銑床的數(shù)控x-y工作臺設計說明書

1、<p>　　銑床的數(shù)控X-Y工作臺設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設計目的1</b></p><p><b>　　設計要求1</b></p><p>　　1.總體方案的確定2</p><p>&

2、lt;b>　　1.1設計參數(shù)2</b></p><p>　　1.2初選步進電動機和絲杠3</p><p>　　1.3初定工作臺尺寸3</p><p>　　1.4系統(tǒng)組成框圖4</p><p>　　2.機械部分的設計4</p><p>　　2.1傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算4</p>

3、<p>　　2.2工作載荷分析及計算5</p><p>　　2.3進給工作臺工作載荷計算5</p><p>　　2.4滾珠絲杠螺母副的選型和校核6</p><p>　　2.5導軌的選型和計算8</p><p>　　2.6驅(qū)動電機的選用8</p><p>　　3.數(shù)控系統(tǒng)的設計11</p&

4、gt;<p><b>　　4.心得體會17</b></p><p><b>　　參考書目18</b></p><p><b>　　設計目的</b></p><p>　　數(shù)控機床課程設計是機電一體化專業(yè)教學中的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，學生學完技術(shù)基礎課和專業(yè)課，特別是“數(shù)控技術(shù)及應用”課程

5、后應用的，它是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、解決實際問題能力的重要步驟。本課程設計是以機電一體化的典型課題---數(shù)控系統(tǒng)設計方案的擬定為主線，通過對數(shù)控系統(tǒng)設計總體方案的擬定、進給伺服系統(tǒng)機械部分設計，計算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設計，使學生能夠綜合應用所學過的機械、電子和微機方面的知識，進行一次機電結(jié)合的全方面訓練，從而培養(yǎng)學生具有初步設計計算的能力以及分析和處理生產(chǎn)過程中所遇到的問題的能力。</p><p><b

6、>　　設計要求</b></p><p>　　課程設計是機床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實踐環(huán)節(jié)之一。通過課程設計可以初步樹立正確的設計思想，了解有關的工業(yè)政策，學會運用手冊、標準、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學生分析問題解決問題的實際能力，并在教師的指導下，系統(tǒng)地運用課程和選修課程的知識，獨立完成規(guī)定的設計任務。</p><p>　　課程設計的內(nèi)容是改造設備，實現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設計訓練。

7、如精密執(zhí)行機構(gòu)（或裝置）的設計、計算機I/O接口設計和驅(qū)動電路以及數(shù)控化電氣原理設計等。</p><p>　　說明書的內(nèi)容應包括：課程設計題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說明、機械傳動設計計算以及機械和電氣及其他部分（如環(huán)形分配器等）的說明。</p><p>　　該課程設計的內(nèi)容及方法，可以歸納如下：</p><p>　　1.采用微型計算機（包

8、括單片機）進行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計算機的選擇或單片機構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等。</p><p>　　2.選用驅(qū)動控制電路，對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。主要考慮計算機的選擇或單片機構(gòu)成電路的選用，考慮電機選擇及驅(qū)動力矩的計算，控制電機電路的設計。</p><p>　　3.精密執(zhí)行機構(gòu)的設計。主要是考慮數(shù)控機床工作臺傳動裝置的設計問題：要弄清機構(gòu)或機械執(zhí)行元件的主要功能（傳動運

9、動、動力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運轉(zhuǎn)等），進行力矩、負載功率、慣性（轉(zhuǎn)動慣量）、加（減）速控制和誤差計算。</p><p>　　4.學會使用手冊及圖表資料。</p><p><b>　　1.總體方案的確定</b></p><p><b>　　1.1設計參數(shù)</b></p><p>　　系統(tǒng)分

10、辨率為0.01mm，其它設計參數(shù)如下表。</p><p><b>　　工作臺草圖</b></p><p>　　1.2初選步進電動機和絲杠</p><p>　　當傳動比i=1時，可用聯(lián)軸器直接將電機與絲杠連接，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。由 i=(公式2-1) 錯誤!未找到引用源。，θb為步進電機步距角Lo為滾珠絲杠導程、為系統(tǒng)脈沖當量。&

11、lt;/p><p>　　選電動機型號為55BF009，其步矩角=</p><p>　　選絲杠規(guī)格為2004-3(FYND)　其導程為4mm,</p><p><b>　　由傳動比公式得 </b></p><p>　　故可用聯(lián)軸器將電機與絲杠直接連接。</p><p>　　預選由廣州菱科自動化設備有限公

12、司生產(chǎn)的LK13系列剛性聯(lián)軸器（www.gzlink.com）。</p><p>　　1.3初定工作臺尺寸　</p><p>　　查《機電一體化設計手冊》，根據(jù)(GB/T 158-1996)選工作臺T型槽尺寸如下：</p><p><b>　　深度H=15mm</b></p><p>　　槽低寬度B＝12mm</p

13、><p><b>　　槽寬A＝6mm</b></p><p><b>　　C＝6mm</b></p><p>　　槽數(shù)＝5，間隔＝40mm</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　由工作臺加工范圍200*150選工作臺尺寸</p&g

14、t;<p><b>　　240</b></p><p><b>　　200 </b></p><p><b>　　20</b></p><p>　　初定滾珠絲杠長度L＝340mm</p><p><b>　　B </b></p

15、><p>　　50~60 Lx+B+10~2035~45</p><p><b>　　1.4系統(tǒng)組成框圖</b></p><p><b>　　2.機械部分的設計</b></p><p>　　2.1傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p>　　2.1.1機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量查

16、《指導書》表面2-18得</p><p>　　2.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量由《指導書》公式2-3有得</p><p>　　2.1.3工作臺轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　由于工作臺材料為碳鋼，故其質(zhì)量為</p><p>　　由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量小故可忽略不計</p><p>　　2.1.4總轉(zhuǎn)動慣量計算</p>

17、<p>　　2.2工作載荷分析及計算</p><p>　　銑削運動的特征是主運動為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給(鍵槽銑刀可沿軸線進給).銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼.查《金屬切削手冊》P398常用銑刀介紹表，選擇細齒錐柄立銑刀， 其尺寸參數(shù)如下：D=16mm,齒數(shù)Z=4。</p><

18、;p><b>　　2.2.1</b></p><p>　　查《金屬切削手冊》P417細齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度</p><p>　　查《銑工》表2－4，初選＝0.03mm</p><p><b>　　因此可得</b></p><p>　　查《機械制造基礎課程設計指導書》表4-15立式銑

19、床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為</p><p><b>　　實際切削速度為</b></p><p><b>　　故實際</b></p><p><b>　　2.2.2</b></p><p>　　根據(jù)《指導書》表2-2得高速鋼銑刀銑削公式為</p

20、><p>　　查《指導書》表2-3得銑削力系數(shù)</p><p><b>　　有</b></p><p>　　2.3進給工作臺工作載荷計算</p><p>　　查《指導書》表2-4，有如下表格參數(shù)</p><p><b>　　故有縱向進給方向</b></p><

21、p><b>　　工作臺垂直進給方向</b></p><p><b>　　工作臺橫向進給方向</b></p><p>　　2.4滾珠絲杠螺母副的選型和校核</p><p>　　2.4.1最大工作載荷的計算</p><p>　　滾珠絲杠上的工作載荷為走刀抗力，移動體重力和作用在導軌上的其他切削分力

22、相關的摩擦力。</p><p>　　由于選擇的導軌要求結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運動平穩(wěn)，故選擇直線滾動導軌，在此設計中還要求導軌能承受一定的顛覆力矩，所以選擇燕尾導軌的實驗公式進行計算，由式2-11</p><p>　　將所得數(shù)據(jù)代入公式有：</p><p>　　2.4.2最大動負載C的計算及主要尺寸初選</p><p

23、><b>　　滾珠絲杠最大運載荷</b></p><p><b>　　由《指導書》中可知</b></p><p>　　2.4.3傳動效率計算</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 </p><p><b>　　查得（或可由算出）</b></p>&

24、lt;p><b>　　2.4.4剛度驗算</b></p><p>　　絲杠的拉壓變形量的計算</p><p><b>　　滿載時拉壓變形量：</b></p><p>　　滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量</p><p>　　由《指導書》式2-17得</p><p><

25、b>　　式中為滾珠直徑，</b></p><p><b>　　為滾珠總數(shù)量</b></p><p>　　滾珠絲杠副剛度的驗算</p><p><b>　　絲杠總變形量</b></p><p>　　變形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005</p><

26、p>　　=0.00369<0.005</p><p><b>　　因此符合設計要求。</b></p><p>　　2.4.5壓桿穩(wěn)定性驗算</p><p>　　由《指導書》式2-18 失穩(wěn)時的臨界載荷為</p><p><b>　　絲杠截面慣量矩</b></p><p

27、>　　查《指導書》表2-11得</p><p><b>　　穩(wěn)定性安全系數(shù)</b></p><p><b>　　故絲杠符合要求</b></p><p>　　2.5導軌的選型和計算</p><p>　　由于選擇的導軌為直線滾動導軌由《指導書》式2-20</p><p>&

28、lt;b>　　L＝50（）</b></p><p>　　每個滑塊的的工作載荷</p><p>　　取硬度系數(shù)＝0.53、=1、＝0.81、＝2</p><p>　　預設導軌壽命L=50KM 則根據(jù)此壽命可算出</p><p><b>　?。?3267kN</b></p><p>

29、　　故選導軌型號GDA20SV符合要求，查《指導書》表2－16可知其=12.4KN</p><p>　　2.6驅(qū)動電機的選用</p><p>　　根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選擇電機</p><p>　　2.6.1步距角的選擇</p><p><b>　　已知脈沖當量</b></p><p><

30、;b>　　由公式2-23 </b></p><p>　　2.6.2步進電機輸出轉(zhuǎn)矩的選擇</p><p>　　查《指導書》表2-17得 步進電機啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關系有</p><p>　　2.6.2.1加速度力矩 </p><p>　　2.6.2.2空載摩擦力矩（取傳動系統(tǒng)總效率）</p><p&

31、gt;<b>　　.、</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　2.6.2.2附加摩擦力矩</p><p>　　為滾珠絲杠未預緊時的傳動效率取</p><p><b>　　故電機空載啟動力矩</b></p><p>　　作用在

32、工作臺的合力的計算，逆銑的時候合力大</p><p>　　作用在工作臺上的合力折算到電機上的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　運動部件正常工作時的總負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　故運動部件正常運行時需的最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　此處取0.5代入得</b></p><p>　　按步進電機最大靜

33、轉(zhuǎn)矩選擇要求</p><p>　　所以， 查表2-18選擇步進電機55BF009</p><p>　　2.6.3啟動矩頻特性校核</p><p>　　查《指導書》圖2-21步進電機啟動矩頻特性曲線</p><p>　　當啟動力矩時對應的允許啟動頻率，而由表2-18查得電機的啟動頻率</p><p>　　，保證了電機快速

34、啟動時不丟步。</p><p><b>　　運行矩頻特性校核</b></p><p>　　快速進給運行矩頻特性校核：</p><p>　　由式2-34得，快進力矩</p><p>　　查《指導書》2-22得，允許快進頻率</p><p>　　由式2-33得電機最高快進頻率</p>&

35、lt;p>　　，故電機快速進給時不丟步。</p><p>　　2.6.4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>　　工進時步進電機運行所需力矩</p><p><b>　　工作負載力矩</b></p><p>　　查《指導書》圖2-22得 允許工

36、進運行力矩</p><p>　　滿足設計要求，故可選用此電機。</p><p><b>　　3.數(shù)控系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　3.1硬件設計（硬件詳細接線圖見圖紙3）</p><p>　　3.2步進電機開環(huán)伺服原理</p><p>　　3.3步進電動機的控制框圖</p>

37、<p>　　3.4軟件程序設計（逐點比較法直線插補）</p><p><b>　　3.4.1</b></p><p>　　用逐點比較法進行直線插補計算，每走一步，都需要以下四個步驟：</p><p>　　偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算公式。</p><p>　　坐標進給：根據(jù)直線

38、所在象限及偏差符號，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個方向進給。</p><p>　　偏差計算：進給一步后，計算新的加工偏差。</p><p>　　終點判別：進給一步后，終點計數(shù)器減1。若為零，表示到達終點停止插補；不為零，則返回到第一步繼續(xù)插補。終點計數(shù)判別可用兩個方向坐標值來判斷，也可由一個方向的坐標值來判斷。當XE>YE，可用X方向走的總步數(shù)XE作為終點判別的依據(jù)，如動點X等于

39、終點XE則停止。當XE<YE，則用Y方向走的總步數(shù)YE作為終點判別的依據(jù)。</p><p>　　由此，第一象限直線插補程序的算法如下：</p><p>　　判別FM是大于0還是小于0。</p><p>　　若，則向+X方向輸出一進給脈沖，計算新偏差FM=FM-YE，并修改動點坐標為X=X+1；若,則向=Y方向輸出一進給脈沖，計算新偏差FM=FM+XE，并修改動

40、點坐標為Y=Y+1。</p><p>　　終點判別：若X=XE（Y=YE），則停止插補運算。否則轉(zhuǎn)入第一步，重復上述步驟。</p><p>　　第一象限直線插補程序框圖如下圖：</p><p><b>　　3.4.2程序設計</b></p><p>　　設計程序時，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點坐標值XE，YE，動點坐標值X

41、，Y，偏差FM。對8位機，一般可用2字節(jié)，而行程較大時則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進行初始值、X、Y向步進電機初態(tài)（控制字）。</p><p>　　插補程序所用的內(nèi)存單元如下：</p><p>　　電機正反轉(zhuǎn)控制字為：</p><p>　　D1D0為X向電機控制位。D0=1運行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D3D2

42、為Y向電機控制位。D2=1運行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。</p><p>　　第一象限直線插補的程序：</p><p>　　ORG 2000H</p><p>　　MAIN：MOV SP, #60H</p><p>　　LP4: MOV 28H, #0C8H; </p><p>　　MO

43、V 29H, #0C8H; </p><p>　　MOV 2AH, #00H; </p><p>　　MOV 2BH, #00H; </p><p>　　MOV 2EH, #00H; </p><p>　　MOV 70H, #0AH</p><p>　　LP3: MOV A,

44、 2EH</p><p>　　JB ACC.7, LP1</p><p>　　MOV A, 70H</p><p>　　SETB ACC.0</p><p>　　CLR ACC.2</p><p>　　MOV 70H, A</p><p>　　

45、LCALL MOTR</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　MOV A, 2EH</p><p>　　SUBB A, 29H</p><p>　　INC 2AH</p><p>　　AJMP LP2</p><p>　　LP

46、1: MOV A, 70H</p><p>　　SETB ACC.2</p><p>　　CLR ACC.0</p><p>　　LCALL MOTR</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　MOV A, 2EH </p>

47、<p>　　ADD A, 28H</p><p>　　LP2: MOV 2EH, A</p><p>　　MOV A, 28H</p><p>　　CJMP A, 2AH, LP3;</p><p><b>　　RET</b></p>&l

48、t;p><b>　　4.心得體會</b></p><p>　　我覺得這次專業(yè)課程設計是對過去所學專業(yè)知識的一個全面的綜合的運用。在設計的過程中我全面地溫習了以前所學過的知識，包括機械專業(yè)課程和電路控制方面的基礎知識，經(jīng)過復習整理所學得專業(yè)知識使得設計思路清晰系統(tǒng)。通過設計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關機械設計方面的知識。<

49、/p><p>　　還有很重要的一點是讓我體會到了一個設計者的精神。在設計過程中既要自己不斷思考、創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊、及相關技術(shù)資料的基本技能以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。</p><p>　　通過對通用機械零件、常用機械傳動或簡單機械的設計，掌握了一般機械設計的程序和方法，有助于樹立正確的工程設計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科學的機械設計能力

50、。</p><p>　　最后對在整個設計過程中對我認真、耐心輔導的張建、李偉洪等老師表示衷心的感謝！</p><p><b>　　[參考書目]</b></p><p>　　鄭堤 .唐可洪 主. 《機電一體化設計基礎》. 北京：機械工業(yè)出版社，2006 </p><p>　　何立民. 《單片機高級教程》. 北京：北京航空航

51、天大學出版社 ，2000 </p><p>　　上海市科學技術(shù)交流站. 《金屬切削手冊》.上海：上海人民出版社 ，1995</p><p>　　馮辛安. 《機械制造裝備設計》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2006 </p><p>　　鄒青. 《機械制造技術(shù)基礎課程設計指導教程》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2005 </p><p>　　周開