貴州大學(xué)機(jī)電創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)書(shū)（數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)）

1、課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程名稱(chēng)： 機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名： * 學(xué) 號(hào)： * 年 級(jí)： 2010 任課教師： 蔡家斌 楊綠 2013年12月30日貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)誠(chéng)信責(zé)任書(shū)本人鄭重聲明：本人所呈交的課程論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。課程論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生信息學(xué)號(hào)*學(xué)院機(jī)械學(xué)院班級(jí)姓名*專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)自103教師信息姓名蔡家斌職稱(chēng)副教授學(xué)歷碩士教師信

2、息姓名楊綠職稱(chēng)講師學(xué)歷博士任務(wù)書(shū)發(fā)出時(shí)間2013年12月9日設(shè)計(jì)題目數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文（設(shè)計(jì)）起止時(shí)間2013年12月16日2014年1月3日共需周數(shù)3主要內(nèi)容: 進(jìn)行數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求擬定總體機(jī)械和電氣控制系統(tǒng)方案。 根據(jù)擬定的機(jī)械系統(tǒng)方案進(jìn)行數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。 根據(jù)擬定的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)元器件選用。 完成工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和相關(guān)電氣原理圖的繪制，并繪制必要的控制程序流程圖。 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。主要要求: 方案擬定正確，設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)來(lái)源可靠，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。 元?dú)饧x用正確規(guī)范符合國(guó)家頒布標(biāo)準(zhǔn)。 相關(guān)電氣圖

3、紙的繪制要求視圖完整、符合最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔、質(zhì)量高。 所有圖紙中必須含工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1張、電氣控制原理框圖、相關(guān)控制電路、程序流程圖等電氣原理圖12張。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)闡述整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：如課題來(lái)源現(xiàn)實(shí)意義、總體方案確定、系統(tǒng)框圖分析、電氣元件選用說(shuō)明、以及機(jī)械和電氣的其它部分。說(shuō)明書(shū)要突出重點(diǎn)，圖文并茂、文字通暢、計(jì)算正確、字跡清晰、內(nèi)容完整。說(shuō)明書(shū)頁(yè)數(shù)不少于 20 頁(yè)。預(yù)期目標(biāo):完成符合任務(wù)書(shū)要求的數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及程序流程圖設(shè)計(jì)等。完成機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)、電氣控制原理圖設(shè)計(jì)、相關(guān)程序流程圖設(shè)計(jì)。撰寫(xiě)不低于20頁(yè)左右設(shè)計(jì)論文，并附錄相

4、關(guān)資料及設(shè)計(jì)圖紙。計(jì)劃進(jìn)程:序號(hào)計(jì)劃時(shí)間進(jìn)程112.212.4課題調(diào)研及資料收集，研究問(wèn)題及提出初步總體方案212.512.7總體方案論證及確定312.812.12機(jī)械部分方案論證確定及計(jì)算412.1312.16電氣部分方案論證確定及設(shè)計(jì)512.16撰寫(xiě)論文及繪制相關(guān)圖紙主要參考文獻(xiàn):1李斌. 數(shù)控技術(shù)m.華中科技大學(xué)出版社，2013.12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(shū)，2007.7 3 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用m. 北京：高等教育出版社，2004.14 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.95 陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)

5、m. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10目 錄 摘 要i第一章前 言21.1數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床概述21.2數(shù)控十字工作臺(tái)概述及應(yīng)用2第二章總體方案的確定32.1總體方案的確定32.1.1機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)部件的選擇32.1.2電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4第三章機(jī)械部分各部件的設(shè)計(jì)53.1滾珠絲杠副的選擇53.2支承方式的選擇63.3導(dǎo)軌副的選擇73.4步進(jìn)電機(jī)的選擇83.5聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)93.6滾珠絲杠副的預(yù)緊103.7進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析113.8機(jī)械機(jī)構(gòu)部分總體裝配圖11第四章控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)134.1控制系統(tǒng)硬件的基本組成134.2控制卡的選擇134.3驅(qū)動(dòng)器的選擇164.3.1驅(qū)動(dòng)器的功能及

6、使用174.3.2驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出信號(hào)184.4電氣接線(xiàn)圖19第五章零件加工程序21第六章總結(jié)23參考文獻(xiàn)23致 謝24數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要數(shù)控十字工作臺(tái)是一種加工用途廣泛的機(jī)床工作臺(tái)，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控十字工作臺(tái)，主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，其精度要求不高，工作量要求不大。該設(shè)計(jì)包括機(jī)械系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。其中機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)又包括機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要涉及導(dǎo)軌副的選擇、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型。而電氣控制部分的設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)的硬件和軟件兩部分的設(shè)計(jì)，硬件部分主要有環(huán)分電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和電流控制電路的設(shè)計(jì)，以及控制卡的選用，軟件部分

7、主要是控制卡控制程序的編寫(xiě)。這是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：精度、工作臺(tái)、滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)、控制系統(tǒng)。第一章 前 言1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、制造技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)中不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用在制造業(yè)中日益普及，已成為機(jī)電一體化高新制造技術(shù)的基礎(chǔ)和重要組成部分。數(shù)控機(jī)床是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床，它具有加工柔性好、加工精度高、生產(chǎn)率高、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)力要求低等多種優(yōu)點(diǎn)，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用

8、于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件。一個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展的程度，很大程度在于數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上。1.2 數(shù)控十字工作臺(tái)概述及應(yīng)用數(shù)控十字工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床上的一個(gè)重要組成部分，它的發(fā)展與機(jī)床一樣有著重要的意義，它是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車(chē)床的橫向和縱向機(jī)構(gòu)，數(shù)控鉆銑床的xy工作臺(tái)，激光加工設(shè)備的工作臺(tái)等等，隨著數(shù)控十字工作臺(tái)的多樣化、自動(dòng)化已經(jīng)靈活化等，它能加工出許多復(fù)雜多樣的零件，能夠滿(mǎn)足更高的精度要求，對(duì)數(shù)控十字工作臺(tái)的研究能夠進(jìn)一步增強(qiáng)我們對(duì)機(jī)床的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，為機(jī)床的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，數(shù)控十字工作臺(tái)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳

9、統(tǒng)機(jī)加工相比，數(shù)控十字工作臺(tái)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是不可缺少的一部分，因此，對(duì)數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行研究，能夠推動(dòng)現(xiàn)代制造技術(shù)的進(jìn)步，本次設(shè)計(jì)就數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)電一體系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，為以后在實(shí)踐中可能遇到的相關(guān)問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第二章 總體方案的確定2.1 總體方案的確定根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，參考數(shù)控十字工作臺(tái)的有關(guān)資料，確定總體方案如下圖2.2-1所示：其原理為通過(guò)控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠相連，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。x向工作臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)

10、器步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器聯(lián)軸器y向工作臺(tái)圖2.2-1：系統(tǒng)總體原理圖2.1.1 機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)部件的選擇1. 絲杠螺母副的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，需要滿(mǎn)足相應(yīng)的脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪纫笙鄬?duì)較高，而絲杠螺母副主要有滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)兩種，相比之下，滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率低，僅僅為30%-40%，而滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高，約92%98%，靈敏度高，無(wú)顫動(dòng)、無(wú)爬行，同步性好，定位精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。雖然相對(duì)于滑動(dòng)絲杠價(jià)位偏高，制造復(fù)雜，但是性?xún)r(jià)比較高，也更加符合設(shè)計(jì)所需滿(mǎn)足條件，因此選用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 同時(shí)選用內(nèi)循環(huán)的形式，

11、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。由于定位精度較高，而且選用單螺母滾珠絲杠副，故選擇變滾道預(yù)緊調(diào)整式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便。由于工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度不是太大，故所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即兩端固定的軸承配置形式。2. 導(dǎo)軌副的選用本次設(shè)計(jì)的十字工作臺(tái)所配合的是數(shù)控鉆銑床，脈沖當(dāng)量較小，要求定位精度較高而負(fù)載較小，考慮滾動(dòng)導(dǎo)軌點(diǎn)接觸或者是線(xiàn)接觸，所以其抗震性叫差，接觸應(yīng)力大，對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度和表面形狀精度及尺寸精度要求高。而且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高，所以考慮還是選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比好，承受負(fù)

12、載能力強(qiáng)。且使用矩形導(dǎo)軌，因其有制造、檢驗(yàn)和維修方便，剛度高等特點(diǎn)。3. 聯(lián)軸器的選用考慮到絲杠的轉(zhuǎn)速不高，可以選用剛性凸緣聯(lián)軸器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，而且能保證嚴(yán)格對(duì)中。4. 步進(jìn)電機(jī)的選用選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。該設(shè)計(jì)的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)不是太高，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開(kāi)環(huán)控制，該設(shè)計(jì)的脈沖當(dāng)量和定位精度要求不高，空載最快移動(dòng)速度也不高,故本設(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?xún)r(jià)比。2.1.2 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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

13、坐標(biāo)直線(xiàn)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。對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，選用adt-860控制卡作為控制系統(tǒng)的cpu，能夠滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)給定的相關(guān)指標(biāo)。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。選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。第三章 機(jī)械部分各部件的設(shè)計(jì)3.1 滾珠絲杠副的選擇根據(jù)工作臺(tái)的具體情況，結(jié)合總體方案的，選用的滾珠絲杠副為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副，其結(jié)構(gòu)圖如下圖3.1-1所示：圖3.1-1：滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)由上圖知，滾珠絲杠螺母副的組成主要由反相器、螺母、絲杠、滾珠組成，此設(shè)計(jì)中選擇ffz

14、d3205-5型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副滾珠絲杠副，其公稱(chēng)直徑為，導(dǎo)程為ph=5mm，循環(huán)滾珠為5圈，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷18.1kn，額定靜載荷為31.4kn，其各尺寸和性能參數(shù)如下圖3.1-2和表3.1-1所示：圖3.1-2：ffzd3205-5滾珠絲杠螺母副安裝及外形尺寸表3.1-1：ffzl3205-3型滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)（單位mm）公稱(chēng)直徑基本導(dǎo)程ph絲杠外徑絲杠底徑循環(huán)圈數(shù)鋼球直徑額定動(dòng)載荷co/kn額定靜載荷coa/kn32531.528.953.518.152.4螺母安裝尺寸l1bhd3d4d5d6d7 1081378267712623.2 支承方式的選擇根據(jù)絲

15、桿尺寸和有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)查閱軸承選取的相關(guān)資料，并結(jié)合本設(shè)計(jì)具體情況選擇“單推單推”的支承方式。選用的軸承為角接觸球軸承，通過(guò)查相關(guān)手冊(cè)，軸承選擇如下表3.2-1所示：表3.2-1所示：所選軸承型號(hào)表2-13 軸承參數(shù)軸承名稱(chēng)軸承型號(hào)結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)記額定載荷數(shù)量角接觸球軸承7204cd=20mm,b=14mm,d=47mm滾動(dòng)軸承7204cgb/t2769414.5kn4其中圖3.2-1和表3.2-2分別是軸承的尺寸結(jié)構(gòu)圖和參數(shù)表：圖3.2-1：角接觸球軸承尺寸結(jié)構(gòu) 表3.2-2：7204角接觸球軸承參數(shù)3.3 導(dǎo)軌副的選擇本次設(shè)計(jì)的十字工作臺(tái)所配合的是數(shù)控鉆銑床，脈沖當(dāng)量較小，要求定位精度較高而負(fù)

16、載較小，考慮滾動(dòng)導(dǎo)軌點(diǎn)接觸或者是線(xiàn)接觸，所以其抗震性較差，接觸應(yīng)力大，對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度和表面形狀精度及尺寸精度要求高。而且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高，所以考慮選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比好，承受負(fù)載能力強(qiáng)。且使用矩形導(dǎo)軌，因其有制造、檢驗(yàn)和維修方便，剛度高等特點(diǎn)。本導(dǎo)軌選用的截面形狀選擇矩形導(dǎo)軌，因?yàn)榫匦螌?dǎo)軌容易加工制造，剛度和承載能力大，便于安裝調(diào)整。其組合形式選用雙矩形導(dǎo)軌四滑塊支承形式，該導(dǎo)軌具有一個(gè)缺點(diǎn)是磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，因此需要間隙調(diào)整裝置。3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇該設(shè)計(jì)的脈沖當(dāng)量和定位精度要求不高，空載最快移動(dòng)速度也不高,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以

17、選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性?xún)r(jià)比。本次設(shè)計(jì)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算如下：1.計(jì)算切削負(fù)載力矩，其計(jì)算公式如下：上式中為絲杠導(dǎo)程=0.005m，為進(jìn)給系統(tǒng)的總效率，當(dāng)絲杠與電機(jī)直連時(shí)取=0.90，=1967.77n。計(jì)算得：nm2. 計(jì)算摩擦負(fù)載力矩，其計(jì)算公式如下：上式中為空載時(shí)導(dǎo)軌摩擦力，=36n，其它數(shù)據(jù)與上面相同。則計(jì)算得：nm3. 計(jì)算由滾珠絲杠副的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩，其計(jì)算公式如下：上式中為滾珠絲杠副的預(yù)緊力,為最大工作載荷的1/3，所以=656n；為絲杠基本導(dǎo)程=0.005m；為滾珠絲杠副效率=0.98，則計(jì)算得：nm4. 各坐標(biāo)軸折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩

18、的計(jì)算空載時(shí)：nm切削時(shí)：nm根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用選用的電機(jī)為北京和利時(shí)機(jī)電技術(shù)有限公司90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.72?？蛰d啟動(dòng)頻率為2200步/s，最大靜轉(zhuǎn)矩為8n.m。具體參數(shù)如表3.4a所示： 表3.4-1：:90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)步矩角相數(shù)驅(qū)動(dòng)電壓相電流額定轉(zhuǎn)矩空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量90byg550c-sakrml-03010.72580v3a6n.m2200該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為8nm，足以滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)要求。如圖3.4a為90byg550c混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸

19、，表3.4b為90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)表圖3.4-1：90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸表3.4-2：90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)表l1l2l3l4l5電機(jī)軸直徑9.541372615123.5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)剛性聯(lián)軸器常被用于絲桿與電機(jī)聯(lián)接，以提高兩軸頭連接的固定精度，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，免維護(hù)，其特點(diǎn)有：可用于小型，瞬間慣量小的高速轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合；安裝后無(wú)無(wú)反作用力，而且維護(hù)簡(jiǎn)單；提滾珠絲桿的強(qiáng)度時(shí)，跳動(dòng)不會(huì)受到影響；依靠鎖緊螺栓旋加的磨擦緊固，無(wú)需鍵；在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可保持平衡。

20、應(yīng)用范圍為cnc車(chē)床、m/c磨床、加工中心，各類(lèi)專(zhuān)用機(jī)械，軸軸聯(lián)接，軸與電機(jī)的聯(lián)接裝置。所以本設(shè)計(jì)中選用gy系列的gy1凸緣聯(lián)軸器，其主要結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)如圖3.5-1和表3.5-1所示。圖3.5-1：凸緣聯(lián)軸器表3.5-1：gy系列凸緣聯(lián)軸器參數(shù)表3.6 滾珠絲杠副的預(yù)緊滾珠絲杠副在工作臺(tái)上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計(jì)選用兩端支承形式中的“雙支點(diǎn)各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承的振動(dòng)。預(yù)緊量由廠(chǎng)家提供。3.7 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析在開(kāi)環(huán)控制的系統(tǒng)中，由于在執(zhí)行部件上沒(méi)

21、有安裝檢測(cè)裝置和反饋裝置，為了保證工作的精度的要求，必須使其進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)在任何時(shí)刻任何情況下都能夠嚴(yán)格跟隨驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，然而實(shí)際上，在進(jìn)給系統(tǒng)的輸入與輸出之間總會(huì)有誤差存在，在這些誤差中，有傳動(dòng)系統(tǒng)的制造和安裝所造成的誤差，還有進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)所引起的誤差，在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須將這些誤差控制在允許的范圍內(nèi)，通常這些誤差有進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的死區(qū)誤差，由進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差。3.8 機(jī)械機(jī)構(gòu)部分總體裝配圖圖3.7-1：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)圖（主視圖）圖3.7-2：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（左視圖）圖3.5-3：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（俯視圖）第四章 控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)4.1 控制系

22、統(tǒng)硬件的基本組成電氣控制部分的總體方案如圖4.1-1所示，通過(guò)選擇控制器，經(jīng)控制器處理程序信號(hào)后，將信號(hào)傳輸給光電隔離電路進(jìn)行光電隔離，但由于控制器輸出的信號(hào)電流很小，因此需要將電流放大后才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，如圖4.1-1所示，因此此過(guò)程中還需要用到功率放大電路，但現(xiàn)在的多數(shù)這些電路都被整體集成了一個(gè)模塊，因此不必單獨(dú)設(shè)計(jì)該電路，只需選擇啟動(dòng)器即可。我們選用的步進(jìn)電機(jī)為90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī),因此驅(qū)動(dòng)器選擇與之配套的無(wú)相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器sh-50806，從控制器出來(lái)的信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器處理后，即可驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 圖4.1-1：控制系統(tǒng)基本組成框圖4.2 控制卡的選擇本

23、設(shè)計(jì)中選用的控制卡為adt-860控制卡，該控制卡需要與計(jì)算機(jī)的pci插槽連接，adt860卡是基于pc104總線(xiàn)的高性能四周伺服步進(jìn)控制卡，位置可變環(huán)形，可在運(yùn)動(dòng)中隨時(shí)改變速度，可使用連續(xù)插補(bǔ)等功能，該控制卡的脈沖輸出方式可以是單脈沖，也可以是雙脈沖方式，最大脈沖頻率是4mhz，采用先進(jìn)技術(shù)使輸出頻率在很高的時(shí)候也能使頻率誤差小于百分之一，為四軸聯(lián)動(dòng)控制卡，其該控制卡的簡(jiǎn)圖如下圖4.2-1所示：圖4.2-1：adt-860控制卡簡(jiǎn)圖其中j3為開(kāi)關(guān)量輸入的信號(hào)接線(xiàn)，j5為開(kāi)關(guān)量輸出的信號(hào)接線(xiàn)，j6為脈沖輸出和編碼輸入信號(hào)的接線(xiàn)。以下是該控制卡主要特征： 32位pc-104總線(xiàn) 脈沖輸出方式：脈

24、沖/方向，脈沖/脈沖 最大脈沖輸出頻率為4mhz 4軸步進(jìn)/伺服電機(jī)控制，每軸可以獨(dú)立控制，互不影響 2-3軸直線(xiàn)插補(bǔ)，任意2軸硬件圓弧插補(bǔ)，多軸連續(xù)插補(bǔ) 可用直線(xiàn)或s曲線(xiàn)進(jìn)行加/減速 非對(duì)稱(chēng)直線(xiàn)加/減速運(yùn)動(dòng) 4軸均有位置(編碼器)反饋輸入，32位計(jì)數(shù)，頻率高達(dá)4mhz，最大計(jì)數(shù)范圍-2147483648+2147493647pc104總線(xiàn)，即插即用4軸步進(jìn)/伺服電機(jī)控制，32路光耦隔離輸入任意兩軸、三軸直線(xiàn)插補(bǔ)、任意兩軸圓弧插補(bǔ),連續(xù)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中變速，四軸連動(dòng)非對(duì)稱(chēng)直線(xiàn)加減速運(yùn)動(dòng)32路集電極開(kāi)路輸出直線(xiàn)/s形曲線(xiàn)加減速 帶光電隔離32路數(shù)字輸入/32路數(shù)字輸出信號(hào)，包括每軸2個(gè)正負(fù)限位信號(hào) 運(yùn)

25、動(dòng)中可實(shí)時(shí)改變速度及目標(biāo)位置 運(yùn)動(dòng)中可實(shí)時(shí)讀取邏輯位置、實(shí)際位置、驅(qū)動(dòng)速度、加速度、驅(qū)動(dòng)狀態(tài) 每軸有3個(gè)stop信號(hào)，可用于原點(diǎn)搜尋、編碼器z相搜尋 可接受伺服驅(qū)動(dòng)器的各種信號(hào)，如編碼器z相信號(hào)、到位信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等 同一系統(tǒng)中支持多達(dá)16個(gè)控制卡，共64個(gè)軸 支持dos、windows95/98/nt/2000/xp、wince等操作系統(tǒng) 支持c/bc+/vc/vb/c+builder/delphi/labview/evc等開(kāi)發(fā)工具編程如圖4.2-2為adt-860控制卡的輸入輸出信號(hào)接線(xiàn)口。其中本設(shè)計(jì)的電氣硬件接線(xiàn)圖主要用到j(luò)6接口，因此如表4.2-1所示為j6信號(hào)線(xiàn)接口的相關(guān)功能說(shuō)明。

26、1：開(kāi)關(guān)量輸入的信號(hào)接線(xiàn) 2：脈沖輸出和編碼輸入信號(hào)的接線(xiàn)圖4.2-2：j1，j6接線(xiàn)圖 表4.2-1：adt-860接口功能說(shuō)明4.3 驅(qū)動(dòng)器的選擇由于本次設(shè)計(jì)所選用的是五相十拍90byg550c-sakrml-0301混合式步進(jìn)電機(jī)，因此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器同樣選用該公司生產(chǎn)的與其相配套的sh-50806b型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特點(diǎn)有：數(shù)字化升頻升壓結(jié)合恒流控制技術(shù)；運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、低振動(dòng)；最大輸出驅(qū)動(dòng)電流 6.0a/相；輸入信號(hào) ttl 兼容；輸入輸出信號(hào)光電隔離；過(guò)壓保護(hù)及過(guò)流保護(hù)功能；脫機(jī)保持功能；撥碼選擇適配多種型號(hào)電機(jī)；單/雙脈沖方式可選；整/半步運(yùn)行模式可選；提供零位信號(hào)輸出；提供故

27、障信號(hào)輸出；斷電記憶功能；自動(dòng)半電流可選。其主要性能指標(biāo)如表4.3-1所示：表4.3-1：sh-50806b性能指標(biāo)4.3.1 驅(qū)動(dòng)器的功能及使用該驅(qū)動(dòng)器的功能及使用說(shuō)明如下步距角選擇：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 6位撥碼開(kāi)關(guān)可進(jìn)行整/半步的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)半步及整步運(yùn)行模式的切換。單/雙脈沖選擇：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 7位撥碼開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)單脈沖或雙脈沖控制模式的切換。選擇單脈沖控制方式時(shí)，脈沖信號(hào)端輸入的脈沖信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)行，方向信號(hào)端輸入的電平信號(hào)的高低控制電機(jī)轉(zhuǎn)向；選擇雙脈沖控制方式時(shí)，脈沖信號(hào)端輸入正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)，方向信號(hào)端輸入反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。自動(dòng)半電流：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 5位撥碼開(kāi)關(guān)可選擇是否開(kāi)放自動(dòng)半電

28、流，置于“off”時(shí)為半電流有效，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器工作若連續(xù) 1秒沒(méi)有接收到新的脈沖則驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)進(jìn)入半電流狀態(tài)，相電流降低為標(biāo)準(zhǔn)值的50，達(dá)到降低功耗的目的，在收到新的脈沖時(shí)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)退出半電流狀態(tài)。電機(jī)選擇：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 2，3，4位撥碼開(kāi)關(guān)可選擇適配不同型號(hào)的電機(jī)。由于本驅(qū)動(dòng)器采用升頻升壓加恒流控制方式，輸出相電流值與配套電機(jī)的額定相電流、繞組電阻及電感值有關(guān)。若用戶(hù)配套其他廠(chǎng)家生產(chǎn)的電機(jī)時(shí)，請(qǐng)及時(shí)與廠(chǎng)家聯(lián)系進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器輸出電流的整定。試機(jī)功能：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置脈沖發(fā)生器，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 8位撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇。置于“on”時(shí)，驅(qū)動(dòng)器在無(wú)外部脈沖輸入的情況下，由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部脈沖發(fā)生器產(chǎn)生恒定頻率的脈

29、沖，實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速恒速試運(yùn)轉(zhuǎn)，用來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)接線(xiàn)和運(yùn)行狀況。斷電記憶：驅(qū)動(dòng)器斷電后，可自動(dòng)記憶斷電前的最后一個(gè)相序狀態(tài)。二次上電后，電機(jī)會(huì)從斷電前的位置繼續(xù)運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)異常抖動(dòng)。過(guò)流保護(hù)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)切斷輸出電流，系統(tǒng)停止工作，同時(shí)故障指示燈亮。過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸入電壓超過(guò)額定值 30%時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器停止工作，同時(shí)故障指示燈亮。驅(qū)動(dòng)器重新上電后可恢復(fù)工作。4.3.2 驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出信號(hào)該驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入輸出可由圖4.3-1表示，包括以下幾個(gè)方面；脈沖信號(hào)輸入：?jiǎn)蚊}沖控制方式時(shí)為脈沖信號(hào)輸入端，雙脈沖控制方式時(shí)為正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)輸入端。輸入信號(hào)脈沖為沿有效方

30、式，如：在下面的典型接線(xiàn)圖中，控制機(jī)輸出信號(hào)下降沿有效。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的正確運(yùn)行來(lái)說(shuō)，有效電平信號(hào)占空比應(yīng)在 50%以下，為了確保脈沖信號(hào)的可靠響應(yīng)，脈沖低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于 10s。方向信號(hào)輸入：?jiǎn)蚊}沖模式下該端的內(nèi)部光耦的通、斷被解釋為電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)方向，方向信號(hào)的改變將使電機(jī)運(yùn)行的方向發(fā)生變化，該端的懸空被等效認(rèn)為輸入高電平。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)輸入至少 10s建立，從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖信號(hào)的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需換向時(shí)，方向信號(hào)端可懸空。雙脈沖模式下本端口接收反轉(zhuǎn)脈沖，接口邏輯要求與脈沖輸入端口一致。輸入信號(hào)脈沖為沿有效方式。脫機(jī)信號(hào)輸入：內(nèi)部光耦導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)相電流被切斷

31、，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）而失去鎖定力矩。該功能可顯著減少驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的損耗。當(dāng)該端口內(nèi)部光耦截止時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于上電鎖定狀態(tài)。不需要此功能時(shí)，脫機(jī)信號(hào)端可以懸空。零位信號(hào)輸出：整步運(yùn)行方式時(shí)驅(qū)動(dòng)器每十拍輸出一個(gè)脈沖給控制機(jī)，半步運(yùn)行方式時(shí)驅(qū)動(dòng)器每二十拍輸出一個(gè)脈沖給控制機(jī)，同時(shí)零位指 示燈亮一次。無(wú)需此信號(hào)輸出時(shí)，該端 圖4.3-1：驅(qū)動(dòng)器信號(hào)圖可懸空。 故障信號(hào)輸出：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器切斷電機(jī)電流，此接口電路閉合，向控制機(jī)輸出信號(hào)，提示控制機(jī)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障。4.4 電氣接線(xiàn)圖adt860控制卡的其中一端與計(jì)算機(jī)pci擴(kuò)展插槽連接，另一端則由數(shù)據(jù)線(xiàn)與主電路部分相連，控制卡與

32、計(jì)算機(jī)相連接后，在計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，而后編輯的程序便可經(jīng)過(guò)控制卡的處理而發(fā)出相應(yīng)的控制信息，控制卡處理相應(yīng)的程序后，將其轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，輸送給控制電路，控制電路經(jīng)過(guò)功率放大后和轉(zhuǎn)換后送給步進(jìn)電機(jī)各相繞組，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。其總體接線(xiàn)圖可由下面圖4.4a接線(xiàn)簡(jiǎn)圖來(lái)表達(dá)；圖4.4-1：電氣硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)圖對(duì)圖4.4-1中的adt-860部分的j6接口和驅(qū)動(dòng)器部分的接線(xiàn)進(jìn)行放大，放大后的圖如下圖4.4-2和4.4-3所示，其中圖4.4-2中的編號(hào)與圖4.2-2中的j6接口圖相對(duì)應(yīng)，圖4.4-3中的功能與圖4.3-1中的驅(qū)動(dòng)器信號(hào)相對(duì)應(yīng)。圖4.4-2：j6接線(xiàn)放大圖4.4-3：驅(qū)動(dòng)器部分接線(xiàn)放

33、大第五章 零件加工程序如圖5.1-1所示，毛坯為707018板材，六面已粗加工過(guò)，要求數(shù)控銑出槽，工件材料為45鋼圖5.1-1：加工圖樣根據(jù)圖樣要求、毛坯及前道工序加工情況，確定工藝方案及加工路線(xiàn)，以已加工過(guò)的底面為定位基準(zhǔn)，加工步驟為先讓銑刀先走兩個(gè)圓軌跡，再用左刀具半徑補(bǔ)償加工5050四角倒圓的正方形。每次切深為2，分二次加工完。 程序如下：o0014n0010 g00 z2 s800 t1 m03n0020 x15 y0 m08n0030 g20 n01 p1.-2 ；調(diào)一次子程序，槽深為2n0040 g20 n01 p1.-4 ；再調(diào)一次子程序，槽深為4n0050 g01 z2 m09n0060 g00 x0 y0 z150n0070 m02 ；主程序結(jié)束n0010 g22 n01 ；子程序開(kāi)始n0020 g01 zp1 f80n0030 g03 x15 y0 i-15 j0n