xy250數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)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) </p><p>　　2013年1月12日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　學(xué)生信息學(xué)號學(xué)院機(jī)械學(xué)院班級</p&

2、gt;<p>　姓名專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化機(jī)自094</p><p>　教師信息姓名職稱學(xué)歷碩士</p><p>　教師信息姓名職稱學(xué)歷碩士</p><p>　任務(wù)書發(fā)出時間2012年12月20日論文（設(shè)計(jì)）題目XY250數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)</p><p>　論文（設(shè)計(jì)）起止時間2012年12月31日——2013年1月18日共需

3、周數(shù)3</p><p>　主要內(nèi)容:結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求擬定總體機(jī)械和電氣控制設(shè)計(jì)方案。根據(jù)擬定的機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行二坐標(biāo)數(shù)控工作臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和元件的選用。根據(jù)擬定的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)控制電路的框圖設(shè)計(jì)及驅(qū)動控制電路的計(jì)算和元件選用。根據(jù)指定要求進(jìn)行有關(guān)軟件的流程圖設(shè)計(jì)。對指定的軟件程序進(jìn)行編寫。進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的工程圖和電氣原理圖的繪制。</p><p>　主要要求:方案擬定正確。

4、設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)來源可靠，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。元?dú)饧x用正確規(guī)范符合國家頒布標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙繪制視圖完整、符合最新國家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔、質(zhì)量高。電氣部份圖紙要求符合國家標(biāo)準(zhǔn)，圖面布局合理、整潔、質(zhì)量高。機(jī)械和電氣部份圖紙總量為 1.5 張“0”號圖量，其中含機(jī)械裝配圖1～2張、電氣控制原理框圖及計(jì)算機(jī)I/O接口和驅(qū)動控制電路等電氣原理圖1～2張。課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)闡述整個設(shè)計(jì)內(nèi)容：如課題來源現(xiàn)實(shí)意義、總體方案確定、系統(tǒng)框圖分析、電氣執(zhí)行元件的選

5、用說明、機(jī)械傳動和驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣的其它部分。說明書要突出重點(diǎn)和特色，圖文并茂、文字通暢、計(jì)算正確、字跡清晰、內(nèi)容完整。說明書頁數(shù)不少于 20 頁</p><p>　預(yù)期目標(biāo):設(shè)計(jì)出合理的XY機(jī)床工作臺部分、電氣控制原理框圖、驅(qū)動控制電路及指定軟件設(shè)計(jì)，撰寫不低于2000字左右設(shè)計(jì)論文，并附錄相關(guān)資料及設(shè)計(jì)圖紙。</p><p>　計(jì)劃進(jìn)程:</p><

6、p>　主要參考文獻(xiàn):[1] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(單行本· 機(jī)械傳動)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1[2] 沈愛琴. 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[Z]. 貴陽：貴州工業(yè)大學(xué)機(jī)電教研室，1998.9[3] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2004.1[4] 機(jī)電一體化技術(shù)手冊編委會. 機(jī)電一體化技術(shù)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9[5] 陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)

7、計(jì)技術(shù)[M]. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10</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><b>　　摘 要III</b></p>

8、<p>　　第一章前 言3</p><p>　　第二章總體方案的擬定與論證3</p><p><b>　　3.1研究問題3</b></p><p>　　3.2總體方案的擬定與論證3</p><p>　　第三章工作臺傳動裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算3</p><p>　　3.1

9、 基本參數(shù)的3</p><p>　　3.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號與直徑的選擇....................................................3</p><p>　　3.2.1 最大工作載荷的計(jì)算......................................................................

10、.....................3</p><p>　　3.2.2 最大計(jì)算動載荷的確定.......................................................................................3</p><p>　　3.2.3 滾珠絲杠副及其型號的選擇............................

11、...................................................3</p><p>　　3.3 滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算............................................................................................3</p><p>　　3.3.1 滾珠絲杠螺母

12、幾何參數(shù).......................................................................................3</p><p>　　3.3.2 剛度的驗(yàn)算.............................................................................................

13、..............3 </p><p>　　3.4 絲杠的支承方式及軸承的選擇..............................................................................3</p><p>　　3.4.1 絲杠的支承方式...........................

14、........................................................................3</p><p>　　3.4.2 軸承的選擇...........................................................................................................3<

15、/p><p>　　3.5 滾珠絲杠副穩(wěn)定性運(yùn)算..........................................................................................3</p><p>　　3.6 滾珠絲杠副預(yù)緊力Fp確定.....................................................

16、..............................3</p><p>　　3.7 滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力Fp1的確定.....................................................................3</p><p>　　3.8 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)的確定................................

17、.............................................3</p><p>　　3.9 計(jì)算電機(jī)軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩，選取步進(jìn)電機(jī)............................................................3</p><p>　　3.9.1 步進(jìn)電機(jī)的傳動計(jì)算...........................

18、................................................................................3</p><p>　　3.9.2 步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計(jì)算..............................................................3</p><p>　　3.9.3 步

19、進(jìn)電機(jī)的初選.....................................................................................................3</p><p>　　3.9.4 步進(jìn)電機(jī)性能校核...........................................................................

20、......................3</p><p>　　3.10 設(shè)計(jì)中的其他問題..................................................................................................3</p><p>　　3.10.1機(jī)械傳動部件的防護(hù)......................

21、.....................................................................3</p><p>　　3.10.2機(jī)械傳動部件的潤滑...........................................................................................3</p><p>

22、;　　3.10.3聯(lián)軸器的選擇.......................................................................................................3</p><p>　　第四章工作臺電氣控制部分設(shè)計(jì)與計(jì)算3</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定3</p><p>

23、;　　4.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路控制設(shè)計(jì)與計(jì)算........................................................................3</p><p>　　4.2.1 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)流程...............................................................................3&

24、lt;/p><p>　　4.2.2 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì).......................................................................................................3</p><p>　　4.2.3 驅(qū)動電源的選用，及驅(qū)動電源與控制器的接線方式..............................

25、.............3</p><p>　　4.3 相關(guān)軟件流程設(shè)計(jì)..................................................................................................3</p><p>　　4.4 零件加工程序清單...............................

26、...................................................................3</p><p>　　第五章機(jī)械部分裝配圖的繪制3</p><p><b>　　第六章總結(jié)3</b></p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)3</b></p>

27、<p>　　XY250數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</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。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字程序控制數(shù)控機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動工作的技術(shù)，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控工作臺主要包含包含以下幾個基本要素：機(jī)械總體方案的確定、動力與驅(qū)動部分、

28、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。主要是結(jié)合了機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(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。數(shù)控技術(shù)能夠較好的解決多品種、小批量和復(fù)雜零件的加工以及生產(chǎn)過程自動化等問題，能夠大大的減輕勞動力，縮短加工生產(chǎn)時間提高生產(chǎn)效率，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用

29、于數(shù)控機(jī)床及各類機(jī)電一體化產(chǎn)品上。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)， 控制驅(qū)動器， 滾珠絲杠 ，滾動導(dǎo)軌 ，步進(jìn)電機(jī) 第一章 前 言</p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)

30、電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。</p><p>　　X-Y數(shù)控工作臺是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，通常由導(dǎo)軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電

31、動機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝

32、備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。 </p><p>　　《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)是一個重要的而且很有必要的教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主

33、要目的：</p><p>　　1、通過設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其想關(guān)知識，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法；</p><p>　　2、通過對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式；</p><p>　　3、通過對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算控制方法與控制驅(qū)動方式；<

34、/p><p>　　4、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)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(jì)”的思想；</p><p>　　5、鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫科技論文的能力。</p><p>　　第二章 總體方案的擬定與論證</p><p><b>　　2.1研究問題</b></p><p>

35、　　總的方案的確定是設(shè)計(jì)過程中對于全篇論文的是很有必要的，主要包括傳動部件的選擇及設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)確定系統(tǒng)的總體機(jī)械和控制系統(tǒng)方案：進(jìn)行系統(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>　　2.2總體方案的擬定與論證</p><p>　　2.2.1、絲杠螺母副的選擇</

36、p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，需要滿足初選0.01mm脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪?#177;0.04mm，對于機(jī)械傳動要有一定的精度損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是±0.02mm和±0.04mm的定位精度，滑動絲杠副無法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙

37、。</p><p>　　同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因?yàn)檫@樣摩擦損失小，傳動效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。</p><p>　　由于定位精度不高，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，剛性好，裝卸方便。</p><p>　　由于工作臺最快的移動速度Vxmax = Vymax =1500mm/min，所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固

38、定，一端游動的軸承配置形式。</p><p>　　2.2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　選用步進(jìn)電動機(jī)作為伺服電動機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進(jìn)電動機(jī)來說還是偏低，為了確保電動機(jī)在運(yùn)動過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務(wù)書初選的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有1500mm/min,故

39、本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價比。</p><p>　　2.2.3、導(dǎo)軌副的選用</p><p>　　要設(shè)計(jì)數(shù)控銑床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.2.4、減速裝置的選用<

40、;/p><p>　　選擇了步進(jìn)電動機(jī)和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動部件折算到電動機(jī)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(jī)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>　　2.2.5 工作臺的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖</b></p>&l

41、t;p>　　第三章 工作臺傳動裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　3.1 基本參數(shù)的預(yù)置</p><p>　　3.1.1設(shè)計(jì)一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　1、立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3，最大銑削寬度=15m

42、m</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、X、Z方向的定位精度均為±0.04mm。</p><p>　　3、工作臺面尺寸為250mm×250mm，加工范圍為300mm×120mm</p><p>　　4、工作臺空載進(jìn)給最快移動速度： Vxmax = Vym

43、ax =1500mm/min，工作臺進(jìn)給最快移動速度:，加減速0.3s。</p><p>　　3.1.2 工作臺的初步設(shè)計(jì)：</p><p>　　1、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　脈沖當(dāng)量是個進(jìn)給指令時工作位移量，應(yīng)小于等于工作臺的位置精度。一般為0.01~0.005mm。</p><p>　　2、工作臺外形尺寸及重量初步估算。<

44、;/p><p>　　根據(jù)給定的有效行程,估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。取X向?qū)к壷С袖撉虻闹行木酁?00mm ,Y向?qū)к壷С袖撉虻闹行木酁?20mm，設(shè)計(jì)工作簡圖。</p><p><b>　　工作臺簡圖</b></p><p>　　工作臺的尺寸： 250*250；</p><p>　　重量：按重量=體積材料比重

45、估算： </p><p>　　X向拖板(上拖板)尺寸為:</p><p><b>　　長*寬*高=</b></p><p>　　重量：按重量=體積材料比重估算： </p><p>　　Y向拖板尺寸：長*寬*高= </p><p>　　上導(dǎo)軌(含電機(jī))估算重量為：240N</p>&l

46、t;p>　　夾具及工件重量:150N</p><p>　　X-Y工作臺運(yùn)動部分總重量為:</p><p>　　Wxy=288N+309N+240N+150N=987N</p><p>　　按照下導(dǎo)軌上面移動部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機(jī)、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為987N。</p><p&

47、gt;　　3.2 滾珠絲桿副設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號與直徑選擇</p><p>　　初選絲桿材質(zhì)鋼，查《材料成型基礎(chǔ)》有HRC 58~60導(dǎo)程</p><p>　　3.2.1 最大工作載荷的計(jì)算</p><p><b>　　1、計(jì)算切削力</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：</

48、p><p>　　立銑刀 最大直徑的d=15mm</p><p><b>　　立銑刀齒數(shù)Z=3</b></p><p>　　最大切削寬度=15mm</p><p>　　最大背吃刀量=8mm</p><p>　　設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。由【5

49、】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(jìn)給量fz=0.1mm</p><p>　　銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min</p><p>　　查【2】中P200表得立銑時切削力計(jì)算公式為：</p><p>　　代如上式得： </p><p>　　采用立銑刀進(jìn)行

50、圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由【2】中查得，各銑削力之間的比值范圍如下：</p><p>　　=(1.0~1.2) 取1.1</p><p>　　/=(0.2~0.3) 取0.25</p><p>　　/=（0.35~0.4） 取0.38</p><p>　　考慮逆銑時的情況，因?yàn)槟驺姷那闆r的受力最大的情況，為了安全考慮

51、這種最危險的工況。由此可估算三個方向的銑削力分別為：</p><p><b>　?。ㄅc絲杠軸線平行）</b></p><p><b>　?。ㄅc工作臺面垂直）</b></p><p><b>　?。ㄅc絲杠軸線垂直）</b></p><p>　　考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削

52、力，受到水平方向的銑削力分別為和</p><p>　　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>　　已知移動部件總重量G=987N，按滾動導(dǎo)軌計(jì)算，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)查表可知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

53、15;1352+0.005×(307+468+987)=1496.01N</p><p>　　3.2.2最大計(jì)算動載荷的確定</p><p>　　設(shè)工作臺在承受最大銑削力時的最快進(jìn)給速度v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程P=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。</p><p>　　預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作8年,每年算360天，每天工作8小時，由此得

54、使用壽命為：</p><p>　　T=8×360×8=23040h，根據(jù)公式：</p><p>　　其中 T——使用壽命 23040 h</p><p>　　——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 80r/min</p><p>　　求得：110.58N</p><p>　　查表得，受中等沖擊載荷取值范

55、圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由課本《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中P34有式</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　3.2.3滾珠絲杠副型號及其直徑的選擇</p><p><b>　　1、規(guī)格型號的初選</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的最大動載

56、荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GDM系列2505-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為25mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈×2系列，精度等級取5級，螺母安裝尺寸L=90mm，額定動載荷為11921N，大于最大計(jì)算動載荷=9346.568N，滿足要求。滾珠絲杠的長度+加工余量</p><p>　　3.3

57、滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算</p><p>　　3.3.1滾珠絲杠螺母幾何參數(shù)</p><p>　　滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）</p><p>　　3.3.2剛度的驗(yàn)算</p><p>　　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?？芍@種安裝適用于較高精度、中等載荷

58、的絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對背對背角接觸球軸承,這樣能承受集中力偶。</p><p>　　絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用接觸量來校核。</p><p>　　1、滾珠絲杠滾道間的接觸變形量δ，查表得相關(guān)公式，根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=25；該型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為42，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=200。絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力/3=499N。查相關(guān)公式，得，滾珠

59、與螺紋滾道間接觸變形 式中 Pa=1496N,=，因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取=0.00417mm。</p><p>　　2、絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形</p><p>　　查課本《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P35有滾珠絲桿受工作負(fù)載F和扭矩共同作用引起的每一導(dǎo)程的變化是</p><p>　　Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參

60、數(shù)計(jì)算。</p><p>　　Fy=307N </p><p>　?。ú牧蠟殇摚┙孛娣eS==352.81=3.53</p><p><b>　　所以： cm</b></p><p>　　絲桿因受扭矩所引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，所以導(dǎo)程總誤差</p><p>　　查機(jī)《電一

61、體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P29表2-4知E5級精度的絲桿允許誤差，故剛度足夠。</p><p>　　3.4絲杠的支承方式及軸承的選擇</p><p>　　3.4.1 絲杠的支承方式</p><p>　　由于采用的是內(nèi)循環(huán)式的螺母，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)方式在循環(huán)過程中始終與絲桿表面保持接觸，它的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高，螺母的徑向尺寸較小。由于精度要求不高，又要符合經(jīng)濟(jì)型

62、，支承方式選為雙推--簡支式，一端安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低使用時應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響，雙推可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。對于高精度、高速旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠應(yīng)該采用兩端固定安裝的方式，如下圖所示：</p><p>　　為了給絲杠施加預(yù)緊力，可采用兩端固定方式并可在絲杠一段安裝碟形彈簧和調(diào)整螺母，既能對絲杠施加預(yù)緊力，又

63、能讓彈簧來補(bǔ)償絲杠的熱變形，保持預(yù)緊力近乎不變。這種支承形式的剛度最高，只要軸承無間歇，絲杠的軸向剛度為一段的4倍。安裝時需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝較難。</p><p>　　3.4.2、軸承的選擇</p><p>　　軸承的選擇最終要根據(jù)所設(shè)計(jì)的和所選的絲杠軸來確定的。在這里可以先選擇軸承的類型，初步確定為滾動軸承，因?yàn)闈L動軸承可以減少摩擦，對軸和絲杠的損壞較小。軸承的選

64、擇，根據(jù)上面的計(jì)算滾珠絲杠的尺寸，查表選取軸承的型號為60002GHF軸承。因?yàn)檫x用兩端固定的支承方式，采用的角接觸球軸承，這種角接觸球軸承是一種向心推力球軸承，是絲杠的支承軸承，常采用滾珠絲杠專用軸承，其接觸角增大到60度，增加了滾珠數(shù)目，并減少了滾珠直徑，使軸向剛度增大到普通向心推力軸承的2倍。</p><p>　　3.5 滾珠絲杠副穩(wěn)定性運(yùn)算</p><p>　　3.5.1穩(wěn)定性的驗(yàn)

65、算</p><p>　　根據(jù)課本《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中 P35式2-2有 </p><p>　　Fk——實(shí)際承受載荷的能力；</p><p>　　——絲杠穩(wěn)定的支承系數(shù)，由于采用的是雙推-簡支式，取=2</p><p><b>　　E——鋼的彈性模量</b></p><p>　　I——絲杠小

66、徑d2截面慣性矩，由絲杠底徑d2=21.2mm求得截面慣性矩；</p><p>　　K——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，K取3（絲杠臥式水平安裝）；</p><p>　　查表《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》P29有=160mm。</p><p>　　代入公式，得F=125612N大于=9347N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。</p><p>　　3.6 滾珠絲杠副預(yù)

67、緊力Fp確定</p><p>　　初步確定滾珠絲杠副的預(yù)緊方式為雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式。如下圖所示：</p><p>　　預(yù)緊后兩個螺母中的滾珠相向受力，從而消除軸向間歇。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單剛性好，預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便。預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或相對滑移。經(jīng)驗(yàn)表明，適當(dāng)選用較大的預(yù)緊力對螺紋連接的可靠性以及連接件的疲勞強(qiáng)度是有利的。</p

68、><p>　　螺紋連接時絲杠預(yù)緊力的確定</p><p>　　采用滾珠絲杠最大預(yù)緊力計(jì)算，通常，預(yù)緊力的大小根據(jù)最大軸向載荷的1/3計(jì)算。 當(dāng)主機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的軸向剛度要求較高，并且最大軸向載荷Fmax出現(xiàn)的頻率也高，或者有沖擊載荷，預(yù)緊力不應(yīng)該小于按軸向載荷計(jì)算的的1/3，即Fp>Fmax/3；即 預(yù)緊力無法直接測量，而是根據(jù)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩間接測量，有專門的滾珠絲杠副動態(tài)預(yù)

69、緊轉(zhuǎn)矩測量儀。一般在設(shè)計(jì)絲杠時，圖紙上的技術(shù)要求中都會給出預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的范圍，用測量儀測出預(yù)緊轉(zhuǎn)矩后，預(yù)緊轉(zhuǎn)矩值除以力臂，即可得到預(yù)緊力，一般預(yù)緊力不是固定值，也是一個范圍。關(guān)于力臂的計(jì)算，還要根據(jù)絲杠螺母法蘭上的安裝孔的位置來確定，不同規(guī)格的螺母，力臂也不盡相同.</p><p>　　3.7 滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力Fp1的確定</p><p>　　保證絲杠在最大軸向力作用下，在作用力方向上仍保

70、持拉伸狀態(tài)，預(yù)拉伸力應(yīng)大于最大工作載荷的倍。即</p><p>　　由【13】中P312中的1.4-78式有絲杠預(yù)拉伸力</p><p>　　——絲杠與床身之間的溫差。對于恒溫車間取=2~3</p><p><b>　　d——絲杠螺紋底徑</b></p><p><b>　　得到絲杠的預(yù)拉伸力</b>

71、;</p><p>　　該絲杠的預(yù)拉伸力足夠大，滿足要求。</p><p>　　3.8 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)確定</p><p>　　1、滾動導(dǎo)軌的計(jì)算及參數(shù)和型號確定</p><p><b>　　、工作載荷的計(jì)算</b></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

72、工作臺多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，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=987N,外加載荷外加載荷</p><p><b>　　得最大工作載荷。</b></p><p>　　、小時額定工作壽命的計(jì)算</p><p>

73、　　預(yù)期工作臺的工作壽命為8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><b>　　、距離額定壽命計(jì)算</b></p><p><b>　　由公式，從而得到</b></p><p>　　式中：為小時額定工作壽命。</p><p>　　n為移動件每

74、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300mm×120mm取330mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p><b>　　、額定動載荷計(jì)算</b></p><p><b>　　由公式</b>&

75、lt;/p><p><b>　　從而得到：</b></p><p><b>　　式中：為額定動載荷</b></p><p>　　L為距離工作壽命，由上式可知為4652km</p><p>　　F為滑塊的工作載荷，由上式可知為668N</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得： =4213.

76、78N</p><p><b>　　、產(chǎn)品選型</b></p><p>　　根據(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GGB16BA型，相關(guān)尺寸如下圖所示， </p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　可知其額定動載荷C=6.07KN，大于4

77、213.78N，故可知滿足要求。</p><p>　　參考網(wǎng)址 http://www.cz-baoma.com/product.asp?Action=Detail&ID=28</p><p>　　3．9 計(jì)算電機(jī)軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩，選取步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　4.9.1 步進(jìn)電機(jī)的傳動計(jì)算</p><p>　　1、因?yàn)樵摿⑹姐姶?/p>

78、的加工定位精度為±0.04mm，脈沖當(dāng)量為0.01mm/Hz，考慮到最初決定不用減速箱取減速比i=1算的電機(jī)步距角：</p><p>　　α=360iδ/Ph=0.72°</p><p>　　由于傳動比為1，則不需要選用減速箱，采用電動機(jī)軸與絲杠通過聯(lián)軸器聯(lián)接的方式。</p><p>　　2、步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算和選擇</p><

79、p>　　a、步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算。</p><p>　　總轉(zhuǎn)動慣量J主要包括電動機(jī)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(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　1）、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量J</p><p>　　由【12】中P119式5-2得：</p><p>　　式中 D為絲杠公稱直徑D=25mm<

80、;/p><p>　　L為絲杠長度=有效行程+螺母長度+設(shè)計(jì)余量+兩端支撐長度（軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量）+動力輸入連接長度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長度的一半+裕量）=330+90+20+140+40=620</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77×25×620×10=1.86×kg.㎡</p><p>　　2）、

81、滾珠絲杠上一級移動部件等折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　由【12】P119中式5-3得：</p><p>　　其中 M為工作臺的（包括工件）的質(zhì)量M=</p><p>　　S為絲杠螺距S=5mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　　3）、初選

82、常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司的90BYG5502型混合式步進(jìn)電動機(jī)，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　驗(yàn)算慣量匹配，電動機(jī)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(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在1/4——1之間，</p><p>

83、　　由此可見:,符合慣量匹配要求。</p><p>　　3.9.2 步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計(jì)算</p><p>　　1、承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負(fù)載時電動機(jī)所需力矩由【12】中P121式5-10得：</p><p>　　其中 （見【12】P122中表5-5）</p><p>　　其中: 為折算到電動機(jī)軸上

84、的總慣量==7.85×10kg.</p><p>　　T系統(tǒng)時間常數(shù)，由任務(wù)書知為T=0.3S</p><p>　　切削時的轉(zhuǎn)速為300r/min</p><p>　　得： N.m </p><p><b>　　，</b></p><p>　　其中： 為導(dǎo)軌摩擦力<

85、;/p><p>　　S為絲杠螺距S=5mm</p><p>　　i為齒輪降速比，已計(jì)算出為1</p><p>　　η為傳動鏈總效率，η=0.7—0.8，取0.8</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p>　　其中： 為最大軸向預(yù)緊力，F(xiàn)amax=Fz=468N<

86、;/p><p>　　為滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率，=0.96≥0.9 </p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p>　　其中：進(jìn)給方向的最大切削力，</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：N·m由此得等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩： </p><p>　　2、快速空載時電動機(jī)所需力矩M&

87、lt;/p><p>　　由【12】中P121式5-9得：</p><p><b>　　加速力矩其中：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　力矩摩擦其中：u為導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù)，滾動導(dǎo)軌取</p><p><b>　　u=0.005

88、</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　所以可知快速空載時電機(jī)所需的負(fù)載：</p><p>　　比較

89、和，取其較大者，就是最大等效負(fù)載，即：==1.47N.m</p><p>　　3.9.3 步進(jìn)電機(jī)的初選</p><p>　　考慮到步進(jìn)電機(jī)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(fù)載M考慮一定的安全系數(shù)λ，取λ=3，則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：</p><p>　　由所選的電機(jī)型號參數(shù)可知，最大靜

90、轉(zhuǎn)矩 N·m，可知滿足要求。</p><p>　　3.9.4 步進(jìn)電機(jī)性能校核</p><p>　　1、最快工進(jìn)速度時電動機(jī)時輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書給定工作臺最快工進(jìn)速度=400mm/min，脈沖當(dāng)量/脈沖，求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率。從90BYG5502電動機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩4N·m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)

91、大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.21N·m，滿足要求。</p><p>　　2、最快空載移動時電動機(jī)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=1500mm/min，求出其對應(yīng)運(yùn)行頻fmax=[1500/(60×0.01)]=2500Hz。由圖查得，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=3.5N·m，大于快速空載起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.86N

92、83;m，滿足要求。</p><p>　　3、最快空載移動時電動機(jī)運(yùn)行頻率校核 </p><p>　　與快速空載移動速度=1500mm/min對應(yīng)的電動機(jī)運(yùn)行頻率為。查矩頻特性曲線圖中相應(yīng)表格，可知90BYG5502電動機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000，可見沒有超出上限。</p><p>　　4、起動頻率的計(jì)算 </p><p>　　已知電

93、動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時的空載起動頻率。步進(jìn)電動機(jī)克服慣性負(fù)載的起動頻率為：</p><p>　　說明：要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于。實(shí)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(jì)中工作臺的進(jìn)給傳動系統(tǒng)選用90BYG5502步進(jìn)電動機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。</

94、p><p>　　5、確定選型的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)</p><p>　　所選電動機(jī)參數(shù)如下圖所示：</p><p>　　所選步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線圖如下：</p><p>　　參考網(wǎng)址 http://www.cz-baoma.com/product.asp?Action=Detail&ID=28</p><p>　　3

95、.10 設(shè)計(jì)中的其他問題</p><p>　　4.10.1 機(jī)械傳動部件的防護(hù)</p><p>　　滾珠絲杠副可用防塵密封圈或者防護(hù)套來防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副。使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維持其傳動精度、延長其使用壽命。</p><p>　　3.10.2 機(jī)械傳動部件的潤滑</p><p>　　常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩

96、類，潤滑脂一般在裝配時放進(jìn)滾珠螺母滾到內(nèi)進(jìn)行定期潤滑的作用，使用潤滑油時應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔進(jìn)行住油。</p><p>　　3.10.3 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡單，制造容易， 免維護(hù)，超強(qiáng)抗油以及耐腐蝕，即使承受負(fù)載時也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負(fù)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

97、功率軸系傳動。根據(jù)選出的電機(jī)和絲杠的參數(shù)，選用沈陽光宇科技有限公司的LK13-C32-1012型剛性聯(lián)軸器。</p><p>　　參考網(wǎng)址 http://www.31992640.com/asp/cpzx-show.asp?productid=1753</p><p>　　第四章 工作臺電氣控制部分設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定<

98、/p><p>　　設(shè)計(jì)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(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。</p><p>　　對于步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)ADT-9162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>　　要設(shè)計(jì)一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要

99、擴(kuò)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><b>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動流程圖</b></p><p>　　1、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包由以下四部分組成：</p><p>　　1）、主控制器：就是中央處理單元CPU。</p><p>　　2）、總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（A

100、B）、控制總線（CB）。</p><p>　　3）、存儲器：包括只讀可編程序存儲器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　4）、接口：即I/O輸入/輸出接口電路。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：</p><p><b>　　控制系統(tǒng)硬件框圖</b></p><p>　　除此之

101、外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號變換電路。其中信號變換電路是A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、光電隔離、功率放大等，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)與控制對象之間的信號匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路。它們可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選取。</p><p>　　2、主控制器CPU的選擇：</p><p>　　在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下要素：</p><p>　　1）、時鐘頻率和字長（控制

102、數(shù)據(jù)處理的速度）；</p><p>　　2）、可擴(kuò)展存儲器（ROM/RAM）的容量；</p><p>　　3）、指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng)；</p><p>　　4）、I/O口擴(kuò)展的能力；</p><p>　　5）、開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。</p><p>　　3、存儲器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì):</p>

103、<p>　　1）、程序存儲器擴(kuò)展</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片大多采用EPROM。其型號分別是2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別是2k、4k、8k、16k、32k。要注意8031所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的讀取時間。</p><p>　　2）、地址鎖存器74LS373</p><p&g

104、t;　　單片機(jī)規(guī)定P0口提供低8位地址線，同時又要作數(shù)據(jù)線，所以是分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提供低8位地址信息，一般采用74LS373作為地址鎖存器，并由CPU發(fā)出地址允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。</p><p>　　3）、有關(guān)程序存儲器和地址鎖存器的接線圖參見控制部分的電氣原理圖。</p><p>　　4）

105、、數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展</p><p>　　因?yàn)?031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路一般采用6116和6264靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，其選用的規(guī)則與EPROM程序存儲器的要求相同。有關(guān)它的接線圖也參見控制部分的電氣原理圖。</p><p><b>　　5）、譯碼電路</b></p>

106、<p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)連接。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故要進(jìn)行片選控制。片內(nèi)有多個字節(jié)單元時，還要進(jìn)行片內(nèi)地址選則。</p><p>　　由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，因此，單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。可采用線選法和全地址譯碼方法。</p><p>　　4、I/O口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì):&l

107、t;/p><p>　　8031單片機(jī)共有四個8位并行I/O口，但可提供給用戶使用的只有P1口及部分P3口線。因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都不可避免的要進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。</p><p>　　其中通用可編程接口芯片8155與微機(jī)的接口較為簡單，是微機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用的接口芯片。</p><p>　　5、鍵盤、顯示接口電路:</p><p>　　鍵盤、顯示器

108、是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行、列接構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），為了方便顯示圖形，也有用CRT接口顯示方式的系統(tǒng)。</p><p>　　6、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路:</p><

109、p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種用脈沖信號控制的電動機(jī)，在負(fù)載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，電動機(jī)的角位移僅與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速僅與控制脈沖頻率成正比。在多數(shù)情況下，用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)中不需要A/D或D/A轉(zhuǎn)換，可采用較為簡單的開環(huán)控制，因而成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床最主要的一種的伺服驅(qū)動單元。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路由圖5所示四部分組成。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路</b><

110、;/p><p><b>　　1）、計(jì)算機(jī)接口</b></p><p>　　在數(shù)控系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)接口電路至關(guān)重要。沒有它將無法實(shí)現(xiàn)微機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的控制。如前所述，8031系列單片機(jī)含有4個并行輸入/輸出口，提供32根I/O線。其中P1口可供用戶使用，作為步進(jìn)電機(jī)及其他控制對象的接口。也可以采用8155或8255（8255功能與8155相似，可參看有關(guān)資料）等可編程并行輸入

111、、輸出接口芯片設(shè)計(jì)擴(kuò)展接口電路，來控制步進(jìn)電機(jī)與其它外部設(shè)備。</p><p>　　2）、脈沖環(huán)形分配器</p><p>　　脈沖分配器又叫環(huán)形分配器，是驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)比不可少的環(huán)節(jié)。步進(jìn)電機(jī)的控制方式由環(huán)形分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。在數(shù)控系統(tǒng)中通常使用較多的是集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。</

112、p><p><b>　　環(huán)形分配器</b></p><p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)控制與計(jì)算</p><p>　　4.2.1 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)流程</p><p>　　1、進(jìn)給系統(tǒng)的控制原理如下圖</p><p>　　4.2.2 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)</p><p>

113、;　　步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺直線行進(jìn)給0.01mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)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。脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出的信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>

114、;　　功率放大器按其結(jié)構(gòu)不同分為單電源型和雙電源型。前者電路設(shè)計(jì)為單電壓供電，僅在步進(jìn)電機(jī)的繞組回路串聯(lián)一個小于10歐的電阻，以增大功率放大器負(fù)載回路的電阻，使步進(jìn)電機(jī)繞組中電流上升的時間常數(shù)減小，提高上升沿的陡度。（τ=L/R）</p><p>　　雙電源型采用高低壓供電電路，在功率放大器導(dǎo)通初始時，加上比額定電壓高幾倍的電源供電，使電動機(jī)繞組電流從零很快增大，當(dāng)電流升到接近額定值時切斷高電壓電源而由額定電壓為

115、繞組提供正常工作電流。</p><p>　　單電源功率放大器線路簡單，但效率不高，只適用小功率的步進(jìn)電機(jī)。目前我國步進(jìn)電機(jī)的功率放大器以由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，所以在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床控制電路時不必考慮其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，只需要根據(jù)選用的步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖</b></p><p>　　該電路中

116、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(jī)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(hù)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(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)采用的是五相十拍的工作方式（五個線圈A、B、C、D、E），其正轉(zhuǎn)時通電順序?yàn)椋篈B-ABC-BC-BCD