《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)---x-y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　班級(jí)： </p><p>　　姓名： </p><p>

2、　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)目的………………………………………………3</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………………3</p><p>　　

3、三、設(shè)計(jì)主要步驟……………………………………………………………………3</p><p>　　1、確定設(shè)計(jì)總體方案………………………………………………………………4</p><p>　　（1）、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇……………………………………………………4</p><p>　?。?）、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………4</p>&

4、lt;p>　　2、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型……………………………………………………5</p><p>　?。?）、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算……………………………………………5</p><p>　?。?）、計(jì)算切削力………………………………………………………………5</p><p>　?。?）、滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)………………………………………6<

5、/p><p>　?。?）、步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選用…………………………………9</p><p>　?。?）、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………15</p><p>　　3、其余附件的選擇…………………………………………………………………16</p><p>　　四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………

6、………………17</p><p>　　五、機(jī)械部分裝配圖的繪制………………………………………………………19</p><p>　　六、參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………20</p><p>　　七、總結(jié)體會(huì)…………………………………………………………………………20</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)

7、的目的</b></p><p>　　《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的時(shí)間性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的：</p><p>　　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怪知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。</p><p>　　通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的

8、工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式</p><p>　　通過對(duì)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(dòng)方式</p><p>　　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>　　鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫科技論文的能力</p><p><b>　　二、設(shè)

9、計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　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(tái)，主要參數(shù)如下：</p><p>　　立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3，最大銑削寬度=15mm</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±0.02m

10、m。</p><p>　　3、工作臺(tái)面尺寸為，加工范圍為;</p><p>　　4、工作臺(tái)空載進(jìn)給最快移動(dòng)速度：，工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度:，加減速0.4s。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)主要步驟</b></p><p><b>　　1、確定設(shè)計(jì)總方案</b></p><p

11、>　?、拧C(jī)械傳動(dòng)部件的選擇</p><p><b>　　絲杠螺母副的選擇</b></p><p>　　步進(jìn)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)，需要滿足初選0.01mm脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪?#177;0.02mm，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)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±0.01mm和±0.02mm的

12、定位精度，滑動(dòng)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(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>　　同時(shí)選用內(nèi)循環(huán)的形式，因?yàn)檫@樣摩擦損失小，傳動(dòng)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(jiǎn)單，剛性好，裝卸方便。</p>&l

13、t;p>　　由于工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度，所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動(dòng)的軸承配置形式。</p><p><b>　?、?、導(dǎo)軌副的選用</b></p><p>　　要設(shè)計(jì)數(shù)控銑床工作臺(tái)，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(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，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。</

14、p><p><b>　　③、伺服電機(jī)的選用</b></p><p>　　選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)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(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏低，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)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(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3000mm/min,故本設(shè)計(jì)

15、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(jià)比。</p><p><b>　?、?、減速裝置的選用</b></p><p>　　選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，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)，如果要選用減速裝置，則應(yīng)選用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。</p

16、><p><b>　?、?、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　①、設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)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>　　②、對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的

17、相關(guān)指標(biāo)。</p><p>　　③、要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。</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>　　2、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算和選擇</p><p>　　（1）、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算</p>

18、<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)軌座等，估計(jì)重量約為800N。</p><p><b>　?。?）、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)：</p><p>　　立銑刀 最

19、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】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

20、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>　　由【2】中P200,查得立銑時(shí)切削力計(jì)算公式為：</p><p><b>　　代如上式得： </b></p><p>　　采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值

21、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(shí)的情況，因?yàn)槟驺姷那闆r的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險(xiǎn)的工況。由此可估算三

22、個(gè)方向的銑削力分別為：</p><p>　　考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力，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(tái)的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。</p><p>　?。?）、滾珠絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)</p><p><b>　　最大工作載荷的計(jì)算</b>&l

23、t;/p><p>　　已知移動(dòng)部件總重量G=800N，按滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算，由【3】中P389，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)查【1】中P194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>　　=1.1×1352+0.005×(307+467+800)</p><p><b&g

24、t;　　=1500N</b></p><p>　?、?、最大計(jì)算動(dòng)載荷的確定</p><p>　　設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程P=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。</p><p>　　預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作五年,每天工作八小時(shí)，由此得使用壽命為T=5×360</p><

25、;p>　　×8=14400h，根據(jù)【1】中P110，公式5—4得：=</p><p>　　其中 T——使用壽命 14400 h</p><p><b>　　N——循環(huán)次數(shù)</b></p><p>　　——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 80r/min</p><p><b>　　求得：≈72

26、（）</b></p><p>　　查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時(shí)，硬度影響系數(shù)取值，由【1】中P109，式5-3 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：≈8112N</p><p><b>　　規(guī)格型號(hào)的初選</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的最

27、大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號(hào)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2005-3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20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2系列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N，大于最大計(jì)算動(dòng)載荷=7971，滿足要求。</p><p>　　參考網(wǎng)址 ： http://www.jsinfo.com.cn/

28、3ji.asp?id=37</p><p>　　滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）</p><p><b>　　表一</b></p><p><b>　　④、傳動(dòng)效率的計(jì)算</b></p><p>　　將公稱直徑d0=20mm,導(dǎo)程P=5mm,代入λ=arctan[

29、P/(d0)]，得絲杠螺旋升角λ=4°33′。將摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得傳動(dòng)效率η=96.4%。</p><p><b>　?、?、剛度的驗(yàn)算</b></p><p>　　X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定，一端游動(dòng)”的軸承配置形式。由【1】中P109，可知這種安裝適用于較高精度、中等載荷的絲杠，一端采用深溝球

30、軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)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>　　a、滾珠絲杠滾道間的接觸變?chǔ)模椤?】中相關(guān)公式，根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為32，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=120。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力/3=498N。查【3】中相關(guān)公式，得， 滾珠與螺紋

31、滾道間接觸變形 </p><p><b>　　式中 Pa=</b></p><p>　　=。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=0.0007mm。</p><p>　　絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形</p><p>　　絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背

32、角接觸球軸承的配置形式，軸承的中心距a=560mm,鋼的彈性模量E=2.110MPa,由表一中可知，滾珠直徑=3.175mm,絲杠底徑=16.2mm，則絲杠的截面積S==206.12,由【7】中，式3-35</p><p>　　其中， 最大工作載荷=1495N</p><p>　　中心距a=560mm</p><p>　　彈性模量E=2.110MP

33、a</p><p>　　截面積S==206.12</p><p>　　代入以上數(shù)據(jù)，得 =0.019mm</p><p>　　d、則本例中，絲杠的有效行程為500mm，由【3】中知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在400~500mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到30，可見絲杠剛度足夠。</p><p><b>　?、蕖⒎€(wěn)定性的驗(yàn)算</

34、b></p><p>　　根據(jù)【3】中 式5.7-17 。</p><p><b>　　取支承系數(shù)=2；</b></p><p>　　由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380.88；</p><p>　　壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；</p><p>

35、　　滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離L=a取最大值560mm。</p><p>　　代入公式，得P=14896kg.f=14896N大于=7533N，故不會(huì)失穩(wěn)，滿足使用要求。</p><p><b>　　⑦、臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算</b></p><p>　　對(duì)于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速，由【1】中P111式5

36、-10得：</p><p>　　其中 20-1.2×3.175=1mm</p><p><b>　　為臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度</b></p><p>　　為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動(dòng)）</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p&

37、gt;　　臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。</p><p>　?、?、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定</p><p>　　由以上驗(yàn)算可知，選用GDM2005型的絲杠，完全符合滿足所需要求，故確定選用該型號(hào)，</p><p>　　由表一可知絲杠所需的安裝連接尺寸</p><p>　?。?）、步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選用<

38、/p><p><b>　?、賯鲃?dòng)計(jì)算</b></p><p>　　因?yàn)樵撱姶驳募庸ぞ葹?#177;0.02mm，考慮到機(jī)械傳動(dòng)部分造成的精度損失，故選用銑床的脈沖當(dāng)量為0.01mm/Hz，</p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角α=0.72°。由【1】中P121式5-18得：傳動(dòng)比i=</p><p>　　由

39、于傳動(dòng)比為1，則不需要選用減速箱，采用電動(dòng)機(jī)軸與絲杠通過聯(lián)軸器聯(lián)接的方式。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型</p><p>　　a、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。</p><p>　　總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　?、?、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J&

40、lt;/p><p>　　由【1】中P134式5-28得：</p><p>　　式中 D為絲杠公稱直徑D=20mm</p><p>　　L為絲杠長(zhǎng)度L=560mm</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77×20×560×10=6.9×10kg.㎡</p><p>　　ⅱ

41、、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　由【1】中式5-29得：</p><p>　　其中 M為工作臺(tái)的（包括工件）的質(zhì)量M==81.6kg</p><p>　　S為絲杠螺距S=5mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　?、?/p>

42、、初選常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司的90YG5502型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　所以=6.9×10+5.2×10+4×10=5.16×10 N·m</p><p>　　驗(yàn)算慣量匹配，電動(dòng)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(dòng)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

43、合，一般比值控制在1/4——1之間，</p><p>　　由此可見:,符合慣量匹配要求。</p><p>　?、凇⒉竭M(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計(jì)算</p><p>　　a、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(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩，由【1】中P132式5-25得：</p><p><b>　　其中 </b>&

44、lt;/p><p>　　其中: 為折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣量==5.16×10</p><p>　　T系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，由任務(wù)書知為T=0.4S</p><p>　　切削時(shí)的轉(zhuǎn)速為300r/min</p><p><b>　　得： N·m</b></p><p>　　其中：

45、 為導(dǎo)軌摩擦力</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(dòng)鏈總效率，η=0.7—0.8，取0.8</p><p>　　代入數(shù)據(jù) 得： N·m</p><p>　　其中： 為最大軸向載荷，</p>

46、<p>　　為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，=0.95≥0.9 </p><p><b>　　其余數(shù)據(jù)同上</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù) 得： N·m</p><p>　　其中：進(jìn)給方向的最大切削力</p><p><b>　　其余參數(shù)同上。</b></p>

47、<p>　　代入數(shù)據(jù)得： N·m</p><p>　　由此都得到等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N·m </p><p>　　b、快速空載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩M</p><p>　　由【1】中P132式5-24得：</p><p><b>　　加速力矩其中：</b></p><p&g

48、t;<b>　　其余參數(shù)同上</b></p><p><b>　　入數(shù)據(jù)得： N·m</b></p><p>　　力矩摩擦其中：u為導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取</p><p><b>　　u=0.005</b></p><p><b>　　其余參數(shù)同上。&

49、lt;/b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：N·m</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩：</b></p><p><b>　　其余參數(shù)同上</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得： N·m</p><p>

50、;　　所以可知快速空載時(shí)點(diǎn)擊所需力矩：</p><p>　　=0.06+0.0004+0.048</p><p>　　=0.1084 N·m</p><p>　　比較和，取其較大者，就是最大等效負(fù)載，即：==1.46N.M</p><p><b>　?、?、步進(jìn)電機(jī)的初選</b></p><p

51、>　　考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸入轉(zhuǎn)矩也會(huì)下降，可能會(huì)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><b>　　N·m</b></p><p>　　由所選的電機(jī)型號(hào)參數(shù)可知，最大轉(zhuǎn)矩 N·m，可知滿足要求。</p>&

52、lt;p>　　④、步進(jìn)電機(jī)性能校核</p><p>　　a 、最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)時(shí)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=400mm/min，脈沖當(dāng)量/脈沖，求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從90BYG5502電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩4N·m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=1.46N·m，滿足要求。</p

53、><p>　　b、最快空載移動(dòng)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)最快空載移動(dòng)速度=3000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻。由圖查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=3.5N·m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.1084N·m，滿足要求。</p><p>　　c、最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 </p>&

54、lt;p>　　與快速空載移動(dòng)速度=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查圖3中相應(yīng)表格，可知90BYG5502電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000，可見沒有超出上限。</p><p>　　、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，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。由式可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：</p&

55、gt;<p>　　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。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)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(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用90BYG5502步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　⑤、確定選型的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)</p><p>　　所選電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下圖所示：

56、</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　外形尺寸安裝接線圖和和矩頻特性如圖3所示</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　參考網(wǎng)址 http://www.cz-baoma.com/product.asp?Action=Detail&ID=28&

57、lt;/p><p><b>　　圖3</b></p><p>　?。?）、、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算</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(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(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

58、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=800N,外加載荷F==503N</p><p><b>　　代入上式，得：</b></p><p>　　、小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算</p><p>　　預(yù)期工作臺(tái)的工作壽命為5年，一年365天，取工作時(shí)間為360天，每天工

59、作8小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命</p><p>　　③、距離額定壽命計(jì)算</p><p><b>　　由公式，從而得到</b></p><p>　　式中，為小時(shí)額定工作壽命。</p><p>　　n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（4—6）取5</p><p>　　S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工范圍為250

60、mm×250mm取520mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p><b>　　④、額定動(dòng)載荷計(jì)算</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　從而得到：</b></p&g

61、t;<p><b>　　式中：為額定動(dòng)載荷</b></p><p>　　L為距離工作壽命，由上式可知為4493km</p><p>　　F為滑塊的工作載荷，由上式可知為669N</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　⑤、產(chǎn)品選型<

62、/b></p><p>　　根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB20BA型，相關(guān)尺寸如下圖4所示，</p><p>　　參考網(wǎng)址： http://www.njyigong.com/html/gund/g2/c/ggb/ba.htm</p><p><b>　　圖4</b></p>

63、;<p>　　可知其額定動(dòng)載荷C=11.6KN，大于5.593KN，故可知滿足要求。</p><p><b>　　⑥、安裝連接尺寸。</b></p><p>　　對(duì)于導(dǎo)軌的安裝按照如圖4所示相關(guān)尺寸安裝。</p><p><b>　　3、其余附件的選擇</b></p><p><

64、b>　　1、聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(shí)也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負(fù)荷時(shí)，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(duì)中精度較高、沖擊載荷不大、對(duì)減振要求不高的中小功率軸系傳動(dòng)。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>

65、;<p>　　參考網(wǎng)址 http://www.31992640.com/asp/cpzx-show.asp?productid=1753</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)主要考慮以下功能：&

66、lt;/p><p>　　接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息；</p><p><b>　　接受限位開關(guān)信號(hào)；</b></p><p>　　控制X，Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；</p><p>　　與PC機(jī)的串行通信。</p><p>　　CPU選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52，采用8279，和W2

67、7C512，6264芯片做為I/O和存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。W27C512用做程序存儲(chǔ)器，存放監(jiān)控程序；6264用來擴(kuò)展AT89S52的RAM存儲(chǔ)器存放調(diào)試和運(yùn)行的加工程序；8279用做鍵盤和LED顯示器借口，鍵盤主要是輸入工作臺(tái)方向，LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺(tái)坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有超程報(bào)警功能，并有越位開關(guān)和報(bào)警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路。</p><p>　　進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖</p&g

68、t;<p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路流程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn)給0.01mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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

69、電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在CPU上使其燒壞。</p><p>　　圖7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　該電路中的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng)A相得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǔ)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(dòng)

70、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(gè)線圈A、B、C、D、E），其正轉(zhuǎn)時(shí)通電順序?yàn)椋篈-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA-A……….其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA-A………。</p><p>　　3、驅(qū)動(dòng)電源的選用，及驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式</p><p>　　設(shè)計(jì)中

71、X、Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為90BYG5502型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司。查步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的資料，選擇與之匹配的驅(qū)動(dòng)電源為BD28Nb型，輸入電壓為50V AC，相電流為3A，分配方式為五相十拍。該驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖8所示：</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　五、機(jī)械部分裝配圖的繪制</p><p>

72、;　　裝配圖見附件CAD A1圖紙</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】、文懷興、夏田 .《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 北京：北京化工出版社，2005.</p><p>　　【2】、韓榮第 .《金屬切削原理與刀具》 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　【3】、李洪

73、 .《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》北京：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.</p><p>　　【4】、陳家芳.《金屬切削工藝手冊(cè)》 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2005.</p><p>　　【5】、楊建明. 《數(shù)控加工工藝與編程》北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　【6】、張新義.《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p>

74、<p>　　【7】、尹志強(qiáng).《機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.</p><p><b>　　七、總結(jié)體會(huì)</b></p><p>　　我覺得這次《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一個(gè)全面的綜合的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過程中我全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過的知識(shí)，包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和機(jī)械制圖方面的基礎(chǔ)知識(shí)，還有剛學(xué)過的數(shù)控機(jī)床這門課，經(jīng)過

75、復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專業(yè)知識(shí)使得設(shè)計(jì)思路清晰系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。</p><p>　　還有很重要的一點(diǎn)是讓我體會(huì)到了一個(gè)設(shè)計(jì)者的精神。在設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。</p>