（ n 10r/min）下工作并受载荷，那么还要考虑其另一种失效形式 滚珠接触面上的朔性变形。即考虑滚珠丝杠的额定静载荷Coa 是否充分的超过了滚珠丝杠的工作载荷 Fm，一般使 Coa/Fm=23。滚珠丝杠的 Ca 和 Coa 值由手册查之为上 南华大学机械工程学院毕业设计 面的取值。 5.传动效率的计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 =tg /tg( + ) 式中：为丝杠的螺旋生角，可根据初选型号查出为以上值； 为摩擦角，滚珠丝杠副 的滚动摩擦系数 f=0.0030.004, 其摩擦角传动效率较高约等于 10。 滚珠丝杠副的传动效率较高一般为 0.80.9 之间。 由给定值 =tg /tg( + ) =tg2 51 /tg(2 。 51 、 +10、 ) =0.04/0.047 =0.85 所以其传动效率符合给定的标准值。 6.刚度的验算 滚珠丝杠的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平 稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向的影响更小，可忽略不记。丝杠轴承的轴向接触变形计算方法可参考机械设计手册。可供滚珠丝杠支撑使用的滚动轴承种类很多一般有接触叫为 60 度的推力角接触球轴承，可以背靠背或面对面的组配，此处采用角接触球轴承以反向安装。 因此，其实只要滚珠丝杠的支撑的刚度设计的好，轴承的轴向接触变形在此可以不予考虑。 南华大学机械工程学院毕业设计 1 ）；滚珠丝杠的拉压变形量 1 滚 珠丝杠应计算满载时拉压变形量 1= FmL/EA(mm) 式中： 1 为在工作载荷 Fm 作用下丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量（ mm）； Fm 为丝杠的工作载荷 (N)；L 为滚珠丝杠在支撑间的受力长度 (mm)； E为材料的弹性模量，对刚 E=206000Mpa；A 为滚珠丝杠按内径确定的截面积（ mm）；“ +”号用与拉伸，“ ”好用与压缩。也可以从工厂的滚珠丝杠样本的图表中查出单位长度轴向拉伸压缩变形量，然后求出支撑间受力长度的变形量。 1= FmL/EA(mm) = 900x578/803.84x206000 = 0.0031mm 即拉伸与压缩在不同的受力情况下都可出现 其中 L=578mm由选形确定 E=206000Mp A= 16 16=803.84mm 2）；滚珠与螺纹滚道间的接触变形量。 该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠的长度无关。可从工厂的产品样本中查出，或用下式计算 无予紧力时 1=0.0038 3 2)1/Dw(Fm/Z（ mm） 有予紧力时 2=0.0013Fm/ 3 DwFyjZ2 （ mm） 式中： Dw 为滚珠直径（ mm）； Z滚珠总数量 Z =Zx 圆数 x列数； Z 为一圈的滚珠数， Z= dm/Dw(外循环 )， Z=（ dm/Dw） -3（内循环） dm 为 滚 珠 丝 杠 的 公 称 直 径 （ mm ）； Fyj 为 予 紧 力南华大学机械工程学院毕业设计 （ kgf,1kgf=9.8N） ；Fm为滚珠丝杠工作载荷（ kgf,1kgf=9.8N）。 当滚珠丝杠有予紧力时，且予紧力为轴向工作载荷的 1/3 时， 2 值可减少到一半左右。 此坐标工作台采用无予紧力无予紧力时 1=0.0038 3 2 )1/Dw(Fm/Z （ mm） =0.0038 3 20/186)1/3.175(90 （ mm） =0.0074mm Dw=3.175mm Z = Z圆数列数 =31 3 2=186 Z= dm/Dw=3.14 32/3.175=31 3）；滚珠丝杠副刚度的验算 丝杠的总变形量 = 1+ 2 应小于允许的变形量。一般值不应大于机床进给系统规定的定位精度值的一半。或者，有丝杠精度等级查出规定长度上允许的螺距误差，则相应长度上的变形两应比它小。否则，应考虑选用较大公称直径的滚珠丝杠副。 7.压杆稳定性验算 滚 珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。失稳时的临界载荷 Fk 为 Fk=fz 2EI/L2(N) 式中 E 为丝杠材料弹性模量，对钢 E=20.6 104Mp；I 为截面惯性矩，对丝杠圆截面 I= d14/64(mm4)(d1 为丝杠底径 )； L 为丝杠最大工作长度（ mm）； fz 为丝杠支撑方式系数，参考下图与下表 南华大学机械工程学院毕业设计 图 2.2 滚珠丝杠常用的支撑方式 滚珠丝杠的支撑方式系数表 方式 一端固定一端自由 一端固定一端简支 两端固定 两端简支 fz 0.25 2.0 4.0 1.0 图中第一个为一端轴向固定一端自由，常用于短丝杠和树直安装的丝杠。图中第二个为一端固定一端简支，常常用于较长的卧式丝杠。图中第三个为两端固定常用于长丝杠或高转速、高精度、高强度的地方。 临界载荷 Fk 与丝杠工作载荷 Fm 之比称为稳定安全系 数 nk,如果 nk 大于许用稳定性安全系数 nk，则该滚珠丝杠不会失稳。因此，滚珠的丝杠的压竿稳定条件为 n k=Fk/Fm nk 一般取 nk=22.54,考虑到丝杠自重对水平滚珠丝杠的影响可取 nk 4 由 Fk=fz 2EI/L2(N) 其中 fz 取 4.0 E=2.0x104Mp 南华大学机械工程学院毕业设计 I= d14/64=3.14 304/60=42390 L=490mm 固 Fk=4.0 9.8596 20.6 104 42390/240100 =1434358.675N 所以 nk Fk/Fm=1434358.675/900 nk 所以滚珠丝杠副的压杆稳定性符合要求。 三、导轨的选型与计算 导轨的功用是是导向和承载。例如车床的溜板和床身导轨是属于进给导轨，进给运动导轨的动导轨与支承导轨之间的相对运动速度较低。滚动导轨在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具有滚动磨擦性质，广泛地用于进给运动导轨。贴塑导轨也具有良好的减摩擦、抗撕伤能力强低速不易出现爬行、但是，因为塑料刚度低，会产生较大的弹性变形和接触变形，局部压强大是会影响运动的精度。综合两种导轨的优缺点 ，在这里 DK7732 线切割机床初步选用 SGDSWC1 2x1000D.滚动导轨。 1、滚动导轨 1）；滚动导轨的结构及配置 直线运动支撑中，有滚动体不作循环运动的直线滚动导轨和滚动体做循环运动的直线滚动导轨，后者叫做直线滚动导轨副（块）组件。 直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨通常为两根，装在支撑件上，每根导轨条上有两个滑块，固定在移动件上。如移动件较长，也可在一跟导轨条上装 3 个或 3 个以上滑块。如移动件较宽，也可以用 3 根或 3 根以上的导轨条。如果移动件的刚度较高，则少装为好。在两条导轨中，一条为基准导轨上有基准面 A，滑块上有基准面 B ；另一条为从动导轨。 南华大学机械工程学院毕业设计 2）；滚动导轨的予紧 直线滚动导轨副分为整体型直线滚动导轨副和分离型直线滚动导轨副。整体型的直线滚动导轨副有制造厂用选配不同直线刚球的 办法来决定间隙或予紧。可根据要求的予紧订货，不需自己调整。分离型直线滚动导轨副，应由用户根据需要，按规定的间隙进行调整或予紧。 3）；线滚动导轨副的计算 直线滚动导轨副的计算与滚动轴承相仿，以在一定的载荷下行走一定的距离， 90%的支撑不发生蚀点为依据。这个载荷称为滚动导轨的额定动载荷 Ca，可从产品样本中查到。以上 海组合夹具厂两种型号（ SGDA 和 SGDB）直线滚动导轨副的主要参数，其中 Ca 为额定动载荷， Coa 为额定静载荷（ kN）。这个行走的距离称为滚动导轨的距离额定寿命，它可根据滚动导轨的额定动载荷 Ca 用于下列公式进行计算。 滚动体为球时 L=50(CafHftfc/Ffw)3 滚动体为滚子时 L=100(CafHftfc/Ffw)10/3 式中： L 为滚动导轨副的距离额定寿命（ km）； Ca 为额定动载荷（ N） ,初选滚动导轨型号后，可从样本中查出； F 为每个滑块上的工作载荷（ N）； fH=0.8.为 50HRC时 fH=0.53； fT 为温度系数，当工作温度不超过 100 度时， fT=1； fc 为接触系数，每根导轨条上装有二个滑块 fc=0.81，装三个滑块时 fc=0.72，装四个滑块时fc=0.66； fw 为载荷 /速度系数，无冲击振动或 v 15m/min 时 fw=11.5，轻冲击振动或 15m/minv60m/min 时fw=2.03.5。 由初步选定的结果查手册知道 导轨的 Coa=86 Ca=54 (KN) fH=0.8 fT=1 fc=0.81 fw=1.5 南华大学机械工程学院毕业设计 F=1/4 6000N=1500N 所以 L=50(5.4 104 0.8 1 0.81/1500 1.5)3 =3761Km 如果把距离额定寿命 L 换算成为小时额定寿命 Lh，则 Lh=L 103/2ns 60=3761 103/2 3 0.4 60 =2.6 104h =2.9 年 即为期望值 式中： S 为移动件行程长度（ m）； n 为移动件每分钟往复次数（ min-1）。 从产品样本中选定的滚动导轨副的型号，由查出的额定动载荷 Ca，由计算距离额定寿命 L 或小时额定寿命 Lh，若 L 或 Lh大于滚动导轨 的期望寿命定为 50km，滚子导轨的距离期望寿命为 100km。 但是如果滚动导轨的工作速度较低，静载荷较大，则选择滚动导轨时应考虑相应的额定静载荷 Coa 不小于工作载荷的 2 倍。额定静载荷 Coa 也可以从样本中查出。 4）； 滚动导轨的润滑与防护 滚动导轨采用润滑脂润滑。常用的牌号为 ZL-2 里基润滑脂。（ GB7324-87， 2 号）。它的优点是不会泄露，不需经常加油；缺点是进尘屑后易磨损导轨。可采用专门的防护方式。 四储丝筒旋转组合件的选择 储丝筒组合件主要是由储丝筒、联轴器轴承座组成 1. 储丝筒 。 储丝筒是电极丝稳定移 动和整齐排绕的关键部件之一，一般用 45 钢制成。为减小转动惯量，筒壁应该尽量薄，按机床规格的不同，选用范围为 1.55南华大学机械工程学院毕业设计 为进一步降低转动惯量，也可选用铝镁合金材料制造。 储丝筒壁厚度要均匀，工作表面要有较好的表面粗糙度，一般 Ra 为 0.8 m。为保证丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支撑部分的同轴度。 储丝筒与主轴装配后的径向跳动量不应大于 0.01mm。一般装配后，以轴的两端中心孔定位，重磨储丝筒外圆和与轴承配合的轴径。 2. 联轴器 。 走丝机构中运动组合件的电动机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴， 而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运行时频繁的换向，联轴器瞬间受到正反剪切力很大，因此多用弹性联轴器和磨擦锥式联轴器。 1）；弹 性联轴器见图 。 图 2.3 弹性联轴器 弹性联轴器结构简单，惯性力矩小，转向较平稳，无金属撞击声，可减小对储丝筒中心轴的冲击。弹性材料采用橡胶、塑料或皮革。这种联轴器的优点是，容许电动机轴与储丝筒轴有不同心和不平行（如最大不同心允许为0.20.5mm，最大 不平行为 1 度），缺点是由它联结的两根轴在传递扭矩时会南华大学机械工程学院毕业设计 有相对转动。 2）；磨擦锥式联轴器 摩擦锥式联轴器可带动转动惯量较大的大、中型机床储丝筒旋转组合件。此种联轴器可传递较大的扭矩，同时在传动负荷超载时，摩擦面之间的滑动还可起到过载保护作用。因为锥形摩擦面会对对电动机和储丝筒产生轴向力，所以在电机主轴的滚动支撑中，应选用向心止推轴承和单列圆锥磙子轴承。另外，还要正确选用弹簧规格。弹力过大，会增大轴向力，影响中心轴的正常转动。 综合上所概括的两种联轴器的特点，在这里可以选择弹性联轴器作为这里联结所用。 五 步进电机的选用 步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。具有以下四个特点：转速（或线速度）与脉冲频率成正比；在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化；速度可调，能够快速启动、制动和反转；定位精度高、同步运行特性好。 数控电火花成型机的动力系统要求电动机定位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且颌定功率小，并且可用于开环系统。而 BF 系列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用的型号 90BF004 的电 动机作为主运动的动力源。 选用时主要有以下几个步骤： 1.根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号 2.步距角 南华大学机械工程学院毕业设计 初选步进电机型号，并从手册中查到步距角b，由于 pbiL 3600 综合考虑，我初选了 ,1,5.1 ib 可满足上式的要求。 3.矩频特性 步进电机最大静转矩maxjM是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩mpM与最大静转矩maxjM的关系是； maxjmp MM 步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算： 0MMMM kfkakq 式中： kqM 空载启动力矩； kaM 空载启动时运动部件由静止升速 到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩； kfM 空载时折算到电机轴上的摩擦力矩； 0M 由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩； 而且初选电机型号时，应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电动机名义启动转矩，即： m a xjmpkq MMM 南华大学机械工程学院毕业设计 计算kqM的各项力矩如下： 1）；加速力矩 J= 22521 /108.1 iMRJJ =1.8 10 55 108.8 = 25106.10 mKg mrvn p b 4000360005.0 5.14800360m a xm a x 2112m ax 101060 4 0 0 02)108.1106.10(10602 tnJM kq =0.519N/m 2）；空载摩擦力矩 48.02427.096.132 0 iLGfMkf =0.6 mN 3）；附加摩擦力矩 )1(2 2000 iLFM YJ = )92.01(48.02 440 2 = mN 222.1 0MMMM kfkakq 南华大学机械工程学院毕业设计 =0.519+0.6+1.222 =2.341 mN maxjmq MM =0.951 25 =23.775 mN 4）；启动矩频特性校核 步进电机有三种工况：启动、快速进给运动、工进运行。 前面提出的m a xjmqkq MMM ，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩是 否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。 步进电机启动有突跳启动和升速启动。 突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少见。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载力矩kqM中的加速力矩kaM不会很大。一般不会发生丢步现象。 六、进给机构的支承设计 1.丝杆的支承形式 滚珠丝杆的支承和支承方式将影响丝杆副的刚度，因此，对运动精度要求高时应审慎的加以选择。常见的支承形 式有以下几种： 1）； 丝杆一端安装两个深沟球轴承或者角接触轴承或者圆锥滚子轴承的称为固定支承；螺母相当于固定支承。 2）； 安装一个深沟球轴承或者角接触球轴承或者圆锥滚子轴承的铰支承；因此丝杆的支承方式有两端固定；一端固定，一端铰支；一端固定，一端自由等南华大学机械工程学院毕业设计 几种； 本设计采用的是两端固定的支承。 2.螺杆的支承方式 螺杆的支承方式有以下四种： 1）； 双推自由支承： 将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端自由。 特点：适用于短螺杆。 2） ；双推支承 将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在 一端，另一端装一个或两个深沟球轴承。 特点：螺杆水平安装时，可减少或避免因自重产生的弯曲或高速运转时，自由端的晃动。 适用于长螺杆。 3） ；单推单推或双推单推 两端各安装一个方向相反的推力球轴承和一个深沟球轴承或一端装两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承，另一端装一个推力球轴承。 特点：可预拉伸螺杆，以减少或消除螺杆水平安装时，因自重产生的弯曲，当轴承预紧力大于螺杆载荷的 1/3 时，螺杆拉压刚度可提高四倍，且不会承受压力，无失稳现象。 4） ；双推双推 两端各安装两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承。 特点：优点与单推单推式相同，当超过预计温度时，不会因螺杆伸长使轴承南华大学机械工程学院毕业设计 产生间隙。 缺点：调整较复杂。 第三章 电气系统控制 电气系统主要由高频脉冲电源、直流电源和电气控制系统组成。高频脉冲电源是进行线电极切割的能源。直流电源主要是 24v 直流源驱动步进电机用。电气控制系统主要是控制工作液泵电机和储丝筒电机等用。 一、 DK77 型线切割机床脉冲电源原理。 高频脉冲电源又称脉冲电源，其作用是把工频 50Hz 的交流电转换成几百赫兹的高频的单向脉冲电源，为高速旋转的线切割机提供一系列不同脉宽的矩形脉冲 。 线切割机床电子控制系统主要是高频脉冲电源电路，它是线切割机床的重要部分，用高频脉冲使得电极丝与工件产生火花放电，对工件进行电腐蚀加工。通过调节高频脉冲使工件满足加工精度的要求。高频脉冲电源整流电路、主振电路、脉宽调节电路、功率放大电路等组成。主振电路中有数字振荡电路和模拟振荡电路及分立元件电路。新型机床的功率放大电路主要是在功率管选取上有改进，从普通的三极管功放到大功率、低功耗管和场效应管及功率模块均有不同，但是实际加工生产用的机床大多数采用的还是早期的电路，技术改造也着重在控制器部分，均采用 具有微机控制系统、输入键盘器和数控显示器 LED 或 LCD 的设备。 该电源主要是由整流电路、主振电路和功放电路组成。整流电路由变压器将三相 380v 电压转变为三相 42v 和三相 7v 电压，通过二极管进行整流。电路形式是三相全波整流电路，为脉冲电源提供 100v 直流电压和 10v 直流电压，功给功放电路和工作电路电源。 南华大学机械工程学院毕业设计 二、数字控制系统设计 1数控系统总体方按的拟定 机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统的控制对象主要包括各种机床，如车床、铣床等等。控制系统的基本组成如下图所示 ： 图 3.1 控制系统框图 具体微机控制系统是一 MCS-51 系列高档八位单片机为核心，采用 8032cpu芯片。存储器也采用了较大的容量的存储器，用来存放控制程序及扩展程序的 EPEOM采用了 256k 容量 27256 芯片，用来存放输入加工图形程序的 RAM 采用了 256k容量的 62256 芯片，以增强微机的功能。接口电路使用了可编程并行接口电路芯片 8255，显示部分采用了数码管来显示参数，键盘输入和输出显示由键盘 /显示接口电路芯片 8279 来控制。具体系统组成图如下： 通信接口 微 机 步进电机 机 床 开关量控制电路 步进电机 主 运动驱 动电路 主轴电动机 软件 南华大学机械工程学院毕业设计 型单片机输入输出接口电路步进驱动电机电路驱动电路 电 源变频信号键盘取样信号显示电源 程控机头轴步进电机轴步进电机 图 3.2 线切割机微机控制系统组成 二、数控系统硬件的电路设计 1.单片机设计 单片机通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些作为基本组成部分的运算电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器 /计数器以及输入 /输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，有些元件如复位电路的石音晶体、电阻、电容等只能以散件的形式出现。此外，在实际 的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。 通常所说的单片记系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。在单片机系统中， 单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。 南华大学机械工程学院毕业设计 2.MCS-51系列单片机的设计 MCS-51 系列单片机的所有产品都含 8051 除程序存储器外的基本硬件，都是在 8051 的基本上改变部分资源。（程序存储器、数据存储器、 i/o 口、定时 /计数器及一些其他特殊部件）。在控制系统设计中，我们采用的是 8031， 8031 可寻址 64kb 字节程 序存储器和 64kb 字节数据存储器。内部没有程序存储器，必须外接 EPROM 程序存储器。 8031 采用 40 条引脚的双列直插式封装（ DIP），引脚和功能分三部分。 1)；电源及时钟引脚 此部分引脚包括电源引脚 Vcc、 Vss 及时钟引脚 XTAL1、 XTAL2。 电源引脚接入单片机的工作电源。 Vcc（ 40 脚）：接 +5v 电源。 Vss（ 20 脚）：接地。 时钟引脚（ 18、 19 脚）：外接晶体时与片内的反相器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。 XTAL1（ 19 脚）：接外不晶体的一个引 脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输入端。若采用外部振荡器时，该引脚受振荡器的信号，即把信号直接接至内部时钟发生器的输入端。 2)；控制引脚 它包括 RST、 ALE、 PSEN、 EA 等。此内引脚提供控制信号，有些引 RST/VPD（ 9 引脚）：当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（ RST）。复位后使此引脚电平为。 v 的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此 引脚可接备用电源（ vpd）以保持内部 RAM 中的数南华大学机械工程学院毕业设计 据不丢失。当 Vcc 于规定值，而 VPD 定的电压范围内 (5。 )时，就向内部提供电源。 3)；输入 /输出管脚 P0.00.7(3239 脚 ) p0 是个 8 位漏极开路型双向 I/O 口。在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在 EPROM 编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 Po 能以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 输入。 P1.0p1.7(18 脚 ) p1 是个带有 内部上拉电阻的 8位双向 I/O 接口。对 EPROM编程 2 的证时，它接收低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 输入。在 8032/8052中， p1.0 还相当于专用功能端 T2，即定时器记数触发输入端。 P1.1 还相当于专用功能端 T2EX，即定时器 T2 的外部控制端。 P2.0p2.7（ 2128 脚） p2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。在访问外部存储器时，它送出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证期间，它接受高位地址。 P2 可以驱动 4 个 LS TTL 输入。 P3.0p3.7 （ 1017 脚） p3 是一个带内部上 拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。在MCS-51 中，这 8 个管脚还用于专门功能， p3 能驱动 4 个 LSTTL 输入。 3.系统扩展 系统扩展包括存储器的扩展、输入输出接口芯片的扩展。其中存储器的扩展包括数据存储器的扩展和程序存储器的扩展。 1)；程序存储器的扩展 MCS-51 系列单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的。程序存储器寻址空间为 64kb（ 000H0FFFFH） ,其中 8051、 8751 片内有 4kbROM或 EPROM， 8031 片内不带 ROM .当片内 ROM 不够或采用 8031 芯片时，需扩展程序存储器。 用作程序存储器的器件是 EPROM 和 EEPRO