畢業(yè)論文設(shè)計微型高速數(shù)控鉆床設(shè)計說明

1、 . PAGE2 / NUMPAGES241 前言1.1 設(shè)計的目的和意義在電路設(shè)計初期，為了調(diào)試，驗證電路原理的正確性，需要制作電路板。由于電路還處在試驗，調(diào)試階段，還存在很多不確定性，如果直接讓電路板制作廠家制作，一方面制作周期長，成本高，另一方面靈活性差，調(diào)整不方便。不能滿足電路設(shè)計初期的要求。目前，人們普遍采用手工制作。手工制作勞動強度大，質(zhì)量難以保證?；谝陨犀F(xiàn)狀，本課題設(shè)計一種數(shù)控高速微型鉆床，用來加工電路板上的過孔和引腳孔。本鉆床的研制具有廣闊的市場前景的工程價值。PCB被譽為“不能修理的系統(tǒng)產(chǎn)品”，是電子設(shè)備的關(guān)鍵互連件。小到電子手表、計算器，大到電子計算機、通信電子設(shè)備、軍用

2、的武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元器件，為了方便它們之間的電器連接，都要以PCB為載體，使用印制電路板。印制電路板在電子設(shè)備中有如下功能：(1)提供集成電路等各種電子元件固定、裝配的機械支撐；(2)實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣接或電絕緣。提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等，即連接功能和絕緣功能；(3)為自動錫焊提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形；(4)布線的功能化、電路化的功能。在較大型的電子產(chǎn)品研制過程中，最基本的成功因素是該產(chǎn)品的印制板的設(shè)計、文件編制的制造。印制板設(shè)計的制造質(zhì)量直接影響到整個產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和產(chǎn)品的使用性能。因此本鉆床的研制具有廣闊的

3、市場前景的工程價值。1.2 國外現(xiàn)狀1936年，英國Eisler博士提出印制電路這個概念。他首創(chuàng)在絕緣的基板上全面覆蓋金屬箔，然后在其上涂上耐蝕刻油墨后，再將不需要的金屬箔腐蝕掉的PCB制造基本技術(shù)。1942年，Eisler博士制造出世界上第一塊紙質(zhì)層壓絕緣基板，用于收音機的印制板。50年代初，這種技術(shù)開始廣泛應(yīng)用，并迅速得到發(fā)展，印制電路行業(yè)開始一舉成為世界性的一個大行業(yè)，其產(chǎn)值由零發(fā)展為1998年的327億美元、1999年的350億美元、2000年的400億美元。在全球PCB行業(yè)高速發(fā)展的氛圍中，我國的PCB行業(yè)也開始了自身的發(fā)展。1956年，我國PCB列入國家規(guī)劃，開始研制；196319

4、78年，逐步擴大并形成產(chǎn)業(yè)；1978-1998年引進國外先進技術(shù)和設(shè)備，PCB行業(yè)獲得蓬勃發(fā)展。其中1978-1988年主要發(fā)展單面板，而19881998為雙面板和多層板的大發(fā)展；近幾年是以HDI為代表的高密度多層板的飛速發(fā)展預(yù)計近幾年我國PCB行業(yè)的產(chǎn)值仍將以兩位數(shù)的年增長速度向前發(fā)展。不久的將來，我國PCB產(chǎn)值將由現(xiàn)在占世界PCB產(chǎn)值的17左右，持續(xù)上升到20甚至更高。上世紀(jì)80年代，由于印刷電路板上孔的數(shù)量不多、精度要求不高、孔徑較大，對生產(chǎn)效率的要求也不高，因此通常采用手工機械鉆孔。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和普遍應(yīng)用，加上印刷電路板的制造工藝要求越來越高，數(shù)控技術(shù)被引入了PCB鉆孔機床，

5、產(chǎn)生了第一代PCB數(shù)控鉆床。我國從20世紀(jì)60年代開始研制和生產(chǎn)PCB鉆床，90年代的產(chǎn)品屬于半自動化設(shè)備。90年代中期，我國的PCB制造業(yè)迅速發(fā)展，不少企業(yè)如大族數(shù)控科技、天馬、大贏、麥雅等公司開發(fā)并生產(chǎn)出一批性能較好、精度較高的PCB高速數(shù)控鉆床。與此同時，中國地區(qū)的PCB高速數(shù)控鉆床也呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的景象，主要的生產(chǎn)企業(yè)包括東臺公司、大量公司、恩德集團、龍澤公司等。目前，國外生產(chǎn)PCB高速數(shù)控鉆床的廠家主要有美國的EXCELLON公司、意大利的PLURITEC公司、德國的SCHMOLL公司以與日本的日立公司。1.3設(shè)計的容印刷電路板高速數(shù)控鉆床用來加工直徑相對較小的PCB孔，加工特點是運

6、動行程短，機床起停頻繁，孔徑小，孔密度高，加工精度要求高。工作原理是以PC機強大的硬件與軟件資源為后盾，借助于運動控制卡提供的運動函數(shù)庫，運用Vc+語言編制直線、圓弧插補運動軌跡圖形程序，通過板卡接口輸出PC機運算結(jié)果的運動控制脈沖數(shù)和運動方向控制等信號，經(jīng)過伺服驅(qū)動功率放大器放大后，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，再通過滾珠絲杠傳動機械，驅(qū)動十字工作臺運動。從而，最終實現(xiàn)按編制的運動軌跡作伺服運動或按編制的加工零件輪廓圖形作精確的插補定位運動。微型數(shù)控鉆床主要由控制部分和機械執(zhí)行部分組成。通過對兩個部分的設(shè)計達到預(yù)期期望的結(jié)果。設(shè)計初始參數(shù)與要求：（1）加工對象為電路板；（2）加工電路板最大尺寸20302

7、mm；（3）加工孔徑0.2-5mm；（4）加工速度60個/分鐘；（5）主軸轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘；（6）Z軸最大行程100mm；（7）采用龍門式結(jié)構(gòu)。2總體方案設(shè)計2.1功能與性能要求分析根據(jù)PCB 的技術(shù)要求可以歸納出印制電路板孔位加工的特點為：（1） 導(dǎo)通孔的數(shù)量多要求加工運行速度快；（2） 布線密度大焊盤小孔位精度必須高；（3） 孔徑特別小0.1mm 容易斷刀要求機床動態(tài)特性好。加工特點是運動行程短，機床起停頻繁，孔徑小，孔密度高，加工精度要求高。2.2 設(shè)計方案的比較，分析與確定鉆床根據(jù)加工方式分為立式和臥式兩種，本課題加工的零件屬于扁平類，故采用立式結(jié)構(gòu)。高速數(shù)控鉆床采用步進電機驅(qū)動

8、方式，消除了傳統(tǒng)絲杠中問傳動誤差的影響，提高了鉆床的精度；用精度高、運動問隙小的滾動導(dǎo)軌代替滑動導(dǎo)軌，減小滑塊與導(dǎo)軌的摩擦，具有較高的導(dǎo)引精度。由于步進電機動子直接固定在所要驅(qū)動的部件上，沒有機械傳動元件，所以能大大提高定位精度和重復(fù)定位精度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高速進給、高加減速的要求。絲杠傳動副用來驅(qū)動鉆頭的進給運動。絲杠傳動副應(yīng)根據(jù)該單元的加工精度要求。確定是否選用滾珠絲杠副。所用絲杠副應(yīng)具有自鎖效果好、系統(tǒng)剛度好、傳動精度高、使用壽命長的優(yōu)點?？刂撇糠植捎肞C+運動控制器數(shù)控系統(tǒng)，此類數(shù)控系統(tǒng)是將PC機的信息處理能力和開放式的特點與運動控制器的運動控制能力有機地結(jié)合在一起，具有信息處理能力強、

9、開放程度高、運動軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點。一套完整的運動控制技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)主要由以下幾大硬件構(gòu)成：PC機、運動控制卡、電機(直流伺服、交流伺服、步進)、編碼器、驅(qū)動器(如果運動控制卡包含有驅(qū)動功能，則驅(qū)動器可以不要)、直線運動單元、其他傳感器(光柵尺、限位信號等)。3 機械部分設(shè)計計算3.1機械部分的組成和作用鉆床總體布局采用X、Y軸分立式結(jié)構(gòu)，裝配簡單，兩方向運動質(zhì)量基本一樣。X、Y軸的電機帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，最后通過螺母副帶動工作臺在X、Y方向上移動。z軸結(jié)構(gòu)對于高速鉆孔極其重要，設(shè)計和制造要嚴(yán)格保證驅(qū)動電機主軸和鉆孔主軸共線。采用上端固定下端懸臂絲杠結(jié)構(gòu)，采用彈性聯(lián)軸器。鉆床底座，橫梁

10、，工作臺采用灰鑄鐵，保證高精度穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。3.2 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一個進給脈沖，使機床運動部件產(chǎn)生的位移量，成為脈沖當(dāng)量，也成為機床的最小設(shè)定單位。經(jīng)濟型數(shù)控鉆床常采用的脈沖當(dāng)量是0.01-0.005mm/脈沖，根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量，為0.005mm/脈沖。3.3 切削力計算3.3.1 軸向力高速鋼鉆頭切削中軸向力（3.1）式中 ， 系數(shù)，查機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-10，??；鉆頭直徑（mm）；f進給量（mm/r），查金屬機械加工工藝人員手冊取f=0.04mm/r；。3.3.2 三個方向的切削力由，3.4滾珠絲杠螺母副的計算和選型3.4.1 Y向進給絲杠（1）計算進給率引力（

11、N）作用在滾珠絲杠上的進給率引力主要包括切削時的走刀抗力與移動部件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。選定Y向進給為矩形導(dǎo)軌=1.110.42+0.005（41.68+16.67+9.36）=11.8（N） （3.2）式中 K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，矩形導(dǎo)軌取K=1.1；，切削力，（N）；f導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，選定滾動導(dǎo)軌f=0.005；G移動部件的重量，（N）。由工件尺寸20302mm，選定工作臺尺寸10010012mm，G=體積材料比重=9.36（N）。 （3.3）（2）計算最大動載荷C絲杠轉(zhuǎn)速： （3.4）式中 最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度

12、的（1/2-1/3），此處=0.6m/min；滾珠絲杠導(dǎo)程，初選。 （3.5）式中 L壽命，以轉(zhuǎn)為1單位；n絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）；T使用壽命，（h），對于數(shù)控機床取T=15000h。最大動載荷C：（3.6）式中 運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)，。（3） 滾珠絲杠螺母副的選型 查閱機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書附錄A表3，可采用外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副1列2.5圈，其額定動負(fù)載為6100N，精度等級按機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-15選為3級（大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn)E級）。（4）傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率: （3.7）式中螺旋升角，= ； 摩擦角取，滾動摩擦系數(shù)0.003-0.004。（5）滾珠

13、絲杠副幾何參數(shù)表3.1 滾珠絲杠副幾何參數(shù)名稱符號螺紋滾道公稱直徑20導(dǎo)程4接觸角鋼球直徑2.381滾道法面直徑R1.239偏心距e0.034螺紋升角螺桿螺桿外徑d19.6螺桿徑17.59螺桿接觸直徑17.62螺母螺母螺紋外徑D22.41螺母徑20.4763.4.2 X向和Z向進給絲杠X向與Z向滾珠絲杠螺母副的選型與Y向一樣，此處不再贅述。3.5 齒輪傳動比計算3.5.1 Y向進給齒輪箱傳動比計算已確定Y向進給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選步進電機步距角0.75度。可計算傳動比i （3.8）式中 脈沖當(dāng)量，（mm/步）；滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，（mm）；步進電機的步距角。可選定齒輪齒數(shù)為：一般模數(shù)m

14、=12，數(shù)控臺鉆X-Y工作臺取m=1。表3.2 傳動齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)1525分度圓1525齒頂圓1727齒根圓14.524.5齒寬（610m）66中心距20為消除齒輪側(cè)隙，可采用雙片齒輪，齒寬b可加大到（6-10）m。3.5.2 X向和Z向齒輪傳動比計算X向和Z向齒輪傳動比計算與Y向一樣，此處不再贅述。3.6 步進電機的計算和選型3.6.1 Y向進給步進電機計算（1）等效轉(zhuǎn)動慣量計算計算簡圖見圖3.1 圖3.1 Y向進給系統(tǒng)計算簡圖傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的傳動慣量可由下式計算：式中 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（）；齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（）；滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（）。參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150

15、BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。 （3.9） （3.10） （3.11）W=9.36(N)。代入上式： （3.12） 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量相匹配問題?；緷M足慣量匹配的要求。（2）電機力矩計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算：快速空載起動力矩在快速空載起動階段，加速力矩占的比例比較大，具體計算公式如下：式中 快速空載起動力矩；空載起動折算到電機軸上的加速力矩，；折算到電機軸上的摩擦力矩，；由于絲杠預(yù)緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩，。 （3.13）式中 電機最大轉(zhuǎn)速，（r/min）；運動部件量最大快進速度，（mm/min）；脈沖當(dāng)量，（mm/步）；步進電機的步距角，（）。

16、（3.14）式中 空載起動折算到電機軸上的加速力矩，；傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量，（）；電機最大轉(zhuǎn)速，（r/min）；運動部件從停止起動加速到最大快進速度所需時間（s）。折算到電機軸上的摩擦力矩： （3.15）式中 導(dǎo)軌的摩擦力，（N）；導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)；垂直方向的切削力，（N）； G運動部件的總重量，（N）；絲杠的導(dǎo)程，（cm）；傳動鏈總效率，一般可取0.7-0.85；齒輪降速比，按計算。附加摩擦力矩： （3.16）式中 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取1/3，為進給率引力，（N）；滾珠絲杠導(dǎo)程，（cm）；傳動鏈總效率，一般可取0.7-0.85；齒輪降速比，按計算；滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效

17、率，一般取0.9。上述三項合計： （3.17）快速移動時所需力矩 （3.18）最大切削負(fù)載時所需力矩 （3.19）式中 進給方向最大切削力，（N）；滾珠絲杠導(dǎo)程，（cm）；傳動鏈總效率，一般可取0.7-0.85；齒輪降速比，按計算。 對于大多數(shù)數(shù)控機床來說，因為要保證一定的動態(tài)性能，系統(tǒng)時間常數(shù)較小，而等效轉(zhuǎn)動慣量又較大，故電機力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，又由上述計算可得，三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，所以以此項作為初選步進電機的依據(jù)。從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-24查出，當(dāng)步進電機為五相十拍時 （3.20） 最大靜力矩 按此最大靜轉(zhuǎn)矩從機電專業(yè)課程設(shè)計

18、指導(dǎo)書表3-23查出，130BF001型最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還需要進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。（3） 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 （3.21）式中 運動部件最大快速進給速度，（m/min）；脈沖當(dāng)量，（mm/步）。 (3.22)式中 最大切削進給速度，（m/min）；脈沖當(dāng)量，（mm/步）。從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-23中查出130BF001型步進電機允許的最高空載起動頻率為3000Hz，運行頻率為16000Hz。再從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書圖3-17，圖3-18查出130BF001步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲

19、線如圖3.2，圖3.3所示。從圖3.2看出，當(dāng)步進電機起動時，時，。遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩，直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制，將起動頻率降到1400Hz，起動力矩可增高到342.3，然后在電路上采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。當(dāng)快速運動和切削進給時，130BF001型步進電機運行矩頻特性（圖3.3）完全可以滿足要求。圖3.2 130BF001型起動矩頻特性圖3.3 130BF001型運行矩頻特性3.6.2 X向進給步進電機計算（1）等效轉(zhuǎn)動慣量計算計算簡圖見圖3.4圖3.4 Y向進給系統(tǒng)計算簡圖傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的傳動慣量可由下式

20、計算：參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。；W=9.36(N)。代入上式：考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量相匹配問題。基本滿足慣量匹配的要求。（2）電機力矩計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算：快速空載起動力矩在快速空載起動階段，加速力矩占的比例比較大，具體計算公式如下：折算到電機軸上的摩擦力矩：附加摩擦力矩：上述三項合計：快速移動時所需力矩最大切削負(fù)載時所需力矩 對于大多數(shù)數(shù)控機床來說，因為要保證一定的動態(tài)性能，系統(tǒng)時間常數(shù)較小，而等效轉(zhuǎn)動慣量又較大，故電機力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，又由上述計算可得，三種工況下，以快速

21、空載起動所需力矩最大，所以以此項作為初選步進電機的依據(jù)。從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-24查出，當(dāng)步進電機為五相十拍時最大靜力矩按此最大靜轉(zhuǎn)矩從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-23查出，130BF001型最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還需要進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。（3） 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-23中查出130BF001型步進電機允許的最高空載起動頻率為3000Hz，運行頻率為16000Hz。再從機電專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書圖3-17，圖3-18查出130BF001步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線

22、如圖3.5，圖3.6所示。從圖3.2看出，當(dāng)步進電機起動時，時，。遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩，直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制，將起動頻率降到1400Hz，起動力矩可增高到342.3，然后在電路上采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。當(dāng)快速運動和切削進給時，130BF001型步進電機運行矩頻特性（圖3.6）完全可以滿足要求。圖3.5 130BF001型起動矩頻特性圖3.6 130BF001型運行矩頻特性3.6.3 Z向步進電機的計算Z向步進電機的計算和選型與Y向一樣，此處不再贅述。4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1控制系統(tǒng)的功能和要求分析工作原理是以PC機

23、強大的硬件與軟件資源為后盾，借助于運動控制卡提供的運動函數(shù)庫，運用Vc+語言編制直線、圓弧插補運動軌跡圖形程序，通過板卡接口輸出PC機運算結(jié)果的運動控制脈沖數(shù)和運動方向控制等信號，經(jīng)過伺服驅(qū)動功率放大器放大后，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，再通過滾珠絲杠傳動機械，驅(qū)動十字工作臺運動。從而，最終實現(xiàn)按編制的運動軌跡作伺服運動或按編制的加工零件輪廓圖形作精確的插補定位運動。4.2 控制系統(tǒng)的組成一套完整的運動控制技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)主要由以下幾大硬件構(gòu)成：PC機、運動控制卡、電機(直流伺服、交流伺服、步進)、編碼器、驅(qū)動器(如果運動控制卡包含有驅(qū)動功能，則驅(qū)動器可以不要)、直線運動單元、其他傳感器(光柵尺、限位信號

24、等)。4.3各組成部分的設(shè)計4.3.1 PC機和運動控制卡PC機是控制系統(tǒng)的上位機，主要利用它的強大信息處理、較高的運算速度、組網(wǎng)能力和通用的人機交互能力。在數(shù)控系統(tǒng)中主要任務(wù)是對加工文件進行處理并轉(zhuǎn)化為一定的信息傳給下位機對工件進行加工。市面上有較多的運動控制卡以固高較為常見，運動控制器典型的為西門子和貝加萊，我們選擇基于PC的PCL839運動控制卡。圖4.1 PCL運動控制卡開關(guān)信號電源開關(guān)信號方向與脈沖信號電源開關(guān)即使能信號開關(guān)信號總線控制命令電平信號ISA插槽 行程開關(guān)操作面板控制器I/O接口板強電控制繼電器熔斷器空氣開關(guān)步進電機驅(qū)動器冷卻泵電機主軸調(diào)速電機軸步進電機軸步進電機軸步進電

25、機PCL-839PC機圖4.2 系統(tǒng)框圖PCL839運動控制卡的主要特點如下：（1）3個步進電機的獨立、同步控制：PCL-839有自己的CPU，有三個獨立的脈沖發(fā)生器，能同時控制三個軸的動作，為每個步進電機提供驅(qū)動脈沖和方向控制信號；（2）PCL-839卡的應(yīng)用程序為步進電機的控制設(shè)計了友好的用戶接口，使得它的應(yīng)用程序編寫簡單；（3）它提供了包含設(shè)備驅(qū)動的“C”庫函數(shù)，那里有步進電機常用到的一些指令；在用VB或VC編寫應(yīng)用程序時，可以直接調(diào)用這些庫函數(shù)，為編程者提供了極大的方便；（4）指令提供了對PCL-839卡的指令設(shè)置功能，可直接訪問卡上控制器的寄存器；（5）它有單機編譯系統(tǒng)，并提供了PR

26、OG839.EXE編譯軟件，這是一個單機的非常駐程序的編譯軟件，可不用編程而直接用于控制步進電機；（6）它提供帶光電隔離的16路通用數(shù)字輸入和16路通用數(shù)字輸出普通接口（16路DI和16路DO）；（7）有獨立的保護措施；（8）每軸5路用于行程開關(guān)的隔離數(shù)字量輸入：839卡的脈沖方向輸出和5個限位開關(guān)與PC機是獨立的；（9）它有兩種操作模式：雙脈沖(+、-脈沖)式和單脈沖(定向脈沖)式；（10）16Kpps步進速率:可編程的步進速率達116kpps(pulses persecond)；（11）具有可編程梯形曲線規(guī)劃和S曲線規(guī)劃，在線刷新運動控制參數(shù)功能，具有可編程的初始速度、終止速度、持續(xù)時間以

27、與執(zhí)行梯形加減速度；（12）具有連續(xù)直線插補、圓弧插補與三軸聯(lián)動軌跡插補算法。4.3.2電機、驅(qū)動器、編碼器電機為數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件，數(shù)控系統(tǒng)上采用的電機主要有步進電機、交流、直流伺服電機和直線電機等。我們選用步進電機。4.3.3其他傳感器光棚尺是一種對機床進行位置檢測的光電式傳感器，在要對位置進行更精確的控制時，需要對系統(tǒng)組成一個全閉環(huán)系統(tǒng)，光柵尺安裝在最終的運動對象上，所以能滿足全閉環(huán)的控制要求。光柵尺一般分為絕對式和相對式，絕對式的光柵尺每次開機時不用回零點，相對式的光柵尺每次開機需要回零來確定當(dāng)前位置信息。4.3.4直線運動單元直線運動單元是數(shù)控系統(tǒng)中的運動執(zhí)行機構(gòu)，主要由以下部分組成

28、：精密研磨的滾珠螺桿、臺架、電機、固定的基座、方軌支撐軌道、往復(fù)循環(huán)支撐殼體等。5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 軟件實現(xiàn)的功能基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主流趨勢，其中的一個重要原因就是PC運行在通用的Windows操作系統(tǒng)上，并且有大量相關(guān)的應(yīng)用軟件可供使用11?；贒OS平臺的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)上己經(jīng)比較成熟。Windows系統(tǒng)的推出，使PC機的操作系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化，與DOS相比Windows擁有許多優(yōu)點，正是基于上述優(yōu)點，Windows成為最流行的PC操作系統(tǒng)，因而在Windows平臺上開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)在全球也成為一大熱點。開發(fā)基于Windows平臺的數(shù)控系統(tǒng)，其中非

29、常關(guān)鍵的一個問延就是如何滿足和實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時性要求當(dāng)然，Windows操作系統(tǒng)的多任務(wù)弱實時性對實時控制系統(tǒng)是不利的，但若采用能獨立運算的運動控制器或靈活地利用CPU的高速運算性能，揚長避短，就可以彌補不足，滿足開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作要求。5.2操作平臺的選用因為Windows XP平臺作為鉆床的數(shù)控平臺具有如下好處：(1)友好的圖形用戶界面和豐富的軟件資源；(2)技術(shù)成熟，用戶數(shù)量多，開發(fā)工具齊全而完善；(3)支持基于線程的搶先式多任務(wù)機制；(4)運行機制更加安全，一個應(yīng)用程序崩潰不會影響其它程序的運行；(5)操作、配置、調(diào)試都非常方便；所以本設(shè)計的操作平臺選取了Windows XP。6

30、結(jié) 論（1）鉆床控制為點位控制，所以這種運動控制的特點是僅對終點位置有要求，與運動的中間過程即運動軌跡無關(guān)，相應(yīng)的運動控制器要求具有快速的定位速度。（2）此次設(shè)計的龍門型數(shù)控鉆床經(jīng)濟性性價比較高，各個部件的選擇也是標(biāo)準(zhǔn)件，材料的選擇也是在滿足要求后選擇的低價材料。（3）由于數(shù)控機床的精密要求，所以在設(shè)計的時候不得不考慮它的剛度要求與抗振性要求，這使得在設(shè)計床身的時候就要考慮到它所承受的各種外力的情況，在這方面，我針對床身的材料、厚度與其機構(gòu)幾方面進行了設(shè)計。（4）在傳動方面為適應(yīng)其加工圍、工藝要求、加工精度與自動化要求等方面，對主軸進行了設(shè)計使其具有較高的熱穩(wěn)定性，并能保證配合精度，并且還對X

31、、Y、Z軸與其它相關(guān)零件進行了計算。在進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計中，因其要求定位精度高、跟蹤指令信號的響應(yīng)快、系統(tǒng)的穩(wěn)定好等，首先對其進行了分析并根據(jù)其要求完成這方面的設(shè)計。（5）在設(shè)計微機控制系統(tǒng)時，根據(jù)各種類型運動控制卡的不同應(yīng)用，我們選擇了PCL-839型運動控制卡，并且根據(jù)該運動控制卡我們選擇了軟件的操作平臺與設(shè)計了程序并進行調(diào)試。參 考 文 獻周建亨，何勇，恩光.數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)設(shè)計J.中國紡織大學(xué)機械系,2012.06.王凡.微型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計與分析J.機械學(xué)院學(xué)報,1994（45）：44-50.黃立宏，賀瑩，武淑娟.一種PLC直接控制的簡易數(shù)控鉆床的方案研究J.產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2008（5）：107-109.田豐果，賀瑩，武淑娟.基于PLC控制的簡易數(shù)控鉆床J.大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院,2009.4（2）：25-27.王冰，王成勇，湯宏群，宋月賢，明.印刷電路板高速數(shù)控鉆床的特