(教授滿意 高分)500×320mm經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床x-y工作臺(tái)設(shè)計(jì).doc

畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì) 論計(jì) 論 文 文 題題 目目500 320mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 姓姓 名名 彭赫 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 所在學(xué)院所在學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) 11 機(jī)械 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 李毅教授 日日 期期 2014 年 5 月 10 日 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 學(xué) 院機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師李毅職 稱教授 學(xué)生姓名胡小春專業(yè)班級(jí)機(jī)械自動(dòng)化學(xué) 號(hào) 設(shè)計(jì)題目1600 400mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 目 標(biāo) 和 要 求 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一一 數(shù)控機(jī)床題目數(shù)控機(jī)床題目 二二 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù) 數(shù)控?cái)?shù)控 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)工作臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù) 工作臺(tái)行程 mm 工作臺(tái) 夾具 及工件重力 N 工作臺(tái)快移速 度 m min 最大進(jìn)給速度 m min 規(guī)格 X 縱 向 Y 橫 向 X 縱 向 Y 橫 向 X 縱 向 Y 橫 向 走刀方向 最大切削 分力 垂向 最大切削 分力 x y 向相同 N 啟動(dòng) 加速 時(shí)間 ms 定 位 精 度 mm 1600 400 30020019001 61 60 60 62500 200040 0 01 三三 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 總體方案設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式和伺服系統(tǒng)確定 2 微機(jī)控制系統(tǒng)的確定 3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 1 確定脈沖當(dāng)量 2 計(jì)算切削力 3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算 選型及絲杠端部支承結(jié)構(gòu)確定 4 貼塑導(dǎo)軌或滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算和選型 5 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算 齒輪參數(shù) 結(jié)構(gòu)尺寸及齒輪消隙結(jié)構(gòu)的確定 6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 7 設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖 3 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 控制系統(tǒng)的功能與方案的確定 2 程序儲(chǔ)存器 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器 擴(kuò)展芯片的選用 3 I O 接口電路 鍵盤(pán)電路 顯示電路及譯碼電路的設(shè)計(jì) 4 光電隔離電路 功率放大電路的選用 2 5 手動(dòng) 越程報(bào)警 急停 復(fù)位刀架控制 螺紋加工等功能電路 6 設(shè)計(jì)繪制一臺(tái)數(shù)控機(jī)床單片機(jī)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路原理圖 四四 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1 完成進(jìn)給伺服系統(tǒng)縱 橫坐標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖 A0 A1 一張 2 完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份 五五 參考資料參考資料 1 綜合作業(yè)指導(dǎo)資料 2 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè) 4 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù) 5 數(shù)字控制機(jī)床 6 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 六六 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 1 全班分六組 一組作一大題 組內(nèi)各人的主要參數(shù)應(yīng)不同 分別按 5 10 15 20 選取不 同的參數(shù)可以自擬 2 設(shè)計(jì)期間在工作時(shí)間內(nèi) 必須在規(guī)定的教室進(jìn)行設(shè)計(jì) 嚴(yán)格考勤和設(shè)計(jì)紀(jì)律 3 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)順序?yàn)?設(shè)計(jì)題目 占一頁(yè) 目錄 序言 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容 系統(tǒng) 調(diào)試說(shuō)明 設(shè)計(jì)體會(huì) 參考文獻(xiàn) 4 在課程設(shè)計(jì)答辯前 必須完成課程設(shè)計(jì)所要求的所有任務(wù) 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 基層教學(xué)單 位審核 符合要求 同意下達(dá) 年 月 日 學(xué) 院 審 核 同意 20 年 月 日 此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)學(xué)院審核 3 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 學(xué)生開(kāi)題報(bào)告 課題名稱500 320mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 課題類型 BX 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 本課題的研究現(xiàn)狀 研究目的及意義 數(shù)控機(jī)床是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大源動(dòng)力 它給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了高倍率的效益增長(zhǎng) 和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 高品質(zhì) 高可靠性 高性價(jià)比的 CNC 系統(tǒng)具有 豐富的功能 為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供了充足的物質(zhì)技術(shù)條件 同時(shí) 也給數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié) 構(gòu)提出了更高的要求 因此 研究一臺(tái)數(shù)控機(jī)床對(duì)現(xiàn)代化加工具有重要的意義 數(shù)控銑床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 故障率低 維修簡(jiǎn)單方便 效率高 操作編程簡(jiǎn)單等 諸多優(yōu)點(diǎn) 所以數(shù)控銑床在很多加工行業(yè)都會(huì)成為應(yīng)用的主體 隨著數(shù)控技術(shù)和機(jī)床行業(yè)的 發(fā)展 數(shù)控銑床將有著廣闊的應(yīng)用前景 課題類型 1 A 工程實(shí)踐型 B 理論研究型 C 科研裝置研制型 D 計(jì)算機(jī)軟件型 E 綜合應(yīng)用型 2 X 真實(shí)課題 Y 模擬課題 1 2 均要填 如 AY BX 等 4 本課題的研究?jī)?nèi)容 采用 MCS 51 系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 要求步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制 具有直線和圓弧插補(bǔ)功能 具有升降速控制功能 裝配中對(duì)絲杠及軸要提高直線 度 導(dǎo)軌壓板及螺母的預(yù)緊力都要調(diào)得合適 為減少導(dǎo)軌副的摩擦阻力可改成滾 動(dòng)導(dǎo)軌副或采用鑲塑料導(dǎo)軌 根據(jù)力 切削用量的大小及機(jī)床型號(hào)的不同 應(yīng)通 過(guò)計(jì)算 選用與之匹配的步進(jìn)電機(jī) 對(duì)要求加工精度較高的車床 其進(jìn)給絲杠應(yīng) 改換為滾珠絲杠 本次 X Y 數(shù)控工作臺(tái)的設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化的總和運(yùn)用 它可以安裝在鉆床 上和銑床上 用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)控制 其工作可靠 成本不高 而加工精度 和生產(chǎn)效率則能得以顯著提高 有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 并且廣泛適用 于一般的加工場(chǎng)合 本課題研究的實(shí)施方案 進(jìn)度安排 在 2 月至 3 月初 主要是收集各方面的資料 主要途徑通過(guò)圖書(shū)館和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)查詢 3 月初到 3 月底 參與實(shí)習(xí)期 在實(shí)習(xí)期間進(jìn)一步的收集資料 5 月 20 日前 完成初稿 5 月底 定稿 6 月上旬準(zhǔn)備答辯 5 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 學(xué)生申請(qǐng)答辯表 課 題 名 稱500 320mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 職稱 申 請(qǐng) 理 由 按照要求完成畢業(yè)論文 學(xué)生所在學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué)生簽名 日期 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 指導(dǎo)教師評(píng)審表畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 指導(dǎo)教師評(píng)審表 序號(hào)評(píng)分項(xiàng)目 理工科 管理類 評(píng)分項(xiàng)目 文科 滿分評(píng)分 1工作量外文翻譯 15 2文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述 10 3技術(shù)水平與實(shí)際能力創(chuàng)新能力與學(xué)術(shù)水平 25 4研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)論證能力 25 5文字表達(dá)文字表達(dá) 10 6學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 是否同意參加答辯 是否同意參加答辯 總分總分 評(píng) 語(yǔ) 鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印 對(duì)選題意義的評(píng)價(jià) 對(duì)論文主要內(nèi)容的評(píng)價(jià) 主要說(shuō)出論文的創(chuàng)新點(diǎn) 對(duì)論文結(jié)構(gòu)和表述的評(píng)價(jià) 對(duì)工作量的評(píng)價(jià) 論文存在的主要不足 對(duì)論文評(píng)為及格或者不及格的論文 必須填寫(xiě)本內(nèi) 容 其他等級(jí)論文酌情填寫(xiě) 論文是否達(dá)到要求 是否同意參加答辯 指導(dǎo)教師簽名 教師名 另附 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 指導(dǎo)記錄冊(cè) 年 月 日 6 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 評(píng)閱人評(píng)審表畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 評(píng)閱人評(píng)審表 學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì) 論文 題目500 320mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 評(píng)閱人 評(píng)閱人職稱 序號(hào) 評(píng)分項(xiàng)目 理工科 管理類 評(píng)分項(xiàng)目 文科 滿分評(píng)分 1工作量外文翻譯 15 2文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述 10 3技術(shù)水平與實(shí)際能力創(chuàng)新能力與學(xué)術(shù)水平 25 4研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)論證能力 25 5文字表達(dá)文字表達(dá) 10 6學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總分總分 評(píng) 語(yǔ) 鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印 對(duì)選題意義的評(píng)價(jià) 對(duì)論文主要內(nèi)容的評(píng)價(jià) 側(cè)重對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)的描述 對(duì)論文結(jié)構(gòu)和表述的評(píng)價(jià) 對(duì)工作量的評(píng)價(jià) 論文存在的主要不足 對(duì)論文評(píng)為及格或者不及格的論文 必須填寫(xiě)本 內(nèi)容 其他等級(jí)論文酌情填寫(xiě) 論文是否達(dá)到要求 是否同意參加答辯 評(píng)閱人簽名 教師簽名 親筆 年 月 日 7 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 答辯表畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 答辯表 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì) 論文 題目500 320mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿分評(píng)分 1 報(bào)告內(nèi)容 思路清新 語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確 概念清楚 論點(diǎn)正 確 實(shí)驗(yàn)方法科學(xué) 分析歸納合理 結(jié)論有應(yīng) 用價(jià)值 40 2 報(bào)告過(guò)程準(zhǔn)備工作充分 時(shí)間符合要求 10 3 創(chuàng) 新對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破 或有獨(dú)特見(jiàn)解 10 4 答 辯 回答問(wèn)題有理論依據(jù) 基本概念清楚 主要問(wèn) 題回答準(zhǔn)確 深入 40 總分 答辯 組 評(píng)語(yǔ) 鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印 對(duì)選題意義的評(píng)價(jià) 對(duì)論文主要內(nèi)容的簡(jiǎn)要評(píng)價(jià) 對(duì)論文結(jié)構(gòu)和表述的簡(jiǎn)要評(píng)價(jià) 對(duì)答辯人在答辯中的表現(xiàn)的評(píng)價(jià) 論文及答辯存在的主要不足 是否同意通過(guò)答辯 答辯組組長(zhǎng) 簽字 組長(zhǎng)簽名 親筆 年 月 日 答辯 委員 會(huì)意 見(jiàn) 鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印鑒定意見(jiàn)必須親筆填寫(xiě) 不得打印 是否同意答辯小組的意見(jiàn) 答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人 簽字 韓德明 親筆 年 月 日 8 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 成績(jī)?cè)u(píng)定總表畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 成績(jī)?cè)u(píng)定總表 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 500 320mm 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 x y 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 注 成績(jī)?cè)u(píng)定由指導(dǎo)教師 評(píng)閱教師和答辯組分別給分 以百分記 最后按 優(yōu) 90 100 良 80 89 中 70 79 及格 60 69 不及格 60 以下 評(píng)定等級(jí) 其中 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)占 40 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)占 20 答辯組評(píng)定成績(jī)占 40 成績(jī)類別成績(jī)?cè)u(píng)定 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī) 答辯組評(píng)定成績(jī) 總評(píng)成績(jī) 40 20 40 評(píng)定等級(jí) 以上分?jǐn)?shù)加權(quán)平均以后 根據(jù)分?jǐn)?shù)填寫(xiě)等級(jí)以上分?jǐn)?shù)加權(quán)平均以后 根據(jù)分?jǐn)?shù)填寫(xiě)等級(jí) 優(yōu) 良 中 及格 不及格 優(yōu) 良 中 及格 不及格 9 摘要 數(shù)控機(jī)床是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大源動(dòng)力 它給機(jī)械制造業(yè)帶 來(lái)了高倍率的效益增長(zhǎng)和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 高品質(zhì) 高可靠性 高性價(jià)比的 CNC 系統(tǒng)具有豐富的功能 為數(shù)控技 術(shù)的發(fā)展提供了充足的物質(zhì)技術(shù)條件 同時(shí) 也給數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié) 構(gòu)提出了更高的要求 因此 研究一臺(tái)數(shù)控機(jī)床對(duì)現(xiàn)代化加工具有重 要的意義 數(shù)控銑床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 故障率低 維修簡(jiǎn)單方便 效率高 操作編程簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn) 所以數(shù)控銑床在很多加工行業(yè)都 會(huì)成為應(yīng)用的主體 隨著數(shù)控技術(shù)和機(jī)床行業(yè)的發(fā)展 數(shù)控銑床將有 著廣闊的發(fā)展前景 10 目目 錄錄 第一章 總體方案確定 1 第二章 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 一 工作臺(tái)的外形尺寸及重量計(jì)算 二 滾珠絲杠參數(shù)的確定及校核 三 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 四 步進(jìn)電機(jī)的選用 五 步進(jìn)電機(jī)與絲杠傳動(dòng)比計(jì)算 六 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 七 系統(tǒng)精度分析 八 配套元件的設(shè)計(jì)選用 第三章 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 一 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案 二 主控器 CPU 的選擇 三 8031 單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 四 I O 口的擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 五 其它輔助電路設(shè)計(jì) 六 步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)計(jì)算 七 鍵盤(pán)口鍵值定義 第四章 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 一 主程序框圖及程序 二 鍵盤(pán)掃描子程序 三 判有無(wú)鍵閉合子程序 四 鍵功能處理子程序 五 環(huán)形分配器步進(jìn)子程序 六 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)程序 七 坐標(biāo)值實(shí)時(shí)顯示中斷程序 參考文獻(xiàn) 56 11 第二章第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 立式數(shù)控銑床使用的 X Y 數(shù)控工作臺(tái) 主要參數(shù)如下 1 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 1 11 1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式 數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式主要分為 點(diǎn)位控制 輪廓控制 輪廓控制 由于數(shù)控銑床 的運(yùn)動(dòng)部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制 它不僅要求控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的 起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)位置 而且要求控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度和位移量 即要求控 制運(yùn)動(dòng)軌跡 將零件加工成在平面內(nèi)的直線 曲線或在空間的曲面 所以 選擇輪廓 控制 1 21 2 伺服系統(tǒng)確定伺服系統(tǒng)確定 數(shù)控系統(tǒng)分成開(kāi)環(huán) 閉環(huán)和半閉環(huán)三種類型 全閉環(huán)精度最高 但成本也相對(duì)高 昂 半閉環(huán)精度趨于全閉環(huán)與開(kāi)環(huán)之間 是目前普遍采用的類型 考慮到本次設(shè)計(jì)的 機(jī)床加工精度要求不高 為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 節(jié)約成本 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng) 1 31 3 絲杠螺母副的選擇絲杠螺母副的選擇 步進(jìn)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) 為了滿足 0 01mm 的定位精度 且機(jī)械傳動(dòng)要有一定的精度損失 大約是 1 3 1 2 的定位精度 現(xiàn)取 1 2 即是 0 006mm 滑動(dòng)絲杠副無(wú)法做到 只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求 滾 珠絲桿副的傳動(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 同時(shí)選用內(nèi)循環(huán)的形式 滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠接觸 有結(jié)構(gòu)緊湊 剛性好 定位可靠 不易磨損 噪聲小 傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn) 由于定位精度高 故選擇的調(diào)隙 方式是雙螺母齒差式絲杠螺母結(jié)構(gòu) 這種調(diào)隙方式可以精確計(jì)算調(diào)整量 調(diào)整快速方 便 是目前普遍采用的消隙結(jié)構(gòu) nt Z1 Z2 由于工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度 Vxmax Vymax 1680mm min 所需的轉(zhuǎn)速不高 故可以 工作臺(tái)行程 mm 工作臺(tái) 夾具 及工件重力 N 工作臺(tái)快移速 度 m min 最大進(jìn)給速度 m min 規(guī)格 X 縱 向 Y 橫 向 X 縱 向 Y 橫 向 X 縱 向 Y 橫 向 X 縱 向 Y 橫 向 走刀方向最 大切削分力 垂向最大 切削分力 x y 向相同 N 啟動(dòng) 加速 時(shí)間 ms 定位精 度 mm 1600 400 1056360420066001 681 680 720 724800 3600 60 0 012 12 采用一般的安裝方法 即兩端固定的裝配形式 1 41 4 導(dǎo)軌副的選用導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計(jì)數(shù)控銑床工作臺(tái) 需要承受的載荷不大 而且脈沖當(dāng)量小 定位精度高 因 此選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 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) 1 51 5 伺服電機(jī)的選用伺服電機(jī)的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后 可選開(kāi)環(huán)控制 也可選閉環(huán)控制 任務(wù)書(shū)所給 的精度相對(duì)較低 而且為了步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而丟步 決定采用開(kāi)環(huán)控制 任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)定位精度要求僅為 0 012mm 空載最快移動(dòng)速度也只 有 1680mm min 故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī) 因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī) 以降低成本 提高性價(jià)比 1 61 6 減速裝置的選用減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后 為了圓整脈沖當(dāng)量 放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可能需要減速裝置 且應(yīng)有消間隙機(jī) 構(gòu) 如果要選用減速裝置 則應(yīng)選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱 1 71 7 微機(jī)控制系統(tǒng)的確定微機(jī)控制系統(tǒng)的確定 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)該具有輪廓控制 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)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型 對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 選用 MCS 51 系列的 8 位單片機(jī) AT89S52 作為控 制系統(tǒng)的 CPU 能夠滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo) 要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng) 在選擇 CPU 之后 還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 I O 接口電 路 D A 轉(zhuǎn)換電路 串行接口電路等 選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源 與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用 1 81 8 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的確定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 由于機(jī)床最大移動(dòng)速度的設(shè)計(jì)參數(shù)只有 1680mm min 轉(zhuǎn)速較低 可直接選用聯(lián)軸 器連接步進(jìn)電機(jī)與絲杠 避免減速器帶來(lái)的傳動(dòng)誤差與反向間隙 降低成本 簡(jiǎn)化結(jié) 構(gòu) 確保定位精度 1 91 9 工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算工作臺(tái)外形尺寸及重量初步估算 根據(jù)給定的有效行程 估算 X 向和 Y 向工作臺(tái)重量和 x W y W X 向拖板 上拖板 尺寸 以為 X 托板上裝載的是工作臺(tái) 而考慮到內(nèi)部絲杠的工作環(huán)境 1600X400mm 的工 作臺(tái)面應(yīng)大于 X 向拖板的寬度 則取工作臺(tái)寬度的 80 取 320mm 多出部分用于加裝護(hù) 板與防塵罩 工作臺(tái)行程為 1056mm 拖板 X 方向左右移動(dòng)的行程為 528mm 則為了當(dāng) 工作臺(tái)到達(dá)硬限位時(shí)不露出絲杠 且與護(hù)板留出空間拖板長(zhǎng)度不能超過(guò) 528mm 取 320mm 上拖板高度取 40mm mm40320320 高寬長(zhǎng) 重量 按重量 體積 材料比重估算為 NWx320101087 7 1040320320 33 13 Y 向拖板 下拖板 尺寸為 mm40320320 高寬長(zhǎng) NW32010108 71040320320 3 3 y 工作臺(tái) 夾具及工件重力 N X 方向 4200N Y 方向 6600N 2 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算 2 12 1 計(jì)算切削分力及額定功率計(jì)算切削分力及額定功率 2 1 12 1 1 計(jì)算切削分力計(jì)算切削分力 主切削力 4800Nznadaa120 13 0 tp 73 0 t 75 0 f 85 0 ec F 軸向切削力 絲杠軸線垂直 NFF120025 0480025 0 ca 水平切削分力 絲杠軸線平行 NFFF528048001 11 1 chyhx 垂直切削分力 垂直于工作臺(tái)面 NFF c 192048004 04 0 e 2 22 2 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 2 2 12 2 1 計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦 F 此時(shí)導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù) 0 01 導(dǎo)軌受到的橫縱方向切削力 Fv Fz Fh 力工作臺(tái) 夾具及工件重力 X 縱向 4200N Y 橫向 6600N 查表得滾動(dòng)導(dǎo)軌的緊固力 fg 125N X 縱向 W Fg Fc Fe 0 01 4200 125 4800 4080 132N x F Y 橫向 W Fg Fc Fe 0 01 6600 125 4800 4080 156N y F 2 2 22 2 2 計(jì)算不在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力計(jì)算不在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力 0 F 0 F 靜摩擦系數(shù)取 0 04 0 切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 0 F X 軸 NFWF25 43125420001 0 gxx0 Y 軸 NFWF25 67125660004 0 gyy0 導(dǎo)軌靜摩擦力 0 F X 軸 NFWF173 1254200 04 0 gx0 x0 Y 軸 NFWF269125660004 0 gy0y0 14 2 32 3 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 2 3 12 3 1 計(jì)算最大軸向負(fù)載力計(jì)算最大軸向負(fù)載力 max a F X 軸 NFFF49731734800 xcmax x a Y 軸 NFFF50692694800 ycymax a 2 3 22 3 2 計(jì)算最小軸向負(fù)載力計(jì)算最小軸向負(fù)載力 min a F X 軸 NFF25 43 x0min x a Y 軸 NFF25 67 y0ymin a 2 42 4 滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 2 4 12 4 1 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件 工作臺(tái) X Y 方向的快速移動(dòng)速度為 初選絲minmm1680 max V 杠導(dǎo)程 則此時(shí)絲杠最大轉(zhuǎn)速為 mmL5 0 minr336 5 1680 n 0 max max L V 絲杠 因?yàn)榻z杠的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度只有 336r min 所以無(wú)需減速機(jī)構(gòu) 直接用聯(lián)軸器與絲 杠 連接 即 i 1 2 4 22 4 2 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 2 4 2 12 4 2 1 估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷 將強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定位最大軸向載荷 快速移動(dòng)的載荷定位最小軸向 max a F 載荷 粗加工與精加工時(shí) 滾珠絲杠螺母副的軸向載荷分別為 min a F 3a2a FF X 軸方向 NNNFF x 75 2529 5 248625 43 F50 max x amin x a2a NNNFFF x 85 1037 6 99425 43 20 max x amin x a3a Y 軸方向 NNNFFF75 26015 253425 67 50 ymax aymin aa2y NNNFFF y 05 1081 8 101325 67 20 ymax aymin a3a 2 4 2 22 4 2 2 計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削力方式下的轉(zhuǎn)速計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削力方式下的轉(zhuǎn)速 n n 15 minr2 67 5 336 n minr20 5 100 n minr16 5 80 n minr12 5 60 n 0 4 4 0 3 3 0 2 2 0 1 1 L V L V L V L V 2 4 2 32 4 2 3 滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速 m n X 軸 Y 軸的快速進(jìn)給速度 進(jìn)給速度都相同 所以平均轉(zhuǎn)速基本一致 minr52 100 3360 100 1000 100 480 100 120 100 nq 100 nq 100 nq 100 nq n 44332211 m 2 4 2 42 4 2 4 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷 m F N FFFF FFFF m F N FFFF FFFF mx F aaaa aaaa aaaa aaaa 40 608 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq y 軸軸Y 55 876 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 100n nq 軸軸X m 44y4 m 33y3 m 22y2 m 11y1 m 44y4 m 33y3 m 22y2 m 11y1 m 44x4 m 33x3 m 22x2 m 11x1 m 44x4 m 33x3 m 22x2 m 11x1 2 4 32 4 3 確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 C C 載荷性質(zhì)系數(shù) wf 1 3 已知初步選擇的滾珠絲杠的精度等級(jí)為 5 級(jí) 得精度系數(shù) af 1 可靠性系數(shù) cf 0 44 N c f a f m F wY F h L m n y C N c f a f m F wX F h L m n x C 07 7129 44 0 1100 3 140 608 3 200005260 100 360 軸Y 49 10271 44 0 1100 3 155 876 3 200005260 100 360 軸X 軸 軸 16 2 4 42 4 4 確定滾珠絲杠預(yù)期的額定靜載荷確定滾珠絲杠預(yù)期的額定靜載荷 CoCo 靜態(tài)安全系數(shù)靜態(tài)安全系數(shù)為一般運(yùn)轉(zhuǎn) 取為一般運(yùn)轉(zhuǎn) 取 1 51 5 最大軸向負(fù)載 最大軸向負(fù)載 X X 軸為軸為 4973N4973N Y Y 軸為軸為 s f a F 5069N5069N N a F s f y CY N a F s f x CX 5 760350695 1 ymax0 5 745949735 1 xmax0 軸 軸 2 4 52 4 5 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 在這里選用臺(tái)灣 HIWIN 公司的滾珠絲杠 X 軸選用 FSW type 系列 S99TC10 0911 型 R28 5B2 FSW 1158 1333 0 018 款 外徑 28mm 導(dǎo)程 5 其 NNC49 10271 2 11015 mm10561158 工作臺(tái)行程 mmL Y 軸雖然行程比 X 軸要短的多 理應(yīng)選用較細(xì)的絲杠螺母副來(lái)降低成本 但考慮 Y 軸要背負(fù) X 軸 工作臺(tái) 加工工件與主軸的切削分力 在這里還是選用了 28mm 軸徑的 絲杠螺母副 Y 軸選用 FSW type 系列 S99TC10 0911 型 R28 5B2 FSW 470 599 0 018 款 外徑 28mm 導(dǎo)程 5 其 NNC07 7129 2 11015 mm360400 工作臺(tái)行程 mmL 17 滾珠絲杠參數(shù)表 旋向右旋 導(dǎo)程 mm 5 導(dǎo)程角 19 3 節(jié)圓直徑 P C D mm 28 6 螺桿節(jié)圓直徑 P C D mm 28 6 根徑 mm 25 324 珠徑 mm 1753 動(dòng)載荷 KgfC 1124 靜載荷 KgfC0 2466 預(yù)壓扭矩cmKgf 0 3 0 7 軸向間隙 0 行程HIWIN 型號(hào) L1L2L3 精度等級(jí) 1050R28 5B2 FSW 1158 1333 0 0181158120013335 400R28 5B2 FSW 470 590 0 0184705005905 本機(jī)床工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式 如圖所示 3 3 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì) 見(jiàn)圖紙 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì) 見(jiàn)圖紙 4 4 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn)滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn) 18 4 14 1 滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn) 本工作臺(tái)的滾珠絲杠支撐方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu) 絲杠始終受拉而不受壓 因此 不 存在壓桿不穩(wěn)定問(wèn)題 4 24 2 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速 ncnc 的校驗(yàn)的校驗(yàn) X 軸是兩端固定方式 則 選用的絲杠軸承支撐間距 1 f MmmLt1158 臨界轉(zhuǎn)速為 min8 5117 1071 2 2 8 r L dM N t rf c 而最大容許轉(zhuǎn)速 minr336nminr251 40948 0 最大轉(zhuǎn)速 cp NN 故此絲杠滿足要求 4 34 3 滾珠絲杠螺母副壽命的校驗(yàn)滾珠絲杠螺母副壽命的校驗(yàn) 滾珠絲杠螺母副的壽命 主要是指疲勞壽命 它是指一批尺寸 規(guī)格 精度相同的 滾珠絲杠在相同的條件下回轉(zhuǎn)時(shí) 其中 90 不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速 先進(jìn)行 X 軸校驗(yàn) NFN x CXl55 876 mx 49 10271minr52n 5 m 軸 平均負(fù)載軸額定動(dòng)載荷 平均轉(zhuǎn)速導(dǎo)程 其設(shè)計(jì)壽命是 hh n F x C LX m h 40000515710 60 106 3 m 軸 再進(jìn)行 Y 軸絲杠螺母副壽命校驗(yàn) NFN y CYl55 876 my 07 7129minr52n 5 m 軸 平均負(fù)載軸額定動(dòng)載荷 平均轉(zhuǎn)速導(dǎo)程 hh n F y C LY m h 40000515675 60 106 3 m 軸 一般來(lái)講 在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí) 應(yīng)保證滾珠絲杠螺母副的總時(shí)間壽命 Lh 40000h 故滿足要求 5 5 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 5 15 1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 5 1 15 1 1 計(jì)算滾珠絲杠的剛度計(jì)算滾珠絲杠的剛度 本工作臺(tái)的絲杠支承方式為兩端固定 滾珠絲杠螺母副具剛度 s K bs K 19 mNK mNK KKK mN L d K mN L d sx K r r 055 398 bsy 738 269 bsx 111 3 9018 9 470 324 25 4 678 9 y1 4 67 sy 8 3658 9 1158 324 25 4 678 9 x1 4 67 nsbs 2 2 2 2 軸 軸 得 由 軸 軸 軸 軸 mNC n KY mNC n KX 907 7121 007 7129 y 10 y 149 10271 049 10271 x 10 x 軸 軸 動(dòng)載荷 滾珠絲杠的根徑 滾珠絲杠的總剛性 螺帽的剛性 等于 C d K CK r n bs 10 5 1 25 1 2 絲杠在工作載荷絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形作用下的抗拉壓變形 m F 1 絲杠采用兩端固定的兩對(duì)球軸承配置形式 X 軸軸承的中心距 鋼的mmL1000 2 彈性模量 由表一中可知 滾珠直徑 3 175mm 絲杠底徑MPaE 5 101 2 w d 25 324mm 則絲杠的截面積 2 d 2 2 2 42 503 4 mm d S X 軸抗拉壓變形 x1 mm SE LF xa x 00207 0 42 503101 2 100055 876 4 1 4 1 5 2max 1 Y 軸抗拉壓變形 y1 mm SE LF ya y 00072 0 42 503101 2 50040 608 4 1 4 1 5 2max 1 5 1 35 1 3 滾珠絲杠滾道間的接觸變形量滾珠絲杠滾道間的接觸變形量 2 mm ZFd P yw a 0014 0 0013 0 3 3 2 20 因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力 且為軸向負(fù)載的 1 3 所以實(shí)際變形量可以減少一半 取 mm0007 0 2 則最終的變形量 總 X 軸 mm00277 00007 000207 0 21 總x Y 軸 mm00142 0 0007 000072 0 21 總y 完滿達(dá)到設(shè)計(jì)要求 且絲杠的精度等級(jí)也滿足 6 6 驅(qū)動(dòng)機(jī)的選用與計(jì)算驅(qū)動(dòng)機(jī)的選用與計(jì)算 6 16 1 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電 動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1 J 84 1 1077 0 LDJ D 為絲杠公稱直徑 D 28mm L 為絲杠長(zhǎng)度 X 軸 L 1333mm Y 軸 L 590mm 代入數(shù)據(jù) 得 X 軸 284 1 3 61013332877 0 cmKgJ x Y 軸 284 1 8 2105902877 0 cmKgJ y 6 1 26 1 2 滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 J 2 2 2 10 2 M L J 其中 M 為工作臺(tái)的 包括工件 的質(zhì)量 KgM X 420 軸 KgMY660 軸 S 為絲杠螺距 S 5mm 代入數(shù)據(jù) 得 21 22 2 22 2 18 4 10660 2 5 2 66 2 10420 2 5 2 cmKg Y J cmKg X J 軸 軸 初選東莞市凱福機(jī)電有限公司的 Y09 130D5 1335 型五相交流 110mm 130mm 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器 組合產(chǎn)品 22 可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 3 4 41cmKgJ 所以 2 321 2 321 88 51 4 4118 4 3 6 36 504 4166 23 6 cmKgJJJ dY J cmKgJJJ dX J Y X 軸 軸 軸 軸 算慣量匹配 電動(dòng)機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi) 既不應(yīng)太大也不應(yīng)太 小 即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性 為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合 一 般比值控制在 1 4 1 之間 79 0 88 51 4 41 82 0 36 50 4 41 3 3 d d J J Y J J X 軸 軸 由此可見(jiàn)符合慣量匹配要求 J3 6 1 36 1 3 步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載力矩步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載力矩 M M 的計(jì)算的計(jì)算 承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的 考慮最大切削負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩 tfat MMMMM 01 9 6 r at J n M T 其中 dr JJ 響應(yīng)時(shí)間sT06 0 最大切削力的轉(zhuǎn)速為min12rn mNMat 1049 0 06 0 6 9 1210036 5 3 i LF M f 2 0 其中 mNGFF z 2 6101 0 42001920 0 為絲杠螺距 LmmL5 為齒輪降速比 已計(jì)算出為 1 i 為傳動(dòng)鏈總效率為 0 8 mN i LF M f 0609 0 18 014 3 2 510 2 61 2 3 0 3 2 0 max 0 101 2 i LF M a 23 其中 NFF za 1920 max 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率 0 96 0 9 0 0 其余數(shù)據(jù)同上 mN LF M i a 412 0101 2 3 2 0 max 0 3 10 2 i LF M t t 其中 進(jìn)給方向的最大切削力 t FNFFF hyhxt 5280 其余參數(shù)同上 mN i LF M t t 255 5 10 18 014 3 2 55280 10 2 33 由此得等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mNMMMMM tfat 7978 5 255 5 412 0 0609 0 1049 0 01 6 1 46 1 4 快速空載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩快速空載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩 2 M 0max2 MMMM fa 其中加速力矩 max max 9 6 r a J n M T minr336 5 1680 n 0 max max L V 絲杠 其余參數(shù)同上 代入數(shù)據(jù)得 m9377 2 06 0 6 9 33610036 5 6 9 3 max max N T nJ M r a 絲杠 力矩摩擦 3 10 2 i GL M f 其中 u 為導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù) 滾動(dòng)導(dǎo)軌取 004 0 其余參數(shù)同上 24 代入數(shù)據(jù)得 mNM f 1672 0 附加摩擦力矩 3 2 0 max 0 101 2 i LF M a 其余參數(shù)同上 代入數(shù)據(jù)得 mNM 1498 0 0 所以可知快速空載時(shí)電機(jī)所需力矩 mNMMMM fa 10422 3 1498 0 1672 0 9377 2 0max2 比較和 取其較大者 就是最大等效負(fù)載 即 1 M 2 MmNMM 7978 5 1 6 1 56 1 5 步進(jìn)電機(jī)的校驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)的校驗(yàn) 6 1 5 16 1 5 1 最大靜轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)最大靜轉(zhuǎn)矩校驗(yàn) 考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)的影響較大 當(dāng)輸入電壓降低時(shí) 其輸入轉(zhuǎn)矩也 會(huì)下降 可能會(huì)造成丟步 甚至堵轉(zhuǎn) 因此按最大等效負(fù)載 M 考慮一定的安全系數(shù) 取 3 則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足 mNMTj 3934 177978 5 33 max 由所選的電機(jī)型號(hào)參數(shù)可知 最大轉(zhuǎn)矩 滿足要求 mNTj 35 max 6 1 5 26 1 5 2 最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度 720mm min 脈沖當(dāng)量 脈沖 求 max f V0 01mm 出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 Hzf f 1200 01 0 60 720 max 從 Y09 130D5 1335 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下 電動(dòng) 25 機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 滿足要求 mNT f 37 max2 M 6 1 5 36 1 5 3 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度 1600mm min 求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻 max v 由圖查得 在此頻率下 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為Hzf667 2666 01 0 60 1600 max 大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 滿足要求 mN 37mN 198 5 6 1 5 46 1 5 4 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度 1600mm min 對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為 max vHzf667 2666 max 由圖中表格 可知空載運(yùn)行頻率可達(dá) 4500 可見(jiàn)沒(méi)有超出上限 Hz 7 7 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 7 17 1 計(jì)算絲杠計(jì)算絲杠 工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nc nc 已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 Ko Kmin 263 68 106N m 而滾珠絲杠螺母 副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量 md m 1 3 ms 其中 m ms 分別是機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量 kg 和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量 kg 則 KgMx350 KgMy550 srad M K srad M K Kg M MM Kg M MM KgM dy ncy dx ncx s ydy s xdx s 690 2 1 863 2 1 554 3 14 12 550 3 354 3 14 12 350 3 14 12108 79 12342 4 0 0 3 7 27 2 計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nt nt 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 3 0 0034 0kgmJJJ rs 已知絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 ksx k x 8598 6Nm rad ksy k y 23405Nm rad 則 srad J K srad J K s sy nty s sx ntx 7 2623 2 1 3 1590 2 1 26 由以上計(jì)算可知 杠 工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nc 789 34rad s 扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nt 1590 3rad s 一般按 n 300rad s 的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械傳 動(dòng)系統(tǒng)的剛度 故滿足要求 8 8 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 18 1 確定硬件電路總體方案確定硬件電路總體方案 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件與軟件兩部分組成 硬件 是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ) 有了硬件 軟件才能有效的運(yùn)行 硬件電路的可靠性直接影響 到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下四部分組成 1 主控路 即中央處理器 CPU 2 總線 包括暑假總線 DB 地址總線 AB 和控制總線 CB 3 存儲(chǔ)器 包括只讀可編程序存儲(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 輸出接口電路 其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心 其作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分電路正常工作 存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件 即程序 以及運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù) I O 接口是系統(tǒng) 與外界進(jìn)行信息交換的橋梁 三總線則是 CPU 與存儲(chǔ)器 接口以及其它各種轉(zhuǎn)換 電路聯(lián)接的紐帶 是 CPU 與各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路 中 央 處 理 單 元 步進(jìn) 電機(jī) 輸入 輸出 I O接口 控制 對(duì)象 存儲(chǔ)器 RAM ROM 外設(shè) 鍵盤(pán) 顯示器 圖 4 1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 除此之外 還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號(hào)變換電路 如圖 4 1 所示為數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 其中 CPU 存儲(chǔ)器及 I O 接口是任何一個(gè)數(shù)控 系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié) 其余部分并非所有數(shù)控系統(tǒng)都具備 某一類數(shù)控系統(tǒng)可能只 包括其中一部分或及部分 通常 CPU 通過(guò) I O 接口可聯(lián)接的人機(jī)交換外設(shè)是鍵盤(pán) 打印機(jī) 磁帶記錄儀等通訊接口 信號(hào)變換電路是 A D 轉(zhuǎn)換 D A 轉(zhuǎn)換 光電隔離 功率放大等 是實(shí)現(xiàn)微機(jī)與控制對(duì)象之間的信號(hào)匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路 這兩部分 可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選擇 8 28 2 主控制器主控制器 CPUCPU 的選擇的選擇 在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 的選擇應(yīng)考慮如下要素 1 時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng) 控制數(shù)據(jù)處理的速度 2 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器 ROM RAM 的容量 3 指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng) 即編程的靈活性 27 4 I O 口擴(kuò)展的能力 即對(duì)外設(shè)控制的能力 5 開(kāi)發(fā)手段 包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路 除此之外 還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合 控制對(duì)象以及對(duì)各種參數(shù)要求選擇 CPU 在類似 本設(shè)計(jì)的二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)中 一般采用 MCS 51 系列單片機(jī)作為主控器 MCS 51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品 8031 8051 8751 該系列產(chǎn)品是集 中 CPU I O 端口及部分 RAM 等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器 只需增加少量外圍器 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) 編程 靈活性大 硬件資料也很豐富 三種型號(hào)的引腳完全相同 僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差 異 可以說(shuō) 8031 是沒(méi)有 ROM 的 8051 而 8751 又是用 EPROM 代替 ROM 的 8051 故 本設(shè)計(jì)采用目前工業(yè)上應(yīng)用最多的 MCS 51 系列中 8031 單片機(jī) 下面介紹 8031 單片機(jī)的基本性能及使用方法 8031 單片機(jī)的基本特性 1 具有 8 位中央處理單元 CPU 2 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路 6MHz 或 12MHz 每執(zhí)行一條指令時(shí)間為s 21 3 具有 128 字節(jié) RAM 4 具有 21 個(gè)特殊功能寄存器 5 可尋址 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器 6 具有 4 個(gè) I O 端口 32 根 I O 線 7 具有 2 個(gè) 16 位定時(shí) 計(jì)數(shù)器 8 具有五個(gè)中斷源 配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí) 9 具有一個(gè)全雙串行接口 10 具有位尋址能力 適用邏輯運(yùn)算 從上述特性可知 一塊 8031 的功能幾乎相當(dāng)于一塊 Z80CPU 一塊 RAM 一 塊 Z80CTC 兩塊 Z80PIO 和一塊 Z80ISO 所組成的微型計(jì)算機(jī) MCS 51 系列中 8031 單片機(jī)的引腳及功能 MCS 51 系列中 8031 單片機(jī)是一個(gè)具有 40 根引腳的雙列直插式期間 引腳圖及 其功能分類如下頁(yè)圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 EA Vdd ALE PROG PSEN P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 P2 3 P2 2 P2 1 P2 0 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 P3 0 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 RST VPD RxD TxD INTo INT1 T0 T1 WR RD XTAL2 XTAL1 Vss P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 P3 0 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 PSEN EA ALE RESET P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 P2 3 P2 2 P2 1 P2 0 P0 7 P0 6 P0 5 P0 4 P0 3 P0 2 P0 1 P0 0 Vcc Vss 8031 8051 8751 8031 用戶 I O 控制 總線 CB 5V A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 地址 總線 AB 數(shù)據(jù) 總線 AB a 管腳圖b 引腳功能分類 28 引腳功能說(shuō)明如下 Vcc 編程和正常操作時(shí)的電源電壓為 5V Vss 地電平 Po 口 一個(gè) 8 位開(kāi)漏雙向 I O 口 它訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的低 8 位地址和數(shù)據(jù)總線 在程序檢驗(yàn)時(shí)它也輸出指令字節(jié) 由于數(shù)據(jù)和地址分時(shí)地復(fù)用 Po 口 所以在 Po 口 接一片 74LS373 鎖存器 用來(lái)鎖存 Po 口輸出的低八位地址信號(hào) 這樣 就把地址 和數(shù)據(jù)分開(kāi) 74LS373 輸出低八位地址碼 A0 A7 P2口 具有提升電阻的 8 為雙向 I O 口 供系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高八位地址線用 其 中低 5 位 P2 0 P2 4 作為 2764EPROM 和 6264RAM 的高 5 位地址 A8 A12 而 高 3 位 P2 5 P2 7 通過(guò)譯碼器 74LS138 輸出片選信號(hào) 分別接 6264 2764 及 8155 的片選輸入端見(jiàn)見(jiàn) 22 頁(yè) 頁(yè) P3口 具有提升電阻的 8 位雙向 I O 口 該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一 I O 口功能或第二 I O 口功能 作為第一功能使用時(shí) 口的結(jié)構(gòu)操作與 P1 口完全相 同 第二功能如下所示 第二功能 P3 0 P D 串行輸入口 P3 1 T D 串行輸入口 P3 2 外部中斷 0 P3 3 外部中斷 1 P3 4 T0 定時(shí)器 0 外部輸入 P3 5 T1 定時(shí)器 1 外部輸入 P3 6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 P3 7 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P1口 在本系統(tǒng)內(nèi) P1口中的 P1 0 P1 4作為