數(shù)控車(chē)床XY軸工作臺(tái)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、范文 范例 指導(dǎo) 參考摘要1前言2一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的、意義 4二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 4（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多用XY工作臺(tái)。4三、數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 4（一）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 4（二）伺服系統(tǒng)的選擇 4（三）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇 5（四）X -Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 5四、機(jī)械部分設(shè)計(jì) 5（一）確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 5（二）工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 6（三）滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 7（四）滾珠絲杠計(jì)算、選擇 8（五）齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì) 11（六）步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 12（七）步進(jìn)電機(jī)的選用 13五、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 15（一）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成： 15（二

2、）主控制器CPU的選擇 15（三）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 15（四）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 16（五）其它輔助電路設(shè)計(jì) 17六、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 18（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容 18（二）系統(tǒng)控制功能分析 18（三）系統(tǒng)管理程序控制 19（四）自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì) 19結(jié)束語(yǔ)20參考資料21word版整理數(shù)控車(chē)床XY軸工作臺(tái)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要我設(shè)計(jì)的是車(chē)床XY軸工作臺(tái)和控制系統(tǒng)，采用單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)。首 先確定設(shè)計(jì)的總體方案，然后對(duì)車(chē)床的機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括工作臺(tái)、滾動(dòng)導(dǎo)軌、 滾珠絲杠、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和選用，最后對(duì)數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。新一代的CNC系統(tǒng)這類(lèi)典型機(jī)電一體化產(chǎn)

3、品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)床XY工作臺(tái)控制系統(tǒng)前 言一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國(guó)數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國(guó)對(duì)外開(kāi)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?xún)蓚€(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。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)

4、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，具技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。（一）、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(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(chē)、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：(1) 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)(2) 5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展(3) 智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)(二)、對(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)我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步

5、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(kāi)放和國(guó)家的重視，以及研究開(kāi)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(kāi) 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

6、績(jī)還是不小。(三)、對(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(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,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。(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)

7、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(kāi)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(chē)床、銃床、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(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn) 品；當(dāng)然，沒(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。、畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的、意義機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)

8、計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一， 是綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等知識(shí)進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的 是：能夠正確運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的基本理論和相關(guān)知識(shí)，掌握機(jī)電一體化 系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分 析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步 能力；通過(guò)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟；通過(guò)測(cè)試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理, 和軟件編程思想；通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)

9、準(zhǔn)及編寫(xiě)技術(shù)說(shuō)明書(shū)的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài) 度、創(chuàng)新精神、專(zhuān)業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。vymax = 2000mm/min和工作載荷FZ =2000N二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多用XY工作臺(tái)。已知條件：定位精度：± 0.01mm滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h,中等沖擊工作臺(tái)的有效行程為L(zhǎng)x = 400mmLy = 400mm 快速進(jìn)給速度 Vxmax=2000mm / min范文 范例 指導(dǎo) 參考三、數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類(lèi)型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制

10、系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論 證。（一）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。（二）伺服系統(tǒng)的選擇開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。word版整理考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。（三）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性?xún)r(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)

11、由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。（四）XY工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。系統(tǒng)總體框圖如下 ：關(guān)X向工作臺(tái)功n功率放大范文 范例 指導(dǎo) 參考圖3-1四、機(jī)械部分

12、設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)， 傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。（一）確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量6 P是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量， 應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，由于 定位精度為±0.01mm因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm（二）工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量 WW口 WY取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?410mm,Y導(dǎo)軌支撐鋼或W勺中心距為 400mm設(shè)計(jì)工作 臺(tái)簡(jiǎn)圖如下：工作臺(tái)簡(jiǎn)圖圖4-1X向拖板(上拖板)尺寸為：長(zhǎng)* 寬* 高=420*410*50重

13、量：按重量=#積*材料比重估算為：Wx= 420 410 50 10，7.8 102=671.58NY向拖板(下拖板)尺寸為：420M 400M 50重量W=420 400 50 10，7.8 10=655.2N上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為2- _ 3(900 480 8 2 800 35 50) 7.8 1010=487.97 N夾具及工件重量：約155NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為：W =487.97 655.2 671.58 155 2000N(三)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的W/口 Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P,式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN;工作

14、載荷P=0.5(Fz+W); fSL=1.03.0( 一般運(yùn)行狀況)，3.05.0 (運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng))。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊，因此取fsL =4.0CO = fSLPX ,YPx,y =0.5(Fz Wx,y)FX =0.5(FZ +WX )=0.5(2000+671.58)=1335.79NPY =0.5(F z+Wy)=0.5(2000+655.2)=1327.6NCOX=fSLPX=4 1335.79=5343.16NCOY=fSLPY=4 1327.6=5310.4N根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌：選擇漢機(jī)7T機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，其型號(hào)為：HJ

15、G-D25基本參數(shù)如下：表4-1額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長(zhǎng)度動(dòng)載荷Ca靜載荷CoTaTbTcKgKa / m gL(mm)17500260001981982880.603.1760滑座個(gè)數(shù)單向行程長(zhǎng)度每分鐘往復(fù)次數(shù)Mlsn40.64導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷Ca =17500N依據(jù)使用速度v (m/min)和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 Ca (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln： 額定行程長(zhǎng)度壽命：Ts = K(fH fT fc 必 fwh)(4-1)Fm獷2000 = 500word版整理fT =1,fW =21=0.81七=1,K 音=50KffTfC fW1 1 0.81 1750

16、0、350(2500 ): 142409.5&m導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:ThTs 103210n(4-2)Ts 103210n142409.58 1032 0.6 4 60=494477h T =15000h導(dǎo)軌的工作壽命足夠(四)滾珠絲杠計(jì)算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMffl, HRC5860導(dǎo)程：l0=5mm強(qiáng)度計(jì)算F = KF f (F W )絲杠軸向力： max x，y ( z x，y) (N)(4-3)其中：K=1.15,滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) f=0.0030005 ;在車(chē)床車(chē)削外圓時(shí)：Fx=(0.10.6)Fz ,Fy=(0.150.7)Fz ,可取 Fx=0.5Fz, Fy=

17、0.6Fz 計(jì)算。取 f=0.004, FZ=400 則：反=0.5FZ =0.5 2000 =1000NFY =0.6FZ =0.6 2000=1200NFXmax =1.15 1000 0.004(2000 671.58) = 1045.686NFYmax =1.15x1200 +0.004(2000 + 655.2) = 1252.621N1 60nT，-，rL = / -6，壽命值：10 ,其中絲杠轉(zhuǎn)速vmax n 二1o (r/min)(4-4)T =15000h n = vmax = 2000 =400/ min60 400 15000= 360lo5106最大動(dòng)載荷：Q=3 Lf

18、H fWF式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.21.5 ; fH為硬度系數(shù)，HRO58時(shí)為1.0查表得中等沖擊時(shí)fW =12 fH =1則：QX =3 360 1.2 1 1045.686 =7079.58NQY = 3 360 1.2 1 1252.621 =10686.54N根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲 杠的型號(hào)為：CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5其基本參數(shù)如下：7 of IS濰珠絲杠副詳細(xì)參數(shù)說(shuō)明（“森列滾珠線杠副（浪珠外循環(huán)插管埋入式反向卷單母）理扛代號(hào)金井直枉基本導(dǎo)理世打樸艷越祝您枉一可招數(shù)定慎荷、削度、/Um母安裝尺寸油

19、杯孔dPh<1|也n«««<0用.KDLB必01bMCM2iH>4-2 ：30J19.517.502.5WI7134犯37066391140515.8.106M6-11冉511如"K36X79惻955114nsiS.Kin有4,俄003 '的51也履M171J331處加401145一能一5.K106M6CMliUJS-5跳14K5141鄭3 M4473Q7(1b2114S必51106MbCM20G6-2.5第816.572.5雙臉7163J737S7(144114S56S.B.io6MBCM20(H32®6I.9J16

20、.57SOCT125157407011455651106M6CM25O4-2.:=524.522.2.5國(guó)相MM強(qiáng)廠76外1150豺_5.B.106WCMZ54U-5254245 _22._ 5J07B?33652TOO-765i&1150635.S106M&C M2 詡 J2 '折J*，RRT，一效!普一2(17414m宿4011而6.1一4&K«vCM2S03-32524J2L575L祐聒4IS87 7662115063si106*跖圖4-2其額定動(dòng)載荷為14205N> Qy足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用 雙螺母螺紋預(yù)緊形

21、式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表表4-2名稱(chēng)計(jì)算公式結(jié)果公稱(chēng)直徑do20mm螺距t5 mm接觸角P450鋼球直徑db3.175mm螺紋滾道法向半徑RR =0.52db1.651mm偏心距ee=(R _db -2)sin P0.04489mm螺紋開(kāi)角飛a = arctg t nd。4033螺桿外徑dd =d0-(0.2 0.25)db19.365mm螺桿內(nèi)徑d1d1 =d0 +2e-2R16.788mm螺桿接觸直徑d2d2 = d0 -dbcos P17.755mm螺母螺紋外徑DD =d0 -2e+2R23.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）D1D1 =d0 +(0.2 0,255)db20.

22、7mm傳動(dòng)效率計(jì)算tg_絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：tg（：）（4-5）式中：小二10',為摩擦角；T為絲杠螺旋升角0.96tg =% 4033tg (：) tg (4 033 10)穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為:. Ji/ES (cm) (4-6)Y向所受牽引力大，故用Y向參數(shù)計(jì)算FY =1252.621Nl0 = 0.5cmE = 20,6 106(N/CM 2)S =二 R2 = 3.14")2 = 2.14CM 2=1251.82 0.5= 6 1210"6CM20,6 106 2.146.121

23、0 CM絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差A(yù)為= 11詈 = 6.12 104嘿= 12.24 10" = 12.24um 1 ,00.5LE級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差A(yù)=15 n m/m（五）齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)因步進(jìn)電機(jī)步距角6b =1.5°滾珠絲/x螺距t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量卻=0.01mm/step,在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng).i齒輪傳動(dòng)比：: I0360機(jī) ,步進(jìn)電機(jī)步距角：a = 1.5 ?/step 。(4-7)一 口1。 1"5_2 083360、:p 360 0.01 pZ2i = Z1取小齒輪齒數(shù)Z1 =24則大齒輪齒

24、數(shù)Z2 = 50大小齒輪材料均為45鋼 由于軟齒面齒輪工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高，故選擇軟齒面齒輪。因傳遞的扭距較小，取模數(shù)m=1mmU：分度圓直徑：di=mzi =1 24 =24mmd2 = mz2 = 1 50 = 50mm齒頂圓直徑：da1=(Z1 2)m=(24 2) 1 =26mmda2 =(z2 2)m =(50 2) 1 =52mm齒根圓直徑：*"（乙一2.59二（24一2.5）1=2-5mmdf2 =(z1 -2.5)m =(50 -2.5) 1 =47.5mm齒音: b =Bdd1 =1 父24 =24mm取 b1=25b2=30中心距. a =°.5(d1 d

25、2)=0.5(24 50) -37mm分度圓壓力角:二'=20°大小齒輪均采用漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪小齒輪采用兩片薄齒輪錯(cuò)齒排列以消除間隙雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下1、2-薄齒輪,3 一彈簧，4、8 一凸耳,5 一調(diào)節(jié)螺釘，6、7螺母雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖圖4-3(六)步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有：(1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Z 2' p 2Jq = J。Ji ()2(J2 J3) M()2Z21180 b (4-8)為齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)式中：Jq為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；J0為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J范文 范例 指

26、導(dǎo) 參考J2為齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J3為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；M為移動(dòng)部件的質(zhì)量。對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算:J = 0.78 10 D4 L(4-9)式中D為圓柱零件直徑，L為圓柱零件的長(zhǎng)度。所以有:J1=0.78 10，2.44 2.5 = 6.47 10，.cm2J2=0.78 10，5.04J3=0.78 102 2.0433.0 = 146.25 10kg.cm230 = 37.44 10kg.cm2電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有:W 24 220.0122Jd =6.47 10( )2(146.25 37.44) 10200(-)2 = 0.7793kg.cm250

27、邛 1.5180(七)步進(jìn)電機(jī)的選用(1 )步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為T(mén),負(fù)載力為P,根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系:T = Ps式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，s為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動(dòng)的效率。若取 b,則"，且"PsYW。所以：36 pPs(GPz)2- ubb P P ，一，、， 一式中：s為移動(dòng)部件負(fù)載（N）, G為移動(dòng)部件質(zhì)量（N）, Pz為與重力萬(wàn)向一致的作用在移 R ，一一 一 , 日 一動(dòng)部件上的負(fù)載力（N）,為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，b為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad） ,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。P P.取 =0.3 （淬

28、火鋼探珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），=0.8, s= H =279.23N。考慮到重力影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此G= 1200N,所以有：65.25n.cm36 0.011251.82 0.03 (2000 1800)2 3.14 1.5 0.8考慮到啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩:T0.3 0.5(4-11)word版整理65.25Tq = = 163.12 n .cm取系數(shù)為0 . 3 ,則：0.4對(duì)于工作方式為三相6拍的步進(jìn)電機(jī):丁 =Tq = 163.12 =Tjmax 0.8660.866188.36n.em(2)步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率maxvmax 二60 p -100060 0.0

29、1= 1667為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動(dòng)頻率要大于最高運(yùn)行頻率fmax,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大，查表選擇兩個(gè)90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下：表4-3型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn) 矩Tjjmax(n.m)空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Kg.m外直徑長(zhǎng)度軸直徑9014594.51764五、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（一）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：1、主控制器。即中央處理單元 CPU2、總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3、存儲(chǔ)器。包括只讀可

30、編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4、接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：存穩(wěn)器RAM ROMLI圖5-1（二）主控制器CPU的選擇MC S- 5 1系列單片機(jī)是集中C P U, I/O端口及部分RAM等為一體的功能性很強(qiáng) 的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開(kāi)發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用8 0 3 1芯片作為主控芯片。(三)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(1)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用E P ROM芯片。其型號(hào)有：2716, 2732, 2764, 27128, 27258,其容量

31、分別為 2 k,4k,8k,16k32k 。在選擇芯片時(shí)要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM所要求 的讀取時(shí)間。止匕外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲(chǔ)器容量等因素。在滿(mǎn)足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇27 6 4芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。于8031芯片的Po 口是分時(shí)傳送低8位地址線和數(shù)據(jù)線的，故8031擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器，常用的地址鎖存器芯片是742S373(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于8031芯片內(nèi)部RAMR有128字節(jié)供用戶(hù)使用，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)需要，因此需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存

32、儲(chǔ)器(RAM。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有 6116(2Kx8), 6264(8Kx8)等，這里我選 用 6264(8Kx8)。(3)譯碼電路由于這里擴(kuò)展的容量較大，擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片。因此，這里使用譯碼法來(lái)進(jìn)行編址。譯碼電路可使用現(xiàn)有的譯碼芯片，這里我們選用3-8譯碼器(74LS138。這種芯片，輸入端占用3根最高位地址線，剩余的13根低位地址線可作為片內(nèi)地址線，74LS138譯碼器的 8根輸出線分別對(duì)應(yīng)8個(gè)8K字節(jié)的地址空間。(4) I/O擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)范文 范例 指導(dǎo) 參考(a).通用可編程接口芯片8 1 5 58 0 3 1單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O接口，但供用戶(hù)使用的只有P1 口及部分P 3口線

33、。因此要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。8 1 5 5與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的 接口芯片。(四)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)(1)脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，具作用是將數(shù)控裝置送來(lái)的一系列指令脈沖 按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用集成脈沖分配器YB013(2)光電隔離電路在步進(jìn)待年紀(jì)驅(qū)動(dòng)電路中，一般在接口電路與功率放大器之間家上光電隔離電路，實(shí) 現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電偶合器作為光電隔離電路。(3)功率放大器環(huán)型分配器的輸出脈沖很小，還遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)的要求，不許將它放大，以產(chǎn)生足夠大的功

34、率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這里采用的功率放大電路如下圖所示：(五)其它輔助電路設(shè)計(jì)(1 ) 8 0 3 1的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可由內(nèi)部方式產(chǎn)生，內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1 , XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件。如下圖所示(2)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)，在時(shí)鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機(jī)便從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序寸5V cRESET-rIIR H8031nn Rx n圖5-4復(fù)位電路word版整理范文 范例 指導(dǎo) 參考六、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程

35、序來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的 控制軟件分為以下幾個(gè)部分：(1)系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接 受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新 的等待操作狀態(tài)。(2)零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。(3)插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。(4)伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及 方向。(5)診斷程序。包括移動(dòng)不見(jiàn)移動(dòng)超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。(6)機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)加工控制程序。(7)鍵盤(pán)操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤(pán)操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作 命令等信息。(二)系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺(tái)的控制功能包括：(1)、系統(tǒng)初