【文章內(nèi)容簡介】 顯然此變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,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,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).計算臨界負載 =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,一端簡支= ===㎝===78214 N===[](一般[]=～4)此滾珠絲杠不會產(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 齒輪傳動比計算已確定縱向進給脈沖當(dāng)量==6㎜，初選步進電機步距角176。可計算出傳動比 ===可選定齒輪齒數(shù)為: ==或已確定橫向進給脈沖當(dāng)量= ,滾珠絲杠導(dǎo)程=5㎜,176。可計算傳動比 : ===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,故此處可采用兩級齒輪降速: === =2===25因進給運動齒輪受力不大，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 步進電機的計算和選型選用步進電機時，必須首先根據(jù)機械結(jié)構(gòu)草圖計算機械傳動裝置及負載折算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，分別計算各種工況下所需的等效力矩，在根據(jù)步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩和起動、運行矩頻特性選擇合適的步進電機。一、縱向進給步進電機計算計算見圖21，傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的慣量（㎏㎝）可由下式計算： =++式中 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（㎏㎝）。、齒輪、的傳動慣量（㎏㎝）。滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（㎏㎝）。參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF，起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量=10㎏㎝。 =10=102=㎏㎝=10=*1082=㎏㎝=104150=㎏㎝=1000 N代入上式： =++=10++=㎏㎝考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題 /=10/=基本滿足匹配的要求。機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面按個階段計算：（1） 快速空載起動力矩起 。在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： 起 =++ ==10= =將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。 ===500 。起動加速時間 =30 ==10= N㎝折算到電機軸上的摩擦力矩： == ==94 N㎝附加摩擦力矩： == ===153 N㎝上述三項合計：起 =++ =+94+153= N㎝（2）快速移動時所需力矩快 快=+=94+153=247 N㎝（3）最大切削負載時所需力矩切 切=++=++ =94+153+=94+153+ =375 N㎝從上面的計算可以看出，起、快和切三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以次作為初選步進電機的依據(jù)。從表中查出，當(dāng)步進電機為五相十拍時，==。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，但還必須進一步考核步進電機起動距頻特性和運行距頻特性。 ===4000 HZ===1000 HZ從表中查出 型步進電機允許的最高空載起動頻率為2800 HZ運行頻率為8000 HZ ， 130BF001步進電機的起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如圖23，24所示，可以看出，當(dāng)步進電機起動時，f起=2500Hz時，M=100，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩（）直接使用將會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實現(xiàn)），將起動頻率將到1000Hz時，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可以將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。當(dāng)快速運動和切削進給時，130BF001型步進電機運行矩頻特性（圖24）完全可以滿足要求。二、橫向進給步進電機計算和選型電機選為計算步驟如上所述，經(jīng)計算滿足要求，此處計算略。繪制進給伺服系統(tǒng)機械裝配圖在完成運動及動力計算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進電機型號，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號之后，就可以畫機械裝配圖。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）、橫向機構(gòu)初選步進電機：1 . 計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩Tm ………………………………式（18） 式中: —脈沖當(dāng)量 (mm/step)。 —進給牽引力 (N)。 —步距角,176。2 . 初選步進電機型號 根據(jù)=，其中，,..3 . 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 根據(jù)簡圖 ，即圖（2），計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量運動件的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算: 式中 、—齒輪、的轉(zhuǎn)動慣量 () —滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 () = 式中 D—圓柱體直徑(cm)。 L—圓柱體長度 (cm)。 代入上式: 4. 電機轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計算:1) 快速空載起動慣性矩在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計算公式如下： 又： 代入得： 折算到電機軸上的摩擦力矩:）式中：η—傳動鏈總效率,~。i—傳動比。 —貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=附加摩擦力矩：式中：η—傳動鏈總效率,~。i—傳動比。Fpo—滾珠絲杠預(yù)加負荷,一般取1/3Fm,Fm為進給牽引力(N)。ηo—滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,一般取≥,此處取ηo=所以：2) 快速移動所需力矩 =+= 3) 最大切削載時所需力矩 從上面計算可以看出、三種工況下,以快速空載起動慣性矩最大,即以此項作為校核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù).查得：當(dāng)步進電機為兩相四拍時， =故最大靜力矩Mjmax=，而電機保持轉(zhuǎn)矩為 ，大于最大靜力矩Mjmax，所以滿足要求！但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運轉(zhuǎn)矩頻特性。計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 圖（5）、56BYG250E—ASSBL—0241型混合式步進電機矩頻特性圖當(dāng)快速運動和切削進給時，56BYG250E—ASSBL—0241型混合式步進電機運行矩頻完全可以滿足要求。繪制進給伺服系統(tǒng)機械裝配圖在完成運動及動力計算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進電機型號，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號之后，就可以畫橫向機械裝配圖。見附圖（二）第四章、微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計167。1 微機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容(一)硬件電路設(shè)計內(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） 存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。（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系列單片機中的80C51，因為其集成度高，穩(wěn)定性、可靠性好，體積小，而且有很強的外部擴展功能，外圍擴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)擴展電路來構(gòu)成較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。存儲器擴展電路設(shè)計存儲器擴展包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器擴展兩部分。分別選擇兩片2764和一片6264來擴展16K的內(nèi)存。I/O接口電路設(shè)計設(shè)計內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用I/O接口芯片，步進電機伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計（如復(fù)位、掉電保護等）。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彈起、直到再次啟動后操作者用手動拔出的按鈕，此處由于表達方式的限制，僅以普通按鈕表示。（二）、機床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件是硬件的補充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件。軟件設(shè)計步驟分為以下幾步：（1） 據(jù)軟件要實現(xiàn)的功能，能制定出軟件技術(shù)要求；（2） 將整個軟件模塊化，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，合理分配好存儲單元；（4） 分別對各模塊編程，并調(diào)試；（5） 連接各模塊，進行統(tǒng)一調(diào)試及優(yōu)化；（6） 固化到各程序存儲器中。數(shù)控系統(tǒng)中常用軟件模塊（1） 軟件實現(xiàn)環(huán)行分配器；（2） 插補運算模塊；（3） 自動升降速控制模塊。167。2 80C51單片機及其擴展(一)80C51單片機的簡介 1．芯片引腳及片外總線結(jié)構(gòu)80C51單片機采用40腳雙直插封裝（DIP）形式，如圖(6)所示。80C51單片機是高性能單片機，因為受到引腳數(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。在采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該端引腳必須接地；對于CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個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。若需采用外部時鐘電路，對于HMOS單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于CHMOS單片機，此引腳應(yīng)懸浮。圖（6）.80C51引腳圖（3） 控制信號引腳RST、ALE//PROG、PSEN、/EA/