【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 66010nTL? 查表得使用壽命時(shí)間 T=15000h，初選絲杠螺距 t=4mm，得絲杠轉(zhuǎn)速 m a x1000 1 0 0 0 1 2 5 0 ( / m i n )4Vnrt ?? ? ? 所以 660 25 0 15 00 0 22510L ???? X 向絲杠牽引力 f G? 當(dāng) ()f當(dāng) — — 當(dāng) 量 摩 擦 系 數(shù) 1 .4 1 4 0 .0 1 2 4 0 3 .3 9 ( )N? ? ? ? Y 向絲杠牽引力 1 . 4 1 41 . 4 1 4 0 . 0 1 2 8 7 4 . 0 6 ( )yyP f G N?? ? ? ?當(dāng) 所以最大動(dòng)負(fù)荷 8 X 向 3 2 2 5 1 1 3 . 3 9 2 0 . 6 ( )xQN? ? ? ? ? Y 向 3 2 2 5 1 1 4 . 0 6 2 4 . 7( )y ? ? ? ? ? 查表，取滾珠絲杠公稱(chēng)直徑 0 10d mm? ，選用滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為 SFK1004，其額定動(dòng)載荷為 390N，足夠用。 ⑵、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算 ， 見(jiàn)表 31。 表 31 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 名 稱(chēng) 符 號(hào) 計(jì)算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱(chēng)直徑 0d 10 螺距 t 4 接觸角 ? 45 鋼球直徑 qd 2 螺紋滾道法面半徑 R ?? 偏心距 e ? ?/ 2 si n 3qe R d ?? ? ? 螺紋升角 ? 0a rc 7. 26ttg d? ??? 螺桿 螺桿外徑 d ? ?0 0 .2 ~ 0 .2 5 9 .5qd d d? ? ? 螺桿內(nèi)徑 ld 0 2 2 7 .9 8ld d e R? ? ? ? 螺桿接觸直徑 zd 0 c os 8. 59zqd d d ?? ? ? 螺母 螺母螺紋外徑 D 0 2 2 1 2 .0 2D d e R? ? ? ? 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D ? ?10 0 .2 ~ 0 .2 5 5 1 0 .5qD d d? ? ? ⑶、傳動(dòng)效率計(jì)算 7 . 2 6 0 . 9 7 3( ) (7 . 2 6 0 . 2 )tg tgtg tg?? ??? ? ??? 式中： ? —— 摩擦角； ? —— 絲杠螺紋升角。 ⑷、剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P引起的導(dǎo)程 0L 的變化量 01 PLL EF?? Y 向所受牽引力大，故應(yīng)用 Y 向參數(shù)計(jì)算 ( )PN? 0 ( )L cm? 622 0 .6 1 0 ( / )E N cm?? ? ?材 料 為 鋼 9 ? ?2220 .7 9 83 .1 4 0 .52F R c m? ??? ? ????? 所以 61 62 4 .7 0 .5 1 .2 1 0 ( )2 0 .6 1 0 0 .5L c m??? ? ? ? ??? 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量 2L 很小，可以忽略。 所以導(dǎo)程總誤差 ? ?6010 0 10 10 3 / m mL ??? ? ? ? 查表知 E級(jí)精度的絲杠允許誤差 15m? ，故剛度足夠。 ⑸、穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。 步進(jìn)電機(jī)的選用 ⑴、步進(jìn)電機(jī)的步距角 b? 取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 /p mm ste p? ? ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 ? ? 。 ⑵、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為 T，負(fù)載力為 P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系 T Ps??＝ 式中： ? —— 電機(jī)轉(zhuǎn)角； s —— 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； ? —— 機(jī)械傳動(dòng)效率。 若取 b??? ，則 ps ?? ，且 SP P G??? ，所以 ? ?36 ()2pSbPGT N cm???? ??? 式中： SP —— 移動(dòng)部件負(fù)載（ N）； G—— 移動(dòng)部件重量（ N）； zP —— 與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（ N）； ? —— 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； b? —— 步進(jìn)電機(jī)步距角，（ rad）； T—— 電機(jī)軸負(fù)載力矩（ Ncm ） 本例中，取 ?? （ 淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， ?? ， SP 為絲杠牽引 10 力， P N?? ?？紤]到重力影響， Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取 287yG G N?? ，所以 ? ?3 6 0 .0 1 2 4 .7 0 .0 3 2 8 7 1 .3 3 ( )2 1 .5 0 .9 6T N c m?? ? ????? 若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩 ~ TT ? 取安全系數(shù)為 ，則 ? ? qT N cm?? 對(duì)于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī) m ax 66qj TT ?? ? ?Ncm ⑶、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 m a xm a x 1000 1 0 0 0 1 1 6 6 7( )6 0 6 0 0 . 0 1pVf H z? ?? ? ?? 查表選用兩個(gè) 45BF005Ⅱ 型步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表 22。 表 32 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型 號(hào) 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 外形尺寸()mm 重量 ()N 步 距角?? 最 大靜轉(zhuǎn)距? ?Ncm 最高空載啟動(dòng)頻率( /steps) 相數(shù) 電壓 ()V 電流 ()A 外徑 長(zhǎng)度 軸徑 45BF005Ⅱ 1． 5 3000 3 27 2.5 45 58 4 11 確定齒輪傳動(dòng)比 因步進(jìn)電機(jī)步距角 ? ? ，滾珠絲杠螺距 4t mm? ，要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 /p mm ste p? ? ，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比 12360 0 . 0 1 3 6 0 0 . 61 . 5 4pbZi Zt? ?? ?? ? ? ?? 11 選 1 17Z? ， 2 28Z ? 。 確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 因傳遞的扭距較 小，取模數(shù) 1m mm? ，齒輪有關(guān)尺寸見(jiàn)表 33。 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 表 33 齒輪尺寸 Z 17 28 ? ?d mZ mm? ? ?2ad d m mm?? ? ?2 1 .2 5fd d m m m? ? ? ? ? ? ?36b m mm?? ? ?122dda mm?? 17 19 5 28 30 5 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得 ? ?2210 1 2 32 180pdbZJ J J J J MZ?? ???????? ? ? ? ????? ???? 式中： dJ —— 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（ 2kgcm ）； 0J —— 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kgcm ）； 1 J —— 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kgcm ）； 2 J —— 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kgcm ）； 3 J —— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2kgcm ）； M—— 移動(dòng)部件質(zhì)量（ kg ）。 對(duì)材料為鋼的圓柱零 件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算 ? ?3 4 8 10J D L kg cm??? 式中： D—— 圓柱零件直徑（ cm）； L—— 零件長(zhǎng)度（ cm）。 所以 ? ?3 4 3 21 0 .7 8 1 0 1 .7 0 .5 3 .2 6 1 0J k g c m??? ? ? ? ? ? ? ?3 4 3 22 0 .7 8 1 0 2 .8 0 .5 2 3 .9 1 0J k g c m? ? ? ? ? ? ? ?3 4 3 23 0 .7 8 1 0 1 5 3 .9 1 0J k g c m??? ? ? ? ? ? 12 電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則 ? ?233173 .2 6 1 0 2 3 .9 3 .9 1 028dJ ????? ? ? ? ????? ? ?2520 .0 0 12 5 0 .4 1 03 .1 4 1 .5180k g m?????? ? ?????? 因?yàn)?1 0. 4 0. 31 9 14 1. 27 4dMJJ? ? ? ?，所以慣性匹配比較符合要求。 13 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) XY 數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件主要包括 CPU、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。 CPU 板 CPU的 選擇 隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用 MCS51 芯片 及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的 8 位單片機(jī) 89C51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。 在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用 16 位單片機(jī)， MCS96 系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類(lèi)要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性?xún)r(jià)比。 從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來(lái)看，選用較老的 8051 單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無(wú)疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的 16 位 MCS96 又顯得過(guò)于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于 51 為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有 Intel、 ATMEL、 Simens，其中在 CMOS 器件生產(chǎn)領(lǐng)域 ATMEL公司的工藝和封裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。 ATMEL公司的 AT89系列單片機(jī)內(nèi)含 Flash 存儲(chǔ)器，在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時(shí)掉電也不影響信息的保存；它和 80C51 插座兼容，并且采用靜態(tài)時(shí)