【正文】 【 4】 張建民，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 ,高等教育出版社。由于繞組電感的作用， R 上的電感的作用， R 上的電壓逐漸升高， 當(dāng)超過給定電壓 Uc 時比較器輸出低電平，使與 門也輸出低電平， T1截止電源被切斷；當(dāng)取樣電阻上的電壓小于給定電壓時，比較器輸出高電平，與門也輸出高電平， T1 又導(dǎo)通，電源又開始想繞組供電，這樣反復(fù)循環(huán)，直到 Ui 為低電平。 當(dāng) 8031 在訪問外部程序存儲器時， P2口輸入高 8 位地址： P6 口分時雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 29 傳送低 8位地址和指令字節(jié)。 （ 3）電源和時鐘。各類系統(tǒng)在工作過程中，都要求加減速時間盡量短，而恒速時間盡量長，特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點至終點的時間要求最短，這就必須要求升速減速過程最短而恒速時的速度最高。步進電動機具有以下主要特點： 1 步進電動機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動，電流的大小與波形的變化，溫度等）的影響 ，只要在他們的大小未引起步進電動機產(chǎn)生“丟失”現(xiàn)象之前，就不會影響其正常工作； 2步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計 誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)之后，其累計誤差就會變?yōu)椤傲恪?，因此不會長期積累； 3控制性能好，在啟動，停止，反轉(zhuǎn)時不易“丟失”。而且方案一使機床結(jié)構(gòu)緊湊、合理，在對加工空間的要求不是很高的情況下選擇方案一較好。 數(shù)控工作臺設(shè)有零點，當(dāng)它作返零控制時，先右擋塊 19 從快速回轉(zhuǎn)變?yōu)槁倩剞D(zhuǎn)，再由無觸點開關(guān) 20起作用，然后準(zhǔn)確的停在零點位置上。因此，對開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動精度要求高，傳動間隙（特別是蝸輪副）應(yīng)盡量小。 為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展，必須對現(xiàn)有的機床進行升級。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為， 1臺 5軸聯(lián)動機床的效率可以等于 2 臺 3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時， 5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動技術(shù)對我們已不再是難題， μ m當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿形系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。在我國，從經(jīng)濟和技術(shù)角度出發(fā)， 對數(shù)控機床的升級主要是對機床的性能和功能方面的增加。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺既沒有鼠牙盤，也沒有定位銷，它的定位精度完全是由控制系統(tǒng)來決定的。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可作任意角度的回轉(zhuǎn)或者分度，又光柵 21 進行讀數(shù)控制。 因此在這二個方案中，本設(shè)計中的結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇方案一。 因此，步進電動機被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 17 簡化，并可靠的獲得較高的位置精度。 升速的規(guī)律一般有兩種選擇：一種是按照直線規(guī)律升速，二是按指數(shù)規(guī)律升速。 8031 最小應(yīng)用系統(tǒng)。在 ALE 為高電平時， P0口輸出的地址有效，并由 ALE 的下降沿鎖存到地址鎖存器中，此時外部程序存儲器系統(tǒng)信號線PSEN 出現(xiàn)低電平，選通相應(yīng)的外部。如圖 所示 : 雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 32 ? 圖 驅(qū)動電路的設(shè)計 電源電路設(shè)計 采用 W7800 系列穩(wěn)壓器，其接線圖如下： 這種穩(wěn)壓器只有輸入端，輸出端 2和公共端 3，故也稱為 3端集成穩(wěn)壓器，使用時只需在其輸入端和輸出端與公共端之間并聯(lián)一個電容即 可。 【 5】 李澄，吳天生聞百橋，機械制圖，高等教育出版社。 【 3】 張毅坤，陳善久， 裘雪紅 ,單片微型計算機原理及應(yīng)用 ,西安電子科技大學(xué)出版社。電源向繞組供電。 G 為鎖存信號輸入線， G=1 時鎖存器輸出等于 D 端輸入， G 輸入短跳變將輸入信息鎖存到 8位鎖存器中。 （ 2）控制口線 PSEN(外 ROM 讀選通信號 )、 ALE（地址鎖存控制）、 EA（片外存儲器選擇）、 RESET（復(fù)位控制）。對于中等或較長的運行距離，電動機加速后必須有一個恒速過程。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)與頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量，頻率以及電動機繞組的通電順序，電動機即可獲得所需的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。由于加工小型零件，因此被加工零件的工藝要求機床的精度較高，由于機床的剛性對機床的精度影 響較大，所以它對剛性的要求較高。然后由電 — 液脈沖馬達 1 通過傳動裝置，使蝸輪 7和回轉(zhuǎn)工作臺按照控制系統(tǒng)的指令作回轉(zhuǎn)運動。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的分度定位是按控制系統(tǒng)所指定的脈沖數(shù)來決定轉(zhuǎn)位角度的，沒有其他的定位元件。 數(shù)控機床的升級（五軸聯(lián)動） 我國現(xiàn)有數(shù)控機床主要以經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床為主，只適應(yīng)于 形狀簡單的直線，斜線等類零件加工，對于那種復(fù)雜的型面卻只能用手動 加工，這對于產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品更新可以及效率高的年代已經(jīng)不再適應(yīng)。目前 ，已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng) 80 種。而五坐標(biāo)聯(lián)動機床就能滿足這些要求。 在現(xiàn)有的三坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機床的工作臺上，增加一個旋轉(zhuǎn)工作臺（一臺帶有兩個旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺），在通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級改造（不屬于此設(shè)計范圍）使該機床成為五坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機床 . 國內(nèi)外現(xiàn)有數(shù)控發(fā)展?fàn)顩r 我國數(shù)控系統(tǒng)分為 3種型級，即經(jīng)濟型、普及型和高級型。尤其是基于 PC 機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能，既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件 。 在現(xiàn)有的 3 軸聯(lián)動機床的工作臺上增加一個旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺（一臺帶有兩個旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺），再通過對數(shù)控系統(tǒng)的升級改造使該機床成為五軸聯(lián)動的數(shù)控機床。因此，對于開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，要求它的傳動系統(tǒng)中沒有 間隙，否則在反向時產(chǎn)生傳動誤差而影響定位精度結(jié)構(gòu)。光柵 21 沿其圓周上有 21600 條刻線，通過 6 倍頻線路，則 刻度的分辨率能力為 10秒。 方案一的結(jié)構(gòu)，其 3D模型圖如下： 雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 10 雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 11 第三章 設(shè)計參數(shù)的計算 蝸輪蝸桿 蝸桿傳動輸入?yún)?shù) 蝸桿傳遞功率 P: 蝸桿轉(zhuǎn)速 n1: 800r/min 傳動比 i12： 50 傳動比誤差： % 預(yù)定壽命 H: 24000h 阿基米德類型蝸桿； 工作載荷平穩(wěn)； 單向工作； 長期連續(xù)工作； 噴油潤滑方式，潤滑情況良好； 自然通風(fēng)冷卻方式。 步進電動機的種類 步進電動機的種類很多 ,有旋轉(zhuǎn)式步進電動機 ,也有直線步進電動機 。按直線規(guī)律升速時加速度為恒定，因此需要電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。 8031 內(nèi)部不帶 ROM，需要外接 EPROM 作為外雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 28 部程序存儲器。 EPROM 存儲器；相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在 EPROM 的數(shù)據(jù)線（ O0~O7）上，輸入到 P0口， CPU 將指令字節(jié)讀入指令寄存器。Ci 用以抵消輸入端較長接線的電感效用，防止產(chǎn)生自激振蕩，接線不長時也可不用， Co 是為了瞬時增減負載電流時不致引起輸出電壓有較大的振動。 【 6】 王昆，機械設(shè)計課程設(shè)計，高等教育出版社， 1996。 【 2】 陳立德 ,機械設(shè)計基礎(chǔ)，高等教育出版社。 當(dāng)控制脈沖 Ui 為低電平時， T1 和 T2 均截止；當(dāng) Ui為高電平時， T1和 T2 兩個開關(guān)均導(dǎo)通。當(dāng) OE=1 時輸出為高阻抗轉(zhuǎn)臺。共 32 個引腳。如圖 2—2所示： 雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 25 對于非常短的距離，如在數(shù)學(xué)范圍內(nèi)，電動機的加減速過程沒有實際意義，只要按起動頻率運行即可，在稍長距離時，電動機可能只有加減速過程而沒有恒速過程。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，既每當(dāng)電動機的繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。由于本 雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 9 回轉(zhuǎn)工作臺的直徑只有 300mm，屬于小型機床的部件，只適用于加工小型部件，所以對加工空間要求不是很高。由于彈簧 18 的作用，把鋼球 17 抬起，于是鎖緊瓦 12及 13 就不夾蝸輪 7。當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)完畢后，再把蝸輪夾緊恢復(fù)到原來的位置。數(shù)控裝備的 網(wǎng) 絡(luò)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，雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 4 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(chǔ)單元。 我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上 (包括核心技術(shù) )，已達到國外先進水平。但是隨著高精尖技術(shù)要求的不斷提高，三坐標(biāo)聯(lián)動機床 已經(jīng)不能滿足要求。 在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中，我們具有很大優(yōu)勢，在當(dāng)前每年數(shù)千臺經(jīng)濟型數(shù)控車床和電加工機床的市場上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)是“一花獨秀” (其中有10%左右的是合資企業(yè)產(chǎn)品 )。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高， MPBF 值可以在 15 000 h 以上。 設(shè)原鏜床旋轉(zhuǎn)刀具的軸線為 Z軸，水平方向平行于工作臺裝夾面的方向為 X 軸，并且與 Z 軸垂直，確定了 X,Z 軸正方向后，可以根據(jù)右手螺旋定則確定 Y 軸的方向。 JCS013 型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺作，這種數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是由電 液脈沖馬達 1驅(qū)動，在它的輸出軸上裝有主動齒輪 2（齒數(shù)為 20），它與被動齒輪 3（齒數(shù)為 66）相嚙合，齒的側(cè)隙是靠調(diào)整偏心環(huán) 4來消除的。 這種數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動采用開環(huán)系統(tǒng)，其定位精度主要取決于蝸桿蝸輪的運動精度，雖然采用高精度的五級蝸桿蝸輪副，但還是不能滿足機床的定位精度 ? ?``10? 。 接觸疲勞強度計算 材料及熱處理 蝸桿蝸輪材料： 查表 3127，蝸桿： 45， 表面滲碳淬火， HRC 45~55 查 表 3128，蝸輪： ZQSn101, 金屬模鑄造， 選定蝸桿頭數(shù) Z1 和蝸輪齒數(shù) Z2 Z1=1 所以： Z2=80 確定接觸許用應(yīng)力 [σ ]H 查表 3128 [σ ]H=200MP 雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺的設(shè)計 12 蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2 mmNinpiTT . *50* 121212 ???? ? 確定模數(shù) mt 及蝸桿直徑系數(shù) q ? ?32223 3 KTZZqmHEt ????????? 160?EZ K= 由表 3119 得： mmMt 42 ? q=10 確定蝸桿螺旋升角λ 由表 3121 得： ```38425。從勵磁相數(shù)來分有三相 ,四相 ,五相 ,六相等步進電動機 .就常用的 旋轉(zhuǎn)式步進電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來說 ,可將其分為一下三種 : １） 可變磁阻 (VRVariable Reluctance)型 ２）永磁 (PMPermanent Magner)型 ３）混合 (HBHybrid)型 步進電動機的選擇 本設(shè)計選用反應(yīng)式步進電動機，其技術(shù)性能數(shù)據(jù)如下： 型號： 75BF001 相數(shù)： 3 步距角： （ ） 電壓 : 24V 相電流 : 3A 最大轉(zhuǎn)靜矩 : （ ） 空載起動頻率 : 1750 步 /S 電感 : 19mH 電阻 : ? 分配方式 : 三相六拍 外形尺寸 :