【正文】 選擇耦合器輸入電流 =10mA(最大的電流為50mA),電流傳輸比=30%； ==1030%=3mA解上述方程組得：；。L和由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》（表311反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)性能數(shù)據(jù)）。（八）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)根據(jù)所選的110BF003型電機(jī)有參數(shù)相數(shù)步距角電壓電流最大靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率電感電阻分配方式110BF00330．758067．841500700035．50．373S相6拍確定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率（1）確定步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速絲桿的轉(zhuǎn)速為： 其中為工作臺(tái)的最大切削速度步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為：（2）確定其運(yùn)行頻率步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍方式的控制脈沖 驅(qū)動(dòng)回路的時(shí)間常數(shù) 采用三相六拍方式的控制脈沖。由地址范圍可知CB為00，所以選擇腳，即當(dāng) =0，=0和=0時(shí)為0000H =0，=0和=1時(shí)為3FFFH—7FFFH需要12個(gè)引腳。（七）由地址范圍計(jì)算74LS138譯碼器接口電路—3FFFH，共有13個(gè)引腳。（五）緊急停電電路 可采用兩點(diǎn)控制環(huán)節(jié)，為便于操作人員的操作也應(yīng)經(jīng)過隔音電路。（四）超程保護(hù)電路為防止X，Y工作臺(tái)越出邊界，可設(shè)置限位開關(guān)，分別為+X，X，+Y和Y向4個(gè)限位開關(guān)，一旦越界，立即停止工作臺(tái)移動(dòng)。（三）I/O擴(kuò)展 8031只有P1口可作為普通I/O口用，所以需擴(kuò)展，需要計(jì)算一下總共需多少I/O口線，設(shè)計(jì)中，鍵盤需要32個(gè)鍵，采用矩形陣式鍵盤。 ROM的地址范圍為0000H—3FFFH，并且采用譯碼器，使地址范圍為無重疊區(qū)。（二） 擴(kuò)展存儲(chǔ)器設(shè)計(jì) 由8031的P0口分別作地址總線低8位和數(shù)據(jù)總線，故需采用74LS373作為地址線低8位的鎖存器。目前，數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)，他價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等特點(diǎn)。如果過步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)力矩還不能滿足要求，則可以采用高低壓驅(qū)動(dòng)功放電路，將步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)力矩在擴(kuò)大一倍左右。 故所選步進(jìn)電機(jī)110BF003具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，滿足要求。（2）計(jì)算電機(jī)的工作效率1） 最大空載起動(dòng)頻率式中： 為運(yùn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)給速度（m/min）， 故： 滿足要求2） 切削時(shí)的最大工作頻率式中： 為最大切削進(jìn)給速度（m/min） 故： 由上述計(jì)算可知：系統(tǒng)要求的空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率要大于電機(jī)的空載起動(dòng)頻率1500Hz,且很難找到空載起動(dòng)頻率滿足要求的電機(jī)型號，可以采用調(diào)壓起動(dòng)等方式起動(dòng)電機(jī)使電機(jī)的空載起動(dòng)頻率滿足要求；而電機(jī)運(yùn)行頻率7000Hz可以滿足系統(tǒng)要求。步進(jìn)電機(jī)的選擇（1）首先根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)的型號 步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 由〉，所以 電機(jī)的起動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間具有以下關(guān)系，見〈〈機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書〉〉表3—10）：，（因電機(jī)工作方式為三相六拍，故取=）《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》， 110BF003：= 110BF004： = = 因?yàn)椋孕吞枮?10BF003和110BF004均符合要求，但是，型號為110BF003的步進(jìn)電機(jī)更符合要求，因?yàn)?，裕度較大；且110BF003的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩比110BF004的大，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，自鎖力矩越大，靜態(tài)誤差就越小。 電機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載 （1） 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 式中： 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量() 運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度(mm/min) 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速(r/min) 運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大進(jìn)給速度所需時(shí)間(s) 綜上有電機(jī)軸上的加速度力矩： （2）摩擦力矩 式中： 導(dǎo)軌的摩擦力（N） 垂直方向的切削力（N） G運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N) G=800N 導(dǎo)軌摩擦系數(shù) = i齒輪總減速比 i= 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 則有： （3）附加摩擦力矩式中： 滾珠絲桿預(yù)加負(fù)載（N）,一般取工作載荷的 滾珠絲桿導(dǎo)程(cm) 滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 則有： （4） 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 式中：進(jìn)給方向最大切削力（N） 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 在、兩種力矩中取大者為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。（三）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（1）齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算 M圓柱體質(zhì)量（kg）D圓柱體直徑（cm）L圓柱體長度或圓度（cm）滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，因?yàn)檫x用電機(jī)限定工作方式的是三相六拍，步距角為，故符合的是：110BF003和110BF004。z17，取z=30，m=2，則 取 取中心距 選小齒輪齒數(shù)，小齒輪的齒寬度，大齒輪齒數(shù)，大齒輪的齒寬度。 一般模數(shù)取m=1~2，數(shù)控車取m=2。 通常，齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)級數(shù)少一些比較好，因?yàn)榭梢詼p少零部件的數(shù)目，簡化傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)，并且可以提高傳動(dòng)精度，減少空程誤差，有利于提高傳動(dòng)效率。為滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（mm）,步進(jìn)電機(jī)的步距角由系統(tǒng)的定位精度要求可確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為：=初選三相異步電動(dòng)機(jī)：根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求，采用三相六拍工作方式的步進(jìn)電機(jī)，步距角為=。 絲杠材料的彈性模量，E=； I絲杠按底徑確定的截面積慣性矩（），單位為。 穩(wěn)定性的驗(yàn)算 滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長桿，如果過軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。=6mm,=8mm都滿足要求。一般總變形量不應(yīng)大于機(jī)床規(guī)定的精度一半。 故 若兩端采用角接觸球軸承，且絲杠由進(jìn)行了預(yù)緊，預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其拉伸剛度可比一端固定的絲杠提高4倍，其實(shí)際變形量為： 2） 滾珠與螺紋滾道間接觸變形mm（此項(xiàng)在總變形量中也占比較大的比重）有預(yù)緊時(shí)： 式中：滾珠直徑，單位為； 滾珠總數(shù)量，； 單圈滾珠數(shù)，（外循環(huán)）， （內(nèi)循環(huán)） 預(yù)緊力，單位為N。一般總變形量不應(yīng)大于機(jī)床規(guī)定的精度一半。 故 若兩端采用角接觸球軸承，且絲杠由進(jìn)行了預(yù)緊，預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其拉伸剛度可比一端固定的絲杠提高4倍，其實(shí)際變形量為： 2） 滾珠與螺紋滾道間接觸變形mm（此項(xiàng)在總變形量中也占比較大的比重）有預(yù)緊時(shí)： 式中：滾珠直徑，單位為； 滾珠總數(shù)量，； 單圈滾珠數(shù)，（外循環(huán)）， （內(nèi)循環(huán)） 預(yù)緊力，單位為N。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第2項(xiàng)在計(jì)算式可酌情忽略。剛度驗(yàn)算