【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為 21PbZZ??? ，即 = 21ZZ 所以21ZZ=30 取 Z1=2， Z2=60﹥最小齒數(shù) 27 所以傳動(dòng)比合適，確定選用 110BF003 電機(jī) 確定蝸輪蝸桿的模數(shù)及有關(guān)尺寸 在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)中，蝸輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，由于雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)具有改變嚙合側(cè)隙的特點(diǎn)，能夠始終保持正確的嚙合關(guān)系，并且結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。 雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是：雙導(dǎo)程蝸桿齒的左右兩側(cè)面具有不同的齒距 (導(dǎo)程 )；而同一側(cè)面的齒距是相等的。因此，該蝸桿的齒原從蝸桿的一端均勻的逐漸增厚或減薄，所以又稱(chēng)變齒厚蝸桿。故可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法消除或調(diào)整蝸輪副之間的嚙合間隙。 表 22 蝸輪蝸桿的模數(shù)及有關(guān)尺寸 第 2 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 17 (1) 公稱(chēng)模數(shù)： m=4； (2) 齒厚增量系數(shù) KS：為蝸桿軸向移動(dòng)單位長(zhǎng)度內(nèi)的軸向齒名稱(chēng) 代號(hào) 公式 蝸桿頭數(shù) Z1 Z1=2 蝸輪齒數(shù) Z2 Z2= Z1i=230=60 齒形角а а аX=аn=20176。 模數(shù) m m=4 蝸輪變位系數(shù) X2 X2=1 蝸桿分度圓直徑 d1 d1=mz1/tgr=30 導(dǎo)程角 r r=7176。35′33″ 中心距 a a=( d1+d2+22m)/2=139 蝸輪分度圓直徑 d2 d2=mz2=460=240 蝸輪喉圓直徑 da2 da2=d2+2ha2=240+24=248 蝸輪齒根圓直徑 df2 df2=d22hf2= 蝸輪齒頂高 ha2 ha2=(da2d2)/2=4 蝸輪齒根高 hf2 hf2=(d2df2)/2= 齒輪頂圓直徑 de2 de2≤da2+=254 蝸輪齒寬 b2 b2≤= 蝸桿齒頂圓直徑 da1 da1=d1+2ha1=38 蝸桿齒根圓直徑 df1 df1=d12hf1= 蝸桿齒高 h1 h1=1/2(da1df1)= 頂隙 C C== 第 2 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 18 厚變化量。 KS 據(jù) Z2， fB 值從表 22 中選取 KS= (3) 齒厚調(diào)整量 ΔS：為補(bǔ)償制造誤差和蝸輪最大允許磨損量所形成的側(cè)隙選取。 ΔS= (4) 模數(shù)差與節(jié)數(shù)差： 模數(shù)差 Δm為左、右齒面模數(shù) m 左、 m 右 與與公稱(chēng)模數(shù) m之間差的絕對(duì)植。 Δm= ∴ m 左 =m+Δm=(1+)m= m 右 =mΔm=()m= 同樣，節(jié)距差 t 值，左面齒距和右面齒距分別為： Δt=== ∴ t 左 =(1+)πm=(1+)t= t 右 =()πm=()t= 綜上：當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)副側(cè)隙要減少 ，可以調(diào)整算出蝸桿軸向調(diào)整為 1=1=3mm，可以把調(diào)整環(huán)磨薄 3mm，再裝上可準(zhǔn)確的減少側(cè)隙。 蝸輪蝸桿的材料及許用應(yīng)力 蝸 桿：材料 — 40Gr，硬度 45～ 55HRC，取 50 熱處理 — 表面淬火，齒面粗糙度： Ra= 蝸輪：材料 — ZCuSn5Pb5Zn5 第 2 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 19 機(jī)械性能： 90 , 20 0pb??? ?? 許用接觸應(yīng)力 212 5 /HP N mm?? ? 許用彎曲應(yīng)力 224 /FP N mm?? ? 蝸桿的散熱計(jì)算 23nn? ??1=n[12] 其中 :n1— 蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率 n1=tgr/tg(r+R)=tg7176。35′/tg(7176。35′+3176。09′)= n2— 考慮攪油損耗的效率，取 n2= n3— 軸承效率，每對(duì)滾動(dòng)軸承 ～ ，取 n3= 23nn??1n=n == 蝸桿的散熱計(jì)算 傳動(dòng)工作中損耗的功率為 :PS=P1(1n)W，其中 P1— 輸入功率 W P1≥FCV=768,取 P1=12W ∴ PS=12()= 由于 PS 很小，可以采取自然通風(fēng)的冷卻方法。 第 2 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 20 蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度校核 (負(fù)變位 ) (1) 確定許用應(yīng)力 ( 2 .1 1H P H P V S nEE?? ?? — 1 ） 知 221 2 5 / , 2 4 /H P F PN m m N m m?????? VS=采用浸油潤(rùn)滑， EVS= 輪齒應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 260 ( 2. 11LnN n j L? ? ? — 2 ） 其中 n2— 蝸輪轉(zhuǎn)速 n2=Lh— 使用壽命 5 年 179。 每年工作 300d179。 每天工作 8h ∴ nL=60153008=105 Zn=YN= 212 5 88 /HP N m m? ? ? ? ? 224 1 24 /F P F P NY N m m?? ?? ? ? ? ? (2) 齒輪彎曲強(qiáng)度校核 按表齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式： 212666 A V BF F ST K K K YYd d m ?? ??≤6FP () 其中按 332 2 2/ c o s 6 0 / c o s 7 .5 8 6 1 .8 6 1Z Z X? ?? ? ? ? ?及 YFS= YB=1–r/180=1–176。/120= 1221 2 0 . 6 79 5 5 0 9 5 5 0 5 3 . 71 0 0 0 1 . 4 3PnT N mn ?? ? ? ? ?? KA— 使用系數(shù) 第 2 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 21 KV— 動(dòng)載系數(shù) KB— 齒向載荷系數(shù) 將上述諸值代入式 —3 中： 26 6 6 5 3 . 7 0 . 9 1 . 1 1 . 1 0 . 9 4 4 . 5 5 . 7 6 2 4 /3 0 2 4 0 4FP F N m m? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? 所以滿(mǎn)足條件。 蝸輪夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 參照裝配圖的主視圖： 蝸輪 89 下部的內(nèi)、外面裝有夾緊瓦 7 90，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的底座上的固定支座內(nèi)均布 6 個(gè)油缸 85。油缸上端進(jìn)壓力油，柱塞 89 下行，并通過(guò)鋼球 88 推動(dòng)夾緊瓦 90、 72，將蝸輪夾緊，從而將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)不需要夾緊時(shí)，控制系統(tǒng)首先發(fā)出指令，使油缸上的油液流回油箱。由于彈簧的作用，把鋼球抬起，于是夾緊瓦就松開(kāi)蝸輪。然后，啟動(dòng)功率 步進(jìn)電機(jī)，并照指令脈沖的要求來(lái)確定數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度，當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)為分度用時(shí)，分度回轉(zhuǎn)結(jié)束后，要把蝸輪夾緊，以保證定位的可靠性，并提高承受負(fù)載的能力。第 3章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 18 第 3 章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 確定硬件電路總體方案 任何一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)都由硬件和軟件的部分組成，有了硬件才有軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，而只有配置了軟件的硬件才是可工作的控制系統(tǒng)硬電路的可靠性將直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 所設(shè)計(jì)的外圓柱凸輪加工工作臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件由以下幾部分組成 。 (1) 中央處理單元，即 CPU (2) 總線(xiàn)， 包括數(shù)據(jù)總線(xiàn) (DB)，地址總線(xiàn) (AB)和控制總線(xiàn)（ CB） (3) 存儲(chǔ)器，包括可編程存儲(chǔ)器 EPROM 和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器 RAM. (4) 輸入 /輸出接口電路 其中 CPU 是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是控制其它各部分協(xié)調(diào)工作的 “ 大腦 ” ，存儲(chǔ)器則是軟件（監(jiān)控系統(tǒng)）及系統(tǒng)運(yùn)行中各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫(kù)。 I/O 接口電路是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，總線(xiàn)則是聯(lián)接 CPU，存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路的紐帶，是各部進(jìn)行通信的線(xiàn)路。 第 3章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 19 X工作臺(tái)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制要求作如下規(guī)定： (1) X 工作臺(tái)用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī) 選用 3 相六拍， 0 其脈沖當(dāng)量為 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)選用 3 相 6拍，其脈沖當(dāng)量為 (2) 能用鍵盤(pán)輸入命令，控制工作臺(tái)沿 X 的方向自由運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)范圍為： 0～ 500mm (3) 具有當(dāng)工作臺(tái)超越邊界時(shí)，能以指示燈報(bào)警，并停止運(yùn)行。 (4) 具有急停，顯示和掉電保護(hù)等功能。 主控器 CPU 的設(shè)計(jì) 電 氣 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) （一） 控制系統(tǒng)方案及框圖 總體組成 根據(jù)前面需要，設(shè)計(jì)如圖 2～ 1 所示的控制系統(tǒng)。 主 控 儲(chǔ)存系統(tǒng) 第 3章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 20 制 圖２～１ XY 控制系統(tǒng)框圖 主控器：?jiǎn)纹瑱C(jī)。 存儲(chǔ)器： EPROM、 RAM I/O 接口：鍵盤(pán)，顯示及步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)總體確定后，進(jìn)行各部分具體設(shè)計(jì)。 軟硬件任務(wù)合理分配 涉及軟、硬件任務(wù)分配的有 :控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)生與脈沖分配；數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；鍵盤(pán)掃描管理。上述三個(gè)都可以用專(zhuān)用硬件芯片實(shí)現(xiàn) ，也可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，用硬件實(shí)現(xiàn)，編程時(shí)較簡(jiǎn)單。但同時(shí)增加了硬件成本及故障源。用軟件實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省芯片降低成本，但增加了編程難度。在決定用何種方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌兼顧 同時(shí)還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)者軟、硬件方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及能力。此處決定如下： 控制步進(jìn)電機(jī)用的脈沖發(fā)生器硬件采用國(guó)產(chǎn) YB104 環(huán)形分配器實(shí)現(xiàn)。字符發(fā)生及鍵盤(pán)掃描均由軟件實(shí)現(xiàn)。 主控器 主控芯片選擇： 此 X－ Y 工作臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)選用美國(guó) Intel 公司的 MCS－ 51系列單片機(jī)。 MCS－ 51 系統(tǒng)單片機(jī)的基本特性： 單片機(jī)是集 CPU、 I/O 端口及部分 RAM 于一體的 功能很強(qiáng)的控制器?，F(xiàn)在用得較為廣泛的是 MCS－ 51 系列。該系列包含三個(gè)產(chǎn)品： 803 8051 和 8071。三者的引腳完全兼容，僅在結(jié)構(gòu)上有一些差異，主要是： 8031 是無(wú) ROM 的 8051，而鍵盤(pán) 顯示器 單機(jī)接口 第 3章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 21 8751 則是用 EPROM 代替 ROM 的 8051。通常所說(shuō)的 MCS－51 單片機(jī)是該系列的簡(jiǎn)稱(chēng)。用的最多的是該系列中的 8031，故主控芯片選用 8031。 8031 具有以下特點(diǎn)： ⑴、具有功能很強(qiáng)的 8 位中央處理單元 CPU。 ⑵、片內(nèi)時(shí)鐘電路 6MHZ 或 12MHZ每執(zhí)行一條命令時(shí)間為 2181。s或 1181。s。 ⑶、片內(nèi)有 128 字節(jié) RAM。 ⑷、 可擴(kuò)展有 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器。 ⑸、具有 21 個(gè)特殊功能寄存儲(chǔ)器。 ⑹、具有 4 個(gè) I/O 口， 32 個(gè) I/O 線(xiàn)。 ⑺、具有 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 ⑻、具有五個(gè)中斷源，配備 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 ⑼、具有一個(gè)全功能串行接口。 ⑽、具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。 控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 此設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)采用 8031 芯片，并擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器，一片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，一片 I/O 接口芯片， X 向和 Y 向電機(jī)采用硬件環(huán)形分配器，開(kāi)環(huán)控制，控制系統(tǒng)如圖 2～ 2。 微 機(jī) R A M EP R O M I / O 接口 外 設(shè) 鍵盤(pán)顯示 喚醒 反配器 光電隔離隔離 功率 放大 步進(jìn)進(jìn) 電機(jī) 第 3章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 22 控制系統(tǒng)圖 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 由于主芯片 8031 無(wú)片內(nèi) ROM， RAM 也只有 128 字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足使用要求所以必須外設(shè)一片程序存儲(chǔ)器并擴(kuò)展一片 RAM。 （ 1）外部存儲(chǔ)器的操作時(shí)序 CPU 由外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)， 16 位地址由 P0 口輸出高 8 位地址，低 8位地址由 P2口輸出，而指令由 P0 口輸入，P0 口的分時(shí)復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)當(dāng)不訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口具有鎖存功能，可直接接至外部存儲(chǔ)器的地址端，無(wú)需再加鎖存器。 當(dāng)系統(tǒng)中訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，時(shí)序有此變化。 ALE 由高變低時(shí)， P0 總線(xiàn)出現(xiàn)的將不再是有效的 PCL 的值，而是 DPL 值，同時(shí)在 P2 口出現(xiàn)有效的 DPL 值。 當(dāng)RD或 WR 有