【正文】 取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加 速度為： ? ? 222 0 9 . 4 3 9 5 / 0 . 63 9 8 . 1 3 1 7mm sst?? ??? ? ?? 則 ： 39。 2 229 0 0 1 510203 . 1 4 1 6 6 0 0 . 0 0 1 5 .2022keq k g mJ ??? ? ? ?????? （ 4）滾珠絲杠摩擦阻力矩（ Tsm）的計(jì)算： 由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，其 摩擦阻力矩 相對(duì)于其他負(fù)載力矩小得多，故一般不予考慮。 （ 3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 222 11900 mn jk ie q i jijkknvJ m Jnn???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? 式子中 iv 采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用快速進(jìn)給速度 iv =15m/min；kmnn? （電動(dòng)機(jī)） =2022r/min； im =1020kg（全部直線運(yùn)動(dòng)部件的總質(zhì)量） 。 （ 1）切削 負(fù)載 ： 根據(jù)切削原理近似公式計(jì)算，有 30XF kN? ， / 50X Z Z XF F F F k N? ? ? ?， 5 25YZF F kN??。 負(fù)載的 分析 計(jì)算 （機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) P498） 直流伺服電機(jī) 的負(fù)載有外力負(fù)載、摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載，所選 直流伺服電機(jī) 必須克服這些負(fù)載才能作正常的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。對(duì)機(jī)床的控制過程是由單片機(jī)或者單板機(jī)，按照輸入的加工程序進(jìn)行查補(bǔ)運(yùn)算，由軟件或硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖、經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng) X— Y— Z 三個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 繪制總體方案圖 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 圖 1 為本開環(huán)控制 數(shù)控銑床工作臺(tái)三維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的總體方案圖。采用 精密 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。 LED 顯示數(shù)控 銑床 工作臺(tái)的狀態(tài)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、 LED、 I/O 接口、光電 耦合 電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。 （ 2）計(jì)算機(jī) 控制 系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用了與 MCS51 系列兼容的 AT89S51 單片機(jī)控制系統(tǒng)。選擇半閉環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單， 成本低，且能滿足機(jī)床精度和加工精度基本的要求。 /step，若取最高工作頻率下的工作轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩的 1/4，則高速運(yùn)行工作狀態(tài)下所需功率為 PH=1/4 11000 （ 2π /360） W=，如果選用步進(jìn)電機(jī)，則會(huì)降低快速性要求。 1 機(jī)電一體化 課程設(shè)計(jì) 題 目 :數(shù)控銑床工作臺(tái) 三維運(yùn)動(dòng) 伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 成 績(jī) 2022 年 6 月 目 錄 2 一、設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................................. 1 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)題目 ............................................... 1 數(shù)控銑床工作臺(tái)等相關(guān)部件的基本參數(shù) ................................... 1 二、系統(tǒng)總體方案框圖及分析說明 ............................................... 1 總體方案設(shè)計(jì) ......................................................... 1 繪制總體方案圖 ....................................................... 2 三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算、各部件類型選擇說明及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖與說明 ......... 2 移動(dòng)部件的重量估算 ................................................... 2 負(fù)載的分析計(jì)算 ....................................................... 2 導(dǎo)軌副的分析計(jì)算，選 型，效核 ......................................... 4 絲杠螺母副的計(jì)算，選型，效核 ......................................... 5 繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 ............................................... 8 直流伺服電動(dòng)機(jī)的計(jì)算，選型，效核 ..................................... 8 減速器的選用 ......................................................... 9 驗(yàn)算系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量 .............................................. 10 四、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .................................................... 13 微機(jī)的選用 .......................................................... 13 存儲(chǔ)器的選用與擴(kuò)展 .................................................. 14 譯碼電路設(shè)計(jì) ........................................................ 17 接口電路設(shè)計(jì)等 ...................................................... 17 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ...................................................... 18 繪制控制系統(tǒng)原理 框圖 ................................................ 18 五、傳感器的選擇與設(shè)計(jì)說明 .................................................. 19 選擇傳感器 .......................................................... 19 傳感器與微機(jī)的接口電路 .............................................. 22 六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì) .................................................. 22 七、參考資料 ................................................................ 23 一、 設(shè)計(jì) 任務(wù) 3 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)題目 數(shù)控銑床工作臺(tái)三維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控銑床工作臺(tái)等相關(guān)部件的基本參數(shù) 能用鍵盤輸入命令控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向 ； 能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置 ； 具有越程指示報(bào)警及停止功能 ； 能有位置檢測(cè)裝置，能進(jìn)行調(diào)節(jié)并反饋給控制系統(tǒng)； 工作臺(tái)尺 寸 ： 700 800 50mm 工作臺(tái) T 型槽 ： 5 18mm 工作臺(tái)最大承 重 ： 800kg X— Y— Z 軸行程 ： 600 800 350mm 電主軸輸出功率 ： 15kw 變頻主軸轉(zhuǎn)速 ： 15000r/min 最高位移速度 ： 15m/min 最大加工速度 ： 8m/min X— Y— Z 軸最小分辨率 （即脈沖當(dāng)量） ： 定位精度 ： 177。 重復(fù)定位精度 ： 二、 系統(tǒng)總體方案框圖及分析 說明 總體方案設(shè)計(jì) （ 1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng) 為了使銑床的性能滿足基本要求，選 x、 z 軸坐標(biāo)快進(jìn)為 15m/min，水平拖力 Fx=30kN， 則要求電動(dòng)機(jī)功率 P=Fv=（ 30 15/60） kW= kW，選用步進(jìn)電機(jī)則滿足不了要求，例如，200BF001 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 ，最高空載運(yùn)行頻率為 11000 step/s，步距角為α =176。 但交流電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，技術(shù)難度高，而且價(jià)格高，故選擇直流伺服電機(jī) 。 綜上所述 采用 直流 伺服 電機(jī)開環(huán) 控制 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) X— Y— Z 工作臺(tái)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià)比。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。 （ 3） X— Y— Z 工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu) 緊湊，所以選