1、<p><b>　　數(shù)控技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： XY數(shù)控工作臺(tái)1設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 </p><p>　　姓

2、 名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　年 級(jí)： 任課教師： </p><p>　　2010年1月14日</p><p><b>　　本科課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>

3、;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　第一章 前言7</p><p>　　第二章總體方案的確定10</p><p>　　2.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇………………10</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………

4、…10</p><p>　　第三章機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算和設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1導(dǎo)軌以上重量的估算12</p><p>　　3.2銑削力的計(jì)算12</p><p>　　3.3導(dǎo)軌的計(jì)算12</p><p>　　3..4滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型12</p><p>　　3

5、.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用14 </p><p>　　3.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型14</p><p>　　第四章驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1電氣部分總體設(shè)計(jì)方案19<

6、;/p><p>　　4.2主控系統(tǒng)的選擇19</p><p>　　4.3脈沖分配器的選擇19</p><p>　　4.4元器件的選擇19</p><p>　　4.5系統(tǒng)相關(guān)控制程序流程設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　第五章總結(jié)23</b></p><p>　　

7、第六章參考文獻(xiàn)24</p><p>　　XY數(shù)控工作臺(tái)1設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是在數(shù)控機(jī)床工作原理之上設(shè)計(jì)一臺(tái)簡(jiǎn)單的、經(jīng)濟(jì)型的X-Y數(shù)控工作臺(tái)。設(shè)計(jì)任務(wù)是完全圍繞數(shù)控機(jī)床工作原理而展開的，本設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床機(jī)械設(shè)備部分與電氣設(shè)備部分的緊密結(jié)合。</p><

8、p>　　X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)包括總體方案的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的選用、機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)、電氣控制部分的設(shè)計(jì)和相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控工作臺(tái)精度并不高，采用開環(huán)系統(tǒng)；機(jī)械傳動(dòng)部分采用聯(lián)軸器將步進(jìn)電機(jī)直接與滾珠絲杠連接，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給。另外，選用MCS-51系列的8031單片機(jī)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)X和Y兩個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制。</p><p>　　總之，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的數(shù)控X-Y工作臺(tái)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)

9、型的，且是專用于數(shù)控銑床上的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：精度，開環(huán)，驅(qū)動(dòng)第一章 前言</p><p>　　在我國(guó)對(duì)外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。</p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和

10、現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。</p><p>　　（一）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給

11、傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:</p><p>　　(1) 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)</p><p>　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工

12、技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。從 EMO2001 展會(huì)情況來(lái)看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/ min ,甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ min左右。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國(guó)的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。在加工精度方面 ,近 10 年來(lái) ,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密級(jí)加工中心則從 3～5μ

13、m ,提 高到 1～1.5μm并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) 0.1μm 。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　　(2) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展</p><p>　　采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。但過(guò)去因

14、5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床 含 5 面加工機(jī)床 的發(fā)展。</p><p>　　(3) 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控

15、系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)</p><p>　　21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平

16、臺(tái)上 ,面向機(jī)床廠家和最終用戶 ,通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)

17、、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求 ,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　?。ǘ?duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)</p><p>　　我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個(gè)階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。在此階段 ,由于國(guó)外的技術(shù)封鎖

18、和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國(guó)家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國(guó)家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善 ,我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第三階段是在國(guó)家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段?？v觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別

19、是經(jīng)過(guò) 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ,總體來(lái)看取得的成績(jī)還是不小。</p><p>　?。ㄈ?duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考</p><p>　　(1)戰(zhàn)略考慮。我國(guó)是制造大國(guó) ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。首先從社會(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,

20、而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力 ,保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國(guó)防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。</p><p>　　(2)發(fā)展策略。從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā) ,以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo) ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升

21、級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力

22、的產(chǎn)品;當(dāng)然 ,沒有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。</p><p>　　第二章 總體方案的確定</p><p>　　2.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇</p><p>　　⑴ 導(dǎo)軌副的選用 </p><p>　　要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用雙矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌，

23、它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?、?絲杠螺母的選用 </p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.01mm的脈沖當(dāng)量和±0.04mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲杠才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。<

24、;/p><p>　?、?減速裝置的選用 </p><p><b>　　不需要減速裝置</b></p><p>　　⑷ 伺服電動(dòng)機(jī)的選用 </p><p>　　任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有1000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的私服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電

25、動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。</p><p>　?、?檢測(cè)裝置的選用 </p><p>　　選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高，所以只需要選用開環(huán)控制就可以了。</p><p>　　考慮到X.、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受

26、的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y連個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、伺服電動(dòng)機(jī)，以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　⑴ 設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。</p><p>　?、?對(duì)于步進(jìn)電

27、動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制，選用。。。。。。</p><p>　?、?設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。</p><p>　　⑷ 選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。</p><p>　　第三章 機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型</p><p>

28、　　3.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算</p><p>　　按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副、矩形導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌坐等，估計(jì)重量約為800N。</p><p>　　3.2 銑削力的計(jì)算</p><p>　　設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為：</p&g

29、t;<p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　今選擇銑刀直徑，齒數(shù)，為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，去最大銑削寬度，被吃刀量，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)速。則由式（6-1）最大銑削力：</p><p>　　采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可有表查得，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：，，?，F(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受

30、到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力,徑向銑削力。</p><p><b>　　3.3 導(dǎo)軌的計(jì)算</b></p><p>　　直接選用直線雙矩形導(dǎo)軌就符合要求，可以不用計(jì)算。</p><p>　　3.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型</p>

31、<p>　　⑴ 最大工作載荷Fm的計(jì)算 </p><p>　　如前面所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行），受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直），受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）。</p><p>　　已知移動(dòng)部件總重量G=800N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表，去顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷為：</p

32、><p>　?、?最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算 </p><p>　　設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度，初選絲杠導(dǎo)程，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速。</p><p>　　取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得絲杠壽命系數(shù)(單位為：)。</p><p>　　查表，取載荷系數(shù)，軌道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)，代入式，求得最大動(dòng)載荷：</p&g

33、t;<p><b>　?、?初選型號(hào) </b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選FYND系列2005-4型滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，外徑為19.3mm,底徑為16.2mm,導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈1列，滾珠直徑為3.175mm,螺母的安裝尺寸L=80mm精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為11082N，大于FQ，滿足要求。</p

34、><p><b>　?、?鋼度的驗(yàn)算</b></p><p>　　X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支撐均采用“單推-單推”的方式，滾珠絲杠受工作</p><p>　　載的作用而引起螺距的變化量.</p><p><b>　　其中絲杠截面積</b></p><p><b&g

35、t;　　鋼的彈性模量</b></p><p>　　2） 根據(jù)公式-3，求得滾珠書Z=20；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為（4+4）×1，帶入公式：=Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=160。絲杠預(yù)緊時(shí)，去軸向預(yù)緊力。則求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。</p><p>　　因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減少

36、一半，取=0.0007mm。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，絲杠的有效行程為190cm,由表3-27知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在時(shí)，行程偏差允許達(dá)到23，可見絲杠剛度足夠。</p><p><b>　?、?壓桿穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　計(jì)算失穩(wěn)是的臨界載荷。查表3-34，取支撐系數(shù);由絲杠底徑，求得截面慣性矩；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K

37、取3(絲杠臥室水平安裝)；滾珠絲杠螺母至軸向固定處的距離取最大值350mm.則臨界載荷 </p><p>　　遠(yuǎn)大于工作載荷,所以絲杠不會(huì)失穩(wěn)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)減速齒輪的選用</p><p>　　已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電機(jī)的步距角，根據(jù)公式，算得減速比：</p><p>　　所以，直接采用聯(lián)軸器

38、連接電動(dòng)機(jī)與絲杠。</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型</p><p>　?、?計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知：滾珠絲杠的公稱直徑，總長(zhǎng)，導(dǎo)程，材料密度；移動(dòng)部件總重量G=1000N，傳動(dòng)比。</p><p><b>　　滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

39、量</p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG007,為五相混合式，從表3-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為</p><p>　?、?計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1）快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由公式可知，包括三部分:一部分是快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速度轉(zhuǎn)矩；一

40、部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)使折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，所以相對(duì)于和很小，可以忽略。則有</p><p><b>　　=+</b></p><p>　　考慮傳動(dòng)鏈的總效率為1，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　式中 對(duì)應(yīng)

41、空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速到轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s.</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　式中 空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為1000mm/min;</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為</p>&l

42、t;p>　　脈沖當(dāng)量為0.01mm/plus</p><p>　　將以上各值代入上式，</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止加速到轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，傳動(dòng)總效率，則求得</p><p>　　移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為:</p><p>　　式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.04</p><p&g

43、t;　　垂直方向的銑銷力，空載時(shí)取0</p><p>　　傳動(dòng)鏈總效率，取0.92</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入上式，得 </p><p>　　最后求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　2）最大工作狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸

44、上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，另一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有</p><p>　　其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩。已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷，則有</p><p>　　計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載情況下 ，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><

45、p>　　最后求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　經(jīng)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：</p><p>　?、?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 </p><p>　　任務(wù)書給定的工作臺(tái)的最大工進(jìn)速度，脈沖當(dāng)量，可求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從圖3-2查得，在此頻率下，電動(dòng)

46、機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求 </p><p>　　2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度，求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。查圖3-2得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載移動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核</p><p>

47、;　　與最快空載移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查表3-5可知110BYG007電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)30000HZ，可見沒有超出上限。</p><p><b>　　4）啟動(dòng)頻率的計(jì)算</b></p><p>　　已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)空載啟動(dòng)頻率。則可求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率：</p>

48、<p>　　上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于1232HZ。實(shí)際上，在采用軟件升降頻率時(shí)，啟動(dòng)頻率選得更低，通常只有100HZ.</p><p>　　第四章 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 電氣部分總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　電機(jī)經(jīng)校核滿足使用要求，所以電路部分采用單電源電路。電機(jī)選用110B

49、YG007,查手冊(cè)知電壓130V, 相電流5A，電阻0.3歐姆，頻率18000HZ，電感1.9Mh。</p><p>　　4.2 主控系統(tǒng)的選擇 </p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，特別是8031單片機(jī)其構(gòu)成系統(tǒng)的成本低且不需要特殊的開發(fā)手段等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在此設(shè)計(jì)中，數(shù)控系統(tǒng)的控制也較簡(jiǎn)單，從成本及滿足功能要求上考慮選用80

50、31單片機(jī)。</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　4.3脈沖分配器的選擇</p><p>　　脈沖分配器可用門電路及其邏輯電路構(gòu)成，功能是為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供符合控制指令要求的脈沖序列。目前已經(jīng)大量采用可靠性高、外形尺寸小、使用方便的集成脈沖分配器。在此設(shè)計(jì)中我們選用TTL集成脈沖分配器，又因?yàn)樗x用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

51、是五相的，所以選用型號(hào)為YB015的TTL集成脈沖分配器。</p><p>　　4.4 元器件的確定</p><p>　?。?）為了使電路簡(jiǎn)單、緊湊，功率放大級(jí)的T選用復(fù)合管2G730E。其性能為:</p><p><b>　　(2) 確定</b></p><p>　　從T性能數(shù)據(jù)知,而負(fù)載電流</p>

52、<p><b>　　T基極電流為</b></p><p><b>　　式中：電流放大倍數(shù)</b></p><p><b>　　因此等效輸入電阻為</b></p><p>　　光電耦合器光敏三極管的輸入等效電路見上圖，從等效電路可得</p><p>　　選光電耦合器輸入

53、電流(最大電流為50mA),電流傳輸比,所以有</p><p>　　解上述方程組得 </p><p><b>　　確定</b></p><p>　　前面已選定光電耦合器輸入電流，據(jù)表3-19得到光電耦合器輸入正向壓降為1.3V，所以。</p><p><b>　　確定</b></

54、p><p>　　為提供給驅(qū)動(dòng)門足夠的輸入電流(各5mA)，所以</p><p><b>　　選擇D</b></p><p>　　D選用2CZ56B硅整流二極管，其性能參數(shù)見下表</p><p>　　4.5 系統(tǒng)相關(guān)控制程序流程設(shè)計(jì)</p><p>　　圓弧插補(bǔ)控制流程圖：</p><

55、;p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控X-Y工作臺(tái)，大小210mm × 210mm，行程100mm × 80mm，主要用于小型數(shù)控銑床。該種工作臺(tái)能有效的適應(yīng)多品種，小批量的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本工作臺(tái)有一下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　1)本X-Y數(shù)控工作臺(tái)的切削力較小，

56、重復(fù)定位精度不高，屬于經(jīng)濟(jì)型機(jī)床設(shè)備，主要用于加工尺寸比較，精度要求不是很高的零件的加工。</p><p>　　2）控制系統(tǒng)是以單片機(jī)MCS-51系列的8031單片機(jī)為核心，單電壓驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈敏。</p><p>　　3)工作臺(tái)位置控制采用110BYG007混合式五相步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定，步距角比較小，步距精度比較高。</p>&

57、lt;p>　　3)機(jī)械傳動(dòng)采用滾珠絲杠傳動(dòng)，滾珠絲杠等級(jí)為C級(jí)，精度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，導(dǎo)軌為雙矩形直線導(dǎo)軌，且有相應(yīng)的調(diào)隙措施。在允許的負(fù)載內(nèi)能夠保證其傳動(dòng)精度要求。</p><p>　　另外此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控X-Y工作臺(tái)的設(shè)計(jì)還存在很多不足，還有許多需要改進(jìn)的地方，比如：步進(jìn)電機(jī)選用過(guò)大，雖然在結(jié)構(gòu)上對(duì)整個(gè)數(shù)控工作臺(tái)沒有太大的影響，但是把設(shè)計(jì)放在實(shí)際生產(chǎn)中，這是一個(gè)很嚴(yán)重資源浪費(fèi)問(wèn)題。在以后設(shè)計(jì)中我們一定要統(tǒng)籌大

58、局，把理論設(shè)計(jì)放在實(shí)際的實(shí)踐生產(chǎn)中去，理論切實(shí)緊密聯(lián)系實(shí)際，這樣才能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不僅在原理上結(jié)構(gòu)上符合設(shè)計(jì)的要求，而且在經(jīng)濟(jì)上也符合實(shí)際生產(chǎn)的需求。</p><p>　　第七章 參 考 文 獻(xiàn)</p><p>　　[1] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本· 機(jī)械傳動(dòng))[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1</p><p>　　[2] 沈愛琴.胡月明等

59、 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[Z]. 貴陽(yáng)：貴州工業(yè)大學(xué)機(jī)電教研室，1998.9</p><p>　　[3] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2004.1</p><p>　　[4] 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9</p><p>　　[5] 陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M

60、]. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10</p><p>　　[6] 張大建、胡大澤.數(shù)控技術(shù)[編].華中科技大學(xué)出版社, 2000.</p><p>　　[7] 畢承恩.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.機(jī)械工業(yè)出版社, 1991</p><p>　　[8] 朱輝、陳大復(fù)等.畫法幾何及工程制圖.上海科學(xué)技術(shù)出版社, 1990</p><p>　　[9]