課程設(shè)計(jì)---z3040鉆床工作臺(tái)y向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)2</b></p><p>　　二、總體方案確定2</p><p>　　1.機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇2</p><p>　　2.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　三、機(jī)械傳動(dòng)部件的

2、計(jì)算與選型4</p><p>　　1.導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算4</p><p>　　2.切削力的計(jì)算4</p><p>　　3.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與類(lèi)型5</p><p>　　4.滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型6</p><p>　　5.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用12</p><p>　

3、　6.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型12</p><p>　　四、繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖19</p><p>　　五、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的原理框圖20</p><p><b>　?。?）簡(jiǎn)介20</b></p><p><b>　?。?）應(yīng)用24

4、</b></p><p>　　六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用27</p><p><b>　　七、附圖28</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　

5、　題目：Z3040鉆床工作臺(tái)Y向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供Z3040鉆床使用的數(shù)控鉆臺(tái)</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　鉆頭最大直徑d=40mm;</p><p>　　加工材料為灰鑄鐵190HBW；</p><p>　　Y方向的脈沖當(dāng)

6、量δ=0.005mm/step；</p><p>　　Y方向的定位精度為±0.01mm；</p><p>　　工作臺(tái)面尺寸為400mm×360mm；</p><p>　　工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度 2000mm/min；</p><p>　　加工時(shí)最快進(jìn)給移動(dòng)速度2000mm/min；</p><p>

7、<b>　　二、總體方案確定</b></p><p>　　1.機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇</p><p>　　導(dǎo)軌副的選用：要設(shè)計(jì)的工作臺(tái)是與Z3040鉆床配套使用的，因此，選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　絲杠螺母副的選用：伺服電動(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)

8、動(dòng)，要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量和 ±0.01mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滑動(dòng)絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。</p><p>　　減速裝置的選用：選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。為此，決定采用無(wú)間

9、隙齒輪傳動(dòng)減速箱。</p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)的選用：任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式：由于任務(wù)書(shū)所給精度對(duì)于步進(jìn)

10、電動(dòng)機(jī)還可應(yīng)付，且此工作臺(tái)僅要求單坐標(biāo)定位，故選用開(kāi)環(huán)控制。</p><p><b>　　2.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制，選用8035作為控制系統(tǒng)的CPU，可滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。</p><p>　　要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要進(jìn)行存儲(chǔ)器的選擇、接口擴(kuò)展、輸入/輸出接口電路的

11、設(shè)計(jì)、隔離電路、報(bào)警電路、運(yùn)行指示電路等。</p><p>　　選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。</p><p>　　三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型</p><p>　　1.導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算</p><p>　　按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)

12、軌座等，估計(jì)重量約為1000N。</p><p><b>　　2.切削力的計(jì)算</b></p><p>　　采用硬質(zhì)合金鉆頭，工件材料為灰鑄鐵190HBW。鉆孔時(shí)軸向力Ff的計(jì)算公式為：</p><p>　　今選擇鉆頭直徑為d=40mm，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.17mm/r。由表3-8查得=410，=1.2，=0.75，=1，由上式求得切削力軸向力：

13、</p><p><b>　　≈9080N</b></p><p><b>　　對(duì)于麻花鉆鉆削加工</b></p><p>　　3.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與類(lèi)型</p><p>　　滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取：工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計(jì)中的工作臺(tái)為水平布置，采用

14、雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)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(dòng)部件重量G=1000N，外加載荷F==273N，代入上式，得最大工作載荷=523N=0.523kN。</p><p>　　查表3—41[1]，根據(jù)工作載荷=0.523kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA—LG15型，其額定動(dòng)

15、載荷，額定載荷。</p><p>　　任務(wù)書(shū)規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為400mm×360mm，加工范圍為210mm×210mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表 3—35[1]，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為700mm。</p><p>　　距離額定壽命L的計(jì)算：上述選取的KL系列JSA—LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作速度較低，載荷不大。查表3—36~

16、3—40[1]，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入下式，得距離壽命：</p><p>　　遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。</p><p>　　4.滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型</p><p><b>　　最大工作載荷的計(jì)算</b></p><p>　　已知移動(dòng)部件總重量G=1000

17、N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表3—29[1]，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)。按下式計(jì)算滾珠絲桿副的最大工作載荷：</p><p>　　考慮工作臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中只受G影響</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　考慮工作臺(tái)在靜止加工時(shí)只受影響</p><p><b

18、>　　故 </b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　最大動(dòng)載荷的計(jì)算</b></p><p>　　最快進(jìn)給速度400mm/min</p><p>　　初選絲杠導(dǎo)程，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速</p><p>　　取滾珠絲

19、桿的使用壽命T=15000h，代入下式</p><p>　　的絲杠壽命系數(shù)(單位為：r)</p><p>　　查表3—30[1]，取載荷系數(shù)，滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)，代入下式</p><p><b>　　得最大動(dòng)載荷：</b></p><p><b>　　初選型號(hào)：</b></p&

20、gt;<p>　　根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3—31[1]，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GD系列 2505—4型滾珠絲桿副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式，其參數(shù)如下：</p><p><b>　　公稱(chēng)直徑</b></p><p><b>　　導(dǎo)程</b></p><p>　　

21、循環(huán)滾珠為4圈×2列</p><p><b>　　精度等級(jí) 5級(jí)</b></p><p>　　額定動(dòng)載荷 28759N</p><p><b>　　故,滿足要求。</b></p><p>　?。?）傳動(dòng)效率的計(jì)算：</p><p>　　將公稱(chēng)直徑，導(dǎo)程，代入

22、</p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　將摩擦角，代入</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　?。?）剛度的驗(yàn)算：</b></p><p>　　滾珠絲桿副的支承采用“

23、單推—單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面，左右支承的距離約為a=680mm，鋼的彈性模量。查表3—31[1]，得</p><p><b>　　滾珠直徑</b></p><p><b>　　絲杠底徑</b></p><p><b>　　絲杠截面積</b></p>&

24、lt;p>　　絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量</p><p><b>　　根據(jù)，得</b></p><p><b>　　單圈滾珠數(shù)Z=22</b></p><p><b>　　滾珠總數(shù)量</b></p><p>　　絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力</p>

25、<p><b>　　代入</b></p><p>　　因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取。</p><p><b>　　總</b></p><p>　　由表3—27知，5級(jí)精度絲杠有效行程在630~800mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到，可見(jiàn)絲杠剛度不足。</p><

26、;p><b>　　（6）重選絲杠型號(hào)</b></p><p>　　仍選GD系列的3205—3型滾珠絲桿副。其</p><p><b>　　公稱(chēng)直徑</b></p><p><b>　　導(dǎo)程</b></p><p><b>　　滾珠直徑</b><

27、/p><p><b>　　絲杠底徑</b></p><p>　　圈數(shù)×列數(shù) 3×2</p><p>　　精度等級(jí) 5級(jí)</p><p>　　額定動(dòng)載荷滿足要求。</p><p><b>　　同理</b></p><p>

28、<b>　　傳動(dòng)效率</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　?。?）壓桿穩(wěn)定性校核：</p><p><b>　　根據(jù)下式</b></p><p>　　計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷。查表3—34[1]，取支承系數(shù)，絲杠底徑，截面慣性矩</p&g

29、t;<p>　　壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值a=680mm。代入上式，得</p><p>　　遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　綜上所述，初選的滾珠絲桿副滿足使用要求。</p><p>　?。?）滾珠絲桿副主要尺寸列表：</p><p>　　主要尺寸

30、 計(jì)算結(jié)果</p><p>　　公稱(chēng)直徑 32</p><p>　　基本導(dǎo)程 5</p><p>　　滾珠直徑 3.175</p><p>　　螺旋升角 </p><p>

31、　　絲杠外徑 31.2</p><p>　　絲杠底徑 28.2</p><p>　　螺母大經(jīng)D 82</p><p>　　螺母小徑 50</p><p>　　螺母長(zhǎng)度L

32、 82</p><p>　　絲杠長(zhǎng)度S <700</p><p>　　油杯 M6</p><p>　　5.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用</p><p>　　為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電

33、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)結(jié)，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯(cuò)齒法消除間隙。</p><p>　　已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量，滾珠絲桿的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒距角。傳動(dòng)比的計(jì)算：</p><p>　　本設(shè)計(jì)中選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF—3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1

34、mm，齒數(shù)比為75／36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面硬度達(dá)55HRC。減速箱中心距為，小齒輪厚度為20mm ，雙片大齒輪厚度均為10mm。小齒輪直徑為，大齒輪直徑為。</p><p>　　6.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型</p><p>　　（1）加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑</p><p><

35、b>　　滾珠絲桿總長(zhǎng)</b></p><p><b>　　基本導(dǎo)程</b></p><p><b>　　材料密度</b></p><p>　　移動(dòng)部件總重力G=1000N</p><p><b>　　小齒輪寬度</b></p><p>

36、<b>　　小齒輪直徑</b></p><p><b>　　大齒輪寬度</b></p><p><b>　　大齒輪直徑</b></p><p><b>　　傳動(dòng)比</b></p><p>　　得滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　

37、　托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p><b>　　大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為，從表4-5[1]查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p&g

38、t;<p>　　則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　?。?）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 分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　1）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)矩由式（4-8）[1]可知，包括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸

39、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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式（4-12）[1]可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：</p><p>　　根據(jù)式（4-9）[1]，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　（6-14）</b></p><p&

40、gt;　　式中 ——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；</p><p>　　——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s.</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　（6-15）</b></p><p>　　式中 ——空載最快移動(dòng)

41、速度，任務(wù)書(shū)指定為3000mm/min；</p><p>　　——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為；</p><p>　　——脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)。</p><p>　　將上式各值代入式（6-15）[1],算得。</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率。則由式（6-14）[1]求的：</p><

42、p>　　由式（4-10）[1]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：</p><p>　　式中 ——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005；</p><p>　　——垂直方向的切削力，空載時(shí)取0；</p><p>　　——傳動(dòng)鏈總效率。取0.7.</p><p>　　則由式（6-16）[1]，得：</p>

43、<p>　　最后由式（6-16）[1],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：</p><p>　　2）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 由式（4-13）[1]可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)是折算到電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：</p

44、><p>　　其中，由式（4-14）[1]計(jì)算。已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷，則有：</p><p>　　再由式（4-10）[1]計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（）情況下，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：</p><p>　　最后由式（6-18）[1]，求的最大工作負(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：</p><p>　　經(jīng)過(guò)

45、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：</p><p>　?。?）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)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)。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：</p><p>　　上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BY

46、G2602，由表4-5[1]查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。顯然，不滿足要求。</p><p>　?。?）重選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)</p><p>　　選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG2602，為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為，從表4-5[1]查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　　則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p>

47、;<p>　　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：</p><p>　　折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩仍為：</p><p>　　則快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　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)矩仍為：</p><p>　　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：&l

48、t;/p><p>　　仍取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：</p><p>　　上述選定的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG2602，由表4-5[1]查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。顯然，滿足要求。</p><p>　?。?）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>　　1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度，

49、脈沖當(dāng)量，由式，從110BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率特性表4-7[1]中可以查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　2）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(shū)給定工作最快空載移動(dòng)速度，由式，從表4-7[1]查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載起動(dòng)式的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動(dòng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行

50、頻率校核 與最快空載移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為，查表4-5[1]可知110BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000Hz，可見(jiàn)滿足要求。</p><p>　　4）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶負(fù)荷負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率（查表4-5[1]），則由式可以求出步進(jìn)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：</p><p>　　上式說(shuō)明，要想保證步

51、進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)侯的起動(dòng)頻率都必須小于1217Hz。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計(jì)工作臺(tái)的Y向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用110BYG2602型號(hào)的完全滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　四、繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖</p><p>　　在完成滾珠絲杠螺母副，減速箱和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算、選型后，就可以繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)配圖了。在繪制裝配圖式，需要考慮以下問(wèn)

52、題：</p><p>　　1.根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式，確定絲兩端軸承的型號(hào)，軸承的結(jié)構(gòu)，以及軸承的預(yù)緊和調(diào)試方式。</p><p>　　2.考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。</p><p>　　3.考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問(wèn)題。</p><p>　　4.在進(jìn)行各零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝性、考慮裝配的順序，保證安裝，調(diào)試和拆

53、卸的方便。</p><p>　　5.注意繪制裝配圖時(shí)的一些基本要求。</p><p>　　6Y向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖，見(jiàn)附圖3。</p><p><b>　　五、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　CPU選用8031擴(kuò)展了一片EPROM芯片27

54、64用作程序存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)底層程序；擴(kuò)展 了一片SRAM芯片6264用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放用戶程序；鍵盤(pán)與LED顯示采用8155來(lái)管理；輸入輸出接口的擴(kuò)展選用了并行接口8255芯片。</p><p><b>　?。?）簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1）8031：包含一個(gè)8位CPU，128字節(jié)的RAM，兩個(gè)16位的定時(shí)器，四個(gè)8位并行口，一個(gè)全雙功能串行口，可擴(kuò)展的

55、外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量含64K字節(jié)，具有5個(gè)中斷源并配有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，還有21個(gè)特殊功能寄存器。他是一個(gè)有40根引腳的雙列直插式器件。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　V編程和正常操作的電源電壓端，電壓為+5V；V：地電平。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，既是數(shù)據(jù)線，又是低8位地址

56、線，分時(shí)使用。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，可供用戶使用的接口。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，系統(tǒng)外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，作高8位地址線使用，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，也可供用戶使用。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，是一個(gè)雙功能口；第一個(gè)功能和P一樣可以作為通用I/O口，工作于第二功能時(shí)，各端口定義如下：</p><p&

57、gt;　　P-RXD，串行輸入 ； P-TXD，串行輸出；</p><p>　　P-,外部中斷輸入； P-，外部中斷輸入；</p><p>　　P-T，定時(shí)器O外輸入端； P-T，定時(shí)器1外輸入端；</p><p>　　P-,寫(xiě)信號(hào)； P-,讀信號(hào)；</p><p>　　ALE/PROG:訪問(wèn)外

58、部存儲(chǔ)器時(shí)，，用于鎖定地址低8位字節(jié)的地址鎖存允許輸出。ALE提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)，在與外部存儲(chǔ)器存取數(shù)據(jù)時(shí)，把P口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中。</p><p>　　PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào)。</p><p>　　/V:為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行程序內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。為低電平時(shí)CPU執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器指令。使用8031單片機(jī)必須接地。</p>

59、<p>　　XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入，使用外部時(shí)必須接地；</p><p>　　XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出，使用外部振蕩器時(shí)，接受外部震蕩信號(hào)；</p><p>　　R/VDP：復(fù)位控制，在震蕩運(yùn)行時(shí)，使RST引腳至少保持；兩個(gè)機(jī)器周期為高電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。VPD引腳是掉電電路輸入口。</p><p>　　2）2764：程序存儲(chǔ)

60、器 容量為8KB</p><p>　　A-A：地址輸入線，共13根；</p><p>　　D-D: 數(shù)據(jù)輸出線，共8根；</p><p>　　：片選線，低電平有效；</p><p>　　：數(shù)據(jù)輸出選通線，低電平有效；</p><p><b>　　:編程脈沖輸入線；</b></p>&

61、lt;p><b>　　V：編程電源；</b></p><p>　　進(jìn)行片內(nèi)存儲(chǔ)單元的選擇，先把A-A引腳與地址鎖存器8位地址對(duì)應(yīng)連接，剩下的高位地址A-A與P口的P-P相連。這樣2764芯片內(nèi)存儲(chǔ)單元的選擇問(wèn)題就解決了。</p><p>　　3）6234：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，容量為8K字節(jié)</p><p>　　A-A:地址輸入線，共13根；<

62、;/p><p>　　IO-IO:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，共8根 ；</p><p>　　、:片選信號(hào)端，選通時(shí)是低電平，是高電平；</p><p>　　:選通信號(hào)輸入線，低電平有效；</p><p>　　:寫(xiě)選通信號(hào)輸入線，低電平有效；</p><p><b>　　V：+5V電源；</b></p>

63、<p><b>　　GND：地電平；</b></p><p>　?。–S）：高電平有效，可用于掉電保護(hù)；</p><p>　　4）74LS373：地址鎖存器單片機(jī)規(guī)定P口提供低8位地址線。同時(shí)又要作為數(shù)據(jù)線，所以P是一個(gè)分時(shí)輸出低8位地址和數(shù)據(jù)通道。為了把地址信息分離出來(lái)保存，，提供外接存儲(chǔ)器的低8位地址信息，Q-Q是輸出端，CE是片選端，選通端G與80

64、31單片機(jī)的地址鎖存信號(hào)ALE連接， 當(dāng)選通端G=1時(shí)，74LS373的輸出端與輸入端相通，當(dāng)G端從高電平返回低電平時(shí)，輸入信息就被鎖存入Q-Q中。</p><p>　　5) 74SL138 3-8譯碼器即對(duì)三個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行譯碼，得到8個(gè)輸出狀態(tài)；G、和為使能端或譯碼允許端，當(dāng)G=1時(shí)，==0時(shí)，該譯碼器可以譯碼，CBA為譯碼選擇端，即譯碼信號(hào)輸入。-為譯碼輸出信號(hào)，低電平有效。輸入端占用8031單片機(jī)的P-P三

65、根高位地址線，剩余13根地址線用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)地址線。74LS138每一個(gè)輸出端可接一個(gè)外部芯片的片選端實(shí)現(xiàn)分時(shí)片選控制，因此一個(gè)74LS138的8根輸出端可以連接8個(gè)8K字節(jié)地址空間。</p><p>　　6) 8255：是可編程通用并行接口芯片，具有40個(gè)引腳，雙列直插封裝，由+5V供電，ABC三個(gè)口線共24根，與外設(shè)相連，而8位的數(shù)據(jù)線D- D與P口連接，是雙向三態(tài)，在內(nèi)部經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖電路后和各組控制寄

66、存器及個(gè)端口數(shù)據(jù)寄存器連接。</p><p>　　為片選信號(hào)，由地址譯碼器產(chǎn)生，低電平有效。地址信號(hào)A、A由8255內(nèi)部譯碼生成四個(gè)口地址分別對(duì)應(yīng)A、B、C三個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)端口及一個(gè)公共控制端口。兩個(gè)低電平有效的信號(hào)和決定了CPU;當(dāng)=0時(shí)，由CPU寫(xiě)入8255.RESET為復(fù)位信號(hào)，高電平有效。復(fù)位后，控制存儲(chǔ)器的內(nèi)容被撤除，A、B、C三個(gè)端口全置成輸入方式且鎖存器也全清零。</p><p&g

67、t;　　方式選擇開(kāi)關(guān)通過(guò)接口芯片8255與8031單片機(jī)連接，選擇開(kāi)關(guān)動(dòng)片接地，選擇開(kāi)關(guān)的固定片接到并行PA口，將PA口設(shè)置成輸入方式PA的8個(gè)接口經(jīng)上拉電阻接+5V，故為高電平。若某個(gè)接口被選中，則被選中的接口經(jīng)動(dòng)片接地變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　?。?）應(yīng)用</b></p><p><b>　　1) 方式選擇開(kāi)關(guān)</b></

68、p><p>　　方式選擇開(kāi)關(guān)是一單刀6擲的波段開(kāi)關(guān)，提供選擇的方式有編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)、通信和單段，總共6種功能。</p><p>　　方式選擇開(kāi)關(guān)通過(guò)接口芯片8255與8031單片機(jī)連接，如圖[3]所示.選擇開(kāi)關(guān)動(dòng)片接地,選擇開(kāi)關(guān)的動(dòng)定片接到并行PC 口，將PC口設(shè)為輸入方式。PC的6個(gè)接口經(jīng)上位電阻接+5V，故為高電平。若</p><p>　　控制面板方式選擇

69、開(kāi)關(guān)控制電路</p><p>　　某個(gè)接口被選中，則被選中的接口經(jīng)動(dòng)片接地，變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　2）鍵盤(pán)接口設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍵盤(pán)和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常用的人機(jī)對(duì)話的外圍設(shè)備，鍵盤(pán)可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。</p><p>　　鍵盤(pán)和顯示器接口電路使用

70、8155接口芯片，鍵盤(pán)接口電路8155和8031可以直接連接。因電路中的8155只作為并行接口使用，不使用內(nèi)部存儲(chǔ)器，故IO/M引腳直接經(jīng)電阻R接高電平。8155與鍵盤(pán)的連接如圖[4]鍵盤(pán)排成5行8列矩陣，共40個(gè)鍵。PC0～PC4是5根行線，PB0～PB7是8根列線，在列線與行線的交叉點(diǎn)上安裝有按鍵PB口的8根列線按一定時(shí)間隔輪流輸出低電平。當(dāng)掃描到莫一列線上時(shí)，若無(wú)按鍵按下，則行線都是高電平；若有一鍵按下時(shí)，交叉點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的行線變?yōu)榈?/p>

71、電平。這個(gè)低電平信號(hào)被計(jì)算機(jī)捕獲后，根據(jù)此鍵對(duì)應(yīng)的行線和列線的位置，計(jì)算機(jī)可以判斷鍵值，完成一次輸入掃描工作。</p><p><b>　　鍵盤(pán)電路</b></p><p><b>　　3）光電耦合電路</b></p><p>　　如圖所示，其輸出端由+12V電源供電，輸出端由+5V電源供電，且兩端電源不共地，這樣就達(dá)到了

72、隔離的效果。圖中的限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，發(fā)光二極管無(wú)正向?qū)娏?；不發(fā)光，輸出端的晶體管截止，輸出信號(hào)為高電平；限位開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，輸出端構(gòu)成回路，二極管有正向?qū)娏?，開(kāi)始發(fā)光，光敏晶體管的基極獲得電流，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，輸出信號(hào)被拉低，于是8255的PC0引腳變?yōu)榈碗娖?，CPU讀取后判斷限位信號(hào)有效。</p><p><b>　　光電藕合電路</b></p><p>&l

73、t;b>　　4）輔助電路</b></p><p>　　為了防止機(jī)床行程越界，所以在機(jī)床上裝有行程控制開(kāi)關(guān)。為了防止意外，裝有急停按鈕。由于這些開(kāi)關(guān)都安裝在機(jī)床上，距控制箱較近容易產(chǎn)生電氣干擾，為了避免這種情況的發(fā)生，在電路和接口之間實(shí)行光電隔離，為了報(bào)警，還設(shè)有報(bào)警電路。當(dāng)綠色的發(fā)光二極管亮?xí)r表示工作正常，當(dāng)紅色的發(fā)光二極管亮?xí)r表示工作臺(tái)已到極限位置。</p><p>　

74、　六、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用</p><p>　　Y向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用110BYG2602型號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司。查表4-14[1]，選擇與之配套的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nc型，輸入電壓110VAC，相電流4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式</p><p><b>　　七、附圖</b></p><p>　　

75、附圖一 統(tǒng)組成框圖</p><p>　　附圖二 傳動(dòng)鏈圖</p><p>　　附圖三 Y方向進(jìn)個(gè)系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　附圖四 Y方向進(jìn)給系統(tǒng)電氣控制原理圖</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]尹志強(qiáng)，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).

76、北京：械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[2]張建民，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[3]吳宗澤，羅圣國(guó)，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：高等教育出版社，1992</p><p>　　[4]華楚生，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，重慶：重慶大學(xué)出版社，2000</p><p><b>　　[5]普通