三坐標(biāo)工作臺(tái)控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。1.2、設(shè)計(jì)任務(wù)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)具有X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的工作臺(tái)，能夠沿著X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)，用于加工機(jī)床時(shí)不僅可以對(duì)空間任意平面加工,而且能對(duì)空間曲面加工；還能用于測量裝置，可以對(duì)工件的三維坐標(biāo)進(jìn)行測量。設(shè)計(jì)包括其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，控制系統(tǒng)部分的軟、硬件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)基本的運(yùn)動(dòng)功能

2、和聯(lián)動(dòng)功能。機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇要設(shè)計(jì)的工作臺(tái)，需要承受20kN的載荷，載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副為能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求。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)，選用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。選定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有因此3000mm/min，故設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選

3、用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性價(jià)比。為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)1）設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控機(jī)床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位，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。2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制，選用MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足相關(guān)的指標(biāo)。MPC07控制卡主要特征有：開放式結(jié)構(gòu)、使用簡便、功能豐富、可靠性高等3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在

4、選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，鍵盤與顯示電路，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。2、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 由于所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)工作臺(tái)是用于數(shù)控銑床上，所以根據(jù)參考資料設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：1. 立銑刀最大直徑的d=20mm；2. 立銑刀齒數(shù)Z=43. 最大銑削寬度=15mm;4. 最大背吃刀量=10mm;5. 加工材料為碳素鋼。6. X、Y方向的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖;7. X、Z方向的定位精度均為mm;8. 工作臺(tái)面尺寸為350mm×350mm，加工范圍為380mm×380mm;9. 工作臺(tái)空載進(jìn)給最快移動(dòng)

5、速度：;10. 工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度:;11. 每齒進(jìn)給量F=0.1mm。12. 銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min。2.1 工作臺(tái)的受力分析與計(jì)算所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)工作臺(tái)是用于銑床上，零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由所參考資料查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為：今選擇銑刀的直徑為d=20mm，齒數(shù)Z=4,為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量=10mm ，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)速。則由式求的最大銑削力：=N采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可由參考資料查得，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：。現(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方

6、向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為和。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。2.1 Z軸的選型：2.1.2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：其中，移動(dòng)部件重量20kN，外加載荷，代入式中，得最大工作載荷=5.751kN。由所參考資料查得，根據(jù)工作載荷=5.751kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG25型，其額定動(dòng)載荷Ca=17.7kN，額定靜載荷Coa=22

7、.6kN。任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為350mm×350mm，加工范圍為380mm×380mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，由所參考資料查得，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為800mm。上述所取的KL系列JSA-LG25系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。由所參考資料查得，分別取硬度系數(shù)f=1.0，溫度系數(shù)f=1.00，接觸系數(shù)f=0.81，精度系數(shù)f=0.9，載荷系數(shù)f=1.5，代入式中，得距離壽命：L=大于期望值50Km，故距離額定壽命滿足要求。2.1.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型如前面所述，在立銑時(shí)

8、，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fy=494N,受到橫向載荷（與絲杠軸線平行）Fx=2174N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz=751N.已知移動(dòng)部件總重量G=20000N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，由所參考資料查得，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=300mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=60r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得絲杠壽命系數(shù)L0=54（單位為：106r）。由所參考資料查得，取載荷系

9、數(shù)fw=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0,代入公式，求得最大動(dòng)載荷：FQ=根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，由所參考資料查得，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3205-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為32mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈*2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為13675N，大于FQ，滿足要求。將公稱直徑d0=32mm,導(dǎo)程Ph=5mm,代入=arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=2°51。將摩擦角=10，代入=tan/tan(+),得傳動(dòng)效率=92.1%。2.1.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿足脈

10、沖當(dāng)量的的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速，采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的的導(dǎo)程Ph=5mm， 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角°。根據(jù)公式，算得減速比：5）/（3600.005）=25/12本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75：36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)到55HRC。減速箱中心距為（75+

11、36）1/2mm=55.5mm,小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。2.1.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=32mm，總長l=750mm，導(dǎo)程Ph=5mm，材料密度10-5kg/;移動(dòng)部件總重力G=20000N；小齒輪齒寬b1=20mm.，直徑d1=36mm，大小齒輪齒寬b2=20mm，直徑d2=75mm；傳動(dòng)比i=25/12。由所參考資料查得，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js·cm2;拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw·cm2;小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1=0.259 kg·cm2；大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2=4.87

12、7 kg·cm2。初選°，由所參考資料查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=15 kg·cm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：·cm2分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況計(jì)算等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式可知，包括三部分;一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)公式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：=+ （1）根據(jù)公式，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算空

13、載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩：= （2）其中： =1250r/min （3）式中空載最快移動(dòng)速度，為3000mm/min；脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率。則由式（2）求得：=由公式知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：= (4)式中垂直方向的銑削力，空載時(shí)取0最后由式（1）求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+m 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊

14、后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： =+ （5）其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式計(jì)算。有：再由公式計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：最后由式（5），求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG2602

15、，由所參考資料查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm?？梢?，滿足要求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 圖4.1 110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線選定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=300mm/min，脈沖當(dāng)量/脈沖，由公式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖4.1可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要求。2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 選定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=3000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率。由圖4.1查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要

16、求。3）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=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。由所參考資料查得可知110BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000，可見沒有超出上限。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。2.2 Y軸的選型：導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌座等,估計(jì)重量約為25000N。工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于

17、臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：其中，移動(dòng)部件重量25000N，外加載荷，代入式中，得最大工作載荷=7.001kN。由所參考資料查得，根據(jù)工作載荷=7.001kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG15型，其額定動(dòng)載荷Ca=17.7kN，額定靜載荷Coa=22.6kN。選定工作臺(tái)面尺寸為350mm×350mm，加工范圍為380mm×380mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，由所參考資料查得，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為800mm。上述所取的KL系列JSA-LG25系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過C，每根導(dǎo)軌上配

18、有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。由所參考資料查得，分別取硬度系數(shù)f=1.0，溫度系數(shù)f=1.00，接觸系數(shù)f=0.81，精度系數(shù)f=0.9，載荷系數(shù)f=1.5，代入式（3-33），得距離壽命：L=大于期望值50Km，故距離額定壽命滿足要求。2.2.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型如前面所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=2174N,受到橫向載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=494N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz=751N.已知移動(dòng)部件總重量G=25000N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.

19、005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm=KFx+(751+494+25000)N2522N設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=300mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=60r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L0=60Nt/106,得絲杠壽命系數(shù)L0=54（單位為：106r）。由所參考資料查得，取載荷系數(shù)fw=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0,代入公式，求得最大動(dòng)載荷：FQ=根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，由所參考資料查得，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3205-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固

20、定反向器單螺母式，其公稱直徑為32mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈*2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為13675N，大于FQ，滿足要求。將公稱直徑d0=32mm,導(dǎo)程Ph=5mm,代入=arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=2°51。將摩擦角=10，代入=tan/tan(+),得傳動(dòng)效率=92.1%。為了滿足脈沖當(dāng)量的的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速，采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)。已知工作臺(tái)的脈

21、沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的的導(dǎo)程Ph=5mm， 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角°。根據(jù)公式，算得減速比：5）/（3600.005）=25/12選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75：36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)到55HRC。減速箱中心距為（75+36）1/2mm=55.5mm,小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。2.2.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=32mm，總長l=450mm，導(dǎo)程Ph=5mm，材料密度10-5kg/;移動(dòng)部件總重力G=25000N；小齒輪齒寬b1=20mm

22、.，直徑d1=36mm，大小齒輪齒寬b2=20mm，直徑d2=75mm；傳動(dòng)比i=25/12。由所參考資料，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js·cm2;拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw·cm2;小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1=0.259 kg·cm2；大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2=4.877 kg·cm2。初選°，由所參考資料查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=15 kg·cm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=16.58 kg·cm2分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況計(jì)算等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq 。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)

23、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式可知，包括三部分;一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)公式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：=+ （1）根據(jù)公式，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩：= (2)其中： =833.3r/min (3)式中空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為2000mm/min；脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率。則由公式求得：=由公式知，移動(dòng)

24、部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：= N.m(4)式中垂直方向的銑削力，空載時(shí)取0最后由式（1）求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+m 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： =+ （5）其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式計(jì)算。有：再由公式計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：最后由式（5），

25、求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG2602，由所參考資料查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm?？梢姡瑵M足要求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 圖4.1 110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線選定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=300mm/min，脈沖當(dāng)量=0.005

26、/脈沖，由公式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率.從110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖4.1可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要求。2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 選定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=3000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率。由圖4.1查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要求。3）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=2000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查表4-5可知110BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000，可見沒有超出上限。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)

27、選用110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。2.3 X軸的選型：導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌座等,估計(jì)重量約為30000N。2.3.2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：其中，移動(dòng)部件重量30kN，外加載荷，代入式中，得最大工作載荷=8.251kN。由所參考資料查得，根據(jù)工作載荷=5.751kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)

28、軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG25型，其額定動(dòng)載荷Ca=17.7kN，額定靜載荷Coa=22.6kN。選定工作臺(tái)面尺寸為350mm×350mm，加工范圍為380mm×380mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，由所參考資料查得，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為800mm。上述所取的KL系列JSA-LG25系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過C，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表3-36表3-40，分別取硬度系數(shù)f=1.0，溫度系數(shù)f=1.00，接觸系數(shù)f=0.81，精度系數(shù)f=0.9，載荷系數(shù)f=1.5，代入公式，得距離壽命：L=大于期

29、望值50Km，故距離額定壽命滿足要求。2.3.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 如前面所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fy=494N,受到橫向載荷（與絲杠軸線平行）Fx=2174N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz=751N.已知移動(dòng)部件總重量G=30000N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，由所參考資料查得，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=300mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=60r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代

30、入L0=60Nt/106,得絲杠壽命系數(shù)L0=54（單位為：106r）。由所參考資料查得，取載荷系數(shù)fw=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0,代入公式，求得最大動(dòng)載荷：FQ=根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，由所參考資料查得，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列3205-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為32mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈*2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為13675N，大于FQ，滿足要求。將公稱直徑d0=32mm,導(dǎo)程Ph=5mm,代入=arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=2°51。將摩擦角=10

31、，代入=tan/tan(+),得傳動(dòng)效率=92.1%。2.3.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿足脈沖當(dāng)量的的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速，采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的的導(dǎo)程Ph=5mm， 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角°。根據(jù)公式，算得減速比：5）/（3600.005）=25/12選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1m

32、m，齒數(shù)比為75：36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)到55HRC。減速箱中心距為（75+36）1/2mm=55.5mm,小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。2.3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=32mm，總長l=750mm，導(dǎo)程Ph=5mm，材料密度10-5kg/;移動(dòng)部件總重力G=30000N；小齒輪齒寬b1=20mm.，直徑d1=36mm，大小齒輪齒寬b2=20mm，直徑d2=75mm；傳動(dòng)比i=25/12。由所參考資料查得，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js·cm2;拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw·cm2;

33、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1=0.259 kg·cm2；大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2=4.877 kg·cm2。初選°，由所參考資料查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=15 kg·cm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：·cm2分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況計(jì)算等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式可知，包括三部分;一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)

34、公式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：=+ （1）根據(jù)公式，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩：= (2)其中： =1250r/min (3)式中空載最快移動(dòng)速度，為3000mm/min；脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率。則由式（2）求得：=由公式知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：=式中垂直方向的銑削力，空載時(shí)取0最后由式（1）求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+m 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)

35、載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有： =+ （4）其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式計(jì)算。有：再由公式計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：最后由式（4），求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取

36、K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BYG2602，由所參考資料查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=6Nm?？梢?，滿足要求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 圖4.1 110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線選定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=300mm/min，脈沖當(dāng)量/脈沖，由公式求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。圖4.1 110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線從110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖4.1可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要求。2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 選定工作臺(tái)最快空載

37、移動(dòng)速度=3000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率。由圖4.1查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩m，滿足要求。3）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=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。由所參考資料查得可知110BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000，可見沒有超出上限。綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制，可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

38、動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí)，需要控制系統(tǒng)發(fā)出個(gè)步進(jìn)脈沖。考慮到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B相信號(hào)，可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分，因此，編碼器的分辨力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。此次設(shè)計(jì)選用的編碼器型號(hào)為：ZLK-A-120-05VO-10-H 盤狀空心型，孔徑10mm，與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配，電源電壓+5V，每秒輸出120個(gè)A/B脈沖，信號(hào)為電壓輸出。4. 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖所示。步進(jìn)電機(jī)5. 控制系統(tǒng)原理框圖 MPC07 運(yùn)動(dòng)控制卡復(fù)位信號(hào)PCD505驅(qū)動(dòng)器正向復(fù)位開關(guān)負(fù)向復(fù)位開關(guān)原位開關(guān)編碼器電源信號(hào)步進(jìn)電機(jī)電源

39、啟動(dòng)開關(guān)圖7.1 控制系統(tǒng)原理框圖MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡是集中，端口及部分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)選用芯片作為主控芯片。()程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用芯片。其型號(hào)有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要考慮與時(shí)序的匹配。所能讀取的時(shí)間必須大于所要求的讀取時(shí)間。此外，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。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容

40、量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡規(guī)定0口提供位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲(chǔ)器提高低位的地址信息，一般采用芯片作為地址鎖存器，并由發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。()數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于內(nèi)部只有字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本次設(shè)計(jì)選用芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。(）譯碼電路在運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)用系統(tǒng)中，所有

41、外圍芯片都通過總線與運(yùn)動(dòng)控制卡相連。運(yùn)動(dòng)控制卡數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址，因此運(yùn)動(dòng)控制卡的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對(duì)于和容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址線進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址

42、選擇線用作片選線。設(shè)計(jì)中三軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為110BYG2602型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司。所以查資料選擇與之匹配的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓為120-310VAC，相電流為5A，分配方式為二相八拍。下圖是它的接線圖：這次設(shè)計(jì)主要是對(duì)平時(shí)實(shí)驗(yàn)中常見的十字滑臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，而設(shè)計(jì)出的一個(gè)能夠在X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，包括了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)采用了G系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：3205-4。系統(tǒng)采用了步進(jìn)電機(jī)通過減速箱直接與滾珠絲杠連接驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)，而且其軸承采用的是角接觸軸承保證其主軸不竄動(dòng)，采用一個(gè)深溝來保證其徑向的圓跳動(dòng)。系統(tǒng)又采用了

43、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置檢測器，來檢測伺服電機(jī)的位置，通過單片機(jī)對(duì)光電編碼器反饋信號(hào)處理來達(dá)到預(yù)期的精度要求。我在設(shè)計(jì)中兼顧經(jīng)濟(jì)性，考慮滿足精度的要求，因此對(duì)于設(shè)備及元件的選擇都要求具有較高精度，因此設(shè)計(jì)的成本較高。8致謝首先要感謝張老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我的知道，在老師和同學(xué)的幫組下我按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在大學(xué)里的最后一門課程。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料、如何舉一反三、如何通過改進(jìn)并加入自己的想法與觀點(diǎn)，使之成為自己的東西。并且結(jié)合生產(chǎn)知識(shí)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際以及分析和解決工程實(shí)際問題的才能，并使三年所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。在此，我對(duì)我的論文指導(dǎo)老師表

44、示衷心的感謝，感謝他對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他的監(jiān)督和指導(dǎo)。其次我要感謝這三年里給我授課的所有老師。感謝你們傳給我知識(shí)。最后還要感謝參考文獻(xiàn)中所列書籍、文章及資料的作者。1 尹志強(qiáng)等編著.機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2007.5 2 姜培剛等編著.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2003.93劉文信.機(jī)床數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.4韓鴻鸞.基礎(chǔ)數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006.1.156黃大貴.微機(jī)數(shù)控系統(tǒng).電子科技出版社.1996.1178趙松年 張奇鵬主編.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，19969101112三坐標(biāo)工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鄢朝洋摘要：現(xiàn)今三坐標(biāo)

45、工作臺(tái)廣泛運(yùn)用在機(jī)械等行業(yè)，現(xiàn)在我們所用的數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)測量機(jī)等多用了三坐標(biāo)工作臺(tái)?？梢詫?duì)工件進(jìn)行在空間任意平面的加工和進(jìn)行空間曲面的加工，還可以用于較復(fù)雜的零部件的幾何尺寸及相應(yīng)位置的測試。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求。對(duì)于定型產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，許多生產(chǎn)企業(yè)都已采用了自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)行自動(dòng)流水作業(yè)。為了解決上述問題，滿足多品種、單件、小批量、高精度、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的，能適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求較高的柔性自動(dòng)化機(jī)床。正是在這種需求下，在二十世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電

46、子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床便誕生并迅速發(fā)展起來。進(jìn)而三坐標(biāo)工作臺(tái)得到了廣泛的運(yùn)用。關(guān)鍵字：三坐標(biāo) 數(shù)控機(jī)床 加工世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床于1952年誕生于美國麻省理工學(xué)院（MIT），是由美國帕森斯公司（Parsons Co.）和MIT合作研制的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，用于加工直升飛機(jī)變截面螺旋槳葉片輪廓的檢測樣板。機(jī)床占地面積約60m2，其數(shù)控系統(tǒng)是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，大約由2000多個(gè)電子管組成，插補(bǔ)裝置采用“數(shù)字脈沖乘法器”，是一種直線插補(bǔ)器，伺服機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)小型液壓馬達(dá)，通過改變液壓馬達(dá)的斜盤傾角而進(jìn)行變速，實(shí)質(zhì)上仍屬于一臺(tái)試驗(yàn)性的數(shù)控加工設(shè)備。1954年，在帕森斯（Parsons）專利的基礎(chǔ)上，由美國本迪克斯公司（Bendix Co.）所生產(chǎn)出來的數(shù)控機(jī)床是世界上第一臺(tái)工業(yè)實(shí)用性數(shù)控機(jī)床。1959年，開始采用晶體管元件和印刷電路板，美國克耐·杜列克公司（Keaney &Trecker）首次成功地開發(fā)了加工中心（Machining Center，簡稱MC），這是一種具有自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，可以在一次裝夾中對(duì)工件的多個(gè)平面進(jìn)行多道工序的加工。從1960年開始，其它一些國家如德國、日本等也陸續(xù)