龍門(mén)式數(shù)控火焰切割機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)龍門(mén)式火焰切割機(jī)傳動(dòng)及控制設(shè)計(jì) the design of tyansmission and contyol in the gantry flame cutting machine 學(xué)生姓名學(xué)院名稱(chēng)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)指導(dǎo)教師20*年5月27日徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘要本課題針對(duì)龍門(mén)式火焰切割機(jī)的橫梁及火焰切割頭的控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)。橫梁的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要對(duì)其結(jié)構(gòu)的確定，之后對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行了選擇及計(jì)算檢驗(yàn)，最后對(duì)主要傳動(dòng)的零部件進(jìn)行選擇校核。其中主要對(duì)滑動(dòng)絲杠和滾動(dòng)絲杠的強(qiáng)度及傳動(dòng)效率等進(jìn)行了計(jì)算校核。并對(duì)橫梁設(shè)計(jì)中存在的結(jié)構(gòu)部件的聯(lián)接問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)?；鹧媲懈铑^是在傳動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上運(yùn)用絲杠的

2、轉(zhuǎn)速控制運(yùn)動(dòng)，用單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到效果。對(duì)控制電路設(shè)計(jì)也做了系統(tǒng)的詳解，主要對(duì)所涉及的鍵盤(pán)、顯示器、主要芯片做了選取應(yīng)用。關(guān)鍵詞 火焰切割機(jī)；電氣控制；橫梁設(shè)計(jì)；單片機(jī)abstractthis essay analyzes that the design of the beam and the control of flame cutting head of the gantry flame cutting machine.the design of the beam of mechanism main determining its structure of the transmis

3、sion device, then the selection and operation of the main transmission inspection, finally the choose of the parts inspection. the major of sliding screw and rolling ball screws strength and transmission efficiency is calculated respectively.and problems existing in the connect of parts, in the desi

4、gn of structure of the beam ,are also improved. flame cutting in the head is based on transmission device using screw speed control movement, with single-chip microcomputer control motor speed to achieve results. i also make a system explanation of the control of circuit design, involved mainly to m

5、ake the selection and applications of the keyboard, display, main chip. keywords flame cutting machine electrical control the design of the beam microcontroller i徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目 錄摘要iabstractii1 緒論11.1 課題的意義、目的、研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求11.1.1 課題的意義和目的11.1.2 研究范圍和技術(shù)要求11.2 龍門(mén)式火焰切割機(jī)的簡(jiǎn)介和特點(diǎn)11.2.1 簡(jiǎn)介11.2.2 特點(diǎn)21.3國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)

6、狀21.4 發(fā)展前景32 總體方案設(shè)計(jì)52.1 總體方案的設(shè)計(jì)52.1.1 功能與技術(shù)參數(shù)的分析52.1.2 橫梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介52.1.3雙切割頭橫向移動(dòng)電氣控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介52.2 立柱的設(shè)計(jì)52.2.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及要求52.2.2 立柱結(jié)構(gòu)63 橫梁機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1 龍門(mén)式橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1.1 確定龍門(mén)式火焰切割機(jī)橫梁結(jié)構(gòu)93.1.2 傳動(dòng)裝置類(lèi)型的選用93.1.3 傳動(dòng)方案的選取103.2 機(jī)床零部件的設(shè)計(jì)103.2.1 絲杠副的選取113.2.2導(dǎo)軌的選型及計(jì)算153.2.3聯(lián)軸器的選取163.2.4 軸承的選取183.2.5立柱底座橫向進(jìn)給的滾動(dòng)絲杠的計(jì)算193.2.6 步

7、進(jìn)電機(jī)的選取214 電氣控制設(shè)計(jì)254.1擬定機(jī)床控制系統(tǒng)方案254.2組成元件的介紹254.2.1主要芯片的選取254.2.2 鍵盤(pán)接口原理254.3 控制電路設(shè)計(jì)264.3.1 使用多片eprom的擴(kuò)展電路264.3.2 89c51主要管腳功能274.3.3 靜態(tài)ram芯片的選用274.3.4 8155工作方式查詢(xún)284.3.5 89c51的存儲(chǔ)器及i/o的擴(kuò)展294.3.6 8155狀態(tài)查詢(xún)304.3.7 8155內(nèi)部定時(shí)電路304.3.8 89c51地址分配314.3.9 8155擴(kuò)展i/o端口的初始化程序設(shè)計(jì)324.4 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)334.4.1鍵盤(pán)功能334.4.2 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)3

8、34.5閃光報(bào)警電路364.6 顯示器設(shè)計(jì)364.6.1顯示器顯示方式的選取364.6.2顯示器接口電路364.7光電隔離電路選用36結(jié)論38致謝39參考文獻(xiàn)40391 緒論1.1 課題的意義、目的、研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求1.1.1 課題的意義和目的火焰切割機(jī)是工程中金屬板材切割的常用設(shè)備，可以根據(jù)要求在板材上切割出不同形狀。采用數(shù)控技術(shù)的多點(diǎn)火焰切割機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行多種切割加工。龍門(mén)式火焰切割機(jī)是一種針對(duì)大型板材的火焰切割設(shè)備。本課題要求對(duì)龍門(mén)式火焰切割機(jī)的橫梁機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)切割頭的橫移控制系統(tǒng)。1.1.2 研究范圍和技術(shù)要求本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（89c51主控芯片）控制

9、火焰切割機(jī)床，主要設(shè)計(jì)對(duì)象是橫梁及89c51單片機(jī)控制切割頭的原理圖。單片機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/ pluse。工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滑動(dòng)絲杠副、滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。要求切割頭橫向移動(dòng)距離2.5米，其橫向最大移動(dòng)速度0.3米秒，且雙切割頭可以同時(shí)做相同或相反移動(dòng)。1.2 龍門(mén)式火焰切割機(jī)的簡(jiǎn)介和特點(diǎn)1.2.1 簡(jiǎn)介在機(jī)械加工過(guò)程中，板材切割常用的方式有手工切割、半自動(dòng)切割機(jī)切割及數(shù)控切割機(jī)切割。手工切割較為靈活方便，但手工切割的質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工的工作量又大，同時(shí)勞動(dòng)條件非常惡劣，生產(chǎn)效率很低。半自

10、動(dòng)切割機(jī)中的仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量比較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件的切割。其它類(lèi)型半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能比較簡(jiǎn)單，只適合一些較為規(guī)則形狀的零件切割。數(shù)控切割相對(duì)手動(dòng)和半自動(dòng)切割方式來(lái)說(shuō)，可以有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，而且能減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前在我國(guó)的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割和半自動(dòng)切割方式還是較為普遍的。龍門(mén)式數(shù)控火焰/等離子切割機(jī)采用雙邊驅(qū)動(dòng)，即雙切割頭，運(yùn)行穩(wěn)定，配置好，工作效率很高，可以用于各種異形碳鋼、錳鋼、不銹鋼等金屬材料的大、中、小型鋼板下料。還可根據(jù)用戶(hù)的要求配置多把割炬。見(jiàn)下圖1-1圖1-1

11、龍門(mén)式數(shù)控火焰/等離子切割機(jī)1.2.2 特點(diǎn)1.橫梁：采用方管對(duì)焊的結(jié)構(gòu)，具有剛性好，精度高，自重輕，慣量小的特點(diǎn)。所有的焊接件均采用振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力處理，有效的防止了結(jié)構(gòu)變形；2.縱、橫向驅(qū)動(dòng)：橫向?qū)к墑t采用了臺(tái)灣進(jìn)口的直線(xiàn)式導(dǎo)軌，縱向?qū)к壥怯删芗庸さ奶刭|(zhì)鋼軌制成的，保證了切割機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)，精度高，且經(jīng)久耐用，清潔美觀；3縱向驅(qū)動(dòng)架（端架）：兩端裝有水平的導(dǎo)向輪，可調(diào)整其驅(qū)動(dòng)架底部偏心輪對(duì)導(dǎo)軌的壓緊程度，使整機(jī)在運(yùn)動(dòng)中能夠保持穩(wěn)定的導(dǎo)向；4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，速度變速范圍寬，加速時(shí)間短；5簡(jiǎn)單易用的自動(dòng)編程系統(tǒng)，使編程不再那么的復(fù)雜，輕而易舉；6電氣系統(tǒng)具有優(yōu)良穩(wěn)

12、定性和超強(qiáng)抗干擾；1.3國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀目前來(lái)說(shuō)切割機(jī)應(yīng)用在金屬及非金屬行業(yè)上，一般來(lái)說(shuō)，非金屬行業(yè)分得比較細(xì)致，比如有切割石材的石材切割機(jī)、水切割機(jī)、鋸齒切割機(jī)，切割布料、塑料及化纖制品用的激光切割機(jī)、刀片式切割機(jī)，切割金屬材料的則有火焰切割機(jī)（火焰切割機(jī)又分?jǐn)?shù)控火焰切割機(jī)和手動(dòng)火焰切割機(jī)。而手動(dòng)的又有小跑車(chē)、半自動(dòng)、純手動(dòng)的；數(shù)控的有龍門(mén)式數(shù)控切割機(jī)、懸臂式數(shù)控切割機(jī)、臺(tái)式數(shù)控切割機(jī)、相貫線(xiàn)數(shù)控切割機(jī)等等）、等離子切割機(jī)。切割成本方面來(lái)說(shuō)，激光切割機(jī)是最昂貴的，也是精度和效率最高的一種切割設(shè)備，水刀切割機(jī)次之，然后就是火焰切割機(jī)，等離子切割機(jī)是最便宜的。（見(jiàn)下圖1-2）圖1-2激光切割機(jī)經(jīng)過(guò)了

13、幾十年的發(fā)展，數(shù)控切割機(jī)在切割能源和數(shù)控控制系統(tǒng)兩方面均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，譬如切割能源已經(jīng)由單一的火焰能源切割發(fā)展為目前的多種能源(火焰、等離子、激光、高壓水射流等等)切割方式；數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)已由當(dāng)初的簡(jiǎn)單功能、復(fù)雜編程和輸入方式及自動(dòng)化程度不高已經(jīng)發(fā)展到具有功能完善的、智能化的、圖形化的、網(wǎng)絡(luò)化的控制方式； 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也從的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、模擬伺服驅(qū)動(dòng)到今天的全數(shù)字式的伺服驅(qū)動(dòng)。1.4 發(fā)展前景隨著現(xiàn)代化的機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提高，并對(duì)生產(chǎn)效率的提高、生產(chǎn)成本的降低、高智能化地自動(dòng)切割的功能要求也在不斷的提升。數(shù)控切割機(jī)必須要去適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械加工發(fā)展的要求。1.數(shù)控

14、切割機(jī)的發(fā)展從現(xiàn)在幾種通用的數(shù)控切割及應(yīng)用情況來(lái)看，數(shù)控火焰切割機(jī)的功能及性能已經(jīng)比較完善了，但是對(duì)切割材料有局限性（只能切割碳鋼板），其切割速度也慢，生產(chǎn)效率低，適用范圍逐漸在縮小，市場(chǎng)不可能有大的增加。等離子切割機(jī)具有切割范圍廣（可以切割所有的金屬材料），切割速度快，工作效率高等特點(diǎn)，未來(lái)的發(fā)展方向在于等離子的電源技術(shù)的提高、數(shù)控系統(tǒng)與離子切割配合的問(wèn)題，比如電源功率的提升就能切割更厚的板材；完善和提高精細(xì)等離子技術(shù)也能提高切割速度、切面質(zhì)量和切割精度；通過(guò)完善和提高數(shù)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子切割效率和切割質(zhì)量的提升。激光切割機(jī)的切割速度快，精度和切割質(zhì)量好等特點(diǎn)。在國(guó)家指定的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃時(shí)，

15、又是將激光切割列入了關(guān)鍵支撐技術(shù)。因其涉及國(guó)家安全、國(guó)防建設(shè)及高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和科技前沿的發(fā)展，所以要對(duì)激光切割有很高的重視程度，這就將激光切割機(jī)的制造和升級(jí)帶來(lái)很大的商機(jī)。隨著用戶(hù)對(duì)激光切割技術(shù)特點(diǎn)的逐步了解和采用的示范性地深入，這就帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)激光切割機(jī)。2.專(zhuān)用數(shù)控切割機(jī)的發(fā)展數(shù)控管材切割機(jī)適用于各種管材上的切割，如切割圓柱正交、斜交、偏心交等相貫線(xiàn)孔、方孔、橢圓孔，并能在管子的端部切割與之相交的相貫線(xiàn)。這種類(lèi)型的設(shè)備已經(jīng)廣泛運(yùn)用在金屬結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，電力設(shè)備、鍋爐業(yè)、石油業(yè)、化工等部門(mén)。它是行業(yè)內(nèi)比較高端的產(chǎn)品之一，此類(lèi)的設(shè)備切割功能可以滿(mǎn)足焊接工藝眾不同的板材開(kāi)不同角度的坡

16、口要求。隨著造船業(yè)地發(fā)展，船廠在國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)和使用數(shù)控等離子切割機(jī)。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外的船廠紛紛配備了具有回轉(zhuǎn)坡口功能的等離子切割機(jī)，為了滿(mǎn)足其高技術(shù)、高附加值船的建造要求。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案的設(shè)計(jì)2.1.1 功能與技術(shù)參數(shù)的分析為了提高工作的效率，所以采取雙切割頭同時(shí)工作，來(lái)縮短工作的時(shí)間。頭的支承取用龍門(mén)式，這樣可以有利于調(diào)整龍門(mén)的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)加工不同尺寸鋼的要求。龍門(mén)式的機(jī)床不但具有使用壽命長(zhǎng)，工作的穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，而且能最大限度地滿(mǎn)足加工不同型號(hào)鋼的要求，其缺點(diǎn)就是只能在固定的地點(diǎn)加工，使用起來(lái)不夠靈活簡(jiǎn)便。由于要切割曲線(xiàn)割縫，割頭由十字滑臺(tái)帶動(dòng)，這樣既能簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)

17、，又能滿(mǎn)足其運(yùn)動(dòng)要求。2.1.2 橫梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介因?yàn)榍懈钏俣纫獫M(mǎn)足板厚和火焰對(duì)其的要求，所以要以無(wú)級(jí)調(diào)速。傳動(dòng)方式采用絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母帶動(dòng)工作臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用調(diào)節(jié)絲杠的轉(zhuǎn)速來(lái)控制割頭的速度。而且要求的加工精度為14mm,所以絲杠能很好地保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。電機(jī)與絲杠用聯(lián)軸器直接連接就可以使傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，而且減少對(duì)電機(jī)的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。絲杠的傳動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。2.1.3雙切割頭橫向移動(dòng)電氣控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介切割頭采用電氣控制方式，首先確定電動(dòng)機(jī)，然后對(duì)其電流估算。對(duì)電氣控制的電器元件進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)采用mcs-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。mcs-51單片機(jī)的主

18、要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，具有很高的性能價(jià)格比。控制系統(tǒng)由微機(jī)部份，鍵盤(pán)，顯示器及i/o接口等組成，由微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的輸入頻率，來(lái)控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)割槍的無(wú)級(jí)調(diào)速。2.2 立柱的設(shè)計(jì)2.2.1 機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及要求1. 機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度，強(qiáng)度及穩(wěn)定性。2. 機(jī)架的設(shè)計(jì)要求(1)在滿(mǎn)足其剛度和強(qiáng)度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)達(dá)到輕、成本低的要求；(2)抗振性好、噪聲??；(3)溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響??；(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理且工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工；(5)結(jié)構(gòu)力求方便安裝和調(diào)整，同事也便于修理和更換零部件；(6)有導(dǎo)軌的機(jī)架要求其

19、導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性好；(7)造型好看，即經(jīng)濟(jì)適用，且美觀大方。機(jī)架一般分為鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架兩類(lèi)，焊接結(jié)構(gòu)與鑄造結(jié)構(gòu)相比之下，焊接結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和剛度，重量輕，生產(chǎn)周期短及施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。表2-1 鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架的對(duì)比鑄造機(jī)架焊接機(jī)架重量較重鋼板焊件比鑄件輕30%強(qiáng)度，剛度，抗振性剛度強(qiáng)度較低，阻尼大強(qiáng)度剛度大，抗振性差價(jià)格便宜價(jià)格較貴生產(chǎn)周期周期長(zhǎng)，資金周轉(zhuǎn)慢生產(chǎn)周期短設(shè)計(jì)條件鑄件壁厚不能相差過(guò)大，只能用開(kāi)口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較靈活，壁厚可以相差較大用途大批量的生產(chǎn)單件小批量生產(chǎn)在比較上述參數(shù)和結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體事況，最后選用焊接機(jī)架。從可焊性上考慮，一般選取碳含量0.25%的碳鋼。2.2

20、.2 立柱結(jié)構(gòu)焊接柱按外形分為實(shí)腹柱和格構(gòu)柱。1實(shí)腹柱 實(shí)腹柱又分為型鋼實(shí)腹柱和鋼板實(shí)腹柱，前者焊縫小應(yīng)該優(yōu)先地選用，后者適應(yīng)性強(qiáng)，可按使用要求設(shè)計(jì)成各種大小的尺寸。當(dāng)腹板的計(jì)算高度為h，與腹板厚度b之比大于80時(shí)，應(yīng)有橫向隔板來(lái)加強(qiáng)，間距不得大于3h，柱肢外伸自由寬度b0不宜超過(guò)15噸。2. 格構(gòu)柱 格構(gòu)柱分綴板式和綴條式兩種。最后設(shè)計(jì)選擇型鋼實(shí)腹柱。如圖22 圖22 實(shí)腹柱1.立柱截面形狀 由于零件的抗彎，抗扭強(qiáng)度和剛度除與其截面的面積有關(guān)外，還取決于截面的形狀，合理改變截面的形狀，增大其慣性矩和截面系數(shù)，可提高機(jī)架零件的強(qiáng)度和剛度，從而使其充分發(fā)揮材料的作用。從機(jī)械零件手冊(cè)里查得取用矩形

21、面，其抗彎與抗扭慣性矩相對(duì)值較大。綜合上述條件，立柱則采用型鋼實(shí)腹柱，截面形狀為方形，選取結(jié)構(gòu)用冷彎形空心型鋼，這樣可以減小焊縫和避免焊縫受到集中應(yīng)力的影響。2.結(jié)構(gòu)用冷彎形空心型鋼國(guó)標(biāo)為：gb/t 67281986（1）一般鋼號(hào)為q235-a，20或mn等，其力學(xué)性能與化學(xué)成分應(yīng)符合：gb/t 700，gb/t 699和gb/t 1591的規(guī)定。（2）彎曲部分的內(nèi)弧半徑235, t4.0時(shí), r1.4t, 4.0t8.0時(shí)，r1.8t .選取的型號(hào)：71，邊長(zhǎng), 壁厚, 理論重量： , 截面面積： 慣性矩： 回轉(zhuǎn)半徑： 截面模數(shù)： 圖23冷彎形空心型鋼結(jié)構(gòu)圖3.立柱熱處理為保持尺寸穩(wěn)定，為消

22、除內(nèi)應(yīng)力，焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理，第一次熱處理安排在焊接后，第二次熱處理安排在粗加工后進(jìn)行。圖24第一次熱處理圖25第二次熱處理圖初步選定機(jī)架的主要尺寸：兩邊的立柱高度為：3130mm.橫梁長(zhǎng)為：3100mm.滑臺(tái)1的尺寸為：長(zhǎng)=1100mm, 寬=220mm, 高=30mm.滑臺(tái)2的尺寸為：長(zhǎng)=320mm, 寬=100mm, 高=30mm.3 橫梁機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 龍門(mén)式橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 確定龍門(mén)式火焰切割機(jī)橫梁結(jié)構(gòu)采用箱式橫梁，這樣承載力好，整體回火可以消除焊接應(yīng)力，而且性能穩(wěn)定可靠。3.1.2 傳動(dòng)裝置類(lèi)型的選用機(jī)械傳支裝置的選用是比較復(fù)雜的工作，它需要考慮從動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)多方面的因素

23、，經(jīng)細(xì)致分析對(duì)比后才能作出合理的選擇。通常，以下幾方面是選擇機(jī)械傳動(dòng)裝置類(lèi)型的基本依據(jù)：（1）工作機(jī)的工況的性能參數(shù)；（2）動(dòng)力機(jī)的性能及與動(dòng)力機(jī)匹配對(duì)傳動(dòng)裝置機(jī)械特性上的要求；（3）綜合分析不同類(lèi)型傳動(dòng)裝置的初始費(fèi)用，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用，使所選的傳動(dòng)裝置具有良好的經(jīng)濟(jì)性；（4）能符合運(yùn)轉(zhuǎn)安全和環(huán)境保護(hù)方面的要求；（5）使用的控制方便，可靠。在現(xiàn)代的機(jī)器設(shè)計(jì)中，為了優(yōu)化機(jī)器的設(shè)計(jì)方案，傳動(dòng)方案的確定都是同動(dòng)力機(jī)的選擇，工作機(jī)構(gòu)的選定通盤(pán)考慮的。也就是考慮動(dòng)力機(jī)，傳動(dòng)裝置秘工作機(jī)的匹配問(wèn)題。傳動(dòng)裝置的選用，通常并沒(méi)有一成不變的程序可行，而要根據(jù)不同機(jī)器的具體條件和復(fù)雜程度，經(jīng)多方案的分析比較才能

24、選定。以下幾方面是在選定傳動(dòng)裝置類(lèi)型時(shí)要具體分析考慮的：(1)機(jī)械特性；(2)功率范圍；(3)速度； (4)傳動(dòng)比范圍；(5)傳動(dòng)效率；(6)壽命；(7)外廓尺寸；(8)重量；(9)變速要求；(10)價(jià)格本次設(shè)計(jì)主要解決的問(wèn)題是變速方式無(wú)級(jí)變速：無(wú)極變速能夠選用最合理的運(yùn)動(dòng)速度，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變帶，操縱控制方便，箭筒化機(jī)械結(jié)構(gòu)等，是目前發(fā)展的主要方向。無(wú)極變速在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛的運(yùn)用，主要利用直流和交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)。利用直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)床主軸無(wú)級(jí)變速發(fā)展比較早，應(yīng)用較廣。但直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍很小，一般為12，很少為34，且有換向限制。現(xiàn)在國(guó)際上新生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床已有85采用交流變頻

25、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；交流變頻調(diào)速電機(jī)恒功率調(diào)速范圍8 30，有的直接驅(qū)動(dòng)主軸。內(nèi)裝主軸就是主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高起動(dòng)，停止的響應(yīng)特性，并有利于控制振動(dòng)和噪聲，其缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量容易使主軸產(chǎn)生熱變形。因此控制溫升和冷卻是使用內(nèi)裝主軸電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵。內(nèi)裝主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)1500r/min。設(shè)計(jì)無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)符合傳動(dòng)鏈的要求。若不滿(mǎn)足要求，還應(yīng)串聯(lián)有級(jí)變速箱，一般變速級(jí)數(shù)為24級(jí)。3.1.3 傳動(dòng)方案的選取由于工作臺(tái)只作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，以下為直線(xiàn)傳動(dòng)的常用方案：方案1. 電機(jī) 聯(lián)軸器 變速箱 齒輪 齒條方案2. 伺服電機(jī) 一級(jí)齒輪

26、 絲杠 絲杠螺母方案3. 步進(jìn)電機(jī) 聯(lián)軸器 絲杠 絲杠螺母由于要實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的無(wú)級(jí)調(diào)速，方案1只能實(shí)現(xiàn)有限級(jí)調(diào)速，所以不能使用，動(dòng)力機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，方案2，3都適用，另外工作臺(tái)要求的運(yùn)行精度在14mm，精度要求不高，如果傳動(dòng)系統(tǒng)用一級(jí)齒輪傳動(dòng)會(huì)加大傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)加大電機(jī)的負(fù)擔(dān)，如果電機(jī)與絲桿用聯(lián)軸器直接連接就可以使傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，所以選取方案3傳動(dòng)系統(tǒng)。3.2 機(jī)床零部件的設(shè)計(jì)（1）電機(jī)與滑動(dòng)絲杠的聯(lián)接是通過(guò)過(guò)盈套筒聯(lián)軸器、緊定螺釘m4x6、套筒聯(lián)軸器、平鍵6x6、軸套和推力球軸承。（圖3 -1）其優(yōu)點(diǎn)在于：傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，減小電機(jī)的負(fù)載圖3 -1電機(jī)

27、與滑動(dòng)絲杠的聯(lián)接（2）電機(jī)與滾動(dòng)絲杠的聯(lián)接是由變徑聯(lián)軸器、軸承端蓋、圓錐滾子軸承和軸承座。（見(jiàn)圖3 -2）圖3 -2電機(jī)與滾動(dòng)絲杠的聯(lián)接3.2.1 絲杠副的選取一般絲杠副分為滑動(dòng)絲杠副和滾動(dòng)絲杠副。滾動(dòng)絲杠副的特點(diǎn)：1.傳動(dòng)效率高；2.運(yùn)動(dòng)具有可逆性；3.系統(tǒng)剛度好；4.傳動(dòng)精度高；5.使用壽命長(zhǎng)；6.不能自鎖；7.制造工藝復(fù)雜?；瑒?dòng)絲杠特點(diǎn)：滑動(dòng)絲杠摩擦力較大，傳動(dòng)效率較低，一般為30%-40% ，磨損快，低速和微調(diào)傳容易出現(xiàn)爬行，容易自鎖，定位精度和軸向剛度較差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便定位精度和軸向剛度較差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。由于工作臺(tái)要實(shí)現(xiàn)橫向及縱向運(yùn)動(dòng)，所以需要橫向和縱向絲杠傳動(dòng)。橫

28、向絲杠沒(méi)有工作載荷，而且不需要考慮自鎖功能，伺服電機(jī)取用步進(jìn)電機(jī)就滿(mǎn)足自鎖要求，所以橫向絲杠副取用滾動(dòng)絲杠副?？v向絲杠要支承工作臺(tái)的重力，必須要有很好的自鎖功能，所以縱向絲桿取用滑動(dòng)絲杠副。1.滑動(dòng)絲杠的計(jì)算與校核立柱上支承工作臺(tái)的縱向滑動(dòng)絲桿計(jì)算：(參考自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第4版第3卷)最大軸向力為1.5 kg，最大升降行程為1600mm,采用單頭梯型開(kāi)螺紋，螺旋應(yīng)有自鎖性。(1)選擇材料和許用應(yīng)力螺桿材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， 5=360/35=12072 現(xiàn)取 螺母材料選用zcual10fe3, 現(xiàn)取 由于工作臺(tái)快進(jìn)的速度為0.3m/s許強(qiáng) 取8 (2)按耐磨性計(jì)算螺紋中徑滑動(dòng)絲杠螺母的主要

29、失效形式是磨損，因此應(yīng)以耐磨性計(jì)算來(lái)決定絲杠中徑，或由類(lèi)比，結(jié)構(gòu)決定中徑后，進(jìn)行耐磨性校核，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)且受壓的絲杠，還應(yīng)校核壓桿穩(wěn)定性，強(qiáng)度一般不用校核。見(jiàn)式（3.1） 式（3.1） 整體式螺母取1.22.5,現(xiàn)取軸向載荷螺紋副許用壓強(qiáng)由gb5796.31986 可選的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標(biāo)記為 。螺母高度見(jiàn)式（3.2） 式（3.2） 取則螺紋圈數(shù)圈（1）自鎖性驗(yàn)算由于系單頭螺紋，導(dǎo)程s=p=5mm,故螺紡升角為 摩擦因數(shù)f由于是鋼對(duì)青銅 f=0.080.1, 取f=0.09。梯形螺蚊的夾角由于,故自鎖可靠。（2）螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算螺紋摩擦力矩見(jiàn)式（3.3） 式（3.3） (5)螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算

30、因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度即可，牙根寬度= 基本牙型高 =1.8p(6)螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算螺桿的總長(zhǎng) 按一端固定一端自由，得臨界載荷 故穩(wěn)定性條件滿(mǎn)足。(7)效率計(jì)算 由于底部用滾動(dòng)推力球軸承，其效率為0.982.橫向進(jìn)給的滾動(dòng)絲桿的計(jì)算（參考于機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）(1)絲桿所受的最大軸向力計(jì)算滑臺(tái)2的重量計(jì)算： 體積 重量 重力因?yàn)榛_(tái)在進(jìn)給時(shí)沒(méi)有受工作載荷，只受重力的作用，即 (滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系f=0.00250.005,取0.005) 絲桿所受的軸向力很少，為了計(jì)算方便和其它因素影響，現(xiàn)取最大動(dòng)負(fù)載c的計(jì)算及主要尺寸初選l工作壽命： n絲桿轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無(wú)沖擊取11.

31、2, 取1.2選取絲桿圈數(shù)列數(shù)由于絲桿沒(méi)有受工作載荷，而且要求的行程精度不高，所以不用進(jìn)行剛性校核，只校核絲桿的穩(wěn)定性。（2）滾動(dòng)絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算滾道半徑 偏心距 絲杠內(nèi)徑 臨界載荷，如式（3.4） 式（3.4）ia絲桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩: e絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，;絲桿工作長(zhǎng)度；長(zhǎng)度系數(shù)，一端固定一端簡(jiǎn)支， 所以絲桿安全不會(huì)失穩(wěn)。3.2.2導(dǎo)軌的選型及計(jì)算1.的設(shè)計(jì)要求：(1)幾何精度就是通常所說(shuō)的導(dǎo)向精度，即運(yùn)動(dòng)的直線(xiàn)度或回轉(zhuǎn)精度；(2)運(yùn)動(dòng)精度包括兩方面內(nèi)容：一是運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，二是定位精確；(3)具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命長(zhǎng)；(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，便于調(diào)整和維修；(5)具

32、有良好的潤(rùn)滑和防護(hù)裝置。導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載，一般分有滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種。滾動(dòng)導(dǎo)軌在兩導(dǎo)軌面間裝有球，滾子或滾針等滾動(dòng)元件，具有滾動(dòng)摩擦性質(zhì)，廣泛地用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。滾珠導(dǎo)軌的特點(diǎn)是摩擦阻力小，剛度低，承載能力差，不能承受大的顛覆力矩和水平力。直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與滾動(dòng)軸承相仿，以在一定的載荷下行走一定的距離，90%的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個(gè)載荷稱(chēng)為滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷ca,可從產(chǎn)品樣本中查到。見(jiàn)式（3.5）滾動(dòng)體為球時(shí) 式（3.5）l滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命；ca額定動(dòng)載荷，初選滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)后，可從樣本中查出；f每個(gè)滑塊上的工作載荷；硬度系數(shù)，導(dǎo)軌面的硬度為5864hrc時(shí), =1.

33、0；硬度為55hrc時(shí)=0.8；為50hrc時(shí)=0.53; ft為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)100c時(shí)，ft=1；fc為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí)=0.81,裝三個(gè)時(shí)=0.72；fw為載荷速度系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)或v15m/min時(shí)fw=11.5.現(xiàn)初選導(dǎo)軌型號(hào)為：gda20s，額定動(dòng)載荷ca為12.4kn現(xiàn)在計(jì)算立柱底座的導(dǎo)軌，底座下每根導(dǎo)軌條安裝三個(gè)滑塊，所以=0.72，現(xiàn)把數(shù)據(jù)代入上式，有 一般球?qū)к壍木嚯x期望壽命為50km，所以此滾動(dòng)導(dǎo)軌滿(mǎn)足要求。由于其它方向的導(dǎo)軌所受的載荷都很少，且其他參數(shù)同底座的都相同，所以為了使用方便，把其它導(dǎo)軌統(tǒng)一選擇該型號(hào)。導(dǎo)軌參數(shù)（單位mm）：滑座參數(shù)

34、（單位mm）:如圖3-1導(dǎo)軌圖所示：圖33導(dǎo)軌3.2.3聯(lián)軸器的選取聯(lián)軌器一般分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器的特點(diǎn)：制造容易，徑向尺寸小，裝拆時(shí)需移動(dòng)軸，用于要求兩軸對(duì)中性好，工作平穩(wěn)，無(wú)沖擊，經(jīng)常正反轉(zhuǎn)。在剛性聯(lián)軸器中，又有聯(lián)軸套和變徑聯(lián)軸套等，變徑聯(lián)軸套適用于低速，輕載，小尺寸軸的聯(lián)接?，F(xiàn)在滑動(dòng)絲杠24與電機(jī)75bf003的連接采用平鍵聯(lián)軸套，其主要尺寸如下：平鍵由于電機(jī)的主軸只有8mm,所以在電機(jī)軸上再套一個(gè)過(guò)盈配合套筒聯(lián)軸器。對(duì)過(guò)盈配合聯(lián)接，應(yīng)根據(jù)聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和軸套不發(fā)生滑動(dòng)條件，確定配合面的壓強(qiáng)p，如式（3.6） 式（3.6）配合表面的摩擦系數(shù)（取=0.12）；l套筒

35、與主動(dòng)軸伸接觸部分長(zhǎng)度（ =14）；tc扭矩（tc=0.835nm）。所以 產(chǎn)生壓強(qiáng)p所需的過(guò)盈量 e為套筒材料的彈性模量，外套筒與內(nèi)套筒相對(duì)軸向推進(jìn)量e與過(guò)盈量關(guān)系為（見(jiàn)圖3-4） 圖34鍵聯(lián)軸套3.2.4 軸承的選取1.深溝球軸承（如圖3 -5）（gb/t2761994） 型號(hào)：6005圖35溝球軸承2.推力球軸承（如圖3 -6）（gb/t3011995）軸承代號(hào)：51205圖36推力軸承3.2.5立柱底座橫向進(jìn)給的滾動(dòng)絲杠的計(jì)算1.絲桿所受的最大軸向力計(jì)算滑臺(tái)2的重力=75n滑動(dòng)1的重力（1）滑臺(tái)1上的導(dǎo)軌，絲杠，電機(jī)的重力導(dǎo)軌座面積：導(dǎo)軌面積：合面積：重力：查得電機(jī) 55bf003的重

36、量為0.83kg,再加上聯(lián)軸器，軸承座約為3kg.重力為30n。滾動(dòng)絲桿20的重力 (2）.立柱上的導(dǎo)軌和絲杠重滑動(dòng)絲杠20的重力 滑動(dòng)絲杠24的重力 (3)立柱底滑座重力滑座尺寸：體積重力（4）.立柱重力 立柱高2800mm,結(jié)構(gòu)用冷彎方形空心型鋼的理論重量為86.8kg/m所以 立柱重力（5）總重力在考慮到其他的重力 因?yàn)榛_(tái)在進(jìn)給時(shí)沒(méi)有受工作載荷，只受重力的作用，即 (滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系f=0.00250.005,取0.005) 絲桿所受的軸向力很少，為了計(jì)算方便和其它因素影響，現(xiàn)取fm=40n最大動(dòng)負(fù)載c的計(jì)算及主要尺寸初選，式（3.7） 式（3.7）l工作壽命（ ）； n絲桿轉(zhuǎn)速（ ）

37、；fm運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)（無(wú)沖擊取11.2, 取1.2）。 選取絲桿 圈數(shù)列數(shù), .由于絲桿沒(méi)有受工作載荷，而且要求的行程精度不高，所以不用進(jìn)行剛性校核，只校核絲桿的穩(wěn)定性。2.滾動(dòng)絲桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾道半徑 偏心距 絲桿內(nèi)徑 臨界載荷，式(3.8) 式(3.8)絲桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（ ）e絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，e=206g;l絲桿工作長(zhǎng)度；長(zhǎng)度系數(shù)(一端固定一端簡(jiǎn)支，=2/3 )。 所以絲桿安全不會(huì)失穩(wěn)。3.2.6 步進(jìn)電機(jī)的選取1.步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)（1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。（2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃

38、至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。（3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。（4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)

39、生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?.步進(jìn)電機(jī)的選型(1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：如式(3.9)絲桿： 式(3.9)d絲桿的公稱(chēng)直徑 l絲桿的長(zhǎng)度 工作臺(tái)： p絲桿導(dǎo)程g工作臺(tái)的重量總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：(2)最大靜轉(zhuǎn)矩計(jì)算加速力矩，如式( 3 .10 ) 式( 3.10) vmax快進(jìn)的速度步距角脈沖當(dāng)量 所以 (3)空載摩擦力矩,式(3 .11) 式(3 .11) f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)g運(yùn)動(dòng)部件的總重力lo絲桿導(dǎo)程(4)附加摩擦力矩,如式（3.12） 式（3.12) 絲桿預(yù)緊力

40、( =fm/3)傳動(dòng)效率選取電機(jī)55bf003，其最大靜轉(zhuǎn)距為68.6ncm， 所以該電機(jī)可選用3.驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)絲杠的電機(jī)的選取(1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：絲桿： (d絲桿的公稱(chēng)直徑 l絲桿的長(zhǎng)度)工作臺(tái)： (p絲桿導(dǎo)程 g工作臺(tái)的重量)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (2)最大靜轉(zhuǎn)矩計(jì)算加速力矩 (=0.042)所以 (3)空載摩擦力矩 (4)附加摩擦力矩 選取電機(jī)75bf001，其最大靜轉(zhuǎn)距為39.2ncm， 所以該電機(jī)可選用 (5)啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的,僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿(mǎn)足要求，但是不能保證電機(jī)在快速啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性

41、進(jìn)行校核。以后還要對(duì)快進(jìn)，工進(jìn)時(shí)的運(yùn)行矩頻特性作校核。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)：在零時(shí)刻，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率從零突跳為最大運(yùn)行頻率,即瞬間=.事實(shí)上，突跳是不可能瞬間完成。但突跳過(guò)程極短，則加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此，突跳啟動(dòng)是很少使用的。升速啟動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始漸升速，在零時(shí)刻，啟動(dòng)頻率=0,在一段時(shí)間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動(dòng)結(jié)速時(shí)，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度，此時(shí)相應(yīng)的運(yùn)行頻率為,因此，當(dāng)=，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，啟動(dòng)頻率已與最高運(yùn)行頻率相等，即=,在整個(gè)升速，勻速運(yùn)行，降速過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)所走的步數(shù)與應(yīng)該完成的輸入指令脈沖總數(shù)相等。升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，

42、啟動(dòng)過(guò)程緩慢，空載啟動(dòng)力矩中的加速力矩項(xiàng)不會(huì)很大，一般不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，但是降低了工作效率。升速時(shí)間過(guò)短，則步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩中的加速力矩項(xiàng)就會(huì)很大，所以需要校核啟動(dòng)矩頻特性。從電機(jī)75bf001的啟動(dòng)矩頻特性曲線(xiàn)圖可得，電機(jī)在最大靜轉(zhuǎn)距時(shí)，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)頻率為1240hz，而該電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為1750hz，實(shí)際啟動(dòng)頻率小于允許啟動(dòng)頻率，所以能保證電機(jī)不丟步。（如圖3-7） 圖3-7啟動(dòng)矩頻特性曲線(xiàn)4 電氣控制設(shè)計(jì)4.1擬定機(jī)床控制系統(tǒng)方案控制系統(tǒng)是通過(guò)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)切割頭的轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)有微機(jī)的、有plc的、也有單片機(jī)的，這里采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)型的單片機(jī)控制系統(tǒng)。另外，控制得

43、有輸入和輸出設(shè)備才能對(duì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖4-1所示：圖41控制系統(tǒng)框圖4.2組成元件的介紹4.2.1主要芯片的選取mcs是intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的序列符號(hào)，例如intel公司的mcs-48、mcs-51、mcs-96系列單片機(jī)。mcs-51系列單片機(jī)既包括三個(gè)基本型8031、8051、8751，也包括對(duì)應(yīng)低功耗型的80c3、180c51、87c51，因而mcs-51系列特指intel公司的這幾種型號(hào)的單片機(jī)。20世紀(jì)80年代中期以后吧，intel公司以專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如atmel、philips、analog devices

44、、dallas公司等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是mcs-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)是與mcs-51指令兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與mcs-51的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要指令系統(tǒng)）相同，采用cmos工藝，因而常用80c51系統(tǒng)來(lái)稱(chēng)呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)。它們對(duì)8051一般都作了一些擴(kuò)展，更有特點(diǎn)，其功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，不應(yīng)該把它們直接稱(chēng)為mcs-51系列單片機(jī)，因?yàn)閙cs只是intel公司專(zhuān)用的單片機(jī)系列符號(hào)。mcs-51單片機(jī)是把那些操作控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成芯片上。如按功能劃分，它由如下功能的部件組成：微處理器、數(shù)據(jù)處理器、程序處理器（8031沒(méi)有）、4個(gè)8位并行i

45、/o口、1個(gè)串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器。由于89c51芯片在性?xún)r(jià)比上比同類(lèi)單片機(jī)高，加上8031、8051市場(chǎng)上已經(jīng)停產(chǎn)，所以選擇89c51作為主芯片。4.2.2 鍵盤(pán)接口原理鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)想單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。下面介紹鍵盤(pán)的工作原理，鍵盤(pán)按鍵的識(shí)別過(guò)程及識(shí)別方法，鍵盤(pán)與單片機(jī)的接口技術(shù)和編程。1.在按鍵數(shù)較多的場(chǎng)合，行列式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的i/o口線(xiàn)。按鍵設(shè)置在行、列線(xiàn)交點(diǎn)上，行、列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻5v上。無(wú)按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)處于高壓電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線(xiàn)

46、電平狀態(tài)將由與此行線(xiàn)相連的列線(xiàn)的電平?jīng)Q定。列線(xiàn)的電平如果為低，則行線(xiàn)電平為低；列線(xiàn)的電平如果為高，則行線(xiàn)的電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別行列式鍵盤(pán)按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于行列式鍵盤(pán)中行、列線(xiàn)為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，所以必須少將行、列線(xiàn)信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。2.掃描法:第一步，識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)鍵被按下；第二步，如有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。首先把所有的列線(xiàn)均設(shè)置為低電平，檢查各行線(xiàn)的電瓶是否變化，如有變化，則說(shuō)明有鍵被按下，如果沒(méi)有變化，則說(shuō)明無(wú)鍵被按下。上述識(shí)別具體按鍵方法，即先把某一列置低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線(xiàn)電平的變化，如果某行線(xiàn)電平為低電平，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處地按鍵被按下。4.3 控制電路設(shè)計(jì)4.3.1 使用多片eprom的擴(kuò)展電路為簡(jiǎn)化電路，此處選用2764eprom (8k*8位)。本設(shè)計(jì)采用二片2764eprom，分別存放監(jiān)控程序,各功能模塊程序,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時(shí)，只需更換各自芯片即可，方便升級(jí)。2764芯片主要引腳功能:a0a12 13位地址線(xiàn)d0d7 數(shù)據(jù)輸出線(xiàn) 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào) 編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖 片選信號(hào)2764主要工作方式:讀方式及為