銑床X-Y工作臺(tái)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 目錄 中文摘要 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 英文摘要 . 2 第 1 章 前言 . 3 第 2 章 總體方案的設(shè)計(jì) . 5 計(jì)任務(wù) . 5 體方案的確定 . 5 第 3 章 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 7 作臺(tái)外形設(shè)計(jì) . 7 動(dòng)鋼軌的設(shè)計(jì) . 7 珠絲杠的設(shè)計(jì) . 8 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 . 10 定齒輪傳動(dòng)比 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 輪模設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 章小節(jié) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 5 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 19 . 19 . 19 . 19 . 21 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 致謝 . 26 參考文獻(xiàn) . 27 摘 要 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(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)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)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)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 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。 關(guān)鍵字：機(jī)電一體化的基礎(chǔ) 基本組成要素 特點(diǎn) 發(fā)展趨勢(shì) 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 ow in of to A of of is so on of s of of as as of of 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 第一章 前言 一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀 在我國對(duì)外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競(jìng)爭(zhēng)能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點(diǎn)看法。 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù) 及裝備是發(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(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(duì)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。 （一）、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè) 車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的 作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面 : (1)、 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。從 會(huì)情況來看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/ 甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ 前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10 m 提高到 5 m ,精密級(jí)加工中心則從 3 5 m ,提 高到 1 m 。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 (2) 、 5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。但過去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床 含 5 面加工機(jī)床 的發(fā)展。 (3) 、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動(dòng)生成 ;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上 ,面向機(jī)床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 結(jié)構(gòu)對(duì)象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系 統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求 ,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。 （二）、對(duì)我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個(gè)階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。在此階段 ,由于國外的技術(shù)封鎖和我 國的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進(jìn)技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段?？v觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ,總體來看取得的成績還是不小。 （三）、對(duì) 我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 (1) 、戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會(huì)的穩(wěn)定 ;其次從國防安全看 ,西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對(duì)我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。 (2)、發(fā)展策略。從我國基本國情的角度出發(fā) ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo) ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機(jī)如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、曲型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件 等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品 ;沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品 ;當(dāng)然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控 作臺(tái)及其控制系統(tǒng)。該工作臺(tái)可用于銑床上坐標(biāo)孔的加工和臘摸、塑料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復(fù)定位精度為 位精度為 設(shè)計(jì)參數(shù)如下：負(fù)載重量 G=150N；臺(tái)面尺寸 C B H 1451602座外形尺寸 210220140大長度L=388作臺(tái)加工范圍 X=55Y=50作臺(tái)最大快移速度為 1m/ 體方案確定 （ 1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng) 由于工件在移動(dòng)的過程中沒有進(jìn)行切削，故應(yīng)用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制?？紤]到定位精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) 作臺(tái)。 （ 2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用了與 列兼容的 片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià)比。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵 盤、 I/O 接口、光電偶合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。 示數(shù)控工作臺(tái)的狀態(tài)。 （ 3） 作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙 V 形滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)。 考慮電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 第 3 章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作臺(tái)外形尺寸及重量估算 X 向拖板（上拖板）尺寸： 長 寬 高 145 160 50 重量：按重量 =體積材料比重估算 321 4 5 1 6 0 5 0 1 0 7 . 8 1 0 9 0 N Y 向拖板（下拖板）尺寸： 1 4 5 1 6 0 5 0 重量：約 90N。 上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量： 2 2 3( 2 2 0 1 4 0 3 8 2 1 5 5 8 ) 7 . 8 1 0 1 0 1 . 1 1 0 1 0 7 ()N 夾具及工件重量：約 150N 。 作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約 287N。 動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定 、導(dǎo)軌型式： 圓形截面滾珠導(dǎo)軌 、導(dǎo)軌長度 上導(dǎo)軌（ X 向） 取動(dòng)導(dǎo)軌長度 100動(dòng)導(dǎo)軌行程 55l 支承導(dǎo)軌長度 155BL l l 下導(dǎo)軌（ Y 向） 50l 100 150L 選擇導(dǎo)軌的型號(hào)： 、直線滾動(dòng)軸承的選型 上導(dǎo)軌 240( ) 下導(dǎo)軌 287( ) 由于本系統(tǒng)負(fù)載相對(duì)較小，查表后得出 直線滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷為 370N，大于實(shí)際動(dòng)負(fù)載；但考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素最后選擇 直線滾動(dòng)軸承。并采用雙排兩列 4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 、 滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法 當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置 時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保 持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置 或 時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜 角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹（有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形），影響導(dǎo)軌的精度。 珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。 、最大動(dòng)負(fù)載 3 f f P 查表得系數(shù) 1f， 1，壽命值 66010 查表得使用壽命時(shí)間 T=15000h，初選絲杠螺距 t=4絲杠轉(zhuǎn)速 m a 0 0 0 1 2 5 0 ( / m i n )4 所以 66 0 2 5 0 1 5 0 0 0 22510L 1 4f G 當(dāng) ()f 當(dāng) 當(dāng) 量 摩 擦 系 數(shù) 1 . 4 1 4 0 . 0 1 2 4 0 3 . 3 9 ( )N 1 . 4 1 41 . 4 1 4 0 . 0 1 2 8 7 4 . 0 6 ( )f 當(dāng) 所以最大動(dòng)負(fù)荷 3 2 2 5 1 1 3 . 3 9 2 0 . 6 ( ) 3 2 2 5 1 1 4 . 0 6 2 4 . 7 ( )y 查 表 ， 取 滾 珠 絲 杠 公 稱 直 徑 0 10d 選 用 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的型號(hào)為 額定動(dòng)載荷為 390N，足夠用。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算 表 2滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號(hào) 計(jì)算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 0距 t 4 接觸角 45o 鋼球直徑 螺紋滾道法面半徑 R 0 1 偏心距 e / 2 s i n 0 . 0 3 d 螺紋升角 0a r c 7 . 2 6d o 螺桿 螺桿外徑 d 0 0 . 2 0 . 2 5 9 . 5qd d d 螺桿內(nèi)徑 2 7 . 9 8ld d e R 螺桿接觸直徑 c o s 8 . 5 9d d 螺母 螺母螺紋外徑 D 0 2 2 1 2 . 0 2D d e R 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 0 . 2 0 . 2 5 5 1 0 . 5qD d d 見表 2 、傳動(dòng)效率計(jì)算 7 . 2 6 0 . 9 7 3( ) ( 7 . 2 6 0 . 2 )t g t gt g t g 摩擦角； 絲杠螺紋升角。 、剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 01 FV 應(yīng)用 ) 0 )L 622 0 . 6 1 0 ( / )E N c m 材 料 為 鋼 2220 . 7 9 83 . 1 4 0 . 52F R c m 所以 61 62 4 . 7 0 . 5 1 . 2 1 0 ( )2 0 . 6 1 0 0 . 5L c m 以忽略。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 所以導(dǎo)程總誤差 601 0 0 1 0 01 . 2 1 0 3 /0 . 4L m 查表知 5m ，故剛度足夠。 、穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。 進(jìn)電機(jī)的選用 、步進(jìn)電機(jī)的步距角b取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 0 . 0 1 /p m m p ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 o。 、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為 T，負(fù)載 力為 P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系 T 式中： 電機(jī)轉(zhuǎn)角； s 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動(dòng)效率。 若取 b，則，且 G，所以 36 ()2pS c m g 式中： 移動(dòng)部件負(fù)載（ N）； G 移動(dòng)部件重量（ N）； 與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（ N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；b 步進(jìn)電機(jī)步距角，（ T 電機(jī)軸負(fù)載力矩（ 本例中，取 （淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， ，2 4 N?？紤]到重力影響， 此取 287 N，所以 3 6 0 . 0 1 2 4 . 7 0 . 0 3 2 8 7 1 . 3 3 ( )2 1 . 5 0 . 9 6T N c m 啟動(dòng)力矩 0 0 T 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 取安全系數(shù)為 1 . 3 3 4 . 4 20 . 3 c m m a x 5 . 10 . 8 6 6 N 、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 1 6 6 7 ( )6 0 6 0 0 . 0 1 z 查表選用兩個(gè) 45步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表 2 表 2 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型 號(hào) 主要 技術(shù)數(shù)據(jù) 外形尺寸()重量 ()N 步距角 大靜轉(zhuǎn)距 ) 相數(shù) 電壓 ()V 電流 ()A 外徑 長度 軸徑 45 1 5 000 3 27 5 58 4 11 定齒輪傳動(dòng)比 因步進(jìn)電機(jī)步距角 o，滾珠絲杠螺距 4t ，要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量0 . 0 1 /p m m p ，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比 12360 0 . 0 1 3 6 0 0 . 61 . 5 4 o 選 1 17Z ，2 28Z 。 定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 因傳遞的扭距較小，取模數(shù) 1m ，齒輪有關(guān)尺寸見表 3 進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 表 2 齒輪尺寸 Z 17 28 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 d mZ 2ad d m m m 2 1 . 2 5fd d m m m 36b m m m 122m m 17 19 28 30 據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得 2210 1 2 32180 J J J 式中： 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（ 2； 0J 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2；1 J 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2；2 J 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2；3 J 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2； M 移 動(dòng)部件質(zhì)量（ 。 對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算 3 4 20 . 7 8 1 0J D L k g c m g 式中： D 圓柱零件直徑（ L 零件長度（ 所以 3 4 3 21 0 . 7 8 1 0 1 . 7 0 . 5 3 . 2 6 1 0J k g c m g 3 4 3 22 0 . 7 8 1 0 2 . 8 0 . 5 2 3 . 9 1 0J k g c m g 3 4 3 23 0 . 7 8 1 0 1 5 3 . 9 1 0J k g c m g 電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則 233173 . 2 6 1 0 2 3 . 9 3 . 9 1 028 2520 . 0 0 12 5 0 . 4 1 03 . 1 4 1 . 5180k g m g 因?yàn)?1 0 . 4 0 . 3 1 9 14 1 . 2 7 4 ，所以慣性匹配比較符合要求。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件主要包括 動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。 選擇 隨著微電子技術(shù)水平的不斷 提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用 片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的 8 位單片機(jī) 89格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。 在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用 16 位單片機(jī)， 列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價(jià)比。 從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用較老的 8051 單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的 16 位 顯得過于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于 51 為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有 中在 件生產(chǎn)領(lǐng)域 儲(chǔ)器，在程序開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時(shí)掉電也不影響信息的保存；它和 80座兼容，并且采用靜態(tài)時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能。 因此硬件 用 示 司的產(chǎn)品， 9 表示內(nèi)含 S 表示含有串行下載 儲(chǔ)器。 性能參 數(shù)為： 儲(chǔ)器容量為 416 位定時(shí)器 2 個(gè)、中斷源6 個(gè)（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷 0、外部中斷 1、定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1中斷）、 128B、 14 位的計(jì)數(shù)器 I/O 口共有 32 個(gè)。 口設(shè)計(jì) 口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示 ：買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 圖 3部接口示意圖 完成的任務(wù)： （ 1）將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入 通過中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級(jí)別最高。 （ 2）通過程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)和電磁鐵的運(yùn)行。 （ 3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到 ，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用。 由于 有 和 是準(zhǔn)雙向口，但 主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展?？紤]到電路的簡便性和可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的 8155，所以 I/O 口線分配如下： （ 1） 制 個(gè)方向步進(jìn)電機(jī)的 A、 B、 C 線圈通電，形成相六拍正轉(zhuǎn)模式和 反轉(zhuǎn)模式。 （ 2） 輸出控制電磁鐵的吸合。 （ 3） 個(gè)中斷源中 先級(jí)最高，它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷； 入點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位、圓弧插補(bǔ)開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。 （ 4） 部 I/O 擴(kuò)展的數(shù)據(jù)讀取。 （ 5） 定 8155 的 的地址。 （行程開關(guān)） 前向通道 傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) （電磁鐵） （步進(jìn)電機(jī)） 人機(jī)界面 傳感 器 鍵盤、 后向通道 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 圖 3 制系統(tǒng)圖 接 映當(dāng)前運(yùn)行的 8 個(gè)狀態(tài)： X+禁止、 Y+禁止、 動(dòng) X+運(yùn)行、手動(dòng) 動(dòng) Y+運(yùn)行、手動(dòng) 低四位反映觸發(fā)中斷 1 的 4 個(gè)行程開關(guān)的狀態(tài)。 低 6 位反映了觸發(fā)中斷 2 的手動(dòng) X+運(yùn)行、手動(dòng) 動(dòng) Y+運(yùn)行、手動(dòng) 位（ 圓弧插補(bǔ) 6 個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿足快速急停、定位和退刀時(shí)能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力（如切削力、摩擦力）并以 指令的速度運(yùn)行。在定位和退刀時(shí)電磁鐵吸合使繪筆抬起，繪圖時(shí)能及時(shí)釋放磁力使筆尖壓下。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理 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。進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn) 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) 作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在 使其燒壞。 動(dòng) 1 X 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 2 Y 步進(jìn)電機(jī) 動(dòng) 3 部中斷 1 部中斷 2 E O/M 盤 電磁鐵 8155 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 圖 3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 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)機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。 由于步進(jìn)電機(jī)采用的是三相六拍的工作方式（三個(gè)線圈 A、 B、 C），其正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋?反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋?磁鐵驅(qū)動(dòng)電路 該驅(qū)動(dòng)電路也采用了光電偶 合器，但其功放電路相對(duì)簡單。其光電偶合部分采用的是達(dá)林頓管，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電磁鐵的電流比較大。 步進(jìn)時(shí)鐘 A 相波形 B 相波形 C 相波形 圖 3 三相六拍工作方式時(shí)相電壓波形（正轉(zhuǎn)） 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 電源設(shè)計(jì) 兩電機(jī)同時(shí)工作再加上控制系統(tǒng)用電，所需電源容量比較大，需要選擇大容量電源。此系統(tǒng)中用到的電源電壓為 27V、 12V、 5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標(biāo)準(zhǔn)的 27V 電源作為基準(zhǔn)，通過芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到所需的 12V 和 5V 電壓。 圖 3電源轉(zhuǎn)換電路圖 電路中在轉(zhuǎn)換芯片的前后有兩個(gè)電容，前面電容起防止自激作用，后面電容起濾波作用。此外，在具體應(yīng)用的過程中， 須加上散熱片。 傳感器和人機(jī)界面 由于步進(jìn)電機(jī)不需要反饋電路，但是要注意工作臺(tái)不能超過最大行程。因此，必須在 X、 Y 軸的方向各加上兩個(gè)行程開關(guān)。這里行程開關(guān)作用有兩個(gè)：（ 1）防止工作臺(tái)超過最大行程，使電機(jī)損壞（ 2）可以用與定位。所以這 4 個(gè)行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。 人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡便，界面簡潔明了。此系統(tǒng)中共有 9 個(gè) 亮表示 X 軸負(fù)方向禁止通行， 軸正方向禁止通行， 亮表示 Y 軸負(fù)方向禁止通行， 亮表示 Y 軸正方向禁止通行， 亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 X 軸負(fù)方向通行， 軸正方向通行， 亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 Y 軸負(fù)方向通行， 亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 Y 軸正方向通行， 表示系統(tǒng)通電運(yùn)行。 界面上的 7 個(gè)按扭意義為：按扭 1 是通斷電開關(guān)，按扭 2 是向 X 軸負(fù)方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭 3 是向 X 軸正方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭 4 是向 Y 軸負(fù)方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭 5 是向 Y 軸正方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭 6 是復(fù)位開關(guān)，按扭 7是執(zhí)行繪制圓弧開關(guān)。 圖 3電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 圖 3 人機(jī)界面圖 本章 小節(jié) 本章著重介紹了數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 介紹了 選擇及其外圍的接口設(shè)計(jì)和控制流程；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹了步進(jìn)電機(jī)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；此外還敘述了人機(jī)界面各個(gè)按扭和 意義。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 第 5 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 總體方案 對(duì)于 程序設(shè)計(jì)，由于所需實(shí)現(xiàn)的功能較簡單，采用匯編的形式。編譯器采用 編譯器是 51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的常用工具，既可用匯編，也支持 時(shí)具有完善的調(diào)試功能。 主流程圖 3A 3B 3C 3 02H