【正文】 框圖的設計； (2).I/O 接口電路及伺服控制電路的設計和選用； (3).系統(tǒng)控制軟件的設計 編寫課程設計說明書 (1).說明書是課程設計的總結(jié)性技術文件，應敘述整個設計的內(nèi)容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機械傳動設計計算，電氣部分的設計說明，選用元器件參數(shù)的說明，軟件設計及其說明； (2).說明書不少于 84 字，盡量用計算機完成。 2 課程設計的內(nèi)容 課程設計 的 題目 已知條件： 單片機控制步進電機驅(qū)動的多用 XY 工作臺。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速 電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定 。在此階段 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元 ,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。當前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μ m 提高到 5μ m ,精密級加工中心則從 3～ 5μ m ,提 高到 1～ m 并且超精密加工精度已開始進入納米級 m 。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面 : (1) 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進制造技術的主體。 29 III 8 致謝 22 軟件設計 9 齒輪計算、設計 6 滾動導軌副的計算、選擇 6 工作臺外形尺寸及重量初步估算 5 4 機械部分設計 5 伺服系統(tǒng)的選擇 3 課程設計的 題目 1 發(fā)展現(xiàn)狀 2 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 2 2 課程設計的內(nèi)容 3 課程設計的內(nèi)容 5 系統(tǒng)運動方式的確定 5 計算機系統(tǒng)的選擇 7 滾珠絲杠計算、選擇 12 步進電機慣性負載的計算 14 5 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 16 設計內(nèi)容 16 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的 生產(chǎn)線部分替代組合機床。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系 統(tǒng)、主機結(jié)構復雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等。網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進技術 ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 1戰(zhàn)略考慮 3 我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,所以 ,我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)問題。強調(diào)市場需求為導向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。 機械部分的設計 (1).確定脈沖當量； (2).機械部件的總體尺寸及重量的初步估算； (3).傳動元件及導向元件的設計，計算和選用； (4).確定伺服電機； (5).繪制機械結(jié)構裝配圖； (6).系統(tǒng)等效慣量計算； (7).系統(tǒng)精度分析。其中 5 至少要有一個坐標軸的完整剖視圖； 3 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構及傳動方案的確定，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。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構簡單，調(diào)整 維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應用。控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結(jié)構。 確定系統(tǒng)脈沖當量 脈沖當量 δp 是一個進給指令時工作臺的位移量，應小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為 177。根據(jù)計算結(jié)果查有關資料初選圖 工作臺簡圖 8 導軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊 ,因此取 ? ,0 .5 ( )O S L X YX Y Z X YC f PP F W??? x Z XY Z YO X S L XO Y S L YP = ( F +W ) = ( 20 00 +67 8)=133 9NP = ( F +W ) = ( 20 00 +65 ) =13 27 .6NC =f P =4 13 35 .79 =53 43 .16 NC =f P =4 13 27 .6=5 31 N?? 根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌 : 選擇漢機江機床廠 HJGD 系列滾動直線導軌 ,其型號為 :HJGD25 基本參數(shù)如下 : 額定載荷 /N 靜態(tài)力矩 /N*M 滑座重量 導軌重量 導軌長度 動載荷 aC 靜載荷 oC AT BT CT gK /gKm L (mm) 17500 26000 198 198 288 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復次數(shù) M Sl n 4 4 導軌的額定動載荷 17500aC ? N 依據(jù)使用速度 v（ m/min）和初選導軌的基本動額定載荷 aC (kN)驗算導軌的工作壽命 Ln： 額定行程長度壽命 : ()H T C aWf f f CS fFTK? 20214 500MFMF ? ? ? 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50oT W C HRdf f f fK? ? ? ??? 33 1 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 .5 8H T C aWf f f CS fFT K k m??? ? ?導軌的額定工作時間壽命 : 9 3102S oTH lnT ?? 3 31021 4 2 4 0 9 . 5 8 1 0 4 9 4 4 7 7 1 5 0 0 02 0 . 6 4 6 0SoTH lnT h T h? ?? ? ? ? ?? ? ? 導軌的工作壽命足夠 . 滾珠絲杠計算、選擇 初選絲杠材質(zhì)： CrWMn 鋼， HRC58~60，導程： l0=5mm （ 1） 強度計算 絲杠軸向力： )( ,m a x yxzyx WFfKFF ??? (N) 其中： K=，滾動導軌摩擦系數(shù) f=~0005；在車床車削外圓時 ：Fx=(~)Fz， Fy=(~)Fz，可取 Fx=， Fy=。433 螺桿外徑 d 0 ( ~ ) bd d d?? 螺桿內(nèi)徑 1d 1022d d e R? ? ? 螺桿接觸直徑 2d 20 cosbd d d ??? 螺母螺紋外徑 D 0 22D d e R? ? ? 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 ( ~ 55 ) bD d d?? （ 2） 傳動效率計算 絲 杠螺母副的傳動效率為：)( ?? ?? ?? tg tg 式中： φ =10’ ，為摩擦角； γ 為 絲杠螺旋升角。4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 .9 6ggg gttt t???? ? ?? ? ? （ 3） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 12360 36 0 1 8 5poZZi li? ?????? 取小齒輪齒數(shù) 1 24Z? 則大齒輪齒數(shù) 2 50Z ? 因傳遞的扭距較小 ,取模數(shù) m=1mm 則 : 分度圓直徑 : 11 1 24 24d m z m m? ? ? ? 22 1 50 50d m z m m? ? ? ? 齒頂圓直徑 : 11( 2) ( 24 2) 1 26ad z m mm? ? ? ? ? ? 22( 2 ) ( 5 0 2 ) 1 5 2ad z m m m? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 : 11( ) ( 24 ) 1 21 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 21( ) ( 50 ) 1 47 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 齒寬 : 1 1 24 24db d m m?? ? ? ? 取 1 25b? 2 30b? 中心距 : ( ) ( 24 50) 37a d d m m? ? ? ? ? 分度圓壓力角 : 020?? 大小齒輪均采用漸開線標準圓柱齒輪 小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙 . 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構圖 如下 ： 13 2薄齒輪 , 3— 彈簧 , 8— 凸耳 , 5— 調(diào) 節(jié)螺釘 , 7— 螺母 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構圖 步進電機慣性負載的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有： （ 1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 折算到步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為： 2210 1 2 32( ) ( ) ( )180pqbzJ J J J J Mz?? ?? ? ? ? ? 式中： qJ 為折算到電機軸上的慣性負載； 0J 為步進電機軸的轉(zhuǎn)動慣量； 1J 為齒