【文章內(nèi)容簡介】 選擇滾珠絲杠的型號為 : CM 系列滾珠絲桿副 ，其型號為： CM20215。 其基本參數(shù)如下 : 其額定動載荷為 14205N yQ 足夠用 .滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式 ,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式 . 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結(jié)果 公稱直徑 0d ―― 20mm 螺距 t ―― ５ mm 接觸角 ? ―― 045 鋼球直徑 bd ―― 螺紋滾道法向半徑 R ? 11 偏心距 e ( 2) si nbe R d ?? ? ? 螺紋升角 ? 0tarctg d? ?? 039。433 螺桿外徑 d 0 ( ~ ) bd d d?? 螺桿內(nèi)徑 1d 1022d d e R? ? ? 螺桿接觸直徑 2d 20 cosbd d d ??? 螺母螺紋外徑 D 0 22D d e R? ? ? 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D 10 ( ~ 55 ) bD d d?? （ 2） 傳動效率計算 絲 杠螺母副的傳動效率為：)( ?? ?? ?? tg tg 式中： φ =10’ ，為摩擦角； γ 為 絲杠螺旋升角。 039。0 39。 39。4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 .9 6ggg gttt t???? ? ?? ? ? （ 3） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （ 4） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載引起的導(dǎo)程變化量為： ESFll 01 ???(cm) Y向所受牽引力大 ,故用 Y向參數(shù)計算 60622 2 21 .65 1261 2 5 1 .82 0 .51 2 0 .6 1 0 2 .142 0 .6 1 0 ( / )3 .1 4 ( ) 2 .1 46 .1 2 1 0YFNl c mE N C MS R C ML C M????????? ? ? ?? ? ? ? ? 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差 Δ為 12 0 641 0 0 1 0 01 0 . 56 .1 2 1 0 1 2 .2 4 1 0 1 2 .2 4 [ ]lL u m??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?E 級精度絲杠允許的螺距誤差 [ Δ]=15μm/m。 齒輪計 算、設(shè)計 因步進電機步距角 ? ? 滾珠絲杠螺距 t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當量 1 /p m m st ep? ? ,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動 . 齒輪傳動比： 0 360li p??? ，初選步進電機步距角： α = ?/step。 12360 36 0 1 8 5poZZi li? ?????? 取小齒輪齒數(shù) 1 24Z? 則大齒輪齒數(shù) 2 50Z ? 因傳遞的扭距較小 ,取模數(shù) m=1mm 則 : 分度圓直徑 : 11 1 24 24d m z m m? ? ? ? 22 1 50 50d m z m m? ? ? ? 齒頂圓直徑 : 11( 2) ( 24 2) 1 26ad z m mm? ? ? ? ? ? 22( 2 ) ( 5 0 2 ) 1 5 2ad z m m m? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 : 11( ) ( 24 ) 1 21 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 21( ) ( 50 ) 1 47 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 齒寬 : 1 1 24 24db d m m?? ? ? ? 取 1 25b? 2 30b? 中心距 : ( ) ( 24 50) 37a d d m m? ? ? ? ? 分度圓壓力角 : 020?? 大小齒輪均采用漸開線標準圓柱齒輪 小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙 . 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 如下 ： 13 2薄齒輪 , 3— 彈簧 , 8— 凸耳 , 5— 調(diào) 節(jié)螺釘 , 7— 螺母 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 步進電機慣性負載的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有： （ 1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 折算到步進電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為： 2210 1 2 32( ) ( ) ( )180pqbzJ J J J J Mz?? ?? ? ? ? ? 式中： qJ 為折算到電機軸上的慣性負載； 0J 為步進電機軸的轉(zhuǎn)動慣量； 1J 為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量； 2J 為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量； 3J 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。 對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算： 340. 78 10J D L?? ? ? ? 式中 D 為圓柱零件直徑， L 為圓柱零件的長度。 14 所以有： 3 4 2 213 4 2 223 4 2 230. 78 10 2. 4 2. 5 6. 47 10 .0. 78 10 5. 0 3. 0 14 6. 25 10 .0. 78 10 2. 0 30 37 .4 4 10 .J k g c mJ k g c mJ k g c m????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 電機軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有： 2 2 2 2 224 10 ( ) ( 146 .25 4) 10 200 ( ) 93 .50 180dJ k g c m??? ? ? ? ? ? ?? 步進電機的 計算選擇 (１）步進電機啟動力矩的計算 設(shè)步進電機的等效負載力矩為Ｔ，負載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機所做的功與負載力所做的功有如下的關(guān)系： T Ps?? ? 式中 ? 為電機轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移， ? 為機械傳動的效率。若取b??? ，則Ｓ＝ p? ，且 ()szP P G P?? ? ?。所以： 3 6 [ ( ) ]2p s zbP G PT ??? ? ???? 式中： sP 為移動部件負載（ N）， G為移動部件質(zhì)量（ N）， z P 為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（ N）， ? 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， b? 為步進電機 的步距角（ rad） ,T 為電機軸負載力矩（ ）。 取 ? =（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， ? ＝０ .8， sP = HP =Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝ 1200Ｎ，所以有： 15 36 0. 01 [ 12 51 . 82 0. 03 ( 20 00 18 00 ) ]2 3. 14 1. 5 0. 8 65 .2 5 .T n c m? ? ? ?? ? ??? 考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩： 0. 3 ~ 0. 5Q TT ? 取系數(shù)為０ .３，則： 6 5 . 2 5 1 6 3 . 1 2 .0 . 4qT n c m?? 對于工作方式為三相６拍的步進電機： m a x1 6 3 . 1 20 . 8 6 6 0 . 8 6 6 1 8 8 .3 6 .qTjT n c m? ? ? (２） 步進電機的最高工作頻率 m a xm a x 1000 16676 0 6 0 0 . 0 1pvf?? ? ?? 為使電機不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率 maxf ,同時電機最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大 ,查表選擇兩個 90BF001 型三相反應(yīng)式步進電機 . 電機有關(guān)參數(shù)如下 ： 型號 主要技術(shù)參數(shù) 相數(shù) 步距角 電壓 (V) 相電流 (A) 最大靜轉(zhuǎn)矩maxjT () 空載啟動頻率 空載運行頻率 分配方式 90BF001 4 80 7 2021 8000 4相 8拍 外形尺寸 (mm) 重量 kg 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 外直徑 長度 軸直徑 90 145 9 1764 16 5 機床 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容 １ .按照總統(tǒng)方案以及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖； ２ .選擇計算機或中央處理單元的類型； ３ .根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴展電路； ４ .根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴展Ｉ／Ｏ接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等； ５ .選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號； ６ .繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標明各器件的型號，管腳號及參數(shù)； ７ .說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進行詳細的原理說明和方案論證 。 設(shè)計步驟 確定硬件電路的總體方案。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成： 1． 主控制器。即中 央處理單元 CPU 2． 總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。 3． 存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。 4． 接口。即 I/O 輸入輸出接口。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示： 17 圖 主控制器ＣＰＵ的選擇 ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系 統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用８０３１芯片作為主控芯片。 存儲器擴展電路設(shè)計 (１）程序存儲器的擴展 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其中央處理單元 CPU 存儲器 RAM ROM 輸入 /輸出 I/O接口 信號變換 控制對象 外設(shè)： 鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等 18 型號有： 2716， 2732， 2764， 27128， 27258，其容量分別為２ k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時序的匹配。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以 減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴展用芯片。 單片機規(guī)定Ｐ 0 口提供８為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作為地址鎖存器，并由ＣＰＵ發(fā)出允許鎖存信號 ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 由以上分析，采用２７６４ EPROM 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下所示： 圖 擴展 2764電路框圖 (２）數(shù)據(jù)存儲器的擴展 ↓ ↓ ALE