




已閱讀5頁,還剩15頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀
版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
* * 理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院: 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí): 機(jī) 電 * 班 教師: * * * 學(xué)號(hào): * 學(xué)生: * * * 摘要本文主要是進(jìn)行X-Y數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì),根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)給定的工作尺寸,設(shè)計(jì)一種供應(yīng)式數(shù)控銑床的X-Y數(shù)控工作臺(tái)。首先,確定總體設(shè)計(jì)方案:其中主要對(duì)導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、檢測(cè)裝置的選用及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行初步分析,再繪制總體方案圖。其次,進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選擇:主要進(jìn)行導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算,銑削力的計(jì)算,直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型,滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型,步進(jìn)電機(jī)減速箱的選用,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型。本部分作為此設(shè)計(jì)重點(diǎn),進(jìn)行了大量的分析、計(jì)算及驗(yàn)算,最后得到了滿足任務(wù)規(guī)定尺寸的工作要求。再次,選用檢測(cè)裝置。本設(shè)計(jì)中選用了增量式旋轉(zhuǎn)編碼器,確定電路為觀電隔離電路,以此來對(duì)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),從而在反饋后對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。最后,控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此處主要通過進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)來對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì),并繪制控制系統(tǒng)原理框圖;然后分析選用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。關(guān)鍵字:X-Y數(shù)控工作臺(tái) 機(jī)電系統(tǒng) 導(dǎo)軌 滾珠絲杠螺母副 控制系統(tǒng)目錄1.引言32.設(shè)計(jì)任務(wù) 33.總體方案的確定 33.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇33.1.1導(dǎo)軌副的選用 33.1.2絲杠螺母副的選用 43.1.3減速裝置的選用 43.1.4伺服電動(dòng)機(jī)的選用 43.1.5檢測(cè)裝置的選用 43.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)43.3 繪制總體方案圖44.機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型54.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算54.2 銑削力的計(jì)算54.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型(縱向)64.3.1 塊承受工作載荷 的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 64.3.2 距離額定壽命L的計(jì)算 64.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 74.4.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算74.4.2 最大動(dòng)工作載荷FQ的計(jì)算74.4.3 初選型號(hào)74.4.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算74.4.5 剛度的驗(yàn)算74.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核84.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用84.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型84.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 84.6.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq 94.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 104.6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 115. 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用116. 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖127. 工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12 7.1數(shù)控系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)12 7.2輔助電路設(shè)計(jì)14 7.3系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)158步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源選用 16 8.1電動(dòng)機(jī)特性分析及細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制16 8.2步進(jìn)電機(jī)電源驅(qū)動(dòng)選用17總結(jié) 18參考文獻(xiàn) 181.引言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,極大地推動(dòng)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)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。X-Y數(shù)控工作臺(tái)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(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái),通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副,以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠,滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化,由專門廠家生產(chǎn),設(shè)計(jì)時(shí)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)。2.設(shè)計(jì)任務(wù)題目:X-Y數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì),其主要參數(shù)如下:1. 立銑刀最大直徑的;2. 立銑刀齒數(shù);3. 最大銑削寬度;4. 最大背吃刀量5. 加工材料為碳素鋼活有色金屬;6. X、Y方向的脈沖當(dāng)量;7. X、Z方向的定位精度均為;8. 工作臺(tái)面尺寸為,加工范圍為;9. 工作臺(tái)空載進(jìn)給最快移動(dòng)速度:;10. 工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度:。3.總體方案的確定3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇3.1.1導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控車床工作臺(tái)用來配套立式數(shù)控銑床,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)。3.1.2絲杠螺母副的選用伺服電動(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0.005mm沖當(dāng)量和mm的定位精度,滑動(dòng)絲杠副為能為力,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。3.1.3減速裝置的選用選擇了步進(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),選用無間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。3.1.4伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(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)速度也只有因此2300mm/min,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī),因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本,提高性價(jià)比。3.1.5檢測(cè)裝置的選用選用步進(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)來說還是偏高,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,決定采用半閉環(huán)控制,擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器,用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。考慮到X、Y兩個(gè)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(jì)工作量,X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1)設(shè)計(jì)的X-Z工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控車床上,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(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。2)對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制,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)書給定的相關(guān)指標(biāo)。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,鍵盤與顯示電路,I/O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(dòng)電源,與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。3.3 繪制總體方案圖圖一 總體方案圖4.機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型4.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌座等,來進(jìn)行重量估算。根據(jù)給定的有效行程,畫出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖,估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量和。設(shè)計(jì)工作臺(tái)示意圖如下:圖二 工作臺(tái)示意圖重量估算按:重量=體積*材料比重X向拖板(上拖板) 重量估算為: Y向拖板(下拖板) 重量估算為: 工作臺(tái)面重量估算: 電機(jī)重量估算為:120N夾具及工件等重量:130NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為: 4.2 銑削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銑削,采用硬質(zhì)合金立銑刀,工件的材料為碳鋼。則由表3-7查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為: (1)由設(shè)計(jì)任務(wù)知銑刀的直徑為d,齒數(shù),為了計(jì)算最大銑削力,在不對(duì)稱銑削情況下,取最大銑削寬度為;背吃刀量,每齒進(jìn)給量,銑刀轉(zhuǎn)速。則由(1)式求的最大銑削力: 采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí),各銑削力之間的比值可由表查得,考慮逆銑時(shí)的情況,可估算三個(gè)方向的銑削力分別為:,,??紤]立銑,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。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。4.3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型4.3.1 塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的X-Y工作臺(tái)為水平布置,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)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān),則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為: (2)其中,移動(dòng)部件重量,外加載荷,代入式(2),得最大工作載荷。根據(jù)工作載荷=0.686kN,工作臺(tái)面尺寸為,加工范圍為等數(shù)值,并考慮一定的余量;查表初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列,其中X向?qū)к墳镴SA-LG35型,長(zhǎng)度為2200m m,其額定動(dòng)載荷,額定靜載荷;Y向?qū)к墳镴SA-LG20型,長(zhǎng)度為760m m;其額定動(dòng)載荷,額定靜載荷。4.3.2 距離額定壽命L的計(jì)算上述所取的KL系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC,工作溫度不超過C,每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊,精度為4級(jí),工作速度較低,載荷不大。由上可知,JSA-LG20系列所允許的靜載荷值更小,所以此處只需對(duì)它進(jìn)行驗(yàn)算即可。分別取硬度系數(shù),溫度系數(shù),接觸系數(shù),精度系數(shù),載荷系數(shù),代入下式,得距離壽命:遠(yuǎn)大于期望值50km,故距離額定壽命滿足要求。4.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型4.4.1 最大工作載荷Fm的計(jì)算如前所述,在立銑時(shí),工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Fx=2082N,受到橫向載荷(與絲杠軸線垂直)Fy=473N,受到垂直方向的載荷(與工作臺(tái)面垂直)Fz=719N。已知移動(dòng)部件總重量G=4500N,按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算,取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1,滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷: 4.4.2 最大動(dòng)工作載荷的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度,初選絲杠導(dǎo)程,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠的使用壽命,代入,得絲杠壽命系數(shù)(單位為:106r)。查表,取載荷系數(shù),滾道硬度為60HRC時(shí),取硬度系數(shù),代入下式,求得最大動(dòng)載荷:4.4.3 初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程,選擇CDM系列3205-5型滾珠絲杠副,為外循環(huán)插管埋入式反向器雙螺母預(yù)緊式,其公稱直徑為32mm,導(dǎo)程為5mm,循環(huán)滾珠為系列,精度等級(jí)取5級(jí),額定動(dòng)載荷為17998N,大于,滿足要求。4.4.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算將公稱直徑,導(dǎo)程,代入,得絲杠螺旋升角。將摩擦角,代入,得傳動(dòng)效率。4.4.5 剛度的驗(yàn)算(1)X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用-對(duì)推力角接觸球軸承,面對(duì)面組配,左、右支承的中心距約為;鋼的彈性模量;查表得滾珠直徑Dw=3.175mm,絲杠底徑d2=28.2mm,絲杠截面積。忽略式下中的第二項(xiàng),算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量(2)根據(jù)公式,求得單圈滾珠數(shù)Z=28;該型號(hào)絲杠為單螺母,滾珠的圈數(shù)列數(shù)為,代入公式Z圈數(shù)列數(shù),得滾珠總數(shù)量=280。絲杠預(yù)緊時(shí),取軸向預(yù)緊力/3=773N。由下式求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 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=0.0005mm。(3)將以上算出的和代入,求得絲杠總變形量(對(duì)應(yīng)跨度500mm)=0.0358mm=35.8。本例中絲杠的有效行程為850mm,查表知5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在8001000mm時(shí),行程偏差允許達(dá)到40,可見絲杠剛度足夠。4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核取支承系數(shù)=1;由絲杠底徑d2=28.2mm求得截面慣性矩31043;壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3(絲杠臥式水平安裝);滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值2000mm。代入下式得臨界載荷,故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述,初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿足脈沖當(dāng)量的的設(shè)計(jì)要求,增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能的小,今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速,采用一級(jí)減速,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連,滾珠絲杠的軸頭與大齒輪相連。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖,滾珠絲杠的的導(dǎo)程Ph=5mm, 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0.75。根據(jù)式(3-12),算得減速比:=(0.755)/(3600.005)=25/12本設(shè)計(jì)選用JBF-3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm,齒數(shù)比為75:36,材料為45調(diào)質(zhì)鋼,齒表面淬硬后達(dá)到55HRC。減速箱中心距為(75+36)1/2mm=55.5mm,小齒輪厚度為20mm,雙片大齒輪厚度均為10mm。4.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型4.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知:滾珠絲杠的公稱直徑d0=32mm,總長(zhǎng)l=2000mm,導(dǎo)程,材料密度,移動(dòng)部件總重力G=800N,小齒輪齒寬b1=20mm,直徑d1=30mm,大小齒輪齒寬b2=20mm,直徑d2=75mm,傳動(dòng)比i=25/12。計(jì)算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下:, 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BC380F,為三相混合式,三相六拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為0.75,從表查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:=14.643 kgcm24.6.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩:分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,其中包括三部分:一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩;一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩;還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高,其中 相對(duì)于和很小,可以忽略不計(jì)。則有:=+ 考慮傳動(dòng)鏈的總效率,計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩:= 其中: =958.3r/min式中:空載最快移動(dòng)速度,任務(wù)書指定為2300mm/min;步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角,預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.75;脈沖當(dāng)量,本例=0.005mm/脈沖。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間,傳動(dòng)鏈總效率。則由上式由式(4-10)知,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí),折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為: 式中導(dǎo)軌的摩擦因素,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.005垂直方向的銑削力,空載時(shí)取0傳動(dòng)鏈效率,取0.7最后求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩:=+=0.5363Nm 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩同樣包括三部分:一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩;一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩;還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩,相對(duì)于和很小,可以忽略不計(jì)。則有: =+ 其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式(4-14)計(jì)算。有:再計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載()情況下,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩: 最后求最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩:=+= 最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為:4.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大,當(dāng)輸入電壓降低時(shí),其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降,可能造成丟步,甚至堵轉(zhuǎn)。因此,根據(jù)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí),需要考慮安全系數(shù)。取K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足:初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為110BC380F,查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=11.76Nm??梢姡瑵M足要求。4.6.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=700mm/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110BC380F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6.6Nm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=1.149Nm,滿足要求。2)最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=2300mm/min,求出其對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率。在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=4.4Nm,大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.5363Nm,滿足要求。3)最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度=2300mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為。查表知110BC380F電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)12000,可見沒有超出上限。4)起動(dòng)頻率的計(jì)算 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。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為: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100。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110BC380F步進(jìn)電動(dòng)機(jī),完全滿足設(shè)計(jì)要求。其具體參數(shù)如下:型號(hào)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)110BC380F相數(shù)步距角電壓電流最大靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量30.75/1.580300V6A11.76N.m1200Hz12000Hz95.增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用半閉環(huán)控制,可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器,用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角,可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí),需要控制系統(tǒng)發(fā)出個(gè)步進(jìn)脈沖??紤]增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B、C三相信號(hào),可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子四細(xì)分,因此,編碼器的分辨力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角,編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。此次設(shè)計(jì)選用的編碼器型號(hào)為:ZLK-120Z-05VO-10-H 通用型,孔徑10mm,與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配,電源電壓+5V,每秒輸出120個(gè)A/B/C信號(hào)為電壓輸出。圖三 光電編碼器原理圖6. 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖所示。 圖四 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖7工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求,設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能:(1) 接收鍵盤數(shù)據(jù),控制LED顯示(2) 接受操作面板的開關(guān)與按鈕信息;(3) 接受車床限位開關(guān)信號(hào);(4) 接受電動(dòng)卡盤夾緊信號(hào)與電動(dòng)刀架刀位信號(hào);(5) 控制X,Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器;(6) 控制主軸的正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)與停止;(7) 控制多速電動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)主軸有級(jí)變速;(8) 控制交流變頻器,實(shí)現(xiàn)主軸無級(jí)變速;(9) 控制切削液泵啟動(dòng)/停止;(10) 控制電動(dòng)卡盤的夾緊與松開;(11) 控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀;(12) 與PC機(jī)的串行通信。(一)數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成:1、主控制器。即中央處理單元CPU2、總線。包括數(shù)據(jù)總線,地址總線,控制總線。3、存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4、接口。即I/O輸入輸出接口。(二)主控制器CPU的選擇MCS_15系列單片機(jī)是集中CPU,I/O端口及部分RAM等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng),并且開發(fā)手段齊全,指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大,編程靈活,硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用8031芯片作為主控芯片。 8031內(nèi)部包括1個(gè)8位的CPU,128B RAM,21個(gè)特殊功能寄存器(SFR)、4個(gè)8位并行I/O口,1個(gè)全雙工串行口,2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器。單片內(nèi)無程序儲(chǔ)存器,需外擴(kuò)EPROM芯片。(三)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(1)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用EPROM芯片。其型號(hào)有:2716,2732,2764,27128,27258,其容量分別為2k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM所要求的讀取時(shí)間。此外,還需要考慮最大讀出速度,工作溫度以及存儲(chǔ)器容量等因素。在滿足容量要求時(shí),盡量選擇大容量芯片,以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素,選擇2764芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。于8031芯片的P0口是分時(shí)傳送低8位地址線和數(shù)據(jù)線的,故8031擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器,常用的地址鎖存器芯片是742S373。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于8031芯片內(nèi)部RAM只有128字節(jié)供用戶使用,遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)需要,因此需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有6116(2Kx8),6264(8Kx8)等,這里選用6264(8Kx8)。(3)譯碼電路 由于這里擴(kuò)展的容量較大,擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片。因此,這里使用譯碼法來進(jìn)行編址。譯碼電路可使用現(xiàn)有的譯碼芯片,這里我們選用3-8譯碼器(74LS138)。這種芯片,輸入端占用3根最高位地址線,剩余的13根低位地址線可作為片內(nèi)地址線,74LS138譯碼器的8根輸出線分別對(duì)應(yīng)8個(gè)8K字節(jié)的地址空間。(4)擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(a).通用可編程接口芯片81558031單片機(jī)共有個(gè)位并行I/O接口,但供用戶使用的只有P1口及部分P3 口線。因此要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。8155與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單,是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。晶振電路EPROM芯片2764SRAM芯片626鍵盤與顯示接口芯片8279串行口芯片MAX233CPU8031單片機(jī)并行接口芯片8155隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大操作面板開關(guān)/按鈕信號(hào)螺紋光柵信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832交流變頻器主軸電動(dòng)機(jī)X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)方刀架位信號(hào)刀架電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)復(fù)位電路限位開關(guān)信號(hào)隔離放大 圖五 控制系統(tǒng)原理框圖7.2其它輔助電路設(shè)計(jì)(1)8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可由內(nèi)部方式產(chǎn)生,內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路,在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器,該高增益反向放大器得輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL1。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電路,就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。如下圖所示圖六 時(shí)鐘電路(2)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路都是靠外部電路實(shí)現(xiàn),在時(shí)鐘電路工作后,只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms 以上高電平,單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位,以后單片機(jī)便從0000H單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連,施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲,在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2, 施密特觸發(fā)器輸出電平由復(fù)位電路采樣一次,然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。圖七 復(fù)位電路7.3系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)(一)系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個(gè)部分:(1)系統(tǒng)管理程序:它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令,執(zhí)行命令,從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié),使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。(2)零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。(3)插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ),分配進(jìn)給脈沖。(4)伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度,轉(zhuǎn)角以及方向。(5)診斷程序。包括移動(dòng)不見移動(dòng)超界處理,緊急停機(jī)處理,系統(tǒng)故障診斷,查錯(cuò)等功能。(6)機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)加工控制程序。(7)鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作,顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。(二)系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺(tái)的控制功能包括:(1)、系統(tǒng)初始化。如對(duì)I/O接口8155,8255A進(jìn)行必要的初始化工作,預(yù)置接口工作方式控制字。(2)、工作臺(tái)復(fù)位。開機(jī)后工作臺(tái)應(yīng)該自動(dòng)復(fù)位,亦可手動(dòng)復(fù)位。(3)、輸入和顯示加工程序。(4)、監(jiān)視按鍵,鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān),鍵盤掃描等功能。(5)、工作臺(tái)超程顯示與處理。工作臺(tái)位移超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng),并顯示相應(yīng)的指示字符。(6)、工作臺(tái)的自動(dòng)控制。(7)、工作臺(tái)的手動(dòng)控制。(8)、工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)控制。(三)系統(tǒng)管理程序控制管理稱許是系統(tǒng)的主程序,開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計(jì)管理程序時(shí),應(yīng)確定接收命令的形式,系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺(tái)的基本操作功能有:輸入加工程序,自動(dòng)加工,刀位控制,工作臺(tái)位置控制,手動(dòng)操作,緊急停機(jī)等。(四)自動(dòng)加工程序設(shè)計(jì)(1)機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)的動(dòng)作順序:工作臺(tái)移動(dòng)到位刀具快速進(jìn)給加工退刀工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到下一位置;(2)計(jì)算機(jī)在加工過程中的操作:讀取刀具軌跡,控制機(jī)床完成加工;8.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制及驅(qū)動(dòng)電源選用8.1電動(dòng)機(jī)特性分析及細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn),其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖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)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用集成脈沖分配器YB013。A相波形B相波形C相波形 圖八 三相六拍工作方式時(shí)相電壓波形(正轉(zhuǎn))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)椋篈-AB-B-BC-C-CA-A,其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AC-C-CB-B-BA-A。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能,不但取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的性能,也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)(來自控制器),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作,必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源(步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器)??刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器)可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制角位移
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 三農(nóng)村合作社綠色發(fā)展指南
- 簡(jiǎn)易辦公流程教程
- 鄂爾多斯2025年內(nèi)蒙古鄂爾多斯市教育體育局所屬事業(yè)單位引進(jìn)高層次人才6人筆試歷年參考題庫附帶答案詳解
- 煙臺(tái)2025年山東煙臺(tái)海陽市事業(yè)單位招聘33人筆試歷年參考題庫附帶答案詳解
- 2022年上半年教師資格證考試《高中化學(xué)專業(yè)面試》真題及答案解析
- 硬膜外麻醉與B超引導(dǎo)下神經(jīng)阻滯麻醉在老年髖關(guān)節(jié)手術(shù)患者中的麻醉效果對(duì)比分析
- 分析行為護(hù)理對(duì)腦梗死運(yùn)動(dòng)功能障礙患者康復(fù)效果的影響
- 眼科宣傳教育
- 深圳市建設(shè)工程計(jì)價(jià)規(guī)程2017解讀12.27
- 蕁麻疹發(fā)病預(yù)防與治療
- PFMEA模板完整版文檔
- 閣樓施工協(xié)議范本
- 《茯苓功效研究(論文)》
- LS/T 1201-2020磷化氫熏蒸技術(shù)規(guī)程
- GB/T 27476.2-2014檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室安全第2部分:電氣因素
- GA 1010-2012看守所床具
- 清洗消毒滅菌技術(shù)操作規(guī)范 課件
- 四川大學(xué)教案-《高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)I》
- 幼兒園大班數(shù)學(xué):《10以內(nèi)的相鄰數(shù)》課件
- 304不銹鋼圓管檢驗(yàn)報(bào)告
- 少兒美術(shù)-五彩的蛋殼參考PPT1
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論