【正文】 高市場競爭能力。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。為了實現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床 含 5 面加工機床 的發(fā)展。為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上 ,面向機床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。（二）、對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進入市場競爭階段。（三）、對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考(1) 、戰(zhàn)略考慮。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定。(2)、發(fā)展策略。強調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品。當然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。其目的是：1. 能夠正確運用《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程的基本理論和相關(guān)知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的功能構(gòu)成、特點和設(shè)計思想、設(shè)計方法，了解設(shè)計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力；2. 通過機械部分設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；3. 通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；4. 通過課程設(shè)計提高學生應(yīng)用手冊、標準及編寫技術(shù)說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。設(shè)計說明書應(yīng)敘述清楚、表達正確、內(nèi)容完整、技術(shù)術(shù)語符合標準。已知條件：定位精度：177。 (1).確定脈沖當量；(2).機械部件的總體尺寸及重量的初步估算；(3).傳動元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計，計算和選用；(4).確定伺服電機；(5).繪制機械結(jié)構(gòu)裝配圖；(6).系統(tǒng)等效慣量計算；(7).系統(tǒng)精度分析。 (1).機械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙1張。其中至少要有一個坐標軸的完整剖視圖；第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。1. 系統(tǒng)運動方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標軸的運動有精確的運動關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。3. 計算機系統(tǒng)的選擇采用MCS51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 考慮電機步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當量 脈沖當量δp是一個進給指令時工作臺的位移量，應(yīng)小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為177。取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計工作臺簡圖如下:工作臺簡圖X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=420*410*50重量:按重量=體積*材料比重估算為: = Y向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導(dǎo)軌(含電機)重量為夾具及工件重量:約155NXY工作臺運動部分總重量為:第三節(jié) 滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=(Fz+W)； fSL=~(一般運行狀況)，~（運動時受沖擊、振動）。取f=,則:壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)最大動載荷：式中：fW為載荷系數(shù)，~；fH為硬度系數(shù)，HRC≥。其基本參數(shù)如下:其額定動載荷為14205N ,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表名稱計算公式結(jié)果公稱直徑――20mm螺距――５mm接觸角――鋼球直徑――螺紋滾道法向半徑偏心距螺紋升角螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）（2） 傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為：式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。（4） 剛度驗算滾珠絲杠受工作負載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。第五節(jié) 齒輪計算、設(shè)計因步進電機步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當量,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動.齒輪傳動比： ，初選步進電機步距角：α= ?/step。對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算：式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。若取，則Ｓ＝，且。取=（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝，==。第二節(jié) 設(shè)計步驟。即中央處理單元CPU2． 總線。3． 存儲器。4． 接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。本次設(shè)計選用８０３１芯片作為主控芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時間。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。單片機規(guī)定Ｐ0口提供８為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作為地址鎖存器，并由ＣＰＵ發(fā)出允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計選用６２６４芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。對于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。本設(shè)計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲器擴展電路設(shè)計8031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。因此要進行Ｉ／Ｏ口的擴展。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有ＬＥＤ和ＬＣＤ。它有４Ｘ８鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4．步進電機驅(qū)動電路設(shè)計(1）脈沖分配器步進電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。本設(shè)計采用集成脈沖分配器YB013。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。光電耦合器接線圖如下：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進電機正常