畢業(yè)論文-數(shù)控十字滑臺(tái)設(shè)計(jì)（送全套CAD圖紙 資料打包）

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下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763摘 要隨著制造業(yè)的發(fā)展，人們深刻的感受到數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中的地位是越來越重要。本文結(jié)合機(jī)電一體化的需要，設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的 X-Y 型工作臺(tái)（X－Y 工作臺(tái)是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動(dòng)的工作臺(tái)） 。通過對(duì) X-Y 型工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制電路接口的設(shè)計(jì)，闡述了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中的共性和關(guān)鍵技術(shù)。這種工作臺(tái)通常與整機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，其形狀，尺寸，結(jié)構(gòu)因機(jī)器類型不同而有較大差異，但其工作原理有著共同點(diǎn)。關(guān)鍵詞：X-Y 數(shù)控十字滑臺(tái)；機(jī)電一體化；單片機(jī) 下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763AbstractAlong with manufacturing industry development，people's profound feeling numerical control engine bed in production status is more and more important. Combine mechanical-electrical integration’s need, design a Model X-Y working bench with one-chip computer as the of the control system(X-Y working bench is separately along X and Y motion work table.). Though describing the working bench mechanical’s design of structure and interface of the control circuit to Model X-Y, have explained generality in the design of mechanical-electrical integration and its key technology. This kind of working bench is usually designed with the complete machine into a whole , its form , size, there is a greater difference because types of the machine are different in the structure, but its operation principle has common point. Keywords: X-Y numerical control cross slippery platform; The mechanical-electrical integration; One-chip computer目 錄下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397631 緒 論 ..................................................................................................................................................11.1 數(shù) 字 控 制 技 術(shù) 的 產(chǎn) 生 和 發(fā) 展 .................................................................................11.2 我 國 數(shù) 控 機(jī) 床 的 發(fā) 展 情 況 .......................................................................................21.3 數(shù) 控 機(jī) 床 中 十 字 滑 臺(tái) 的 設(shè) 計(jì) .................................................................................22 機(jī) 床 改 造 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) .................................................................................................43 確 定 機(jī) 械 傳 動(dòng) 改 造 方 案 .................................................................................................53.1 設(shè) 計(jì) 原 始 參 數(shù) ....................................................................................................................53.2 確 定 切 削 用 量 ....................................................................................................................53.3 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 的 切 削 負(fù) 載 分 析 及 計(jì) 算 方 法 .......................................................53.3.1、 各 個(gè) 方 向 的 分 力 .....................................................................................................53.3.2、 摩 擦 阻 力 .......................................................................................................................53.3.3、 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 計(jì) 算 ...............................................................................................63.3.4、 絲 杠 摩 擦 阻 力 矩 的 計(jì) 算 ..................................................................................63.3.5、 等 效 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 Tm 的 計(jì) 算 ...............................................................................63.3.6、 起 動(dòng) 慣 性 阻 力 矩 的 計(jì) 算 ..................................................................................63.3.7、 步 進(jìn) 電 機(jī) 輸 出 軸 總 的 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 的 計(jì) 算 ..............................................63.4 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 匹 配 選 擇 .................................................................................................73.5 滾 珠 絲 杠 的 選 擇 與 校 核 ...........................................................................................73.5.1、 工 作 原 理 及 結(jié) 構(gòu) .....................................................................................................73.5.2、 滾 珠 絲 杠 副 的 特 點(diǎn) ...............................................................................................73.5.3、 承 載 能 力 的 校 核 .....................................................................................................83.5.4、 壓 桿 穩(wěn) 定 性 驗(yàn) 算 .....................................................................................................8下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633.5.5、 剛 度 驗(yàn) 算 .......................................................................................................................83.6 齒 輪 的 校 核 計(jì) 算 .............................................................................................................93.7 軸 承 的 選 擇 與 校 核 .....................................................................................................123.8 導(dǎo) 軌 的 選 擇 ........................................................................................................................134 控 制 系 統(tǒng) 的 硬 件 及 軟 件 設(shè) 計(jì) .........................................................................144.1 確 定 控 制 系 統(tǒng) 方 案 .....................................................................................................144.2 單 片 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計(jì) ...................................................................................144.2.1、 單 片 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 硬 件 構(gòu) 成 ....................................................................144.2.2、 單 片 機(jī) 引 腳 及 其 功 能 ......................................................................................154.2.3、 控 制 線 ...........................................................................................................................154.3 單 片 機(jī) 的 選 擇 ..................................................................................................................164.4 存 儲(chǔ) 器 的 選 用 與 擴(kuò) 展 ...............................................................................................164.5 存 儲(chǔ) 器 的 選 用 及 連 接 ...............................................................................................164.6 地 址 鎖 存 器 ........................................................................................................................174.7 鍵 盤 與 顯 示 電 路 及 其 程 序 ...................................................................................184.7.1、 8155 工 作 方 式 設(shè) 定 ...........................................................................................194.7.2、 狀 態(tài) 查 詢 .....................................................................................................................204.7.3、 8155 定 時(shí) 功 能 .......................................................................................................204.7.4、 鍵 盤 顯 示 電 路 工 作 原 理 ................................................................................224.8 步 進(jìn) 電 機(jī) 接 口 電 路 .....................................................................................................295 總 結(jié) .............................................................................................................................................32參 考 文 獻(xiàn) .......................................................................................................................................33下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763致 謝 .....................................................................................................................................................34買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397631 緒 論1.1 數(shù) 字 控 制 技 術(shù) 的 產(chǎn) 生 和 發(fā) 展最早采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，是在20世紀(jì)40年代提出的。當(dāng)時(shí)美國北密執(zhí)安的一個(gè)小型飛機(jī)葉片輪廓樣板時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了處理，并考慮了刀具對(duì)加工路徑的影響，使加工精度達(dá)到±0.0381mm。以當(dāng)時(shí)的水平來看，是相當(dāng)高的。1952年，美國麻省理工學(xué)院研制出一套實(shí)驗(yàn)性數(shù)字控制系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)數(shù)字立式銑床上，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，是數(shù)控機(jī)床的第一代。但是這臺(tái)機(jī)床畢竟是一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性機(jī)床，到了1954年11月，在帕爾森專利的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國本迪克公司生產(chǎn)出來的。1959年，電子行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路版，從而使數(shù)控機(jī)床跨入了第二代。同年3月，由美國克耐·杜列克公司發(fā)明下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763了帶有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”?，F(xiàn)在加工中心已成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中占數(shù)控機(jī)床總量的1/4左右。1960年，研制出了小規(guī)模集成電路。由于它的體積小，功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都是采用專用控制的硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC）。1967年，英國首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床聯(lián)成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的FMS－Flexible Manufacturing System 柔性制造系統(tǒng)。之后，美、歐、日等國也相繼進(jìn)行了開發(fā)和應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格和使用了微處理器。1974年，美、日等國首先先研制出以微處理器為核心的數(shù)控機(jī)床。30多年來，微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到飛速發(fā)展和應(yīng)用，這是第五代數(shù)控。后來，人們將MNC也統(tǒng)稱為CNC。20世紀(jì)80年代初，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC。這種單元投資少、見效快，既可單獨(dú)長時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成制造系統(tǒng)中使用。所以近幾十年來，得到快速發(fā)展和應(yīng)用。FMC和FMS被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)CIMS－Computer Integrated Manufacturing System 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。1.2 我 國 數(shù) 控 機(jī) 床 的 發(fā) 展 情 況我國從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，一直到20世紀(jì)60年代中期處于研制、開發(fā)時(shí)期。1965年，國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末70年代初研制成功X53K－1G立式數(shù)控銑床、CJK-18數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。從20世紀(jì)70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面開展，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。但數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性未得到解決。在這一時(shí)期，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。20世紀(jì)80年代，我國從國外引進(jìn)部分系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流主軸電機(jī)技術(shù)和一些新的技術(shù)，使我國的數(shù)控機(jī)床在性能上有了質(zhì)的飛躍。1995年以后，我國數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床、重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來。下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763現(xiàn)在我國已經(jīng)建立了以中，低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，未來幾十年，我國將成為數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)，使用大國。1.3 數(shù) 控 機(jī) 床 中 十 字 滑 臺(tái) 的 設(shè) 計(jì)隨著制造業(yè)的發(fā)展，人們深刻的感受到數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中的地位是越來越重要，雖然近幾年我國組合機(jī)床的技術(shù)在不斷的發(fā)展，然而組合機(jī)床通用部件中的大型滑臺(tái)，至今仍主要是單坐標(biāo)的滑臺(tái)。而有些國家的組合機(jī)床早在70年代（或更早些）就有了雙坐標(biāo)的十字滑臺(tái)。 機(jī)電一體化技術(shù)的數(shù)控機(jī)械如數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、火焰切割機(jī)、電加工機(jī)床以及衣料開片機(jī)等都有一個(gè)在X-Y平面內(nèi)作配合運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)。這種工作臺(tái)通常與整機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，其形狀，尺寸，結(jié)構(gòu)因機(jī)器類型不同而有較大差異，但其工作原理有著共同點(diǎn)。該設(shè)計(jì)的數(shù)控X-Y工作臺(tái)是一個(gè)既能用于生產(chǎn)實(shí)際又可用于數(shù)控教學(xué)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。考慮到8031單片微機(jī)具有較高的性能價(jià)格比，具有強(qiáng)有力的指令系統(tǒng)，決定選用INTER公司生產(chǎn)的8位8031單片機(jī)芯片作為本系統(tǒng)的微處理器。X－Y工作臺(tái)是指能分別沿著X向和Y向移動(dòng)的工作臺(tái)。本文通過對(duì)X－Y工作臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計(jì)，闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的共性和關(guān)鍵的技術(shù)。 在超精密機(jī)床和超精密加工中，為使機(jī)床微位移的分辨率進(jìn)一步提高；為進(jìn)行機(jī)床和加工誤差的在線補(bǔ)償，以提高加工精度；為進(jìn)行某些特殊的非軸對(duì)稱表面的加工，都需要使用微量進(jìn)給裝置。高精度微量進(jìn)給裝置現(xiàn)在已成為超精度機(jī)床的一個(gè)重要的關(guān)鍵裝置?，F(xiàn)在高精度微量進(jìn)給裝置已可達(dá)到0.001～0.01μm的分辨率。這對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄切削，實(shí)現(xiàn)高精度尺寸加工和實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償是十分有用的。 ??3數(shù)控X-Y工作臺(tái)、數(shù)控鉆床等設(shè)備實(shí)際上是2軸半的系統(tǒng)，即工作臺(tái)的兩個(gè)方向聯(lián)動(dòng)、垂直于工作臺(tái)的刀具不必與工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)。在對(duì)一些X－Y工作臺(tái)的研究調(diào)查中發(fā)現(xiàn)目前的簡易數(shù)控控制系統(tǒng)基本上是基于普通單片機(jī)，顯示為LED數(shù)碼管的系統(tǒng)，操作很不方便而且通用性不強(qiáng)。為此，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了通用的2軸半數(shù)控控制器。其基本思想是采用最新的微處理技術(shù)和集成電路技術(shù)，提高系統(tǒng)集成度，從而提高可靠性，降低成本，減小體積。它具有良好的人－機(jī)交互界面，滿足一般2軸半數(shù)控系統(tǒng)的需要。 下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397632 機(jī) 床 改 造 總 體 方 案 設(shè) 計(jì)對(duì)數(shù)控十字滑臺(tái)而言，主要是縱橫方向兩個(gè)坐標(biāo)的傳動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，決定采用點(diǎn)位控制，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)，這樣可以使控制系統(tǒng)簡單，成本低，調(diào)試維修容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，此工作臺(tái)采用滾珠絲杠螺母副和滾珠滾動(dòng)導(dǎo)軌，為盡量消除齒側(cè)間隙，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仍采用MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 X-Y數(shù)控十字滑臺(tái)的總體框圖如下 ： ??614下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763微機(jī) 環(huán) 形 分 配 器 光電隔離 功率放大 步 進(jìn) 電 機(jī)步 進(jìn) 電 機(jī) 工作 臺(tái) 執(zhí)行 元 件環(huán) 形 分 配 器 光電隔離 功率放大圖 2－1（結(jié)構(gòu)總體框圖）3 確 定 機(jī) 械 傳 動(dòng) 改 造 方 案3.1 設(shè) 計(jì) 原 始 參 數(shù)(1)、工作滑臺(tái)面長X寬（mm） 250mmX250mm (2)、銑刀 Φ20mm (3)、銑削深度 αp=5mm (4)、銑刀齒數(shù) Z=3 (5)、齒進(jìn)給量 0.2zfm?(6)、被加工材料 HB=250 (7)、工作臺(tái)移動(dòng)速度 x=2 、y=2m/min下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633.2 確 定 切 削 用 量根據(jù)加工方式不同，切削用量選擇方式也不同。對(duì)銑削而言，主要是切削速度V，切削深度 ,切削寬度 ,每齒進(jìn)給量 ,銑刀齒數(shù)z,銑刀直徑D 。切削用量主要paef根據(jù)刀具的類型，刀具的材料，被加工工件的材料等參數(shù)和有關(guān)手冊(cè)及教科書確定。除了工作進(jìn)給速度而外，還有一個(gè)快進(jìn)速度問題，一般情況下，推薦快進(jìn)速度為V≤0.2/min。 這里要注意把機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給速度分開。 ??43.3 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 的 切 削 負(fù) 載 分 析 及 計(jì) 算 方 法設(shè)計(jì)參數(shù)為：銑刀的直徑 D=20mm，齒數(shù) Z=3，切削深度 ，每齒進(jìn)給量5pam?,被加工材料 HB=250。據(jù)實(shí)際工作情況可認(rèn)為同時(shí)工作的齒數(shù)為 2 齒，0.2zfm?每齒切削層面積為 S=0.2×5=1.00mm,兩齒為 2×1=2mm,則圓周力 Fc=2×250=500kgf=5000N3.3.1、各個(gè)方向的分力 沿進(jìn)給方向的水平分力 Fh=0.4×Fc=2000N 沿進(jìn)給方向的垂直分力 Fv=0.90×Fc=4500N 沿銑刀軸向分力 Fa=0.55×Fc=2750N 3.3.2、摩擦阻力 銑床工作臺(tái)與導(dǎo)軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，取摩擦系數(shù)u=0.1。摩擦力等于正壓力乘摩擦系數(shù)。正壓力應(yīng)包括主切削力 及工作臺(tái)之動(dòng)力矩，設(shè)工作臺(tái)重量為aFj100kg，故可算出其摩擦阻力為：F摩=（100×10+2750）×0.1=375N 3.3.3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算其中： 036ti??????5i—齒輪傳動(dòng)比， —步距角， —螺距，δ—脈沖當(dāng)量 0ti=0.75×6/360×0.01=1.25 Z1=20;Z2=25;m=1.5(模數(shù));b=20mm(齒寬)；壓力角為20 df1=mZ1=30mm;df2=mZ2=37.5mm;de1=33mm;de2=40.5mm 若將齒輪看作近似的圓柱體，齒輪材料為45鋼，則齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為： Jz1= 44527.83210.8kgm???Jz2= 510?下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763根據(jù)類比的方法，滾珠系直徑選擇為d0=32mm;L=0.55 m;材料為45鋼，則系杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似算出為 Js= 44327.832510.5kgm?????查手冊(cè)預(yù)選電機(jī)為110BF003 查得的電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ,拆算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)42.610J?動(dòng)慣量為： 2 23212 0()(/3.).8510mzzsJJiit kgm????????? ??73.3.4、絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算 由于床用的是滾珠絲杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。 3.3.5、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm 的計(jì)算 Tm=1/2×3.14(F縱+F摩) V溜/n Tm=1/(2×23.14)×(2000+375)×2/416.67=1.81Nm3.3.6、起動(dòng)慣性阻力矩的計(jì)算 以最不利條件下的快速起動(dòng)計(jì)算，設(shè)起動(dòng)加速式制動(dòng)減速的時(shí)間△t=0.3S，由于步進(jìn)電機(jī)的角速度 ==2×3.14×416.67/60=43.63m?則角加速度為： =43.63/0.3=145.4則: T慣=JΣ× =0.85×103?×145.4=0.124(Nm) 3.3.7、步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 JΣ=Tm+T慣 JΣ=1.81+0.124=1.934（Nm） 3.4 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 匹 配 選 擇考慮到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為n，安全系數(shù)取K，此時(shí)的負(fù)載總轉(zhuǎn)矩 TΣ=(1.5/0.7) ×1.934=4.15Nm 由預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為三相六拍，步距角0.75，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tymax=7.84Nm,為保證正常的起動(dòng)與停止，步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tg必須大于或等于TΣ由下表可以查出Tg/Tymax之比值 。??1電機(jī)相數(shù) 3 4 5 6運(yùn)行拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6Tg/Tymax 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.915 0.866則可算出 Tg=0.866×7.84=6.789(Nm)，因?yàn)楸?.15 Nm大，所以選擇合適。下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633.5 滾 珠 絲 杠 的 選 擇 與 校 核3.5.1、工作原理及結(jié)構(gòu) 絲杠和螺母的螺紋滾道間置有滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，則絲杠與螺母之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的旋轉(zhuǎn)槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置。 3.5.2、滾珠絲杠副的特點(diǎn)（1）剛度好 通過給螺母組件內(nèi)施加預(yù)壓來獲得較高的系統(tǒng)剛度，可滿足各種機(jī)械傳動(dòng)要求，無爬行現(xiàn)象，始終保持傳動(dòng)高效率，效率高達(dá)90%~95%，耗費(fèi)的能量僅為滑動(dòng)絲杠的1/3。 （2）傳動(dòng)具有可逆性 既可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且逆?zhèn)鬟f可保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏性。 （3）傳動(dòng)精度高 經(jīng)過淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有很高的制造精度，又由于摩擦小，絲杠副工作時(shí)溫升和熱變形小，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。 （4）使用壽命長 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，磨損極小，長期使用后仍能保持其精度，因而受命長，具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動(dòng)絲杠要高5～6倍。 （5）不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設(shè)置制動(dòng)裝置。 （6）制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。 滾珠絲杠的選擇，一般是根據(jù)機(jī)床原來絲杠的大小，按類比法來選擇直徑，因此必須進(jìn)行以下項(xiàng)目的校核。3.5.3、承載能力的校核 3max0HwQLfPC?????9式中——滾珠絲杠壽命系數(shù)=60nT/ 61?fw——載荷系數(shù)，中等沖擊1.2-1.5 T——使用壽命時(shí)間 15000 ——硬度系數(shù) 1.0 Hf=F縱+F摩 =2000+375=2375N maxP則Q= 6360.150/.123754961N???下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763查表可知道滿足要求。 3.5.4、壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 ??223.14/maxPkFEIRDP????12式中 Pk——實(shí)際承受載荷的能力 FK——壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù),雙推-雙推時(shí)為4,單推-單推時(shí)為1,又推簡支時(shí)為2,雙推自由式為0.25; E——?jiǎng)偟膹椥阅Ａ?.1×10 (Mpa); I——絲桿穩(wěn)定安全系數(shù),一般取2.5---4,垂直安裝取小值. 由上例，取由上例,取Fk=2,I=3.14/32*2.5=3.83,d1=25mm;取K=4,L=La=120cm(系杠長度) 4則 Pk=1.72×10N≥Pmax(Pmax=2375N)3.5.5、剛度驗(yàn)算 絲杠的剛度是要保證第一導(dǎo)程的變形量在允許的范圍內(nèi),起變形計(jì)算公式為: △L= 002//3.14ttPESMIE????式中 S-絲杠最小截面積; M-扭距(N.m),系數(shù)符號(hào)同上. 式中的正號(hào)用于拉伸,負(fù)號(hào)用于壓縮.若都為拉伸,有如下計(jì)算結(jié)果: 設(shè) t=0.6mm,S=3.1416×R1^2=3.14160× (1.42/2)^2=1.58mm2I=0.4cm,M=Tmax.i=7.84×1.25=9.0(N.m),P=Pmax=2375N則: ΔL=2375×0.6/(2.1*10)×1.58+9808×0.62 /(2×3.1416×0.4×2.1× ) 810=496.4× 810?Cm=5.0u 滿足使用要求 所以,我們的電機(jī)選擇型號(hào):110BF003 絲杠選 LL32×6。下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖 3－1( 滾珠絲杠螺母副)即螺紋調(diào)隙式的滾珠絲杠螺母副，其一個(gè)螺母的外端有凸緣而另一個(gè)螺母的外端沒有凸緣而制有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個(gè)圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時(shí)，即可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)緊拉力，調(diào)整好后再用另一個(gè)圓螺母把它鎖緊。 這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，雖軸向位移不太精確，但應(yīng)用較廣泛。3.6 齒 輪 的 校 核 計(jì) 算所選齒輪參數(shù)如下： Z1=20;Z2=25;m=1.5(模數(shù));b=20mm(齒寬)；壓力角為20 df1=mZ1=30mm;df2=mZ2=37.5mm;de1=33mm;de2=40.5mm 小齒輪用 40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度為 241HB-286HB,平均為 260HB。大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 229HB-286HB，平均取 240HB。 ??15612.83cos01.594.89aZZ???????????????????????????齒間載荷分布系數(shù)： 221.60.89HKZ???齒向載荷分布系數(shù)： 2 23 311.760.612.53HbKABCbd???????????????????查表得： .5,.VK?荷系數(shù)： .52..7AH????彈性系數(shù)： 查表得 =189.8EZEaMP節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： 查圖得 .Z接觸最小安全系數(shù)：由表得 min10HS?工作時(shí)間： 1038.24ht h??下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：查表可估計(jì) 7910LN?〈則指數(shù) m=8.78??8.71 1maxmax8.78.78.776064.020532.910n ni ihiVi iTTtNtyt? ????????????????????故原估計(jì)應(yīng)力次數(shù)正確。 772/.391/.91Li接觸壽命系數(shù)查圖得： 2.4NNZ?，由 查表得：12,NZlim1lim0,580MPaPa?????許用接觸應(yīng)力 ：?????lim1nli22mn17.8250.461.3NHSZPad???????算接觸應(yīng)力： 1 22.71984.589.250. 3230EHKTuZ MPabd????????????故選擇合適??2??齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 ：??25重合度系數(shù)： 0.70.75...219Y?????齒間載荷分配系數(shù)： .3.2KF?齒向載荷分布系數(shù) ：F?????1.50.1.537/20//3.7926afaahmhcb?????????由查圖可得： .FK?下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763載荷系數(shù)K ：??38 1.52.391.0AVFK??????齒形系數(shù) 查圖得： =2.8，aY1FaY26Fa應(yīng)力修正系數(shù) 查圖得： =1.54， s s .58s彎曲疲勞極限 查圖得：limF?lim1lim260,40FFMPPa????彎曲最小安全系數(shù) 由表估計(jì)得：inS1039.1LN???指 數(shù)??49.11149.149.149.17604.780250203.41ihiLVinaxTtNlt????????????????原估計(jì)循環(huán)次數(shù)正確 7721/./.LNi??彎曲壽命系數(shù) 由圖得：NY120.96,.NNY尺寸系數(shù) 由圖得：xx許用彎曲應(yīng)力 ：??F?7?10??lim1nlim22n6.9460.8250.1.NXFFNXFFYMPaS????校核：????111122112 23.01942.850.724.6315840.FFasFFasFFKTY MPabdYPa?????????????下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633.7 軸 承 的 選 擇 與 校 核 在軸承的選擇上選用深溝球軸承和推力球軸承配合。深溝球軸承承受軸向力，推力球軸承承受軸向力。預(yù)選軸承 ：??249深溝球軸承 6205 d=25 D=52 B=18 24rCKN?7.8orKN?推力球軸承 51305 d=25 D=52 B=18 35.615C有輕微沖擊，預(yù)期使用壽命為： =5000h 采用脂潤滑hL??223.14/maxPkFEIRDP??/aorC/0/28.54orFC?E 查機(jī)械零件設(shè)計(jì)表 18.7 得 e=0.38/ar //7.3ar故查表 18.7 得：X=1 ，Y=0rFe?df 1.df?1.527480rP??,,33, 6.750278.6124hrrrLnCKN???故所選軸承合格。3.8 導(dǎo) 軌 的 選 擇根據(jù)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌。 滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠，滾針，滾柱等滾動(dòng)體，使相配的兩個(gè)導(dǎo)軌面只同滾動(dòng)體接觸而不直接接觸導(dǎo)軌。 滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是導(dǎo)軌面之間是滾動(dòng)摩擦，而不是滑動(dòng)摩擦。由于摩擦阻力小，故使工作部件移動(dòng)起來很靈敏。滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)小，并且它和運(yùn)動(dòng)速度快慢無關(guān)，低速時(shí)運(yùn)動(dòng)也均勻，工作部件的定位精度高，并且不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。因?yàn)闈L動(dòng)摩擦阻力小，所以工作部件的啟動(dòng)和運(yùn)行的功率小。滾動(dòng)導(dǎo)軌的磨損小，它的精下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763度持久性好。但滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)贓物比較敏感，故必須有良好的防護(hù)裝置。 經(jīng)比較，選用滾動(dòng)導(dǎo)軌中的滾珠導(dǎo)軌。4 控 制 系 統(tǒng) 的 硬 件 及 軟 件 設(shè) 計(jì)4.1 確 定 控 制 系 統(tǒng) 方 案微機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化方法有兩種：一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制部件；另一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。前者需要重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用單片機(jī)控制系統(tǒng)，由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及專用控制程序組成的開環(huán)控制。其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，對(duì)機(jī)床的控制過程大多是由單片機(jī)接照輸入的加工程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，產(chǎn)生進(jìn)給，由軟件或硬件實(shí)現(xiàn)脈分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，縱橫運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)按規(guī)定的輪廓線軌跡運(yùn)動(dòng)。擬訂方案如圖（2－1）。4.2 單 片 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計(jì)對(duì)十字滑臺(tái)X-Y軸控制要求作如下規(guī)定：步進(jìn)電機(jī)3相6拍，脈沖當(dāng)量為0.01，能用鍵盤輸入命令，控制X,Y向運(yùn)動(dòng)及實(shí)現(xiàn)其它功能，能實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置，具有越程指示報(bào)警及提示功能，采用硬件進(jìn)行環(huán)形分配，字符發(fā)生及鍵盤掃描均由軟件實(shí)現(xiàn)。 4.2.1、單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 現(xiàn)選用8031單片機(jī)芯片為主芯片。它有P 0-P3四個(gè)8位口，P 0可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL ??146下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763縱 橫等 軸限 位主 軸脈 沖發(fā) 生器急 停功 能 按 扭 電 機(jī)電 機(jī)電 機(jī)功率放大器光電隔離驅(qū)動(dòng)器擴(kuò) 長接 口存 儲(chǔ)擴(kuò) 長器微 機(jī)圖 4－1（硬件構(gòu)成）門電路，16 根地址線由它經(jīng)地址鎖存器（74LS373）提供第 8 位 A0-A7，而高8 位 A8-A15 由由 P2 口提供。數(shù)據(jù)總線由 P0 口提供?？刂瓶偩€有 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨(dú)立的控制線 RESET，-EA，ALE ，-PSEN 組成。僅剩 P1 口可供控制外設(shè)，因此不能滿足上述要求，又由 8031 總片無 ROM，且只有 128 字節(jié)的 RAM，也不夠用，故需要擴(kuò)展?，F(xiàn)采用 8155 和 2764，6264 作為 I/O 和存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片，顯示器采用 LED 數(shù)碼顯示，從控制要求來看，需要 5 位數(shù)碼顯示，其中整數(shù)部分 3 位，小數(shù)部分 3 位。其它輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路，延時(shí)可利用 8155 的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的引腳 TMRIN 和 TMROUT。4.2.2、單片機(jī)引腳及其功能 (1)電源線 2根 ??13Vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接+5V Vss：地電平 (2)晶振 2根 XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器時(shí)必須接地。 XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部震蕩器時(shí)用于輸入外邊震蕩信號(hào)。 (3)I/O口共有p 0 p1 p2 p3四個(gè)8位口，32根I/O線，其功能 p0.0-p0.7 (AD0-AD7)：是I/O端口O的引腳。端口O是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O端口。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口。下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763p1.0-p1.7： 端口1的引腳，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口通道，專供用戶使用。 p2.0-p2.7 (A8-A15)：端口2的引腳。端口2是一個(gè)百內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址A 8-A15。 p3.0-p3.7： 端口 3 的引腳。端口 3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一 I/O 口功能或第二 I/O 口功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與 p1 口完全相同。4.2.3、控制線 (1)PSEN：程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。從外部程序存儲(chǔ)器取數(shù)時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)二次有效。 (2)Vpp：EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。EA為低電平時(shí)CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令。因8031沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故EA必須接地。V pp是在8751EPROM編程時(shí)為+21的編程電源輸入端。 (3)PROG，ALE是地址鎖存使能信號(hào)。作為地址鎖存允許時(shí)高電平有效。因?yàn)閜 0端口是分時(shí)傳送數(shù)據(jù)和低8位地址。故訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)鎖存低8位地址。即使在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，也可以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生ALE，因此可以用它作為外部的時(shí)鐘信號(hào)。ALE主要是提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)，在從外部程序存儲(chǔ)器取令時(shí)，把p 0口的低8位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。 (4)T/VPD 是復(fù)位/備用電源端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，使RST行腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期為高電平，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器清零，即程序從0000H單元開始執(zhí)行。在Vcc關(guān)斷之前加上V PD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容將不變。 單片機(jī)時(shí)鐘利用內(nèi)部振蕩電路，在 XTL1，XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，晶振可以在 1.2-12MHz間任選，電容在 5-30PF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。越界報(bào)警，指示電路，采用 4 個(gè)點(diǎn)位開關(guān)。一旦越界，應(yīng)立即停止工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，這里采用中斷方式，利用 8031 外部中斷-INT 0，只要有一個(gè)開關(guān)閉合，即工作臺(tái)的 X 向或 Y 向有一越界，便能產(chǎn)生中斷信號(hào)-INT0。為了報(bào)警，設(shè)置了兩個(gè)發(fā)光二極管燈，一個(gè)紅用于報(bào)警，綠的為正常工作，兩燈均由 8031 的 P1.4控制。為了整體控制需要，應(yīng)將 8155 的輸出端 TMROUT 與 8031 的 T0端相連，而且應(yīng)與不進(jìn)電機(jī)控制用環(huán)形分配器的 CP 端相連接。下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397634.3 單 片 機(jī) 的 選 擇由于對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控，其控制功能簡單，為了結(jié)約成本，因而，采用價(jià)格低廉的MCS—51系列的8031單片機(jī)作為該控制系統(tǒng)的CPU已能滿足控制要求。該單片機(jī)內(nèi)部集成ROM存儲(chǔ)器，需要對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 4.4 存 儲(chǔ) 器 的 選 用 與 擴(kuò) 展由控制系統(tǒng)所遷用單片機(jī)內(nèi)部集成ROM存儲(chǔ)器，同時(shí)128位的RAM輸出不能滿足控制系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，因此要進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展。 4.5 存 儲(chǔ) 器 的 選 用 及 連 接程序存儲(chǔ)器選用Inter2764，它是一種5V的8K UVEPROM存儲(chǔ)器芯片，采用HMOS工藝制成，標(biāo)準(zhǔn)存取時(shí)間250ns具有可擦除特性，管腳數(shù)28。 由于車削加工的指令數(shù)量較少，因而所需程序存儲(chǔ)器容量較少，所以選用Inter6264 靜態(tài) RAM 足夠，該存