【文章內容簡介】 加入適當?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比；2. 步進電機電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特點；，可以方便地對步進電機進行調整。要根據(jù)轉矩和步矩角選擇合適的步進電機，綜上所述，可選擇型號為DM39系列的步進電機。 步進最高轉速為900轉/分鐘。蝸桿蝸輪配合常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力，它主要有以下的一些特點：（i可達7~80），比交錯軸斜齒輪機構緊湊；，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構；，故傳動平穩(wěn)、噪音很小；。當蝸桿的導程角小于嚙合輪間的當量角時，機構具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能用蝸輪帶動蝸桿，如在重機械中使用的自鎖蝸桿機構，其反向自鎖性可起到安全保護作用；，磨損較嚴重；；。 蝸桿傳動的這些特點剛好符合本課程設計的相關要求 。另外，還必須清楚蝸桿傳動的基本參數(shù)包括模數(shù)m，壓力角，蝸桿直徑系數(shù)，導程角，蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)，齒頂高系數(shù)以及頂隙系數(shù)。其中，模數(shù)和壓力角是指蝸桿軸面的模數(shù)和壓力角，即蝸輪端面的模數(shù)和壓力角，且均為標準值；蝸桿直徑系數(shù)q為蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)的比值。蝸桿傳動比i=蝸桿的轉速/蝸輪的轉速，蝸桿的轉速即是步進電機的轉速，蝸輪的轉速即是分度轉臺的轉速。分度轉臺的最高轉速；要求為20轉/分鐘，由于步進電機的最高轉速為900轉/分鐘，由此能計算出蝸桿傳動比為900/20=45。 角接觸球軸承的選擇由于此機構主要承受軸向方向的載荷，以及部分的徑向載荷，在此部分選擇角接觸球軸承是最合適不過的了，因為角接觸球軸承可同時承受徑向載荷和軸向載荷。 要知道接觸角是角接觸球軸承中一個很重要的參數(shù)，它直接決定了角接觸球軸承軸向方向的承載能力，接觸角越大，軸向承載能力越大，但精度會略微減小。單列的角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向負載，在承受徑向負荷時，將引起附加軸向力，并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移，這不是我們想要的，若是成對雙聯(lián)安裝，使一對軸承的外圈相對，即寬端面對寬端面，窄端面對窄端面，這樣既可避免引起附加軸向力，而且可在兩個方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內。課程設計要求能承載的最大載荷為20Kg，分度精度為100’’，可選擇接觸角為25度的、7000AC型的角接觸球軸承，最好選擇進口的SKF軸承（因為該軸承相對于其他軸承而言，性能更好），為避免產(chǎn)生附加的軸向力，采用成對雙聯(lián)安裝方式，保持架的材質可選擇性能優(yōu)異，壽命相對較長的合成樹脂。 操作控制面板的功能設計及按鈕的布局設計布局如圖（三），包括LCD顯示器（用于顯示五位分度角度）、數(shù)字鍵0~9（用于輸入分度角度）、Left和Right鍵（用于左右移動光標）、Up和Down鍵（用于增加或減少每一位的數(shù)值）、回零按鈕（用于分度轉臺的機械回零）、顯示器開關按鈕、報警指示燈、串口RS232指示燈以及Enter鍵（完成輸入分度角度之后，按下此鍵分度轉臺轉過相應的角度）。LCD顯示器1234567890數(shù)字鍵區(qū)LeftUpDownRight顯示器開關按鈕回零按鈕ALARMRS232Enter圖（三）串行通訊電路接線圖串行通訊PCB接線圖 控制系統(tǒng)的設計首先要明確控制系統(tǒng)的基本硬件包括：CPU、存儲器（程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM）、I/O接口電路等。由于單片機具有以下的特點：；、體積小、可靠性高。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連續(xù)，大大提高了計算機的可靠性與抗干擾能力，另外，其體積小，對于強磁環(huán)境，易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作；。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中有豐富的轉移指令、I/O的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機；、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。由于單片機具有以上的特點，微處理可選擇MCS51的單片機。MCS51的單片機共有四個8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3,也就是說一共有32個接口，由于課程設計所完成的功能比較簡單，32個接口足夠用了，不需要再進行擴展I/O的設計，但要知道這四個8位的并行I/O口都有相同的特殊功能寄存器，并且具有字節(jié)尋址和位尋址的功能，每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅動器和輸入緩沖器，其中P0口的驅動能力最強，可驅動八個LSTTL負載，其他口只能驅動四個，另外P3口具有第二功能（包括RXD、TXD、INT0、INTT0、TWR、RD）。MCS51的單片機與控制面板的鏈接設計如圖（四）：MCS51~INT0INT1RXDTXDRESETUCCLCD顯示器RES232UCCUCC………1~8按鍵顯示器開關按鈕Enter按鈕UCC數(shù)字9數(shù)字0“右”“左”“下”“上”RES232指示燈ALARM指示燈UCC回零鍵圖（四） 驅動電路的設計在步進電機已選擇好的情況下，再來對驅動電路進行設計，因為步進電機對驅動電路有如下的要求：、通電方式、驅動電壓、驅動電流都必須能滿足步進電機的要求；；；，抗干擾能力強，能承受一定的過載；，效率高，安裝和維護方便。另外，還必須知道步進電機驅動電路的基本組成部分，主要包括：脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖功率放大器三個部分，具體執(zhí)行情況如下：指令——脈沖發(fā)生器——脈沖分配器——脈沖功率放大器——步進電機。在不同的機電應用系統(tǒng)中，步進電機各部分有所不同。根據(jù)課程設計任務的要求，選擇脈沖的產(chǎn)生和分配均由MCS51單片機來完成的方式，輸出脈沖信號經(jīng)功率放大器放大再進入步進電機。經(jīng)過多方綜合的考慮，選擇繼電器驅動方式（因為繼電器方式的開關量輸出是最常見的輸出方式，通過弱電控制外界的交流或直流的高電壓、大電流設備，繼電器驅動電路的設計要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電壓和電流而定，控制電流一定要大于繼電器的吸合電流才能使繼電器可靠地工作），具體的接口電路如圖（五），繼電器J吸合；，繼電器J釋放，采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復位或單片機受控復位時不吸合。二極管VD的作用是保護三極管V。原理如下：，V導通，繼電器吸合；，V截止，繼電器斷開。在繼電器吸合到斷開的瞬間，由于線圈中的電流不能突變，將在線圈產(chǎn)生較高的下正上負的感應電壓，使晶體管集電極承受較高電壓，有可能燒壞驅動三級管V。為此在繼電器J線圈兩端并接一個續(xù)流二極管VD，使線圈產(chǎn)生的感應電流有二極管VD流回。正常工作時，線圈上的電壓上正下負，二極管VD截止，對電路沒有影響。機械繼電器可在繼電器節(jié)點兩端并接火花抑制電路，減少電火花影響，如圖（五）。4N25使兩部分的電流信號獨立。UCC是單片機系統(tǒng)電源，UDD是供繼電器的電源。輸出部分的地線接機殼或接大地，而單片機系統(tǒng)的電源地線——數(shù)字地（浮空的）不與交流電源的地線相接。這樣可避免輸出部分電源變化對單片機電源的影響，減少系統(tǒng)所受的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。89C517407UCCUDDJ步進電機VB90134N25150VD1K1K﹠圖（五）第三章 旋轉模系統(tǒng)的設計 旋轉模系統(tǒng)的結構旋轉模系統(tǒng)包括：轉塔、自轉模、鏈傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構、伺服電機、沖壓模具，撥叉等組成部分。圖21所示，福建龍巖理尚精密機械有限公司申請的數(shù)控轉塔沖床專利簡圖。圖 21 旋轉模系統(tǒng)的結構圖轉塔轉塔是一個裝有凸模和凹模的旋轉輪，有上下兩個轉盤組成，模具均裝在轉盤上。依據(jù)模具工位數(shù)量的多少，轉塔可以分單軌和多軌兩種。為了使上、下轉盤轉盤的側面或背面設有定位銷孔，定位銷插入就可以保證準確定位。轉盤軸稱為T軸，T軸的驅動包括伺服電機、傳動機構、驅動軸、分度銷、上下轉盤。自轉模自動分度轉模機構(在高端的轉塔沖床上才有)即模具分度機構是用來是轉盤上某些模具沿本身軸線旋轉的機構。分度模具的轉動是有伺服電機通過聯(lián)軸器轉動分度模具的傳動蝸桿，通過蝸輪—蝸桿機構來帶動分度模具轉動。使用轉模（自動分度）機構可以沖切復雜形狀的板材，減少模具，降低模具的費用；同時還可以縮短加工時間。圖22為福建龍巖理尚精密機械有限公司申請的旋轉模專利中上自轉模的結構圖。圖22 上自轉模結構圖沖壓模具沖壓凸模在模具工位中上下滑動，凸模的座套和轉塔之間的間隙很小，這樣可以準確引導凸模運動。由于模具上下速度運動較快，容易引起轉塔的磨損。磨損的轉塔會影響模具的精度并降低制件孔的質量。因此設計過程中，每個工位都使用了模套以消除轉塔的磨損。由于模套有淬火過的合金鋼制成，其抗磨損性打打地提高了。更重要的是，如轉塔上的鍵槽或轉塔內徑損壞，更換模套既省時又省力，而且還能降低成本。如圖22所示。 旋轉模工作過程伺服電機通過鏈傳動機構帶動上下轉模的同步轉動，轉到預設的模位停止，氣缸定位定位。然后，撥叉撥動旋轉套，使之與模具套嚙合。再由伺服電機通過聯(lián)軸器直接帶動蝸桿旋轉，蝸輪帶動旋轉套的旋轉，從而帶動模具的旋轉，旋轉至預設的角度后停止，液壓沖頭沖壓工作。工作完畢后，轉模復位，撥叉撥動旋轉套脫離模套，轉盤旋轉。這就是一個工作循環(huán)。 電機選擇目前，在機械行業(yè)中，電機是所有生產(chǎn)機械的主要動力裝置，電機種類豐富多樣。按結構及工作原理分類，可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機；按用于分類，可分為驅動用電動機和控制用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電機等。數(shù)控車床上使用的主流就時步進電動機和伺服電機。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。伺服電機是將電信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚪撬俣?，分直流和交流兩種。電機選擇要點如下表：表31 電機選擇要點選用要點一根據(jù)機械負載特性、生產(chǎn)工藝、電網(wǎng)要求、建設費用、運行費用等綜合指標，合理選擇電動機的類型選用要點二根據(jù)機械負載所要求的過載能力、起動轉矩、工作制及工況條件，合理選擇電動機的功率，使功率匹配合理，并具有適當?shù)膫溆霉β?，力求運行安全、可靠而經(jīng)濟選用要點三根據(jù)使用場所的環(huán)境，選擇電動機的防護等級和結構型式選用要點四根據(jù)生產(chǎn)機械的最高機械轉速和傳動調速系統(tǒng)的要求，選擇電動機的轉速選用要點五根據(jù)使用環(huán)境溫度，維護檢修方便、安全可靠等要求，選擇電動機的絕緣等級和安裝方式選用要點六根據(jù)電網(wǎng)電壓、頻率，選擇電動機的額定電壓、頻率總結在選用電動機時，要努力執(zhí)行國家技術經(jīng)濟政策，積極采用節(jié)能產(chǎn)品和新產(chǎn)品，提高綜合經(jīng)濟效益參閱相關資料，交流伺服電機較步進電機的優(yōu)越性能：1 控制精度高176。(兩相)176。(五相)，而交流伺服電機的精度取決于電機編碼器的精度,能實現(xiàn)了位置的閉環(huán)控制，從根本上克服了步進電機的失步問題。2 矩頻特性好步進電機的輸出力矩隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其工作轉速一般在每分鐘幾十轉到幾百轉。而交流伺服電機在其額定轉速(一般為2000r/min或3000r/min)以內為恒轉矩輸出，在額定轉速以E為恒功率輸出。3 具有過載能力4 加速性能好步進電機空載時從靜止加速到每分鐘幾百轉，需要200—400ms：交流伺服電機的加速性能較好。設計時選用交流伺服電機。帶