【正文】 14 位的計數(shù)器 WDT、 I/O 口共有 32 個。定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價比。 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 90BYG2602電 動機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線 注 :本章節(jié)所用計算公式和查表均來源于 機(jī)械工業(yè)出版社出版，尹志強(qiáng)編寫的 《 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 》 一書 。 ⑷ 起動頻率的計算 已知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 ??eqJ kg cm電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 24mJ kg cm??，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時的空載起動頻率 1800qzfH? 。 ⑵ 最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺最快空載移動速度maxv =3000mm/min，求出其對應(yīng)運(yùn)行頻率 m a x [ 3 0 0 0 / ( 6 0 0 .0 0 5 ) ] 1 0 0 0 0? ? ? zfH。取 K=4, 則步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： m a x 4 4 0. 88 16 3. 52 67? ? ? ? ?j e qT T N m 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺的設(shè)計 18 初選步進(jìn)電動機(jī)的型號為 90BYG2602，查得該型號電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩maxjT=6N? m。 4m a x 2 5 . 6 2 1 0 1 2 5 0 0 . 2 6 2 66 0 0 . 4 0 . 7??? ? ?? ? ???aT N m 移動部件運(yùn)動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： () 0 . 0 0 5 ( 0 6 4 4 ) 0 . 0 0 5 3 6 0 . 0 0 1 7 52 2 0 . 7 7 5? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ???zhf F G PT N mi 式中 ?—— 導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動導(dǎo)軌取 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 zF —— 垂直方向的銑削力，空載時取 0 ?—— 傳動鏈效率，取 最后求得快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 1eqT = maxaT +fT=? m ⑵ 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT 2eqT 包括三部分：一部分是折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT ；一部分是移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT ；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T ， 0T 相對于 fT 和 tT 很小，可以忽略不計。一部分是快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 maxaT ；一部分是移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT ；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T 。 cm2 驗算慣量匹配，電動機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在 一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負(fù)載特性。 初選 步進(jìn)電動機(jī)的型號為 90YBG2602,為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動時的步距角為 176。 cm2。 機(jī)械系統(tǒng)各部件的轉(zhuǎn)動慣量可以根據(jù)相關(guān)公式計算，對于某些傳動件（齒輪、絲杠）不容易精確計算 ， 可以用圓柱體公式進(jìn)行相似計算。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。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。 本例中，絲杠的有效 行程為 330mm，由表 327 知， 5 級精度滾珠絲杠有效行程在315~400mm 時，行程偏差允許達(dá)到 25um，可見絲杠剛度足夠。 算得絲杠在工作載荷 Fm作用下產(chǎn)生的拉 /壓變形量 1 51 7 7 9 5 0 0 0 . 0 2 0 52 . 1 1 0 2 0 6 . 1 2? ?? ? ???mFa m m m mES 根據(jù)公式 0 3WZ d D???，求得單圈滾珠數(shù) Z=20；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù) ?列數(shù)為 3?1，代入公式 Z?? Z?圈數(shù) ?列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 Z? =60。 33′。 工作臺在鉆削加工時受載，滾珠接觸面產(chǎn)生變形，即應(yīng)該考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 Coa是否充分超過了滾珠絲杠的 最大工作載荷 Fm，一般使 Coa/Fm=2～ 3。 最大工作載荷 Fm的計算 在立銑時，工作臺受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行） xF =1609N,受到橫向載荷（與絲杠軸線垂直） yF =366N，受到 垂直方向的載荷（與工作臺面垂直） zF =556N. 已知移動部件總重量 G=644N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，查表 329，取顛覆力矩影響系數(shù) K=，滾動導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) ? =。查表 336~表 340，分別取硬度系數(shù) fH =，溫度系數(shù) fT =，接觸系數(shù) fc =，精度系數(shù)fR =，載荷系數(shù) fw =，代入式（ 333），得距離壽命： 型號 滑塊尺寸 額定載荷 /KN 額定靜力矩 /() C1 C2 L1 L2 L3 M1 Ca C0a MA MB MC JSALG15 38 65 30 6 M5 55 55 88 型號 裝配后 組合尺寸 導(dǎo)軌尺寸 滑塊尺寸 H W B H1 I F L0max dDh1 B1 K T T1 JSALG15 24 16 15 20 60 1500 47 7 11 ‘靜 總 6 0 0 6 4 4 1 6 0 1 4 0 4YfC F W W N? ? ? ? ? ? ?39。 導(dǎo)軌工作負(fù)載計算 導(dǎo)軌基本 額定動負(fù)載的計算 ： 動 = 1 4 6 3 2 0 6 1 6 0 1 8 2 9X c XC F W W N? ? ? ? ? ? 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 動 Y 總= 14 63 64 4 21 07cC F W N? ? ? ? 導(dǎo)軌基本額定靜負(fù)載的計算 ： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選擇 由濟(jì)寧博特公司生產(chǎn) KL 系列的 JSALG15 型 導(dǎo)軌副，其參數(shù)如下 ： 塊承受工作載荷 maxF 的計算 工作載荷是影響直線滾動導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。則 求的最大銑削力： 0. 85 0. 75 0 . 73 1. 0 0. 131 1 8 1 5 0 .1 1 5 8 3 0 0 3 N 1 4 6 3 N?? ? ? ? ? ? ? ?cF ?XW 23 ?????? ??NW Y 23 ??????? ??)355480(2 32 ???????? ???上W160WN?mml 250?mmllL B 500???)250500( 32 ??????? ??FFZYf F FF C d f K?600FC ? ? ? 1?FKrmmf /?總 上 + 2 0 6 1 8 7 9 1 + 1 6 0 6 4 4XYW W W W W N? ? ? ? ? ? ?1 0 . 760 0 5 0. 1 1 60 0FFZYf F FF C d f K N? ? ? ? ? ?李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺的設(shè)計 10 采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由 表 35 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的工況。 4）選擇合適的驅(qū)動電源，與步進(jìn)電動機(jī)配套使用。 考慮到 X、 Y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、 Y 兩個坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動 機(jī)擬采用相同的型號與規(guī)格。 伺服電 動機(jī)的選用 任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到 ，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有因此 3000mm/min，故本設(shè)計不必采用高檔次的 伺服 電動機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動機(jī)。 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2章 總體方案設(shè)計 確定主要參數(shù) 由于本文力圖設(shè)計一種小型的通用工作臺， 這種工作臺可以用在小型的銑床、鉆床上 ，還可以用于學(xué)校的視教再現(xiàn)，所以在參考了眾多資料書籍以后，決定選取以下設(shè)計參數(shù)： 系統(tǒng)分辨率： 最大鉆孔直徑為 5mm 立銑刀最大直徑φ 15mm，齒數(shù) Z=3； 銑削最大余量α e=15mm； 銑削最大背吃刀量α p=8mm； 加工材料為碳鋼 工作臺面尺寸為 230mm 230mm；加工范圍為 250mm 250mm； 工作臺 X、 Y方向空載最快移動速度為 3000mm/min； 工作臺 X、 Y方向進(jìn)給最快速度為 400mm/min； 預(yù)期工作壽命 15000h 重復(fù)定位精度 10um X、 Y 方向定位精度 XY 方向的脈沖當(dāng)量均為 本工作臺目的是要適合多種用途，為了盡可能的適合多種小型設(shè)備，所以計算中取值都偏大。 ⑷ 智能化 。 微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動靈活 , 可進(jìn)入一般機(jī)械無李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺的設(shè)計 4 法進(jìn)入的空間，并易于進(jìn)行精細(xì)操作，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢 機(jī)電一體化系統(tǒng)是具有機(jī)電一體化技術(shù)的新型機(jī)電系統(tǒng)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。 （ 4） 自動控制技術(shù) 。 （ 2） 計算機(jī)與信息技術(shù) 。 ⑹ 運(yùn)動傳遞。能量轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器、驅(qū)動器，各要素之間的不同類型能量的轉(zhuǎn)換，應(yīng)該滿足最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法與原理。 ⑶ 耦合。兩個需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)囊刂g，由于信息的模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等），無法直接實(shí)現(xiàn)信息或能量的交流，必須通過接口完成信息或能量的統(tǒng)一。 機(jī)電一體化系統(tǒng) 組成如圖 11所示。通過微機(jī)控制系統(tǒng)可以精確地按照預(yù)先給定量，同時可使相應(yīng)的機(jī)械動作、各種干擾因素造成的誤差，進(jìn)行執(zhí)行校正、補(bǔ)償，從而可以達(dá)到單純機(jī)械方法所實(shí)現(xiàn)不了的加工工藝精度。 在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備通常需要采用比較復(fù)雜的機(jī)械傳動系統(tǒng)來連接各個相關(guān)的執(zhí)行構(gòu)件，以保證各執(zhí)行構(gòu)件動 作的同步性和協(xié)調(diào)性。 關(guān)鍵詞 ：步進(jìn)電動機(jī) ， 單片機(jī) ， 8155H芯片 ， 工作臺 李敬：兩軸微機(jī)伺服工作臺的設(shè)計 II ABSTRACT Summary twoaxis CNC Workbench is an openloop control system for mechanical and electrical systems design, its structure is simple, easy and can guarantee a certain degree of accuracy, reduce costs, is the simplest application of microputer control technology. Openloop control can make full use of puter software and hardware capabilities for control of the machine tool, machine tool machining range of expanded, further improve the accuracy and reliability of machine tools. Machinery section of this article adopts stepping motor by dragging the table in geardriven ball screw linear rolling guide on movement, of which, step motor selection 90BYG22602 model. Table control section AT89C51 microcontroller as the core, as master。2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................... I ABSTRACT ....................................................................................................................