【導(dǎo)讀】統(tǒng)控制滑移齒輪和離合器變換齒輪的有級變速。方向上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過調(diào)隙齒輪傳遞。的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。細(xì)圖紙請參照1號(hào)A1圖紙。根據(jù)ZJK-7532的使用說明書，初步定主軸轉(zhuǎn)速范圍為95～1600r／min，由設(shè)計(jì)手冊取標(biāo)準(zhǔn)值得：Ф=。需要三個(gè)變速組。接近電機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電機(jī)處，則可使小尺寸。且這也符合“前多后少”的原則。好，本次設(shè)計(jì)即采用此方案。傳動(dòng)順序方案確定以后，還可列出若干不同擴(kuò)大順序方案。構(gòu)式方案，故選用12＝13³32³62結(jié)構(gòu)式方案。動(dòng)比，合理確定傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。在變速傳動(dòng)系統(tǒng)中采用定比傳動(dòng)，主要考慮傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)和性能等方面的要求，在鉆銑床的設(shè)計(jì)中，總降速比為。故無需要增加降速傳動(dòng)，但為了使中間兩個(gè)變。種轉(zhuǎn)速同時(shí)提高或降低，以便滿足不同用戶的要求。

　　

【正文】 機(jī)構(gòu)。 在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中要求要不定時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊力，因而宜用雙螺母螺紋式預(yù)緊 。 齒輪傳動(dòng)消隙 齒輪傳動(dòng)的間隙也叫側(cè)隙，它是指一個(gè)齒輪固定不動(dòng)，另一個(gè)齒輪能夠作出的最大角位移。傳動(dòng)間隙是不可避免的，其產(chǎn)生的這樣原因有：由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙；為使用熱膨脹而特意留出的間隙。為了提高定位精度和工作的平穩(wěn)性，要盡可能減小傳動(dòng) 間隙。除了提高制造和裝配精度外，消隙的主要途徑有：設(shè)計(jì)可調(diào)整傳動(dòng)間隙的機(jī)構(gòu)；設(shè)置彈性補(bǔ)償元件。在這設(shè)計(jì)里我采用可調(diào)整齒輪傳動(dòng)間隙的機(jī)構(gòu)來消除間隙。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的選擇計(jì)算 假定工作臺(tái)及零件的總的量： W =200kgf=100179。 =980N Z 軸的行程為： 300mm 縱向脈沖當(dāng)量： 預(yù)選滾珠絲杠基本導(dǎo)程： 0L =5mm 步距角： ?? ? 快速進(jìn)給速度： maxV = 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 ⑴、傳動(dòng)比的選定 Li p0b ?? ??? ?? ????????????? () ⑵、計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 初選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為 130BF001 則查表查出電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 DJ ＝ 179。 25 m10 ．kg? 為了機(jī)床的布局緊湊且方便可取 i=。 第 36 頁 共 66 頁 則滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算： 253434S 8 ????????? ??? ??? () 工作臺(tái)質(zhì)量折算： 252220G K ???????????????????? ??? ?? () 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： DJJ ?? +SJ + GJ =（ ++） 510?? 225 m9 7 5 K ????? ? ??????????? () ⑶、工作載荷分析及計(jì)算 滾珠絲杠上的工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)是滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫作進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩檫力。據(jù)機(jī)床加工的特點(diǎn)，當(dāng)銑削槽時(shí)，工作載荷最大，由于銑削時(shí)，工作載荷既包括銑削時(shí)沿著絲杠軸的方向的力（即軸向力），也包括工作臺(tái)及工件的重量（即垂直絲杠軸方向的力），由 于在鉆削時(shí)不存在縱向運(yùn)動(dòng)，因此只要考慮銑削的情況，而銑削時(shí)的軸向力不大，所以在此不考慮銑削時(shí)產(chǎn)生的軸向力。 取銑削刀具直徑為 75mm，而機(jī)床的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 250r/min，則 s/ i n/ 250751000 dnV ?????? ?? ????? () 而 4KWPE ? ，機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率 ?? 則 333mEZ ??????? ? ???????? () 選端銑，對稱，其中端銑 ? ? 0e d～? ， ? ? ～?fa 時(shí)， 則得： ?ZL FF ?ZV FF ?ZC FF 則可得 1143NFL ? 2939NFV ? 1633NFC ? 則在燕尾導(dǎo)軌上滾珠絲桿的工作載荷 Fm為： )G2FF(fKFF CVLm ????? 3 2 3 3 . 2 N1 9 6 0 )1 6 3 32( 2 9 3 90 . 21 1 4 ???????? ????? () 其中 ? ， f? =， G=1960N 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 第 37 頁 共 66 頁 1）計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷 C mm3 FfLC? ?????????????????????? () 其中 L=60nt/106 m i n/ 3L1 0 0 0 Vn0????? ??????? ???? () 1 910/1 5 0 0 3 36010/6 0 n tL 66 ????? ???????? () 因?yàn)橐话?? ～ ，取 mf = 則 NC ???? ???????????? () 由 C 查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，選擇絲杠的型號(hào)。選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm，型號(hào)為 CDM32055P3,其額定動(dòng)載荷是 19249N，強(qiáng)度足夠用。 2） 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 η 為 ∵ 螺紋升角 152dLa rc tg 00 ???? ?? ??????????????? () ∴ ? ? )01152( 152 ????? ?????? tg tgtg tg? ?? ????????????? () 因?yàn)楣ぷ髋_(tái) Y 軸行程為 300mm。則令 l=450mm,滾珠絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載荷的 1/3。 3） 剛度驗(yàn)算 ① .絲桿的拉壓變形量 1? 滾珠絲桿截面積按絲桿螺紋的底徑確定： 22 mmA ??? ? ???????????????? () 工作負(fù)載 Fm 引起的導(dǎo)程 0L 的變化量 Lm? 可用下式計(jì)算： mmEA LFL m 4400 ?????? ?????? ????? () 則絲桿的拉伸或壓縮變形量 1? mmlLL 240 01 ?? ????????? ???????? () 第 38 頁 共 66 頁 由于兩端均采用推力軸承，且絲桿又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度可比一端固定的絲桿提高 4 倍。 2211 ?? ??????? ?? ????????? () ② .滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲桿的長度無關(guān)。當(dāng)絲桿在工作時(shí)有預(yù)緊時(shí)，其接觸變形量 2? 為： 00 60 m 3 23 2y0m2 ???????? ? () （其 中 yF 為 預(yù) 緊 力 ， m a xy ????，而??? 0 ??????????） ∵ 絲桿加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的 1/3 時(shí) ∴ 2? 可減少一半。因此實(shí)際變形量為： 0 0 3 0 m ???? ③ .支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3? 根據(jù)以上的計(jì)算，則總變形量為： 0 1 0 2 5 m 0 4 0 3 0 2 8 ?????????? ???? ??? () 三級精度絲桿允許的螺距誤差為 15μ m/m，故剛度足夠。因?yàn)闈L珠絲桿兩端都采用推力球軸承并預(yù)緊，因此不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需做穩(wěn)定性校核。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 （ 1）、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 ∵ m i n/417r pbm a xm a x ????? ?? ?????????? () 又∵ 2cm957K ??? ①則折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總加速力矩為： 2m a xa ???????? ?? ?? ????? () ②折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩 LfGM 0f ???? ????? ??? ?????????? () 第 39 頁 共 66 頁 ③附加摩擦力矩 ∵ 預(yù)緊力 4252FYJ ? ，滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 ?? 則 )( )1(i2 LFM 2200YJ0 ?????? ???? ???? ?? () 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)快速空轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩： 0fakq ???????? ??? () 對于工作方式為五相十拍得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩： kqj m a x ?????? ? ??????? () 從相關(guān)資料查出 130BF001 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 mN? ，大于所需快速空載啟動(dòng)力矩，可作為初選型號(hào)。 （ 2）、校核步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率 ∵ 步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率是 Zm a xm a x ?? ??? ? ??????????? () 而 130BF001 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為 f=3000HZ,因而必須分三個(gè)階段啟動(dòng)，每個(gè)階段啟動(dòng)頻率為 1 1 1 1 H Z3/ff m a xq ?? ，在 內(nèi)玩完成升速 過渡，取 min/ ? ，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率 Gf 為： 16 33H 00Vf SG ????? ? ??????????? () 而步進(jìn)電機(jī)允許的運(yùn)行頻率為 16000HZ，因而滿足要求。 第 4 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成 .控制系統(tǒng)的控制對象主要包括各種機(jī)床 ,如車床、銑床、磨床等等 .控制系統(tǒng) 的基本組成如下圖所示 : 第 40 頁 共 66 頁 (1)MCS51 系列單片機(jī)的設(shè)計(jì) MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有 8051 除程序存貯器外的基本硬件，都是在 8051 的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、 I/O 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是 8031， 8031 可尋址 64KB 字節(jié)程序存貯器和 64KB 字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒有程序存貯器，必須外接 EPROM 程序存貯器。 8031 采用 40條 引腳的雙列直插式封裝（ DIP），引腳和功能分為三部分。 此部分引腳包括電源引腳 Vcc、 Vss及時(shí)鐘引腳 XTAL XTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源。 Vss（ 20 腳）：接地。 時(shí)鐘引腳（ 1 19 腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2（ 18 腳 ）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 通信接口 軟件 微 機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī) 機(jī) 床 開關(guān)量控制電路 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路 主軸電動(dòng)機(jī) 第 41 頁 共 66 頁 它包括 RST、 ALE、 PSEN 、 EA 等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。 RST/VPD（ 9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤ 的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用 電源（ VPD），以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) Vcc 下降到低于規(guī)定值，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（（ 5177。 ） V）時(shí)， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。 ALE/PROG （ 30 腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即使不訪問外部存貯器， ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的 1/6。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。 ALE端可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 負(fù)載。 PSEN （ 29腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。 EA /Vpp（ 31腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng) PC 值超過某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng) EA 端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器。對 8031 來說，因其無內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問外部程序存貯器。 /輸出引腳 輸入 /輸出（ I/O）口引腳包括 P0 口、 P1 口、 P2 口和 P3 口。 P0 口（ ）：為雙向 8 為三態(tài) I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是地址 總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址 /數(shù)據(jù)總線口使用。 P1 口（ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置 1），可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 負(fù)載。 P2 口（ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是與地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高 8位使用。 P3 口（ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 負(fù)載。 (2)MCS51 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 第 42 頁 共 66 頁 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟 ,它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏 .MCS51 片內(nèi)有一個(gè)反相放大器 ,XTAL XTAL2 引腳分別為該反相放大器