【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 形量已大于定位精度的要求,應(yīng)該采取響應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì),因橫向溜板空間的限制,不宜再加大滾珠絲杠的直徑,估采用貼塑導(dǎo)軌見效摩擦力,: 從圖46查出當(dāng)時(shí),和不變,則,定位精度為,估此變形量仍不能滿足,如果將滾珠絲杠再經(jīng)過預(yù)拉伸,剛度還可提高四倍,則變形量可控制在要求的范圍之內(nèi).計(jì)算臨界負(fù)載 =式中 材料彈性模量,鋼: =10 N/㎝。截面慣性矩(㎝)絲杠: =,為絲杠內(nèi)徑。絲杠兩支承端距離(㎝)。絲杠支承方式系數(shù),從表413中查出，一端固定,一端簡(jiǎn)支= ===㎝===78214 N===[](一般[]=～4)此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。三、 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)。其幾何參數(shù)如下:名稱符號(hào)W1L2506W1L2005螺紋滾道公 稱 直 徑2520導(dǎo) 程65接 觸 角鋼 球 直 徑滾道法面半徑偏 心 距螺 紋 升 角螺桿螺 桿 外 徑螺 桿 內(nèi) 徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋直徑螺 母 內(nèi) 徑24 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量==6㎜，初選步進(jìn)電機(jī)步距角176?？捎?jì)算出傳動(dòng)比 ===可選定齒輪齒數(shù)為: ==或已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量= ,滾珠絲杠導(dǎo)程=5㎜,176?？捎?jì)算傳動(dòng)比 : ===考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程,故此處可采用兩級(jí)齒輪降速: === =2===25因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取2。有關(guān)參數(shù)如下:表21齒數(shù)324024402025分度圓648048804050齒頂圓688452844454齒根圓597543753545齒寬（6~10）202020202020中心距72644525 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分別計(jì)算各種工況下所需的等效力矩，在根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。一、縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算計(jì)算見圖21，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的慣量（㎏㎝）可由下式計(jì)算： =++式中 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（㎏㎝）。、齒輪、的傳動(dòng)慣量（㎏㎝）。滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（㎏㎝）。參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10㎏㎝。 =10=102=㎏㎝=10=*1082=㎏㎝=104150=㎏㎝=1000 N代入上式： =++=10++=㎏㎝考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題 /=10/=基本滿足匹配的要求。機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面按個(gè)階段計(jì)算：（1） 快速空載起動(dòng)力矩起 。在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 起 =++ ==10= =將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 ===500 。起動(dòng)加速時(shí)間 =30 ==10= N㎝折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： == ==94 N㎝附加摩擦力矩： == ===153 N㎝上述三項(xiàng)合計(jì)：起 =++ =+94+153= N㎝（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩快 快=+=94+153=247 N㎝（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩切 切=++=++ =94+153+=94+153+ =375 N㎝從上面的計(jì)算可以看出，起、快和切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以次作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，==。最大靜力矩=㎝ 。按此最大靜轉(zhuǎn)距從表查出， N㎝ 。大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行距頻特性。 ===4000 HZ===1000 HZ從表中查出 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800 HZ運(yùn)行頻率為8000 HZ ， 130BF001步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如圖23，24所示，可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500Hz時(shí)，M=100，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（）直接使用將會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率將到1000Hz時(shí)，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可以將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，130BF001型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（圖24）完全可以滿足要求。二、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型電機(jī)選為計(jì)算步驟如上所述，經(jīng)計(jì)算滿足要求，此處計(jì)算略。繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫機(jī)械裝配圖。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。在兩個(gè)薄片齒輪1和2上分別裝上耳座3和8，彈簧4的一端鉤在耳座3上，另一端鉤在耳座8的螺釘7上。用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長度即可調(diào)整彈簧的彈力，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2的左、右齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)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 ………………………………式（18） 式中: —脈沖當(dāng)量 (mm/step)。 —進(jìn)給牽引力 (N)。 —步距角,176。2 . 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)=，其中，,..3 . 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)簡(jiǎn)圖 ，即圖（2），計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算: 式中 、—齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () —滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () = 式中 D—圓柱體直徑(cm)。 L—圓柱體長度 (cm)。 代入上式: 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(dòng)慣性矩在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 又： 代入得： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩:）式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,~。i—傳動(dòng)比。 —貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=附加摩擦力矩：式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,~。i—傳動(dòng)比。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)。ηo—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,一般取≥,此處取ηo=所以：2) 快速移動(dòng)所需力矩 =+= 3) 最大切削載時(shí)所需力矩 從上面計(jì)算可以看出、三種工況下,以快速空載起動(dòng)慣性矩最大,即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù).查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時(shí)， =故最大靜力矩Mjmax=，而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為 ，大于最大靜力矩Mjmax，所以滿足要求！但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 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(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，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。繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫橫向機(jī)械裝配圖。見附圖（二）第四章、微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)167。1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容(一)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ),也是軟件編制的前提,數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖。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。（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，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（4） 接口，即輸入/輸出接口電路。（5） 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。選擇中央處理單元CPU的類型CPU的種類很多，在此處選擇MCS——51系列單片機(jī)中的80C51，因?yàn)槠浼啥雀?，穩(wěn)定性、可靠性好，體積小，而且有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功能，外圍擴(kuò)展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展電路來構(gòu)成較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展兩部分。分別選擇兩片2764和一片6264來擴(kuò)展16K的內(nèi)存。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）。經(jīng)考慮，選擇8255為I/O接口芯片，液晶顯示控制器LR—104VRAM來控制LCD。圖中的急停開關(guān)應(yīng)采用那種按下去之后不會(huì)彈起、直到再次啟動(dòng)后操作者用手動(dòng)拔出的按鈕，此處由于表達(dá)方式的限制，僅以普通按鈕表示。（二）、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)軟件。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(gè)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(chǔ)單元；（4） 分別對(duì)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(chǔ)器中。數(shù)控系統(tǒng)中常用軟件模塊（1） 軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)行分配器；（2） 插補(bǔ)運(yùn)算模塊；（3） 自動(dòng)升降速控制模塊。167。2 80C51單片機(jī)及其擴(kuò)展(一)80C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介 1．芯片引腳及片外總線結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)采用40腳雙直插封裝（DIP）形式，如圖(6)所示。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。下面說明這些引腳的名稱和功能。（1） 電源引腳Vss和Vcc Vss(20腳)：接地。 Vcc(40腳)：主電源+5V。（2） 時(shí)鐘電路引腳XTAL1`和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該端引腳必須接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)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。若需采用外部時(shí)鐘電路，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。圖（6）.80C51引腳圖（3） 控制信號(hào)引腳RST、ALE//PROG、PSEN、/EA/Vpp