小型數(shù)控鉆床旋轉(zhuǎn)平移工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

小型數(shù)控鉆床旋轉(zhuǎn)平移工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)期鬲理工學(xué)吃

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）何強(qiáng)題目：小型數(shù)控鉆床旋轉(zhuǎn)平移工作臺(tái)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)何強(qiáng)別：2020屆院別：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：余曉峰職稱：副教授完成時(shí)刻：2020/4/25摘要在機(jī)械加工行業(yè)中，旋轉(zhuǎn)平移鉆床工作臺(tái)使用量專門大，為了提高加工效率，保證加工精度，必須對(duì)鉆床工作臺(tái)進(jìn)行數(shù)控化改進(jìn)。本文對(duì)傳統(tǒng)鉆床工作臺(tái)存在的不能專門好的在圓周方向上鉆孔問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款立式鉆床旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。本文確定數(shù)控鉆床工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)機(jī)械部分對(duì)圓周方向上旋轉(zhuǎn)，X、y方向上平移做了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。對(duì)操縱系統(tǒng)部分，本文闡述了用單片機(jī)操縱交流伺服電機(jī)以實(shí)現(xiàn)鉆床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)、平移過(guò)程。闡述了整個(gè)系統(tǒng)的操縱原理。本課題所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)，其加工過(guò)程是將所需加工孔的數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備輸入到操縱系統(tǒng)，然后系統(tǒng)依照工件上所需加工孔的坐標(biāo)，是工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到孔的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的全自動(dòng)鉆孔，同時(shí)系統(tǒng)在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示加工數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：傳動(dòng)系統(tǒng)；操縱系統(tǒng)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)AbstractInthemechanicalprocessingindustries,rotarydrillingmachineworkingtableusedinlargequantities,inordertoimprovetheprocessingefficiency,ensuringtheprocessingprecision,totableofthedrillingmachineNCimprovement.Basedontraditionaldrillingmachineworkingtableproblem,designaverticaldrillingmachinerotarytable.Basedonthedomesticandintermationalcurrentsituationanddevelopmenttrendundertookananakysis,indeterminingtheoverallscheme,elaboratedwithSCMcontrolACservomotortoachievedrillingmachineworktablerotation,translationprocess.ThefirstrunningprocessoftheCNCdrillingdesignedbythesubject,istoinputtheprocessingdataabouttheholeintothecontrolsystembytheenteringequipment,thenfindthelocationoflocationoftheholebymovingthetableaccordingtocoordinateofthehole,andtheproceddingdataofthesystemdisplayedinreal-time.Keywords:drivesystem；controlsystem；steppingmotor目錄TOC\o"1-5"\h\z1緒論 5現(xiàn)狀 5進(jìn)展前景 5\o"CurrentDocument"2.1工作原理及總體框圖 6\o"CurrentDocument"2.2流程圖 6\o"CurrentDocument"3旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"3.1旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì) 83.1.1工作臺(tái)箱體設(shè)計(jì) 83.1.2傳動(dòng)比及參數(shù)確定 93.1.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 10軸的設(shè)計(jì) 123.1.5軸承的選擇 143.1.6聯(lián)軸器的選擇 14\o"CurrentDocument"工作臺(tái)X-Y機(jī)械部分設(shè)計(jì) 153.2.1確定工作臺(tái)的尺寸極其重量 153.2.2滾珠絲杠參數(shù)運(yùn)算與選型 163.2.3滾動(dòng)導(dǎo)程參數(shù)運(yùn)算與選型 173.2.4步進(jìn)電機(jī)參數(shù)運(yùn)算與選型 18支撐座參數(shù)設(shè)計(jì) 19聯(lián)軸器的選擇 20工作臺(tái)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21\o"CurrentDocument"4.1操縱系統(tǒng)元器件的選擇 214.1.1單片機(jī)的選擇 214.1.2最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 214.1.31/0接口芯片選擇 224.1.4譯碼器的選擇 234.1.5地址分配 24\o"CurrentDocument"4.2操縱系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 25\o"CurrentDocument"4.2.1主控電路設(shè)計(jì) 25\o"CurrentDocument"I/O接口電路設(shè)計(jì) 25\o"CurrentDocument"4.3輔助電力路的設(shè)計(jì) 26\o"CurrentDocument"4.3.1鍵盤顯示接口電路 26\o"CurrentDocument"4.3.2步進(jìn)電機(jī)操縱電路 27\o"CurrentDocument"4.3.3脈沖分配 28\o"CurrentDocument"4.3.4驅(qū)動(dòng)電路 29\o"CurrentDocument"4.3.5光隔離電路 29\o"CurrentDocument"4.3.6功率放大器和時(shí)鐘電路 30\o"CurrentDocument"4.3.7復(fù)位電路 30\o"CurrentDocument"4.3.8越界報(bào)警電路 31\o"CurrentDocument"4.3.9掉電愛(ài)護(hù)電路 32致謝 33參考文獻(xiàn) 347附錄 36緒論現(xiàn)狀中國(guó)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)展存在專門多問(wèn)題，如在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局上不合理，勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品在生產(chǎn)上占據(jù)了要緊部分；技術(shù)類密集型產(chǎn)品在生產(chǎn)上只占據(jù)了專門少的一部分，同時(shí)與西方發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比有專門大的差距；生產(chǎn)要素至關(guān)重要的阻礙正在逐步削弱。從中國(guó)數(shù)控分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報(bào)告能夠大致了解世界數(shù)控分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展歷程，該報(bào)告有力的說(shuō)明了中國(guó)的數(shù)控分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展現(xiàn)狀也指出了和西方發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家在此方面的差距，同時(shí)提出了“新型數(shù)控分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)”概念，這是之前沒(méi)有顯現(xiàn)過(guò)得，此份研究報(bào)告從“以人為本”、環(huán)境友好、科技創(chuàng)新和面向以后四個(gè)方面闡述了“新型數(shù)控分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)”內(nèi)涵，對(duì)中國(guó)的行政和四大都市圈的數(shù)控分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展進(jìn)行了全賣弄的研究。進(jìn)展前景近幾十年以來(lái)，各個(gè)跨國(guó)公司推動(dòng)的產(chǎn)品全球化進(jìn)展使得國(guó)際分工和國(guó)際貿(mào)易格局發(fā)生額改變，加工貿(mào)易成為全球化產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的要求。有跨國(guó)公司推動(dòng)的加工貿(mào)易的全球化進(jìn)展，因此能夠?yàn)檫M(jìn)展中國(guó)家快速進(jìn)入全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈條提供條件，從而可能讓進(jìn)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)上提供便利途徑。其中分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)用得到了廣泛推廣，各種新型工作臺(tái)不斷被引進(jìn)，同時(shí)我國(guó)也自主研制和開(kāi)發(fā)了一批使用、高效行得分度宣戰(zhàn)工作臺(tái)、本次設(shè)計(jì)的意義是設(shè)計(jì)出一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有用性強(qiáng)、精度系數(shù)比較高的自動(dòng)分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并能滿足生產(chǎn)加工的需求。分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床中的幾個(gè)專門大的部分，研究其設(shè)計(jì)、制造過(guò)程是專門有實(shí)際要的工程應(yīng)用價(jià)值。數(shù)控工作臺(tái)的應(yīng)用專門多，而數(shù)控工作臺(tái)像自動(dòng)分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究必定有著事實(shí)上際的意義。

工作臺(tái)方案的設(shè)計(jì)2.1工作原理及總體框圖工作臺(tái)工作原理采納單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和平移，通過(guò)鍵盤和顯示屏幕發(fā)送指令給單片機(jī)，操縱脈沖分配器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)總體框圖見(jiàn)圖2.1圖2.1工作臺(tái)總體框圖1-步進(jìn)電機(jī)2-燕尾導(dǎo)軌槽3-固定端軸承座4-蝸桿5-旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)6-絲杠流程圖通過(guò)鍵盤輸入信息到操縱系統(tǒng)，單片機(jī)操縱器向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)動(dòng)器發(fā)出操縱信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按要求工作以完成動(dòng)作。圖2.2工作臺(tái)流程圖旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1旋轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì)工作臺(tái)箱體設(shè)計(jì)自動(dòng)分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)箱體起著支撐并包容各種傳動(dòng)零件，如齒輪、軸、蝸桿、渦輪、軸承等零件，使它們能夠正常運(yùn)動(dòng)情形下能夠達(dá)到相關(guān)的運(yùn)動(dòng)精度。箱體還能夠通過(guò)潤(rùn)滑劑來(lái)實(shí)現(xiàn)各種零件的潤(rùn)滑、安全愛(ài)護(hù)和密封作用，既能夠?qū)ｉT好的讓操作員的人一輩子安全得到保證，又能夠使箱體內(nèi)的零件盡可能的少受外界環(huán)境的阻礙，并有一定隔振、隔熱作用。分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，因此尺寸不易過(guò)大，必須能配合機(jī)床的使用。自動(dòng)分度旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)尺寸：長(zhǎng)*寬*高550*500*160

工作臺(tái)右端蓋部分尺寸：長(zhǎng)*寬*高240*50*160蝸桿箱體及鉆臺(tái)如下圖所示：步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)渦輪蝸桿圖2.2蝸桿箱體及鉆臺(tái)如下圖所示：步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)渦輪蝸桿圖2.2旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)箱體圖圖2.2旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)比及參數(shù)確定（1）傳動(dòng)比設(shè)定系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的參數(shù)：工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度最大為20度/秒，工作臺(tái)分度精度0.25.總傳動(dòng)比i為各級(jí)傳動(dòng)比i,i乘積，即12i=i*i （3.1）12在設(shè)計(jì)中分配總傳動(dòng)比是重要問(wèn)題，傳動(dòng)比若分配得不合理，將不能有效的實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也不能使傳動(dòng)零件獲得較低的圓周速度從而阻礙到動(dòng)載荷或?qū)鲃?dòng)精度等級(jí)造成阻礙；然而假如要達(dá)到所有要求相對(duì)比較困難，因此應(yīng)按設(shè)計(jì)要求考慮傳動(dòng)比分配方案，以滿足要求。為了保證工作臺(tái)分度精度，傳動(dòng)比需要專門大，同時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，蝸桿傳動(dòng)比設(shè)定在120，齒輪傳動(dòng)比能夠設(shè)定為3，那么傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為120*30=360.（2）最大旋轉(zhuǎn)速度工作臺(tái)的最大旋轉(zhuǎn)速度為20度/秒；即3 3 =20rad/s（3.2）渦輪 工作臺(tái)n3 。=20/360=l/18r/s渦輪=渦輪/360（3.3）依照系統(tǒng)總傳動(dòng)比為360，可得n=n*360=(1/18)*360=20r/s（3.4）電機(jī)渦輪3)分度精度工作臺(tái)的分度精度是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)地總傳動(dòng)比來(lái)確定，工作臺(tái)分度精度為0.25度，即渦輪最小的轉(zhuǎn)動(dòng)單位為0.25度，系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為360，即可得步進(jìn)電機(jī)的最小分度精度為90度，即步進(jìn)電機(jī)的每次旋轉(zhuǎn)的度數(shù)為90度的倍數(shù)。步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇包括結(jié)構(gòu)、步距角、型號(hào)、功率和轉(zhuǎn)速的選取，并要準(zhǔn)確的查出所需要的尺寸和型號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)操縱器及0步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)候，要想讓工作臺(tái)所需的脈沖當(dāng)量得到保證，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需要的功率這一點(diǎn)是前提條件，這一點(diǎn)必須得到保證。要運(yùn)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩能夠確保電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有能夠有余量。在一樣正常工作中，在矩頻特性曲線范疇內(nèi)是各種頻率下的負(fù)載必須遵循的，如此就保證步矩角和機(jī)械系統(tǒng)匹配。(1)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩運(yùn)算步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，初選不進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角e =3度。b設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T,負(fù)載力為P,依照能量守恒原理，電機(jī)做的功與負(fù)載力做的功關(guān)系如下：T①n=PS (3.5)式中①一電機(jī)轉(zhuǎn)角；S—轉(zhuǎn)動(dòng)部件的相應(yīng)位移；n—機(jī)械傳動(dòng)效率。若?、?e ，則S=5，且P二P+口(G+W),因此bbz25bT=[P+口(G+W)] (3.6)z ebn式中G—轉(zhuǎn)動(dòng)部件負(fù)載，N;W—轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量，N;P—與中立方向一致的作用在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的負(fù)載力，N;Z口一摩擦系數(shù)；

9b一步進(jìn)電機(jī)步矩角，rad;T—電機(jī)軸負(fù)載力矩，N.cm.取口=0.03,n=0.96,P=500N。ZTOC\o"1-5"\h\zW=nR2X30X10-3X7.8X10-2=325N (3.7)G=nR2X70X10-3X7.8X10-2=1075N (3.8)可求得10.99T=(500+42)X■=4963.81N ~5N.m (3.9)不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的慣性阻礙,啟動(dòng)力矩為T=T/(0.3?0.5)=10N.m(取安全系數(shù)0.5) (3.10)m步進(jìn)電機(jī)為三相六拍的電機(jī)3.11)Tm3.11)Tmax=0.866(2)步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速依照工作臺(tái)的最大轉(zhuǎn)速n工作臺(tái)咕r/s與系統(tǒng)總傳動(dòng)比i=360,可得n=20r/s=1200r/min (3.12)電機(jī)因此,不進(jìn)電機(jī)的現(xiàn)在最大轉(zhuǎn)速n三n=1200r/min (3.13)max電機(jī) 電機(jī)步進(jìn)電機(jī)最大頻率依照不進(jìn)電機(jī)的步矩角9=3°與步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速n=20r/s，可得b 電機(jī)f=20X120=2400step/s (3.14)電機(jī)因此步進(jìn)電機(jī)選擇最高的頻率f 三f=2400step/s (3.15)max電機(jī) 電機(jī)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)由于步進(jìn)電機(jī)步矩角9=3°，步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速n ±1200r/min，步進(jìn)電機(jī)最高b max電機(jī)頻率f ±2400step/s，步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩T=11.6N.m,選擇的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)參數(shù)如max電機(jī) max下表3-1所示。

表1步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)要緊技術(shù)參數(shù)外形尺寸/mm重量/(KN)步矩角/(°)保持轉(zhuǎn)矩相數(shù)電壓/V電流/A外徑長(zhǎng)度軸徑130BC310031232731001682210軸的設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中，軸是一種專門重要的機(jī)械零件，傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩要緊依靠于軸和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件一起通過(guò)回轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軸各段有直徑不同，依據(jù)軸線形狀的不同，軸能夠分為曲軸和直軸兩類。軸的強(qiáng)度和剛度決定其工作能力，在快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)取決于其振動(dòng)穩(wěn)固性。載荷的大小、方向、性質(zhì)及其分布狀態(tài)，軸上零件的數(shù)量及安裝位置、定位方法等差不多上軸結(jié)構(gòu)形狀的阻礙因素蝸桿軸的設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確定軸的外形和結(jié)構(gòu)尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)要滿足節(jié)約材料、易于定位減少應(yīng)力集中、和便于加工等條件。本次設(shè)計(jì)的軸用于傳遞扭矩，通過(guò)齒輪副到蝸輪蝸桿，不需要承擔(dān)外距，因此用到的為傳動(dòng)軸。從經(jīng)濟(jì)有用方面考慮，碳素鋼使用廣泛，同時(shí)對(duì)應(yīng)力集中的敏銳性較小，45碳素鋼是廣泛被應(yīng)用同時(shí)比較經(jīng)濟(jì)的類型；故軸設(shè)計(jì)選用的材料為通過(guò)正火處理的45鋼。

圖3.1軸的受力圖2）蝸桿軸的運(yùn)算蝸桿上的承擔(dān)力：軸向力F=F=2T/d=2X5X360X103/420=8572.4N(a1t2223.16)徑向力F二Ftanat二3120.1N (r1t23.17)圓周力F=FtanY=714.3Nt1t2(3.18)大齒輪上軸受力：圓周力F=2T/d=333.3N (t2 2 23.19)徑向力F=Fttanat=121.3Nr22(3.20)依照結(jié)構(gòu)上的考慮及軸上零件的布置給出支撐間跨距l(xiāng)=181mm,蝸桿中央在面至左支承的距離l=110mm,大齒輪中央截面距離右支撐的距離l=90mm,如上圖3.112由圖可知，F(xiàn)產(chǎn)生的力矩為：a1M=Fa.d/2=150017N.mm （3.21）x11依照給定條件作軸在xoy平面的受力圖，分別對(duì)支撐點(diǎn)1及2取矩可求得xoy平面的支反力F=[F（l-l-l）+Fl+M]/l=1576.4N （3.22）R1r1= 1 2r22x1F=[Fl+Fl+M]/l=1765.3N （3.23）R2r11r2x1M=F=173404N.mm （3.24）R1R1MM=Fl=158877N.mm （3.25）R2R22M=M-M=23387N.mm （3.26）Xr1X1能夠求得d^26因此蝸桿軸最小直徑d=30mm=d=25mm蝸桿圖如下：1圖3.2蝸桿軸承的選擇依靠要緊元件的滾動(dòng)接觸支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件滾動(dòng)軸承在機(jī)械設(shè)計(jì)中是一種重要的應(yīng)用部件之一。滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。在此選型后要考慮驗(yàn)算軸承的承載能力以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問(wèn)題。（1）軸承的類型本次設(shè)計(jì)中要采納的是滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用廣泛，安裝、修理方便，同時(shí)價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較廉價(jià)。外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架是滾動(dòng)軸承要緊組成部分，內(nèi)圈分別與軸頸及軸承座孔裝配在一起。本次設(shè)計(jì)中齒輪傳動(dòng)采納的是直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，無(wú)軸向力存在，因此軸承選用要緊考慮的是蝸桿傳動(dòng)?？紤]到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速專門高，同時(shí)是不間斷工作，穩(wěn)固也高。故采納油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采納粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。聯(lián)軸器的選擇我們將用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件稱之為聯(lián)軸器。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中要求聯(lián)軸器有緩沖、減震和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。選擇聯(lián)軸器時(shí)，應(yīng)依照工作要求選定合適的類型，依照軸的直徑運(yùn)算轉(zhuǎn)速和扭矩，再?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)中查出使用的型號(hào)，最后對(duì)某些關(guān)鍵零件做必要的驗(yàn)算。（1）聯(lián)軸器的類型聯(lián)軸器總類繁多，一樣有固定式聯(lián)軸器和可移式聯(lián)軸器，這是依照在小齒輪所在的軸與練級(jí)的聯(lián)接按照被鏈接的兩周的相對(duì)位置和位置的變動(dòng)情形來(lái)劃分的，考慮到兩軸能嚴(yán)格對(duì)中并在工作中不發(fā)生相對(duì)位移，聯(lián)軸器可選用剛性聯(lián)軸器中的有凸緣聯(lián)軸器。（2）聯(lián)軸器的尺寸聯(lián)軸器的類型為有對(duì)中環(huán)凸緣聯(lián)軸器GYH。依照電機(jī)轉(zhuǎn)速n =1200r/min,電機(jī)的最電機(jī)大轉(zhuǎn)矩T=11.6N.m,而小齒輪所在的軸d=22mm,電機(jī)軸徑d=22mm,依照凸緣聯(lián)軸器參max 電機(jī)數(shù)表選得對(duì)中環(huán)凸緣聯(lián)軸器型號(hào)為GYH252X38/22X22。

工作臺(tái)X-Y機(jī)械部分設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，選擇步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)動(dòng)部件慣性的運(yùn)算傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、運(yùn)算與選擇等。依照設(shè)計(jì)要求初選旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)尺寸為550X500X160,。考慮到加工時(shí)工作臺(tái)受到?jīng)_擊和振動(dòng)，因此選工作臺(tái)材料是密度為7.2X103kg/m3的灰鑄鐵HT150，(取g=10N/kg)。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的質(zhì)量：m=0.55X0.5X0.16X7.2X103=316kg (3.27)1X向拖板與Y向拖板所謂材料為HT150,尺寸為：長(zhǎng)X寬X高=500mmX500mmX80mm, (3.28)

上、下拖板總質(zhì)量為：m=2X0.5X0.5X0.08X7.2X103=288kg (3.29)2初步取導(dǎo)軌座尺寸為：長(zhǎng)X寬X高=800mmX500mmX120mm (3.30)則其質(zhì)量為：m=0.8X0.5X0.12X7.2X103=345kg (3.31)3旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)右端蓋質(zhì)量：m=0.24X0.05X0.16X7.2X103=13.8kg (3.32)4工作臺(tái)總質(zhì)量為：m=m+m+m+m=963kg (3.33)1234考慮到夾具、電動(dòng)機(jī)等其他因素，取m=1000kg。附圖如下:總初選絲杠材質(zhì)：CrMnTi鋼，HRC56?62，導(dǎo)程：p=5mm(1)求出螺旋傳動(dòng)的運(yùn)算載荷FcF=FKKFCEHLm其中，K—為載荷系數(shù)，取1.5；EK—為硬度系數(shù)，取1.0；HK—為精度系數(shù)，取1.0；LF—為絲杠工作時(shí)的軸向壓力，F(xiàn)二口mg=40N。m m總3.34)F=1.5—1.0X1.0X40=60N；3.34)C(2)確定動(dòng)載荷及壽命運(yùn)算初步確定滾珠絲杠的規(guī)格型號(hào)，選擇的滾珠絲杠桿副的額定動(dòng)載荷C必須大于其運(yùn)a算值：C>CZ=36QnmLhFc (3.35)aa1.67x10其中：C—額定動(dòng)載荷(N)；n—螺桿的平均轉(zhuǎn)速，取100r/minamL—運(yùn)轉(zhuǎn)壽命(h);F—螺旋傳動(dòng)的運(yùn)算載荷(N)。h假設(shè)滾動(dòng)絲杠能工作6年，每年365天，每天工作8小時(shí)，則L=6X365X8=17520h (3.36)h代入數(shù)據(jù)得：C'=1123Na查滾珠絲杠型號(hào)表可知：選SFU2005-4，其公稱直徑為25mm，導(dǎo)程為5mm，動(dòng)載荷分別問(wèn)1130N和2380N。滾動(dòng)導(dǎo)程參數(shù)運(yùn)算與選型運(yùn)算導(dǎo)軌的工作壽命T,要求壽命不低于5年；h設(shè)一天工作8小時(shí)，一年365天，工作6年，則T=6X365X8=17520h (3.37)h運(yùn)算導(dǎo)軌行程長(zhǎng)度壽命T=2TLn/1000shs其中，L二單程行程(取0.5m),n為每分鐘往復(fù)次數(shù)(取6次/分鐘)sT=2X17520X0.5X6X60/1000=6307km (3.38)s運(yùn)算導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷C(N)n因鉆床的切削力F大致是工作臺(tái)重的1-1.2倍，因此鉆F=1.2mg=1.2X316X10=3792N (3.39)鉆1設(shè)每根導(dǎo)軌上游2塊滑塊，每個(gè)滑座承擔(dān)的工作載荷為F,則F="總&+尸鉆=3356N (3.40)4可由此求得：[Ca>T=6.25(F丿nCa=33560N~33.6KN (3.41)S依照額定動(dòng)載荷C確定滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號(hào)及結(jié)構(gòu)尺寸a

依照C>C‘原則，查型號(hào)表可選導(dǎo)軌型號(hào)為L(zhǎng)G20KL.aa步進(jìn)電機(jī)參數(shù)運(yùn)算與選型由機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量6及步矩角a：a=3606入/p。脈沖當(dāng)量6是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的定位精度，由于定位精度為土0.02mm,因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm，則步矩角為：a=3606入/p=0.72 (3.42)(1)因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm，則步矩角為：a=3606入/p=0.72 (3.42)(1)電機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的運(yùn)算J~J+J+J (3.43)總12轉(zhuǎn)①絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=nPd41(kgm2) (3.44)1 32其中，P為絲杠密度取7.8X103m3,，d為絲杠的等效直徑(m)，l為絲杠長(zhǎng)度(m)。d=16X103mml=0.6m (3.45)可得：J=nPd41=0.30X10-4(kgm2) (3.46)3.47)工作臺(tái)、工件、夾具、支撐坐等折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：PJ=( )2mX10-6=2.22X10-4(kgm?)22n 總其中，m為總質(zhì)量(kg)，p為絲杠導(dǎo)程(mm)總電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小得場(chǎng)合，可忽略不計(jì)。3.48)因此，J=J+J=2.52X10-4(kgm2)3.48)總=1 2(2)電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩的運(yùn)算空載啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩：2n九VmaxT=J■j總PAt其中，At為電機(jī)加速時(shí)刻(s)p為絲杠導(dǎo)程(m),Vmax為工作臺(tái)快進(jìn)速度(m/s),入為傳動(dòng)比△t=0.1s，p=0.05m ，Vmax=3.6m/s入=1貝V，TJ2nLVmax=0.19(Nm) (3.50)j=總pAt3.49)電機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩(工作臺(tái)及工件重量引起)

3.49)3.51)T口二」F3.51)2nn九mn為伺服傳動(dòng)鏈的總效率，可取0.8，則T口=0.014(Nm) (3.52)因絲杠副預(yù)緊力引起的電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩設(shè)預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，則T=PFm(1-n2) (3.53)02nn九3 0n為滾珠絲杠螺母副未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率(取0.9),則0T=8.82X10-4(Nm) (3.54)0空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸上的最大靜轉(zhuǎn)矩：T=T+Tu+T=0.19+0.014+8.824X10-4=0.20(Nm)qj0所選取的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩T需滿足T>0.23 (3.55)ss步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)，必須同時(shí)滿足轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及靜轉(zhuǎn)矩的要求，即應(yīng)進(jìn)行慣量匹配驗(yàn)算1V如<1J為鎖選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量) (3.56)1V2.524 4V1(3.57)(3.58)3.59)(3.60)1V2.524 4V1(3.57)(3.58)3.59)(3.60)最大靜轉(zhuǎn)矩：T=0.23V3.0Nmq步進(jìn)電機(jī)的最大運(yùn)行頻率f>f'=VmaX60Sf=6000HZ=6KHZV20KHZ因此，所選的型號(hào)為90BYG5520的步進(jìn)電機(jī)合適。支撐座參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)滾珠絲杠的支撐的安裝采納固定-支撐式的一端裝深溝球軸承。依照滾珠絲杠的公稱直徑為16mm,因此我選擇固定端的軸承內(nèi)徑為12mm，支持端的軸承內(nèi)徑為12mm。考慮到防塵問(wèn)題，因此選用兩面帶防塵蓋型的軸承。因此,固定端支撐座與軸承裝配的尺寸為32mm，支撐端支撐座與軸承的搭配尺寸為32mm。固定端軸承座外形如下圖4.1：

圖3.6固定端軸承聯(lián)軸器的選擇因?yàn)槊坊?lián)軸器具有高扭轉(zhuǎn)剛性和杰出靈敏度，可吸取偏角、偏心、軸向偏差和振依照步進(jìn)電機(jī)的主軸直徑為14mm,滾珠絲杠前端直徑為10mm,聯(lián)軸器可選的型號(hào)為:G6-60T,其外徑為30mm，兩端孔徑分別為14mm,10mm。工作臺(tái)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1操縱系統(tǒng)元器件的選擇單片機(jī)的選擇AT89S52U1二1V1XCN1VLX一怒AT89S52U1二1V1XCN1VLX一怒NILUlcodLLII7V<LULov/nCNov/zo-d寸CTV?寸o-dgowgodcoWJZdCD<二Zd01s二表"dBLW-z-d■wgz-dSL<EdQx§dxtLd-di&Ed匚IWPEdoltl寸"d慘g.EdOOr--in寸CNCOc-cosi(Jj00r-g匸-LC寸r-j弋—■o匸-■30CMgC-JLDCNCMco0COLQCOg070圖4.1 AT89S52單片機(jī)本設(shè)計(jì)選用AT89S51單片機(jī)。51單片機(jī)的哈弗結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器跟程序儲(chǔ)備器分開(kāi)，大大減少了成本，特有的帶有位處理功能的八位微處理器。內(nèi)部有8KBR0M儲(chǔ)備器，內(nèi)部ROM足夠不用外擴(kuò)程序儲(chǔ)備器，而且RAM有256B（專門功能寄存器除外）可用不用外擴(kuò)數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器，4組帶所存的端口共32個(gè)I/O口，三個(gè)定時(shí)器中斷，可用于定時(shí)顯示刷新等。兩個(gè)外部中斷可用于限位開(kāi)關(guān)報(bào)警，還有串行口中斷，擁有豐富的指令系統(tǒng)，而且價(jià)格廉價(jià)，十分經(jīng)濟(jì)。4.1.2最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

—Al1—Al1R*1c1X1U1^^1TII1I19>XTAL11Lf<TEXT>130pFR：2<TEXT>ioX1201wTn12MHz18XTAL2匚1tfTu1U2r1IIrRST—3II1?1SQdF9vTEXTauF圖3.2最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)正常工作的基礎(chǔ)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括晶振電路跟復(fù)位電路，晶振電路是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率供單片機(jī)正常工作，晶振電路外接一個(gè)12MHz的晶振，復(fù)位電路則是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，在不改變內(nèi)存值的情形下進(jìn)行程序指針的復(fù)位，復(fù)位電路采取兩上電復(fù)位跟手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位：當(dāng)給單片上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，完成單片機(jī)初始化工作，是單片機(jī)正常運(yùn)行的必備預(yù)備工作，手都復(fù)位：能夠在任何時(shí)候按下對(duì)單片機(jī)復(fù)位，單片機(jī)內(nèi)存值可不能改變。4.1.3I/O接口芯片選擇本次設(shè)計(jì)所需功能考慮，選用是intle8279可編程I/O接口芯片。8279可用作單片機(jī)的可編程通用鍵盤和顯示器接口，能夠?yàn)?4鍵額接觸式按鍵陣列提供掃描接口，也能夠用刀諸如霍爾效應(yīng)或鐵氧體變形體的傳感器陣列或一個(gè)選通的接口鍵盤。鍵的按鍵能夠使而鍵閉鎖也能夠是N鍵巡回，能夠自動(dòng)取消按鍵抖動(dòng)，按鍵輸入編碼被選通送入8字符的FIFO先進(jìn)先出緩沖器中。若送入的字符余外8個(gè)，將越限制標(biāo)志置“1”，按鍵輸入時(shí)刻CPU發(fā)出中斷信號(hào)。顯示部分能為發(fā)光二極管，白熾燈，七段顯示器，液晶顯示器等提供掃描顯示接口。Intle8279芯片引腳如下圖

RL2RL3CLKRL2RL3CLKIRQRL4RL5RL6RL7RESERDWRDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7Vss—140—239—338——437—536——635—734—833—9827932—1031——1130—1229—1328——1427—1526——1625—1724—1823—1922——2021VccRL1RL0CNTLSHIFSL3SL2SL1SL0OUTB.lOUTB1OUTB2OUTB3OUTA0OUTA1OUTA2OUTA3BDCSAO圖4.3Intel8279芯片引腳4.1.4譯碼器的選擇組合邏輯電路的一個(gè)總要的器件譯碼器能夠分為：變量譯碼和顯示譯碼。本次操縱電路用到的譯碼器有兩處，一處為AT89C55單片機(jī)與外擴(kuò)RAM6264之間的譯碼器，還有一處為Intel8279I/0操縱芯片和鍵盤顯示器之間的譯碼器。譯碼器型號(hào)先用為74LS138譯碼器。其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（E3）為高電平，另兩個(gè)宣統(tǒng)段（E1）和（E2）為低電平常，可將地址端（AO、Al、A2）的二進(jìn)制碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。74LS138譯碼器引腳如下圖

AOAlA2AOAlA2ElE2E3Y7GNDVCCYOY1Y2Y3Y4Y5Y6圖4.474LS138譯碼器引腳4.1.5地址分配圖4.5程序儲(chǔ)備器選擇電路51單片機(jī)采納的結(jié)構(gòu)是哈弗結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器跟程序儲(chǔ)備器分開(kāi)，數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器是通過(guò)指令的區(qū)別來(lái)選擇的因此不需要在硬件結(jié)構(gòu)中做任何處理，由于程序儲(chǔ)備器選擇內(nèi)部?jī)?chǔ)備器，因此EA引腳必須接高電平。4.2操縱系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)主控電路設(shè)計(jì)本次主控電路元件有單片機(jī)AT89C55,地址鎖存器74LS373,譯碼器74LS373和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備器6264組成。單片機(jī)主控電路揭發(fā)如下圖，圖4.6單片機(jī)主操縱電路圖其中,AT89C55的P0.0-P0.7和74LS373的D0-D7還有6264的Q0-Q7相連,P2.5-P2.7接74LS373的ABC，P1.0-P1.4分別和2個(gè)脈沖分配器的EO,WR相連，周期輸出信號(hào)ALE與74LS373的GND相連,WR,RD分別和6264的WE,DE相連；74LS373的Q0-Q7與6264的A0-A7相連,Y2與CS16264相連；時(shí)鐘電路與AT89C55的XTAL1、XTAL2相連。I/O接口電路設(shè)計(jì)I/O接口擴(kuò)展電路由AT89C55單片機(jī)，Inrel8579I/0接口芯片，74LS138譯碼器，75451位驅(qū)動(dòng)，鍵盤和6位8段LED元器件組成。I/O接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)接法如下圖：

P0.0-p0.7??D0-D7 、P2.6CSRL0-RL7P2.7A0ALECLKWRWR SL0-SL2RDRDRESETRESETINT1IRQP0.0-p0.7??D0-D7 、P2.6CSRL0-RL7P2.7A0ALECLKWRWR SL0-SL2RDRDRESETRESETINT1IRQOUTA0-OUTA3OUTBO-OUTB38279AT89C55VccLS13875451X4器^5.1Kx216行列式鍵盤位驅(qū)動(dòng)6位8段LED顯示器Vcc5.1Kx8圖4.7I/O接口擴(kuò)展電路圖其中，AT89C55的P0.1-P0.7接8279的D0-D7,8279的CS接P2.6，8279的時(shí)鐘端CLK連接到周期輸出信號(hào)ALE,INTL接8279的中端要求線IRQ,WR,RD分別和8279的WR,RD相連，P2.7與8279的A0相連。8279外接28鍵盤和6位8段LED，8279的回程輸入線接鍵盤列線選用外部譯碼方式,掃描線SL0-SL2為3位計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)，由74LS138譯碼器譯出8位選擇線Y0-Y7,接上4個(gè)75451位驅(qū)動(dòng)，再接上鍵盤的行線，和LED的公共極°0UTB0-0UTB3,0UTA0-0UTA3相當(dāng)于8段數(shù)據(jù)輸出口。4.3輔助電力路的設(shè)計(jì)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)除了各種要緊功能芯片外，還必須包括一些必要的輔助電路。這輔助電路包括：鍵盤顯示電路，步進(jìn)電機(jī)操縱電路，復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電愛(ài)護(hù)電路等。下列介紹各輔助電路：4.3.1鍵盤顯示接口電路常用的顯示器有：LED顯示器，LCD顯示器和CRT顯示器三種?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本此

設(shè)計(jì)采納LCD1602顯示器，如下圖:圖4.8鍵盤顯示接口電路步進(jìn)電機(jī)操縱電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)由脈沖信號(hào)源，脈沖分配器，功率放大器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成。其輪廓如下圖:圖5.8步進(jìn)電機(jī)操縱電路總圖脈沖分配將操縱脈沖按規(guī)定通電方式分配到各相是脈沖分配器要緊功能，該分配操縱數(shù)據(jù)表如下圖：表1四相八拍脈沖分配操縱數(shù)據(jù)表節(jié)拍序號(hào)Y向電動(dòng)機(jī)X向電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向電動(dòng)機(jī)通電相操縱數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)方向P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P0.3P0.2P0.1P0.0DCBADCBADCBA1111011101110AEEH正反向2110011001100ABCCH3110111011101BDDH4100110011001BC99H5101110111011CBBH6001100110010CD33H7001100110010D77H8011001100110DA66H驅(qū)動(dòng)電路由微機(jī)依照操縱要求發(fā)出的脈沖，并依次將脈沖分配給各相繞組，其功率較小，電壓幅度一樣低于5v,電流為mA級(jí)，必須通過(guò)驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)電流放大到若干安培，才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本設(shè)計(jì)選用的是高低壓驅(qū)動(dòng)電路，其電路圖如下：U7■：：：H_2+I2V+1ZV川DDUKII.IEDJNTROLULMZO1.<TS-T：-S/MC--"c-r--$ENB1SENS!VREFCSCENABLERESE驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本設(shè)計(jì)選用的是高低壓驅(qū)動(dòng)電路，其電路圖如下：U7■：：：H_2+I2V+1ZV川DDUKII.IEDJNTROLULMZO1.<TS-T：-S/MC--"c-r--$ENB1SENS!VREFCSCENABLERESETrt^LFifijLLcuock圖4.8驅(qū)動(dòng)電路0T?□91256311u1J■EUGIN1 "UCC 詬IN2aunIN3INiOUF2EHAERD□unmENSi%OUT*SEfSS GND11IQ其中，無(wú)脈沖時(shí)，T1,T2和T3,T4均截止，電機(jī)繞組La中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。有脈沖時(shí)，T1，T2，T4飽和導(dǎo)通，在T2由截止到飽和期間，其集電極電流急速增加，在變壓器次級(jí)感生一個(gè)電壓，使T3導(dǎo)通，80V高壓經(jīng)高壓管T3加入La上，使電流速度上升，T2進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)，TP初級(jí)電流臨時(shí)恒定，次級(jí)的感應(yīng)電壓降到0，T3截止，12V低壓電流經(jīng)D2加到繞組La上，堅(jiān)持La中的電流為恒定值，輸入脈沖終止后，T1,T2，T3,T4又均截止，儲(chǔ)備在La中的能量通過(guò)18Q的電阻和二極管泄放。光隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后，操縱