x-y工作臺課程設(shè)計

1、<p><b>　　一、設(shè)計的目的</b></p><p>　　《數(shù)控機床》課程設(shè)計是一個重要的時間性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運用所學(xué)的理論知識，獨立進行的設(shè)計訓(xùn)練，主要目的：</p><p>　　通過設(shè)計，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本組成及其想怪知識，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。</p><p>　　通過對

2、機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算及選用的方式</p><p>　　通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電機的工作原理、計算控制方法與控制驅(qū)動方式</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思想</p><p>　　鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻資料及撰寫科技論文的能力</p>

3、<p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：</p><p>　　立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3，最大銑削寬度=15mm</p><p>　　最大背吃刀量=8mm，加工材料為碳素鋼或有色金屬。</p><p>　　2

4、、X、Z方向的定位精度均為±0.02mm。</p><p>　　3、工作臺面尺寸為，加工范圍為;</p><p>　　4、工作臺空載進給最快移動速度：，工作臺進給最快移動速度:，加減速0.4s</p><p><b>　　三、設(shè)計主要步驟</b></p><p><b>　　1、確定設(shè)計總方案<

5、/b></p><p>　?、拧C械傳動部件的選擇</p><p>　?、?、絲杠螺母副的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求,此立式數(shù)控銑床工作臺為小型工作臺,要求X、Y方向的定位精度均為，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，需要滿足初選0.01mm脈沖當(dāng)量，因為定位精度±0.02mm，對于機械傳動要有一定的精度損失，大約是1/3

6、-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是±0.01mm和±0.02mm的定位精度，精度要求較高，現(xiàn)選用滾珠絲桿副。滾珠絲桿副的傳動精度高、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。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)：根據(jù)條件要求,選用內(nèi)循環(huán)的形式，內(nèi)循環(huán)的回路短,滾珠數(shù)目少,流暢性好,摩擦損失小，傳動效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高,適用于各種高靈敏、高剛度的精密

7、進給定位系統(tǒng)。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊：由于次立式工作臺有一定的定位精度要求，載荷不大，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，但調(diào)整不方便。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的支撐及軸端形式：由于絲杠為臥式安裝，工作臺行程不長，其最快的移動速度為，所需的轉(zhuǎn)速不高，且有一定的精度要求，故可以采用一端固定，一端游動的支承形式。</p>

8、<p><b>　　②、導(dǎo)軌副的選用</b></p><p>　　要設(shè)計X-Y數(shù)控車床工作臺用來配套立式數(shù)控銑床，需要承受的載荷不大，行程短，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度適中，因此選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有運動靈敏度高，牽引力小，移動輕便；定位精度高，磨損小，無爬行現(xiàn)象，精度保持性好，潤滑系統(tǒng)簡單，維修方便，。</p><p><b>　　③、伺服電機

9、的選用</b></p><p>　　設(shè)計要求工作臺的X、Y方向的定位精度均為，精度要求較高，現(xiàn)初選混合式步進電機作為伺服驅(qū)動電機。步進電機結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，成本低，性價比高，可以滿足設(shè)計任務(wù)書的傳動要求。選用步進電機以后，可以選開環(huán)控制，也可選半閉環(huán)和閉環(huán)控制。由于開環(huán)控制系統(tǒng)可以達到的精度，且結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、使用維修方便及成本低等優(yōu)點，可以滿足任務(wù)書精度要求，且開環(huán)控制能夠確保電動機在運動過程

10、中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步。</p><p><b>　?、?、減速裝置的選用</b></p><p>　　選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應(yīng)選用無間隙齒輪傳動減速箱。</p><p><b&g

11、t;　?、?、控制系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　?、?、設(shè)計的X-Y工作臺準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有輪廓控制，兩坐標(biāo)直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計成連續(xù)控制型。</p><p>　?、?、對于步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。</p><p

12、>　?、?、要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴展程序存儲器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。</p><p>　?、堋⑦x擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。</p><p>　　2、機械傳動部件的計算和選擇</p><p>　?、?、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

13、量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計重量約為800N。</p><p><b>　?、?、計算切削力</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：</p><p><b>　　立銑刀 ： </b></p>

14、<p>　　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。則由由<金屬切削原理與刀具>中P166頁查得立銑切削力計算公式為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由【5】中P13頁的表中，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：</p><p>　　每齒進給量fz=

15、0.12mm</p><p><b>　　則銑刀轉(zhuǎn)速n=</b></p><p>　　則由（1）式求的最大銑削力：</p><p><b>　　銑削功率</b></p><p>　　采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由《金屬切削原理與刀具》表10-1查得，各銑削力之間的比值范圍如下：&l

16、t;/p><p>　　考慮逆銑時的情況，可估算三個方向的銑削力分別為：</p><p><b>　　進給力：；</b></p><p><b>　　背向力：；</b></p><p><b>　　垂直進給力：。</b></p><p>　　考慮立銑，工作臺受

17、到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為和。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。</p><p>　?、?、滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗</p><p>　　滾珠絲杠的選擇包括其精度選擇、尺寸規(guī)格、支承方式等幾個方面的內(nèi)容。滾珠絲杠副的承載能力用額定動載荷和額定靜載荷來表示，在設(shè)計中一般按額定動載荷來確定它的尺寸規(guī)格。</p><p

18、>　?、?、最大工作載荷的計算</p><p>　　如前所述，在立銑時，工作臺受到進給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=1736N,受到橫向載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=395N，受到垂直方向的載荷（與工作臺面垂直）Fz=584N。</p><p>　　已知移動部件總重量G=800N，絲杠承受按滾動導(dǎo)軌計算，由《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P114頁，取動載荷系數(shù)K=1.1，滾動導(dǎo)軌上的摩擦

19、系數(shù)查《畢業(yè)設(shè)計寶典》中P34可知u=0.0025—0.005,現(xiàn)取u=0.005，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：</p><p>　　=1.1×1736+0.005×(395+584+800) =1918.5N</p><p>　?、?、最大計算動載荷的確定</p><p>　　工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲

20、杠導(dǎo)程P=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。</p><p>　　預(yù)計滾珠絲杠的工作五年,每天工作八小時，由此得使用壽命為T=5×360</p><p>　　×8=14400h，根據(jù)《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P114，公式4—13得：</p><p><b>　　=</b></p><p&g

21、t;　　其中： T——使用壽命14400 h ；N——循環(huán)次數(shù)；——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 80r/min</p><p><b>　　求得：（）</b></p><p>　　查《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P114，表4-14、4-15得，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P114，式4-12 </p

22、><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　?、?、規(guī)格型號的初選</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《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》P150頁的表F-8，初選絲杠為內(nèi)循環(huán)、浮動反相器、螺母墊片預(yù)緊。型號為SFI2505-4的滾珠絲杠。其具體參數(shù)如下：</p>

23、<p>　　額定動載荷為1280kgf=12.8KN，大于最大計算動載荷=9.5KN，小于額定動載荷，滿足要求。</p><p>　　絲杠長度:絲杠螺紋部分長度 等于工作臺最大行程（250mm）加螺母長度（43mm）加兩端余程（28.5mm），即</p><p>　　精度等級的選擇：根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，任意300mm行程變動量V300p應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)計定位精度的1/3-1

24、/2，由于設(shè)計要求定位精度為±0.02mm，查手冊《數(shù)控機床課程設(shè)計》P40頁表選擇精度等級為4級的精度。</p><p><b>　?、?、傳動效率的計算</b></p><p>　　將公稱直徑,導(dǎo)程,代入，得絲杠螺旋升角。將摩擦角，代入,得傳動效率。</p><p><b>　?、?、剛度的驗算</b></

25、p><p>　　絲杠拉壓剛度：它與絲杠螺母機構(gòu)的安裝形式有關(guān)。由于X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定，一端游動”的軸承配置形式。由《數(shù)控機床設(shè)計指南》P116找到： </p><p>　　式中：E——彈性模量（MPa），一般取E=2.1105MPa</p><p>　　d2——滾珠絲杠的底徑（mm）</p>&l

26、t;p>　　a——滾珠絲杠的螺母中心到固定端支撐中心的距離（mm）</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的軸向接觸剛度KN：由滾珠絲杠螺母副接觸變形可以計算出軸向接觸剛度。由于選用了標(biāo)準(zhǔn)的滾珠絲杠，其值為 </p><p>　　軸承的接觸剛度：角接觸球軸承的軸向剛度按下式計算</p><p>　　式中：z——滾動體個數(shù)，這里Z=15；a——接觸角，這里為6

27、0度</p><p>　　Db ——滾動體直徑，這里為9.25mm；FB ——軸向預(yù)緊力，這里為584N</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　系統(tǒng)總剛度K： ， 得</p><p>　　X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用-對推力角接觸球軸承，面

28、對面組配，左、右支承的中心距約為；鋼的彈性模量；查表得滾珠直徑Dw=3mm，絲杠底徑d2=21.9mm,絲杠截面積。查《機床實用設(shè)計手冊》算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量</p><p>　　根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=19；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=114。絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力/3=639.5N。由下式求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 </

29、p><p>　　因為絲杠有預(yù)緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可以減少一半，取=0.00425mm。</p><p>　　將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對應(yīng)跨度500mm）=0.01395mm=13.95。</p><p>　　本例中絲杠的有效行程為400mm，查表知4級精度滾珠絲杠有效行程在400~800mm時，行程偏差允許達到40，可見絲杠剛度足夠。

30、</p><p><b>　　⑥、穩(wěn)定性的驗算</b></p><p>　　根據(jù)《數(shù)控機床設(shè)計指南》中式4-18 ： 。</p><p>　　式中： ； ——絲杠公稱直徑；——滾珠直徑； ——絲杠最大受壓長度</p><p>　　——絲杠支承方式系數(shù)，在此由于為一端固定，一端游動，取=2.0</p>

31、<p><b>　　故</b></p><p>　　此計算值遠遠大于設(shè)計載荷，故可用。</p><p>　　由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380.88；</p><p>　　壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；</p><p>　　滾動螺母至軸向固定處的距離L=a取最大值400mm。&l

32、t;/p><p>　　代入公式，得P=14896kg.f=14896N大于=7533N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。</p><p><b>　?、摺⑴R界轉(zhuǎn)速的驗算</b></p><p>　　對于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗算其臨界轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速，由《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P115式4-19得：</p><

33、p>　　其中 24-1.2×3.175=20.8mm</p><p><b>　　為臨界轉(zhuǎn)速計算長度</b></p><p>　　為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動）</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速遠大于絲杠所需轉(zhuǎn)速

34、，故不會發(fā)生共振。</p><p>　?、?、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定</p><p>　　絲杠長度:絲杠螺紋部分長度 等于工作臺最大行程（250mm）加螺母長度（43mm）加兩端余程（28.5mm），即</p><p>　　支撐跨距L1：略大于，取L1=400</p><p>　?、?、步進電機的傳動計算及電動機的選用</p&g

35、t;<p><b>　?、?、傳動計算</b></p><p>　　因為該銑床的加工精度為±0.02mm，考慮到機械傳動部分造成的精度損失，故選用銑床的脈沖當(dāng)量為0.01mm/Hz，</p><p>　　初選步進電動機的步距角α=0.72°。由【1】中P121式5-18得：</p><p>　?、?、步進電動機的計

36、算和選型</p><p>　?、?、步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量的計算。</p><p>　　總轉(zhuǎn)動慣量J主要包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、滾珠絲杠上一級移動部件等折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　?、　L珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量J</p><p>　　由《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P119式5-2得：</p><p>

37、　　式中： D為絲杠公稱直徑D=25mm ；L為絲杠長度L=350mm ；</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77×20×560×10=1.05×10-4kg.㎡</p><p>　　ii、工作臺拆算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　由【《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》中P119式5-3得：</p><

38、;p>　　其中： M為工作臺的（包括工件）的質(zhì)量M==81.6kg：P為絲杠螺距P=5mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　　iii、絲杠拆算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：根據(jù)《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》P120表5-2，根據(jù)絲杠的選擇類型，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p><b>　　所以

39、</b></p><p>　　驗算慣量匹配，電動機軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負載特性。為使該系統(tǒng)慣量達到較合理的配合，一般比值控制在1/4——1之間，</p><p>　　由此可見:,符合慣量匹配要求。</p><p>　　②、步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩M的計算</p><p&g

40、t;　　a、承受的負載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負載時電動機所需力矩，由《數(shù)控機床設(shè)計指南》中P121式5-10得：</p><p><b>　　加速力矩 </b></p><p>　　其中: 為折算到電動機軸上的總慣量</p><p>　　T系統(tǒng)時間常數(shù)，由任務(wù)書知為T=0.4S ；切削時的轉(zhuǎn)速為300r/min</p>

41、;<p><b>　　得： N·m</b></p><p><b>　　摩擦力矩</b></p><p>　　其中： 為導(dǎo)軌摩擦力 ；；</p><p>　　S為絲杠螺距S=5mm ；i為齒輪降速比，已計算出為1；</p><p>　　η為傳動鏈總效率，η=0.7—0.85，

42、取0.8</p><p>　　代入數(shù)據(jù) 得： N·m</p><p><b>　　附加摩擦力矩 </b></p><p>　　其中 ：為最大軸向載荷，；</p><p>　　為滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率，=0.958≥0.9 ； 其余數(shù)據(jù)同上</p><p>　　代入數(shù)據(jù) 得： N&

43、#183;m</p><p><b>　　切削力矩</b></p><p>　　其中：進給方向的最大切削力，其余參數(shù)同上。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得： N·m</p><p>　　由此都得到等效負載轉(zhuǎn)矩 N·m </p><p>　　b、快速空載時電動機所需力矩M&

44、lt;/p><p>　　由《數(shù)控機床設(shè)計指南》中P121式5-9得：</p><p>　　加速力矩其中： 其余參數(shù)同上</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　力矩摩擦</b></p><p>　　其中：u為導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù)，滾動導(dǎo)軌取

45、u=0.005， </p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：N·m</b></p><p>　　附加摩擦力矩：；參數(shù)同上</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得： </b></p><p>　　所以可知快速空載時點擊所需力矩：</p><p>　　=0.0588+0

46、.0668+0.044=0.1696 N·m</p><p>　　比較和，取其較大者，就是最大等效負載，即：==1.584N.M</p><p><b>　?、邸⒉竭M電機的初選</b></p><p>　　考慮到步進電機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸入轉(zhuǎn)矩也會下降，可能會造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)，因此按最大等效負載M考慮

47、一定的安全系數(shù)λ，取λ=3，則步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： </p><p>　　由網(wǎng)上http://www.syn-tron.com/download/cataloge/stepmotor/90-5.pdf選的電機型號為90BYG550C，具體參數(shù)如下： </p><p>　　最大轉(zhuǎn)矩 可知滿足要求。實體圖如下：</p><p>　?、堋⒉竭M電機性能校核</

48、p><p>　　a 、最快工進速度時電動機時輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書給定工作臺最快工進速度=400mm/min，脈沖當(dāng)量/脈沖，求出電動機對應(yīng)的運行頻率。從90BYG550C電動機的運行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩4N·m，遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩=1.584N·m，滿足要求。</p><p>　　b、最快空載移

49、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=3000mm/min，求出其對應(yīng)運行頻。由圖查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=3.5N·m，大于快速空載起動時的負載轉(zhuǎn)矩=0.1696N·m，滿足要求。</p><p>　　c、最快空載移動時電動機運行頻率校核 </p><p>　　與快速空載移動速度=3000

50、mm/min對應(yīng)的電動機運行頻率為。查圖3中相應(yīng)表格，可知90BYG550C電動機的空載運行頻率可達50000，可見沒有超出上限。</p><p>　　d、起動頻率的計算 </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)軸不帶任何負載時的空載起動頻率。由式可知步進電動機克服慣性負載的起動頻率為：</p><p>　　說明：要想保證

51、步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有。</p><p>　　綜上所述，本次設(shè)計中工作臺的進給傳動系統(tǒng)選用90BYG550C步進電動機，完全滿足設(shè)計要求。它的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖：</p><p>　　3、滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算</p><p><b>　?、?、工作載荷的計算</b>&

52、lt;/p><p>　　工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對于水平布置的十字工作臺多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： </p><p>　　其中，移動部件重量G=800N,外加載荷F==584N</p><p><b>　　代入上式，得：</b>&

53、lt;/p><p>　?、?、小時額定工作壽命的計算</p><p>　　預(yù)期工作臺的工作壽命為5年，一年365天，取工作時間為360天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命</p><p>　?、邸⒕嚯x額定壽命計算</p><p><b>　　由公式，從而得到</b></p><p>　　式中：為

54、小時額定工作壽命；n為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)（4—6）取5</p><p>　　S為移動件行程長度，由加工范圍為250mm×250mm取520mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p><b>　?、?、額定動載荷計算</b></p><p>　　由公式 ，從而

55、得到：</p><p>　　式中：為額定動載荷；L為距離工作壽命，由上式可知為4493km</p><p>　　F為滑塊的工作載荷，由上式可知為784N</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　?、?、產(chǎn)品選型</b></p><p>　　根

56、據(jù)額定動載荷，選擇滾動導(dǎo)軌，查滾動導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB B A四方向等載荷窄型滾動直線導(dǎo)軌副型號為GGB16BA，相關(guān)尺寸如下圖4所示，（參考網(wǎng)址：http://www.njyigong.cn/UploadFiles/2010826155325974.pdf）</p><p>　　可知其額定動載荷C=8.51KN，大于7.023KN，故可知滿足要求。</p><p

57、><b>　　4、其余附件的選擇</b></p><p><b>　?、?、聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡單，制造容易， 免維護，超強抗油以及耐腐蝕，即使承受負載時也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負荷時，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。適用于安裝底座剛性好、對中精度較高、沖擊載荷不大、對減振要求不高的中小功率軸系

58、傳動。根據(jù)選出的電機和絲杠的參數(shù)，選用沈陽光宇科技有限公司的韓國YHB剛性聯(lián)軸器,型號為P-58-20-20。（參考網(wǎng)址 http://www.31992640.com/asp/cpzx-show.asp?productid=2189）</p><p><b>　　四、控制系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計控制系統(tǒng)的時主要考慮以下功能：&l

59、t;/p><p>　　接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；</p><p><b>　　接受限位開關(guān)信號；</b></p><p>　　控制X，Y向步進電動機的驅(qū)動器；</p><p>　　與PC機的串行通信。</p><p>　　CPU選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52，采用8279，和W27

60、C512，6264芯片做為I/O和存儲器擴展芯片。W27C512用做程序存儲器，存放監(jiān)控程序；6264用來擴展AT89S52的RAM存儲器存放調(diào)試和運行的加工程序；8279用做鍵盤和LED顯示器借口，鍵盤主要是輸入工作臺方向，LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有超程報警功能，并有越位開關(guān)和報警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時鐘電路，越位報警指示電路。</p><p>　　1、進給控制系統(tǒng)原理框圖</p&

61、gt;<p>　　2、驅(qū)動電路流程設(shè)計</p><p>　　步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計時的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進電機每走一步，工作臺直線行進給0.01mm。步進電機驅(qū)動電路中采用了光電偶合器，它具有較強的抗干擾性，而且具有保護CPU的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。</p><p><b>　　步進

62、電機驅(qū)動電路圖</b></p><p>　　該電路中的功放電路是一個單電壓功率放大電路，當(dāng)A相得電時，電動機轉(zhuǎn)動一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機發(fā)熱厲害被燒壞。</p><p>　　由于步進電機采用的是五相十拍

63、的工作方式（五個線圈A、B、C、D、E），其正轉(zhuǎn)時通電順序為：A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA-A……….其反轉(zhuǎn)的通電順序為：A-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA-A………。</p><p>　　3、驅(qū)動電源的選用，及驅(qū)動電源與控制器的接線方式</p><p>　　設(shè)計中X、Y向步進電動機均為90BYG550C型。查步進電動機的資料，選擇與之匹配的驅(qū)動電源為BD

64、28Nb型，輸入電壓為80V AC，相電流為6A，分配方式為五相十拍。該驅(qū)動電機接線圖如下：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　【1】、文懷興、夏田 .《數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》 北京：北京化工出版社，2005.</p><p>

65、　　【2】、韓榮第 .《金屬切削原理與刀具》 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　【3】、李洪 .《機床設(shè)計手冊》北京：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.</p><p>　　【4】、陳家芳.《金屬切削工藝手冊》 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2005.</p><p>　　【5】、楊建明. 《數(shù)控加工工藝與編程》北京：北京理工大學(xué)出版社，200

66、9.</p><p>　　【6】、張新義.《經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　【7】、尹志強.《機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)書》北京:機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　【8】.孫波.《畢業(yè)設(shè)計寶典》.西安電子科技大學(xué)出版社 </p><p>　　【9】.文懷興.《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南

67、》.化學(xué)工業(yè)出版社.第一版</p><p>　　【10】.王愛玲.《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》.國防工業(yè)出版社第三版</p><p><b>　　六、總結(jié)體會</b></p><p>　　通過本次對X-Y數(shù)控工作臺的機電系統(tǒng)設(shè)計，由設(shè)計任務(wù)給定的工作尺寸，設(shè)計一種供應(yīng)式數(shù)控銑床的X-Y數(shù)控工作臺。這是一個比較具有實際意義的設(shè)計演練，不光是針對

68、畢業(yè)設(shè)計前的一次預(yù)演，更是進入社會前的一次實際生產(chǎn)設(shè)計。</p><p>　　在本次設(shè)計中讓我進一步的理解到機械與電子聯(lián)系的緊密性，初步掌握了機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計過程。就本次機電一體化產(chǎn)品設(shè)計來談?wù)勗O(shè)計思路：</p><p>　　首先，確定總體設(shè)計方案：其中主要對導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、檢測裝置的選用及控制系統(tǒng)的設(shè)計進行初步分析，再繪制總體方案圖。</p><p>　　

69、其次，進行機械傳動部件的計算與選擇：主要進行導(dǎo)軌上移動部件的重量估算，銑削力的計算，直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型，滾珠絲杠螺母副的計算與選型，步進電機減速箱的選用，步進電動機的計算與選型。本部分作為此設(shè)計重點，進行了大量的分析、計算及驗算，最后得到了滿足任務(wù)規(guī)定尺寸的工作要求。</p><p>　　再次，選用檢測裝置。本設(shè)計中選用了增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，確定電路為觀電隔離電路，以此來對工作臺的運動狀態(tài)進行檢測，從而在反

70、饋后對工作臺進行實時調(diào)整。</p><p>　　最后，控制系統(tǒng)的設(shè)計。此處主要通過進給傳動系統(tǒng)來對硬件電路進行設(shè)計，并繪制控制系統(tǒng)原理框圖；然后分析選用了步進電動機的驅(qū)動電源。</p><p>　　在老師的指導(dǎo)下和與同學(xué)的討論中，最后通過自己的努力終于完成了本次設(shè)計任務(wù)，盡管在本次設(shè)計中間遇到了不少問題，如滾珠絲杠螺母副的選擇與電動機的選擇過程中，在開始的設(shè)計中選擇的型號總是在驗算過程中被