进给传动部件计算和选型.docx

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1、一、进给传动部件地计算和选型 进给传动部件地计算和选型主要包括 :确定脉冲当量、计算切削力、 选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等 .1、脉冲当量地确定根据设计任务地要求,X方向地脉冲当量为S x=0.005mm/脉7中,Z方向 为 3 z=0.01mm/脉冲.2、切削力地计算 切削力地分析和计算过程如下：设工件材料为碳素结构钢卫b=650Mpa;选用刀具材料为硬质合金 YT15 ;刀具几何参数为：主偏角kr=60 ,前角丫 o=10 ,刃倾角入s=-5 ;切削用量为：背吃刀量ap=3mm,进给量f=0.6mm/r,切削速度 vc=105m/min.查表得： CFc=2795,xFc

2、=1.0,yFc=0.75,nFc=-0.15.查表得：主偏角K r地修正系数 匕rFc=0.94；刃倾角、前角和刀尖圆 弧半径地修正系数均为 1.0.由经验公式32,算得主切削力Fc=2673.4N.由经验公式Fc： Ff: Fp=1: 0.35： 0.4,算得进给切削力 Ff=935.69N,背向力 Fp=1069.36N.3、滚珠丝杠螺母副地计算和选型 1 工作载荷 Fm 地计算已 知 移 动 部 件 总 重 G=1300N; 车 削 力Fc=2673.4N,Fp=1069.36N,Ff=935.69N.根据 Fz=Fc,Fy=Fp,Fx=Ff 地对应 关系,可得： Fz=2673.4N

3、,Fy=1069.36N,Fx=935.69N.选用矩形一三角形组合滑动导轨，查表，取K=1.15,卩=0.16，代入Fm=KFx+y Fz+G，得工作载荷 Fm=1712N. 2 最大动载荷 FQ 地计算设本车床Z向在最大切削力条件下最快地进给速度 v=0.8m/min,初选 丝杠根本导程Ph=6mm,那么此时丝杠转速n=1000v/Ph=133r/min.取滚珠丝杠地使用寿命T=15000h，代入L 0=60nT/106,得丝杠系数Lo=119.7X 106r.查表，取载荷系数fw=1.15,再取硬度系数fH=1,代入式(323)，求得最大动载荷 Fq= 3 L ofwfHFm=97O3N

4、.(3) 初选型号根据计算出地最大动载荷，查表，选择FL4006型滚珠丝杠副.其公称直 径为40mm,根本导程为6mm,双螺母滚珠总圈数为3X 2圈=6圈，精度 等级取四级，额定动载荷为13200N,满足要求.(4) 传动效率n地计算将公称直径d0=40mm,根本导程Ph=6mm,代入入=arctan Ph/( n d。), 得丝杠螺旋升角入=2 44.将摩擦角 =10，代入n =tan入/tan (入 + )，得传动效率n =94.2%.(5) 刚度地验算1) 滚珠丝杠副地支承，采取一端轴向固定，一端简支地方式，固定端采 取一对推力角接触球轴承，面对面组配.丝杠加上两端接杆后，左右 支承地中

5、心距离约为a=1467mm；刚地弹性模量E=2.1X 105MPa； 查表，得滚珠直径Dw=3.9688mm,算得丝杠底径d2=公称直径d。一 滚珠直径 Dw=36.0312mm,那么丝杠截面积 S=n d22/4=1019.64mm2.2) 根据公式Z= (n d0/Dw) -3,求得单圈滚珠数目Z= 29;该型号丝 杠为双螺母，滚珠总圈数为 3 X 2 = 6,那么滚珠总数量Z刀=29 X 6=174.滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力 Fyj= Fm/3571N.那么由式(3 27)，求得滚珠与螺纹滚道间地接触变形量S20.00117mm.因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载地1/3,所以实际变形

6、量可减 小一半,取 S 2 = 0.000585mm.3) 将以上算出地S 1和S 2代入S总=3 1+ 5 2,求得丝杠总变形量S总 =0.012555mm= 12.555卩 m.查表,4级精度滚珠丝杠任意300mm轴向行程地变动量允许16卩 m,而对于跨度为 1497mm地滚珠丝杠，总地变形量5总只有 12.555mm,可见丝杠强度足够.4)压杆稳定性校核根据式(3 28)计算失稳时地临界载荷Fk.查表，取支承系数fk=2;由丝杠底径d2= 36.0312mm求得截面惯性径l=n d24/64 82734.15mm4;压杆稳定平安系数K取3;滚动螺母至轴向固定 处地距离a取最大值1497m

7、m.代入式(3-28),得临界载荷Fk 51012N,远大于工作载荷Fm (1712N),故丝杠不会失稳.综上所述 ,初选地滚珠丝杠副满足使用要求 .4、同步带减速箱地设计 为了满足脉冲当量地设计要求和增大转矩 ,同时也为了使传动系 统地负载惯量尽可能地减小 ,传动量中长使用减速传动 .设计同步减速箱需要地原始数据有：带传递地功率P主动轮转速 ni和传动比i,传动系统地位置和工作条件等.( 1 ) 传动比 i 地确定电动机地步距角a= 0.72 ,脉冲当量S z= 0.01mm/S脉中，滚 珠丝杠导程Ph= 6mm.根据式(312)算得传动比i = 1.2.( 2) 主动轮最高转速 n1由纵向

8、床鞍地最快移动速度vzmax= 6000mm/mi n,可以算出主动轮 最高转速 n1 =( vzmax/ S z)Xa /360=1200r/min.( 3) 确定带地设计功率 Pd预选地步进电动机在转速为1200r/min时，对应地步进脉冲频率为fmax= 1200 X 360/ (60Xa)= 10000H z.( 4) 选择带型和节距 pb根据地带地设计功率Pd=0.574kW 和主动轮最高转速n1 =1200r/min,选择同步带型号为 L型节距pb= 9.525mm.( 5) 确定小带轮齿数 z1 和小带轮节圆直径 d1取Z1 = 15,那么小带轮节圆直径 d1 = pb zn=

9、45.85mm.当n1到达最 高转速1200r/min时同步带地速度为 v =n d1 n (60X 1000) = 2.86m/s没有超过L型带地极限速度35m/s.(6) 确定大带轮齿数 z2 和大带轮节圆直径 d2大带轮齿数Z2= i pb= 18,节圆直径d2 = id1 = 54.57mm.(7) 初选中心距ao、带地节线长度Lop、带地齿数zb初选中心距 ao= 1.1 (di+d2)= 110.06mm,圆整后取 ao= 110mm. 那么带地节线长度 Lop2 so+n /2( d1+d2)+(d2-d2/4 ao= 377.33mm.查表，选取接近地标准节线长度 Lop= 3

10、81mm,相应齿数zb=40.( 8) 计算实际中心距 a实际中心距ao+ (Lp-Lop) /2= 111.835mm.9)校验带与小带轮地啮合齿数 zmzm= entz1/2pb z1/2 n 2a (z2z1) = 7,啮合齿数比 6 大,满足要 求.(ent表示取整).(10)计算基准额定功率PoPo=( Tamv2) v/1000其中,Ta带宽为bs0时地许用工作拉力.m带宽为bso时地单位长度地质量.v同步带地带速.算得 Po= 0.697kW.( 11)确定实际所需同步带宽度 bsbs bso (Pd/KzPo) 1/1.14其中,bso选定型号地基准宽度.Kz小带轮啮合齿数系数

11、.由上式求得bs21.42mm选定最接近地带宽bs= 25.4mm.( 12)带地工作能力计算计算同步带额定功率P地精确值：P=( KzKwTa bs/ bsomv2) v x 10-3经计算得P= 0.697kW而Pd = 0.574kW,满足P Pd.所以，带地工作 能力合格.5、步进电动机地计算和选型( 1 ) 计算加在步进电动机转轴上地总转动惯量JeqJeq = Jm+Jz1+ (Jz2+Jw+Js) /j2 = 57.55kg F其中,Jm = 33 kg 22Jzi = 0.95 kg Jz2= 1.99 kg 22Jw = 1.21 kg Js = 30.78 kg 2( 2)

12、计算加在步进电动机转轴上地等效负载转矩TeqT eq1 = T amax+T fT amax= 2 n Jeq nm/60ta X 1/n其中,nm步进电动机地最高转速.ta 步进电动机由静止到 nm 转速所需地时间 . 又 nm = Vmax a /360Sta = 0.4s,n= 0.7,所以,Tamax = 2nX 57.55X 10-4X 1200/ (60 X 0.4X 0.7) N.m 2.58 N.mTf=y( Fc+G) Ph/ (2nn i)其中,卩一一导轨地摩擦系数，滑动导轨取0.16.Fc工作负载.n 传动链总效率，取0.7.所以,Tf = 0.16X( 0+1300)X

13、 0.006/ (2 nX 0.7X 1.2) N.m 0.24 N.m所以,Teq1= Tamax+ Tf = 2.82 N.mTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/ (2nn i )=935.69X 0.006/(2 nX 0.7X 1.2) N.m 1.06 N.mTf =卩(Fc+G) Ph/(2nn i) = 0.16X (2673.4+1300) X 0.006/ (2nX 0.7X 1.2) N.m0.72 N.m所以,T eq2= Tt+ Tf = 1.78 N.m经过上述计算后,Teq= max Teq1,Teq2= 2.82 N.m( 3) 步进电动机最大静转矩地选定步进

14、电动机最大静转矩 Tjmax 4 Teq=4X 2.82 N.m = 11.28 N.m, 可见对于预选地步进电动机完全满足工作要求 . 4 步进电动机地性能校核 1最快工进速度时电动机输出转矩校核最快工进速度 vmaxf= 800mm/min,脉冲当量3= 0.01mm/脉冲中，可 以求出fmaxu 1333Hz,由此可知，在此频率下，电动机地输出转矩 Tmaxfe 17 N.m,满足工作要求.2最快空载移动时电动机输出转矩校核最快空载移动速度 vmax = 6000mm/min,可以求出fmax= 10000Hz, 由此可知，在此频率下，电动机地输出转矩Tmax 3.8N.m,满足工作 要

15、求 .3最快空载移动时电动机运行频率校核最快空载移动速度vmax=6000mm/min, 对应地电动机运行频率fmax=10000Hz.查表可知,运行频率没有超过上限.4起动频率地计算电动机转轴上地总转动惯量Jeq=57.55kg 2,电动机转子自身地转动惯量Jm=33 kg 2,查表可知,最高空载起动频率 fq=1800Hz.可以求出步进电动机克服惯性负载地起动频率为： fL=fq/1+Jeq/Jm1/2=1087Hz 由此可知,进给系统选用地步进电动机可以满足设计要求 .6、同步带传递功率地计算 分两种情况分别进行校核：1 快速空载起动电动机从静止到nm=1200r/min,由式6-5可知

16、，同步带传递地负 载转矩 Teq1=2.82N.m,传递地 功率为 P=nm Teq1/9.55=1200 X 2.82/9.55W 354.3W. 2 最大工作负载 ,最快工进速度由式 6-7可知 ,带需要传递地最大工作负载转矩 Teq2=1.78N.m, 任务书给定最快工进速度vmaxf=800mm/min, 对应电动机转速nmaxf= ( vmaxf/ S z ) a /360=160r/min.传递地功率为 P=nmaxfTeq2/9.55=160X 1.78/9.55W 29.8W.由计算可知 :两种情况下 ,同步带传递地负载功率均小于带地额定功率0.697kW.因此，选择地同步带功

17、率合格.二、绘制进给传动机构地装配图完成滚珠丝杠螺母副、 减速箱和步进电动机地计算、 选型后 ,就可 以绘制进给传动机构地装配图了 .但要注意以下问题：1了解原车床地详细机构；2根据载荷特点和支承方式 ,确定丝杠两端轴承地型号、 轴承 座地结构 ,以及轴承地预紧和调节方式； 3 考虑各部件之间地定位、联接和调整方法； 4 考虑密封、防护、润滑以及平安结构问题等；5 在进行各零部件设计时 ,应注意装配地工艺性 ,考虑装配地 顺序,保证安装、调试和拆卸地方便等； 6 注意绘制装配图时地一些根本要求 .三、控制系统硬件电路设计根据任务书地要求 ,设计控制系统地硬件电路主要考虑以下功能： 1 接收键盘

18、数据 ,控制 LED 显示; 2 接收操作面板地开关与按钮信号； 3 接收车床限位开关信号； 4 接收螺纹编码器信号； 5 接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号 . 6 控制步进电动机地驱动器； 7 控制主轴地正转、反转与停止；8控制多速电动机 ,实现主轴有级变速；9控制交流变频器 ,实现主轴无级变速； 10控制切削液泵启动 /停止； 1 1控制电动卡盘地夹紧与松开； 12控制电动刀架地自动选刀；13与PC机地串行通信.四、步进电动机驱动电源地选用电动机为五相混合式，五线输出，电动机供电电压 DC120八310V, 电流 5A.五、控制系统地局部软件设计1 、存储器与 I/O 芯片地址分配2

19、、控制系统地监控管理程序系统设有 7档功能可以相互切换 ,分别是编辑、 空刀、自动、手动 1、手动 2、手动 3、和回零 ,选中某一功能时 ,对应地指示灯点亮 , 进入相应地功能处理 .控制系统地监控管理程序流程图如下所示：3、8255 芯片初始化子程序B255:MOV DPTR,#3FFFHMOV A,#10001001BMOVX DPTR,AMOV DPTR,#3FFCHMOV A,#0FFHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#3FFDHMOV A,#0FFH MOVX DPTR,A RET4、8279 芯片初始化子程序B279: MOV DPTR,#5FFFH MOV A,#0CF

20、HMOVX DPTR,AWAIT:MOVX A,DPTRJB ACC.7,WAIT MOV A,#08H MOVX DPTR,AMOV A,#34HMOVX DPTR,ARET5、8279 控制 LED 显示子程序设显示缓冲区地首地址为 6BH,系统在指定地工作状态下，需要显 示地字符段码地编码，事先存储在 CPU部RAM地6BH73H 这九个字节中8279地控制口地址为5FFFH,数据口地址为5FFEH,那么显示程序如下：DIR:MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#90HMOVXDPTR,AMOVR0,#6BHMOVR7,#09HMOVDPTR,#5FFEHDIR0:MOVA,R0ADD

21、A,#05HMOVC A,A+PCMOVXDPTR,AINCR0DJNZR7,DIR0RETDTAB:DB 6FHDB 0DAHDB 0BEHDB0E7HDB0A3HDB0CBHDB0D1HDB0D3HDB0DCHDB0CEHDB 0DFHDB 21HDB 7BHDB 91HDB 19HDB 4BHDB 0DHDB 05HDB 69HDB 01HDB 09HDB 20HDB 7AHDB 90HDB 18HDB 4AHDB 0CHDB 04HDB 68HDB 00H73H 这九个字节DB 08H当需要显示一组字符时 ,首先给显示缓冲区地 6BH赋值，然后调用DIR子程序即可，程序如下：MOV 6

22、BH,#02HMOV 6CH,#03HMOV 6DH,#0AHMOV 6EH,#0CHMOV 6FH,#0DHMOV 70H,#0EHMOV71H,#19HMOV72H,#10HMOV73H,#11HCALLDIR6、8279 管理键盘子程序当矩阵键盘有键按下时 ,8279 即向 CPU 地 INT1执行中断效劳程序，从8279地FIFO中读取键值CLREX1MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#01000000BMOVXDPTR,AMOVDPTR,#5FFEHMOVXA,DPTRCJNEA,#KEY0,NEXT0JMP_KEY0NEXT0:CJNEA,#KEY1,NEXT1JMP _KEY

23、1NEXT1:CJNEA,#KEY2,NEXT2申请中断 ,CPU 随即,程序如下：JMP _KEY2NEXT2:7、 D/A 电路输出模拟电压程序当CPU执行写指令时，只要选中7FFFH这个地址QAC0832与741组成地 D/A 转换电路即可输出直流电压 .程序如下：MOV DPTR,#7FFFHMOV A,#DATAMOVX DPTR,A8、主轴、卡盘与切削液泵地控制程序主轴地正转由 8255 地 PA0 来控制,当用低电平信号来控制主 轴正转时 ,程序如下：MOV DPTR,#3FFCHMOVX A,DPTRCLR ACC.0MOVX DPTR,A六、课程设计心得体会时间过得真快 ,转

24、眼间机电一体化课程设计马上就要结束了,通过这二十来天地实习 ,让我看到了自己地许多缺乏 ,也使我学到了许多东 西.以前我认为自己理论知识学得很认真 ,应该很扎实 ,但通过这些 天地实习我才发现 ,自己不但理论知识与实践结合不到一起 ,而且最 根本地理论知识都没有记住多少 .所以这次课程设计我遇到地问题 很多 ,我都是通过查阅课外资料解决地 .所以在大学地最后日子里 ,我 一定要好好复习一下以前学过地知识 ,为自己以后地工作、 学习打下 良好地根底 .总体来说 ,这次课程设计更多地是让我学到了不少东西 ,包括学 习方面,也包括生活方面 .学习上地是 ,它让我把以前地一些知识复习 了一下.生活上地是 ,它锻炼了我地意志 ,为我以后刻苦努力地工作打 下了根底 .七、参考文献机电一体化课程设计指导书