二維平臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

目 錄\l“_TOC_250017“第一章二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)總體方案設(shè)計(jì) 1\l“_TOC_250016“其次章二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計(jì)計(jì)算 3\l“_TOC_250015“確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 3\l“_TOC_250014“確定系統(tǒng)切削力 3\l“_TOC_250013“滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 3\l“_TOC_250012“滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 11\l“_TOC_250011“計(jì)算減速比i 13\l“_TOC_250010“步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 13\l“_TOC_250009“第三章微機(jī)數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì) 20\l“_TOC_250008“MCS—51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 21\l“_TOC_250007“MCS—51系列指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介 21\l“_TOC_250006“定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 21\l“_TOC_250005“中斷系統(tǒng) 23\l“_TOC_250004“存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 23\l“_TOC_250003“程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 23\l“_TOC_250002“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 24\l“_TOC_250001“譯碼電路設(shè)計(jì) 24I/O接口電路及關(guān)心電路設(shè)計(jì) 268155通用可編程接口芯片 268255通用可編程接口芯片 28鍵盤顯示接口電路 30電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 31關(guān)心電路 31\l“_TOC_250000“參考文獻(xiàn) 33內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書10系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇0.001mm,定位一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)展驅(qū)動(dòng)，以降低本錢，提高性價(jià)比。機(jī)械傳動(dòng)方式電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.01mm的脈沖當(dāng)量和0.10mm到達(dá)。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消退傳動(dòng)間隙，承受有預(yù)加負(fù)荷的構(gòu)造。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)8MCS—51好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾力量強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，打算承受MCS80C31、8086、DSPDSPARM理器技術(shù)。序和掌握命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器承受數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。數(shù)控機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)，X.Y1.1光光電耦合功率放大X 電動(dòng)機(jī)微環(huán)形分配器X工作臺(tái)執(zhí)行元件機(jī)環(huán)形分配器光電耦合功率放大Y 電動(dòng)機(jī)Y工作臺(tái)執(zhí)行元件1.1X.Y設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用，繪制機(jī)械局部裝配圖等。現(xiàn)分述如下：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量機(jī)床加工精度的一個(gè)根本技術(shù)參數(shù)。依據(jù)設(shè)計(jì)要求，二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)承受的脈沖當(dāng)量0.01mm/step。確定系統(tǒng)切削力1000N。滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。橫向進(jìn)給絲杠1、計(jì)算進(jìn)給牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量公式為：F KFm x

f”(FZ

G)式中FX

、F 、---切削分力〔N；ZG ---移動(dòng)部件上的重量〔N；M ---主軸上的扭距〔N·cm；f” ---導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同；K ---考慮顛復(fù)力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)；綜合導(dǎo)軌的K1.15 ,f”0.0025~0.005，取f”0.003，式中FX

600N，F(xiàn) 800N，G1000NZ代入計(jì)算得 Fm

695.4N2、計(jì)算最大動(dòng)載荷C選用滾珠絲杠副的直徑d1000點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠 絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C，用下式計(jì)算選擇：FC mFff

fw f ft h a k60nTL 1061000vn sL0式中 L---壽命，以106轉(zhuǎn)為一單位f100f=1t tff=1h hff=1a af95%，fk

=0.62f ---為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)；有一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) fw

=1.2-1.5nr/min，用下式計(jì)算v---為最大切削力條件下的進(jìn)給速度m/min，sLmm；0Th，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取T15000h；初選導(dǎo)程L0

=5mm，由任務(wù)書可知最大切削力下的速度 v0.6m/min，則v 0.6m/min,代入公式可計(jì)算得sv1000vn sL0

=10000.6=120r/min5L60nT60100015000108106 106FC mFff

fw L1/331081.5695.44967Nf ft h a k3、滾珠絲杠螺母副的選型SCI系列〔kgf〕2-1絲杠螺母副規(guī)格C6700N，滿足前面進(jìn)給方向的要求。。4、傳動(dòng)效率計(jì)算將公稱直徑d 20mm，導(dǎo)程L4mm，代入arctan[L/(d)]0 0滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率：tgtg式中 ---絲杠螺旋升角；f0.003~0.004，其摩擦角約等于10”。由選用的WL2506的滾珠絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)可知絲杠螺旋升角 39”1代入公式計(jì)算得 95%5、剛度驗(yàn)算觸變形 。2

12.1Fm

=443N，由螺L=60mmLv=320mmLe=90mm，可估量絲杠Lu，LuB=10m，Lmin=35L1。GJ1GJ1JML2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖1u z e L L2LL 60290320560mmLLB2L 560102356401u z e u min、絲杠的拉伸或壓縮變形量”13-31DW

2.381mm,絲杠底徑d2

16.4mm，絲杠橫截面積S=d2

2/4=211.1mm2 Fm

=695.4，鋼的E=2.1105。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入下式得FL m 1=

695.4373

mm0.00585mm1 ES 2.1105211.1、滾珠與螺紋滾道間接觸變形2依據(jù)公式Zd0

/D 3Z=23；該型號(hào)絲杠為單螺母滾珠的W圈數(shù)×列數(shù)為4×1，代入公式：Z Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z =92。絲杠 FYJ

=1/3Fm

=231.8N,代入下式得m3DFm3DFZ2w YJ 2

0.0055mm由于絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1／3，所以變形量可減小一半，取=0.0027.5mm。2將以上算出的和1 2

代入總

=＋1

，求得絲杠總變形量 =0.00585＋0.0027.5=0.0086mm總320mm，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)25m,可見(jiàn)絲杠剛度足夠，滿足要求。6、穩(wěn)定性校核設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-34得，取支承系數(shù)f=1，由絲杠底徑d 16.4mm，求得截面慣性k 2Id42

/64=3549.16mm4K3，絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=569mm。代入下式得Ffk2Lk 2L1

=11064N，遠(yuǎn)大于工作負(fù)載695.4N,故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述,初選的縱向滾珠絲杠副滿足使用要求?？v向進(jìn)給絲杠1Fmy和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。yFm式中K——顛覆力矩影響系數(shù)，取K=1.15；=0.003；

KF

(Fz

G)G=1000NFx

600N，F(xiàn)y

700N Fz=800N。求得橫向滾珠絲杠副的最

F KFm

(Fz

G)1.157000.003(8001000)810.4N2FQ選用滾動(dòng)絲杠副的直徑時(shí)，必需保證在肯定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回互轉(zhuǎn)100FQ3LF 3LQ w m60nTL1061000vn sPh式中Ph

Ph

=5mm；v——最大切削力下的進(jìn)給速度此處vs

=0.6m/min；T15000h；f ——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw

=1.5；L——壽命、以10611000v 600 rn sP 5h

minL60nT60120150001081063LF f3LQ w m

10631081.5810.457903、滾珠絲杠螺母副的選型SCI系列〔kgf〕2-1絲杠螺母副規(guī)格C6700N，滿足前面進(jìn)給方向的要求。4、傳動(dòng)效率計(jì)算將公稱直徑d 20mm，導(dǎo)程L4mm，代入arctan[L/(d)]0 0滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率：tgtg式中 ---絲杠螺旋升角；f0.003~0.004，其摩擦角約等于10”。由選用的WL2506的滾珠絲杠的相關(guān)數(shù)據(jù)可知絲杠螺旋升角 39”1代入公式計(jì)算得 95%5、剛度驗(yàn)算、滾珠與螺紋滾道間的接1觸變形 。22.1Fm

=810.4N，由 v L=40mmL=400mmL=40mm，可估量絲Lu，LuB=10mm，Lmin=55mm可確定絲杠L v 絲杠螺母及軸承均進(jìn)展預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3，選擇波行管防護(hù)裝置。GGJ1JML2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖u z e 2 u L L2LL 40240400520mmL L B2L 52010255u z e 2 u (1)、絲杠的拉伸或壓縮變形量”13-31DW

絲杠底徑d2

16.4mm，絲杠橫截面積S=d2

2/4=211.1mm2 Fm

=810.4，鋼的E=2.1105。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入下式得F mF

L1=

695.4373

mm0.0068mm1 ES 2.1105211.1、滾珠與螺紋滾道間接觸變形2依據(jù)公式Zd0

/D 3Z=23；該型號(hào)絲杠為單螺母滾珠的W圈數(shù)×列數(shù)為4×1，代入公式：Z Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z =92。絲杠 FYJ

=1/3Fm

=270.1N,代入下式得m3DF Zm3DF Z2w YJ 2

0.0064mm由于絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1／3，所以變形量可減小一半，取=0.0032mm。2將以上算出的和1 2

代入總

=＋1

，求得絲杠總變形量 =0.0068＋0.0032=0.01mm總本課題中，絲杠的有效行程為400mm，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-27可知，五級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在小于500mm時(shí)，行程偏差允許到達(dá)27m,可見(jiàn)絲杠剛度足夠，滿足要求。6、穩(wěn)定性校核設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-34得，取支承系數(shù)f=1，由絲杠底徑d 16.4mm，求得截面慣性k 22

/64=3549.16mm4，壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3，絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=651mm。代入下式得F Lk 2L1

=10156N，遠(yuǎn)大于工作負(fù)載810.4N,故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述,初選的縱向滾珠絲杠副滿足使用要求。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書WW11滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型縱向滾動(dòng)導(dǎo)軌副行現(xiàn)象，因而定位精度高，應(yīng)選滾動(dòng)導(dǎo)軌。Fmax

的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取X-Y工作臺(tái)為水F GFmax 4其中，移動(dòng)部件重量G=1000N，外加載荷FFz

800NFmax

=1050N。Fmax15FL

=1050N，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為海特公司生產(chǎn)的SBG其額定動(dòng)載荷Ca

=14.5kN，額定靜載荷C0a

=25.5kN。320mm×400mm，考慮工作行程應(yīng)留有肯定余3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取縱向?qū)?40mm。L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《機(jī)電一H

=1.0f=1.00fT

=0.81fR

=0.9fW

=1.5，代下式L得距離壽命：

f f f fC 3L H T C R a5014437.7km f Fmax 100km,故距離額定壽命滿足要求。橫向滾動(dòng)導(dǎo)軌副行現(xiàn)象，因而定位精度高，應(yīng)選滾動(dòng)導(dǎo)軌。Fmax

的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取X-Y工作臺(tái)為水F GFmax 4其中，移動(dòng)部件重量G=1000N，外加載荷FFz

800N，代入上式，得最大工作Fmax

=1050N。Fmax15FL

=1050N，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為海特公司生產(chǎn)的SBG其額定動(dòng)載荷Ca

=14.5kN，額定靜載荷C0a

=25.5kN。320mm×400mm，考慮工作行程應(yīng)留有肯定余3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取縱向?qū)?40mm。L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《機(jī)電一H

=1.0f=1.00fT

=0.81fR

=0.9fW

=1.5，代下式L得距離壽命：

f f f fC 3L H T C R a5014437.7km f Fmax 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書13100km,故距離額定壽命滿足要求。計(jì)算減速比i工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量0.01mm/stepPh

4mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角0.75，代入下式得:iPh

/360=0.83，取i1。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1、Jeq滾珠絲杠的公稱直徑d0

20mm，總長(zhǎng)l640mmPh

4mm，材料密度7.85103kg/cm3；移動(dòng)部件總重力G1000NJmj

D2/8得滾珠絲Js

0.388kgcm2J(Ph2)2m得拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣iJ 0.426kgcm2i=1。iw90BYG2602，為兩相混合式，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步矩角為0.754-5得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 4kgcm2則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣m量為：J J (J J)/i24.814kgcm2eq m w s2、計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tep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 Teq1

T Tamax

T可0Teq1

包括三局部：一局部是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax

，一局部是移動(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Tf

，還有一局部是滾珠絲杠與今后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0

高，依據(jù)公式TF

P 2i(12可知，T

相對(duì)于T

和T很小，可以無(wú)視不計(jì)。則有：

0 YJ h

0 0T =T ﹢T

amax feq1 amax f依據(jù)公式T 2J n

，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折amax eq1m a算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：Tamax

neqm

60ta

×1式中nm

----對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min；t 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至na

轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。其中： n 360m max式中 ----空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為1000mm/min；max 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.75； 脈沖當(dāng)量，任務(wù)書指定為0.01mm/step〔開(kāi)環(huán)系統(tǒng)〕。將以上各值代入式n 360中，得n

=208r/min。m max m設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm

轉(zhuǎn)速所需時(shí)間ta

=0.4s,傳動(dòng)鏈總效率=0.7由公式Tamax

neqm

60ta

×1求得Tamax

≈0.094Nm由式Tf

=FP摩h

2i可知，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T=(F G)P2if Z h式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005；F 0z 0.7。則由式Tf

=(FZ

G)Ph

求得f

≈0.0081Nm，最終由式Teq1

=T ﹢Tamax

，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：Teq1

=T ﹢Tamax

=0.1021Nm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Teq2

由式Teq2

TTt

T可0Teq2

包括三局部：一局部是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T；一局部t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Tf

；還有一局部是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T，T0 0

相對(duì)于T和Tt

很小，可以無(wú)視不計(jì)。則有： Teq2

TTt f其中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T由式TFP t t f hFy

TFt f

P 2i=7000.00420.710.637N mh再由式Tf

=(FZ

G)P

2i〔Fhzh

1000N狀況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)這算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：T=(Ff Z

G)Ph

2i=0.005(1000800)0.00420.70.0081Nm最終由Teq2

TTt

，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)矩為：Teq2

TTt

=0.6451Nm經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為T maxeq eq1

,T

0.6451Nm3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，依據(jù)Teq

來(lái)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)。本課題中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax

≥4Teq

40.6451Nm2.58Nm上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602,導(dǎo)書》表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩T =6Nm?？梢?jiàn)，滿足上式要求。jmax4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核

max

600mm/min0.01mm/step，f

max

maxf

maxf

600/(60.0)Hz100H90BYG2602〔以下圖所示〕可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf

≈5.7Nm,遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載Teq2

0.6451Nm ，滿足要求。最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度 1000mm/min，仿照式f 60求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率max

max

max ff max

1000/(600.01)

Hz1667Hz。從上圖中可以查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax

4.8NmTeq1

最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核與最快空載移動(dòng)速度max1000mm/minfmax1667Hz。查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》4-590BYG260220230Hz,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。起動(dòng)頻率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 4.814kgcm2，電動(dòng)機(jī)eqJm

4kgcm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq

180z〔查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表4-5〕。則由fL以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)抑制慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：

f / 可11J /Jeq mf f L q

1223Hz11J /Jeq m90BYG2602滿足設(shè)計(jì)要求。橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1、J滾珠絲杠的公稱直徑d0

eq20mm，總長(zhǎng)l640mmPh

4mm，材料密度7.85103kg/cm3；移動(dòng)部件總重力G1000NJmj

D2/8得滾珠絲Js

0.388kgcm2J(Ph2)2m得拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣iJ 0.426kg cm2i=1。iw90BYG2602，為兩相混合式，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步矩角為0.75，查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表4-5得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 4kgcm2則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣m量為：J J (J J)/i24.814kgcm2eq m w s2、計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tep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 Teq1

T Tamax

T可0Teq1

包括三局部：一局部是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax

，一局部是移動(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Tf

，還有一局部是滾珠絲杠與今后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0

高，依據(jù)公式TF

P 2i(12可知，T

相對(duì)于T

和T很小，可以無(wú)視不計(jì)。則有：

0 YJ h

0 0T =T ﹢T

amax feq1 amax f依據(jù)公式T 2J n

，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折amax eq1m a算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：Tamax

neqm

60ta

×1式中nm

----對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min；t 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至na

轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。其中： n 360m max式中 ----空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為1000mm/min；max 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.75； 脈沖當(dāng)量，任務(wù)書指定為0.01mm/step〔開(kāi)環(huán)系統(tǒng)〕。將以上各值代入式n 360中，得n

=208r/min。m max m設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm

轉(zhuǎn)速所需時(shí)間ta

=0.4s,傳動(dòng)鏈總效率=0.7由公式Tamax

neqm

60ta

×1求得Tamax

≈0.094Nm由式Tf

=FP摩h

2i可知，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T=(F G)P2if Z h式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005；F 0z 0.7。則由式Tf

=(FZ

G)Ph

求得f

≈0.0081Nm，最終由式Teq1

=T ﹢Tamax

，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：Teq1

=T ﹢Tamax

=0.1021Nm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Teq2

由式Teq2

TTt

T可0Teq2

包括三局部：一局部是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T；一局部t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Tf

；還有一局部是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩TT0 0

相對(duì)于T和Tt

很小，可以無(wú)視不計(jì)。則有： Teq2

TTt f其中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T由式TFP t t f hFx

TFt f

P 2i=6000.00420.710.546N mh再由式Tf

=(FZ

G)P

2i〔Fhzh

1000N狀況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)這算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：T=(Ff Z

G)Ph

2i=0.005(1000800)0.00420.70.0081Nm最終由Teq2

TTt

，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)矩為：Teq2

TTt

=0.5541Nm經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為T maxeq eq1

,T

0.5541Nm3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，依據(jù)Teq

來(lái)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)。本課題中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax

≥4Teq

40.5541Nm2.2164Nm上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602,導(dǎo)書》表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩T =6Nm?？梢?jiàn)，滿足上式要求。jmax4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核

max

600mm/min0.01mm/step，由式f

600/(60.0)Hz100Hz。從max

maxf

max90BYG2602〔以下圖所示〕可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf

≈5.7Nm,遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載Teq2

0.5541Nm ，滿足要求。最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度 1000mm/min，仿照式f 60求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率max

max

max ffmaxf

1000/(600.01)

Hz1667Hz。從上圖中可以查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax

4.8Nm，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1

0.1021Nm，滿足要求。最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核與最快空載移動(dòng)速度max1000mm/minfmax1667Hz。查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》4-590BYG260220230Hz,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。起動(dòng)頻率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 4.814kgcm2，電動(dòng)機(jī)eqJm

4kgcm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率fq

180z〔查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表4-5〕。則由fL以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)抑制慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：

f / 可11J /Jeq mf f L q

1223Hz11J /Jeq m90BYG2602滿足設(shè)計(jì)要求。5、聯(lián)軸器的選用選擇聯(lián)軸器的類型：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq

0.5541Nm，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，可選用長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的小型撓性聯(lián)軸器。確定聯(lián)軸器型號(hào)取T Tca eq

Nm ca

條件確定聯(lián)軸器的型號(hào)A26。式中T為所選型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書33掌握的構(gòu)造框圖。1、數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩局部組成。硬件是組成系統(tǒng)的根底，機(jī)床硬件電路由以下五局部組成：CPU；⑵、總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和掌握總線；⑶、存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；I/O/輸出接口電路；3—1。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)3—1機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖〔開(kāi)環(huán)系統(tǒng)〕2CPUMCS—513、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。EPROM速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問(wèn)題。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。4、I/O/輸出接口電路設(shè)計(jì)包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)掌握電路，鍵盤顯示電路及其他關(guān)心電路的設(shè)計(jì)。MCS—51MCS—514945171、MCS—51、馬上尋址跟在操作碼后的一個(gè)字節(jié)就是實(shí)際操作數(shù)。RAM128221R0～R7、A、B、DPTR?！硜?lái)存放地址，使用時(shí)前加@。DPTRPC、相對(duì)尋址在指令中給定的地址偏移量與本指令所在單元地址〔即PC〕相加，即得到真正有效的單元地址。、位尋址RAM128SFR932、MCS—51MCS—51111、數(shù)據(jù)傳送類29、算術(shù)操作類24、規(guī)律操作類24、掌握程序轉(zhuǎn)移類17、布爾變量操作類17定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/T0T1。3.2/計(jì)數(shù)器的核心是加一計(jì)數(shù)器，加一計(jì)數(shù)器脈沖有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是外部脈沖源，另一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器。TMODTCONTMODTCON/計(jì)數(shù)器的掌握存放器。用戶可以用圖3.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的構(gòu)造框圖并可設(shè)置相應(yīng)的掌握條件。這兩個(gè)掌握存放器各位的功能：1、TMODGATE——門控位或叫選通位。C/T——計(jì)數(shù)器方式或定時(shí)器方式的選擇位。M1M0——工作模式掌握位。0：TLX5THX813器。1：TLXTHX16283081。2、TCONTF0、TF1——T0、T11器開(kāi)啟或關(guān)閉。1CPUIT0、IT1——外部中斷源觸發(fā)掌握位。中斷系統(tǒng)MCS—51INT1T0T1TF0TF1，一個(gè)片內(nèi)TIRI。各中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷效勞程序的入口地址和優(yōu)先級(jí)如下：中斷源人口地址優(yōu)先級(jí)INT00003H0T0000BH1INT10013H2T1001BH3串行口中斷0023H4存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1ROM〔1〕ROM：2716〔2K*、2732A〔4K*8、2764〔8K*827128〔16K*8、2725〔32K*8、27512〔64K*8。2764、27128、27256、27512芯片均有28腳雙列直插式平封裝芯片。引腳向下兼容。圖3.3是2764引腳排列。8D3.1。3.327643.174LS373EGDQLHHHLHLLLLXQ0數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及引腳RAM611〔2K*8626〔8K*86225〔32K*8〕626462256CMOS2862643.4。譯碼電路設(shè)計(jì)

3.462641、MCS—510000H～FFFFH。I/O/寫掌握信號(hào)與讀/寫指令。CPUCPUP28，P082、地址譯碼方法線選法是可尋址的芯片數(shù)目受到很大的限制，且地址空間不連續(xù)，不能充分利用。全地址譯碼法址線時(shí)，就需要用這種全地址譯碼法。1—31—83.23.274LS138G1G2AG2BCBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y01000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111其態(tài)XXX11111111器件地址選擇線片內(nèi)地址單元〔字地址編碼器件地址選擇線片內(nèi)地址單元〔字地址編碼節(jié)〕2764000XXXXXXXXXXXXX8K0000H~1FFFH6264001XXXXXXXXXXXXX8K2023H~3FFFH8155RAM01011110XXXXXXXX2565E00H~5EFFHI/O0101111111111XXX65FF8H~5FFFH825501111111111111XX46FFCH~6FFFH3.6數(shù)控銑床全地址譯碼圖87C5187C51I/O接口電路及關(guān)心電路設(shè)計(jì)常用外圍接口芯片有：〔256RAM8614/計(jì)數(shù)器〕8255：可編程的通用并行接口電路〔38〕8279：可編程的鍵盤、顯示接口電路8155通用可編程接口芯片1、81553.7。8155403.4。表3.4 8155引腳功能引腳含義引腳含義引腳含義AD0~AD7地址、數(shù)據(jù)線TIMEROUT定時(shí)輸出CE片選PA0~PA7AIO/MIO/RAMRESET復(fù)位PB0~PB7BALE地址鎖存VSS地PC0~PC5CRD讀寫VCC電源TIMERIN定時(shí)輸入WR3.7RAM/IO0：制止A1：允許A0：制止A1：允許A0：制止B1：允許B定義A口輸入/輸出方式定義B口輸入/輸出方式00：ALT1 01：ALT210：ALT3 11ALT400：空操作01：停頓定時(shí)器操作10：定時(shí)器減為一時(shí)停頓計(jì)數(shù)11：置定時(shí)器方式后，開(kāi)頭計(jì)數(shù)3.82、815581553.83、8155MOV DPTR， 掌握口地址MOV A， 命令字MOVX @DPTR，AMOV DPTR， 計(jì)數(shù)初值入口地址MOV A， 計(jì)數(shù)初值MOVX @DPTR，AINC DPTRMOV A， 計(jì)數(shù)初值高位MOVX @DPTR，A8255通用可編程接口芯片1、8255引腳及其功能引腳引腳D0~D7PA0~PA7PB0~PB7PC0~PC7A0、A1RDWRCERESETGNDVCC含義數(shù)據(jù)線地址線讀寫片選復(fù)位地電源8255引腳及內(nèi)部構(gòu)造見(jiàn)圖3.9，3.5：2、825512。0——根本的輸入輸出方式方式1——應(yīng)答式輸入輸出方式方式2——應(yīng)答式雙向輸入輸出方式3.98255置位置位0=復(fù)位1=置位位選擇掌握選擇0=位操作3.582553.10。C