【正文】 本思想 課題要求 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求三坐標數(shù)控銑床設計（1）X、Y、Z軸的行程分別為 300mm、300mm、250mm。（2）考慮到機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結(jié)構(gòu)。下面我們詳述數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設計的主要要求 提高機床的結(jié)構(gòu)剛度機床的剛度是指切削力和其它力作用下,抵抗變形的能力。(1) 選擇及布置隔板和筋條床身的靜剛度是直接影響機床的加工精度和其生產(chǎn)率的主要因素之一。機床的導軌和支承件通常是局部剛度最弱的部分，在本次設計中，采用雙臂聯(lián)接形式，X、Y軸導軌較窄。3）鋼可以提高構(gòu)件的諧振頻率使共振不易發(fā)生。焊接結(jié)構(gòu)設計靈活，便于產(chǎn)品更新、改進結(jié)構(gòu)。故本次設計中將采取通過在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力的方法，來減少立柱的變形，提高機床的剛度。在閉環(huán)進給系統(tǒng)中，設定的脈沖當量（或稱最小設定單位），當指令進給系統(tǒng)做單步進給（）時，開始一兩個單步指令，進給部件并不動作，到第三個單步指令時才突跳一段距離，以后又如此重復。動力源為執(zhí)行元件提供動力，并使其得到一定的運動速度和方向,變速裝置傳遞動力以及變換運動速度，執(zhí)行元件執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運動。（2）具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機床一般既要進行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。機床主傳動中常采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。為此，常把無級變速裝置與機械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴大恒功率變速范圍和整個變速范圍。主軸部件的工作性能對整機性能和加工質(zhì)量以及機床生產(chǎn)效率有著直接影響，是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素。（2）剛度 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義的。因此，各類機床對溫升都有一定的限制。2．主軸部件的組成和軸承選型（1）主軸部件，它由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動聯(lián)接。推力支承應位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控機床的坐標原點，常設定在主軸前端。這種球軸承為點接觸，剛度較低。運轉(zhuǎn)時，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過盈加大。軸承預緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性。軸承廠規(guī)定了輕預緊、中預緊和重預緊三級預緊。如果兩個軸承間需要隔開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。一些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。3．主軸組件的動態(tài)特性通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動機高速主軸，電動機轉(zhuǎn)子是一個集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。如果屬于主軸的彎曲振動，則應提高主軸的剛度，如加粗直徑。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。4．主軸軸承的潤滑滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高，在這么高的壓強下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸；潤滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。（2） 油氣潤滑如果dn值較大時，還需對軸承進行冷卻。比較好的方法是油氣潤滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。 (1) 確定計算功率P kW式中：K—工況系數(shù)(工作情況系數(shù))P—電機額定功率 Kw (2) 選擇三角帶型號 根據(jù)P、n由圖78選SPA型 窄V帶 (3) 確定帶輪直徑D、D 小帶輪直徑D應滿足：DD，以免帶的彎曲應力過大而導致其壽命降低。(1) 穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當作用在系統(tǒng)上的擾動信號消失后，系統(tǒng)能夠恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運行,或者在輸入的指令信號作用下，系統(tǒng)能夠達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。實際中只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標就行。 進給伺服系統(tǒng)的設計要求在靜態(tài)設計方面有：(1) 能夠克服摩擦力和負載；(2) 很小的進給位移量；(3) 高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；(4) 足夠的調(diào)速范圍；(5) 進給速度均勻，在速度很低時無爬行現(xiàn)象；在動態(tài)設計方面的要求有：(1) 具有足夠的加速和制動轉(zhuǎn)矩；(2) 具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量；(3) 負載引起的軌跡誤差盡可能?。? 對于數(shù)控機床機械傳動部件則有以下要求(1)被加速的運動部件具有較小的慣量；(2)具有較高的剛度；(3)良好的阻尼；(4)傳動部件在拉壓剛度、 扭轉(zhuǎn)剛度、 摩擦阻尼特性和間隙等方面盡可能小的非線性； 進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應特性及伺服性能分析1．時間響應特性進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時間響應特性和頻率響應特性。若在穩(wěn)定時，輸出和輸入不能完全吻合，就認為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。所謂頻率響應特性,就是系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應，即它通過研究系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應規(guī)律來獲得啟動態(tài)特性。 X軸滾珠絲杠副(1) 精度 要求：進給精度 快速進給精度(2) 疲勞強度 絲杠的最大載荷為最大進給力加摩擦力，最大進給力為1625N,工作臺質(zhì)量700kg,則：1） 求計算載荷Fc 根據(jù)《機電一體化設計基礎》 計算載荷 查表26取 查表28取 查表27取 查表24取D級精度則： 2） 計算額定動載荷計算值 取絲杠的工作壽命為, 3） 選用 ，由表29得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑 導程 滾珠直徑 按表21種尺寸公式計算： 滾道半徑 偏心距 絲杠內(nèi)徑 4） 穩(wěn)定性驗算 絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。② 高速長絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨界轉(zhuǎn)速。 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷 按最不利的情況取（其中） 則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差為： 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的1/2，即 該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 6）效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 6）效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。表16 潤滑油的給油量標準（間隔3分鐘）表三潤滑油的給油量標準軸 頸 (mm)給油量 (cc)4～810～1415～1820～2528～3236～4045～5055～6370～100100～160(2)防塵滾珠絲杠副與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨耗，成為破損的原因。，不能自鎖，在用于垂直方向傳動時，如部件重量未加平衡，必須防止傳動停止或電機失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?。徑向力、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應力等不良負荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。第四章 微機控制系統(tǒng)的設計 微機控制系統(tǒng)的組成 微機控制系統(tǒng)主要由微型計算機和伺服系統(tǒng)兩大部份組成，其中微機又包括硬件和軟件兩部分。（1）主控制器，即中央處理單元CPU。（2）插補運算程序 它完成普通數(shù)控系統(tǒng)中插補器的功能。，存儲量大，可實現(xiàn)多功能控制、多路運行控制及數(shù)據(jù)和圖形顯示等，給操作人員和監(jiān)視生產(chǎn)過程帶來方便。 （2） 程序存儲器（ROM/EPROM）：8031無此部件；8051為4KROM；8751為4KEPROM。 （5） 串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。下圖為8031的引腳圖： MCS51系列單片機中的8031采用40Pin封裝的雙列直插式封裝DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根。此外，還要考慮最大讀出速度、工作溫度計存儲器的容量。2764中的低8位地址線通過地址鎖存器74LS373與8031P0口相聯(lián)。EPROM2746引腳圖 2. 數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，須擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。R AM6264引腳圖74LS373是一片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器（3S，鎖存允許輸入有回環(huán)特性）。當鎖存允許端LE 為高電平時，O 隨數(shù)據(jù)D 而變。因此在大部分應用系統(tǒng)中都不可避免地要進行I/O口的擴展。8155本身具有地址鎖存信號控制線和地址鎖存器，故可直接將地址、數(shù)據(jù)線AD0～AD7直接與8031口線對應的相連，8155的ALE與8031的ALE直接相連，～,IO/，其它讀寫信號WR、RD也都對應相連。本系統(tǒng)中所設計的是由46鍵和6位LED顯示器組成。AD0～AD7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。：寫選通信號，低電平有效。8155內(nèi)部設有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機P0口輸出的低8位地址信息及，IO/的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。PC0～PC5：有兩個作用，既可作為通用的I/O口，也可作為PA口和PB口的控制信號線，這些可通過程序控制。在負載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，電動機的角位移僅與控制脈沖成正比。也可采用8155或8255A等可編程并行輸入、輸出接口芯片設計擴展接口電路，來控制步進電機即其它外部設備。在數(shù)控系統(tǒng)中使用較多的是集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器?！?2MHz之間任選，耦合電容在5～30Pf之間，對時鐘有微調(diào)作用。 程序部分 ORG 2000KZCH: PUSH AH ；保護。 設計數(shù)器為工作方式1,16定時器 MOV N0 , 1BH 。 設地址偏移量初值為00HMOV A , A+DPTR 。允許定時器0中斷SETB TRO 。 送時間常數(shù)到定時器0中MOVC A , A+DPTRMOV TLO , AINC DSMOV A , DSMOVC A , A+DPTRMOV THO , AINC DS 。 判斷N1是否為0,為0則轉(zhuǎn)入減速JNE A , 00H , LOOP2MOV A , NIHJNE A , 00H , LOOP2MOV A , N2 。 N0不為0,則N0←N01RETLOOP2: MOV A , NIL 。在設計微機控制系統(tǒng)時，在選取主控制器及存儲器時通過對本系統(tǒng)的考慮，在從性能價格比上選取了合適的硬件結(jié)構(gòu)，在電路設計方面以達到簡潔明了實用為目的，做出了設計。A Study on PositionServo Control System回首這幾個月的畢業(yè)設計生活，雖然辛苦，但看到自己能順利的完成畢業(yè)設計還時感到由衷的高興。但只要你用心做了，成功總是伴隨你左右的。這都是在這次畢業(yè)設計中我所學