【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 mm a x 2 1 060a anTJ t??? ???? ?，考慮傳動(dòng)鏈的 總效率 ? = 空載起動(dòng)時(shí)折算到電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 1max 2 60eq ma aJnT t?? 1? 式中 mn 對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為 /minr ； at 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至 mn 轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為 s。 其中： m a x 33 3. 3 / m in360m vnr???? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 式中 max? 空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書(shū)指定為 20xx /minmm ； ? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 ? 脈沖當(dāng)量，任務(wù)書(shū)指定為 /mm step （開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）。 將以上各值代入式 中，得 mn =400r/min。 設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至 mn 轉(zhuǎn)速所需時(shí)間 at = 傳動(dòng)鏈總效率 ? = 由公式 1max 2 60eq ma aJnT t?? 1?求得 MNT ?? a x 由公式 i2 hf ??PFT 摩? 可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為 i2 hzf ??? PGFT ）（ ?? 式中 ? 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌去 ； zF 垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0； ?傳動(dòng)鏈的總效率，取 則由公式i2 hzf ??? PGFT ）（ ??求得 ?fT M? 最后由 famax1eq TTT ?? =+= N M? 2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT 由式 20eq t fT T T T? ? ?可知， 2eqT 包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT ；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT ；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T ， 0T 相對(duì)于 tT 和 fT 很小，可以忽略不計(jì)。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 則有： 2eq t fT T T?? 其中，這算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT 由式tT 2fhFPi???計(jì)算。本課題中對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給負(fù)載 xF =200N 則有： tT 2fhFPi???= 再由式 fT = ()2ZhF G Pi? ???計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（ NF 400z ? ）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)這算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： fT = ()2ZhF G Pi? ??? = 最后由 2eq t fT T T?? ，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 2eq t fT T T?? = 經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 Teq= 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) eqT 來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本課題中取安全系數(shù) K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： maxjT ≥ 4Teq= 上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 3404HS60A , 由《 漢德保電機(jī)手冊(cè) 》表查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 可達(dá) maxjT = 。 通常 度的步距角為 可見(jiàn)，滿足上式要求。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 ， 任務(wù)書(shū) 給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 m ax 80 0 / m inmm? ? ，脈沖當(dāng)量 /mm step? ? ，由式 maxmax 60 ff ? ?? 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 ? ?m a x 8 0 0 / ( 6 0 0 . 0 1 ) 1 3 3 3ff H z H z? ? ?。從 3404HS60A 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖（下圖 22所示）可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 maxfT ≈ ,遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載 Teq= 圖 3404HS60A 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度m a x 20 00 / m inmm? ? ， 仿 照 式 maxmax 60 ff ? ?? 求 出 電 動(dòng) 機(jī) 對(duì) 應(yīng) 的 運(yùn) 行 頻 率? ?m a x 2 0 0 0 / ( 6 0 0 . 0 1 ) 3 3 3 3ff H z H z? ? ?。從上圖中可以查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Tmas= 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq1= 3） 最 快 空 載 移動(dòng) 時(shí) 電 動(dòng)機(jī) 運(yùn) 行 頻 率校 核 與最 快 空 載 移動(dòng) 速 度m a x 20 00 / m inmm? ? 對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為 max 3333f Hz? 。查《漢德保電動(dòng)機(jī)手冊(cè)》內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 可知 3404HS60A 電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá) 20xx0Hz,最高可達(dá) 2M Hz 可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。 4）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jeq= 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量= 2cmkg4 ? ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻 率 1800qf Hz? （查《 漢德保電動(dòng)機(jī)手冊(cè)》 ）。則由 / 1 /L q eq mf f J J??可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率： / 1 /L q eq mf f J J??=1018HZ 此式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率小于940Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有 100Hz(即100step/s)。 綜上所述，本課題中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)選用 3404HS60A 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。 第三章 微機(jī)數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。 數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成 。 硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 機(jī)床硬件電路由以下五部分組成： ⑴、主控制器，即中央控制單元 CPU； ⑵、總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； ⑶、存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； ⑷、接口，即 I/O 輸入 /輸出接口電路； ⑸、外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器及光電輸入機(jī)等。見(jiàn)圖 3— 1。 步進(jìn) 電機(jī) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 圖 31 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件圖框（開(kāi)環(huán)系統(tǒng)） 選擇中央處理單元 CPU 的類(lèi)型 考慮到系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。因此，在經(jīng)濟(jì)數(shù)控銑床中，推薦使用 MCS— 51系列單片機(jī)作主控制器。 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮 CPU 與 EPROM 時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問(wèn)題。 選用 89C52，可以不用進(jìn)行擴(kuò)展電路， ULN2803進(jìn)行譯碼。 4 、 I/O 口即輸入 /輸出接口電路設(shè)計(jì) 包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)控制電路， LCD 顯示電路及其他輔助電路的設(shè)計(jì)。 MCS— 51 系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS— 51 系列指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介 MCS— 51 系列指令系統(tǒng)共有 11