【正文】 ........................................................................................... VIII 步進電機驅(qū)動電路控制設(shè)計與計算 ........................................................................3 步進電機的驅(qū)動電路設(shè)計流程 ...............................................................................3 驅(qū)動電路的設(shè)計 .......................................................................................................3 驅(qū)動電源的選用，及驅(qū)動電源與控制器的接線方式 ...........................................3 相關(guān)軟件流程設(shè)計 ..................................................................................................3 零件加工程序清單 ..................................................................................................3 第 五 章 機械部分裝配圖的繪制 ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。 第 六 章 總結(jié) ........................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 參 考 文 獻 .............................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 III 頁 XY250 數(shù)控工作臺設(shè)計 摘 要 當今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字程序控制數(shù)控機械實現(xiàn)自動工作的技術(shù)，本次設(shè)計的數(shù)控工作臺主要包含 包含以下幾個基本要素： 機械總體方案的 確定 、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。 主要是結(jié)合了 機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產(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。 數(shù)控技術(shù)能夠較好的解決多品種、小批量和復雜零件的加工以及生產(chǎn)過程自動化等問題，能夠大大的減輕勞動力，縮短加工生產(chǎn)時間提高生產(chǎn)效率，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于數(shù)控機床及各類機電一體化產(chǎn)品上。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控 技術(shù) ， 控制驅(qū)動器， 滾珠絲杠 ， 滾動導軌 ， 步進電機 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 IV 頁 第一章 前 言 現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(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“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。 XY 數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控 車床的縱 — 橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的 XY工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。 模塊化的 XY數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在 X、 Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，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，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設(shè)計專用的微機控制系統(tǒng)。 裝備工 業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(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 ,又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。 《數(shù)控機床》課程設(shè)計是一個重要的 而且很有必要的 教學環(huán)節(jié)，要求學生綜合的運用所學的理論知識，獨立進行的設(shè)計訓練，主要目的： 通過設(shè)計，使學生全面地、系 統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本組成及其想關(guān)知識，學習總體的方案擬定、分析與比較的方法 ； 通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握幾種典型傳動元件與導向元件的工作原理、設(shè)計計算及選用的方式 ； 通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電機的工作原理、計算控制方法與控制 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 V 頁 驅(qū)動方式 ； 培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，學習并樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思想 ； 鍛煉提高學生應用手冊和標準、查閱文獻資料及撰寫科技論文的能力 。 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 VI 頁 第 二 章 總體方案的擬定與論證 研究問題 總的方案的確定是設(shè)計過程中對于全篇論文的是很有必要的，主要包括傳動部件的選擇及設(shè)計，控制系統(tǒng)的設(shè)計和選擇。 根據(jù)設(shè)計任務確定系統(tǒng)的總體機械和控制系統(tǒng)方案：進行系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。進行方案的分析、比較和論證。 總體方案的擬定與論證 、絲杠螺母副的選擇 步進電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，需要滿足初選 脈沖當量，因為定位精度177。 ，對于機械傳動要有一定的精度損失，大約 是 1/31/2的定位精度，現(xiàn)取為 1/2，即是177。 177。 的定位精度，滑動絲杠副無法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙。 同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損失小，傳動效率高，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)簡單，剛性好，裝卸方便。 由于工作臺最快的移動速度 Vxmax = Vymax =1500mm/min，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，一端游動的軸承配置形式。 步進電機的選擇 選用步進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。任務書所給的精度對于步進電動機來說還是偏低，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務書初選的脈沖當量尚未達到 ，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有 1500mm/min,故本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電機，因此可以選用混合式步進電機，以降低成本，提高性價比。 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 VII 頁 、導軌副的選用 要設(shè)計數(shù)控銑床工作臺，需要承 受的載荷不大，而且脈沖當量小，定位精度高，因此選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預緊方便等優(yōu)點。 、減速裝置的選用 選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當量，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，且應有消間隙機構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應選用無間隙齒輪傳動減速箱。 工作臺的結(jié)構(gòu)簡圖 系統(tǒng)總體框圖 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 VIII 頁 第 三 章 工作臺傳動裝置的設(shè)計計算 基本參數(shù)的預置 設(shè)計一套供立式數(shù)控銑床使用的 XY 數(shù)控工作臺 主要參數(shù)如下： 立銑刀最大直徑的 d=15mm，立銑刀齒數(shù) Z=3，最大銑削寬度 ca =15mm 最大背吃刀量 pa =8mm， 加工材料為碳素鋼或有色金屬。 X、 Z 方向的定位精度均 為177。 。 工作臺面尺寸為 250mm179。 250mm，加工范圍為 300mm179。 120mm 工作臺空載進給最快移動速 度： Vxmax = Vymax =1500mm/min，工作臺進給最快移動速度 : m a x y m a x 4 0 0 m m / m inx f fVV??， 加減速 。 工作臺的初步設(shè)計： 確定系統(tǒng)脈沖當量 脈沖當量 dp 是個進給指令時工作位移量，應小于等于工作臺的位置精度。一般為~。 工作臺外形尺寸及重量初步估算。 根據(jù)給定的有效行程 ,估算 X 向和 Y 向工作臺承載重量 WX和 WY。 取 X 向?qū)к壷С袖撉虻闹行木酁?300mm ,Y 向?qū)к壷С袖撉虻闹行木酁?120mm，設(shè)計工作簡圖。 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 IX 頁 工作臺簡圖 工作臺的尺寸： 250*250； 重量：按重量 =體積 ? 材料比重估算： Wx= N2 8 8 03 3 0 1010 23 ?????? ?? X向拖板 (上拖板 )尺寸為 : 長 *寬 *高 = 40280330 ?? 重量：按重量 =體積 ? 材料比重估算： Wx=N3 0 0 03 3 0 1010 23 ?????? ?? Y 向拖板尺寸： 長 *寬 *高 = 40300330 ?? 上導軌 (含電機 )估算重量為： 240N 夾具及工件重量 :150N XY工作臺運動部分總重量為 : Wxy=288N+309N+240N+150N=987N 按照下導軌上面移動部件的重量來 進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 X 頁 動機、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為 987N。 滾珠絲桿 副設(shè)計 計算 及其型號與直徑 選擇 初選絲桿材質(zhì) CrWMn 鋼， 查《材料成型基礎(chǔ)》有 HRC 58~60 導程 5?t 最大工作載荷的計算 計算切削力 根據(jù)設(shè)計任務， 加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)： 立銑刀 最大直徑的 d=15mm 立銑刀齒數(shù) Z=3 最大切削寬度 ea =15mm 最大背吃刀量 pa =8mm 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數(shù)如下： 每齒進給量 fz= 銑刀轉(zhuǎn)速 n=300r/min 查【 2】中 P200 表 得立銑時切削力計算公式為： ZnadfaF pzec ?? 代如上式得： NNF c 1 2 3 03118 3 ???????? ? 采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由 【 2】中 查得，各銑削力之間的比值范圍如下： fF/cF =(~) 取 fnF / cF =(~) 取 eF / cF =（ ~） 取 考慮逆銑時的情況，因為逆銑的情況的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險 貴州大學本科課程設(shè)計論文 第 XI 頁 的工況。由此可估算三個方向的銑削力分別為： NFF cf ??