【正文】 ?????? 心得與體會 ????????????????????????????????? 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????????? 附表：混合式步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)資料 ??? ??????????????????? 1 2 4 5 5 5 6 6 7 88 8 8 14 15 22 22 23 31 33 34 35 前 言 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造 ,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高 。 第一章：緒 論 167。 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容： 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)方案的擬定： （ 1）系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 （ 2）伺服系統(tǒng)的選擇。 （ 2）確定脈沖當(dāng)量。 （ 6）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用。 （ 2） MCS51 系列單片機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用。 （ 2）選擇數(shù)控機(jī)床設(shè)備。 （ 6）編制加 工程序。 2）兩個坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既查采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動也可用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動。 5）所編寫的軟件應(yīng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯編和通訊等。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠，為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副?，F(xiàn)分述如下： 167。 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型 （一）縱向進(jìn)給絲杠 ： 1 . 計(jì)算進(jìn)給牽引力 Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切屑時的走刀抗力以及移動件的重量和切屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。 fw運(yùn)轉(zhuǎn)系 數(shù) ,按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 fw =~。 22′ +10′ )= 5 . 剛度校核 先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（ 2）所示： GJm Z 1 J 1Z 2 J 2L 1L 2 圖（ 2）縱 向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖 則： 10 00 95 3 15 20 11 60L L L L m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?支 承 行 程 螺 母 總 長 間 隙軸 承 寬 度 ????式（ 9） 支承間距 L=1160mm，最大軸向力為 2316N，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的 1/3。 fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) ,按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 fw =~。 30′ +10′ )= 5 . 剛度校核 先畫出此橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（ 3）所示： GJmL 圖（ 3）、橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖 則 4 0 0 8 4 2 .5 1 2 1 6 5 3 0L L L L m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?支 承 行 程 螺 母 總 長 間 隙軸 承 寬 度???式（ 9） 支承間距 L=530mm，最大軸向力為 1919N。 4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計(jì)算 1. 齒輪傳動比計(jì)算 (縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算 ) （ 1） ,已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 mm? ? ,滾珠絲杠導(dǎo)程 0 6L mm? ,初選步進(jìn)電機(jī)步距角 176。 為了消除齒輪側(cè)隙，此作業(yè)中采用雙片齒輪。 b? —步距角 ,初選雙拍制為 176。 代入上式 : ? ?? ? ? ?2 2011 2 122220. 75 1. 53 ( 28 / 42 ) ( 7. 77 3. 53 ) 10 00 / 9. 8 0. 6 / 27. 22MLZ WJ J J J JZg ??????? ??? ? ? ? ????? ?????? ????? ? ? ? ???? 4 . 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下 ,在 ,下面分別按各階段計(jì)算 : 1) 快速空載起動慣性矩 QM 在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： m a x 0Q a fM M M M? ? ?????????????????????式（ 19） m a xm a x 2 60a anM J J t??????????????? ?????????式（ 20） 又： ? ? ? ? ? ? ? ?0 0 0 3m a x m a x / / 3 6 0 2 / 0 .0 1 0 .9 / 3 6 0 1 0pbnV ??? ? ? ? ? 500 / minr? ?????????????????????式（ 21） 35 ms s?? 代入得： 2m a xm a x 2 2 5 0 0 07 . 7 2 1 0 1 1 5 . 46 0 6 0 0 . 0 3 5a anM J N c mt? ? ?? ?? ? ? ? ?? 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 fM : |0 0 021() 0 . 1 6 ( 2 9 3 3 1 0 0 0 ) 5 0 .2 2 / 2 0 . 8 1 . 5Zf F L f F W LM N c mi Z Z? ? ? ? ?? ??? ? ? ?????式（ 22） 式中：η — 傳動鏈總效率 ,一般可取 ~ 此處取 。 Fpo— 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷 ,一般取 1/3Fm,Fm 為進(jìn)給牽引力 (N)。見附圖（一） 例如，雙片齒輪采用 周向彈簧調(diào)整消隙法： 如圖（ 5）所示，采用了可調(diào)拉力彈簧調(diào)整間隙。 （圖 5） 雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法 2薄片齒輪 8耳座 4彈簧 5調(diào)節(jié)螺母 6鎖緊螺母 7螺釘 （二）、橫向機(jī)構(gòu)初選步進(jìn)電機(jī)： 1 . 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm ( / 1 8 0 )mm m m FT F T ??? ??? ? ? ????????????式（ 18） 1 9 1 9 0 .0 0 5 0 .6 1 1 .( 0 .9 / 1 8 0 ) 3 .1 4mT N m?? ? ?? 式中 : ? —脈沖當(dāng)量 (mm/step)。 2 . 初選步進(jìn)電機(jī)型號 根據(jù) mT = 在網(wǎng)上查混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表初選步進(jìn)電機(jī)型號為56BYG250DSASSBL0241，其中， .mJ Kg cm? ,保持轉(zhuǎn)矩為 .. 3 . 等效 轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算 根據(jù)簡圖 ，即圖（ 2），計(jì)算傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 J? 運(yùn)動件的轉(zhuǎn)動慣量 J? 可由下式計(jì)算 : ? ?4 223011 2 3 424 ( ) ( ) ( )2Ms ZLZ wJ J J J J J JZ Z g ?? ???? ??? ? ? ? ? ????? ?????? ?? ??????????????????????????????式（ 25） 式中 1J 、 2J 、 3J 、 4J —齒輪 1Z 、 2Z 、 3Z 、 4Z 的轉(zhuǎn)動慣量 ( ) SJ —滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 ( ) 3 4 3 41 1 00. 78 10 0. 78 10 4 2 0. 2J d L??? ? ? ? ? ? ? ? 2J = 3 4 3 8 10 8 10 6 2 1dL??? ? ? ? ? ? ? 3 4 3 4330 .7 8 1 0 0 .7 8 1 0 4 .8 2 0 .4 1J d L??? ? ? ? ? ? ? ? 3 4 3 4440. 78 10 0. 78 10 8 2 6. 39J d L??? ? ? ? ? ? ? ? SJ 340. 78 10 2 53 0. 66?? ? ? ? ? ? 式中 D— 圓柱體直徑 (cm)。 |f — 貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 |f = 附加摩擦力矩 0M ： 0 200(1 )2 pFLM i ?????????????????????????????式（ 22） 220211 / 3 1 9 1 9 0 . 5 1 / 3 1 9 1 9 0 . 5( 1 ) ( 1 0 . 9 ) 4 . 8 4 .2 / 2 0 . 8 2 . 5 N c mZZ ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ??? 式中：η — 傳動鏈總效率 ,一般可取 ~ 此處取 。 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率 m a x1000 1 0 0 0 1 33336 0 6 0 0 . 0 0 5k vf H Zp? ?? ? ?? 1000 1 0 0 0 0 .3 10006 6 0 0 .0 0 5tt vf H Zp? ?? ? ?? 圖（ 5）、 56BYG250E— ASSBL— 0241 型混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖 當(dāng)快速運(yùn)動和 切削進(jìn)給時， 56BYG250E— ASSBL— 0241 型混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻完全可以滿足要求。機(jī)床硬件電路由五部分組成： （ 1） 主控制器，即中央處理單元 CPU。 （ 5） 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。 I/O 接口電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用 I/O 接口芯片，步進(jìn)電機(jī)伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計(jì)（如復(fù)位、掉電保護(hù)等）。 軟件設(shè)計(jì)步驟分為以下幾步： （ 1） 據(jù)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能，能制定出軟件技術(shù)要求； （ 2） 將整個軟件模塊化，確定各模塊的編制要求，包括各模塊功能，入口參數(shù)，出口參數(shù)； （ 3） 據(jù)硬件資源，合理分配好存儲單元； （ 4） 分別對各模塊編程，并調(diào)試； （ 5） 連接各模塊，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試及優(yōu)化； （ 6） 固化到各程序存儲器中。 80C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 （ 2） 時鐘電路引腳 XTAL1`和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是一個振蕩電路反向放大電路的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。平時不訪問片外存儲器時，該端也以 1/6 的時鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時或者其他需要使用；在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時會失去一個脈沖。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。當(dāng)?shù)刂烦^ 4KB 時，將執(zhí)行片外程序存儲器的程序。通常把接口電路中這些已編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存器稱為端口（ PORT），或簡稱口。 ~（ 1~8 腳）： P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在對 EPROM 編程和驗(yàn)證程序時，它輸入高 8 位地址。所以需擴(kuò) 展。（ 3）控制總線（ CB）：系統(tǒng)擴(kuò)展用控制總線有 WR、 RD、 PSEN、 ALE、 EA。 擴(kuò)展的 I/O 口與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。 10 1GND OEG11181714138743D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Vcc2025691215161974LS373圖（ 7）、 74HC373 引腳圖 D0~D7 信號輸入端 Q0~Q7 信號輸出端 G：下降沿時，將 D1~D8 鎖存于內(nèi)部 E： 使能端， E=0 時，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端 Q0~Q7 與輸入端 D0~D7 連通，當(dāng)E=1 時，輸出三態(tài)門斷開，輸入數(shù)據(jù)鎖存。 74HC139 是雙“ 24”譯碼器，每個譯碼器僅有 1 個使能端 G， 0 電平選通。其引腳見左圖（ 8）。 （ 2） 數(shù)據(jù)線的連接 將 80C51的芯片的 ~ 按位與 RAM 數(shù)據(jù)線 D0~D7 直連。這里采用 8255（可編程的 RAM/IO 擴(kuò)展接口電路）。 （五）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 采用細(xì)分驅(qū)動電路，根據(jù)所選電機(jī)說明， 選取合適的驅(qū)動器，縱向驅(qū)動器和橫向驅(qū)動器均為 SH20806N。隨著彩色液 晶技術(shù)的日趨成熟，正在逐步取代 CRT顯示器，成為許多高要求行業(yè)的首選，被越來越多地應(yīng)用到電力、醫(yī)療、儀表、電梯、工業(yè)控制等領(lǐng)域。 該顯示器接口采用并行總線方式（數(shù)據(jù)總線、地址總線以及選、讀 、寫等信號），可以很方便地連接到單片機(jī)或微處理器的總線上，用戶可以象使用普通存儲器一樣使用它。 VRAM存儲器的一個字節(jié)由 8位構(gòu)成，顯示器屏幕上的一個 “像素 ”點(diǎn)由 R、 G、 B三個 “點(diǎn) ”來組成。外部引線包括有地址總線、數(shù)據(jù)總線和片選讀寫輸入，可以直接掛接到單片機(jī)、計(jì)算機(jī)的總線上，通過譯碼分配作為主機(jī)的某部分內(nèi)存來使用