【正文】 絲杠副 ...................................... 24 Z 軸滾珠絲杠副 ..................................... 28 滾珠絲杠的安裝與使用 ................................ 31 第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ...............................34 ................................ 34 微機(jī)控制系統(tǒng)的組成 ................................. 34 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) .................................. 34 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 ................................ 35 主控制器 CPU 的選擇 ................................. 35 存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展 ................................... 36 I/O 口電路的擴(kuò)展 .................................... 38 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ................................... 40 其它輔助電路設(shè)計(jì) ................................... 41 程序部分 .............................................. 42 結(jié)論 ....................................................46 參考文獻(xiàn) ................................................47 致 謝 ...................................................48 青島黃海職業(yè)學(xué)院 5 前言 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入自適應(yīng)控制﹑模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程﹑前饋控制﹑模糊控制﹑學(xué)習(xí)控制﹑自適應(yīng)控制﹑工藝參數(shù)自動(dòng)生成﹑三維刀具補(bǔ)償﹑運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)截面極為友好，并且有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。該機(jī)床能通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。 用數(shù)控銑床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制該零件的加工程序，這是數(shù)控銑床的工作指令。 (3) 減少運(yùn)動(dòng)慣量。特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從 1958 年起步的。 數(shù)控機(jī)床的組成及分類 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體絲大部分以及輔助設(shè)備組成。 輸入裝置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過(guò)識(shí)別與譯碼之后，送到控制運(yùn)算器。圖（ 3）是由各功能元件組成的伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方框圖。 （ 3）輪廓控 制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。它是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。考慮到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選用，為達(dá)到分辨率 的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)，利用電子控制系統(tǒng)消除誤差。組成機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這種力作用下將產(chǎn)生變形。在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件與鑄件的剛度相同，則焊接件的臂厚只需鑄件的一半。 合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度，機(jī)床的工作頭部分由于重力作用將會(huì)使機(jī)床立柱產(chǎn)生彎曲變形，切削力將使立柱產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。 本設(shè)計(jì)采取的方案有： （ 1）減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差 （ 2）提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。 主傳動(dòng)變速系統(tǒng) 普通機(jī)床一般采用機(jī)械有級(jí)變速調(diào)速傳動(dòng)，而數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)變速；且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時(shí)，需要隨切削的直徑的變化而自動(dòng)變速，以保持切削速度基本恒定。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成型運(yùn)動(dòng)。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動(dòng)軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。目 前傳動(dòng)件位于后懸伸端的越來(lái)越多。 （ 3）主軸軸承，選用角接觸球軸承。基于上述分析，主軸受到彎距，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因 此主軸軸承必須采用背靠背組配。 青島黃海職業(yè)學(xué)院 16 角接觸角軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，衡量預(yù)緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡(jiǎn)稱預(yù)緊力 Fa0，單位為 N。而滿足這個(gè)條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的 35%。通常使固有頻率高于激振頻率的 30%以上。如果要求得到很光的加工表面，滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過(guò)大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時(shí)還因考慮阻尼因素。一次充填可用到大修，不需補(bǔ)充，也不要加脂孔。 主軸系統(tǒng)計(jì)算 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強(qiáng)度）。 (1) 穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)信號(hào)消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行 ,或者在輸入的指令信號(hào)作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。 青島黃海職業(yè)學(xué)院 20 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有： (1) 能夠克服摩擦力和負(fù)載； (2) 很小的進(jìn)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(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象； 在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有： (1) 具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； (2) 具有良好的動(dòng)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(fù)載引起的軌跡誤差盡可能??； 對(duì)于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件則有以下要求 (1)被加速的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 1． 時(shí)間響應(yīng)特性 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時(shí)間響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性 。所謂頻率響應(yīng)特性 ,就是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響青島黃海職業(yè)學(xué)院 21 應(yīng)，即它通過(guò)研究系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)律來(lái)獲得啟動(dòng)態(tài)特性。?? hmLnca FC 青島黃海職業(yè)學(xué)院 22 3 20210100 41328 ??? N6546? 3） 選用 型絲杠，由表 29 得絲杠副數(shù)據(jù)： 公稱直徑 mmD 500 ? 導(dǎo)程 mmp 10? 滾珠直徑 mmd ? 按表 21種尺寸公式計(jì)算： 滾道半徑 mmdR 0 ???? 偏心距 mmdRe 20 )()2( ???????? 絲杠內(nèi)徑 mmReDd 201 ?????????? ? 4） 穩(wěn)定性驗(yàn)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(fù)荷。 )ta n(20 ?? ?? DFTm 青島黃海職業(yè)學(xué)院 24 式中： ? 為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)； mF 為平均工作載荷 mNT ????????? ? )39。 ? , min/100rnm ? 339。 臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 212)(99 10 ldfn ccr ?? 式中： cf 為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見(jiàn)表 210，本題取 ?cf ， 32?? 22)(0 3 3 9 2 9 1 0????crn m in/ 4 r?? m in/6001010 63m a x rn ??? ? 即： maxnncr ? ，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。 Z 軸滾珠絲杠副 （ 1）精度 要求：進(jìn)給精度 快速進(jìn)給精度 min/3m （ 2）疲勞強(qiáng)度 絲杠的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進(jìn)給力的垂直分力。 4841 mdIa ???? ? NFcr 52892 )( ???????? ?? 安全系數(shù) 25 2762 ????? mcrFFS 查表 210， [S]=～ ,S[S],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。334t a n( )39。 (3)使用 滾珠絲杠副在使用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： ，必要時(shí)要在行程兩端配置限位，以避免螺母越程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。 ，請(qǐng)不要把螺母從絲杠軸上卸下來(lái)。 （ 2）存儲(chǔ)器，包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 1．微機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件組成 硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運(yùn)行。徑向力、彎矩會(huì)使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等不良負(fù)荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。請(qǐng)注意使用。 ③ 此外滾珠絲杠副還受 nD0 值的限制，通常要求 m in/107 40 rmmnD ??? m i n/107m i n/10410040 430 rmmrmmnD ???????? 5）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T( mN? )共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量0L? (m)為： cGJTpEApFL ?2 20 ???? 式 中 :A絲杠截面積 , 2141 dA ??； cJ 為絲杠的極慣性矩， 4132dJc ??； G 為絲杠切變模量，對(duì)鋼 GPaG ? ； T 為轉(zhuǎn)矩。 439。 6）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 ? 為 )39。 青島黃海職業(yè)學(xué)院 26 螺母固定端 游動(dòng)端 ① 由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù) S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù) [S] 絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 crF ,并按下式計(jì)算 22)( lEIF acr ??? 式中， E 為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼 E=206Gpa； l為絲杠工作長(zhǎng)度（ m）； a I 為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（ 4m ）； ? 為長(zhǎng)度系數(shù)，取 32?? 。334t a n()t a n(t a n ???? ???? ?? ?? ? 要求在 90%～ 95%之間，所以該絲杠副合格。 ② 高速長(zhǎng)絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 ——臨界轉(zhuǎn)速 crn 。 進(jìn)給傳動(dòng)的計(jì)算 X 軸滾珠絲杠副 (1) 精度 要求：進(jìn)給精度 快速進(jìn)給精度 min/6m (2) 疲勞強(qiáng)度 絲杠的最大載荷為最大進(jìn)給力加摩擦力，最大進(jìn)給力為 1625N,工作臺(tái)質(zhì)量 700kg,則： 1） 求計(jì)算載荷 Fc NFF f in ????? NF 1 6 4 9241 6 2 5m a x ??? 32 m inm ax FFFm ?? 3 2421649 ??? N1107? 根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 計(jì)算載荷 cF MAHFc FKKKF ? 查表 26取 ?FK 查表 28 取 ?AK 查表 27取 ?HK 查表 24取 D級(jí)精度 則： NF c 1 3 2 81 1 0 ????? 2） 計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 39。若在穩(wěn)定時(shí)，輸出和輸入不能完全吻合，就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)際中只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)就行。 ?????? ? 查表 73，取 mmLd 1000? 中心距 mmLLaa dd 2612 39。最好用油潤(rùn)滑，用空氣冷卻。當(dāng)然，也可用脂潤(rùn)滑，還有用油氣潤(rùn)滑的。也可能來(lái)自斷續(xù)切削，這時(shí)激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。通常，如軸承精度為 P4 級(jí)，經(jīng)使用磨損