【正文】 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 26 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3J— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，取值為 2cmkg? ； g 、 hP — 分別為重力加速度，取 2/sm 和導(dǎo)程 hP ，其值換算為 。 光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦 。一般對(duì)中大功率的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以 用相應(yīng)的MOS 管和續(xù)流二級(jí)管 （ 肖特基管 ） 搭建 H橋驅(qū)動(dòng)電路。任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，在處理信息方面，軟件和硬件對(duì)要完成的任務(wù)是等價(jià)的，硬件處理速度快，線路復(fù)雜，軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但速度較慢。 數(shù)控機(jī)床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來(lái)有 以下 幾個(gè) 部分組成： （ 1） 中央處理單元 CPU； （ 2） 總線， 包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； （ 3） 存儲(chǔ)器， 包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器 ； （ 4） 輸入輸出接口電路 ； （ 5） 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。在存儲(chǔ)器方面，其內(nèi)置 FLASH（閃存，具有 ROM 的非易失性和 EPROM 的可擦除性）多達(dá) 60KB， ， RAM 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 35 頁(yè) 共 49 頁(yè) 多達(dá) 2KB 并支持 JTAG 仿真，真正實(shí)現(xiàn)了在線仿真調(diào)試 ，對(duì)于一般數(shù)控系統(tǒng)而言已經(jīng)足夠，所以也無(wú)需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。 鍵盤采用 5? 6鍵，在普通數(shù)控系統(tǒng)中已足用。 已知 七段 數(shù)碼管中 的 LED 正常工作時(shí)的電流 mAi 10? ，壓 降 0U =V2 ， 則上拉電阻 ?????? 255 0 AVVi UVR 具體電路如圖 63 所示。LM629 的 PS端口為 1時(shí)，單片機(jī)可以向其寫數(shù)據(jù)，為 0 時(shí)，單片機(jī)可以向 LM629寫指令或讀其狀態(tài)。 使用單片機(jī)控制變頻器可以選擇后二種方式，采用通訊口方式控制，其優(yōu)點(diǎn)是控制功能全面，通過(guò)相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電路適合變頻器的通訊口形式 (RS484/RS232/CAN 等 )，就可與變頻器進(jìn)行通訊，硬件簡(jiǎn)單，二者間的連線數(shù)量少 連接方便。雙緩 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 40 頁(yè) 共 49 頁(yè) 沖方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)接收和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換可以異步進(jìn)行，單緩沖的優(yōu)點(diǎn)是可以減少一條輸出指令，由于本設(shè)計(jì)不要求多個(gè)模擬通道。 0～ 10V或 4～ 20mA信號(hào) ,通過(guò)改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率 。 LM629 芯片 采用 28 引腳封裝，使用 5V 電源工作，它 有 如下功能： 1． 內(nèi)置 32位位置、速度和加速度寄存器； 2． 16 位可編程數(shù) 字 PID 控制器； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 38 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3． 可編程微分項(xiàng)采樣時(shí)間間隔； 4． 8 位分辨率的 PWM 輸出； 5． 內(nèi)部梯形速度發(fā)生圖； 6． 可以進(jìn)行位置和速度控制； 7． 速度、位置和數(shù)字 PID控制器參數(shù)可以在控制過(guò)程中改變； 8． 實(shí)時(shí)可編程中斷； 9． 可對(duì)增量式光電編碼器的輸出進(jìn)行 4倍頻處理和信號(hào)處理。 具體電路如圖 62所示。8 位顯示 RAM，其內(nèi)容通過(guò)自動(dòng)掃描，可由 8或 16位 LED 數(shù)碼管顯示。 MSP430 的這種高集成度使應(yīng)用人員不必在接口、外接 I/O 及存儲(chǔ)器上花太多的精力，而可以方便的設(shè)計(jì)真正意義上的單片系統(tǒng) ； 在運(yùn)算性能上， MSP430 系列單片機(jī)采用目前流行的精簡(jiǎn)指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)， 1 個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行 1 條指令 (傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機(jī)要 12個(gè)時(shí)鐘周期才可以執(zhí)行一 條指令 )。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當(dāng)今數(shù)控機(jī)床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。 縱向驅(qū)動(dòng) 電路如圖 51所示，橫向驅(qū)動(dòng)電路如圖 52所示。由于本設(shè)計(jì)選用的直流電機(jī)功率較大，尤其是在啟動(dòng)加速時(shí)刻，故選擇后者。 表 51 縱 向電動(dòng)機(jī)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1．快速空載啟動(dòng)狀態(tài) yjfa TTTT ???1m ax aT 為折合到電機(jī)軸上的慣性力矩， fT 、 yjT 分別為折合到電機(jī)軸上的摩擦力矩和預(yù)緊力矩 2?i ， st ? smV / ? ， mPh ? sra dww /1 5 72 2m a x1m a x ?? （即 m in/15001m ax rn ? ） 能量守恒： hPFiT ???? ?2 或 pFT ?? ?1 在 ： NFNF yjf ,270 ?? mPh ? mNT ???? a x （考慮到總傳動(dòng)效率約為 90%） ?JTa? ； 由01maxtw?? ， 2max1max iww ? 和 tVPtwm anh ?????2 2m a x 得： )/( )8/100(22 2sr ad??? ?? )( 8 51060 4 mNT a ????? ? 由能量守恒： hff PFiT ??? ?2 得： )( mNi PFT hff ??? ?? ? 同理， )( mNTyj ?? )( 0 7 a x mNT ????? 2．最大負(fù)載狀態(tài) yjm TTT ??2max mT 為最大工作載荷 mF 根據(jù)能量守恒 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 28 頁(yè) 共 49 頁(yè) 由能量守恒： pmm FT ?? ?1 得： )( 6 mNTm ????? ?? )( 0 a x mNT ???? 等效到電機(jī)軸上的力矩 mNT ???? a x 3．最快空載移動(dòng)狀態(tài) )(2 7 7 0 a x mNTTT fyj ?????? mNT ???? a x 表 52 NT4P10120E型直流有刷伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù) 額定功率 614W 超載功率 連續(xù)轉(zhuǎn)矩 mN? 超載峰值轉(zhuǎn)矩 mN? 額定電壓 90V 超載峰值電流 額定電流 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2cmkg? 最高空載轉(zhuǎn)速 2163 min/r 重量 最高超載轉(zhuǎn)速 1746 min/r 長(zhǎng)度 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 29 頁(yè) 共 49 頁(yè) 表 53 橫 向電動(dòng)機(jī)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1． 快速空載啟動(dòng)狀態(tài) yjfa TTTT ??????? 1m ax aT? 為折合到電機(jī)軸上的慣性力矩， fT? 、 yjT? 分別為折合到電機(jī)軸上的摩擦力矩和預(yù)緊力矩 35??i， st ? smV /121max ?? ， mPh ?? sr adww / 2m a x1m a x ???? （即 m in/ ax rn ?? ） 能量守恒： hPFiT ???? ?2 或 pFT ?? ???1 在 ： NFNF yjf 123,170 ???? mPh ?? mNT ????? a x （考慮到總傳動(dòng)效率約為 90%） ????? JTa ； 由01maxtw????? ， 2max1max wiw ???? 和 tVPtwh ??????? m a x2m a x2? 得： )/( 2srad???? )( 4 mNT a ?????? ? ? 由能量守恒： hff PFTi ??????? ?2 得： )( mNi PFT hff ???? ????? ? 同理， )( mNTyj ??? )( a x mNT ?????? 2． 最大負(fù)載狀態(tài) yjm TTT ????? 2max mT? 為最大工作載荷 mF? 根據(jù)能量守恒等效到電機(jī)軸上的力矩 mNT ????? a x 由能量守恒： pmm FT ?? ????? 1 得： )( 6 mNTm ??????? ?? )(2 3 5 7 a x mNT ????? 3． 最快空載移動(dòng)狀態(tài) )( a x mNTTT fyj ???????? mNT ????? a x 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 30 頁(yè) 共 49 頁(yè) 表 54 NT4P10116E型直流有刷伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù) 額定功率 491W 超載功率 連續(xù)轉(zhuǎn)矩 mN? 超載峰值轉(zhuǎn)矩 mN? 額定電壓 90V 超載峰值電流 額定電流 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2cmkg? 最高空載轉(zhuǎn)速 1843 min/r 重量 最高超載轉(zhuǎn)速 1677 min/r 長(zhǎng)度 5． 3 直流電 動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 5． 3． 1 光電隔離電路 （ 1）光電耦合器 (光電隔離器 )簡(jiǎn)介 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下 ,以光為煤介傳送信號(hào) ,對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離 .因而具有良好的電絕緣能力 并 能 夠 有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾， 具 有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等 特點(diǎn)。如果 直流電機(jī)要求工作在正反轉(zhuǎn)場(chǎng)合，這時(shí)還需要使用可逆 PWM控制方式 ，其又分為單極性驅(qū)動(dòng)與雙極性驅(qū)動(dòng)兩種， 一般 大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng) 采用單極性驅(qū)動(dòng)方式。 4． 3． 9 同步帶工作能力的驗(yàn)算 用下式來(lái)計(jì)算同步帶的額定功率 : vvmbbTKKP rawzr ?????? )( 2 式中： wK — 齒寬系數(shù)，其值為 )/( ??? bbK rw ； zK — 小帶輪嚙合系數(shù)，其值為 1； aT — 帶寬為 時(shí)的許用拉力，其值為 ； m — 帶寬為 時(shí)的線密度，其值為 mkg/ ； v? — 同步帶線速度，其值為 sm/ 。 表 42 同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度 長(zhǎng)度代號(hào) 節(jié)線長(zhǎng)度 mmLp/ 型號(hào) MXL XL L 公稱尺寸 極限偏差 齒數(shù) 160 177。 （ 2） 快速啟動(dòng)時(shí)的最大傳遞功率估算： m a x)( VfFFP yjfcan ????????? 式中： caF? — 移動(dòng)部件（ 僅包括絲杠折算，而忽略的從動(dòng)輪、軸承等由增大系數(shù) aK 來(lái) 補(bǔ)償 ）加速時(shí)所受的合力即慣性力， 0m a x2 ])2([ tVJPgGF chca ????????? ?= )(N 該計(jì)算式中 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4444 ???????? ?? LDJ c = )( 2cmkg? 式中 D為絲杠的公稱直徑， L 為絲杠兩端 的 大約 長(zhǎng)度 ，單位均為 cm ， maxV? 換算成 sm/151 ， hP? 換算為 ， st ?? ； fF? — 橫向移動(dòng)部件 與 燕尾 導(dǎo)軌的滑動(dòng)摩擦力， GFf ???? =170 )(N ； yjf? — 預(yù)緊摩擦力， 其值為 123N。 根據(jù)設(shè)計(jì)，mF?為 ，ul?為 420mm ，2d?為 ，算得： ?1? =25 )( ???? ??=177。 4． 2． 2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 mhwQ FffLF ???? 3 610/60 TnL ??? m in/80/1000 m a x rPVn hj ????? 式中： L? — 滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為 610 r； T — 絲杠壽命，取 15000； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 19 頁(yè) 共 49 頁(yè) wf — 載荷系數(shù)，一般取 ； hf — 硬度系數(shù) 取 1； mF? — 橫向絲杠 副最大工作載荷， 其值 為 ； hP? — 橫向滾珠絲杠導(dǎo)程，初選為 mm5 。 表 38 同步帶基準(zhǔn)寬度下的許用拉力和線密度 帶型號(hào) 基準(zhǔn)帶寬 b/mm 許用拉力 /N 線密度 / 1??mkg XL L H 經(jīng)計(jì)算， WP ? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 17 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3． 3． 8 確定實(shí)際同步帶寬度 實(shí)際所需同步帶寬度 rb 的計(jì)算公式如下： 0 )( PKPbbzdr ? 式中： b — 選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度 ， XL 型其值為 ； zK — 小帶輪嚙合系數(shù)， 根據(jù)文獻(xiàn)， 當(dāng) 6?mz 時(shí)，其值為 1。 根據(jù) 表 37，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度 mmLp 508? ，相應(yīng)的齒數(shù) z=100。 （ 1） 最大工作負(fù)載下 最大 傳遞 功率的估算： m a x)( jyjmm VfFP ??? 式中： mF — 絲杠的最大工作載荷， 其值為 ； maxjV — 最大 工進(jìn)速度， 換算為 sm/ ； yjf — 預(yù)緊摩擦力， 單位