立式數(shù)控銑床X-Y數(shù)控工作臺非常完美-高分課程設計

1、 課程設計課程名稱： 數(shù)控技術(shù)課程設計 學 院： 機械學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 姓 名： 學 號： 年 級： 機電083 任課教師： 2012年 1 月 16 日貴州大學課程設計（論文）任務書學生姓名： 指導教師： 任務書發(fā)出時間 2011年12月25日 設計時間 2011年12月26日2012年1月16日 設計（論文）題目 數(shù)控技術(shù)課程設計 設計（論文）內(nèi)容結(jié)合設計任務的要求擬定總體機械和電氣控制設計方案。根據(jù)擬定的機械設計方案進行二坐標數(shù)控工作臺的機械結(jié)構(gòu)設計計算和元件的選用。根據(jù)擬定的電氣設計方案進行數(shù)控系統(tǒng)控制電路的框圖設計及驅(qū)動控制電路的計算和元件選用。根據(jù)指定要求進行有

2、關軟件的流程圖設計。對指定的軟件程序進行編寫。進行機械結(jié)構(gòu)的工程圖和電氣原理圖的繪制。編寫設計說明書。設計（論文）的要求（含說明書頁數(shù)、圖紙份量）方案擬定正確。設計計算根據(jù)來源可靠，計算數(shù)據(jù)準確無誤。元氣件選用正確規(guī)范符合國家頒布標準。機械結(jié)構(gòu)圖紙繪制視圖完整、符合最新國家標準，圖面整潔、質(zhì)量高。電氣部份圖紙要求符合國家標準，圖面布局合理、整潔、質(zhì)量高。機械和電氣部份圖紙總量為 1.5 張“0”號圖量，其中含機械裝配圖12張、電氣控制原理框圖及計算機I/O接口和驅(qū)動控制電路等電氣原理圖12張。課程設計說明書應闡述整個設計內(nèi)容：如課題來源現(xiàn)實意義、總體方案確定、系統(tǒng)框圖分析、電氣執(zhí)行元件的選用說

3、明、機械傳動和驅(qū)動電路的設計計算以及機械和電氣的其它部分。說明書要突出重點和特色，圖文并茂、文字通暢、計算正確、字跡清晰、內(nèi)容完整。說明書頁數(shù)不少于 20 頁 目 錄 TOC o 3-3 h z u t 標題 1,1,標題 2,2 HYPERLINK l _Toc313389936 摘要 PAGEREF _Toc313389936 h 1 HYPERLINK l _Toc313389937 第一章 前言 PAGEREF _Toc313389937 h 1 HYPERLINK l _Toc313389938 第二章 設計任務 PAGEREF _Toc313389938 h 2 HYPERLINK

4、 l _Toc313389939 第三章 設計主要步驟 PAGEREF _Toc313389939 h 2 HYPERLINK l _Toc313389940 3.1 確定設計總方案 PAGEREF _Toc313389940 h 2 HYPERLINK l _Toc313389941 3.1.1 機械傳動部件的選擇 PAGEREF _Toc313389941 h 2 HYPERLINK l _Toc313389942 3.1.2 控制系統(tǒng)的設計 PAGEREF _Toc313389942 h 3 HYPERLINK l _Toc313389943 3.2 機械傳動部件的計算和選擇 PAGER

5、EF _Toc313389943 h 4 HYPERLINK l _Toc313389944 3.2.1 工作臺外形尺寸及重量初步估算 PAGEREF _Toc313389944 h 4 HYPERLINK l _Toc313389945 3.2.2 計算切削力 PAGEREF _Toc313389945 h 5 HYPERLINK l _Toc313389946 3.2.3 滾動導軌的設計計算 PAGEREF _Toc313389946 h 6 HYPERLINK l _Toc313389947 3.2.4 滾珠絲杠傳動設計計算及校驗 PAGEREF _Toc313389947 h 8 HY

6、PERLINK l _Toc313389948 3.2.5 步進電機的傳動計算及電動機的選用 PAGEREF _Toc313389948 h 12 HYPERLINK l _Toc313389949 第四章 控制系統(tǒng)的設計 PAGEREF _Toc313389949 h 19 HYPERLINK l _Toc313389950 4.1 進給控制系統(tǒng)原理框圖 PAGEREF _Toc313389950 h 20 HYPERLINK l _Toc313389951 4.2 驅(qū)動電路流程設計 PAGEREF _Toc313389951 h 20 HYPERLINK l _Toc313389952 4

7、.3 驅(qū)動電源的選用，及驅(qū)動電源與控制器的接線方式 PAGEREF _Toc313389952 h 21 HYPERLINK l _Toc313389953 第五章 驅(qū)動電路設計 PAGEREF _Toc313389953 h 22 HYPERLINK l _Toc313389954 5.1 驅(qū)動電路的時間常數(shù) PAGEREF _Toc313389954 h 22 HYPERLINK l _Toc313389955 5.2 電源電路的確定 PAGEREF _Toc313389955 h 22 HYPERLINK l _Toc313389956 5.3 元器件的確定 PAGEREF _Toc31

8、3389956 h 23 HYPERLINK l _Toc313389957 5.3.1 確定三極管 PAGEREF _Toc313389957 h 23 HYPERLINK l _Toc313389958 5.3.2 確定R2和R3 PAGEREF _Toc313389958 h 23 HYPERLINK l _Toc313389959 第六章 機械部分裝配圖的繪制 PAGEREF _Toc313389959 h 24 HYPERLINK l _Toc313389960 第七章 結(jié)論 PAGEREF _Toc313389960 h 24 HYPERLINK l _Toc313389961 參

9、考文獻 PAGEREF _Toc313389961 h 25 HYPERLINK l _Toc313389962 致 謝 PAGEREF _Toc313389962 h 26 貴州大學本科課程設計論文 機電摘要當今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術(shù)領域得到了廣泛應用，對各領域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學科技術(shù)領域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC

10、系統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。關鍵字：機電一體化的基礎 基本組成要素 發(fā)展趨勢 滾珠絲杠 滾動導軌 步進電機 AbstractNow the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promot

11、ion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the

12、computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering.

13、 New generations CNC system this kind of model integration of machinery product toward the high performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops.key words: Integration of machinery foundation basic component elements cha

14、racteristic trend of development.貴州大學本科課程設計論文 機電083PAGE 鍵入文字第一章 前言當今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀 在我國對外開放進一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程

15、進行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領域。 數(shù)控機床課程設計是一個重要的時間性教學環(huán)節(jié)，要求學生綜合的運用所學的理論知識，獨立進行的設計訓練，主要目的：1、通過設計，使學生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本組成及其想關知識，學習總體的方案擬定、分析與比較的方法。2、通過對機械系統(tǒng)的設計，掌握幾種典型傳動元件與導向元件的工作原理、設計計算及選用的方式3、通過對機械系統(tǒng)的設計，掌握常用伺服電機的工作原理、計算控制方法與控制驅(qū)動方式4、培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，學習并樹立“系統(tǒng)設計”的思想5、

16、鍛煉提高學生應用手冊和標準、查閱文獻資料及撰寫科技論文的能力第二章 設計任務設計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：1、立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3，最大銑削寬度=15mm最大背吃刀量=8mm，加工材料為碳素鋼或有色金屬。2、X、Z方向的定位精度均為0.04mm。3、工作臺面尺寸為250mm250mm，加工范圍為300mm120mm4、工作臺空載進給最快移動速度： Vxmax = Vymax =1500mm/min，工作臺進給最快移動速度:，加減速0.3s。第三章 設計主要步驟3.1 確定設計總方案機械傳動部件的選擇1、絲杠螺母副的選擇步進電動機的旋轉(zhuǎn)運動

17、需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，需要滿足初選0.01mm脈沖當量，因為定位精度0.04mm，對于機械傳動要有一定的精度損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是0.02mm和0.04mm的定位精度，滑動絲杠副無法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙。同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損失小，傳動效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。由于定位精度不高，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，裝卸方便。由于工作臺最快的移動速度Vxmax = Vymax =1500mm/min，

18、所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動的軸承配置形式。2、導軌副的選用要設計數(shù)控銑床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當量小，定位精度高，因此選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預緊方便等優(yōu)點。3、伺服電機的選用選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務書所給的精度對于步進電動機來說還是偏低，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務書初選的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有1500mm/min,故本設計不必采用高檔次的伺服電機

19、，因此可以選用混合式步進電機，以降低成本，提高性價比。 eq oac(,4)、減速裝置的選用選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應有消間隙機構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應選用無間隙齒輪傳動減速箱。3.1.2 控制系統(tǒng)的設計 eq oac(,1)、設計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應該具有輪廓控制，兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)設計成連續(xù)控制型。 eq oac(,2)、對于步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能

20、夠滿足任務書給定的相關指標。 eq oac(,3)、要設計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴展程序存儲器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。 eq oac(,4)、選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。3.2 機械傳動部件的計算和選擇3.2.1工作臺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向工作臺承載重量WX和WY。XY工作臺如圖所示:X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=320*270*40重量:按重量=體積*材料比重估算為: = N=270NY向拖板(下拖板)尺寸為: 長*寬*高=重量=N=320N上導軌(含電機)估算重量為：240N夾具及工件重

21、量:150NX-Y工作臺運動部分總重量為:270N+320N+240N+150N=800N按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為800N。3.2.2 計算切削力根據(jù)設計任務，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：立銑刀 最大直徑的d=15mm立銑刀齒數(shù)Z=3最大切削寬度=15mm最大背吃刀量=8mm設零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。由【5】中P13頁的表中，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進給量fz=0.1mm銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min由【2

22、】中P200,查得立銑時切削力計算公式為：代如上式得： 采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由【2】中查得，各銑削力之間的比值范圍如下：=(1.01.2) 取1.1/=(0.20.3) 取0.25/=（0.350.4） 取0.38考慮逆銑時的情況，因為逆銑的情況的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險的工況。由此可估算三個方向的銑削力分別為： （與絲杠軸線平行） （與工作臺面垂直） （與絲杠軸線垂直）考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力，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的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。 滾動導軌的設計計算 eq oac(,1)、工

23、作載荷的計算 工作載荷是影響導軌副壽命的重要因素，對于水平布置的十字工作臺多采用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： 其中，移動部件重量G=800N,外加載荷外加載荷得最大工作載荷。 eq oac(,2)、小時額定工作壽命的計算預期工作臺的工作壽命為5年，一年365天，取工作時間為360天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命 eq oac(,3)、距離額定壽命計算由公式，從而得到式中：為小時額定工作壽命。 n為移動件每分鐘往復次數(shù)（46）取5 S為移動件行程長度，由加工范圍為300mm120mm取330

24、mm代入數(shù)據(jù) 得：L=2851km . eq oac(,4)、額定動載荷計算由公式從而得到：式中：為額定動載荷 L為距離工作壽命，由上式可知為2851km F為滑塊的工作載荷，由上式可知為668N代入數(shù)據(jù)得： =5120N eq oac(,5)、產(chǎn)品選型根據(jù)額定動載荷，選擇滾動導軌，查滾動導軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB16BA型，相關尺寸如下圖4所示， 圖4可知其額定動載荷C=6.07KN，大于4580N，故可知滿足要求。 eq oac(,6)、安裝連接尺寸對于導軌的安裝按照如圖4所示相關尺寸安裝。3.2.4滾珠絲杠傳動設計計算及校驗 eq oac(,1)、最大工作載荷的計

25、算已知移動部件總重量G=800N，按滾動導軌計算，由【3】中P389，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動導軌上的摩擦系數(shù)查【1】中P194可知u=0.00250.005,現(xiàn)取u=0.005，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： =1.11352+0.005(307+468+800) =1495N eq oac(,2)、最大計算動載荷的確定設工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲杠導程P=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。預計滾珠絲杠的工作5年,每年算360天，每天工作8小時，由此得使用壽命為：T=53608=14400h，根據(jù)【1】中P110，公式54得：=

26、其中 T使用壽命 14400 h N循環(huán)次數(shù) 滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速 80r/min 求得：69（）查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由【1】中P109，式5-3 代入數(shù)據(jù)得：7971N eq oac(,3)、規(guī)格型號的初選根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GDM系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，導程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈2系列，精度等級取5級，螺母安裝尺寸L=80mm，額定動載

27、荷為9309N，大于最大計算動載荷=7971N，滿足要求。滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）名 稱符 號計算公式和結(jié)果 絲杠滾道公稱直徑20螺距P5接觸角鋼球直徑3.175螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角絲桿絲杠外徑19.3絲杠底徑螺桿接觸直徑絲杠螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（內(nèi)循環(huán)）表一 eq oac(,4)、傳動效率的計算將公稱直徑d0=20mm,導程P=5mm,代入=arctanP/(d0)，得絲杠螺旋升角=433。將摩擦角=10，代入=tan/tan(+),得傳動效率=96.4%。 eq oac(,5)、剛度的驗算X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定-一端游動”的軸承配置形

28、式?？芍@種安裝適用于較高精度、中等載荷的絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對背對背角接觸球軸承,這樣能承受集中力偶。絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。a、滾珠絲杠滾道間的接觸變形量，查【3】中相關公式，根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為32，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=120。絲杠預緊時，取軸向預緊力/3=498N。查【3】中相關公式，得，滾珠與螺紋滾道間接觸變形 式中 Pa=。因為絲杠有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可以減少一半，取=0.0007mm。絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對

29、背對背角接觸球軸承的配置形式，軸承的中心距a=500mm,鋼的彈性模量E=2.110MPa,由表一中可知，滾珠直徑=3.175mm,絲杠底徑=16.2mm，則絲杠的截面積S=206.12,由【7】中，式3-35其中， 最大工作載荷=1495N 中心距a=500mm彈性模量E=2.110MPa截面積S=206.12代入以上數(shù)據(jù)，得 =0.0172mm則總=1+2=0.0007+0.0172=0.0179mm=17.9本例中，絲杠的有效行程取330mm，由【3】中知，5級精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時，行程偏差允許達到25，可見絲杠剛度足夠。 eq oac(,6)、穩(wěn)定性的驗算根據(jù)【3】

30、中 式5.7-17 。取支承系數(shù)=2；由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380 mm；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離L取最大值415mm。代入公式，得P=27089N=F大于=7533N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。 eq oac(,7)、臨界轉(zhuǎn)速的驗算對于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗算其臨界轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速，由【1】中P111式5-10得：其中 20-1.23.175=16.19mm 為臨界轉(zhuǎn)速計算長度 為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動）代入數(shù)據(jù)得：nc =9428r/min臨界轉(zhuǎn)速遠大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會

31、發(fā)生共振。 eq oac(,8)、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定由以上驗算可知，選用GDM2005型的絲杠，完全符合滿足所需要求，故確定選用該型號，由表一可知絲杠所需的安裝連接尺寸3.2.5 步進電機的傳動計算及電動機的選用 eq oac(,1)、傳動計算因為該銑床的加工精度為0.04mm，脈沖當量為0.01mm/Hz，考慮到最初決定不用減速箱取減速比i=1算的電機步距角：=360i/Pb=0.72由于傳動比為1，則不需要選用減速箱，采用電動機軸與絲杠通過聯(lián)軸器聯(lián)接的方式。 eq oac(,2)、步進電動機的計算和選型a、步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量的計算?？傓D(zhuǎn)動慣量J主要包括電動機轉(zhuǎn)子的

32、轉(zhuǎn)動慣量、滾珠絲杠上一級移動部件等折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量。、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量J由【1】中P134式5-28得：式中 D為絲杠公稱直徑D=20mm L為絲杠長度=有效行程+螺母長度+設計余量+兩端支撐長度（軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量）+動力輸入連接長度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長度的一半+裕量）=330+80+20+140+40=610 代入數(shù)據(jù)，得：J=0.772061010=7.5210kg.、滾珠絲杠上一級移動部件等折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 由【1】中式5-29得：其中 M為工作臺的（包括工件）的質(zhì)量M=81.6kg S為絲杠螺距S=5mm 代入數(shù)據(jù)，得： 、初選常州寶馬前楊

33、電機電器有限公司的90YG5502型混合式步進電動機，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 所以=7.5210+5.210+410=5.310 Nm 驗算慣量匹配，電動機軸向慣量比值應控制在一定的范圍內(nèi)，既不應太大也不應太小，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負載特性。為使該系統(tǒng)慣量達到較合理的配合，一般比值控制在1/41之間， eq f(J3,Jd) = eq f(410-4,5.310-4 ) =0.75 eq/(J3,Jd)由此可見:,符合慣量匹配要求。 eq oac(,3)、步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩M的計算 a、承受的負載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負載時電動機所需力矩，由【1】中P132式5-2

34、5得：其中 其中: 為折算到電動機軸上的總慣量=4.910 T系統(tǒng)時間常數(shù)，由任務書知為T=0.3S 切削時的轉(zhuǎn)速為300r/min得： Mat =得： Mat = EQ f(4.910300,9.60.3) =0.051 Nm 其中： 為導軌摩擦力 S為絲杠螺距S=5mmi為齒輪降速比，已計算出為1為傳動鏈總效率，=0.70.8，取0.8代入數(shù)據(jù) 得： Nm 其中： 為最大軸向預緊力，F(xiàn)amax=Fz=498N 為滾珠絲杠未預緊時的效率，=0.960.9 其余數(shù)據(jù)同上代入數(shù)據(jù) 得： Nm其中：進給方向的最大切削力 其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得： Nm由此都得到等效負載轉(zhuǎn)矩 Nm b、快速空載時電

35、動機所需力矩M由【1】中P132式5-24得：加速力矩其中： 其余參數(shù)同上代入數(shù)據(jù)得： Nm力矩摩擦其中：u為導軌副的摩擦因數(shù)，滾動導軌取 u=0.005其余參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)得：Nm附加摩擦力矩：其余參數(shù)同上代入數(shù)據(jù)得： Nm所以可知快速空載時電機所需力矩：=0.093Nm比較和，取其較大者，就是最大等效負載，即：=1.44N.M eq oac(,4)、步進電機的初選 考慮到步進電機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)的影響較大，當輸入電壓降低時，其輸入轉(zhuǎn)矩也會下降，可能會造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)，因此按最大等效負載M考慮一定的安全系數(shù)，取=3，則步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩應滿足： Nm由所選的電機型號參數(shù)可知，最大轉(zhuǎn)矩

36、Nm，可知滿足要求。 eq oac(,5)、步進電機性能校核 a 、最快工進速度時電動機時輸出轉(zhuǎn)矩校核任務書給定工作臺最快工進速度=400mm/min，脈沖當量/脈沖，求出電動機對應的運行頻率。從90BYG5502電動機的運行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩4Nm，遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩=1.44Nm，滿足要求。 b、最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務書給定工作臺最快空載移動速度=1500mm/min，求出其對應運行頻fmax=1500/(600.01)=2500Hz。由圖查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=3.5Nm，大于快速空載起動時的負載轉(zhuǎn)矩=0.093Nm，滿足

37、要求。c、最快空載移動時電動機運行頻率校核 與快速空載移動速度=1500mm/min對應的電動機運行頻率為。查圖3中相應表格，可知90BYG5502電動機的空載運行頻率可達20000，可見沒有超出上限。 eq oac(,6)、起動頻率的計算 已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的空載起動頻率。由式可知步進電動機克服慣性負載的起動頻率為：說明：要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有。綜上所述，本次設計中工作臺的進給傳動系統(tǒng)選用90BYG5502步進電動機，完全滿足設計要求。 eq

38、 oac(,7)、確定選型的步進電機的參數(shù)所選電動機參數(shù)如下圖所示：圖2外形尺寸安裝接線圖和和矩頻特性如圖3所示圖3參考網(wǎng)址 HYPERLINK /product.asp?Action=Detail&ID=28/product.asp?Action=Detail&ID=283.3 其余附件的選擇聯(lián)軸器的選擇 剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡單，制造容易， 免維護，超強抗油以及耐腐蝕，即使承受負載時也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負荷時，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。適用于安裝底座剛性好、對中精度較高、沖擊載荷不大、對減振要求不高的中小功率軸系傳動。根據(jù)選出的電機和絲杠的參數(shù)，選用沈陽光宇科技有限公司的LK

39、13-C32-1012型剛性聯(lián)軸器。參考網(wǎng)址 HYPERLINK /asp/cpzx-show.asp?productid=1753/asp/cpzx-show.asp?productid=1753圖5第四章 控制系統(tǒng)的設計根據(jù)任務書的要求，設計控制系統(tǒng)的時主要考慮以下功能：接受操作面板的開關與按鈕信息；接受限位開關信號；控制X，Y向步進電動機的驅(qū)動器；與PC機的串行通信。 CPU選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52，采用8279，和W27C512，6264芯片做為I/O和存儲器擴展芯片。W27C512用做程序存儲器，存放監(jiān)控程序；6264用來擴展AT89S52的RAM存儲器存放調(diào)試

40、和運行的加工程序；8279用做鍵盤和LED顯示器借口，鍵盤主要是輸入工作臺方向，LED顯示器顯示當前工作臺坐標值；系統(tǒng)具有超程報警功能，并有越位開關和報警燈；其他輔助電路有復位電路，時鐘電路，越位報警指示電路。4.1 進給控制系統(tǒng)原理框圖圖64.2 驅(qū)動電路流程設計步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設計時的脈沖當量為0.01mm，步進電機每走一步，工作臺直線行進給0.01mm。步進電機驅(qū)動電路中采用了光電偶合器，它具有較強的抗干擾性，而且具有保護CPU的作用，當功放電路出現(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。圖7 步進電機驅(qū)動電路圖該電路中的功放電路是一個單電壓功率放

41、大電路，當A相得電時，電動機轉(zhuǎn)動一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機發(fā)熱厲害被燒壞。由于步進電機采用的是五相十拍的工作方式（五個線圈A、B、C、D、E），其正轉(zhuǎn)時通電順序為：A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA-A.其反轉(zhuǎn)的通電順序為：A-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA-A。4.3 驅(qū)動電源的選用，及驅(qū)動電源與控制器的接線方式設計中X、Y向步進電動機均為90BYG5502型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬前楊電機電器

42、有限公司。查步進電動機的資料，選擇與之匹配的驅(qū)動電源為BD28Nb型，輸入電壓為50V AC，相電流為3A，分配方式為五相十拍。該驅(qū)動電源與控制器的接線方式如圖8所示：圖8第五章 驅(qū)動電路設計5.1 驅(qū)動電路的時間常數(shù) 五相十拍工作方式的控制脈沖，每相工作五拍改變一次通電狀態(tài)，為使每一拍都能正常工作，每拍脈沖寬度的2/3時間內(nèi)相電流上升至額定電流的60%，即I=0.6In1.5A。負載回路的時間常數(shù)為i=L/Rm=0.003/0.8=3.7 (ms)因此 i1/fy=0.455 (ms)5.2 電源電路的確定若選用線路簡單的串聯(lián)電阻法改善電流上升沿，其時間常數(shù)為i=L/(Rm+R0)則 R0=(LiRm)/ i其中 i=0.455 (ms)所以 需要串聯(lián)如此一個電阻，在該電阻上損失功率為52.2W，顯然不合理，所以采用低壓電源直接驅(qū)動。5.3 元器件的確定5.3.1確定三極管為了使電路簡單、緊湊，功率放大級的T1和T2選用達林管GO201.當標色綠點時其性能見表5-1UF(V)IR（A）IFM（mA）ICSO（A）UCES（V）U(BR)CEO（V）PCM（mW）CTR（%）tr/t（S）l1.3105011.5307510020020050050050表5-15.3.2 確定R2和R3從T1和T2性能數(shù)據(jù)知UBE2.5V，故UR32.5V，而負載電流=3A，取