资源描述
下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 摘 要 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的 性制造系统、计算机集成制造系统等等，都是建立在数控技术基础之上的。同时，数控技术也关系到国家战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业因素之一，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。推广与应用数控技术是我国机械制造行业的一项重要的战略任务。数控机床的生产准备的时间短，所制造的零件重复精度高，对改变零件设计的适用性强，夹具成本低，加工形状复杂的零 件时准确可靠。因此，数控机床在现阶段以及以后的时间将占据重要地位。 本题目是数控车床 纵向进给系统设计。首先根据典型工艺数据，结合拟定参数，传动方案的确定。对传动系统主要结构进行设计，包括选择滚珠丝杠螺母副和减速箱体的机构设计，从而完成整个进给系统机械结构的设计。然后，通过计算选择步进电机，驱动滚珠丝杠运动，从而带动工作台运动。基于 步进电机的控制系统设计，使电机实现正反转，快速正反转功能，保证对传动系统的控制要求，从而完成整个进给系统的设计。 关键词 ：数控机床；滚珠丝杠；步进 电机；单片机 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 is of in on of At is to of a it is of to of a of is of of a s of NC of is a in NC no to to of C NC an in at a of in is of of be to of of so as to of of by In to of of so to or or of 载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 数控机床的发展历史与现状 . 1 发展数控机床的必要性 . 2 数控机床的结构与特点 . 2 数控机床的发展方向 . 5 2 设计任务与方案确定 . 7 设计任务 . 7 设计技术参数 . 7 总体方案的确定 . 7 3 机械传动设计计算 . 8 计算内容及步骤 . 8 珠丝杠设计计算 . 8 切削力的计算 . 8 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 . 8 滚珠丝杠螺母副的验算 . 10 步进电机的计算与选型 . 12 步进电机选型 . 12 传动比的确定 . 13 转动惯量的计算 . 13 步进电机转矩校核 . 14 步进电机性能校核 . 15 滚珠丝杠的预紧和消隙 . 16 4 环保性与经济性分析 . 17 经济性分析 . 17 环保性分析 . 17 结论 . 19 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 考文献 . 20 致 谢 . 21 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 1 1 绪论 数控机床的发展历史与现状 数字控制机床是用数字代码形式的信息 (程序指令 )，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加 工的机床，简称数控机床 1。 计算机数值控制工具十分适应性 ,只需要改变输入指令修改方案 ,处理对象性能高于一般自动机、复杂曲面加工精度 ,适合中小批量加工 ,修改部分高精度和复杂形状坯料 ,取得良好的经济效果。 数字技术在不断发展，数控机床系统种类不断增加 ,有车床、铣床、镗床、钻床、砂轮机、机械加工、电气火花机机器工具等等。除了自动更换刀具，还有加工中心、车削中心加工等。 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓的加工设备。由于样板形状复杂多样化，精度要求较高，一般加工设备难以 完成，于是提出计算机控制机床的设想。 1949 年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床的研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久便 4 开始正式生产。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门来加工复杂型面零件； 1959 年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降； 1960 年以后，较为简单与经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械 制造业各部门逐步获得推广。 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，而且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的数控系统 (简称 又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统 (简称 使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置 (简称 这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍， 而体积则缩小为原来的 1/20，价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。 80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 2 序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程 1。 发展数控机床的必要性 在机械加工过程中，经常要用到 加工批量不大、改型频繁、精度要求高、形状复杂的一类零件。据统计，单件和中、小批量零件的加工约占机械加工总量的 80%以上。如何解决这类产品的自动化加工呢？显然，一般自动化机床已不适应这类加工，因为一般自动化机床往往用凸轮或其他专门机构来控制机床进行加工。当零件尺寸改变时，必须重新更换凸轮或靠模，调整尺寸，才能重新加工。重新调整的工作量非常大，同时也不经济。另外，对于那些形状十分复杂的零件，通常的自动化加床也无能为力。针对这些问题，数控机床的迅速发展，为解决这类零件加工提供了良好的途径，为机械工业的发展做出了卓 越的贡献。相比较于普通机床，数控机床有着如下优点： 1） 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。 2） 可以实现加工的自动化，且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 到 7 倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记录和存储下来，然后按程序规定的顺序自动执行，从而实现自动化。数控机床只需更换程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产的自动化，故被称为 实现了 柔性自动化 。 3） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配更加容易，不再需要 修配 。 4） 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁装夹。 5） 由以上五条好处。如：降低工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求做出快速反应等等。 数控机床的结构与特点 数字程序控制机床（数控机床）是近 20 年来综合应用了计算技术、自动控制、精密测量和机床结构设计等各个技术领域里的最新技术成就而发展起来的一种既具有广泛的通用性 ，又具有很高的自动化程度的完全新型的机床。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 3 录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三大类。 点位控制是只控制刀具或者工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需要控制。采用这类控制的有数控镗床、数控钻床和数控坐标 镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位之外，还控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床与数控磨床等。 连续轨迹控制 (或称轮廓控制 )能够连续控制两个或两个以上的坐标方向的联合运动。为了使刀具按照规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差接近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削的过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣 床、数控磨床、数控车床和加工中心等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易使用，但是精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器构成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度来间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检 测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达和半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或者长磁栅。 为了保证机床具有很大的工艺适应性和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点具有足够的刚 度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 4 采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并且使低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器与自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活 性 4。 数控机床加工时，既能控制机床的动作次序，又能控制机床运动部件的移动量，其工作过程如下图 示： 图 控机床加工过程 目前，在市场上已见不到普通的数控机床（ 取而代之的是计算机数控机床（ 发展。计算机数控是将通用的小型或微型计算机装入数控机床的控制柜，再适当增加借口电路及输入、输出装置（如荧光屏等），用以替代数控机床系统控制柜中的专用电子计算装置。计算机数控系统不仅比原来的数控系统使用范围广、功能全，而且还有相当大的通用性，改善了对机床操作的控制。计算机 数控系统大致有以下一些特点： 1） 用存储的软件实行控制，代替普通数控的硬件控制； 2） 有存储零件程序和修改零件程序的功能。可以在 统存储器中划出一部分可读可写的存储器存放零件程序，而且还可以通过利用 统软件的编辑功能来修改零件程序； 3） 有诊断故障功能。 统具备了用软件查找故障的功能； 4） 可以用软件取代机床的继电器控制。可使机床的全部动作全由软件加以控制和监视，提高了速度，可靠性和可变适应性； 5） 可以提高编程效率； 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 5 6） 有保护零件的能力，可以实现输入数据的正确性，监视数据在机床上的执行 情况。 数控机床的发展方向 目前，数控机床正在以下几个方面得到发展： （ 1） 使数控机床标准化、系列化，以进一步提高数控装置的可靠性，降低其生产时间和生产成本； （ 2） 发展简易数控装置。虽然简易数控装置机能较少，但一般由于其使用简单、维护方便、价格低廉，在普通零件的中、大批量生产中也可以采用； （ 3） 自适应控制数控机床。它能在加工过程中，随切削加工的参数变动，自动的调整进给量、切削量等，使机床和刀具都在较佳状态下工作，工作效率大大提高，并能保证零件得到更好的精度和光洁度； （ 4） 分布式控制（ 用一台计算机直接控制 多台数控机床，或控制整个零件的加工生产过程； （ 5） 自动编制程序。为了减轻人工编程的劳动强度，提高程序编制的效率与减少错误，出现了用电子计算机自动编制程序。 计算机数控机床（ 有 20 多年历史，最初阶段，主要是采用通用机床进行改装的方法，例如把普通车床、铣床、钻床及镗床改造成数控车床、数控铣床、数控钻床及数控镗床等。但随着技术的发展，由通用机床改为数控机床存在着一些严重的弱点，例如机床刚度不足，滑动面的摩擦阻力太大，传动元件中存在间隙等问题越来越突出地暴露出来。由于在数控机床上进行加工不能象在普通机床上加工 那样，可以用人工的手工操作来弥补上述因素对加工零件的精度影响，故对于数控机床几乎在任何方面都要求比通用机床设计得更完善，制造得更精密。因此数控机床已由改装通用机床逐步发展到专门为满足数控要求而设计的新的数控机床。在这过程中，对机床的结构设计起了很大的推动作用，从通用机床的基础上逐渐发展了不少完全新颖的结构和原件，这些变动，大致体现在下列几个方面： 1）采用了刚度和抗震性较好的机床新结构； 2）采用了无间隙的齿轮传动副，以消除传动装置反向时的空程死区； 3）采用了传动效率很高的精密滚珠丝杠 螺母副等传动元件 ； 4）采用了摩擦系数很低的滚动导轨或静压导轨，提高机床运动灵敏性； 5）采用了增大功率的电机和先进刀具，以提高切削用量； 6）采用了多主轴、多刀架结构，以提高单位时间内的切削效率； 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 6 7）采用了自动换刀和自动更换工件的装置，以减少停机时间； 8）采用了自动排屑，自动润滑装置。 沈阳工学院毕业设计说明书 7 2 设计任务与方案确定 设计任务 本设计任务是进行 向进给系统设计。利用微型计算机（单片机）对纵向进给系统进行开环控制，对纵向进给系统进行数控化设计。驱动系统采用 列 步进电机，传动系统采用滚珠丝杠。 设计技术参数 最大加工直径 在床面上 630床鞍上 350大加工长度 2900进速度 纵向 大切削进给速度 纵向 板及刀架重力 纵向 1200N 最小指令值（脉冲当量） 纵向 冲 机床定位精度 总体 方案的确定 参照数控车床进给系统设计经验及有关资料确定总体方案是：由微型计算机（单片机）进行数据计算、程序运行，然后经 I/O 借口输出步进脉冲，经过硬件环分器、驱动芯片，驱动步进电机动作，通过联轴器直 联驱动滚珠丝杠，从而带动工作台实现纵向进给。如图 示。 图 体设计方案 沈阳工学院毕业设计说明书 8 3 机械传动设计计算 计算内容及步骤 本节只对纵向进给系统的滚珠丝杠，步进电机进行计 算与选择。采用由系统左端相系统右端步骤进行计算与选择。见图 图 计计算内容 珠丝杠设计计算 切削力的计算 车床主切削力 文献 6） （ 3 式中： 在车床床面上加工的最大直径（ 已知 30 代入公式（ 3，得 1 0 5 9 56 3 m a x 走刀方向切削分力 垂直走刀方向的切削分力 按以下比例求出： x: 649N, 238N 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 （ 1）计算进给牵引力 文献 6） （ 3 式中： 走刀方向切削分力（ N）； 主切削力（ N）； 沈阳工学院毕业设计说明书 9 G 为移动部件重力（ N）； K 和 f为分别为考虑颠覆力矩影响的实验系数和导轨上的摩擦系数，取 K=f= 代入公式（ 3，得 1 51 2 0 01 0 5 9 4 （ 2）计算最大动载荷 C（见文献 6） （ 3 式中： L 为工作 寿命， n 为丝杠转速（ r/ v 为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的 1/21/3， a x ，取 v= 丝杠基本导程，初取 t 为额定使用寿命，取 t=15000h； 运转状态系数，取 滚珠丝杠工作载荷 h 将上面结果代入公式（ 3，得 （ 3）计算最大静载荷 文献 6） 0（ 3 式中： 静态安全系数，取 丝杠工作载荷（ N）。 代入公式（ 3，得 2 1 01000L 5 00 6 0 01 0 0 00rL 660阳工学院毕业设计说明书 10 初选 珠丝杠螺母副 称直径 d=50杠取 5 级精度 该型号的丝杠为外循环插管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式的滚珠丝杠副。 该型号滚珠丝杠额定动载荷： a 1 9 3 4 22 1 2 5 0 额定静载荷： 2 37 4 6 0 0 0 （ 4）滚珠丝杠传动效率（见文献 6） （ 3 式中： 为丝杠螺旋升角，由丝杠型号查出， 112 ； 为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f=摩擦角约等于 10 。 代入公式（ 3算，得 滚珠丝杠螺母副 的验算 （ 1）刚度验算 1）丝杠的拉压变形量 1 （见文献 6） （ 3 式中： 1 为在工作载荷 用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量（ 丝杠工作载荷（ N）； L 为滚珠丝杠在支承间的受力长度 （ ，滚珠丝杠工作长度为 2900 考虑两端安装轴承，左 右支撑的中心距离约为 3150 E 为材料弹性模量，对刚 E=104 A 为滚珠丝杠按内径确定的横截面积 ( 代入式（ 3计算 2）滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 （见文献 6） （ 3 tg 0112( 112 F m 0 4 4 2 5 1 52413 阳工学院毕业设计说明书 11 式中： 滚珠直径， =Z圆数列数； Z 为一圈滚珠数， ； 滚珠丝杠的公称直径 ( 预紧力 (N)； 滚珠丝杠工作载荷 (N)。 Z= Z圆数列数 =2 1=198 将上面各结果代入式（ 3进行计算 滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的 1/3， 2 值可减少一半左右 3）丝杠副刚度的验算 丝杠的总变形量 9 2 4 9 7 4 2 丝杠有效行程为 29005 级精度滚珠丝杠有效行程在 25003150，行程偏差允许达到 69 m ，丝杠刚度足够。 （ 2）压杆稳定性验算 滚珠丝杠是一种受轴向力的长柱压杆（见文献 6） （ 3 式中： E 为丝杠材料弹性模量，对刚 E=104 3 22 22L 64418153131 沈阳工学院毕业设计说明书 12 I 为截面惯性矩 (对丝杠圆截面（ 丝杠底径）； L 为丝杠最大工作长度 ( 丝杠支承方式系数，取 代入式（ 3，可得 故滚珠丝杠不会失稳。 步进电机的计算与选型 步进电机选型 初选 130进电机，该型号步进电动机技术数据如下（见文献 2）： 表 30进电机技术参数 步进电机的运行矩频特性如下： 表 进电动机的运行矩频特性（对应表 电动机型号 运行频率 /(100 500 1000 2000 4000 6000 8000 10000 运行步距角 /( ) 不同频率下的输出转矩 /( ) 130 选用 列步进电机工作特点如下： （ 1）输出转矩大，矩频特性硬； （ 2）驱动电源电流小，功耗低； （ 3）动态性能好，输出角位移与输入脉冲数严格成比例，而且在时间上同步，因此调节输入脉冲的数量、频率、相序即可控制电机相应的角位移、转速、转 向获 得所需要的运动特性，而不需中间转换装置； （ 4）起动制动时间短，在制动状态下，电机转子可以锁住定位； 相数 步距角 /( ) 电压 /V 电流 /A 最大 静转矩 /( 空载起 动频率 /载运 行频率 /子转 动惯量 /)( 2 3 0325 6 37 1500 15000 48 4 1 53 3 4 0 7 3 13 （ 5）输出角位移的定位精度高而且积累误差不随转数而叠加； （ 6）电机轴伸采用键联接。 传动比的确定 传动比 i 计算如下（见文献 2）： （ 3 式中： 为电动机步距角， = 丝杠基本导程， 为脉冲当量， =冲 代入式（ 3中，计算得 转动惯量的计算 丝杠转动惯量（见文献 6） （ 3 对于钢材，材料密度为 10kg/代入式（ 3有 23434 3 7 1102 9 式中： D 为丝杠直径（ L 为丝杠长度（ 圆柱体质量（ 电机转子转动惯量 248 工作台转动惯量 （ 3 式中： 丝杠导程（ M 为工作台质量（ 代入式（ 3算得 3600 0 0 0 8 22 c 202 2220 沈阳工学院毕业设计说明书 14 转动惯量 24 9 1 步进电机转矩校核 计算加在步进电机转轴上的等效负载转矩 快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。 1） 快速空载起动时电动机的转轴所承受的负载转矩 文献 2） 算快速空载起动时折到电动机转轴上的最大加速转矩（见文献 2）： （ 3 式中： 对应纵向空载最快移动速度的步进电机最高转速，单位为 r/ 步进电动机由静止不动到加速至 速所需要的时间，单位为 s。 其中 （ 3 式中： 纵向空载最快移动速度， 000mm/ 纵向步进电机步距角，为 纵向脉冲当量， =冲 代入式（ 3算，得 设步进电机由静止加速到 需要时间 向传动链总效率 =入式（ 3算，得 移动部件运动时，折算到电机转轴上的摩擦转矩为（见文献 2）： 3 340732900 64) 1602m a x a ma 360m 0 0 0 rn m 9021602 4m a x 沈阳工学院毕业设计说明书 15 式中： 导轨摩擦系数，滑动导轨取 z 垂直方向工作负载，空载取 0 纵向传动链总效率， =入式（ 3算，得 a 2） 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 文献 2） 2前面对滚珠丝杠进行计算的时候，已知进给方向的最大工作载荷 649N 最大工作负载 0595N，摩擦转矩 02.6,m 1取安全系数 K=4 a 30进电机最大静转矩 37m 。 步进电机性能校核 1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 最快工进速度 00m a x 脉冲当量 脉冲/01.0 求出电动机对应运行频率 由 130运行矩频特性（表 知，在此频率下，电动机转矩 0 2 0 00( 0 2 0 01 0 5 9 5( f 8 3 0 060 m a xm a x 沈阳工学院毕业设计说明书 16 f a x 远大于 满足要求。 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 m 000m a x 电动机对应运行频率 由 130运行矩频特性（表 知，在此频率下，电动机转矩 a x 远大于 满足要求 3）最快空载移动时电动机运行频率校核 最快空载移动时，电动机对应运行频率 333m 查表 130进电机运行极限频率为 15000有超出上限，符合要求。 滚珠丝杠的预紧和消隙 对 于滚丝杠副来说，除单一方向进给传动精度有一定要求外，其轴向间隙也应该有严格的要求，以保证反向精度的要求。 轴向间隙一般是指丝杠固定不动，螺母在限制其回转状态下出现的轴向位移。滚珠丝杠副的轴向间隙是受负载时，在滚珠与滚道面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量与螺母原有间隙的总和，要将轴向间隙完全清除是相当困难的。 通常采用双螺母预紧的方式，将弹性变形控制在最小的限度内，如果滚珠丝杆与配合公差选择适当，就可以获得相当高的定位精度。目前国内生产的滚珠丝杠，外循环单螺母径向间隙达 双螺母经加预紧力调 整后基本能消除间隙。 本人所设计选取的滚珠丝杠预加负荷方式为垫片预加负荷式。用螺钉联接两螺母套，在两螺钉间加垫片，通过调整垫片的厚度，使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的，预紧力增大了丝杠的刚度。这种方式结构简单，可靠性好，刚度高，装拆方便，但调整费时，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和进行预紧，运用于一般精度的机构中。同时，在采用预紧力消隙时应注意： （ 1）通过预紧力产生预拉变形，减少了弹性变形引起的位移，但不能使预紧力过大，否则加大驱动力矩，会降低效率，缩短使用寿命； （ 2）特别注意 丝杠安装部分和驱动部分的间隙，尽可能使之减小。 4 92 0 3 3 0 0 060 m a xm a x 沈阳工学院毕业设计说明书 17 4 环保性与经济性分析 经济性分析 列数控车床为普及型数控车床，适宜加工形状复杂的轴、套、盘类零件。如车削内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角、车螺纹等，尤其适合多品种、中小批量的轮番加工。工艺适应性强，加工效率高，废品率低，成品一致性好，可降低对工人技术熟练程度的要求。编程容易，操作简单，功能全面，是理想的中型机械加工设备。 主轴可实现分段变频无级变速。宽段速，大重叠，全自动，适应加工范围广。 主轴可实现低速大扭 矩输出 。 活动安全防护设计，便于操作及上下工件。尾座有减荷装置，移动轻快灵活 。 锥体车削不受角度和长度限制 。 可车各种圆柱、圆锥螺纹，并可连续过渡 。 本文主要设计 控车床的纵向进给系统，进给传动采用开环伺服系统，开环伺服系统没有检查机械运动的检测元件，没有来自位置传感器的反馈信号。由步进电动机驱动，运动速度和精度可以保证，运动中基本平稳、不会出现丢步现象，主要用于经济型或简易型数控机床，其精度和速度的提高受到限制。 机械结构设计中滚珠丝杠螺母副和步进电机可直接与厂商协商购买，设计中一些非标准配件 可与制造厂外协生产加工。控制系统采用抵挡配置，使用 列单片机，简单实用，性价比高。相比较于高端数控车床产品，虽然其精度及加工速度受到了一定的限制，但相比于普通机床其加工效率可以提高 3，足以满足上述加工要求。在很大程度上降低了生产加工成本。 环保性分析 环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。水污染是指水体因某种物质的介入，而导 致其化学、物理、生物或者放射性污染等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。大气污染是指空气中污染物的浓度达到有害程度，以致破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人和生物造成危害的现象。噪声污染是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常工作、学习、生活的现象。放射性污染是指由于人类活动造成物料、人体、场所、环境介质表面或者内部出现超过国家标准的放射性物质或者射线。例如，超过国沈阳工学院毕业设计说明书 18 家和地方政府制定的排放污染物的标准，超种类、超量、超浓度排 放污染物；未采取防止溢流和渗漏措施而装载运输油类或者有毒货物致使货物 落水造成水污染；非法向大气中排放有毒有害物质，造成大气污染事故，等等。随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家。 环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。每一个环境污染的实例，可以说都是大自然对人类敲响的一声警钟。为了保护生态环境，为了维护人类自身和子孙后代的健康，必须积极防治环境污染。 为了做好环境污染的防治工作，我们每一个公民必须努力增强环保意识：一方面要清醒地认识到人类在开发和利用 自然资源的过程中，往往对生态环境造成污染和破坏；另一方面要把这种认识转变为自己的实际行动，以“保护环境，人人有责”的态度积极参加各项环境保护活动，自觉培养保护环境的道德风尚。 本设计中，进给系统的驱动采用步进电机，以电能作为能源。步进电机在使用过程中，所需要的驱动电流小，功耗低，同时可以产生较大的输出转矩。避免了能源使用的污染和浪费。在设计中零件的润滑均可采用环保型的无污染润滑液，润滑充分还可以保证设备运转时不产生噪声。 在整个车床工作过程中， 一般使用乳化液或冷却油作为冷却液，从而产生大量的油雾油烟，影 响工厂的生产环境，有害于 生产工作人员 的身心健康 ，可以通过购买使用油雾过滤器来吸收产生的油雾。 沈阳工学院毕业设计说明书 19 结论 这次设计的 向进给系统，充分考虑到其实用性，操作方便，技术参数设置合理，极大地提高了加工效益，性能稳定，没有出现任何故障。设计完后的机床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，结构简单，成本较低。进给伺服系统采用步进电机开环控制。采有集成度高、可靠性强、功能好、速度快、抗干扰能力强的8 位 列单片机。选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，保证了进给伺服系统的 传动精度和平稳性。 另外，该设计也可以用于其他车床，只需要根据相应机床的设计技术参数的变化，对选用的滚珠丝杠和步进电机进行相应的改变，就可用于其它不同型号的车床。同时，这种设计方法也适用于普通车床的数控化改造，具有很好的推广前景。 在设计过程中，由于时间有限及自己在电路程序方面知识的欠缺，在电路设计中只设计了控制一台步进电机转动的电路，在程序设计中， 示上只实现了显示固定数值，没做到随电机转速变化动态显示。 沈阳工学院毕业设计说明书 20 参考文献 1 武友德 式车床数控化改造 交通大学， 2005 2 尹志强等主编 机械工业出版社， 3 王仁德，张耀满，赵春雨，赵亮 东北大学出版社， 4 蔡厚道，吴日韦主编 北京理工大学出版社， 5 金钰，胡祜德，李向春编著 北京理工大学出版社 6 吴振彪主编 中国人民大学出版社， 2000 7 谢红 同济大学出版社，
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