課程設(shè)計----xy數(shù)控工作臺1設(shè)計

1、<p><b>　　數(shù)控技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　課程名稱： XY數(shù)控工作臺1設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械電子工程 </p><p>　　姓

2、 名： 學(xué) 號： </p><p>　　年 級： 任課教師： </p><p>　　2010年1月14日</p><p><b>　　本科課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>

3、;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　第一章 前言7</p><p>　　第二章總體方案的確定10</p><p>　　2.1機械傳動部件的選擇………………10</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計……………

4、…10</p><p>　　第三章機械傳動部件的計算和設(shè)計12</p><p>　　3.1導(dǎo)軌以上重量的估算12</p><p>　　3.2銑削力的計算12</p><p>　　3.3導(dǎo)軌的計算12</p><p>　　3..4滾珠絲杠螺母副的計算與選型12</p><p>　　3

5、.5步進電動機減速箱的選用14 </p><p>　　3.6步進電動機的計算與選型14</p><p>　　第四章驅(qū)動電路的設(shè)計19</p><p>　　4.1電氣部分總體設(shè)計方案19<

6、;/p><p>　　4.2主控系統(tǒng)的選擇19</p><p>　　4.3脈沖分配器的選擇19</p><p>　　4.4元器件的選擇19</p><p>　　4.5系統(tǒng)相關(guān)控制程序流程設(shè)計22</p><p><b>　　第五章總結(jié)23</b></p><p>　　

7、第六章參考文獻24</p><p>　　XY數(shù)控工作臺1設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計是在數(shù)控機床工作原理之上設(shè)計一臺簡單的、經(jīng)濟型的X-Y數(shù)控工作臺。設(shè)計任務(wù)是完全圍繞數(shù)控機床工作原理而展開的，本設(shè)計充分體現(xiàn)了數(shù)控機床機械設(shè)備部分與電氣設(shè)備部分的緊密結(jié)合。</p><

8、p>　　X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計包括總體方案的設(shè)計、步進電機的選用、機械傳動裝置的設(shè)計、電氣控制部分的設(shè)計和相關(guān)軟件的設(shè)計。本設(shè)計的經(jīng)濟型數(shù)控工作臺精度并不高，采用開環(huán)系統(tǒng)；機械傳動部分采用聯(lián)軸器將步進電機直接與滾珠絲杠連接，從而驅(qū)動工作臺進給。另外，選用MCS-51系列的8031單片機和相應(yīng)的驅(qū)動電路對X和Y兩個方向的步進電機進行開環(huán)控制。</p><p>　　總之，本設(shè)計所設(shè)計的數(shù)控X-Y工作臺是簡單、經(jīng)濟

9、型的，且是專用于數(shù)控銑床上的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：精度，開環(huán)，驅(qū)動第一章 前言</p><p>　　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。</p><p>　　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

10、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(lǐng)域。</p><p>　?。ㄒ唬?shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給

11、傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面:</p><p>　　(1) 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢</p><p>　　效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工

12、技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從 EMO2001 展會情況來看 ,高速加工中心進給速度可達 80m/ min ,甚至更高 ,空運行速度可達 100m/ min左右。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm提高到 5μm ,精密級加工中心則從 3～5μ

13、m ,提 高到 1～1.5μm并且超精密加工精度已開始進入納米級 0.1μm 。為了實現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。</p><p>　　(2) 5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展</p><p>　　采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。但過去因

14、5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床 含 5 面加工機床 的發(fā)展。</p><p>　　(3) 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控

15、系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢</p><p>　　21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平

16、臺上 ,面向機床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)

17、、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。</p><p>　?。ǘξ覈鴶?shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計</p><p>　　我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。在此階段 ,由于國外的技術(shù)封鎖

18、和我國的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進入市場競爭階段?？v觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別

19、是經(jīng)過 4 個 5 年計劃的攻關(guān) ,總體來看取得的成績還是不小。</p><p>　?。ㄈξ覈鴶?shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考</p><p>　　(1)戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,

20、而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全看 ,西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對我國實現(xiàn)禁運和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。</p><p>　　(2)發(fā)展策略。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導(dǎo)向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標 ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升

21、級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會有價值低廉而富有競爭力

22、的產(chǎn)品;當然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。</p><p>　　第二章 總體方案的確定</p><p>　　2.1 機械傳動部件的選擇</p><p>　?、?導(dǎo)軌副的選用 </p><p>　　要設(shè)計的X-Y工作臺用來配套輕型的立式數(shù)控銑床的，需要承受的載荷不大，但脈沖當量小、定位精度高，因此，決定選用雙矩形滑動導(dǎo)軌，

23、它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點。</p><p>　　⑵ 絲杠螺母的選用 </p><p>　　伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，要滿足0.01mm的脈沖當量和±0.04mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠才能達到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。<

24、;/p><p>　?、?減速裝置的選用 </p><p><b>　　不需要減速裝置</b></p><p>　?、?伺服電動機的選用 </p><p>　　任務(wù)書規(guī)定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1000mm/min。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的私服電動機，如交流伺服電

25、動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好一些的步進電動機，如混合式步進電動機，以降低成本，提高性價比。</p><p>　?、?檢測裝置的選用 </p><p>　　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(wù)書所給的精度對于步進電動機來說還是偏高，所以只需要選用開環(huán)控制就可以了。</p><p>　　考慮到X.、Y兩個方向的加工范圍相同，承受

26、的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計工作量，X、Y連個坐標的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、伺服電動機，以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　?、?設(shè)計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標定位、兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型。</p><p>　?、?對于步進電

27、動機的開環(huán)控制，選用。。。。。。</p><p>　?、?設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。</p><p>　　⑷ 選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。</p><p>　　第三章 機械傳動部件的計算與選型</p><p>

28、　　3.1 導(dǎo)軌上移動部件的重量估算</p><p>　　按照下導(dǎo)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、滾珠絲杠副、矩形導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌坐等，估計重量約為800N。</p><p>　　3.2 銑削力的計算</p><p>　　設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。查得立銑時的銑削力計算公式為：</p&g

29、t;<p><b>　　（6-1）</b></p><p>　　今選擇銑刀直徑，齒數(shù)，為了計算最大銑削力，在不對稱銑削情況下，去最大銑削寬度，被吃刀量，每齒進給量，銑刀轉(zhuǎn)速。則由式（6-1）最大銑削力：</p><p>　　采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可有表查得，考慮逆銑時的情況，可估算三個方向的銑削力分別為：，，?，F(xiàn)考慮立銑，則工作臺受

30、到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力,徑向銑削力。</p><p><b>　　3.3 導(dǎo)軌的計算</b></p><p>　　直接選用直線雙矩形導(dǎo)軌就符合要求，可以不用計算。</p><p>　　3.4 滾珠絲杠螺母副的計算與選型</p>

31、<p>　?、?最大工作載荷Fm的計算 </p><p>　　如前面所述，在立銑時，工作臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行），受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直），受到垂直方向的載荷（與工作臺面垂直）。</p><p>　　已知移動部件總重量G=800N，按矩形導(dǎo)軌進行計算，查表，去顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷為：</p

32、><p>　　⑵ 最大動載荷FQ的計算 </p><p>　　設(shè)工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度，初選絲杠導(dǎo)程，則此時絲杠轉(zhuǎn)速。</p><p>　　取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得絲杠壽命系數(shù)(單位為：)。</p><p>　　查表，取載荷系數(shù)，軌道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)，代入式，求得最大動載荷：</p&g

33、t;<p><b>　?、?初選型號 </b></p><p>　　根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選FYND系列2005-4型滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，外徑為19.3mm,底徑為16.2mm,導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈1列，滾珠直徑為3.175mm,螺母的安裝尺寸L=80mm精度等級取5級，額定動載荷為11082N，大于FQ，滿足要求。</p

34、><p><b>　　⑷ 鋼度的驗算</b></p><p>　　X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支撐均采用“單推-單推”的方式，滾珠絲杠受工作</p><p>　　載的作用而引起螺距的變化量.</p><p><b>　　其中絲杠截面積</b></p><p><b&g

35、t;　　鋼的彈性模量</b></p><p>　　2） 根據(jù)公式-3，求得滾珠書Z=20；該型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為（4+4）×1，帶入公式：=Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=160。絲杠預(yù)緊時，去軸向預(yù)緊力。則求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。</p><p>　　因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減少

36、一半，取=0.0007mm。</p><p>　　本設(shè)計中，絲杠的有效行程為190cm,由表3-27知，5級精度滾珠絲杠有效行程在時，行程偏差允許達到23，可見絲杠剛度足夠。</p><p><b>　?、?壓桿穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　計算失穩(wěn)是的臨界載荷。查表3-34，取支撐系數(shù);由絲杠底徑，求得截面慣性矩；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K

37、取3(絲杠臥室水平安裝)；滾珠絲杠螺母至軸向固定處的距離取最大值350mm.則臨界載荷 </p><p>　　遠大于工作載荷,所以絲杠不會失穩(wěn)</p><p>　　步進電機減速齒輪的選用</p><p>　　已知工作臺的脈沖當量，滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選步進電機的步距角，根據(jù)公式，算得減速比：</p><p>　　所以，直接采用聯(lián)軸器

38、連接電動機與絲杠。</p><p>　　3.6 步進電機的計算與選型</p><p>　?、?計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 已知：滾珠絲杠的公稱直徑，總長，導(dǎo)程，材料密度；移動部件總重量G=1000N，傳動比。</p><p><b>　　滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣

39、量</p><p>　　初選步進電動機型號為110BYG007,為五相混合式，從表3-5查得該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，則加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為</p><p>　?、?計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 1）快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由公式可知，包括三部分:一部分是快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速度轉(zhuǎn)矩；一

40、部分是移動部件運動使折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，所以相對于和很小，可以忽略。則有</p><p><b>　　=+</b></p><p>　　考慮傳動鏈的總效率為1，計算快速空載啟動時折算到電動機軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　式中 對應(yīng)

41、空載最快移動速度的步進電動機最高轉(zhuǎn)速，單位為</p><p>　　步進電動機由靜止到加速到轉(zhuǎn)速所需的時間，單位為s.</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　式中 空載最快移動速度，任務(wù)書指定為1000mm/min;</p><p>　　步進電動機步距角，預(yù)選電動機為</p>&l

42、t;p>　　脈沖當量為0.01mm/plus</p><p>　　將以上各值代入上式，</p><p>　　步進電動機由靜止加速到轉(zhuǎn)速所需的時間，傳動總效率，則求得</p><p>　　移動部件運動時，折算到電動機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為:</p><p>　　式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動導(dǎo)軌取0.04</p><p&g

43、t;　　垂直方向的銑銷力，空載時取0</p><p>　　傳動鏈總效率，取0.92</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入上式，得 </p><p>　　最后求得快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　2）最大工作狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　包括三部分：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸

44、上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩，另一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對于和很小，可以忽略不計。則有</p><p>　　其中，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩。已知沿著絲杠軸線方向的最大進給載荷，則有</p><p>　　計算垂直方向承受最大工作負載情況下 ，移動部件運動折算到電動機轉(zhuǎn)軸上摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><

45、p>　　最后求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　經(jīng)上述計算后，得到加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：</p><p>　?、?步進電動機的性能校核 1）最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 </p><p>　　任務(wù)書給定的工作臺的最大工進速度，脈沖當量，可求出電動機對應(yīng)的運行頻率。從圖3-2查得，在此頻率下，電動

46、機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求 </p><p>　　2）最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書給定工作臺最快空載移動速度，求出電動機對應(yīng)的運行頻率。查圖3-2得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載移動時的負載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動時電動機運行頻率校核</p><p>

47、;　　與最快空載移動速度對應(yīng)的電動機運行頻率為。查表3-5可知110BYG007電動機的空載運行頻率可達30000HZ，可見沒有超出上限。</p><p><b>　　4）啟動頻率的計算</b></p><p>　　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)軸不帶任何負載時空載啟動頻率。則可求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率：</p>

48、<p>　　上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于1232HZ。實際上，在采用軟件升降頻率時，啟動頻率選得更低，通常只有100HZ.</p><p>　　第四章 驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　4.1 電氣部分總體方案的設(shè)計</p><p>　　電機經(jīng)校核滿足使用要求，所以電路部分采用單電源電路。電機選用110B

49、YG007,查手冊知電壓130V, 相電流5A，電阻0.3歐姆，頻率18000HZ，電感1.9Mh。</p><p>　　4.2 主控系統(tǒng)的選擇 </p><p>　　MCS-51系列單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，硬件設(shè)計簡單靈活，特別是8031單片機其構(gòu)成系統(tǒng)的成本低且不需要特殊的開發(fā)手段等優(yōu)點，在機電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在此設(shè)計中，數(shù)控系統(tǒng)的控制也較簡單，從成本及滿足功能要求上考慮選用80

50、31單片機。</p><p><b>　　驅(qū)動電路設(shè)計。</b></p><p>　　4.3脈沖分配器的選擇</p><p>　　脈沖分配器可用門電路及其邏輯電路構(gòu)成，功能是為步進電動機提供符合控制指令要求的脈沖序列。目前已經(jīng)大量采用可靠性高、外形尺寸小、使用方便的集成脈沖分配器。在此設(shè)計中我們選用TTL集成脈沖分配器，又因為所選用的步進電動機

51、是五相的，所以選用型號為YB015的TTL集成脈沖分配器。</p><p>　　4.4 元器件的確定</p><p>　?。?）為了使電路簡單、緊湊，功率放大級的T選用復(fù)合管2G730E。其性能為:</p><p><b>　　(2) 確定</b></p><p>　　從T性能數(shù)據(jù)知,而負載電流</p>

52、<p><b>　　T基極電流為</b></p><p><b>　　式中：電流放大倍數(shù)</b></p><p><b>　　因此等效輸入電阻為</b></p><p>　　光電耦合器光敏三極管的輸入等效電路見上圖，從等效電路可得</p><p>　　選光電耦合器輸入

53、電流(最大電流為50mA),電流傳輸比,所以有</p><p>　　解上述方程組得 </p><p><b>　　確定</b></p><p>　　前面已選定光電耦合器輸入電流，據(jù)表3-19得到光電耦合器輸入正向壓降為1.3V，所以。</p><p><b>　　確定</b></

54、p><p>　　為提供給驅(qū)動門足夠的輸入電流(各5mA)，所以</p><p><b>　　選擇D</b></p><p>　　D選用2CZ56B硅整流二極管，其性能參數(shù)見下表</p><p>　　4.5 系統(tǒng)相關(guān)控制程序流程設(shè)計</p><p>　　圓弧插補控制流程圖：</p><

55、;p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控X-Y工作臺，大小210mm × 210mm，行程100mm × 80mm，主要用于小型數(shù)控銑床。該種工作臺能有效的適應(yīng)多品種，小批量的市場經(jīng)濟的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟效益和社會效益。本工作臺有一下幾個特點：</p><p>　　1)本X-Y數(shù)控工作臺的切削力較小，

56、重復(fù)定位精度不高，屬于經(jīng)濟型機床設(shè)備，主要用于加工尺寸比較，精度要求不是很高的零件的加工。</p><p>　　2）控制系統(tǒng)是以單片機MCS-51系列的8031單片機為核心，單電壓驅(qū)動電路為驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制靈敏。</p><p>　　3)工作臺位置控制采用110BYG007混合式五相步進電機，驅(qū)動穩(wěn)定，步距角比較小，步距精度比較高。</p>&

57、lt;p>　　3)機械傳動采用滾珠絲杠傳動，滾珠絲杠等級為C級，精度高，傳動平穩(wěn)，導(dǎo)軌為雙矩形直線導(dǎo)軌，且有相應(yīng)的調(diào)隙措施。在允許的負載內(nèi)能夠保證其傳動精度要求。</p><p>　　另外此經(jīng)濟型數(shù)控X-Y工作臺的設(shè)計還存在很多不足，還有許多需要改進的地方，比如：步進電機選用過大，雖然在結(jié)構(gòu)上對整個數(shù)控工作臺沒有太大的影響，但是把設(shè)計放在實際生產(chǎn)中，這是一個很嚴重資源浪費問題。在以后設(shè)計中我們一定要統(tǒng)籌大

58、局，把理論設(shè)計放在實際的實踐生產(chǎn)中去，理論切實緊密聯(lián)系實際，這樣才能使設(shè)計的產(chǎn)品不僅在原理上結(jié)構(gòu)上符合設(shè)計的要求，而且在經(jīng)濟上也符合實際生產(chǎn)的需求。</p><p>　　第七章 參 考 文 獻</p><p>　　[1] 成大先. 機械設(shè)計手冊(單行本· 機械傳動)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1</p><p>　　[2] 沈愛琴.胡月明等

59、 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書[Z]. 貴陽：貴州工業(yè)大學(xué)機電教研室，1998.9</p><p>　　[3] 張毅剛. 單片機原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2004.1</p><p>　　[4] 機電一體化技術(shù)手冊編委會. 機電一體化技術(shù)手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.9</p><p>　　[5] 陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)計技術(shù)[M

60、]. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10</p><p>　　[6] 張大建、胡大澤.數(shù)控技術(shù)[編].華中科技大學(xué)出版社, 2000.</p><p>　　[7] 畢承恩.現(xiàn)代數(shù)控機床.機械工業(yè)出版社, 1991</p><p>　　[8] 朱輝、陳大復(fù)等.畫法幾何及工程制圖.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1990</p><p>　　[9]