x-y工作臺課程設(shè)計--數(shù)控x-y工作臺及其控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計任務(wù) P1</p><p>　　二、脈沖當(dāng)量和傳動比的確定 P1</p><p>　　三、工作載荷分析及計算

2、 P2</p><p>　　四、滾珠絲杠螺母副的選型和校核 P3</p><p>　　五、導(dǎo)軌的選型和計算 P5 </p><p

3、>　　六、電動機的選型和校核 P7</p><p>　　七、步進電機控制電路設(shè)計 P15</p><p>　　八、參考文獻 P19</p>

4、;<p>　　附加一張數(shù)控系統(tǒng)框圖和一張軟件框圖</p><p><b>　　專業(yè)課程設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù) </b></p><p>　　設(shè)計一個數(shù)控X-Y工作臺及其控制系統(tǒng)。該工作臺可安裝在銑床上，用于銑削加工。</p><p><b&g

5、t;　　1）設(shè)計要求</b></p><p>　　了解機電一體化化概念及機電一體化技術(shù)、機電一體化產(chǎn)品的含義。</p><p>　　領(lǐng)會機電綜合設(shè)計訓(xùn)練的意義。</p><p>　　了解機電綜合設(shè)計的幾大步驟。 </p><p>　　2）設(shè)計參數(shù)的確定 </p><p><b>　　設(shè)計參數(shù)：&l

6、t;/b></p><p>　　系統(tǒng)分辨率為0.01mm，最大銑刀直徑Φ=16mm，最大銑削寬度ae=5mm,最大銑削深度ap=2mm,加工材料為碳鋼，工作臺加工范圍X=200mm,Y=150mm，最大移動速度Vmax=3m/min. </p><p>　　3）方案的分析、比較、論證 </p><p>　　本設(shè)計是一種經(jīng)濟型數(shù)控工作臺，采用開環(huán)控制，主控裝置為

7、單片機，軟件環(huán)形脈沖輸出，驅(qū)動電路為高低壓驅(qū)動電路，驅(qū)動電機為步進電動機，傳動變換機構(gòu)采用滾珠絲杠副。</p><p>　　二、脈沖當(dāng)量和傳動比的確定 </p><p>　　1）脈沖當(dāng)量的確定：</p><p>　　本設(shè)計采用步進電動機，等每脈沖代表電機一定的轉(zhuǎn)角，這個轉(zhuǎn)角經(jīng)滾珠絲杠使工作臺移動一定的距離。每個脈沖所對應(yīng)的工作臺的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為δp

8、，單位為mm/脈沖。根據(jù)工作臺進給系統(tǒng)所要求的精度來選定脈沖當(dāng)量?？紤]到機械傳動系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量值必須小于定位精度值。本次設(shè)計給定脈沖當(dāng)量為0.01mm。</p><p><b>　　2）傳動比的計算：</b></p><p>　　傳動比的計算公式 </p><p>　　其中，θb為步進電動機的步距角，Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程，δp為系統(tǒng)脈

9、沖當(dāng)量，由公式可知，系統(tǒng)的傳動比與θb,δp,Lo有關(guān)。因此，要計算系統(tǒng)傳動比，必須先確定θb,δp和Lo，步進電動機步距角的選用原則為：定位精度要求不高的控制系統(tǒng)選用步距角大、運行頻率低的步進電動機；定位精度要求較高、運行速度范圍較廣的控制系統(tǒng)，則應(yīng)選用步距角較小，運行頻率較高的步進電動機。本設(shè)計為簡化結(jié)構(gòu)、提高精度，采用聯(lián)軸器將電動機和絲杠直接連接。所以i=1，則θb×Lo=3.6，由于電動機與絲杠直接聯(lián)接，為使所選電機的

10、扭矩要求不至過大，則絲杠導(dǎo)程應(yīng)選取較小值，經(jīng)查各公司產(chǎn)品目錄，初選南京華興電機制造有限公司出產(chǎn)的混合式步進電動機86BYG4501,θb=0.9º，初選絲杠Lo=4mm，D=16mm。</p><p>　　三、工作載荷分析及計算</p><p><b>　　銑削力的分析與計算</b></p><p>　　銑削運動的特征是主運動為銑刀繞

11、自身軸線加速回轉(zhuǎn)，進給運動為工作臺帶</p><p>　　工件在垂直銑刀軸線方向緩慢進給。銑刀的類型很多，一般以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。這里選擇圓柱形的立銑刀，它的每一個齒相當(dāng)于一把車刀。</p><p>　　通常假定銑削時銑刀受到的銑削力作用在刀尖的某點上。設(shè)刀齒上受到切削力的合力為F，將F沿銑刀軸線、徑向和切向進行分解，則分別為軸向銑削力FX，徑向銑削力FY和切向銑削力FZ。其中切

12、向銑削力FZ是沿銑刀主運動方向的分力，它消耗銑床電機功率（即銑削功率）最多。銑削力FZ可按指導(dǎo)書上P10表2-2查得為：</p><p>　　Fz=9.811CFZ·ae0.86·af0.72·do-0.86·ap·Z</p><p>　　其中，公式中CF為銑削力系數(shù)，由按指導(dǎo)書上P10表2-3可查為CF=68.2，ae=5mm，do=16

13、mm，ap=2mm，查參考文獻（1）P303查得：Z=4</p><p>　　查參考文獻（1）P135表2.4-6可得：</p><p>　　af=0.05mm/z</p><p>　　所以FZ=9.81×68.2×50.86×0.050.72×16-0.86×2×4</p><p>

14、;<b>　　=228N</b></p><p><b>　　銑刀轉(zhuǎn)速n=</b></p><p>　　其中查參考文獻（1）P190表2.4-11可得：Cv=30mm/min,d為銑刀直徑</p><p>　　所以n=600r/min</p><p>　　進給工作臺工作載荷計算</p>

15、<p>　　作用在工作臺上的合力F’就是設(shè)計和校核工作臺進給系統(tǒng)時要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺運動方向分解為三個力：工作臺縱向進給方向載荷FL，工作臺橫向進給方向載荷Fc和工作臺垂直進給方向載荷Fv。</p><p>　　從而可按指導(dǎo)書上P11表2-4可查得：</p><p>　　FL=1.2FZ=1.2×228=274N</p><p&

16、gt;　　FV=0.8Fz=0.8×228=182.4N</p><p>　　FC=0.4Fz=0.4×228=91.2N</p><p>　　四、滾珠絲杠螺母副的選型和校核</p><p>　　1、滾珠絲杠螺母副類型選擇。</p><p>　　這里初選深圳威遠制造技術(shù)有限公司的內(nèi)循環(huán)式的滾珠絲杠螺母副BRH15A。為了消

17、除間隙和提高滾珠絲杠螺母副的剛度，這里對滾珠絲杠螺母副進行預(yù)緊，可使預(yù)緊后的剛度提高到為無預(yù)緊時的2倍。這一般由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往往與絲杠副的額定動載荷有一定的比例。</p><p>　　2、滾珠絲杠螺母副參數(shù)計算和校核</p><p><b>　　1）最大工作載荷</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母副的工作載荷Fm是指滾

18、珠絲杠螺母副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠螺母副所承受的軸向力，也叫做進給牽引力。這里選燕尾導(dǎo)軌，可按指導(dǎo)書上P14公式2-11可得：</p><p>　　其中G為移動部件的重力G=20Kg×9.8=192N,顛覆力矩影響實驗系數(shù)K=1.4，導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)f’=0.0025。</p><p>　　所以Fm=1.4×274+0.0025(182.4+91.2+20×9

19、.8)=385N</p><p>　　2)、最大動負載C的計算及重要尺寸初選</p><p>　　最大動載荷C=·fm·Fm</p><p>　　其中：L為為壽命，單位為106r，選fm=2.5</p><p>　　L=60×1000vt/106Lo</p><p>　　而v為最大切削力時

20、的進給速度：v=afnz=0.05×600×4=120mm/min</p><p>　　所以L=60×1000×0.12×1500÷4÷106=27</p><p>　　所以C=×2.5×385=2887.5</p><p>　　而所選的絲桿的最大動載荷為4.35N·

21、m,所以適合.</p><p><b>　　3)傳動效率計算</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母副的傳動效率η為：</p><p><b>　　η=</b></p><p>　　其中：λ=arctan()=arctan(4÷3.14÷16)=4.552o</p>

22、<p>　　所以η=tg4.552o/tg(4.552o+10’)=0.9</p><p>　　符合滾珠絲杠副的傳動效率。 </p><p><b>　　4）剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲桿副的軸向變形將引起絲桿導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響定位精度和運動平穩(wěn)性。滾珠絲桿副的軸向變形包括絲桿的拉

23、壓變形、絲桿和螺母之間滾道的接觸變形、絲桿的扭轉(zhuǎn)變形和滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形。滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)變形較小，對縱向變形的影響更小，可忽略不計。螺母座只要設(shè)計合理其變形量也可忽略不計。絲桿軸承的軸向接觸變形計算方法可參機械設(shè)計手冊?？晒L珠絲桿支承使用的滾動軸承種類很多，目前占優(yōu)勢的有：接觸角為60 的推力角接觸球軸承，可以背靠背或面對面組配，還可以三聯(lián)組配，四聯(lián)組配等，提高剛度和承載能力；滾針--推力圓柱滾子組合軸承，從雙向軸向支承絲桿，

24、剛度高，多用于重載。因此，只要滾珠絲桿支承的剛度設(shè)計得好，軸承的軸向接觸變形在此可以不予考慮。</p><p><b>　　絲桿的拉壓變形量</b></p><p>　　滾珠絲桿應(yīng)計算滿載時拉壓變形量</p><p>　　式中: δ1為工作載荷,Fm作用下絲桿總長度上拉伸或壓縮變形量(mm); Fm為絲桿的工作載荷(N)Fm=385N;L為滾珠

25、絲桿在支承內(nèi)的受力長度，按經(jīng)驗公式Ｌ＝１.1×200+10×4=260mm;E為材料彈性模量E=20.6×104Mpa,;A為滾珠絲桿按內(nèi)徑確定的截面積A==151.7mm2；“+”號用于拉伸，“-” 號用于壓縮。</p><p>　　2、滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2</p><p>　　該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠的總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲桿長度無關(guān)

26、，可從工廠的產(chǎn)品樣品中查出，或用下式計算</p><p><b>　　無預(yù)緊時 </b></p><p><b>　　=0.0038 </b></p><p><b>　　=0.0013</b></p><p>　　工中:DW為滾珠直徑DW=2.381mm;Z∑為滾珠總數(shù)量

27、Z∑=22×2×3-3；；dm為滾珠絲桿的公稱直徑dm=16mm;）;Fm為滾珠絲桿工作載荷Fm=385N。</p><p>　　3、滾珠絲桿副剛度的驗算</p><p>　　絲桿的總變形量δ=δ1+δ2應(yīng)小于允許的變形量。一般δ不應(yīng)大于機床進給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半(即為0.005mm)。或者，由絲桿精度等級查出規(guī)定長度上允許的螺距誤差，則相應(yīng)長度上的變形量應(yīng)該比

28、它小，否則，應(yīng)考慮選用較大公稱直徑的滾珠絲桿副。而總的變形量δ＝0.0032+0.0013=0.0045<0.005,所以變形量校核合格。</p><p><b>　?。?、壓桿穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　滾珠絲桿通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲桿失去穩(wěn)定而產(chǎn)生屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk為</p><p&

29、gt;　　式中：E為絲桿材料彈性模量,對鋼E=20.6×104Mpa;I為截面慣性矩，對絲桿圓截面I=πd14/64(d1為絲桿內(nèi)徑（mm），I＝1831.5; 為絲桿支承方式系數(shù)，由于選用一端固定，一端簡支的支承方式為2.0。)</p><p>　　臨界載荷FK與絲桿工作載荷Fm之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)nk,如果nk大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[nk],則該滾珠絲桿不會失穩(wěn)。因此滾珠絲桿穩(wěn)定條件斷為</

30、p><p>　　Fk==35050N</p><p>　　一般取[nk]=2.5～4，考慮到絲桿自重對水平絲桿的影響可取[nk]≥4。</p><p>　　五、導(dǎo)軌的選型和計算</p><p>　　導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。滾動導(dǎo)軌在兩導(dǎo)軌面間裝有球、滾子或滾針等滾動元件，具有滾動摩擦性質(zhì)，廣泛用于進給運動導(dǎo)軌。這次設(shè)計選用滾動導(dǎo)軌。</p&

31、gt;<p>　　1、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和配置</p><p>　　直線運動導(dǎo)軌支承中，有滾動體不作循環(huán)運動的直線滾動導(dǎo)軌和滾動體作循環(huán)運動的直線滾動導(dǎo)軌，后者叫做直線滾動導(dǎo)軌副（塊）組件。</p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支承件上，每根導(dǎo)軌條上有兩塊滑塊，固定在移動件上。如移動件較長，也可在一根導(dǎo)軌條上裝3個或3個以上滑塊。如移動件

32、較寬，也可以用3 根或3 根以上的導(dǎo)軌條。如果移動件的剛度較高，則少裝為好。在兩根導(dǎo)軌條中，一個為基準導(dǎo)軌，上有基準面A，滑塊上有基準面B；另一條為從動導(dǎo)軌。</p><p>　　2、滾動導(dǎo)軌副的預(yù)緊</p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌副分為整體型直線滾動導(dǎo)軌副和分離型直線滾動導(dǎo)軌副。整體型的直線滾動導(dǎo)軌副由制造廠用選型不同直線鋼球的辦法來決定間隙或預(yù)緊。可根據(jù)要求的預(yù)緊訂貨，不需自己調(diào)整。

33、整體型直線滾動導(dǎo)軌副，應(yīng)由用戶根據(jù)需要，按規(guī)定的間隙進行調(diào)整或預(yù)緊。</p><p>　　3、直線滾動導(dǎo)軌副的計算</p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌副的計算與滾動軸承相仿，以在一定的載荷下行走一定的距離，90%的支承并不發(fā)生點蝕為依據(jù)。這個載荷稱為滾動導(dǎo)軌的額定動載荷Ca，可從產(chǎn)品樣本中查到。這個行走距離稱為滾動導(dǎo)軌的距離額定壽命，它可根據(jù)滾動導(dǎo)軌的額定動載荷Ca用下列公式進行計算<

34、/p><p><b>　　滾動體為滾子時</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1×106m </b></p><p>　　大于期望的壽命，所以合格。</p><p>　　式中：L為滾動導(dǎo)軌副的距離壽命（km

35、）; Cao額定動載荷(N),初選滾動導(dǎo)軌型號后，可從樣本中查出；F為每個滑塊上的工作載荷（N）；為硬度系數(shù)導(dǎo)軌面的硬度為58～64HRC時，=1.0，為55HRC時=0.8，為50HRC時=0。53；為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過100°C時，=1；為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝兩個滑塊時=0.81, 裝三個滑塊時=0.72，裝四個滑塊時=0.66；為載荷/速度系數(shù)，無沖擊振動或v≤15m/min時=1～1.5,輕沖擊振動或15m

36、/min≤v≤60 m/min時=1.5～2,有沖擊振動或v＞60 m/min時=2.0～3.5。一般球?qū)к壍木嚯x壽命定為50km，滾子導(dǎo)軌的距離壽命定為100km。</p><p>　　４、滾動導(dǎo)軌和潤滑與防護</p><p>　　滾動導(dǎo)軌多采用潤滑脂潤滑。常用的牌號為ZL-2鋰基潤滑脂（GB/7324-87，2號）。它的優(yōu)點是不會泄漏，不需要經(jīng)常加油；缺點是塵屑進入后易磨損導(dǎo)軌，因此對

37、防護要求較高。易被污染以難以防護的地方，可用潤滑油潤滑。</p><p>　　六、電動機的選型和校核 </p><p>　　1) 初選步進電機 </p><p>　　步進電動機選用主要考慮三個問題：1，步距角θb要滿足系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求；2，滿足最大靜轉(zhuǎn)矩的要求；3，啟動轉(zhuǎn)矩與啟動頻率、工作運行轉(zhuǎn)矩與運行頻率必須滿足所選電機型號相應(yīng)的啟動矩頻特牲和工作矩頻特牲

38、。</p><p>　　根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)距初選擇電機型號</p><p><b>　　1，步距角的選擇</b></p><p>　　步距角選定為0.9º。</p><p>　　2，步進電動機輸出轉(zhuǎn)矩的選擇</p><p>　　步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機的定位轉(zhuǎn)矩（靜止狀

39、態(tài)），是選擇步進電動機的最基本參數(shù)。步進電動機的空載啟動轉(zhuǎn)矩Mka是指電機在沒有外加載荷下啟動轉(zhuǎn)矩，它和步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩有表2-7所示的關(guān)系。</p><p>　　步進電動機空載啟動轉(zhuǎn)矩可按下式計算</p><p>　　式中Mkq為空載啟動力矩（N·cm）;Mka為空載啟動時運動部件由靜止上升到最大快進速度時，折算到電機上的力矩；Mkf為空載時折算到電機上摩擦力力矩；Mo為

40、由于絲杠預(yù)緊，折算到電機軸上的附加摩擦加矩。各項力矩計算如下：</p><p><b>　　加速度力矩</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=6.4N·cm</b></p><p>　　式中：JΣ為傳動系統(tǒng)各部件折算到電機上的總

41、等效轉(zhuǎn)動慣（kg·cm2）;ε為電動機最大角加速度（rad/s2）;nmax為運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（r/min）;t為運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間（s）本設(shè)計為t=0.1s；Vmax為運動部件最大快進速度（mm/min）本設(shè)計為3m/min; θb為初選步進電動機的步距角本設(shè)計為0.9º，δp為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量本設(shè)計為0.01mm/脈沖。</p><p>　　J

42、D為步進電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量：由產(chǎn)品手冊查得JD=0.6kg·cm2 </p><p>　　JC為絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，計算公式為：</p><p>　　JG為工作臺折算到電機軸上的折算慣量，計算公式為：</p><p><b>　　空載摩擦力矩</b></p><p>　?。蚹f=（N·cm）</p

43、><p>　　式中：G為運動部件的總重量(N);f’為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)本設(shè)計為f’=0.005，i為傳動比，本設(shè)計為1，n為傳動系統(tǒng)總效率，本設(shè)計為n=0.8，Lo為滾珠絲杠基本導(dǎo)程本設(shè)計為0.4cm。</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩</b></p><p&g

44、t;　　式中：FYJ為滾珠絲杠預(yù)加載荷，即預(yù)緊力，一般取Fm的三分之一；Fm為進給牽引力；no為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，本設(shè)計取0.9。</p><p><b>　　綜合上述結(jié)果：</b></p><p>　　按表2-19中的關(guān)系算出電機空載啟動時所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax</p><p>　　步進電動機帶載荷啟動轉(zhuǎn)矩可按下式計算<

45、/p><p>　　MF’為作用在工作臺上的合力F’折算到電機上的轉(zhuǎn)矩。MF’可按下式計算</p><p><b>　　帶載荷時的Mka</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　按Mjmax1和Mjmax2中的較大者選取步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax，并要求</p&

46、gt;<p>　　Mjmax≥max｛Mjmax1,Mjmax2｝</p><p>　　查得初選電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為1.6N·m，符合要求。</p><p><b>　　步進電機的驗算 </b></p><p>　　傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算 </p><p>　　傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量量是一種慣負載，

47、選用電機時必須加以考慮。由于傳動系統(tǒng)的各傳動部件并不都與電機軸同軸線，還存在各傳動部件轉(zhuǎn)動慣量量向電機軸的折算問題。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　對于軸、軸承、聯(lián)軸器、絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量量計算公式為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　對于鋼

48、材，材料密度為7.8(g/cm2)，代入公式(2-2)，有</p><p>　　式中:MC為圓柱體質(zhì)量(kg)；D為圓柱體直徑（cm）；L為圓柱體長度（cm）。電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量JD可由表2-18、2-19查出。</p><p>　　計算時，齒輪和工作臺均按實體計算（即齒輪軸孔和工作臺T型槽挖空的部分忽略不計），滾珠絲杠則按照滾珠絲杠的中徑為直徑的實心圓柱體計算。</p>&l

49、t;p>　　由于此次設(shè)計的X-Y工作臺主要用于輕載的工作環(huán)境下，且所選軸承和聯(lián)軸器質(zhì)量比較少，所以計算總轉(zhuǎn)動慣量時可忽略。以下只計算絲杠的轉(zhuǎn)動慣量量。</p><p>　　滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量JS折算到電機軸上為：,為絲杠與電機軸之間的總傳動比，此設(shè)計中為電機與絲杠直接聯(lián)接。=1.所以滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量JS折算到電機軸上為</p><p>　　D=2㎝,L=33.1㎝；代入式得</p

50、><p><b>　　工作臺質(zhì)量折算</b></p><p>　　工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量JG可按下式進行計算</p><p>　　式中：L0為絲杠導(dǎo)程（cm）；M為工作臺質(zhì)量（kg）。</p><p>　　L0=0.4㎝；M=30kg.代入式得</p><p>　　式

51、中，為電機轉(zhuǎn)動慣量，=；所以</p><p>　　=0.46+0.413+0.122 =0.995 </p><p><b>　　啟動矩頻特性校核 </b></p><p>　　步進電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。</p><p>　　前面提出的，僅僅是指初選專機后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保

52、證電機在快速啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。以后還要對快進、工進的運行矩頻特性校核。</p><p>　　步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。</p><p><b>　　突跳啟動</b></p><p>　　在零時刻（t1=0）。步進電機的啟動頻率從零突跳為最大運行頻率，即瞬間=。事實上，突跳是不可能瞬間完成的。但突跳過程極短，

53、則速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此突跳啟動是很少使用的。</p><p><b>　　升速啟動</b></p><p>　　步進電機靜止狀態(tài)開始逐漸升速，在零時刻（t1=0），啟動頻率=0。</p><p>　　在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動結(jié)束時，步進電機達到了最高的運行速度，此時相應(yīng)的運行頻率為。因此，當(dāng)，啟動過程結(jié)束，啟

54、動頻率已與最高運行頻率相等，即=。在整個升速、勻速運行、降速過程中，步進電機所走的步數(shù)與應(yīng)該完成的輸入指令脈沖總數(shù)相等。升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩項不會很大，一般不會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，但是降低了工作效率。升速時間過短，則步進電機 啟動力矩中的加速力矩項就會很大，所以需要校核啟動矩頻特性。</p><p>　　從初選步進電機的啟動矩頻特性曲線（圖2-21）中以已知的空載啟動力矩值找出對應(yīng)的允

55、許啟動頻率</p><p>　　運行矩頻特性校核 。啟動頻率應(yīng)少于允許啟動頻率，即〈，才能保證不丟步。</p><p>　　如果〉，步進電機啟動時會丟步。這時，必須采用適當(dāng)?shù)纳ń担┧倏刂拼胧?，比如延長升速時間，直到滿足要求，或者分段啟動，每段啟動頻率僅為最高運行頻率的幾分之一，即分幾個升速階段使啟動頻率降下來，從而滿足啟動矩頻特性曲線的要求，最后電機運行頻率達到最高運行頻率，最高運行頻率

56、可按下式計算</p><p><b>　　=（Hz） </b></p><p>　　式中： 為運動部件最大快進速度（m/min）。</p><p>　　而電動機運行頻率為15000HZ></p><p><b>　　運行矩頻特性校核</b></p><p>　　要

57、對快速進給運行和工作進給運行兩種工況分別校核，確快進和工進時均不丟步。</p><p>　　1、快速進給運行矩頻特性校核</p><p>　　步進電機的最高快進運行頻率可按式（2-33）計算?？焖龠M給時已經(jīng)不存在加速力矩項，并且一般快進時處于空載狀態(tài)，故快進力矩的計算公式只保留了式（2-24）中的后兩項，即</p><p>　　=+=0.04+1.72=1.76N&

58、#183;cm</p><p>　　式中： 為附加摩擦力矩（N·cm），見式（2-28）；為快進時，拍片到電機軸上的摩擦力矩（N·cm），見式（2-27）。</p><p>　　從圖2-22中可查到初選步進電機的運行矩頻特性曲線。以已知快進力矩值找出對應(yīng)允許快進頻率。實際最高快進頻率應(yīng)小于允許快進頻率，〈。否則，快進時要丟步?；蛘?，對應(yīng)查到的允許快進運行力矩值應(yīng)大于步進

59、電機快速進給力矩,否則步進電機快速進給時會丟步。不滿足運行矩頻特性要求時，要降低快速進給速度或重選更大的步進電機直到滿足運行矩頻特性要求 。就注意，運行矩頻特性曲線與啟動矩頻特性曲線是不同的。</p><p>　　2、工進運行矩頻特性校核</p><p>　　工進時步進電機的運行頻率為</p><p>　　= =200（Hz）</p><p>

60、;　　式中： 為最大工作進給速度（m/min）</p><p>　　工進時步進電機運行所需力矩可近下式計算</p><p>　　（N·m） (2-36)</p><p>　　式中： 為附加摩擦力矩（N·cm），見式（2-27）；為摩擦力矩（N·cm），一般情況下， 工進時有切削力的，工作臺上垂直進給方向載荷不等于零；為折算到電機軸

61、上的工作負載力矩，對于數(shù)控機床進給系統(tǒng)則是切削力矩負載。</p><p><b>　　N·m</b></p><p><b>　　N·cm</b></p><p>　　式中： 為沿進給方向的切削負載，=；Fv為垂直方向作用于工作臺的載荷（N）。</p><p>　　所以，＝1.7

62、2＋0.067+79.4=21.187N·cm</p><p>　　從圖2-22中查到初選步進電機的運行矩頻特性曲線。對應(yīng)工進頻率查到的允許工進運行力矩=1.6N·m大于步進電機工進時所需力矩</p><p>　　七、步進電機控制電路設(shè)計</p><p>　　1、控制系統(tǒng)硬件的組成</p><p>　　步進電機開球伺服系統(tǒng)

63、是由脈沖信號源、脈沖分配器、功率放大器和步進電動機四部分所組成的。</p><p>　　控制系統(tǒng)軟件的組成及結(jié)構(gòu)</p><p>　　控制系統(tǒng)軟件是為了完成機電設(shè)備的各項功能而編制的。由于各和機電設(shè)備所完成的功能和控制方法的不同，其軟件在結(jié)構(gòu)和規(guī)模上也不盡相同。以單片機為核心的數(shù)控微機控制系統(tǒng)軟件一般包括監(jiān)控模塊、插補計算模塊、步進電機控制模塊、誤差補償模塊等。</p>&l

64、t;p>　　監(jiān)控程序一般包括系統(tǒng)初始化、命令處理循環(huán)、零件加工程序或作業(yè)程序輸入、編輯、指令分析執(zhí)行以及系統(tǒng)自檢等。</p><p>　　常用的機電系統(tǒng)控制軟件結(jié)構(gòu)有：子程序結(jié)構(gòu)、主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)以及中斷程序結(jié)構(gòu)。</p><p>　　XY工作臺的運動一般都由直線插補程序和圓弧插補程序來完成。每一象限逆圓弧插補程序如下：</p><p>　　XL EQU

65、 18H</p><p>　　SH EQU 19H</p><p>　　YL EQU 28H</p><p>　　YH EQU 29H</p><p>　　XeL EQU 1AH</p><p>　　XeH EQU 1BH </p><p>　　YeL EQU 2AH&

66、lt;/p><p>　　YeH EQU 2BH</p><p>　　FL EQU 2CH</p><p>　　FH EQU 2DH</p><p>　　ORG 2400H</p><p>　　MAIN: MOV SP, #60H</p><p>　　MOV 70H, #08H&

67、lt;/p><p>　　MOV XL,#80H;XL</p><p>　　MOV XH, #0CH;XH</p><p>　　MOV YeL,#80H;YeL</p><p>　　MOV YeH,#0CH;YeH</p><p>　　MOV XeL,#00H;XeL</p><p>　　M

68、OV XeH,#00H;XeH</p><p>　　MOV YL,#00H;YL</p><p>　　MOV YH,#00H;YH</p><p>　　MOV FL,#00H;FL</p><p>　　MOV FH,#00JH;FH</p><p>　　LP3: MOV A,FH</p>

69、<p>　　JNB ACC.7,LP1</p><p>　　MIV A,70H</p><p>　　SETB ACC.2</p><p>　　CLR ACC.0;</p><p>　　LCALL MOTR;</p><p>　　MOV R1,#28H;</p><p>

70、　　MOV R0,#1CH;</p><p>　　MOV R7,#02H;</p><p>　　LCALL MULT2;2*Y</p><p>　　ADD: CLR C</p><p><b>　　MOV A,FL</b></p><p>　　ADDC A,1CH</p>

71、;<p><b>　　MOV FL,A</b></p><p><b>　　MOV A,FH</b></p><p>　　ADDC A,1DH;F+2Y</p><p><b>　　MOV FH,A</b></p><p><b>　　VLR

72、C</b></p><p><b>　　MOV A,UL</b></p><p>　　ADD A,#01H</p><p>　　MOV 28H,A</p><p><b>　　MOV A,YH</b></p><p>　　ADDC A,#00H</

73、p><p><b>　　MOV YH,A</b></p><p><b>　　CLR C </b></p><p><b>　　MOV A,FL</b></p><p>　　ADD A,#01H</p><p><b>　　MOV FL,

74、A</b></p><p><b>　　MOV A,FH</b></p><p>　　ADDC A,#00H</p><p>　　MOV FH,A; +2Y+1</p><p><b>　　AJMP LP2</b></p><p>　　LP1: M

75、OV A,70H</p><p>　　SETB ACC.0</p><p>　　MOV 70H,A;</p><p>　　LCALL MOTR</p><p>　　MOV R1,#18H;XL</p><p>　　MOV R0,#1CH</p><p>　　MOV R7,#02H&

76、lt;/p><p>　　LCALL MULT2;0*X</p><p>　　SUB: CLR C</p><p><b>　　MOV A,FL</b></p><p>　　SUBB A,1CH</p><p><b>　　MOV FL,A</b></p>

77、;<p><b>　　MOV A,FH</b></p><p>　　SUBB A,1DH</p><p>　　MOV FH,A;F-2</p><p><b>　　CLR C </b></p><p><b>　　MOV A,XL</b></p&g

78、t;<p>　　SUVV A,#00H</p><p>　　MOV XH,A;X-1</p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　MOV A,FL</b></p><p>　　ADD A,#01H</p><p>　　M

79、OV FH,A;F-2X+1</p><p>　　Lp2: MOV A,YH</p><p>　　CJNE A,YeH,LP3A;YH=YeH?</p><p><b>　　MOV A,YL</b></p><p>　　CJNE A,YeL,LP3A;YL=YeL?</p><p&g

80、t;　　LP3: AJMP LP3</p><p>　　ORG 2500H</p><p>　　MULT2: PUSH PSW;</p><p><b>　　PUSH A</b></p><p><b>　　PUSH B</b></p><p><b

81、>　　CLR C</b></p><p>　　MOV R2,#00H</p><p>　　SH1: MOV A,@R1</p><p>　　MOV B,#02H</p><p><b>　　MUL AB</b></p><p><b>　　POP PS

82、W</b></p><p>　　ADDC A,R2</p><p>　　MOV @R0,A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R7,SH1</p>

83、<p><b>　　POP B</b></p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　RET </b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　吳國梁主編，《銑工實用技術(shù)手冊》；

84、江蘇科學(xué)技術(shù)出版社。</p><p>　　周開勤主編，《機械零件手冊》；高等教育出版社。</p><p>　　濮良貴 紀名剛主編，《機械設(shè)計》；高等教育出版社。</p><p>　　王太辰主編，《中國機械設(shè)計大典》；江西科學(xué)技術(shù)出版社。</p><p>　　周灝主編，《機械設(shè)計手冊》；機械工業(yè)出版社。</p><p>