xy數(shù)控工作臺課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化</p><p>　　姓 名：xxx 學(xué) 號： </p><p>　　年 級： 2008級 任

2、課教師： </p><p>　　2012年 1 月 5 日</p><p>　　XY 數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)說明</p><p><b>　　加工參數(shù)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章前 言6</p>&

3、lt;p>　　第二章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求7</p><p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容7</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的要求8</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的總體方案確定9</p><p>　　3.1系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定9</p><p>　　3.2伺服系統(tǒng)的選擇9</p>

4、<p>　　3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇9</p><p>　　3.4 X—Y工作臺的傳動方式9</p><p>　　第四章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.1 直線滑動導(dǎo)軌副的選型11</p><p>　　4.2 切削力的計(jì)算12</p><p>　　4.3滾珠絲杠的動載荷計(jì)算與直徑估算

5、14</p><p>　　4.4 驅(qū)動電動機(jī)的選型與計(jì)算20</p><p>　　第五章 電氣部分設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1步進(jìn)電機(jī)電氣總體設(shè)計(jì)方案24</p><p>　　5.2 單片機(jī)的擴(kuò)展24</p><p>　　5.3 脈沖分配器的電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　

6、5.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)27</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信

7、息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。</p><p>　　《數(shù)控技術(shù)》課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、自動控制、計(jì)算機(jī)等知識進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的是：</p><p>　　

8、能夠正確運(yùn)用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，了解設(shè)計(jì)方案的擬定、比較、分析和計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生具有機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力；</p><p>　　通過機(jī)械部分設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)械零部件和執(zhí)行元件的計(jì)算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和步驟；</p><p>　　通過測試及控制系統(tǒng)

9、方案設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì)提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。</p><p>　　第二章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求</p><p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　任務(wù)是： 設(shè)計(jì)

10、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。具體參數(shù)如下：</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：</b></p><p>　　2.1.1數(shù)控裝置總體方案的確定</p><p>　　確定系統(tǒng)組成方案（組成框圖、功能、機(jī)械傳動系統(tǒng)簡圖、主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。</p><p&g

11、t;　　2.1.2機(jī)械部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　(1) 確定脈沖當(dāng)量；</p><p>　　(2) 機(jī)械部件的總體尺寸及重量、轉(zhuǎn)動慣量的初步估算；</p><p>　　(3) 傳動元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；</p><p>　　(4) 伺服電機(jī)計(jì)算、選用；</p><p>　　(5) 繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；

12、</p><p>　　2.1.3數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）確定數(shù)控系統(tǒng)裝置方案（組成框圖、功能、主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。</p><p>　　(2) 電氣控制原理圖設(shè)計(jì)（CPU、存儲器、I/O接口電路及伺服驅(qū)動電路）</p><p>　　(3) 系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（控制流程圖）和部分功能控制軟件設(shè)計(jì)（匯編

13、程序及流程圖）。</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的要求</p><p><b>　　2.2.1圖紙要求</b></p><p>　　（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙一張。要求視圖基本完整、符合要求。其中至少有一個坐標(biāo)軸的完整剖視圖。</p><p>　　（2）數(shù)控系統(tǒng)框圖（附在說明書上）。</p>&l

14、t;p>　?。?）數(shù)控電器圖，A1圖紙一張。</p><p>　　（4）軟件框圖（可附在說明書上）。</p><p>　　2.2.2編寫設(shè)計(jì)說明書要求</p><p>　　說明書應(yīng)當(dāng)敘述整個設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、機(jī)械傳動設(shè)計(jì)計(jì)算、電氣部分的設(shè)計(jì)說明，選用元件及其具體參數(shù)的說明、軟件設(shè)計(jì)及其說明等，說明書不少于8000字</p&g

15、t;<p>　　第三章 系統(tǒng)的總體方案確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。</p><p>　　3.1系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定</p><p>　　該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動有精確的運(yùn)動關(guān)系因此采用連續(xù)控制

16、方式。</p><p>　　3.2伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用?？紤]到運(yùn)動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。</p><p>　　3.

17、3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇</p><p>　　采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價比高。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。</p><p>　　3.4 X—Y工作臺的傳動方式

18、</p><p>　　為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于工作臺的運(yùn)動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動平穩(wěn)性。</p><p>　　為了減少了零件的數(shù)目和中間環(huán)節(jié)的影響，精度高，效率高，電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接與滾珠絲

19、杠相連。但此種連接對安裝、加工的要求較高，選用撓性聯(lián)軸器，如膜片聯(lián)軸器，電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩較大，等效轉(zhuǎn)動慣量亦大，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性將產(chǎn)生不利影響。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖如下:</b></p><p>　　第四章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 直線滑動導(dǎo)軌副的選型</p><p>&l

20、t;b>　　4.1.1估算重量</b></p><p>　　XY工作臺如圖所示，上位X方向?qū)к?，下為Y方向?qū)к墶?lt;/p><p><b>　　圖 XY工作臺</b></p><p>　?。?）尺寸參數(shù)（mm）</p><p>　?、?坐標(biāo)行程 已知X方向行程為100mm，Y方向行程為80mm；<

21、/p><p>　?、?工作臺 已知工作臺尺寸 長×寬=210×210，設(shè)計(jì)工作臺厚度為15mm；</p><p>　　③ 估算X方向?qū)к?（長，寬，高）=（X，Y，Z）=（400，210，50）</p><p>　　（2）X方向重力估算</p><p>　　X方向?qū)к壴谏戏?，需估算工件、工作臺夾具、導(dǎo)軌副及電機(jī)的重量。已知

22、臺面以上最大重量 m1=30kg，工作臺的質(zhì)量m2估算時取鋼的密度為ρ=7.8g/cm3=7.8×10-6kg/mm3，則</p><p><b>　　估計(jì)</b></p><p>　　電機(jī)總質(zhì)量為 m3=5kg；夾具質(zhì)量為m4=1kg</p><p>　　則X方向所受的總重力mx為</p><p>　　則X

23、方向所受的總重力Wx為</p><p><b>　　Y方向重力估算</b></p><p>　　估算Y方向?qū)к?（長，寬，高）=（X，Y，Z）=（400，210，50）</p><p>　　Y方向?qū)к壴谙路剑韫浪愎ぜ?、工作臺、夾具、導(dǎo)軌副及電機(jī)的重量</p><p><b>　　X方向?qū)к壻|(zhì)量m5</

24、b></p><p>　　考慮導(dǎo)軌中間要開T形槽，故實(shí)際質(zhì)量估計(jì)需在計(jì)算質(zhì)量上乘以40%，即</p><p>　　則Y方向所受的總重力my為</p><p>　　則Y方向所受的總重力Wy為</p><p>　　4.1.2導(dǎo)軌選擇及其摩擦系數(shù)</p><p>　　工作臺采用滑動靜壓導(dǎo)軌，采用雙矩形組合方式，并鑲上聚

25、四氟乙烯軟帶，可取動摩擦系數(shù)為。靜摩擦系數(shù)。</p><p>　　4.2 切削力的計(jì)算</p><p>　　4.2.1最大銑削力的計(jì)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。則由表3-7查得立銑時的銑削力計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(6-11)</b><

26、/p><p>　　今選擇銑刀的直徑為d=15mm，齒數(shù)Z=3,為了計(jì)算最大銑削力，在不對稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量=8mm ，每齒進(jìn)給量，</p><p>　　銑刀轉(zhuǎn)速。則由式（6-11）求的最大銑削力： </p><p>　　4.2.2進(jìn)給工作臺工作載荷計(jì)算</p><p>　　根據(jù)表2-1可得工作臺縱向切削力F

27、1,橫向切削力F2,縱向切削力F3分別為：</p><p>　　4.2.3 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算</p><p>　?。?）按式（2-8a）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力Fu。此時導(dǎo)軌的動摩擦系數(shù) ，查表2-3得鑲條緊固力fg=1500N,則</p><p>　　Fμ=μ(W+fg+F2+F3)</p><p>　　=0.15×(590+

28、1500+1389.85+804.65)N=624.675N</p><p>　　(2)按式（2-9a）計(jì)算在不切削狀態(tài)下的 導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力。</p><p>　　4.2.4計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力</p><p>　?。?）按式（2-10a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力。</p><p>　?。?）按式（2-11a）計(jì)算最小軸向負(fù)載力

29、。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　4.3滾珠絲杠的動載荷計(jì)算與直徑估算</p><p>　　4.3.1確定滾珠絲杠的導(dǎo)程</p><p><b>　　初選絲杠導(dǎo)程。</b></p><p>　　4.3.2計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷&l

30、t;/p><p>　?。?）估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷。</p><p>　　將強(qiáng)力切削時的軸向載荷定位最大軸向載荷,快速移動和鉆鏜定位時的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削（組加工）和精細(xì)切削（精加工）時，滾珠絲杠螺母副的軸向載荷、分別按下式計(jì)算：</p><p><b>　　，</b></p><p><

31、;b>　　并將結(jié)果填入下表：</b></p><p>　　數(shù)控銑床滾珠絲杠的計(jì)算</p><p>　　(2)計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速。</p><p>　?。?）按式（2-17）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速。</p><p>　　按式（2-18）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷。</p><p

32、>　　4.3.3確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷</p><p>　　按預(yù)定工作時間估算。查表2-28的載荷性質(zhì)系數(shù)。已知初步選擇的滾珠絲杠的等級為2級，查表2-29的精度系數(shù)，查表2-30得可靠性系數(shù)，則由式（2-19）</p><p>　　因?yàn)閷L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按式（2-21）估算最大軸向載荷。查表2-31的欲加載荷系數(shù)，則</p><p>　

33、　確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷。</p><p>　　取以上兩種結(jié)果的最大值，及</p><p>　　4.3.4按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變型。</p><p>　　已知工作臺的定位精度為，重復(fù)定位精度為，根據(jù)是（2-23）、

34、 （2-24）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得</p><p>　　取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。</p><p>　　估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑</p><p>　　本機(jī)床工作臺（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式。滾珠絲杠螺母副的兩個固定</p><p><b>　　支承

35、之間的距離為</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　又，由式（2-26）得</p><p>　　4.3.5初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號</p><p>　　根據(jù)計(jì)算所得的、、，初步選擇FF3204-5型滾珠絲杠螺母副，其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動載荷和絲杠底徑如下：</

36、p><p><b>　　，</b></p><p>　　故滿足式（2-27）要求。</p><p>　　4.3.6壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　根據(jù)公式（3-28）計(jì)算失穩(wěn)時的臨界載荷FK。查表3-34，取支承系數(shù)=1； 由絲杠底徑d2=28.9mm求得截面慣性矩332

37、87；壓桿穩(wěn)定安全 系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離。代入式,求得</p><p><b>　　故絲杠不會失穩(wěn)。</b></p><p>　　綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。</p><p>　　4.3.7由式（2-29）確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力</p><p>　　4.3.8按式（

38、2-31）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的預(yù)拉伸力</p><p>　　已知滾珠絲杠螺紋底徑滾珠絲杠的溫升變化,則</p><p>　　4.3.9確定滾珠絲杠支承用軸承的規(guī)格型號</p><p>　　按式（2-33）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。</p><p><b>　　計(jì)算軸承的預(yù)緊力。</b></p><

39、p>　　計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷。</p><p>　　按式（2-15）計(jì)算軸承的基本額定動載荷。</p><p>　　已知軸承的工作轉(zhuǎn)速，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷，軸承的基本額定壽命。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為：</p><p>　　因?yàn)?查表2-25得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Y=0.54，故</p><p>　　確定軸承的

40、規(guī)格型號。</p><p>　　因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用角接觸球軸承組安裝，以組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。由于滾珠絲杠的螺紋底徑為28.9mm，所以選擇軸承的內(nèi)徑d為25mm，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。</p><p>　　在滾珠絲杠的兩個固定端均選擇國產(chǎn)角接觸球軸承組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。軸承的型號為7205C，尺寸（內(nèi)徑*外徑*寬度）為，選用脂潤滑。該軸

41、承的預(yù)載荷能力，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力。并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為，高于滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。改軸承的額定動載荷為，而改軸承在20000h的工作壽命下的基本額定動載荷為，也滿足要求。</p><p>　　4.4 驅(qū)動電動機(jī)的選型與計(jì)算</p><p>　　4.4.1計(jì)算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載慣量</p><p>　　（1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。<

42、;/p><p>　　已知滾珠絲杠的密度，由式（2-63）得</p><p>　　(2)計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　?。?）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺，工件和夾具）的總質(zhì)量，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，則由式（2-65）得</p><p&

43、gt;　?。?）由式（2-66）計(jì)算加在電動機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　4.4.2計(jì)算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩</p><p>　?。?）計(jì)算切削負(fù)載力矩</p><p>　　已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總效率，由式（2-54）得</p><p>　?。?）

44、計(jì)算摩擦負(fù)載力矩</p><p>　　已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力（即空載時的導(dǎo)軌摩擦力），由式（2-55）得</p><p>　?。?）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩</p><p>　　已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力，滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，由式（2-56）得</p><p>　　4.4.3折算到電動

45、機(jī)軸上的各種所需的力矩</p><p>　?。?）計(jì)算線性加速力矩。</p><p>　　已知機(jī)床的執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)行時電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量 ，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量 ，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益 ，加速時間 ，由式（2-58）得</p><p><b>　　計(jì)算階躍加速力矩。</b></p><p>　

46、　已知加速時間，由式（2-59）得</p><p>　?。?）計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動機(jī)軸上的各種力矩。</p><p>　　按式（2-61）計(jì)算線性加速時空載啟動力矩</p><p>　　按式（2-61）計(jì)算階躍加速時空載啟動力矩</p><p>　　按式（2-57a）計(jì)算快進(jìn)力矩</p><p>　　按式（2-5

47、7b）計(jì)算工進(jìn)力矩</p><p>　　4.4.4選擇驅(qū)動電機(jī)型號</p><p>　　（1）選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，選擇驅(qū)動電機(jī)型號為90BYG3502主要技術(shù)參數(shù)如上圖所示：額定功率 0.48kw額定力矩5N.M,轉(zhuǎn)動慣量4.0，質(zhì)量4.5。</p><p>　　交流伺服電機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的5

48、-10倍，若按5倍計(jì)算，則該電機(jī)的加速力矩為，均大于本機(jī)床工作臺的線性加速時所需的空載啟動力矩，因此，不管采用何種加速方式，本電動機(jī)均滿足加速力矩要求。</p><p>　　該電動機(jī)的額定力矩為，均大于本機(jī)床工作臺快進(jìn)時所需的驅(qū)動力矩以及工進(jìn)時所需的驅(qū)動力矩，因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本電動機(jī)均滿足驅(qū)動力矩要求。</p><p>　　（2）慣量匹配驗(yàn)算。</p><p&

49、gt;　　為了使機(jī)械傳動系統(tǒng)的慣量達(dá)到較適合的的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足式（2-67），即</p><p>　　而在本例中，，故滿足慣量匹配要求。</p><p>　　第五章 電氣部分設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1步進(jìn)電機(jī)電氣總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的工作過程由微機(jī)控制，微機(jī)采用Intel

50、 公司的MCS51系列8031單片機(jī)。8031單片機(jī)沒有內(nèi)部ROM，應(yīng)用8031單片機(jī)必須利用兩個并行口擴(kuò)充程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　單片機(jī)通過編程，由口輸出走步觸發(fā)脈沖和方向電平，通過脈沖分配器的作用，可將單路脈沖轉(zhuǎn)換成多相循環(huán)變化的脈沖，本設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)采用的是110BF003，分配方式為三相六拍，脈沖分配器采用專用芯片CH250。</p><p>　　經(jīng)脈沖分配器

51、轉(zhuǎn)換成的三路電壓分別經(jīng)過功率放大器向步進(jìn)電動機(jī)的三相繞組供電，步進(jìn)電機(jī)就能一步一步的旋轉(zhuǎn)起來。</p><p>　　5.2 單片機(jī)的擴(kuò)展</p><p>　　5.2.1 程序存儲器的擴(kuò)展</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的是開環(huán)控制，對程序存儲器的容量要求不高，選用2764進(jìn)行程序存儲器的擴(kuò)展。EPROM是紫外線擦除的可編程只讀存儲器，掉電后不會丟失。并且價格低廉，

52、性能可靠。</p><p>　　5.2.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展</p><p>　　本設(shè)計(jì)中對數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展采用6264擴(kuò)展芯片， </p><p>　　5.2.3 I/O口的擴(kuò)展</p><p>　　對I/O口的擴(kuò)展包括并行輸出口的擴(kuò)展和可編程多功能接口的擴(kuò)展，并行輸出口采用帶三態(tài)門的8D鎖存器74LS373。因?yàn)橐渔I盤、顯示器等輸出設(shè)

53、備，所以要進(jìn)行可編程多功能接口的擴(kuò)展，采用8155可編程并行I/O口并行接口芯片能實(shí)現(xiàn)這一擴(kuò)展功能。</p><p>　　5.3 脈沖分配器的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3.1脈沖分配器的選擇</p><p>　　選用的步進(jìn)電動機(jī)為，分配方式為三相六拍，采用CH250專用環(huán)形分配器。CH250可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動機(jī)的各種環(huán)形分配，使用簡單、接口方便。下圖為CH

54、250的接線圖。</p><p>　　圖中選用的電阻阻值為100K，電容為1,電壓為12V。由單片機(jī)發(fā)出的走步脈沖和方向控制脈沖分別接CH250ＣＬ、接口，通過CH250的環(huán)分作用，分別通過A、B、C三相與電動機(jī)的三相功率放大電路連接。當(dāng)接通電源瞬間R6為1，對CH250復(fù)位。電容C充電完畢R6變?yōu)?，脈沖分配器進(jìn)入三相六拍正常工作狀態(tài)。P=1時步進(jìn)電機(jī)為正轉(zhuǎn)，P=0時步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><

55、;p>　　5.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)</p><p>　　已知的90BYG3502步進(jìn)電機(jī)；；電感4.45mH；電阻1.6；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；驅(qū)動電壓60V；相電流3A； </p><p>　　5.4.1驅(qū)動回路的時間常數(shù).</p><p>　　三相六拍工作方式的工作脈沖，每相工作兩拍改變一次通電狀態(tài)，為使每一拍都能正常工作，每拍脈沖寬度的2/3時間內(nèi)相電流上升

56、至額定電流的60%，即=0.6=0.6×3A=1.8A。</p><p>　　負(fù)載回路的時間常數(shù)為： </p><p>　　若選用線路簡單的串聯(lián)電阻法改善電流上升沿，其時間常數(shù)為 ，</p><p>　　則 （其中 ）</p><p><b>　　所以 </b></p

57、><p>　　所以采用單電源電路，如下圖所示：</p><p>　　5.4.2 元器件的確定</p><p>　?。?）為了使電路簡單，緊湊，功率放大級的選用復(fù)合管。當(dāng)標(biāo)色綠點(diǎn)時其性能見下表</p><p><b>　　性 能 表</b></p><p><b>　　(2) 確定和<

58、;/b></p><p>　　從性能數(shù)據(jù)可知,故，而負(fù)載電流，取，基極電流為；式中——電流放大倍數(shù)。</p><p>　　因此等效輸入電阻為.</p><p>　　光耦合器光敏三極管的輸入等效電路如下圖所示：</p><p><b>　　從等效電路可得：</b></p><p>　　選光耦合

59、器輸入電流（最大電流為），電流傳輸比，所以有</p><p>　　， 解上述方程組得 ， </p><p><b>　　(3) 確定</b></p><p>　　前面已選光耦合器輸入電流，則可以得到光耦合器輸入正向壓降為，所以。</p><p><b>　　(4