【文章內(nèi)容簡介】 ωD為折算成單軸系統(tǒng)電動機軸角速度各項計算如下：已知：J0＝0忽略不計， mn=齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計算公式： （）其中：ρ為回轉(zhuǎn)半徑G為轉(zhuǎn)件的重量滾珠絲杠的慣性矩計算公式： （）最后計算可得：J1=103Kg. m2J2=103Kg. m2J3=104Kg. m2J4=105Kg. m2Vm=12 m/sωD=2πrad/s故慣性負(fù)載根據(jù)式（）得：JD=J0+J1+(Zl/Z2)（J2＋J3）+ J4 (Vm/ωD)2mn= Kg. cm2此值為近似值故此值小于所選電機的轉(zhuǎn)動慣量。第六章 傳動系統(tǒng)剛度的分析數(shù)控十字工作臺XY工作臺其實為一進(jìn)給傳動系統(tǒng)，其傳動系統(tǒng)的剛度可根據(jù)不出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進(jìn)給靈敏度的條件來確定。 根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度傳動系統(tǒng)中的當(dāng)量剛度K或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度C主要由最后傳動件的剛度K0或C0決定的，在估算時，取K=K0，C=C0對滾珠絲杠傳動,其變形主要包括：①絲杠拉壓變形②扭轉(zhuǎn)變形③絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。④軸承和軸承座的變形。在工程設(shè)計和近似計算時，一般將絲杠的拉壓變形剛度的三分之一作為滾珠絲杠副的傳動剛度K0，根據(jù)支承形式可得： 式（）式中：E=10 4(Kgf/ mm 2)F= 2 L=Ls＝250 mm則根據(jù)式（）得：K0=傳動系統(tǒng)剛度較大，可以滿足要求。此時傳動系統(tǒng)的剛度應(yīng)滿足： K△≥F0/△ 式（）式中：K△—傳動系統(tǒng)當(dāng)量剛度F0—部件運動時的靜摩擦力N —正壓力,N=W/g=230kgfF —靜摩擦系數(shù)， △ —部件調(diào)整時，所需的最小進(jìn)給量則：F0=230=A==即滿足微量進(jìn)給要求的傳動系統(tǒng)剛度為:K△≥F0/△＝＝結(jié)合上述傳動系統(tǒng)剛度的討論可知滿足微量進(jìn)給靈敏度所需要的剛度較小，可以達(dá)到精度要求。第七章 消隙方法與預(yù)緊數(shù)控機床的機械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達(dá)到理想齒面的要求，因此一對嚙合的齒輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。齒側(cè)間隙會造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向動作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用各種消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對不同類型的齒輪傳動副有不同的方法。 如圖71，齒輪１裝在電動機軸上，調(diào)整偏心軸套２可以改變齒輪１和３之間的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。1齒輪 2偏心套 3齒輪 圖71 偏心軸套調(diào)整法 如圖72所示將一對齒輪１和２的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時改變墊片３的厚度就能改變齒輪１和２的軸向相對位置，從而消除齒側(cè)間隙。圖72 錐度齒輪調(diào)整法 圖73是另一種雙片齒輪周向彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)，兩片薄齒輪1和2套裝一起，每片齒輪各開有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱3，用來安裝彈簧4。裝配時使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。對比三種方案：第一種需要經(jīng)常的調(diào)整，對于本身就以提高效率為目標(biāo)的數(shù)控機床而言肯定不合適。第二種是很不錯的方案，但在切割機上并不實用。第三種方案相比較而言在數(shù)控切割機上適用，而且不需要人為經(jīng)常調(diào)整，很適合數(shù)控機床的需要。本設(shè)計方案選用第三種方法。圖73 雙片齒輪錯齒調(diào)整法滾珠絲杠副在工作臺上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計選用兩端支承形式中的“雙支點各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機器工作時軸承的振動。預(yù)緊量由廠家提供。第八章 控制系統(tǒng)設(shè)計 確定機床控制系統(tǒng)方案根據(jù)機械系統(tǒng)方案的要求，可以看出：對機械部分的控制只有進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電機的控制和工作臺回轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機控制?？刂葡到y(tǒng)有微機的、有PLC的、也有單片機的，這里采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟(jì)型的單片機控制系統(tǒng)。另外，居然要控制，就得有輸入和輸出設(shè)備才能對相應(yīng)的運動進(jìn)行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖81所示：存儲器擴展光電隔離驅(qū)動器I/O口擴展單片機功 率 放 大X軸電機Y軸電機Z軸電機驅(qū)動器橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠顯示器鍵 盤圖81 控制系統(tǒng)框圖 主要硬件配置由于89C51芯片在性價比上比同類單片機高，加上8038051市場上已經(jīng)停產(chǎn)，所以選擇89C51作為主芯片。 主要管腳功能89C51是40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能: ①控制線——片外存儲器選擇端，雖然89C51內(nèi)有4K的FLASH，但為了方便接線和各程序的存放，故不使用內(nèi)部程序存儲器，這樣接地，從外部程序存儲器讀取指令。②——外部程序存儲器選通端,以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲器。 ③ALE——地址鎖存控制端,系統(tǒng)擴展時，ALE控制P0口輸出的低八位地址送鎖存器儲存，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址隔離。此外ALE以l/6晶振的固定頻率輸出正脈沖,可作為外部時鐘或定時脈沖。④RESET——復(fù)位端,當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)二個周期以上高電平，完成復(fù)位初始化操作。⑤89C51中I/O口的介紹P0口——外接存儲器時，此口為擴展電路低八位地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用口；Pl口——用戶使用的I/O口；P2口——外接存儲器時,作擴展電路高八位的地址總線；P3口——雙重功能口；P0—P3口均為八位雙向口。P0口可驅(qū)動8個TTL門電路，Pl—P3口只能驅(qū)動四個TTL門電路。⑥時鐘——XTAL1和XTAL2，使用內(nèi)部時鐘時，二端接石英和微調(diào)電路；使用外部時鐘時，接外部時鐘脈沖信號。89C51三總線結(jié)構(gòu)：地址總線AB——地址總線為16位，外部存儲器直接尋址范圍為64KB，地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器，提供八位A0A7，高八位A8—A15由P2口直接提供。數(shù)據(jù)總線DB——數(shù)據(jù)總線為8位，自P0口直接提供。,控制總線CB——由P3口第二功能控制線、ALE、RESET組成。 EPROM的選用為簡化電路，此處選用2764EPROM (8K*8位)。本設(shè)計采用二片2764EPROM，分別存放監(jiān)控程序,各功能模塊程序,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時，只需更換各自芯片即可，方便升級。2764芯片主要引腳功能:①A0—A12 13位地址線②D0—D7 數(shù)據(jù)輸出線③ 數(shù)據(jù)輸出允許信號④ 編程控制信號，用于引入編程脈沖⑤ 片選信號2764主要工作方式:①讀方式——及為低電平，Vpp＝＋5V時處于讀出方式②寫方式——為低電平, 亦為低電平，VPP＝＋21V, 為高電平時，2764芯片處于禁止?fàn)顟B(tài)。將數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元。③編程禁止方式一此為向多片2764寫入不同程序而設(shè)置的，當(dāng)VPP=+21V時，為高電平時，2764芯片處于編程禁止?fàn)顟B(tài)。 RAM的選用數(shù)據(jù)存儲器RAM通常采用MOS型，MOS型RAM分靜態(tài)、動態(tài)兩種。動態(tài)RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制邏輯復(fù)雜，需要定期刷新,尤其是容易受到干擾，對環(huán)境、結(jié)構(gòu)、電摞等都有較高的要求。對實時控制系統(tǒng)而言,可靠是第一位的,此處選用大容量靜態(tài)RAM6264(8K*8位)一片。6264主要引腳功能：①A0—A12 13位地址線②IO1—IO7 數(shù)據(jù)輸入輸出線③ 數(shù)據(jù)輸出允許信號④ 寫選通信號⑤ 片選信號6264主要工作方式:①讀方式——及為低電平，為高電平時，6264將數(shù)據(jù)輸出到指定地址。②寫方式——為低電平，亦為低電平時,允許數(shù)據(jù)輸入。③封鎖方式——為高電平時，該芯片沒被選通，不工作。 89C51存儲器及I/O的擴展可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對應(yīng)的軟件命令來加以改變的接口芯片。這類芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由CPU對其編程設(shè)定工作方式，然后按設(shè)定的方式進(jìn)行操作。8155可編程并行I/O接口具有功能強，價格便宜，且具有與MCS51單片機配置簡單、方便等優(yōu)點。是單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的外部功能擴展器件之一。(1)存儲器與單片機聯(lián)接，主要是通過三總線聯(lián)接。應(yīng)考慮總線的驅(qū)動能力是否足夠。存儲器2766264存儲量均為8K，需13位地址進(jìn)行存儲單元選擇，將A0—A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對應(yīng)聯(lián)接，將A8－，—。數(shù)據(jù)線聯(lián)接將存儲器數(shù)據(jù)輸出端D0－Dl與89C51P0口聯(lián)接?？刂凭€89C51 與2764相聯(lián)，89C51從外部EPROM取指令。、 分別與626相聯(lián)，89C51對外部RAM進(jìn)行讀/寫。 (2)8155許多信號與89C51兼容，可直接聯(lián)接，因8155內(nèi)部已有鎖存器，因此8155數(shù)據(jù)地址復(fù)合線AD0一AD7與89C51P0口直接相聯(lián)。地址鎖存信號ALE與89C51ALE相聯(lián)。片選信號經(jīng)譯碼后產(chǎn)生，此時對8155需要使用16位地址進(jìn)行編址。8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見圖82。 圖82 8155引腳