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正文內(nèi)容

dk7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)

2025-06-13 12:07 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 。絲桿副最大移動(dòng)速度(mm/min)。絲桿預(yù)期壽命。1.型號(hào)選擇(1)根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求 選擇滾道截面形狀,滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式;(2)計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù) ①根據(jù)使用工作條件,查得載荷系數(shù)==; ②計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 ③計(jì)算當(dāng)量載荷 ④初步確定導(dǎo)程 取5mm⑤計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速⑥計(jì)算絲桿所需的額定載荷(3)選擇絲桿型號(hào)根據(jù)初定的和計(jì)算的,選取導(dǎo)程為5mm,額定載荷大于的絲桿。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。2.臨界轉(zhuǎn)速校核校核合格。3.由于此絲桿是豎直放置,且其受力較小,溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。4.滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動(dòng)載荷的十分之一。即:其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩(三)步進(jìn)電機(jī)的選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī),是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn):①轉(zhuǎn)速(或線速度)與脈沖頻率成正比;②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi),不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化;③速度可調(diào),能夠快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn);④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。數(shù)控電火花成型機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)電位精度高,速度調(diào)節(jié)方便快速,受環(huán)境影響小,且額定功率小,并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),具備以上的所有條件,我們選用了型號(hào)90BF004的電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟:(一)根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)1.步距角初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào),并從手冊(cè)中查到步距角,由于 綜合考慮,我初選了,可滿足以上公式。2.距頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mmq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系是: Mmq=步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算: 式中:Mkq為空載啟動(dòng)力矩;Mka為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩;Mkf為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩;為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,即: MkqMmq=λMjmax計(jì)算Mkq的各項(xiàng)力矩如下:(1)加速力矩 (2)空載摩擦力矩 (3)附加摩擦力矩 (二)啟動(dòng)矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)有三種工況:啟動(dòng),快速進(jìn)給運(yùn)行,工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的,僅僅是指初選惦記后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求,但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此,還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大,啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動(dòng)過程中只要升速時(shí)間足夠長,啟動(dòng)過程緩慢,空載啟動(dòng)力矩中的加速力矩不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。(四)進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)滾珠絲杠的支承和支承方式將影響絲杠副的剛度,因此,對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高時(shí)應(yīng)審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種:①絲杠一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承;螺母相當(dāng)于固定支承。②安裝一個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為鉸支承;因此絲杠的支承方式有兩端固定,一端固定,一端鉸支,一端固定、一端自由,兩端鉸支,一端固定、一端鉸支幾種。本次采用的是兩端固定形式支承螺桿的支承方式有以下四種:(1)雙推自由支承:將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端,另一端自由特點(diǎn):適用于短螺桿。(2)雙推支承 將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端,另一端裝一個(gè)或兩個(gè)深溝球軸承。特點(diǎn):螺桿水平安裝時(shí),可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),自由端的晃動(dòng)。適用于長螺桿。(3)單推單推或雙推單推 兩端各裝一個(gè)方向相反的推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承或一端裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承,另一端裝一個(gè)推力球軸承。 特點(diǎn)可預(yù)拉伸螺桿,以減少或消除螺桿水平安裝時(shí),因自重產(chǎn)生的彎曲,當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的1/3時(shí),螺桿拉壓剛度可提高4倍,且不會(huì)承受壓力,無失穩(wěn)現(xiàn)象。(4)雙推雙推 兩端各裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承 特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)與單推單推式相同,當(dāng)超過預(yù)計(jì)溫度時(shí),不會(huì)因螺桿伸長使軸承產(chǎn)生間隙,缺點(diǎn)是調(diào)整較復(fù)雜。四、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一) 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定,如車床、銑床、:通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī) 控制系統(tǒng)框圖(二)數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)設(shè)計(jì)單片機(jī)通常是指芯片本身,它是由芯片制造商生產(chǎn)的,在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不并能把計(jì)算機(jī)的全部電路都集成到其中,有些元件如復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外,在實(shí)際的控制應(yīng)用中,常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。通常所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的,是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中,單片機(jī)處于核心地位,是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。(1)MCS51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件,都是在8051的基本上改變部分資源(程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件)。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我們采用的是8031,8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒有程序存貯器,必須外接EPROM程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝(DIP),引腳和功能分為三部分。此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTALXTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc(40腳):接+5V電源。Vss(20腳):接地。時(shí)鐘引腳(119腳):外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器,它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1(19腳):接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部,它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí),此引腳應(yīng)接地。XTAL2(18腳):接外部晶體的另一端,在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí),該引腳接受振蕩器的信號(hào),即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。它包括RST、ALE、等。此類引腳提供控制信號(hào),有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD(9腳):當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí),在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位(RST)。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤,以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間,此引腳可接備用電源(VPD),以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值,而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)((5177。)V)時(shí),VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/(30腳):當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時(shí),ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問外部存貯器,ALE端仍有周期性正脈沖輸出,其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是,每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí),在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次,即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。(29腳):此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令(或常數(shù))期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間,每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí),這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。/Vpp(31腳):當(dāng)端保持高電平時(shí),單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序存貯器,但當(dāng)PC值超過某值時(shí),將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí),則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器。對(duì)8031來說,因其無內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地,即此時(shí)只能訪問外部程序存貯器。輸入/輸出(I/O)口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口():為雙向8為三態(tài)I/O口,當(dāng)作為I/O口使用時(shí),可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口,可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口():為8位準(zhǔn)雙向I/O口,它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線(作為輸入口時(shí),鎖存器必須置1),可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口():為8位準(zhǔn)雙向I/O口,當(dāng)作為I/O口使用時(shí),可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用,可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載,一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口():為8位準(zhǔn)雙向I/O口,是雙功能復(fù)用口,可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。(2)MCS51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,XTALXTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端,該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器,大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),: 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路,、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、C2可在20pF100pF之間選擇,一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTALXTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,應(yīng)采用NPO電容.(3)MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作.單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平,使器件復(fù)位,只要RST保持高電平, ,P0,P1,P2,退出復(fù)位狀態(tài),.,常常需要人工按鈕復(fù)位,如圖 所示: 上電按鈕復(fù)位電路對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms),RC的典型值為C=10μF,R=,干擾信號(hào)易串入復(fù)位端,可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位,這時(shí)可在RST引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路,按下開關(guān)一定時(shí)間就能使RST引腳端為高電平,從而使單片機(jī)復(fù)位在以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展程序存貯器,用以存放控制程序。同時(shí),單片機(jī)內(nèi)部的存貯器容量較小,不能滿足實(shí)際需要,還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器。這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器(包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器)。另外,在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路,用來與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí),僅有幾個(gè)內(nèi)部I/O接口是不夠的,因此,單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。(1) 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展MCS—51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB(0000H~0FFFFH),其中8058751片內(nèi)有4kB的ROM或EPROM,8031片內(nèi)不帶ROM。當(dāng)片沒ROM不夠采用8031芯片時(shí),需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。用作程序存儲(chǔ)器的器件是EPROM和EEPROM, MCS—51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路如圖 MCS—51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路由于MCS—51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線,因此,在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí),必須用地址鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí),鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連,在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存儲(chǔ)器容量要求的不同,常用的擴(kuò)展 芯片包括EPROM2716(2kB8)、2732A(4kB8)、2764A(8kB8)、27128A(16kB8)、27256(32kB8)和27512(64kB8)等。以上6種EPROM均為單一+5V電源供電,維持電流為35mA~40Ma,工作電流為75 mA~100 mA,讀出時(shí)間最大為250ns,均有雙列直插式封裝形式,A0~A15是地址線,不同的芯片可擴(kuò)展的存儲(chǔ)容量的大小不同,因而提供高8位地址的P2端口線的數(shù)量各不相同,故2716為A0~A10,27152為A0~A15;D0~D7是數(shù)據(jù)線;CE是片選線,低電平有效;OE是數(shù)據(jù)輸出選通線;Vpp是編程電源;Vcc是工作電源;PGM是編程脈沖輸入端。根據(jù)圖 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理,以EPROM2764A和鎖存器74LS373為例對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展,其連接圖如圖所示。 8031擴(kuò)展2764的連接圖因?yàn)?764A是8kB容量的EPROM,故用到了13根地址線,A0~A12。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器,所以可將片選端CE直接接地。同時(shí),8031運(yùn)行所需程序指令來自2764A,要把其EA端接地,否則,8031將不會(huì)運(yùn)行。電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM是近年來推出的新產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改,并在斷電的情況下保持結(jié)果。因此,自從EEPROM問世以來,在智能化儀器儀表、控制裝置、開發(fā)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。(2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8031單片機(jī)內(nèi)部有128字節(jié)RAM存儲(chǔ)器。CPU對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令。
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