《數(shù)控十字工作臺(tái)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控十字工作臺(tái)（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 課程名稱： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： ******* 學(xué) 號(hào)： ********** 年 級(jí)： 任課教師： 2013年12月30日 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 誠(chéng)信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的課程論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。課程論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明

2、確注明出處。 特此聲明。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生 信息 學(xué)號(hào) ***** 學(xué)院 機(jī)械學(xué)院 班級(jí) 姓名 ***** 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)自103 教師 信息 姓名 蔡家斌 職稱 副教授 學(xué)歷 碩士 教師 信息 姓名 楊綠 職稱 講師 學(xué)歷 博士 任務(wù)書 發(fā)出時(shí)間 2013年12月9日 設(shè)計(jì)題目 數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 論文（設(shè)計(jì)）起止時(shí)間 2013年12月16日——2014年1月3日 共需 周數(shù)

3、 3 主要內(nèi)容: ① 進(jìn)行數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) ② 結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求擬定總體機(jī)械和電氣控制系統(tǒng)方案。 ③ 根據(jù)擬定的機(jī)械系統(tǒng)方案進(jìn)行數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。 ④ 根據(jù)擬定的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)元器件選用。 ⑤ 完成工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和相關(guān)電氣原理圖的繪制，并繪制必要的控制程序流程圖。 ⑥ 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 主要要求: ① 方案擬定正確，設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)來(lái)源可靠，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。 ② 元?dú)饧x用正確規(guī)范符合國(guó)家頒布標(biāo)準(zhǔn)。 ③ 相關(guān)電氣圖紙的繪制要求視圖完整、符合最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔、質(zhì)量高。 ④ 所有圖紙中必須含工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

4、圖1張、電氣控制原理框圖、相關(guān)控制電路、程序流程圖等電氣原理圖1～2張。 ⑤ 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)闡述整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：如課題來(lái)源現(xiàn)實(shí)意義、總體方案確定、系統(tǒng)框圖分析、電氣元件選用說(shuō)明、以及機(jī)械和電氣的其它部分。說(shuō)明書要突出重點(diǎn)，圖文并茂、文字通暢、計(jì)算正確、字跡清晰、內(nèi)容完整。說(shuō)明書頁(yè)數(shù)不少于 20 頁(yè)。 預(yù)期目標(biāo): 完成符合任務(wù)書要求的數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及程序流程圖設(shè)計(jì)等。完成機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)、電氣控制原理圖設(shè)計(jì)、相關(guān)程序流程圖設(shè)計(jì)。撰寫不低于20頁(yè)左右設(shè)計(jì)論文，并附錄相關(guān)資料及設(shè)計(jì)圖紙。 計(jì)劃進(jìn)程: 序號(hào) 計(jì)劃時(shí)間 進(jìn)程

5、1 12.2～12.4 課題調(diào)研及資料收集，研究問題及提出初步總體方案 2 12.5～12.7 總體方案論證及確定 3 12.8～12.12 機(jī)械部分方案論證確定及計(jì)算 4 12.13～12.16 電氣部分方案論證確定及設(shè)計(jì) 5 12.16～ 撰寫論文及繪制相關(guān)圖紙 主要參考文獻(xiàn): [1]李斌. 數(shù)控技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版社，2013.1 [2]尹志強(qiáng).機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，2007.7 [3] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2004.1 [4] 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)[M]. 北

6、京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9 [5] 陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10 目 錄 摘 要 I 第一章 前 言 2 1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床概述 2 1.2 數(shù)控十字工作臺(tái)概述及應(yīng)用 2 第二章 總體方案的確定 3 2.1 總體方案的確定 3 2.1.1 機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)部件的選擇 3 2.1.2 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 第三章 機(jī)械部分各部件的設(shè)計(jì) 5 3.1 滾珠絲杠副的選擇 5 3.2 支承方式的選擇 6 3.3 導(dǎo)軌副的選擇 7 3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇

7、 8 3.5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 9 3.6 滾珠絲杠副的預(yù)緊 10 3.7 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析 11 3.8 機(jī)械機(jī)構(gòu)部分總體裝配圖 11 第四章 控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) 13 4.1 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 13 4.2 控制卡的選擇 13 4.3 驅(qū)動(dòng)器的選擇 16 4.3.1 驅(qū)動(dòng)器的功能及使用 17 4.3.2 驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出信號(hào) 18 4.4 電氣接線圖 19 第五章 零件加工程序 21 第六章 總結(jié) 23 參考文獻(xiàn) 23 致 謝 24 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 頁(yè)

8、數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 數(shù)控十字工作臺(tái)是一種加工用途廣泛的機(jī)床工作臺(tái)，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控十字工作臺(tái)，主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，其精度要求不高，工作量要求不大。該設(shè)計(jì)包括機(jī)械系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。其中機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)又包括機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要涉及導(dǎo)軌副的選擇、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型。而電氣控制部分的設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)的硬件和軟件兩部分的設(shè)計(jì)，硬件部分主要有環(huán)分電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和電流控制電路的設(shè)計(jì)，以及控制卡的選用，軟件部分主要是控制卡控制程序的編寫。這是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：精度、工作臺(tái)、滾珠絲杠、步

9、進(jìn)電機(jī)、控制系統(tǒng)。 - 25 - 第一章 前 言 1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床概述 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、制造技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)中不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用在制造業(yè)中日益普及，已成為機(jī)電一體化高新制造技術(shù)的基礎(chǔ)和重要組成部分。 數(shù)控機(jī)床是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床，它具有加工柔性好、加工精度高、生產(chǎn)率高、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)力要求低等多種優(yōu)點(diǎn)，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件。一

10、個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展的程度，很大程度在于數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上。 1.2 數(shù)控十字工作臺(tái)概述及應(yīng)用 數(shù)控十字工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床上的一個(gè)重要組成部分，它的發(fā)展與機(jī)床一樣有著重要的意義，它是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的橫向和縱向機(jī)構(gòu)，數(shù)控鉆銑床的XY工作臺(tái)，激光加工設(shè)備的工作臺(tái)等等，隨著數(shù)控十字工作臺(tái)的多樣化、自動(dòng)化已經(jīng)靈活化等，它能加工出許多復(fù)雜多樣的零件，能夠滿足更高的精度要求，對(duì)數(shù)控十字工作臺(tái)的研究能夠進(jìn)一步增強(qiáng)我們對(duì)機(jī)床的認(rèn)識(shí)，鞏固所學(xué)專業(yè)知識(shí)，為機(jī)床的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)， 數(shù)控十字工作臺(tái)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，數(shù)控十字工作臺(tái)的加工精度更高、柔

11、性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是不可缺少的一部分，因此，對(duì)數(shù)控十字工作臺(tái)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行研究，能夠推動(dòng)現(xiàn)代制造技術(shù)的進(jìn)步，本次設(shè)計(jì)就數(shù)控十字工作臺(tái)的機(jī)電一體系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，為以后在實(shí)踐中可能遇到的相關(guān)問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第二章 總體方案的確定 2.1 總體方案的確定 根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，參考數(shù)控十字工作臺(tái)的有關(guān)資料，確定總體方案如下圖2.2-1所示：其原理為通過(guò)控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠相連，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。 控 制 器 驅(qū) 動(dòng) 器 X

12、向工作臺(tái) 聯(lián)軸器 步進(jìn) 電機(jī) 功率放大器 聯(lián)軸器 步進(jìn) 電機(jī) 功率放大器 驅(qū) 動(dòng) 器 Y向工作臺(tái) 圖2.2-1：系統(tǒng)總體原理圖 2.1.1 機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)部件的選擇 1. 絲杠螺母副的選擇 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足相應(yīng)的脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪纫笙鄬?duì)較高，而絲杠螺母副主要有滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)兩種，相比之下，滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率低，僅僅為30%-40%，而滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高，約92%—98%，靈敏度高，無(wú)顫動(dòng)、無(wú)爬行，同步性好，定位精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)

13、點(diǎn)。雖然相對(duì)于滑動(dòng)絲杠價(jià)位偏高，制造復(fù)雜，但是性價(jià)比較高，也更加符合設(shè)計(jì)所需滿足條件，因此選用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 同時(shí)選用內(nèi)循環(huán)的形式，因?yàn)檫@樣摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，且徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。由于定位精度較高，而且選用單螺母滾珠絲杠副，故選擇變滾道預(yù)緊調(diào)整式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便。由于工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度不是太大，故所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即兩端固定的軸承配置形式。 2. 導(dǎo)軌副的選用 本次設(shè)計(jì)的十字工作臺(tái)所配合的是數(shù)控鉆銑床，脈沖當(dāng)量較小，要求定位精度較高而負(fù)載較小，考慮滾動(dòng)導(dǎo)軌點(diǎn)接觸或者是線接觸，所以其抗震性叫差，接觸應(yīng)力

14、大，對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度和表面形狀精度及尺寸精度要求高。而且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高，所以考慮還是選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，性價(jià)比好，承受負(fù)載能力強(qiáng)。且使用矩形導(dǎo)軌，因其有制造、檢驗(yàn)和維修方便，剛度高等特點(diǎn)。 3. 聯(lián)軸器的選用 考慮到絲杠的轉(zhuǎn)速不高，可以選用剛性凸緣聯(lián)軸器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，而且能保證嚴(yán)格對(duì)中。 4. 步進(jìn)電機(jī)的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。該設(shè)計(jì)的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)不是太高，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，該設(shè)計(jì)的脈沖當(dāng)量和定位精度要求不高，空載最快移動(dòng)速度也不高,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔

15、次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。 2.1.2 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有輪廓控制，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用ADT-860控制卡作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足該設(shè)計(jì)給定的相關(guān)指標(biāo)。要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。 第三章 機(jī)械部分各部件的設(shè)計(jì) 3.1 滾珠絲杠副的選擇 根據(jù)工作臺(tái)的具體情況，結(jié)合總體方案的，選

16、用的滾珠絲杠副為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副，其結(jié)構(gòu)圖如下圖3.1-1所示： 圖3.1-1：滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu) 由上圖知，滾珠絲杠螺母副的組成主要由反相器、螺母、絲杠、滾珠組成，此設(shè)計(jì)中選擇FFZD3205-5型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副滾珠絲杠副，其公稱直徑為，導(dǎo)程為Ph=5mm，循環(huán)滾珠為5圈，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷18.1kN，額定靜載荷為31.4kN，其各尺寸和性能參數(shù)如下圖3.1-2和表3.1-1所示： 圖3.1-2：FFZD3205-5滾珠絲杠螺母副安裝及外形尺寸 表3.1-1：FFZL3205-3型滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)（單位mm） 公稱直徑 基本導(dǎo)程Ph

17、絲杠外徑 絲杠底徑 循環(huán)圈數(shù) 鋼球直徑 額定動(dòng)載荷Co/KN 額定靜載荷Coa/KN 32 5 31.5 28.9 5 3.5 18.1 52.4 螺母安裝尺寸 L1 B h D3 D4 D5 D6 D7 108 13 7 82 67 7 12 62 3.2 支承方式的選擇 根據(jù)絲桿尺寸和有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)查閱軸承選取的相關(guān)資料，并結(jié)合本設(shè)計(jì)具體情況選擇“單推－單推”的支承方式。選用的軸承為角接觸球軸承， 通過(guò)查相關(guān)手冊(cè)，軸承選擇如下表3.2-1所示： 表3.2-1所示：所選軸承型號(hào) 表2-13 軸承參數(shù) 軸

18、承名稱 軸承型號(hào) 結(jié)構(gòu)尺寸 標(biāo)記 額定載荷 數(shù)量 角接觸球軸承 7204C d=20mm,B=14mm,D=47mm 滾動(dòng)軸承7204CGB/T276—94 14.5KN 4 其中圖3.2-1和表3.2-2分別是軸承的尺寸結(jié)構(gòu)圖和參數(shù)表： 圖3.2-1：角接觸球軸承尺寸結(jié)構(gòu) 表3.2-2：7204角接觸球軸承參數(shù) 3.3 導(dǎo)軌副的選擇 本次設(shè)計(jì)的十字工作臺(tái)所配合的是數(shù)控鉆銑床，脈沖當(dāng)量較小，要求定位精度較高而負(fù)載較小，考慮滾動(dòng)導(dǎo)軌點(diǎn)接觸或者是線接觸，所以其抗震性較差，接觸應(yīng)力大，對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度和表面形狀精度及尺寸精度要求高。而且其

19、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高，所以考慮選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，性價(jià)比好，承受負(fù)載能力強(qiáng)。且使用矩形導(dǎo)軌，因其有制造、檢驗(yàn)和維修方便，剛度高等特點(diǎn)。 本導(dǎo)軌選用的截面形狀選擇矩形導(dǎo)軌，因?yàn)榫匦螌?dǎo)軌容易加工制造，剛度和承載能力大，便于安裝調(diào)整。其組合形式選用雙矩形導(dǎo)軌四滑塊支承形式，該導(dǎo)軌具有一個(gè)缺點(diǎn)是磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，因此需要間隙調(diào)整裝置。 3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇 該設(shè)計(jì)的脈沖當(dāng)量和定位精度要求不高，空載最快移動(dòng)速度也不高,故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，以降低成本，提高性價(jià)比。本次設(shè)計(jì)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算如下： 1.計(jì)算切削

20、負(fù)載力矩，其計(jì)算公式如下： 上式中為絲杠導(dǎo)程=0.005m，為進(jìn)給系統(tǒng)的總效率，當(dāng)絲杠與電機(jī)直連時(shí)取=0.90，=1967.77N。計(jì)算得： N﹒m 2. 計(jì)算摩擦負(fù)載力矩，其計(jì)算公式如下： 上式中為空載時(shí)導(dǎo)軌摩擦力，=36N，其它數(shù)據(jù)與上面相同。則計(jì)算得： N﹒m 3. 計(jì)算由滾珠絲杠副的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩，其計(jì)算公式如下： 上式中為滾珠絲杠副的預(yù)緊力,為最大工作載荷的1/3，所以=656N；為絲杠基本導(dǎo)程=0.005m；為滾珠絲杠副效率=0.98，則計(jì)算得： N﹒m 4. 各坐標(biāo)軸折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩的計(jì)算 空載時(shí)：N﹒m 切削時(shí)：N﹒m 根據(jù)

21、上面的計(jì)算結(jié)果，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用選用的電機(jī)為北京和利時(shí)機(jī)電技術(shù)有限公司90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.72?？蛰d啟動(dòng)頻率為2200步/s，最大靜轉(zhuǎn)矩為8N.m。具體參數(shù)如表3.4a所示： 表3.4-1：:90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 步矩角 相數(shù) 驅(qū)動(dòng)電壓 相電流 額定轉(zhuǎn)矩 空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 90BYG550C-SAKRML-0301 0.72 5 80V 3A 6N.m 2200 該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為8Nm，足以滿足該設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)要求。如圖3

22、.4a為90BYG550C混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，表3.4b為90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)表 圖3.4-1：90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸 表3.4-2：90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)表 L1 L2 L3 L4 L5 電機(jī)軸直徑 9.5 4 137 26 15 12 3.5 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 剛性聯(lián)軸器常被用于絲桿與電機(jī)聯(lián)接，以提高兩軸頭連接的固定精度，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，免維護(hù)，其特點(diǎn)有：可用于小型，瞬間慣量小的高速轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合；安

23、裝后無(wú)無(wú)反作用力，而且維護(hù)簡(jiǎn)單；提滾珠絲桿的強(qiáng)度時(shí)，跳動(dòng)不會(huì)受到影響；依靠鎖緊螺栓旋加的磨擦緊固，無(wú)需鍵；在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可保持平衡。應(yīng)用范圍為CNC車床、M/C磨床、加工中心，各類專用機(jī)械，軸軸聯(lián)接，軸與電機(jī)的聯(lián)接裝置。所以本設(shè)計(jì)中選用GY系列的GY1凸緣聯(lián)軸器，其主要結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)如圖3.5-1和表3.5-1所示。 圖3.5-1：凸緣聯(lián)軸器 表3.5-1：GY系列凸緣聯(lián)軸器參數(shù)表 3.6 滾珠絲杠副的預(yù)緊 滾珠絲杠副在工作臺(tái)上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計(jì)選用兩端支承形式中的“雙支點(diǎn)各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承

24、的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承的振動(dòng)。預(yù)緊量由廠家提供。 3.7 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析 在開環(huán)控制的系統(tǒng)中，由于在執(zhí)行部件上沒有安裝檢測(cè)裝置和反饋裝置，為了保證工作的精度的要求，必須使其進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)在任何時(shí)刻任何情況下都能夠嚴(yán)格跟隨驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，然而實(shí)際上，在進(jìn)給系統(tǒng)的輸入與輸出之間總會(huì)有誤差存在，在這些誤差中，有傳動(dòng)系統(tǒng)的制造和安裝所造成的誤差，還有進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)所引起的誤差，在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須將這些誤差控制在允許的范圍內(nèi)，通常這些誤差有進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的死區(qū)誤差，由進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差。

25、 3.8 機(jī)械機(jī)構(gòu)部分總體裝配圖 圖3.7-1：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)圖（主視圖） 圖3.7-2：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（左視圖） 圖3.5-3：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（俯視圖） 第四章 控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) 4.1 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 電氣控制部分的總體方案如圖4.1-1所示，通過(guò)選擇控制器，經(jīng)控制器處理程序信號(hào)后，將信號(hào)傳輸給光電隔離電路進(jìn)行光電隔離，但由于控制器輸出的信號(hào)電流很小，因此需要將電流放大后才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，如圖4.1-1所示，因此此過(guò)程中還需要用到功率放大電路，但現(xiàn)在的多數(shù)這些電路都被整體集成了一個(gè)模塊，因此不必單獨(dú)設(shè)計(jì)該電路，只需選擇啟動(dòng)

26、器即可。我們選用的步進(jìn)電機(jī)為90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī),因此驅(qū)動(dòng)器選擇與之配套的無(wú)相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-50806，從控制器出來(lái)的信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器處理后，即可驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 圖4.1-1：控制系統(tǒng)基本組成框圖 4.2 控制卡的選擇 本設(shè)計(jì)中選用的控制卡為ADT-860控制卡，該控制卡需要與計(jì)算機(jī)的PCI插槽連接，ADT860卡是基于PC104總線的高性能四周伺服步進(jìn)控制卡，位置可變環(huán)形，可在運(yùn)動(dòng)中隨時(shí)改變速度，可使用連續(xù)插補(bǔ)等功能，該控制卡的脈沖輸出方式可以是單脈沖，也可以是雙脈沖方式，最大脈沖頻率是4MHz，采用先進(jìn)技術(shù)使輸出頻

27、率在很高的時(shí)候也能使頻率誤差小于百分之一，為四軸聯(lián)動(dòng)控制卡，其該控制卡的簡(jiǎn)圖如下圖4.2-1所示： 圖4.2-1：ADT-860控制卡簡(jiǎn)圖 其中J3為開關(guān)量輸入的信號(hào)接線，J5為開關(guān)量輸出的信號(hào)接線，J6為脈沖輸出和編碼輸入信號(hào)的接線。以下是該控制卡主要特征： ● 32位PC-104總線 ● 脈沖輸出方式：脈沖/方向，脈沖/脈沖 ● 最大脈沖輸出頻率為4MHz ● 4軸步進(jìn)/伺服電機(jī)控制，每軸可以獨(dú)立控制，互不影響 ● 2-3軸直線插補(bǔ)，任意2軸硬件圓弧插補(bǔ)，多軸連續(xù)插補(bǔ) ● 可用直線或S曲線進(jìn)行加/減速 ● 非對(duì)稱直線加/減速運(yùn)動(dòng) ● 4軸均有位置(編碼器)反

28、饋輸入，32位計(jì)數(shù)，頻率高達(dá)4MHz，最大計(jì)數(shù)范圍-2147483648~+2147493647 ●PC104總線，即插即用 ●4軸步進(jìn)/伺服電機(jī)控制，32路光耦隔離輸入 ●任意兩軸、三軸直線插補(bǔ)、任意兩軸圓弧插補(bǔ),連續(xù)插補(bǔ) ●運(yùn)動(dòng)中變速，四軸連動(dòng) ●非對(duì)稱直線加減速運(yùn)動(dòng) ●32路集電極開路輸出 ●直線/S形曲線加減速 ● 帶光電隔離32路數(shù)字輸入/32路數(shù)字輸出信號(hào)，包括每軸2個(gè)正負(fù)限位信號(hào) ● 運(yùn)動(dòng)中可實(shí)時(shí)改變速度及目標(biāo)位置 ● 運(yùn)動(dòng)中可實(shí)時(shí)讀取邏輯位置、實(shí)際位置、驅(qū)動(dòng)速度、加速度、驅(qū)動(dòng)狀態(tài) ● 每軸有3個(gè)STOP信號(hào)，可用于原點(diǎn)搜尋、編碼器Z相搜尋 ● 可接受伺服

29、驅(qū)動(dòng)器的各種信號(hào)，如編碼器Z相信號(hào)、到位信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等 ● 同一系統(tǒng)中支持多達(dá)16個(gè)控制卡，共64個(gè)軸 ● 支持DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP、WINCE等操作系統(tǒng) ● 支持C/BC++/VC/VB/C++Builder/Delphi/Labview/EVC等開發(fā)工具編程 如圖4.2-2為ADT-860控制卡的輸入輸出信號(hào)接線口。其中本設(shè)計(jì)的電氣硬件接線圖主要用到J6接口，因此如表4.2-1所示為J6信號(hào)線接口的相關(guān)功能說(shuō)明。 1：開關(guān)量輸入的信號(hào)接線 2：脈沖輸出和編碼輸入信號(hào)的接線 圖4

30、.2-2：J1，J6接線圖 表4.2-1：ADT-860接口功能說(shuō)明 4.3 驅(qū)動(dòng)器的選擇 由于本次設(shè)計(jì)所選用的是五相十拍90BYG550C-SAKRML-0301混合式步進(jìn)電機(jī)，因此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器同樣選用該公司生產(chǎn)的與其相配套的SH-50806B型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特點(diǎn)有：數(shù)字化升頻升壓結(jié)合恒流控制技術(shù)；運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、低振動(dòng)；最大輸出驅(qū)動(dòng)電流 6.0A/相；輸入信號(hào) TTL 兼容；輸入輸出信號(hào)光電隔離；過(guò)壓保護(hù)及過(guò)流保護(hù)功能；脫機(jī)保持功能；撥碼選擇適配多種型號(hào)電機(jī)；單/雙脈沖方式可選；整/半步運(yùn)行模式可選；提供零位信號(hào)輸出；提供故障信號(hào)輸出

31、；斷電記憶功能；自動(dòng)半電流可選。 其主要性能指標(biāo)如表4.3-1所示： 表4.3-1：SH-50806B性能指標(biāo) 4.3.1 驅(qū)動(dòng)器的功能及使用 該驅(qū)動(dòng)器的功能及使用說(shuō)明如下 步距角選擇：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 6位撥碼開關(guān)可進(jìn)行整/半步的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)半步及整步運(yùn)行模式的切換。 單/雙脈沖選擇：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 7位撥碼開關(guān)可實(shí)現(xiàn)單脈沖或雙脈沖控制模式的切換。選擇單脈沖控制方式時(shí)，脈沖信號(hào)端輸入的脈沖信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)行，方向信號(hào)端輸入的電平信號(hào)的高低控制電機(jī)轉(zhuǎn)向；選擇雙脈沖控制方式時(shí)，脈沖信號(hào)端輸入正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)，方向信號(hào)端輸入反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。 自動(dòng)半電流：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板

32、第 5位撥碼開關(guān)可選擇是否開放自動(dòng)半電流，置于“OFF”時(shí)為半電流有效，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器工作若連續(xù) 1秒沒有接收到新的脈沖則驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)進(jìn)入半電流狀態(tài)，相電流降低為標(biāo)準(zhǔn)值的50％，達(dá)到降低功耗的目的，在收到新的脈沖時(shí)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)退出半電流狀態(tài)。 電機(jī)選擇：通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 2，3，4位撥碼開關(guān)可選擇適配不同型號(hào)的電機(jī)。由于本驅(qū)動(dòng)器采用升頻升壓加恒流控制方式，輸出相電流值與配套電機(jī)的額定相電流、繞組電阻及電感值有關(guān)。若用戶配套其他廠家生產(chǎn)的電機(jī)時(shí)，請(qǐng)及時(shí)與廠家聯(lián)系進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器輸出電流的整定。 試機(jī)功能：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置脈沖發(fā)生器，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器側(cè)板第 8位撥碼開關(guān)進(jìn)行選擇。置于“ON”時(shí)，驅(qū)動(dòng)器在無(wú)外部脈沖輸入

33、的情況下，由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部脈沖發(fā)生器產(chǎn)生恒定頻率的脈沖，實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速恒速試運(yùn)轉(zhuǎn)，用來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)接線和運(yùn)行狀況。 斷電記憶：驅(qū)動(dòng)器斷電后，可自動(dòng)記憶斷電前的最后一個(gè)相序狀態(tài)。二次上電后，電機(jī)會(huì)從斷電前的位置繼續(xù)運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)異常抖動(dòng)。 過(guò)流保護(hù)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)切斷輸出電流，系統(tǒng)停止工作，同時(shí)故障指示燈亮。 過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸入電壓超過(guò)額定值 30%時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器停止工作，同時(shí)故障指示燈亮。驅(qū)動(dòng)器重新上電后可恢復(fù)工作。 4.3.2 驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出信號(hào) 該驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入輸出可由圖4.3-1表示，包括以下幾個(gè)方面； 脈沖信號(hào)輸入：?jiǎn)蚊}沖控制方式時(shí)為

34、脈沖信號(hào)輸入端，雙脈沖控制方式時(shí)為正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)輸入端。輸入信號(hào)脈沖為沿有效方式，如：在下面的典型接線圖中，控制機(jī)輸出信號(hào)下降沿有效。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的正確運(yùn)行來(lái)說(shuō)，有效電平信號(hào)占空比應(yīng)在 50%以下，為了確保脈沖信號(hào)的可靠響應(yīng)，脈沖低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于 10μs。 方向信號(hào)輸入：?jiǎn)蚊}沖模式下該端的內(nèi)部光耦的通、斷被解釋為電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)方向，方向信號(hào)的改變將使電機(jī)運(yùn)行的方向發(fā)生變化，該端的懸空被等效認(rèn)為輸入高電平。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)輸入至少 10μs建立，從而避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖信號(hào)的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需換向時(shí)，方向信號(hào)端可懸空。雙脈沖模式下本端口接收反轉(zhuǎn)脈沖，接口邏輯要求與脈沖輸

35、入端口一致。輸入信號(hào)脈沖為沿有效方式。 脫機(jī)信號(hào)輸入：內(nèi)部光耦導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）而失去鎖定力矩。該功能可顯著減少驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的損耗。當(dāng)該端口內(nèi)部光耦截止時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于上電鎖定狀態(tài)。不需要此功能時(shí)，脫機(jī)信號(hào)端可以懸空。 零位信號(hào)輸出：整步運(yùn)行方式時(shí)驅(qū)動(dòng)器每十拍輸出一個(gè)脈沖給控制機(jī)，半步運(yùn)行方式時(shí)驅(qū)動(dòng)器每二十拍輸出一個(gè)脈沖給控制機(jī)，同時(shí)零位指 示燈亮一次。無(wú)需此信號(hào)輸出時(shí)，該端 圖4.3-1：驅(qū)動(dòng)器信號(hào)圖 可懸空。 故障信號(hào)輸出：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器切斷電機(jī)電流，此接口電路閉合，向控制機(jī)輸出信號(hào)，

36、提示控制機(jī)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障。 4.4 電氣接線圖 ADT—860控制卡的其中一端與計(jì)算機(jī)PCI擴(kuò)展插槽連接，另一端則由數(shù)據(jù)線與主電路部分相連，控制卡與計(jì)算機(jī)相連接后，在計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，而后編輯的程序便可經(jīng)過(guò)控制卡的處理而發(fā)出相應(yīng)的控制信息，控制卡處理相應(yīng)的程序后，將其轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，輸送給控制電路，控制電路經(jīng)過(guò)功率放大后和轉(zhuǎn)換后送給步進(jìn)電機(jī)各相繞組，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。其總體接線圖可由下面圖4.4a接線簡(jiǎn)圖來(lái)表達(dá)； 圖4.4-1：電氣硬件接線簡(jiǎn)圖 對(duì)圖4.4-1中的ADT-860部分的J6接口和驅(qū)動(dòng)器部分的接線進(jìn)行放大，放大后的圖如下圖4.4-2和4.4-

37、3所示，其中圖4.4-2中的編號(hào)與圖4.2-2中的J6接口圖相對(duì)應(yīng)，圖4.4-3中的功能與圖4.3-1中的驅(qū)動(dòng)器信號(hào)相對(duì)應(yīng)。 圖4.4-2：J6接線放大 圖4.4-3：驅(qū)動(dòng)器部分接線放大 第五章 零件加工程序 如圖5.1-1所示，毛坯為70㎜70㎜18㎜板材，六面已粗加工過(guò)，要求數(shù)控銑出槽，工件材料為45鋼 圖5.1-1：加工圖樣 根據(jù)圖樣要求、毛坯及前道工序加工情況，確定工藝方案及加工路線，以已加工過(guò)的底面為定位基準(zhǔn)，加工步驟為先讓銑刀先走兩個(gè)圓軌跡，再用左刀具半徑補(bǔ)償加工50㎜50㎜四角倒圓的正方形。每次切深為2㎜，分二次加工完。 程序如下： O0

38、014 N0010 G00 Z2 S800 T1 M03 N0020 X15 Y0 M08 N0030 G20 N01 P1.-2 ；調(diào)一次子程序，槽深為2㎜ N0040 G20 N01 P1.-4 ；再調(diào)一次子程序，槽深為4㎜ N0050 G01 Z2 M09 N0060 G00 X0 Y0 Z150 N0070 M02 ；主程序結(jié)束 N0010 G22 N01

39、 ；子程序開始 N0020 G01 ZP1 F80 N0030 G03 X15 Y0 I-15 J0 N0040 G01 X20 N0050 G03 X20 YO I-20 J0 N0060 G41 G01 X25 Y15 ；左刀補(bǔ)銑四角倒圓的正方形 N0070 G03 X15 Y25 I-10 J0 N0080 G01 X-15 N0090 G03 X-25 Y15 I0 J-10 N0100 G01 Y-15 N0110 G03

40、 X-15 Y-25 I10 J0 N0120 G01 X15 N0130 G03 X25 Y-15 I0 J10 N0140 G01 Y0 N0150 G40 G01 X15 Y0 ；左刀補(bǔ)取消 N0160 G24 ；主程序結(jié)束 第六章 總結(jié) 本次設(shè)計(jì)雖然采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，但控制精度并不算低，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)導(dǎo)軌、絲杠、步進(jìn)電機(jī)的選擇進(jìn)行充分考慮。因此，對(duì)工作臺(tái)上各部分的選型進(jìn)行了分析，以保證工作臺(tái)各部件在負(fù)載下能夠正常工作。在各

41、個(gè)機(jī)械部件的選擇上，盡量以高標(biāo)準(zhǔn)選取，而控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則盡量選用成熟且性價(jià)比較高的產(chǎn)品。 本次設(shè)計(jì)對(duì)我們這幾年來(lái)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次回顧，是一個(gè)綜合性的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，不管是機(jī)械還是電氣部分都有涉及，還有當(dāng)前正在學(xué)的畫圖軟件也得到了很好的復(fù)習(xí)，更主要的是讓我們對(duì)數(shù)控十字工作臺(tái)的原理及設(shè)計(jì)有了一定的掌握，這為我們下學(xué)期開展的畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后工作的過(guò)程中可能遇到的問題打下了很好的基礎(chǔ)， 當(dāng)然，在本次設(shè)計(jì)中，我也存在一定的弱項(xiàng)，因?yàn)樾酒瑢?duì)于我來(lái)說(shuō)還是一個(gè)相當(dāng)困難的問題，有多數(shù)一部分東西不能徹底的理解，因此一部分東西不夠完善，但是通過(guò)自學(xué)看書，還是學(xué)到了不少東西，因此這次設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)，還是總體上得到了不

42、少的提升。 參考文獻(xiàn) [1]李斌. 數(shù)控技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版社，2013.1 [2]尹志強(qiáng).機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，2007.7 [3] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2004.1 [4] 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9 [5] 陸昆，奚大順，李之權(quán)等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：電子科技大學(xué)出版社，1998.10 [6] 陸昆，張建民等. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：理工大學(xué)大學(xué)出版社，2013.1 致 謝 在這個(gè)非常寒冷

43、的冬天里，能夠順利完成本次課程設(shè)計(jì)，十分感謝蔡家斌、楊綠老師和幾位師兄在這短時(shí)間對(duì)我們課程設(shè)計(jì)的熱情、細(xì)心和耐心指導(dǎo)。這幾周我們學(xué)到的不僅僅是書本上的知識(shí)，更重要的是學(xué)到了實(shí)踐中需要注意到得很多東西，這是我們最應(yīng)該學(xué)習(xí)的，同時(shí)自己也體會(huì)到了我們學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性，最后再次感謝兩位老師這短時(shí)里對(duì)我們的指導(dǎo)。新的一年即將來(lái)臨，祝愿兩位老師在新的一年里，工作順利，身體健康，家庭幸福！ 姓名 2013年12月22日