數(shù)控十字滑臺(tái)設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過(guò))

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘 要 隨著制造業(yè)的發(fā)展，人們深刻的感受到數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中的地位是越來(lái)越重要。本文 結(jié)合機(jī)電一體化的需要，設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的 X-Y 型工作臺(tái)（ X Y 工作臺(tái)是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動(dòng)的工作臺(tái)）。 通過(guò)對(duì) X-Y 型工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制電路接口的設(shè)計(jì)，闡述了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中的共性和關(guān)鍵技術(shù)。這種工作臺(tái)通常與整機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，其形狀，尺寸，結(jié)構(gòu)因機(jī)器類型不同而有較大差異，但其工作原理有著共同點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： X-Y 數(shù)控十字滑臺(tái)；機(jī)電一體化；單片機(jī) 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Abstract Along with manufacturing industry development， peoples profound feeling numerical control engine bed in production status is more and more important. Combine mechanical-electrical integrations need, design a Model X-Y working bench with one-chip computer as the of the control system(X-Y working bench is separately along X and Y motion work table.). Though describing the working bench mechanicals design of structure and interface of the control circuit to Model X-Y, have explained generality in the design of mechanical-electrical integration and its key technology. This kind of working bench is usually designed with the complete machine into a whole , its form , size, there is a greater difference because types of the machine are different in the structure, but its operation principle has common point. Keywords: X-Y numerical control cross slippery platform； The mechanical-electrical integration； One-chip computer 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 1 緒論 . 1 1.1 數(shù)字控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 . 6 1.2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況 . 7 1.3 數(shù)控機(jī)床中十字滑臺(tái)的設(shè)計(jì) . 8 2 機(jī)床改造總體方案設(shè)計(jì) . 9 3 確定機(jī)械傳動(dòng)改造方案 .10 3.1 設(shè)計(jì)原始參數(shù) .10 3.2 確定切削用量 . 11 3.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的切削負(fù)載分析及計(jì)算方法 . 11 3.3.1、各個(gè)方向的分力 . 11 3.3.2、摩擦阻力 . 11 3.3.3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 . 11 3.3.4、絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算 .12 3.3.5、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm 的計(jì)算 .12 3.3.6、起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算 .12 3.3.7、步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 .12 3.4 步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇 .12 3.5 滾珠絲杠的選擇與校核 .13 3.5.1、工作原理及結(jié)構(gòu) .13 3.5.2、滾珠絲杠副的特點(diǎn) .13 3.5.3、承載能力的校核 .13 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.5.4、壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 .14 3.5.5、剛度驗(yàn)算 .14 3.6 齒輪的校核計(jì)算 .15 3.7 軸承的選擇與校核 .18 3.8 導(dǎo)軌的選擇 .18 4 控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì) .19 4.1 確定控制系統(tǒng)方案 .19 4.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .19 4.2.1、單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 .19 4.2.2、單片機(jī)引腳及其功能 .20 4.2.3、控制線 .21 4.3 單片機(jī)的選擇 .22 4.4 存儲(chǔ)器的選用與擴(kuò)展 .22 4.5 存儲(chǔ)器的選用及連接 .22 4.6 地址鎖存器 .23 4.7 鍵盤(pán)與顯示電路及其程序 .23 4.7.1、 8155 工作方式設(shè)定 .25 4.7.2、狀態(tài)查詢 .26 4.7.3、 8155 定時(shí)功能 .26 4.7.4、鍵盤(pán)顯示電路工作原理 .28 4.8 步進(jìn)電機(jī)接口電路 .36 5 總結(jié) .39 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 參考文獻(xiàn) .40 致謝 .41 買(mǎi)文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1 緒論 1.1 數(shù)字控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 最早采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，是在 20世紀(jì) 40年代提出的。當(dāng)時(shí)美國(guó)北密執(zhí)安的一個(gè)小型飛機(jī)葉片輪廓樣板時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算 機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了處理，并考慮了刀具對(duì)加工路徑的影響，使加工精度達(dá)到 0.0381mm。以當(dāng)時(shí)的水平來(lái)看，是相當(dāng)高的。 1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出一套實(shí)驗(yàn)性數(shù)字控制系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)數(shù)字立式銑床上，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，是數(shù)控機(jī)床的第一代。但是這臺(tái)機(jī)床畢竟是一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性機(jī)床，到了 1954年 11月，在帕爾森專利的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克公司生產(chǎn)出來(lái)的。 1959年，電子行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體 管和印刷電路版，從而使數(shù)控機(jī)床跨入了第二代。同年 3月，由美國(guó)克耐杜列克公司發(fā)明了充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 帶有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”?，F(xiàn)在加工中心已成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中占數(shù)控機(jī)床總量的 1/4左右。 1960年，研制出了小規(guī)模集成電路。由于它的體積小，功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。 以上三代，都是采用專用控制的硬件數(shù)控系統(tǒng)（ NC）。 1967年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床聯(lián)成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的 FMS Flexible Manufacturing System 柔性制造系統(tǒng)。之后，美 、 歐 、 日等國(guó)也相繼進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格和使用了微處理器。 1974年，美 、 日等國(guó)首先先研制出以微處理器為核心的數(shù)控機(jī)床。 30多年來(lái)，微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到飛速發(fā)展和應(yīng)用，這是第五代數(shù)控。后來(lái)，人們將 MNC也統(tǒng)稱為 CNC。 20世紀(jì) 80年代初，國(guó)際上又出現(xiàn)了柔性制造單元 FMC。這種單元投資少 、 見(jiàn)效快，既可單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成制造系統(tǒng)中使用。所以近幾十年來(lái)，得到快速發(fā)展和應(yīng)用。 FMC和 FMS被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn) CIMS Computer Integrated Manufacturing System 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。 1.2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況 我國(guó)從 1958年開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，一直到 20世紀(jì) 60年代中期處于研制 、 開(kāi)發(fā)時(shí)期。 1965年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。 20世紀(jì) 60年代末 70年代初研制成功 X53K 1G立式數(shù)控銑床 、 CJK-18數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。 從 20世紀(jì) 70年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在車(chē) 、 銑 、 鉆 、 鏜 、 磨 、 齒輪加工 、 電加工等領(lǐng)域全面開(kāi)展，數(shù)控加工中心在上海 、 北京研制成功。但數(shù)控系統(tǒng) 的可靠性 、穩(wěn)定性未得到解決。在這一時(shí)期，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。 20世紀(jì) 80年代，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)部分系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流主軸電機(jī)技術(shù)和一些新的技術(shù)，使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能上有了質(zhì)的飛躍。 1995年以后，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床、重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來(lái)。 現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)建立了以中，低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，未來(lái)幾十年，我國(guó)將成為數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)，使用大國(guó)。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 1.3 數(shù)控機(jī)床中十字滑臺(tái)的設(shè)計(jì) 隨著制造業(yè)的發(fā)展，人們深刻的感受到數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn) 中的地位是越來(lái)越重要，雖然近幾年我國(guó)組合機(jī)床的技術(shù)在不斷的發(fā)展，然而組合機(jī)床通用部件中的大型滑臺(tái)，至今仍主要是單坐標(biāo)的滑臺(tái)。而有些國(guó)家的組合機(jī)床早在 70年代（或更早些）就有了雙坐標(biāo)的十字滑臺(tái)。 機(jī)電一體化技術(shù)的數(shù)控機(jī)械如數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、火焰切割機(jī)、電加工機(jī)床以及衣料開(kāi)片機(jī)等都有一個(gè)在 X-Y平面內(nèi)作配合運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)。這種工作臺(tái)通常與整機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，其形狀，尺寸，結(jié)構(gòu)因機(jī)器類型不同而有較大差異，但其工作原理有著共同點(diǎn)。該設(shè)計(jì)的數(shù)控 X-Y工作臺(tái)是一個(gè)既能用于生產(chǎn)實(shí)際又可用于數(shù)控教學(xué)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品?？?慮到 8031單片微機(jī)具有較高的性能價(jià)格比，具有強(qiáng)有力的指令系統(tǒng)，決定選用 INTER公司生產(chǎn)的 8位 8031單片機(jī)芯片作為本系統(tǒng)的微處理器。 X Y工作臺(tái)是指能分別沿著 X向和 Y向移動(dòng)的工作臺(tái)。本文通過(guò)對(duì) X Y工作臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計(jì)，闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的共性和關(guān)鍵的技術(shù)。 在超精密機(jī)床和超精密加工中，為使機(jī)床微位移的分辨率進(jìn)一步提高；為進(jìn)行機(jī)床和加工誤差的在線補(bǔ)償，以提高加工精度；為進(jìn)行某些特殊的非軸對(duì)稱表面的加工，都需要使用微量進(jìn)給裝置。高精度微量進(jìn)給裝置現(xiàn)在已成為超精度機(jī)床的一 個(gè)重要的關(guān)鍵裝置?，F(xiàn)在高精度微量進(jìn)給裝置已可達(dá)到 0.001 0.01 m的分辨率。這對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄切削，實(shí)現(xiàn)高精度尺寸加工和實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償是十分有用的。 3 數(shù)控 X-Y工作臺(tái)、數(shù)控鉆床等設(shè)備實(shí)際上是 2軸半的系統(tǒng)，即工作臺(tái)的兩個(gè)方向聯(lián)動(dòng)、垂直于工作臺(tái)的刀具不必與工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)。在對(duì)一些 X Y工作臺(tái)的研究調(diào)查中發(fā)現(xiàn)目前的簡(jiǎn)易數(shù)控控制系統(tǒng)基本上是基于普通單片機(jī)，顯示為 LED數(shù)碼管的系統(tǒng)，操作很不方便而且通用性不強(qiáng)。 為此，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了通用的 2軸半數(shù)控控制器。其基本思想是采用最新的微處理技術(shù)和集成電路技術(shù)，提高系統(tǒng)集成度，從而提高可靠性，降低成本，減小體積。它具有良好的人機(jī)交互界面，滿足一般 2軸半數(shù)控系統(tǒng)的需要。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2 機(jī) 床 改 造 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 對(duì)數(shù)控十字滑臺(tái)而言，主要是縱橫方向兩個(gè)坐標(biāo)的傳動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，決定采用點(diǎn)位控制，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，這樣可以使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，調(diào)試維修容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，此工作臺(tái)采用滾珠絲杠螺母副和滾珠滾 動(dòng)導(dǎo)軌，為盡量消除齒側(cè)間隙，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仍采用 MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 X-Y數(shù)控十字滑臺(tái)的總體框圖如下 6 14 ： 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 微機(jī)環(huán)形分配器光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)執(zhí)行元件環(huán)形分配器光電隔離功率放大圖 2 1（結(jié)構(gòu)總體框圖） 3 確 定 機(jī) 械 傳 動(dòng) 改 造 方 案 3.1 設(shè)計(jì)原始參數(shù) (1)、工作滑臺(tái)面長(zhǎng) X寬（ mm） 250mmX250mm (2)、銑刀 20mm (3)、銑削深度 p=5mm (4)、銑刀齒數(shù) Z=3 (5)、齒進(jìn)給量 0.2zf mm(6)、被加工材料 HB=250 (7)、工作臺(tái)移動(dòng)速度 x=2 、 y=2m/min 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.2 確定切削用量 根據(jù)加工方式不同，切削用量選擇方式也不同。對(duì)銑削而言，主要是切削速度 V，切削深度pa,切削寬度ea,每齒進(jìn)給量zf,銑刀齒數(shù) z,銑刀直徑 D。切削用量主要根據(jù)刀具的類型，刀具的材料，被加工工件的材料等參數(shù)和有關(guān)手冊(cè)及教科書(shū)確定。除 了工作進(jìn)給速度而外，還有一個(gè)快進(jìn)速度問(wèn)題，一般情況下，推薦快進(jìn)速度為 V0.2/min。4 這里要注意把機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給速度分開(kāi)。 3.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的切削負(fù)載分析及計(jì)算方法 設(shè)計(jì)參數(shù)為：銑刀的直徑 D=20mm，齒數(shù) Z=3，切削深度 5pa mm，每齒進(jìn)給量 0.2zf mm,被加工材料 HB=250。據(jù)實(shí)際工作情況可認(rèn)為同時(shí)工作的齒數(shù)為 2齒，每齒切削層面積為 S=0.2 5=1.00mm, 兩齒為 2 1=2mm, 則 圓 周 力 Fc=2250=500kgf=5000N 3.3.1、各個(gè)方向的分力 沿進(jìn)給方向的水平分力 Fh=0.4 Fc=2000N 沿進(jìn)給方向的垂直分力 Fv=0.90 Fc=4500N 沿銑刀軸向分力 Fa=0.55 Fc=2750N 3.3.2、摩擦阻力 銑床工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，取摩擦系數(shù) u=0.1。摩擦力等于正壓力乘摩擦系數(shù)。正壓力應(yīng)包括主切削力aFj及工作臺(tái)之動(dòng)力矩，設(shè)工作臺(tái)重量為100kg，故 可算出其摩擦阻力為： F摩 =（ 100 10+2750） 0.1=375N 3.3.3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 00360 ti 5 其中： i齒輪傳動(dòng)比， 步距角，0t螺距， 脈沖當(dāng)量 i=0.75 6/360 0.01=1.25 Z1=20；Z2=25；m=1.5(模數(shù) )；b=20mm(齒寬 )；壓力角為 20 df1=mZ1=30mm；df2=mZ2=37.5mm；de1=33mm；de2=40.5mm 若將齒輪看作近似的圓柱體，齒輪材料為 45鋼，則齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為： Jz1= 4 4 5 27 . 8 3 . 3 2 1 0 1 . 8 5 1 0 k g m Jz2= 4 4 57 . 8 4 . 0 5 2 1 0 4 . 2 1 0 k g m 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 根據(jù)類比的方法，滾珠系直徑選擇為 d0=32mm；L=0.55 m；材料為 45鋼，則系杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似算出為 Js= 4 4 3 27 . 8 3 . 2 5 5 1 0 0 . 4 5 1 0 k g m 查手冊(cè)預(yù)選電機(jī)為 110BF003 查得的 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 424 . 6 1 0mJ k g m,拆算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2 2 3 21 2 0( ) ( / 2 3 . 1 4 ) 0 . 8 5 1 0m z z sJ J J J J i m i t k g m 7 3.3.4、絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算 由于床用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。 3.3.5、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm 的計(jì)算 Tm=1/2 3.14(F縱 +F摩 ) V溜 /n Tm=1/(2 23.14) (2000+375) 2/416.67=1.81Nm 3.3.6、起動(dòng)慣性阻力矩 的計(jì)算 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間 t=0.3S，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度m=2 3.14 416.67/60=43.63 則角加速度為：m=43.63/0.3=145.4 則 : T慣 =Jm=0.85 103145.4=0.124(Nm) 3.3.7、步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 J =Tm+T慣 J =1.81+0.124=1.934（ Nm） 3.4 步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇 考慮到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為 n，安全系數(shù)取 K，此時(shí)的負(fù)載總轉(zhuǎn)矩 T =(1.5/0.7) 1.934=4.15Nm 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為三相六拍，步距角 0.75，其最大靜轉(zhuǎn)矩 Tymax=7.84Nm,為保證正常的起動(dòng)與停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tg必須大于或等于 T由下表可以查出 Tg/Tymax之比值 11 。 電機(jī)相數(shù) 3 4 5 6 運(yùn)行拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 Tg/Tymax 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.915 0.866 則可算出 Tg=0.866 7.84=6.789(Nm)，因?yàn)楸?4.15 Nm大，所以選擇合適 。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.5 滾珠絲杠的選擇與校核 3.5.1、工作原理及結(jié)構(gòu) 絲杠和螺母的螺紋滾道間置有滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，則絲杠與螺母之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的旋轉(zhuǎn)槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置。 3.5.2、滾珠絲杠副的特點(diǎn) （ 1）剛度好 通過(guò)給螺母組件內(nèi)施加預(yù)壓來(lái)獲得較高的 系統(tǒng)剛度，可滿足各種機(jī)械傳動(dòng)要求，無(wú)爬行現(xiàn)象，始終保持傳動(dòng)高效率，效率高達(dá) 90%95%，耗費(fèi)的能量?jī)H為滑動(dòng)絲杠的 1/3。 （ 2）傳動(dòng)具有可逆性 既可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且逆?zhèn)鬟f可保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏性。 （ 3）傳動(dòng)精度高 經(jīng)過(guò)淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有很高的制造精度，又由于摩擦小，絲杠副工作時(shí)溫升和熱變形小，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。 （ 4）使用壽命長(zhǎng) 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，磨損極小，長(zhǎng)期使用后仍能保持其精度，因而受命長(zhǎng)，具有很高的可靠性。其 壽命一般比滑動(dòng)絲杠要高 5 6倍。 （ 5）不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設(shè)置制動(dòng)裝置。 （ 6）制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。 滾珠絲杠的選擇，一般是根據(jù)機(jī)床原來(lái)絲杠的大小，按類比法來(lái)選擇直徑，因此必須進(jìn)行以下項(xiàng)目的校核。 3.5.3、承載能力的校核 3 m a x 0HwQ L f f P C 9 式中 滾珠絲杠壽命系數(shù) =60nT/ 610 fw載荷系數(shù)，中等沖擊 1.2-1.5 T使用壽命時(shí)間 15000 Hf硬度系數(shù) 1.0 maxP=F縱 +F摩 =2000+375=2375N 則 Q= 63 6 0 3 3 3 . 3 1 5 0 0 0 / 1 0 1 . 0 1 . 2 2 3 7 5 4 9 3 6 1 N 查表可知道滿足要求。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.5.4、壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 223 . 1 4 / m a xP k F k E I R D P12 式中 Pk實(shí)際承受載荷的能力 FK壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù) ,雙推 -雙推時(shí)為 4,單推 -單推時(shí)為 1,又推簡(jiǎn)支時(shí)為 2,雙推自由式為 0.25； E剛的彈性模量 2.1 10 (Mpa)； I絲桿穩(wěn)定安全系數(shù) ,一般取 2.5-4,垂直安裝取小值 . 由上例，取 由上例 ,取 Fk=2,I=3.14/32*2.5=3.83,d1=25mm；取 K=4,L=La=120cm(系杠長(zhǎng)度 ) 4 則 Pk=1.72 10N Pmax(Pmax=2375N) 3.5.5、剛度驗(yàn)算 絲杠的剛度是要保證第一導(dǎo)程的 變形量在允許的范圍內(nèi) ,起變形計(jì)算公式為 : L=00 2/ / 2 3 . 1 4ttP E S M I E14 式中 S-絲杠最小截面積 ； M-扭距 (N.m),系數(shù)符號(hào)同上 . 式中的正號(hào)用于拉伸 ,負(fù)號(hào)用于壓縮 .若都為拉伸 ,有如下計(jì)算結(jié)果 : 設(shè) t=0.6mm,S=3.1416 R12=3.14160 (1.42/2)2=1.58mm I=0.4cm,M=Tmax.i=7.84 1.25=9.0(N.m),P=Pmax=2375N 則 : L=2375 0.6/(2.1*10) 1.58+98080.6/(2 3.1416 0.4 2.1 810 ) =496.4 810 Cm=5.0u 滿足使用要求 所以 ,我們的電機(jī)選擇型號(hào) :110BF003 絲杠選 LL32 6。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 3 1(滾珠絲杠螺母副 ) 即螺紋調(diào)隙式的滾珠絲杠螺母副，其一個(gè)螺母的外端有凸緣而另一個(gè)螺母的外端沒(méi)有凸緣而制 有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個(gè)圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時(shí)，即可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)緊拉力，調(diào)整好后再用另一個(gè)圓螺母把它鎖緊。 這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，雖軸向位移不太精確，但應(yīng)用較廣泛。 3.6 齒輪的校核計(jì)算 所選齒輪參數(shù)如下： Z1=20；Z2=25；m=1.5(模數(shù) )；b=20mm(齒寬 )；壓力角為 20 df1=mZ1=30mm；df2=mZ2=37.5mm；de1=33mm；de2=40.5mm 小齒輪用 40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度為 241HB-286HB,平均為 260HB。大齒輪用 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 229HB-286HB，平均取 240HB。 15 16 12111 . 8 8 3 . 2 c o s1c o s 0 1 . 5 9 22540 . 8 9aZZZ 齒間載荷分布系數(shù)：2211 1 . 2 60 . 8 9HK Z 齒向載荷分布系數(shù)： 2 2331 201 0 1 . 1 7 0 . 1 6 0 . 6 1 1 0 2 0 1 . 2 530HbbK A B C bd 查表得： 1 . 5 , 1 . 2AVKK荷系數(shù)： 1 . 5 1 . 2 1 . 2 5 1 . 2 6 2 . 7A V H HK K K K K 彈性 系數(shù)：EZ查表得EZ=189.8aMP節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：HZ查圖得 2.5HZ 接觸最小安全系數(shù)：由表得 m in 1.05HS 工作時(shí)間： 1 0 3 0 0 8 0 . 2 4 8 0 0hth 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：查表可估計(jì) 791 0 1 0LN 則指數(shù) m=8.78 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 8 . 7 81111m a x m a x8 . 8 7 8 . 8 7 8 . 8 7 76 0 6 06 0 1 4 1 6 . 6 7 4 8 0 0 1 0 . 2 0 . 5 0 . 2 0 . 3 2 . 3 9 1 0mnni i h iV i n i nii hT T tN n t y tT T t 故原估計(jì)應(yīng)力次數(shù)正確。 772 / 2 . 3 9 1 0 / 1 . 2 5 1 . 9 1 2 1 0LN N i 接觸壽命系數(shù)查圖得：121 . 2 2 1 . 2 4NNZZ，由12,NNZZ查表得：l i m 1 l i m 27 1 0 , 5 8 0M P a M P a許用接觸應(yīng)力 ： l i m 1 1m i nl i m 2 22m i n117 1 0 1 . 2 28251 . 0 55 8 0 1 . 2 46851 . 0 52 0 1 . 5 3 0NHNHZM P aSZM P aSd Z m 算接觸應(yīng)力： 1212 1 2 2 . 7 1 9 8 4 1 . 2 5 11 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 9 4 3 22 0 3 0 1 . 2 5EHKT uZ Z Z M P ab d u 2故選擇合適 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 2 5 ： 重合度系數(shù) ： 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 7 21 . 5 9 2Y 齒間載荷分配系數(shù)： 11 1 . 3 90 . 7 2KF Y 齒向載荷分布系數(shù)FK： 1 . 5 1 0 . 2 5 1 . 5 3 . 3 7 5/ 2 0 / 2 0 / 3 . 3 7 5 5 . 9 2 6a f a ah h h h m h c mb h h 由查圖可得： 1.2FK 載荷系數(shù) K3 8 ： 1 . 5 1 . 2 1 . 3 9 1 . 2 3 . 0A V F FK K K K K 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 齒形 系數(shù) FaY查圖得：1FaY=2.8，2 2.63FaY 應(yīng)力修正系數(shù) saY查圖得：1saY=1.54，2 1.58saY 彎曲疲勞極限 limF查圖得：l i m 1 l i m 26 0 0 , 4 5 0FFM P a M P a彎曲最小安全系數(shù)minFS由表估計(jì)得： 6 1 03 1 0 1 0 4 9 . 9 1LNm 指 數(shù) 4 9 . 9 1114 9 . 9 1 4 9 . 9 1 4 9 . 9 1 7606 0 1 4 1 6 . 6 7 4 8 0 0 1 0 . 2 0 . 5 0 . 5 0 . 2 0 . 3 2 . 4 1 0ni h iL V ni n a x hTtN N n l tTt 原估計(jì)循環(huán)次數(shù)正確 7721 / 2 . 4 1 0 / 1 . 2 5 1 . 9 2 1 0LLN N i 彎曲壽命系數(shù)NY由圖得：120 . 9 6 , 0 . 9 7NNYY尺寸系數(shù)xY由圖得： 1.0xY 許用彎曲應(yīng)力 F7 10 ： l i m 1m i nl i m 2 22m i n6 0 0 0 . 9 6 1 . 04 6 0 . 81 . 2 56 0 0 0 . 9 6 1 . 04 6 0 . 81 . 2 5F N XFFF N XFFYYM P aSYYM P aS 校核： 11 1 1111222111222 1 2 3 . 0 1 9 3 42 . 8 1 . 5 4 0 . 7 2 4 02 0 3 0 1 . 52 . 6 3 1 . 5 84 0 3 8 . 52 . 8 1 . 5 4F F a s aFFF a s aFFF a s aFFKTY Y Y M P ab d mYYM P aYY 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 3.7 軸承的選擇與校核 在軸承的選擇上選用深溝球軸承和推力球軸承配合。深溝球軸承承受軸向力，推力球軸承承受軸向力。 預(yù)選軸承 2 4 9 ： 深溝球軸 承 6205 d=25 D=52 B=18 24rC KN7 .8 8orC K N推力球軸承 51305 d=25 D=52 B=18 3 5 .3rC K N6 1 .5orC K N有輕微沖擊，預(yù)期使用壽命為：hL=5000h 采用脂潤(rùn)滑 223 . 1 4 / m a xP k F k E I R D P /a orFC / 2 0 0 0 / 2 8 8 0 0 . 2 5 4a o rFC E 查機(jī)械零件設(shè)計(jì)表 18.7 得 e=0.38 /arFF / 2 0 0 0 / 5 2 7 4 0 . 3 7arFF /arF F e 故查表 18.7 得： X=1， Y=0 df1.1df 1 . 1 5 2 7 4 5 8 0 1drP f F ,3 3 3,4 1 6 . 6 7 5 0 0 05 0 8 1 2 2 7 0 8 . 71 6 6 7 0 1 . 2 5 1 6 6 7 024hrrrLnCPC K N C 故所選軸承合格。 3.8 導(dǎo)軌的選擇 根據(jù)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌。 滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠 ，滾針，滾柱等滾動(dòng)體，使相配的兩個(gè)導(dǎo)軌面只同滾動(dòng)體接觸而不直接接觸導(dǎo)軌。 滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是導(dǎo)軌面之間是滾動(dòng)摩擦，而不是滑動(dòng)摩擦。由于摩擦阻力小，故使工作部件移動(dòng)起來(lái)很靈敏。滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)小，并且它和運(yùn)動(dòng)速度快慢無(wú)關(guān)，低速時(shí)運(yùn)動(dòng)也均勻，工作部件的定位精度高，并且不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。因?yàn)闈L動(dòng)摩擦阻力小，所以工作部件的啟動(dòng)和運(yùn)行的功率小。滾動(dòng)導(dǎo)軌的磨損小，它的精度持久性充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 好。但滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)贓物比較敏感，故必須有良好的防護(hù)裝置。 經(jīng)比較，選用滾動(dòng)導(dǎo)軌中的滾珠導(dǎo)軌。 4 控 制 系 統(tǒng) 的 硬 件 及 軟 件 設(shè) 計(jì) 4.1 確定控制系統(tǒng)方案 微機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化方法有兩種：一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制部件；另一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。前者需要重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用單片機(jī)控制系統(tǒng)，由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及專用控制程序組成的開(kāi)環(huán)控制。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，對(duì)機(jī)床的控制過(guò)程大多是由單片機(jī)接照輸入的加工程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，產(chǎn)生進(jìn)給，由軟件或硬件實(shí)現(xiàn)脈分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，縱橫運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)按規(guī)定的輪廓線軌跡運(yùn)動(dòng)。擬訂方案如圖（ 2 1）。 4.2 單片機(jī)控制系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 對(duì)十字滑臺(tái) X-Y軸控制要求作如下規(guī)定：步進(jìn)電機(jī) 3相 6拍，脈沖當(dāng)量為 0.01，能用鍵盤(pán)輸入命令，控制 X,Y向運(yùn)動(dòng)及實(shí)現(xiàn)其它功能，能實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置，具有越程指示報(bào)警及提示功能，采用硬件進(jìn)行環(huán)形分配，字符發(fā)生及鍵盤(pán)掃描均由軟件實(shí)現(xiàn)。 4.2.1、單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 現(xiàn)選用 8031單片機(jī)芯片為主芯片。它有 P0-P3四個(gè) 8位口， P0可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL14 6 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 縱橫等軸限位主軸脈沖發(fā)生器急停功能按扭電機(jī)電機(jī)電機(jī)功率放大器光電隔離驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)長(zhǎng)接口存儲(chǔ)擴(kuò)長(zhǎng)器微機(jī)圖 4 1（硬件構(gòu)成） 門(mén)電路， 16 根地址線由它經(jīng)地址鎖存器（ 74LS373）提供第 8 位 A0-A7，而高 8位 A8-A15 由由 P2 口提供。數(shù)據(jù)總線由 P0 口提供?？刂瓶偩€有 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨(dú)立的控制線 RESET， -EA， ALE， -PSEN 組成。僅剩