机电课程设计

目录

1设计任务与总体方案的确定 (2)

1.1 系统总体方案设计 ......................................... 2 1．2系统总体方案设计 ........................................... 2 2

机械系统的改造设计 ................................................. 3 2.1 主传动系统的改造 ......................................... 3 2.2 主轴脉冲发生器的安装 ..................................... 4 2.3 进给系统的改造 ........................................... 4 2.4 安装防护 ................................................. 4 3

纵向进给传动部件的计算和选型 ....................................... 4 3.1 切削力的计算 ............................................. 4 3.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 . (6)

3.2.1 精度的选择 ........................................... 6 3.2.2 丝杠导程的确定 ....................................... 6 3.2.3 最大动载荷的计算 ..................................... 7 3.2.4 滚珠丝杠螺母副的选型 ................................. 7 3.2.5 滚珠丝杠副的支承方式 ................................. 8 3.2.6 传动效率的计算 ....................................... 8 3.2.7 刚度的验算 ........................................... 8 3.2.8 压杆稳定性校核 ....................................... 9 3.3 同步带减速机构设计 .. (10)

3.3.1 传动比的确定 ........................................ 10 3.3.2 传递功率的估算 ...................................... 11 3.3.3 选择带型和节距 ...................................... 11 3.3.4 确定带轮齿数和节圆直径 .............................. 12 3.3.5 中心距、节线长度和带齿数的确定 ...................... 12 3.3.6 校验带与小带轮的啮合齿数 ............................ 12 3.3.7 计算基准额定功率 .................................... 13 3.3.8 确定实际同步带宽度 .................................. 13 3.3.9 同步带工作能力的验算 ................................ 13 4

电动机的选择及其驱动电路设计 ...................................... 14 4.1 纵向步进电动机的计算与选型 (14)

4.1.1 转动惯量的折算 ...................................... 14 5

计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T

......................... 15 5.1 同步带传递功率的校核 .................................... 18 6

电动机驱动电路设计 ................................................ 19 6.1 光电隔离电路 .. (19)

6.2单极性可逆PWM电路设计 (19)

7数控系统设计 (20)

7.1硬件电路设计 (20)

7.1.1数控系统的硬件结构 (20)

7.1.2数控系统硬件电路的功能 (21)

7.1.3主控芯片及相关芯片的简介 (21)

1设计任务与总体方案的确定

1.1 系统总体方案设计

最大加工直径：630mm ； 床鞍上最大加工直径：350mm ； 最大加工长度：1400mm ； 纵向导轨长度：2900mm ； 主电动机功率：10kW ；

托板和刀架的总重力G 纵向：1200N 托板和刀架的总重力G 横向：800N 最大进给速度max j V ：纵向：1/min m ，

横向：0.5min /m ；

最大刀架快移速度max V ：纵向：2min /m ， 横向：1min /m ； 脉冲当量p ：纵向：0.01mm /脉冲，

横向：0.005mm /脉冲；

定位精度：纵向：0.01mm ，

横向：0.005mm ；

启动加速时间0t ：纵向：35 横向：100ms ； 电动刀架转位数：4

1．2系统总体方案设计

数控系统总体方案设计应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU 的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。

（1）系统的运动方式：该车床改造后应具有单坐标定位，两坐标直线/圆弧插补的功能。所以数控系统应设计成连续控制型。

（2）进给伺服系统的类型：按任务要求采用步进电机的开环控制系统。这样改造后的车床属于经济型数控车床，在保证一定加工精度的前提下，简化了结构，降低了成本。

（3）数控系统处理器的选择：依据技术指标中最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。

（4）根据系统的要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。

（5）为了加工安全还需安装纵向和横向限位开关。

（6）主轴电动机的交流变频器的选择及主轴脉冲发生器的选择。

（7）为了达到设计要求中的速度和精度，纵向与横向进给传动应选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙、提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构。

（8）为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了是传动系统的负载惯量劲可能地减小，传动链中应设有减速机构。减速机构选则同步带，其综合了带传动、链条传动以及齿轮传动的优点，在许多领域已经替代了齿轮传动和链传动。

2机械系统的改造设计

2.1主传动系统的改造

普通车床进行数控化改造时，为了减少工作量，一般保留原有的主传动机构和变速操纵机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主电机的作用仅为带动主轴旋转，主轴的正转、反转和停止由数控系统来控制。