機電一體化系統(tǒng)設計課程設計--x-y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　機械工程系</b></p><p>　　《數(shù)控機床》課程設(附裝配圖)計說明書</p><p>　　設計題目： X-Y數(shù)控工作臺機電系統(tǒng)設計 </p><p>　　班級： </p><p>　　姓名：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、《數(shù)控機床》課程設計目的………………………………………………3</p><p>　　二、設計

3、任務………………………………………………………………………3</p><p>　　三、設計主要步驟……………………………………………………………………3</p><p>　　1、確定設計總體方案………………………………………………………………4</p><p>　　（1）、機械傳動部件的選擇……………………………………………………4</p><p

4、>　?。?）、控制系統(tǒng)的設計…………………………………………………………4</p><p>　　2、機械傳動部件的計算與選型……………………………………………………5</p><p>　?。?）、導軌上移動部件的重量估算……………………………………………5</p><p>　?。?）、計算切削力………………………………………………………………5</p&g

5、t;<p>　?。?）、滾珠絲杠傳動的設計計算及校驗………………………………………6</p><p>　?。?）、步進電機的傳動計算及電動機的選用…………………………………9</p><p>　?。?）、滾動導軌的設計計算……………………………………………………15</p><p>　　3、其余附件的選擇………………………………………………………………

6、…16</p><p>　　四、控制系統(tǒng)的設計………………………………………………………………17</p><p>　　五、機械部分裝配圖的繪制………………………………………………………19</p><p>　　六、參考文獻…………………………………………………………………………20</p><p>　　七、總結體會…………………………………

7、………………………………………20</p><p><b>　　一、設計的目的</b></p><p>　　《數(shù)控機床》課程設計是一個重要的時間性教學環(huán)節(jié)，要求學生綜合的運用所學的理論知識，獨立進行的設計訓練，主要目的：</p><p>　　通過設計，使學生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本組成及其想怪知識，學習總體的方案擬定、分析與比較的

8、方法。</p><p>　　通過對機械系統(tǒng)的設計，掌握幾種典型傳動元件與導向元件的工作原理、設計計算及選用的方式</p><p>　　通過對機械系統(tǒng)的設計，掌握常用伺服電機的工作原理、計算控制方法與控制驅動方式</p><p>　　培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，學習并樹立“系統(tǒng)設計”的思想</p><p>　　鍛煉提高學生應用手冊和標

9、準、查閱文獻資料及撰寫科技論文的能力</p><p><b>　　二、設計任務</b></p><p>　　設計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：</p><p>　　立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3，最大銑削寬度=15mm</p><p>　　最大背吃刀量=8mm，加工材料為碳素鋼或

10、有色金屬。</p><p>　　2、X、Z方向的定位精度均為±0.02mm。</p><p>　　3、工作臺面尺寸為，加工范圍為;</p><p>　　4、工作臺空載進給最快移動速度：，工作臺進給最快移動速度:，加減速0.4s。</p><p><b>　　三、設計主要步驟</b></p><

11、;p><b>　　1、確定設計總方案</b></p><p>　　⑴、機械傳動部件的選擇</p><p><b>　　絲杠螺母副的選擇</b></p><p>　　步進電動機的旋轉運動需要通過絲杠螺母副轉換成直線運動，需要滿足初選0.01mm脈沖當量，因為定位精度±0.02mm，對于機械傳動要有一定的精度損

12、失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是±0.01mm和±0.02mm的定位精度，滑動絲杠副無法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙。</p><p>　　同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損失小，傳動效率高，且徑向尺寸結構緊湊，軸向剛度高。</p><p>　　由于定位精

13、度不高，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙式，這種調(diào)隙方式結構簡單，剛性好，裝卸方便。</p><p>　　由于工作臺最快的移動速度，所需的轉速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動的軸承配置形式。</p><p><b>　?、?、導軌副的選用</b></p><p>　　要設計數(shù)控銑床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當量小，定位精度

14、高，因此選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結構緊，安裝預緊方便等優(yōu)點。</p><p><b>　?、?、伺服電機的選用</b></p><p>　　選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務書所給的精度對于步進電動機來說還是偏低，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務書初選的脈

15、沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有3000mm/min,故本設計不必采用高檔次的伺服電機，因此可以選用混合式步進電機，以降低成本，提高性價比。</p><p><b>　?、?、減速裝置的選用</b></p><p>　　選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉矩，降低運動部件折算到電動機轉軸上的轉

16、動慣量，可能需要減速裝置，且應有消間隙機構，如果要選用減速裝置，則應選用無間隙齒輪傳動減速箱。</p><p><b>　?、?、控制系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　①、設計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應該具有輪廓控制，兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)設計成連續(xù)控制型。</p><p>　　②、對于步進電動

17、機的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務書給定的相關指標。</p><p>　　③、要設計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴展程序存儲器，I/O接口電路，D/A轉換電路，串行接口電路等。</p><p>　　④、選擇合適的驅動電源，與步進電動機配套使用。</p><p>　　2、機械傳動部件的計算和

18、選擇</p><p>　?。?）、導軌上移動部件的重量估算</p><p>　　按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為800N。</p><p><b>　?。?）、計算切削力</b></p><p>　　根據(jù)設計任務，加工

19、材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：</p><p>　　立銑刀 最大直徑的d=15mm，</p><p><b>　　立銑刀齒數(shù)Z=3，</b></p><p>　　最大切削寬度=15mm</p><p>　　最大背吃刀量=8mm，</p><p>　　設零件的加工方式為立式加工，

20、采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。由【5】中P13頁的表中，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：</p><p>　　每齒進給量fz=0.1mm</p><p>　　銑刀轉速n=300r/min</p><p>　　由【2】中P200,查得立銑時切削力計算公式為：</p><p><b>　　代如上式得： &l

21、t;/b></p><p>　　采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由【2】中查得，各銑削力之間的比值范圍如下：</p><p>　　=(1.0~1.2) 取1.1</p><p>　　/=(0.2~0.3) 取0.25</p><p>　　/=（0.35~0.4） 取0.38</p><

22、p>　　考慮逆銑時的情況，因為逆銑的情況的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險的工況。由此可估算三個方向的銑削力分別為：</p><p>　　考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為和</p><p>　　今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。</p><p>　?。?）、滾珠絲杠傳動設計計算及校驗

23、</p><p><b>　　最大工作載荷的計算</b></p><p>　　已知移動部件總重量G=800N，按滾動導軌計算，由【3】中P389，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動導軌上的摩擦系數(shù)查【1】中P194可知u=0.0025—0.005,現(xiàn)取u=0.005，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：</p><p>　　=1.1×1352

24、+0.005×(307+467+800)</p><p><b>　　=1500N</b></p><p>　　②、最大計算動載荷的確定</p><p>　　設工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲杠導程P=5mm,則此時絲杠轉速=v/P=80r/min。</p><p>　　預計

25、滾珠絲杠的工作五年,每天工作八小時，由此得使用壽命為T=5×360</p><p>　　×8=14400h，根據(jù)【1】中P110，公式5—4得：=</p><p>　　其中 T——使用壽命 14400 h</p><p><b>　　N——循環(huán)次數(shù)</b></p><p>　　——滾珠絲杠

26、的當量轉速 80r/min</p><p><b>　　求得：≈72 （）</b></p><p>　　查【1】中P110，表5-1、5-2得，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由【1】中P109，式5-3 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：≈8112N</p><p><b

27、>　　規(guī)格型號的初選</b></p><p>　　根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GDM系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，導程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2系列，精度等級取5級，額定動載荷為9309N，大于最大計算動載荷=7971，滿足要求。&l

28、t;/p><p>　　參考網(wǎng)址 ： http://www.jsinfo.com.cn/3ji.asp?id=37</p><p>　　滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）</p><p><b>　　表一</b></p><p><b>　?、?、傳動效率的計算</b>&l

29、t;/p><p>　　將公稱直徑d0=20mm,導程P=5mm,代入λ=arctan[P/(d0)]，得絲杠螺旋升角λ=4°33′。將摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得傳動效率η=96.4%。</p><p><b>　?、?、剛度的驗算</b></p><p>　　X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定

30、，一端游動”的軸承配置形式。由【1】中P109，可知這種安裝適用于較高精度、中等載荷的絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對背對背角接觸球軸承,這樣能承受集中力偶。</p><p>　　絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。</p><p>　　a、滾珠絲杠滾道間的接觸變δ，查【3】中相關公式，根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為32，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)

31、，得滾珠總數(shù)量=120。絲杠預緊時，取軸向預緊力/3=498N。查【3】中相關公式，得， 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 </p><p><b>　　式中 Pa=</b></p><p>　　=。因為絲杠有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可以減少一半，取=0.0007mm。</p><p>　　絲杠在工作載荷作用下的

32、抗拉壓變形</p><p>　　絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對背對背角接觸球軸承的配置形式，軸承的中心距a=560mm,鋼的彈性模量E=2.110MPa,由表一中可知，滾珠直徑=3.175mm,絲杠底徑=16.2mm，則絲杠的截面積S==206.12,由【7】中，式3-35</p><p>　　其中， 最大工作載荷=1495N</p><

33、p>　　中心距a=560mm</p><p>　　彈性模量E=2.110MPa</p><p>　　截面積S==206.12</p><p>　　代入以上數(shù)據(jù)，得 =0.019mm</p><p>　　d、則本例中，絲杠的有效行程為500mm，由【3】中知，5級精度滾珠絲杠有效行程在400~500mm時，行程偏差允許達到30，可

34、見絲杠剛度足夠。</p><p><b>　?、?、穩(wěn)定性的驗算</b></p><p>　　根據(jù)【3】中 式5.7-17 。</p><p><b>　　取支承系數(shù)=2；</b></p><p>　　由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380.88；</p>&

35、lt;p>　　壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；</p><p>　　滾動螺母至軸向固定處的距離L=a取最大值560mm。</p><p>　　代入公式，得P=14896kg.f=14896N大于=7533N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。</p><p><b>　?、摺⑴R界轉速的驗算</b></p><p&g

36、t;　　對于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗算其臨界轉速，不會發(fā)生共振的最高轉速為臨界轉速，由【1】中P111式5-10得：</p><p>　　其中 20-1.2×3.175=1mm</p><p><b>　　為臨界轉速計算長度</b></p><p>　　為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動）</p>&

37、lt;p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　臨界轉速遠大于絲杠所需轉速，故不會發(fā)生共振。</p><p>　?、?、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定</p><p>　　由以上驗算可知，選用GDM2005型的絲杠，完全符合滿足所需要求，故確定選用該型號，</p><p>　　由表一可知絲杠所需的

38、安裝連接尺寸</p><p>　?。?）、步進電機的傳動計算及電動機的選用</p><p><b>　?、賯鲃佑嬎?lt;/b></p><p>　　因為該銑床的加工精度為±0.02mm，考慮到機械傳動部分造成的精度損失，故選用銑床的脈沖當量為0.01mm/Hz，</p><p>　　初選步進電動機的步距角α=0.7

39、2°。由【1】中P121式5-18得：傳動比i=</p><p>　　由于傳動比為1，則不需要選用減速箱，采用電動機軸與絲杠通過聯(lián)軸器聯(lián)接的方式。</p><p>　　步進電動機的計算和選型</p><p>　　a、步進電動機轉軸上的總轉動慣量的計算。</p><p>　　總轉動慣量J主要包括電動機轉子的轉動慣量、滾珠絲杠上一級移動

40、部件等折算到電動機軸上的轉動慣量。</p><p>　?、?、滾珠絲杠的轉動慣量J</p><p>　　由【1】中P134式5-28得：</p><p>　　式中 D為絲杠公稱直徑D=20mm</p><p>　　L為絲杠長度L=560mm</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77×20

41、5;560×10=6.9×10kg.㎡</p><p>　　ⅱ、滾珠絲杠上一級移動部件等折算到電動機軸上的轉動慣量</p><p>　　由【1】中式5-29得：</p><p>　　其中 M為工作臺的（包括工件）的質(zhì)量M==81.6kg</p><p>　　S為絲杠螺距S=5mm</p><p>

42、;<b>　　代入數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　?、！⒊踹x常州寶馬前楊電機電器有限公司的90YG5502型混合式步進電動機，可知其轉子的轉動慣量</p><p>　　所以=6.9×10+5.2×10+4×10=5.16×10 N·m</p><p>　　驗算慣量匹配，電動機軸向慣量比值應

43、控制在一定的范圍內(nèi)，既不應太大也不應太小，即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負載特性。為使該系統(tǒng)慣量達到較合理的配合，一般比值控制在1/4——1之間，</p><p>　　由此可見:,符合慣量匹配要求。</p><p>　?、?、步進電機軸上的等效負載轉矩M的計算</p><p>　　a、承受的負載轉矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負載時電動機所需力矩，由【1】中P132

44、式5-25得：</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　其中: 為折算到電動機軸上的總慣量==5.16×10</p><p>　　T系統(tǒng)時間常數(shù)，由任務書知為T=0.4S</p><p>　　切削時的轉速為300r/min</p><p><b&

45、gt;　　得： N·m</b></p><p>　　其中： 為導軌摩擦力</p><p>　　S為絲杠螺距S=5mm</p><p>　　i為齒輪降速比，已計算出為1</p><p>　　η為傳動鏈總效率，η=0.7—0.8，取0.8</p><p>　　代入數(shù)據(jù) 得： N

46、3;m</p><p>　　其中： 為最大軸向載荷，</p><p>　　為滾珠絲杠未預緊時的效率，=0.95≥0.9 </p><p><b>　　其余數(shù)據(jù)同上</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù) 得： N·m</p><p>　　其中：進給方向的最大切削力</p

47、><p><b>　　其余參數(shù)同上。</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得： N·m</p><p>　　由此都得到等效負載轉矩 N·m </p><p>　　b、快速空載時電動機所需力矩M</p><p>　　由【1】中P132式5-24得：</p><

48、;p><b>　　加速力矩其中：</b></p><p><b>　　其余參數(shù)同上</b></p><p><b>　　入數(shù)據(jù)得： N·m</b></p><p>　　力矩摩擦其中：u為導軌副的摩擦因數(shù)，滾動導軌取</p><p><b>　　u=0.

49、005</b></p><p><b>　　其余參數(shù)同上。</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：N·m</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩：</b></p><p><b>　　其余參數(shù)同上</b></

50、p><p>　　代入數(shù)據(jù)得： N·m</p><p>　　所以可知快速空載時點擊所需力矩：</p><p>　　=0.06+0.0004+0.048</p><p>　　=0.1084 N·m</p><p>　　比較和，取其較大者，就是最大等效負載，即：==1.46N.M</p><

51、;p><b>　?、邸⒉竭M電機的初選</b></p><p>　　考慮到步進電機的驅動電源受電網(wǎng)的影響較大，當輸入電壓降低時，其輸入轉矩也會下降，可能會造成丟步，甚至堵轉，因此按最大等效負載M考慮一定的安全系數(shù)λ，取λ=3，則步進電機的最大靜轉矩應滿足：</p><p><b>　　N·m</b></p><p

52、>　　由所選的電機型號參數(shù)可知，最大轉矩 N·m，可知滿足要求。</p><p>　?、堋⒉竭M電機性能校核</p><p>　　a 、最快工進速度時電動機時輸出轉矩校核</p><p>　　任務書給定工作臺最快工進速度=400mm/min，脈沖當量/脈沖，求出電動機對應的運行頻率。從90BYG5502電動機的運行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動

53、機的輸出轉矩4N·m，遠遠大于最大工作負載轉矩=1.46N·m，滿足要求。</p><p>　　b、最快空載移動時電動機輸出轉矩校核 </p><p>　　任務書給定工作臺最快空載移動速度=3000mm/min，求出其對應運行頻。由圖查得，在此頻率下，電動機的輸出轉矩=3.5N·m，大于快速空載起動時的負載轉矩=0.1084N·m，滿足要求。<

54、;/p><p>　　c、最快空載移動時電動機運行頻率校核 </p><p>　　與快速空載移動速度=3000mm/min對應的電動機運行頻率為。查圖3中相應表格，可知90BYG5502電動機的空載運行頻率可達20000，可見沒有超出上限。</p><p>　　、起動頻率的計算 </p><p>　　已知電動機轉軸上的總轉動慣量，電動機轉子的轉

55、動慣量，電動機轉軸不帶任何負載時的空載起動頻率。由式可知步進電動機克服慣性負載的起動頻率為：</p><p>　　說明：要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有。</p><p>　　綜上所述，本次設計中工作臺的進給傳動系統(tǒng)選用90BYG5502步進電動機，完全滿足設計要求。</p><p>

56、;　?、?、確定選型的步進電機的參數(shù)</p><p>　　所選電動機參數(shù)如下圖所示：</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　外形尺寸安裝接線圖和和矩頻特性如圖3所示</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　參考網(wǎng)址 http://

57、www.cz-baoma.com/product.asp?Action=Detail&ID=28</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　（5）、、滾動導軌的設計計算</p><p><b>　　①、工作載荷的計算</b></p><p>　　工作載荷是影響導軌副壽命的

58、重要因素，對于水平布置的十字工作臺多采用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為：</p><p>　　其中，移動部件重量G=800N,外加載荷F==503N</p><p><b>　　代入上式，得：</b></p><p>　　、小時額定工作壽命的計算</

59、p><p>　　預期工作臺的工作壽命為5年，一年365天，取工作時間為360天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命</p><p>　?、?、距離額定壽命計算</p><p><b>　　由公式，從而得到</b></p><p>　　式中，為小時額定工作壽命。</p><p>　　n為移動件每分鐘

60、往復次數(shù)（4—6）取5</p><p>　　S為移動件行程長度，由加工范圍為250mm×250mm取520mm</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) 得：</b></p><p><b>　?、?、額定動載荷計算</b></p><p><b>　　由公式</b>&l

61、t;/p><p><b>　　從而得到：</b></p><p><b>　　式中：為額定動載荷</b></p><p>　　L為距離工作壽命，由上式可知為4493km</p><p>　　F為滑塊的工作載荷，由上式可知為669N</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得

62、：</b></p><p><b>　?、荨a(chǎn)品選型</b></p><p>　　根據(jù)額定動載荷，選擇滾動導軌，查滾動導軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB20BA型，相關尺寸如下圖4所示，</p><p>　　參考網(wǎng)址： http://www.njyigong.com/html/gund/g2/c/ggb/ba.htm

63、</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　可知其額定動載荷C=11.6KN，大于5.593KN，故可知滿足要求。</p><p><b>　?、?、安裝連接尺寸。</b></p><p>　　對于導軌的安裝按照如圖4所示相關尺寸安裝。</p><p>&l

64、t;b>　　3、其余附件的選擇</b></p><p><b>　　1、聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　剛性聯(lián)軸器結構比較簡單，制造容易， 免維護，超強抗油以及耐腐蝕，即使承受負載時也無任何回轉間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負荷時，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。適用于安裝底座剛性好、對中精度較高、沖擊載荷不大、對減振要求不高的中小功率軸系傳動。根據(jù)選

65、出的電機和絲杠的參數(shù)，選用沈陽光宇科技有限公司的LK13-C32-1012型剛性聯(lián)軸器。</p><p>　　參考網(wǎng)址 http://www.31992640.com/asp/cpzx-show.asp?productid=1753</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　四、控制系統(tǒng)的設計</b&

66、gt;</p><p>　　根據(jù)任務書的要求，設計控制系統(tǒng)的時主要考慮以下功能：</p><p>　　接受操作面板的開關與按鈕信息；</p><p><b>　　接受限位開關信號；</b></p><p>　　控制X，Y向步進電動機的驅動器；</p><p>　　與PC機的串行通信。</p&

67、gt;<p>　　CPU選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52，采用8279，和W27C512，6264芯片做為I/O和存儲器擴展芯片。W27C512用做程序存儲器，存放監(jiān)控程序；6264用來擴展AT89S52的RAM存儲器存放調(diào)試和運行的加工程序；8279用做鍵盤和LED顯示器借口，鍵盤主要是輸入工作臺方向，LED顯示器顯示當前工作臺坐標值；系統(tǒng)具有超程報警功能，并有越位開關和報警燈；其他輔助電路有復位電路，時鐘

68、電路，越位報警指示電路。</p><p>　　進給控制系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　驅動電路流程設計</b></p><p>　　步進電機的速度控制比較容易實現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設計時的脈沖當量為0.01mm，步進電機每走一步，工作臺直線行進

69、給0.01mm。步進電機驅動電路中采用了光電偶合器，它具有較強的抗干擾性，而且具有保護CPU的作用，當功放電路出現(xiàn)故障時，不會將大的電壓加在CPU上使其燒壞。</p><p>　　圖7 步進電機驅動電路圖</p><p>　　該電路中的功放電路是一個單電壓功率放大電路，當A相得電時，電動機轉動一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲存在繞組中的能量通過二極管

70、形成續(xù)流回路泄放，從而保護功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動機發(fā)熱厲害被燒壞。</p><p>　　由于步進電機采用的是五相十拍的工作方式（五個線圈A、B、C、D、E），其正轉時通電順序為：A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA-A……….其反轉的通電順序為：A-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA-A………。</p><p>

71、;　　3、驅動電源的選用，及驅動電源與控制器的接線方式</p><p>　　設計中X、Y向步進電動機均為90BYG5502型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬前楊電機電器有限公司。查步進電動機的資料，選擇與之匹配的驅動電源為BD28Nb型，輸入電壓為50V AC，相電流為3A，分配方式為五相十拍。該驅動電源與控制器的接線方式如圖8所示：</p><p><b>　　圖8</b>&l

72、t;/p><p>　　五、機械部分裝配圖的繪制</p><p>　　裝配圖見附件CAD A1圖紙</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　【1】、文懷興、夏田 .《數(shù)控機床系統(tǒng)設計》 北京：北京化工出版社，2005.</p><p>　　【2】、韓榮第 .《金屬切削原理與

73、刀具》 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007.</p><p>　　【3】、李洪 .《機床設計手冊》北京：遼寧科學技術出版社，1999.</p><p>　　【4】、陳家芳.《金屬切削工藝手冊》 上海：上?？茖W技術出版社, 2005.</p><p>　　【5】、楊建明. 《數(shù)控加工工藝與編程》北京：北京理工大學出版社，2009.</p><p

74、>　　【6】、張新義.《經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計》北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　【7】、尹志強.《機電一體化系統(tǒng)課程設計指導書》北京:機械工業(yè)出版社，2007.</p><p><b>　　七、總結體會</b></p><p>　　我覺得這次《數(shù)控機床》課程設計是對過去所學專業(yè)知識的一個全面的綜合的運用。在設計的過程中

75、我全面地溫習了以前所學過的知識，包括機械設計基礎和機械制圖方面的基礎知識，還有剛學過的數(shù)控機床這門課，經(jīng)過復習整理所學得專業(yè)知識使得設計思路清晰系統(tǒng)。通過設計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關機械設計方面的知識。</p><p>　　還有很重要的一點是讓我體會到了一個設計者的精神。在設計過程中既要自己不斷思考、創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標準