XY工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

專(zhuān)業(yè)課課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 序…………摘……………5 6 6 6 7型和計(jì) 5、導(dǎo)軌的選型和計(jì)算…………………………14 8……24…………………24獻(xiàn)……………………25據(jù)資料介紹，我國(guó)擁有400多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床，絕大部分都是多年累積生產(chǎn)的普通機(jī)床。這些機(jī)床自動(dòng)化程度不高，加工精度低，要想在短時(shí)期內(nèi)用自動(dòng)化程度高的設(shè)備大量更新，替代現(xiàn)有的機(jī)床，無(wú)論從資金還是從我國(guó)機(jī)床制造廠的生產(chǎn)能力都是不可行的。但盡快將我國(guó)現(xiàn)有的部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化造迫切要求解決機(jī)床的基本動(dòng)作原理變化不大，但社會(huì)生產(chǎn)能提高加工的精度，現(xiàn)已有一些企業(yè)在這方造后的機(jī)床既滿(mǎn)足了技術(shù)進(jìn)步和較高生產(chǎn)率面加工范圍增多也使改造后的設(shè)備適應(yīng)能力床上進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造的必要性和迫切性。的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3到1/5，一般用戶(hù)現(xiàn)機(jī)電一體化；2)經(jīng)濟(jì)性可觀。為此在舊的機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控改造可以提高機(jī)床本課程設(shè)計(jì)是對(duì)銑床進(jìn)行改造，目的在于培養(yǎng)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，重點(diǎn)是對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及將來(lái)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計(jì)由序言、設(shè)計(jì)要求、總體方案、進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)元件的選擇與確定和主程序框圖、數(shù)控化電路原理組成。由于本人經(jīng)驗(yàn)不足，以及對(duì)知識(shí)掌握程度的限制，設(shè)計(jì)過(guò)程還存在某方面的錯(cuò)漏，敬請(qǐng)老師提出寶貴意見(jiàn)。設(shè)計(jì)目的培型課題數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定為主線，通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，計(jì)算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生具有初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一。通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以初步樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的實(shí)際能力，并在教師的指導(dǎo)下，系統(tǒng)地運(yùn)用課程和選修課程的知識(shí)，獨(dú)立完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。行機(jī)構(gòu)(或裝置)的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)I/O接口設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)控化電氣原說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容應(yīng)包括：課程設(shè)計(jì)題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說(shuō)明、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣及其他部分(如環(huán)形分配器等)的說(shuō)明。2.選用驅(qū)動(dòng)控制電路，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單3.精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要是考慮數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)問(wèn)題：要弄清機(jī)構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行元件的主要功能(傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運(yùn)轉(zhuǎn)等)，進(jìn)行力矩、負(fù)載功率、慣性(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、加 (減)速控制和誤差計(jì)算。4.學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料?？傮w方案設(shè)計(jì)一般來(lái)講，普通銑床的數(shù)控改造主要有兩部分，一是設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易微機(jī)數(shù)去，改用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一級(jí)減速裝置使銑頭上下運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)只對(duì)XY步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量可選為0.01mm/脈沖，步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)3種控制方式。開(kāi)環(huán)控制有頻測(cè)電喜伺態(tài)環(huán)1)盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。2)盡量消除傳動(dòng)間隙。如步進(jìn)電機(jī)上的傳動(dòng)齒輪采用偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。3)縮短傳動(dòng)鏈?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹蓜?dòng)作臺(tái)傳動(dòng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副和滾動(dòng)導(dǎo)軌。．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇部分所組成。在簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)中，大多采用8位微處理S對(duì)柄，在原工作臺(tái)上安裝一套微機(jī)數(shù)控的X-Y工作臺(tái)。由于X-Y工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和切削力不大，因此選用有預(yù)加載荷的滾珠導(dǎo)軌。采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減小兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面到分辨率0.01mm要求，需采用齒輪降速傳為：采用MCS-51單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大移動(dòng)m范圍(mm)x=200,y=1503m/min機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算值。本次設(shè)計(jì)確定脈沖當(dāng)量為步.運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼.根據(jù)af———每齒進(jìn)給量(mm/齒)，即銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒間角時(shí)，工件與銑刀的相對(duì)移動(dòng)量，查得af=0.10mm/齒(技術(shù)指導(dǎo))p。p(1)計(jì)算進(jìn)給牽引力F(N)mG———移動(dòng)部件的重力(N)：G=600NFc/FZ=，F(xiàn)v/FZ=，F(xiàn)==493NLF==438NcF==219Nv3L3LmF=×493＋×(438＋219＋600)=548Nm(2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C3LC=fmFmn=L0fm－運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fm=~;這里取fm=。Fm----滾珠絲杠工作載荷(N)a---每齒進(jìn)給量(mm/齒)af=0.06mm/齒vm/min0mn=n====%ZZ2J2JpLJmZ1J1圖4-20縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖G[1]絲杠的拉伸或壓縮變形量611EAFm—絲杠的工作載荷(N)；LmmL500mmA—滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積(mm2)。A×d2/4=×4=224.3mm21[2]滾珠與螺紋滾道間接觸變形62Fm62′=×3DFZ2(mm)=0.0014mmDw－為滾珠直徑(Dw－為滾珠直徑(mm),D=3mm；－為滾珠總數(shù)量：＝Z×圈數(shù)×列數(shù)dZ－為一圈的滾珠數(shù)，外循環(huán)Z=m=×20/3=21；Dwdm--為滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑(mm),dm=20mmF—為預(yù)緊力，此處單位為kgf，為軸向工作載荷的1/3時(shí)，F(xiàn)=FL/3=493/3=164N=FmDFZ(mm)6=1/26′=0.0014mm2絲杠的總變形量6=6+6應(yīng)小于允許的變形量。一般6不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給26=6+6=+=2mm0.0125mm定位精度的一半)。2后，應(yīng)驗(yàn)算絲杠在承受最大軸向載荷時(shí)是否常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過(guò)F=ZkF=ZkL2L－絲杠最大工作長(zhǎng)度(mm)；L=500mmKzF=f2EI/L2=2×××104×5002=×104Kz向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型QLb6,滿(mǎn)足要求.i360pMmcm動(dòng)慣量為:三、步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)的計(jì)算MMkq=Mka+Mkf+M0NcmkfM(1)加速度力矩kat--運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快速所需的時(shí)間,t=vmax---運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度(mm/min),vmax=3m/min=3000mm/minaxrmin故：nmax=3000×(360×)=750r/min(2)空載摩擦力矩MkfG----運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)，G=600NooMkf=Gf,’L0/2∏ηi=600××／(2×××1)=N·cmη--絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取n≥，這里取n=；ooq運(yùn)動(dòng)部件正常工作(數(shù)控機(jī)床為工作臺(tái)開(kāi)始工進(jìn))時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)為帶fqkakf0f’Mfqkakf0f’F＇=(FL2＋FV2＋FC2)1/2=Mf’---合力F’折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩故:Mf’=×(2×××1)=N·cm機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)力動(dòng)直線導(dǎo)軌副,其額定載荷Coa為，Ca為，參數(shù)如下：?jiǎn)挝哗L式中:L為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命(km)本設(shè)計(jì)L定為50km；aaF為每個(gè)滑塊上的工作載荷(N)F本設(shè)計(jì)設(shè)定為588N；f為硬度系數(shù)，導(dǎo)軌面的硬度為58-64HRC時(shí)f=；HHf不超過(guò)100°C時(shí)，f=1；TTf為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí)f=；CCWWf=2。WawHTCa滾動(dòng)導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)損導(dǎo)6啟動(dòng)矩頻特性校核前面提出的MM=入M，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是kamqjmaxffmaxtb0t動(dòng)中，步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始逐漸升速，(如圖1所示)在零時(shí)刻 (t1=0)，啟動(dòng)頻率fq=0。在一段時(shí)間Δt1內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動(dòng)很大，一般不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，但是降低了工作效率。升速時(shí)間Δt1過(guò)短，則aa557BYG4504步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性曲線000列1列24000000.961.02轉(zhuǎn)矩(N.m)00210040.160.28000.56的允許啟動(dòng)頻率fyq=11000Hz>fq=1200Hz,步進(jìn)電機(jī)會(huì)不丟步。(2)電機(jī)快速進(jìn)給矩頻特性較核f=maxmax606pf=max==5000Hzmax606600.01p,快進(jìn)時(shí)已經(jīng)不存在加速力矩項(xiàng)M并且一般處于空載狀態(tài)，故快速進(jìn)給力矩,M=M+Mkfkfo(N·cm)。kfo所以：MJK=M+M=(Nkfo由圖2可知道快進(jìn)力矩對(duì)應(yīng)允許快進(jìn)頻率F近似為20000Hz，F(xiàn)〈FYKmzxYK，所以電機(jī)不會(huì)丟步。(3)、工進(jìn)運(yùn)行距頻特性校核工進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率f：f=GGJ606pGf=G=pM=M+M+MGJ0Mft(式2-39)M摩擦力矩，M——摩擦力矩fM——折算到電機(jī)軸上的工作負(fù)載力矩tM=(N.cm)M=FLi0(N.M=FLt0=4930.4=36.893N.cmGJ0t(4)步進(jìn)電機(jī)的安裝尺寸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)控制系統(tǒng)硬件的基本組成第二節(jié)步進(jìn)電機(jī)控制電路輯，指令分析機(jī)構(gòu)，以及系E可4指令分析執(zhí)行：微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)輸入的指令進(jìn)行分析，并根據(jù)分析的結(jié)果執(zhí)5診斷程序：診斷程序用于檢測(cè)系統(tǒng)硬軟件功能的正確性，找出系統(tǒng)故障的位電系統(tǒng)控制軟件的機(jī)構(gòu)一般機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的軟件結(jié)構(gòu)有：子程序，主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)點(diǎn)停止插補(bǔ)，不當(dāng)Xe＞YE逐點(diǎn)比較法框圖X方向進(jìn)給Y方向進(jìn)給YEFMXEX=X+1Y=Y+1XYYXFMEED7