機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)--臥式數(shù)控車床ck6140工作臺(tái)二維伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　**大學(xué)</b></p><p><b>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題　目: 臥式數(shù)控車床CK6140工作臺(tái)二維伺服</p><p><b>　　進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) <

2、;/b></p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p&g

3、t;　　班 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　成 績 </p><p><b>　　**學(xué)院</b>

4、;</p><p><b>　　20 年 月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p>　　3 總體

5、方案確定2</p><p>　　3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇2</p><p>　　3.1.1 導(dǎo)軌副的選用2</p><p>　　3.1.2 絲杠螺母副的選用2</p><p>　　3.1.3 減速裝置的選用2</p><p>　　3.1.4 伺服電動(dòng)機(jī)的選用2</p><p>　　

6、3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2</p><p>　　3.2.1 控制類型的確定2</p><p>　　3.2.2 控制方式的確定3</p><p>　　3.2.3 CPU的選用3</p><p>　　3.2.4 擴(kuò)展系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.2.5 驅(qū)動(dòng)電源的選擇3</p><p&

7、gt;　　3.3 繪制總體方案圖3</p><p>　　4 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　4.1 脈沖當(dāng)量的確定3</p><p>　　4.2 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算3</p><p>　　4.3 切削力的計(jì)算4</p><p>　　4.4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向）4</p>

8、<p>　　4.4.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取4</p><p>　　4.4.2 距離額定壽命L的計(jì)算4</p><p>　　4.4.3 滾珠絲杠螺母副計(jì)算和選型5</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)減速箱的設(shè)計(jì)7</p><p>　　4.4.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型7</p><

9、;p>　　4.5繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖11</p><p>　　5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11</p><p>　　5.1控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　5.2 控制系統(tǒng)原理框圖12</p><p>　　5.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選擇12</p><p><b>　　6 結(jié)束語12&

10、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p>　　臥式數(shù)控車床CK6140工作臺(tái)二維伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　****</b></p><p>　　**大學(xué)**學(xué)院，重慶 400716</p><p><b&

11、gt;　　1 前言</b></p><p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，是我們大學(xué)幾年里很重要的一次課程設(shè)計(jì)，這不僅讓我們大學(xué)幾年里所學(xué)的知識(shí)得以鞏固與綜合應(yīng)用，同時(shí)也鍛煉了我們將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)專業(yè)課程《機(jī)電一體化》進(jìn)行了一次補(bǔ)充學(xué)習(xí)、鞏固和運(yùn)用，也對(duì)我們所學(xué)的機(jī)械、電子、傳感器、微機(jī)原理等理論知識(shí)的鞏固與補(bǔ)充。</p><p&g

12、t;　　機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是我們獨(dú)立進(jìn)行的臥式數(shù)控車床CK6140工作臺(tái)二維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我們了解臥式數(shù)控車床CK6140工作臺(tái)二維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的工作過程、工作原理，學(xué)會(huì)其機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而舉一反三，為今后的學(xué)習(xí)、工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)

13、臥式數(shù)控車床CK6140工作臺(tái)二維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)。主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　(1) 床身最大加工直徑410mm；</p><p>　　(2) 最大加工長度750mm；</p><p>　　(3) X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量，Z方向(縱向)的脈沖當(dāng)量；</p><p>　　(4) X方向最快移動(dòng)速度，Z方向最快移動(dòng)速度；</

14、p><p>　　(5) X方向最快工作速度，Z方向最快工作速度；</p><p>　　(6) X方向定位精度，Z方向定位精度；</p><p>　　(7) 縱、橫向安裝限位開關(guān)；</p><p>　　(8) 數(shù)控系統(tǒng)可與PC機(jī)串行通信；</p><p>　　(9) 顯示界面采用LED數(shù)碼管，變成采用ISO數(shù)控代碼。<

15、/p><p><b>　　3 總體方案確定</b></p><p>　　3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇</p><p>　　3.1.1 導(dǎo)軌副的選用</p><p>　　要設(shè)計(jì)的X-Z工作臺(tái)是用來配經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床CK6140的，需要承受的載荷較大，并有較高的導(dǎo)向精度，在滿足性能的前提下還應(yīng)盡可能降低成本，因此，決定選用組合滑動(dòng)導(dǎo)

16、軌副，它具有制造、調(diào)試方便，導(dǎo)向好，剛度高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.1.2 絲杠螺母副的選用</p><p>　　伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.01mm和0.005mm的脈沖當(dāng)量及±0.01mm和±0.02mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高

17、，預(yù)緊后可消除反向間隙。</p><p>　　3.1.3 減速裝置的選用</p><p>　　選擇了步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠副后，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)子上的轉(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，本設(shè)計(jì)采用無間隙齒輪齒輪傳動(dòng)減速箱。</p><p>　　3.1.4 伺服電動(dòng)機(jī)的選用</p><p

18、>　　任務(wù)書規(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6000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，可選用性能性能好一些的步進(jìn)電機(jī)，如混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 控制類型的確定</p><p>　　設(shè)計(jì)的X-Z工作

19、臺(tái)用于數(shù)控車床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)具有但坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)及螺紋插補(bǔ)的功能。所以，控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。</p><p>　　3.2.2 控制方式的確定</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)適用于開環(huán)控制。同時(shí)，在滿足一定加工精度的前提下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.3 CPU的選

20、用</p><p>　　根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，決定選用MCS-51的8位單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機(jī)具有功能多、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.2.4 擴(kuò)展系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、I/O接口

21、電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；</p><p>　　3.2.5 驅(qū)動(dòng)電源的選擇</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>　　3.3 繪制總體方案圖</p><p><b>　　4 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 脈沖當(dāng)量的確定&l

22、t;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量為，Z方向(縱向)的脈沖當(dāng)量為。</p><p>　　4.2 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)部件的重量來進(jìn)行估算，包括刀具、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、刀架滑板、床鞍、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滑動(dòng)導(dǎo)軌等，估計(jì)重量約為1400N；按照上導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算，包括刀

23、具、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、刀架滑板等，估計(jì)重量約為600N；</p><p>　　4.3 切削力的計(jì)算</p><p>　　設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角，前角，刃傾角；切削用量為：背吃刀量，進(jìn)給量，切削速度。</p><p>　　查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》(以下如未特別說明，均指查閱此書) 表3-1得：，，，。

24、</p><p>　　查表3-3得：主偏角的修正系數(shù)；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值約為1.0。由經(jīng)驗(yàn)公式</p><p>　　算得主切削力=2673.4N。由經(jīng)驗(yàn)公式，算得縱向進(jìn)給切削力，背向力。</p><p>　　4.4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（縱向）</p><p>　　4.4.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取&l

25、t;/p><p>　　根據(jù)=，=，=的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得：=2673.4N, =1069.36N, =935.69N.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?？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)滑塊導(dǎo)軌承擔(dān)，即單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：</p><p>　　=+F=1400/4+2673.4=3023.4N</p><p>　　查表3-41，根據(jù)工

26、作載荷=3.0234KN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG25型，其額定動(dòng)載荷=17.7KN，額定靜載荷=22.6KN.</p><p>　　任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為200mm600mm,加工范圍為400mm1000mm</p><p>　　考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為1480mm。</p><p>　　4.

27、4.2 距離額定壽命L的計(jì)算</p><p>　　上述所取的KL系列JSA-LG25系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過100℃，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表3-36~表3-40，分別取硬度系數(shù)f=1.0，溫度系數(shù)f=1.00，接觸系數(shù)f=0.81，精度系數(shù)fr=0.9，載荷系數(shù)f=1.5，代入式（3-33），得距離壽命：</p><p>&

28、lt;b>　　L=</b></p><p>　　遠(yuǎn)大于期望值50Km，故距離額定壽命滿足要求。</p><p>　　4.4.3 滾珠絲杠螺母副計(jì)算和選型</p><p>　　(1) 工作載荷Fm的計(jì)算</p><p>　　已知移動(dòng)部件總重G=1400N；車削力FC=2673.4N，F(xiàn)P=1069.36N，F(xiàn)f=935.69N

29、。根據(jù)Fx=FC，F(xiàn)y= FP，F(xiàn)z= Ff的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得：Fx=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N，F(xiàn)z=935.69N。</p><p>　　選用巨型-三角形組合滑動(dòng)導(dǎo)軌，查表3-29，取K=1.15，μ=0.16，則工作載荷</p><p>　　(2) 計(jì)算載荷FC的計(jì)算</p><p>　　查表3-30，取載荷系數(shù)KF=1.1；又因滾道硬度大于50HR

30、C，故取硬度系數(shù)KH=1；查表3-25，取滾珠絲杠螺母副精度等級(jí)為4級(jí)，則取精度系數(shù)KA=1。于是得計(jì)算載荷</p><p>　　(3) 額定動(dòng)載荷Ca′</p><p>　　設(shè)本車床Z向(縱向)在承受最大切削力條件下的最快進(jìn)給速度，初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠壽命T=15000h，于是得計(jì)算載荷</p><p>　　(4) 絲杠螺母副尺

31、寸的選擇</p><p>　　按照滿足的原則選擇絲杠副尺寸，查表3-33，選擇啟東潤澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL4006-330/410型滾珠絲杠副，精度等級(jí)取為4級(jí)。其公稱直徑do=40mm，基本導(dǎo)程Ph=6mm，絲杠螺旋升角，摩擦角，Dw=3.9688mm，絲杠底徑，額定動(dòng)載荷Ca=13200N，滿足要求。</p><p><b>　　(5) 剛度驗(yàn)算</b>&l

32、t;/p><p>　　滾珠絲杠副的支承，采用一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式。固定端采用一對(duì)推力角接觸球軸承面對(duì)面安裝，絲杠加上兩端接桿后，左右兩端的中心距a為1497mm。滾珠絲杠在工作載荷Fm和轉(zhuǎn)矩T共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的拉壓變形量為</p><p>　　式中 E——絲杠彈性模量，對(duì)于鋼E=2.1×105MPa；</p><p>　　A——絲杠危險(xiǎn)截面的面

33、積，；</p><p><b>　　T——轉(zhuǎn)矩；</b></p><p>　　G——絲杠切變模量，對(duì)于鋼G=83.3GPa；</p><p>　　JC——絲杠按底徑確定的極慣性矩。</p><p>　　絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為</p><p>　　由表3-27可知，4級(jí)精度滾珠

34、絲杠任意300mm軸向行程的變動(dòng)量允許16μm，而對(duì)于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量只有12.15μm，可見，絲杠剛度足夠。</p><p><b>　　(6) 穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的臨界載荷</p><p>　　式中 I——絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩；</p><p>　　μ—

35、—長度系數(shù)，雙推簡(jiǎn)支時(shí)μ=2/3。</p><p><b>　　安全系數(shù)</b></p><p>　　可見，絲杠不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　(7) 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證</p><p>　　絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的臨界轉(zhuǎn)速(既不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速)</p><p>　　式中 fC——與支承方式有關(guān)的系數(shù)

36、，雙推簡(jiǎn)支時(shí)fC=3.927；</p><p>　　μ——長度系數(shù)，雙推簡(jiǎn)支時(shí)μ=2/3；</p><p>　　nmax——絲杠的最高轉(zhuǎn)速。</p><p>　　可見，絲杠滿足要求。</p><p><b>　　(8) 效率驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為</p>

37、;<p>　　η要求在90%～95%之間，所以，所選滾珠絲杠副滿足使用要求。</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)減速箱的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，并盡可能地縮短傳動(dòng)鏈的長度，今在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上安裝一套減速箱。</p><p>

38、　　已知縱向脈沖當(dāng)量，，滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=6mm，初選步進(jìn)電機(jī)的步距角α=0.9°，最大靜轉(zhuǎn)矩，則減速比</p><p>　　因i較小，故采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭愈大齒輪聯(lián)接，采用雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法消除齒側(cè)間隙。</p><p>　　小齒輪采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取為260HB；大齒輪采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，

39、硬度229HB～286HB，平均取為240HB。其基本尺寸如表1所示： </p><p><b>　　實(shí)際分度圓直徑。</b></p><p><b>　　中心距。</b></p><p><b>　　齒寬。</b></p><p>　　表1 減速箱設(shè)計(jì)計(jì)算小結(jié)</p&

40、gt;<p>　　4.4.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型</p><p>　　(1) 加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算Jeq</p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱直徑do=40mm，總長(帶接桿)l=1560mm，導(dǎo)程Ph=6mm，材料密度；縱向移動(dòng)部件總重量G=1400N；減速箱小齒輪分度圓直徑d1=50mm，齒寬b1=55mm，材料密度；大齒輪分度圓直徑d2=75mm，

41、齒寬b2=50mm，材料密度。</p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)110BYG2502，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0.9°。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>　　式中 Jm——步進(jìn)電機(jī)110BYG2502轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，查表4-5，Jm=15kg·cm2；</p><p>　　J1——

42、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　J2——大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　JW——床鞍折算到絲杠上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg·cm2；</p><p>　　JS——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　(2) 加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算Teq</p><p>　　1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受

43、的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1</p><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>　　式中 nm——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，nm=1500r/min；</p><p>　　ta——步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至nm轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，取0.4s；</p><p>　　η——縱向傳動(dòng)鏈的在總效率，取0.97。<

44、/p><p><b>　　其中</b></p><p>　　式中 ——總行空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為6000mm/min。</p><p>　　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 μ——導(dǎo)軌的摩擦因素，滑動(dòng)時(shí)取0.16；</p><p>　　FC——垂直方向的工

45、作載荷，空載時(shí)取0。</p><p>　　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)矩為</p><p>　　式中 To——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，To相對(duì)Tamax和Tf很小，可以忽略不計(jì)。</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Teq2</p><p>　　

46、折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　式中 Ff——進(jìn)給方向的最大工作載荷。</p><p>　　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 μ——導(dǎo)軌的摩擦因素，滑動(dòng)時(shí)取0.16；</p><p>　　FC——移動(dòng)部件承受的最大載荷。</p><p>　　最大工作負(fù)載狀

47、態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為</p><p>　　式中 To——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，To相對(duì)Tt和Tf很小，可以忽略不計(jì)。</p><p>　　今上述計(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)矩為</p><p>　　(3) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定</p><p>　　考

48、慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜載矩時(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>　　對(duì)于前面預(yù)選的110BYG2602型步進(jìn)電機(jī)，由表4-5可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=20N·m，可見，所選步進(jìn)電機(jī)完全滿足要求。</p><p>　　(4

49、) 步進(jìn)電機(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</p><p>　　任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度，脈沖當(dāng)量δ=0.01mm/脈沖，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。查表4-7，在此頻率下，110BYG2602型電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf≈14N·m，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</p

50、><p>　　任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。查表4-7，在此頻率下，110BYG2502型電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax≈6N·m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=1.573N·m，滿足要求。</p><p>　　3) 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核</p><p>　　最快空載移動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率f=1000

51、0Hz，查表4-5，可知110BYG2502型電動(dòng)機(jī)的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見未超出上限。</p><p>　　4) 起動(dòng)頻率的計(jì)算</p><p>　　已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=37.86Kg·cm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=15 Kg·cm2，查表4-5可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載起動(dòng)頻率fq=1800Hz，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性

52、負(fù)載的起動(dòng)頻率為</p><p>　　上式說明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于955Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得很底，通常只有100Hz(即100脈沖/s)。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計(jì)中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用110BYG2502型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.5繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖&l

53、t;/p><p><b>　　5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能：</p><p>　　1) 接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示</p><p>　　2) 接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；

54、</p><p>　　3) 接受車床限位開關(guān)信號(hào)；</p><p>　　4) 控制X，Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；</p><p>　　5) 與PC機(jī)的串行通信。</p><p>　　CPU選用Intel公司三位MCS-51系列的8位單片機(jī)8031。由于8031片內(nèi)無ROM或EPROM，因此選用一片EPROM芯片2764用做程序存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)底

55、層程序；又因8031在外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)地址的低8位信息及數(shù)據(jù)信息分時(shí)送出，故還需采用一片74LS373來鎖存低8位地址信息。這樣，一片2764EPROM及一片74LS373加上時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源就組成了一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。但8031本身資源有限，所以擴(kuò)展了一片SRAM芯片6264用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放用戶數(shù)據(jù)。鍵盤與LED顯示采用8279來管理；輸入/輸出口的擴(kuò)展選用了并行接口PPI8255芯片，一些進(jìn)/出的信號(hào)均

56、作了隔離放大；使用74LS138三-八譯碼器實(shí)現(xiàn)片選；與PC機(jī)的串行通信經(jīng)過MAX233芯片。</p><p>　　5.2 控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　控制系統(tǒng)原理框圖如下：</p><p>　　5.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選擇</p><p>　　由上述設(shè)計(jì)計(jì)算及說明可知，本設(shè)計(jì)縱、橫向所選步進(jìn)電機(jī)均為110BYG2502型步進(jìn)電機(jī)

57、，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)。110BYG2502型步進(jìn)電機(jī)為兩相混合式，四線輸出，電動(dòng)機(jī)供電電壓DC120～310V，電流5A。顯然，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源可用同一型號(hào)，查表4-14，選擇合肥科林?jǐn)?shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的兩相混合式調(diào)頻調(diào)壓型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為BD28Nc。</p><p><b>　　6 結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次機(jī)電一體話化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課

58、程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多東西。經(jīng)過大學(xué)幾年里的學(xué)習(xí)，讓我們學(xué)到了很多專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)，但是這些知識(shí)在頭腦里都很凌亂、不知其關(guān)聯(lián)及應(yīng)用場(chǎng)合，通過這次機(jī)電一體話化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)得到了一個(gè)回顧與學(xué)習(xí)，并加強(qiáng)了對(duì)這學(xué)期的專業(yè)課程《機(jī)電一體化》的學(xué)習(xí)、鞏固與應(yīng)用。這學(xué)期大部分同學(xué)都在東奔西跑忙著找工作，心思沒怎么放在學(xué)習(xí)上，對(duì)《機(jī)電一體化》這門專業(yè)課的學(xué)習(xí)有點(diǎn)欠缺，而這門課中的知識(shí)對(duì)我們非常重要，對(duì)今后離開學(xué)校步入社

59、會(huì)也有很大的用處，正好通過這次課程設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了這學(xué)期所學(xué)知識(shí)的缺陷，不僅讓我們對(duì)這門專業(yè)課的知識(shí)進(jìn)行了重新更深刻的學(xué)習(xí)、鞏固及將其運(yùn)用與實(shí)踐中，加強(qiáng)了對(duì)以前所學(xué)的機(jī)械、電工學(xué)、微機(jī)原理等課程的一個(gè)系統(tǒng)的回顧與應(yīng)用，同時(shí)也讓我們將大學(xué)幾年所學(xué)的知識(shí)結(jié)合在一起運(yùn)用與實(shí)踐中。通過這次的課程設(shè)計(jì)，也在一定程度上鍛煉了我們的設(shè)計(jì)能力和將所學(xué)理論知識(shí)靈活運(yùn)用于實(shí)踐的能力，為我們今后走向社會(huì)打下了一定的基礎(chǔ)。</p><p>

60、<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張建民．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第三版）[M]．北京：高等教育出版社，2007．</p><p>　　[2]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[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．</p><p>　　[3]邱宣懷．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，1997．</p>