數(shù)控銑床X-Y工作臺設計

1、機電一體課程設計說明書設計題目：數(shù)控銑床X-Y工作臺設計班級： 機自1092班設計者： 111學號： 0556223245指導教師： 1222 廣東海洋大學機械工程學院2015年1月目 錄設計任務3一.系統(tǒng)總體方案設計 3(一)機械系統(tǒng) 3(二)接口設計 3(三)伺服系統(tǒng)設計 4(四)控制系統(tǒng)設計 4二.機械系統(tǒng)的設計計算 4(一) 滾珠絲杠的選型與計算4(二) 滾動直線導軌的選型與計算7(三) 電機的選擇 8(四)光電開關的選擇10(五)限位開關的選擇 10三 控制系統(tǒng)設計121.操作面板的布置圖122.操作面板功能介紹123.控制系統(tǒng)原理框圖155、光電開關和限位開關信號采集原理 156、

2、鍵盤、顯示器接口電路分析 15四 程序 16五 參考文獻19設計任務: X方向行程:300mm Y方向行程:200mm 工作臺面的參考尺寸:500X300mm 平均切削力:1500N 平均切削進給速度:600mm/min 最高運動速度:6m/min 定位精度: 工作壽命:每天8小時,工作8年,250天/年一.系統(tǒng)總體方案設計由設計任務書知,本次設計可采用如下方案(一)機械系統(tǒng)1.傳動機構采用滾珠絲杠副2.導向機構采用滾動直線導軌3.執(zhí)行機構采用步進電機(二)接口設計1.人機接口(1)采用鍵盤作為輸入(2)采用LED作為指示標志(3)采用數(shù)碼管作為顯示器2.機電接口 采用光電耦合器作為微型機與步

3、進電動機驅動電路的接口,實現(xiàn)電氣隔離.(三)伺服系統(tǒng)設計 采用開環(huán)控制(四)控制系統(tǒng)設計二.機械系統(tǒng)的設計計算(一)滾珠絲杠的選型與計算由技術要求,平均載荷F=1500N,絲杠工作長度L=300mm,工作壽命,傳動精度要求設導程P=5 mm ,則(1) 求計算載荷 由條件,查機電一體化系統(tǒng)設計表2-6取=1.2, 查表2-6取=1.2, 表2-4取D精度, 查表2-6取=1.0,(2)計算額定動載荷計算值Ca由式(2-4)(3)根據(jù)選擇滾珠絲杠副 假設選用FC1型號,按滾珠絲杠副的額定動載荷Ca 等于或稍大于的原則,查表2-9選以下型號規(guī)格FC1-2505-2.5 Ca=9610公稱直徑 導程

4、 螺旋角 滾珠直徑按表2-1中尺寸計算滾道半徑 R=0.52=0.523.175=1.651mm偏心距絲杠內徑(4)穩(wěn)定性驗算1由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn),所以在設計時應驗算其安全系數(shù)S,其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數(shù) 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷其中 E=206Gpa L=0.3m 取 則安全系數(shù)查表2-10 S=2.5-3.3 S>S 絲杠是安全的,不會失穩(wěn)2高速長絲杠工作時可能發(fā)生共振,因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉速-臨界轉速,要求絲杠的最大轉速 所以絲杠不會發(fā)生共振3此外滾珠絲杠副還受值的限制,通常要求(5)剛度驗算滾珠絲杠在工作負載F(N

5、)和轉矩T(Nm)共同作用下引起每個導程的變形量為式中,A為絲杠截面積,A=為絲杠的極慣性矩, G為絲杠切變模量,對鋼G=83.3GP a;T(Nm)為轉矩. 式中, 為摩擦角,其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù); 為平均工作載荷.取摩擦系數(shù)為,則得按最不利的情況取(F=)則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差為通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的1/2,即該絲杠的滿足上式,所以其剛度可滿足要求.(6)效率驗算要求在90%-95%之間,所以該絲杠副合格.經(jīng)上述計算驗證,FC1-2505-2.5各項性能均符合題目要求,可選用.(二)滾動直線導軌的選型與計算(1)Y方向導軌由所給條件得,該導軌的額定工

6、作時間為由 得因滑座數(shù)M=4,所以每根導軌上使用2個滑座,由表2-15-2-18確定則由式2-9, 得 X方向導軌由所給條件得,該導軌的額定工作時間為由 得因滑座數(shù)M=4,所以每根導軌上使用2個滑座,由表2-15-2-18確定則由式2-9, 得 選用漢江機床廠的HJG-D系列滾動直線導軌,查表2-13,其中HJG-D26型號的導軌的Ca值為17600,能滿足八年的使用要求.(三)電機的選擇1. 電機類型選擇在開環(huán)控制的中小型伺服系統(tǒng)中,可以采用步進電機。減速器傳動比計算選各傳動齒輪齒數(shù)分別為=20, =40,模數(shù)m=2mm,齒寬b=20mm.。大齒輪采用雙圓柱薄片齒輪錯齒調整。強度強度檢驗略。

7、2. 電動機軸上總當量負載轉動慣量計算初選步進電機75BF001, =將各傳動慣量及工作臺質量折算到電動機軸上，得總當量負載轉動慣量。慣量匹配驗算，滿足要求。4步進電機負載能力校驗步進電動機軸上得總慣量：空載啟動時，電動機軸上得慣性轉矩：電動機軸上得當量摩擦轉矩：設滾動絲杠螺母副得預緊力為最大軸向載荷得,則因預緊力而引起的、折算到電動機軸上的附加摩擦轉矩為工作臺上的最大軸向載荷折算到電動機軸上的負載轉矩為于是空載啟動時電動機軸上的總負載轉矩為在最大外載荷下工作時，電動機軸上的總負載轉矩為按表5-5查得空載啟動時所需電動機最大靜轉矩為按式5-39可求得在最大外載荷下工作時所需電動機最大靜轉矩為

8、（四）光電開關的選擇   產(chǎn)品簡介E3R型放大器內置型光電傳感器，低成本，小型光電傳感器，采用了耐藥品、耐油性都很優(yōu)秀的特氟龍（PFA）能夠民晶圓片洗凈槽的硫酸等高溫液體的檢測相對應。（-40 +200），實現(xiàn)了0.5mm的高重復精度。采用了防止液體的結構。 應用范圍能為制造過程提供高性能的目標探測、定位和高分辨率檢測,適用于半導體工業(yè)中的目標檢測等應用產(chǎn)品性能說明檢測方式：對射型檢出距離：5M 動作模態(tài)：遮光時ON，入光時ON（可切換） 選擇的產(chǎn)品型號：E3R-5E4 2M BY OMC（五）接近開關的選擇選用CLJ-A系列M8*1非埋入式來源于：三、控制系統(tǒng)部分設計該控制系統(tǒng)采用

9、的微型機為80C51單片機。執(zhí)行元件采用直流電機（一）面板的布置圖圖五、面板示意圖（二）操作面板功能介紹1.位移狀態(tài)選擇開關以手動或自動操作工作臺的移動時，可通過旋轉此開關來改變工作臺的移動狀態(tài)。位移控制2啟動開關（按下此開關機床啟動）3停車開關（按下此開關機床停車。）4進給軸選擇按鈕開關按下欲運動的軸的按鈕。被選擇的軸會以相應的倍率進行移動，松開按鈕則軸停止移動。 5回零位鍵（按下此鍵工作臺回零位）6顯示器 八位晶體管顯示器，顯示工作臺的位置，精確到0.001mm。 X向位置 Y向位置7.X零位指示燈ON表示X向工作臺回零位。OFF表示X向工作臺沒有回零位。8.X限位報警ON表示X向工作臺到

10、達極限位置，需要緊急停車。OFF表示X向工作臺沒有回零位 9.Y零位指示燈ON表示Y向工作臺回零位。OFF表示Y向工作臺沒有回零位。10.Y限位報警ON表示Y向工作臺到達極限位置，需要緊急停車。OFF表示Y向工作臺沒有回零位11.正常運行指示燈ON表示機床正常運行。OFF表示機床沒有正常運行（三）控制系統(tǒng)原理框圖 圖六、控制系統(tǒng)原理框圖（四）電動機控制原理步進電機控制接口電路如圖八所示。 圖八、電動機接口電路圖（六）鍵盤、顯示器接口電路分析 鍵盤、顯示器接口電路如圖十一所示。8279的SL0用來判斷顯示X向或顯示Y向位移，SL1-SL3經(jīng)兩片74LS138分成16路作為發(fā)光二極管的位選信號，O

11、UTA0-OUTA4和OUTB0-OUTB4送出段選信號。在位選信號中選出5條作為鍵盤列掃描信號。 圖十一、鍵盤、顯示器接口電路四、程序（一）步進電機控制程序ORG 8100HROUTN2: MOV R2, COUNT ;步進電機步數(shù)LOOP0: MOV R3, #00H MOV DPTR , #POINT ;送控制模型指針JNB 00H,LOOP2 ；反轉，轉LOOP2LOOP1： MOV A,R3 ;取控制模型MOVC A ,A+DPTR JZ LOOP0MOV P1,AACALL DELAY ;延時 INC R3 DJNZ R2,LOOP1 ;步數(shù)未走完，繼續(xù) RETLOOP2: MOV

12、 A, R3 ; ADD A,#07H MOV R3,A AJMP LOOP1（二）鍵盤程序 MOV DPTR,#7FFFH ;指向8279控制口 MOV A ,#00H ;鍵盤設置為編碼掃描，雙鍵鎖定方式 MOVX DPTR, A ;輸出控制字 MOV A ,#2FH ;置分頻數(shù)為15 MOVX DPTR , A ;輸出控制字KO: MOV 30H,#1LCALL LSLJMP KEYK1: MOV 30H,#6LCALL LSLJMP KEYK2: MOV A , #0EH MOV DPTR , #17FFH ;指向8355 C口，輸出X向電機正轉代碼 MOVX DPTR ,ALJMP K

13、EYK3: MOV 30H,#2LCALL LSLJMP KEYK4: MOV 30H,#7LCALL LSLJMP KEYK5: MOV A , #0DH MOV DPTR , #17FFH ;指向8355 C口，輸出X向電機反轉代碼 MOVX DPTR ,ALJMP KEYK6: MOV 30H,#3LCALL LSLJMP KEYK7: MOV 30H,#8LCALL LSLJMP KEYK8: 回零位K9: MOV 30H,#4LCALL LSLJMP KEYK10: MOV 30H,#9LCALL LSLJMP KEYK11: MOV A , #0BH MOV DPTR , #17F

14、FH ;指向8255 C口，輸出Y向電機正轉代碼 MOVX DPTR ,ALJMP KEYK12: MOV 30H,#5LCALL LSLJMP KEYK13: MOV 30H,#0LCALL LSLJMP KEYK14: MOV A , #07H MOV DPTR , #17FFH ;指向8355 C口，輸出Y向電機反轉代碼 MOVX DPTR ,ALJMP KEY（三）顯示程序LS ：MOV DPTR,#7FFFH ;指向8279控制口 MOV A ,#08H ;16位顯示，左入口 MOVX DPTR, A ;輸出控制字 MOV A ,#2FH ;置分頻數(shù)為15 MOV A ,#90H MOVX DPTR , A ;輸出控制字 MOV R0 ,#30H MOV R2 ,#10H MOV DPTR,#6FFFH ;指向8279數(shù)據(jù)口AGAIN：MOV A ，R0 ;從片內RAM中取出段選碼 MOVX DPTR,A INC R0 DJNZ R2 ,AGAIN ;16位未完，繼續(xù)五、參考文獻1.尤麗華主編. 測試技術. 機械工業(yè)出版社, 20062. 張迎新等主編.單片機初級教程.北京航