北京理工大学机电一体化综合作业论文.docx

综合作业任务书题目：CA6140车床数控化改造—纵向伺服进给单元设计2. 设计任务：(1)根据机床总体布局，确定机械传动系统方案，确定微机控制系统方案；（2）进行机械传动系统机构的设计计算，绘制机械装配图及其部分零件图;(3)进行微机控制系统功能实现技术分析，设计微机扩展和接口电路，绘制控制系统原理图；（4）分析下图所示零件的数控加工工艺，编制数控加工程序;(5) 撰写设计说明书一份。3．给定条件：（1）纵向移动部件总重量 150kg(2)纵向运动分辨率 优于0.01mm（3）最大移动速度（快进） 600mm/min（4）最大进给速度(工进) 800mm/min（5）横向进给切削力（X向）2000N（6）垂直切削力（Y向） 5000N（7）纵向切削力（Z向） 1300N4．设计要求：（1）机械结构设计合理，原理正确，制图符合国家标准，图面整洁；（2）微机控制系统功能完备，包括微机部分，人机交互部分和电机控制部分；微机部分扩展16K程序存储器容量，16K数据存储器；人机交互部分的数据和程序输入采用4行8列的行列式键盘，状态和信息显示采用8位8段LED数码限管；4个行程限位信号（车床纵向和横向运动）及工作方式采用开关量信号输入；电机控制部分包括车床两个进给轴的控制（本次设计不要求主轴电机的控制），电机控制采用软环分和高低压驱动；（3）设计说明书论述清楚，计算无误，数值明确，引用公式及资料有出处。机床进给伺服系统机械部分设计计算 第一节确定系统脉冲当量 一个进给脉冲使机床运动部件产生的位移量称为脉冲当量，也称为机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床采用的脉冲当量是0.01-0.005mm/脉冲。此时取脉冲当量为0.01mm。 第二节切削力的计算、用经验公计算主切削力例如车床的主切削力Fc（Fy）(N)可用下式计算：纵车外圆， FC=0.67Dmax1.5式中Dmax—车床床身上加工最大直径（mm）,横切端面时主切削力Fz’可取纵切时Fz的1/2。 求出主切削力FC后再按以下比例求出进给抗力Ff（FX）, 吃刀抗力Fp（FZ）。FC：Ff：Fp=1：0.25：0.4式中Ff-走刀方向的切削分力（N）；Fp-垂直走刀方向的切削分力（N）。二、按切削用量计算切削力外圆车削时切削力计算Fc= 9.81 CFc apxFc (60v)nFcKFcFp=9.81 CFpapxFpfyFp(60v)nFpKFpFf=9.81 CFfapxFffyFf(60v)nFfkFf式中Fｃ、Fｐ，Fｆ—主切削力、切深抗力、进给抗力（N）；aｐ—切削深度（ｍｍ）；ｖ—切削速度（ｍ／ｓ）；ｆ－进给量（ｍｍ／ｒ）；KFc,KFp,KFf－总修正系数，包括由于工件材料强度，硬度改变，刀具几何角度不同等因素对切削力的修正系数 。三、按照机床主电机工率计算其具体方法如下：Pc=P?式中 Pc—切削功率（KW）；P—机床主传动功率（KW）；?—主传动系统总的机械效率，可近似地取以下数值得：精密机床?=0.8-0.85中型机床?=0.75-0.8大型机床?=0.7-0.85 Mn =9550Pc?式中 Mn—主轴传递的扭矩（N·m）; n—主轴计算转速（r/min）,是主轴传递全部功率时的最低转速。Fc=2Mn×103/d式中 FC—主切削力（N）；D—工件直径可采用在床鞍上加工的最大直径。主切削力求出以后再按比例求出Fｐ，Fｆ。但此时任务书上给定：主切削力（FC）Fy=5000N，进给抗力（Ff）FX=2000N, 吃刀抗力（Fp）FZ=1300N。第三节 滚珠丝杠螺母副的计算、设计和选型计算进给牵引力Fm作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的形式有关。Fm（N）计算公式如下次：矩形导轨：Fm=KFx+f’(Fy+Fz+G) 燕尾形导轨:Fm=KFx+f’(Fy+2Fz+G)三角形或综合导轨：Fm=KFx+f’(Fy+G)钻镗主轴圆导轨：Fm=(1+0.5f)Fx+2fM/dz=Fx+2fM/dz式中Fx、 Fy、 Fz –切削分力（N）；G—移动部件的重量（N）；M—主轴上的扭矩（N·m）；dz—主轴直径（cm）；f＇—导轨上的摩擦系数，随导轨形式而不同；f—轴套和轴架以及主轴的键上摩擦系数；K—考虑颠覆力矩影响的实验系数。正常情况下，K、f、及f＇可取下列数值：矩形导轨 K=1.1 f＇=0.15燕尾形导轨 K=1.4 f＇=0.2三角形或综合导轨 K=1.15 f＇=0.15-0.18钻镗主轴圆导轨 f=0.15上列摩擦系数f＇均是指滑动导轨，如果采用贴塑导轨f＇=0.03-0.05；滚动导轨f＇=0.0025-0.00