Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計樣本

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。一種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床 的控制系統(tǒng)，包括機床伺服系統(tǒng)和對該伺服系統(tǒng)進(jìn)行 控制 的PLC;其特征在于，還包括經(jīng)過通信接口與PLC通信的觸摸屏，所述觸摸屏包括： 數(shù)據(jù)輸入模塊，用于輸入、修改被控參數(shù)的參數(shù)值和操作指令,讀取觸摸屏的操作界面 一數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲輸入、輸出數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理 計算模塊,用于對輸入、輸出 參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計算；包括輸入信號的編碼運算；輸出信號的解碼運算;數(shù)據(jù)存儲單元,用于存儲移位單元傳遞來的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù) 檢測單元,用于實時檢測坐標(biāo)軸的當(dāng)前運動狀態(tài)參數(shù)值，包括距離、速度 值，以及控 制方式參數(shù)值;數(shù)據(jù)比較單元，用于

2、將檢測單元檢測到的坐標(biāo)軸當(dāng)前運動狀態(tài)參數(shù) 值、控制方式參數(shù)值與觸摸屏存儲模塊的設(shè)定值進(jìn)行比較;X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計采用步進(jìn)電機作為驅(qū)動裝置。步進(jìn)電機是二個將 脈沖信號轉(zhuǎn)整成角位移的機電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器裝置。其工作原理是：每給一個脈沖便在 定子電路中產(chǎn)生一定的空間旋轉(zhuǎn)磁場；由于步進(jìn)電機通的是三相交流電因此輸入的 脈沖數(shù)目及時間間隔不同，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)快慢及旋轉(zhuǎn)時間的長短也是不同的。由于旋 轉(zhuǎn)磁場對放入其中的通電導(dǎo)體既轉(zhuǎn)子 切割磁力線時具有力的作用 從實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場 的轉(zhuǎn)動迫使轉(zhuǎn)子作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)子才能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子帶動絲杠作相應(yīng)的運動。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，一般由導(dǎo)軌座、移動滑塊、工作平臺、

3、滾珠絲杠 螺母副以及伺服電動機 等部件構(gòu)成。其外觀形式如圖1所示。其中，伺服電動機作 為執(zhí)行元件用來 驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動滑塊和工作平臺在滾珠絲杠螺母副導(dǎo)軌上運動,完成工作臺在X、丫方向的直線移動。導(dǎo)軌副、和伺服電動機等均已標(biāo)準(zhǔn)化,由專門廠家生產(chǎn),設(shè)計時只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，微機控制系統(tǒng)。用標(biāo)準(zhǔn)的:f業(yè)捽制/算機，也能夠設(shè)計專用的題目：X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計 任務(wù)：設(shè)計一種供立式數(shù)控銃床使用的 X-Y數(shù)控工作臺,主要參數(shù)如下：立銃刀最大直徑d =15 mm;(2) 立銃刀齒數(shù)Z=3;(3) 最大銃削寬度ae=15 mm;(4) 最大銃削深度aP=8 mm

4、;(5) 加工材料為碳素鋼(6) X、Y方向的脈沖當(dāng)量Sx=Sy=0.005mm脈沖中；(7) X、丫方向的定位精度均為土 0.01 mm;(8) 工作臺面尺寸為230 mnX 230 mm加工范圍為300 mm< 200 mm;(9) 工作臺空載最快移動速度Vxmax=Vymax=3000 ITim/mi H；(10)工作臺進(jìn)給最快移動速度Vxmaxf=Vymaxf=1200 mm/mir。總體方案的確定1 機械傳動部件的選擇(1) 導(dǎo)軌副的選用 要設(shè)計的X-Y工作臺是用來配套輕型的立式數(shù)控銃床，需要 承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導(dǎo)軌副。 它具有摩擦

5、系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點O(2)絲杠螺母副的選用 伺服電動機的 旋轉(zhuǎn)運動需要經(jīng)過絲杠螺母副 轉(zhuǎn)換 成直線 運動,要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量和土 0.01mm的定位精度，滑動絲杠副 無能為 力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn) 平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。(3)減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動機和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩,降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣 量,可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機構(gòu)。為此決定采用無間隙齒輪傳動減速 箱(4)伺服電動機的選用任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未

6、達(dá)到0.001 mm,定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有3000mm/min因此，本設(shè)計不必采用高檔次 的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，能夠選 用性能好一些的步進(jìn) 電動機，如混合式步進(jìn)電動機，以降低成本，提高性/價 比。(5)檢測裝置的選用 選用步進(jìn)電動機作為伺服電動機后，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)電動機來說還是偏高的，為了確保 電動機在運 轉(zhuǎn)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動機的 尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編 碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動機的步距角相匹配。考慮到

7、X、丫兩個方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè) 計工作量，X、丫兩個坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動機以及檢 測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。餐量式*找蒙忖a2.控制系統(tǒng)的設(shè)計 (1)設(shè)計的X-Y工作臺準(zhǔn)備用在數(shù)控銃床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩 坐標(biāo)直線插補與圓弧插補的基本功能，因此控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型。(2) 對于步進(jìn)電動機 的半閉環(huán)控制,選用MCS-51系列的8位單片機AT89C52作為 控制系統(tǒng)的CPU應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。(3)要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng),在選擇CPU之后,還需要擴(kuò)展程序存儲器、數(shù)據(jù)存 儲器、鍵盤與顯示電路、I/O

8、接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。(4)選擇合適的驅(qū)動電源，與步進(jìn)電動機配套使用第四章機械部分設(shè)計4.1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量任務(wù)書中所給定的脈沖當(dāng)量是0.005mm42導(dǎo)軌上移動部件的重量估算按照下導(dǎo)軌之上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、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計重量約為 800No4.3滾動導(dǎo)軌副的計算與選擇設(shè)零件的加工方式為立式銃削，采用硬質(zhì)合金立銃刀，工件的材料為碳鋼。查得立銃時的銃削力計算公式為：Fc 118ao85fz?75d °-73a1P°no-1oZ (6-11)今選擇銃刀直徑d=15mm,齒數(shù)Z

9、=3,為了計算最大銃削力,在不對稱銃削情況下,取最 大銃削寬度ae=15mm,銃削深度ap=8mm,每齒進(jìn)給量fz=0.1mm,銃刀轉(zhuǎn) 速300r/min。 則由式(6-11)求得最大銃削力:Fc=1 18X 15085 X 0.1 075 X 15-0-73X 81-0 X 300013 X 3 N -1463 N采用立銃刀進(jìn)行圓柱銃削時，各銃削力之間的比值可由表3-5查得，結(jié)合圖3.4a,考慮逆銃時的情況,可估算三個方向的銃削力分別為：Ff=1.1Fc- 1609NFe=0.38Fc-556N Fm=0.25Fc-366N圖3-4a為臥銃情況，現(xiàn)考慮立銃，則工作臺受 到垂直方向的銃削力Fz

10、=Fe=556N,受到水平方向的銃削力分別為R和Fm。今將水平 方向較大的銃削力分配給工作臺的縱向(絲杠軸線方向)，則縱向銃削力Fx=Ff=1609N,徑向銃削力 Fy=F(n= 366N=圖3-4銃削力的分析a)圓柱形銃刀銃削力b)面銃刀銃削力(1)、滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選取工作載荷是影響直線滾動導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的X-Y工作臺為 水平布置，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)，則單滑塊所受的最大垂向載荷為：Fmax =G/44F(6-12)其中，移動部件重量G=800N,外加載荷F=Fz=556N,代入(6.12)式得最大工作載荷Pc=756N=0.756kN查表3-4