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目錄 引言………………………………………………………………………………（1） 一 總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………（2） （一） 總體方案的擬定…………………………………………………………（2） （二） 主要技術(shù)參數(shù)的確定……………………………………………………（2） 二 儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………（3） （一） 儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)…………………………………………………（3） 1．對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求………………………………………………………（3） 2．高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)…………………………………………………（4） （二） 儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計(jì)算………………………………………（10） 1．齒輪傳動(dòng)比的確定……………………………………………………………（10） 2．齒輪齒數(shù)的確定………………………………………………………………（10） 3．傳動(dòng)件的估算…………………………………………………………………（12） 4．齒輪模數(shù)估算…………………………………………………………………（13） 5. 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算………………………………………………………………（14） （三） 儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗(yàn)算………………………………………（16） 1．齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算………………………………………………………………（16） 2．主軸的驗(yàn)算……………………………………………………………………（19） （四） 主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………（21） 1．軸承配置形式…………………………………………………………………（21） 2．主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊………………………………………………………（22） 三 進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………（22） （一） 進(jìn)給傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)………………………………………………………（22） 1． 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定……………………………………………………（22） （二）滾珠絲桿螺母副的型號(hào)選擇和滾珠絲桿的選型和校核…………………（23） 1． 滾珠絲桿螺母副的型號(hào)選擇…………………………………………………（23） 2． 滾珠絲桿的選型和校核………………………………………………………（25） （三）步進(jìn)電機(jī)的選擇……………………………………………………………（28） 1．根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)…………………………………(28) 2．啟動(dòng)矩頻特性校核……………………………………………………………(30) （四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)…………………………………………………………（31） 1． 螺桿的支承形式………………………………………………………………（31） 2． 螺桿的支承方式………………………………………………………………（31） 四 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………（32） （一）高頻脈沖電源………………………………………………………………（32） （二）數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………（33）(三)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì)……………………………………………………（34） 1． 單片機(jī)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………（34） 2． 系統(tǒng)擴(kuò)展………………………………………………………………………（38） 3． I/O 口的擴(kuò)展…………………………………………………………………（42） 4． 顯示器的接口設(shè)計(jì)……………………………………………………………（48） 5． 步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)………………………………………………………（50） 6． 光電隔離電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………（57） 7． 部分控制程序…………………………………………………………………（58） 8． 其他接口電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………（70） 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………（） 謝辭………………………………………………………………………………（） 前言 本設(shè)計(jì)包括論文說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)在15000字左右，圖紙量3張A0大小左右，還有部分其他資料. 本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文資料均為近幾年一本二本院校答辯通過(guò)的設(shè)計(jì)資料,圖紙清晰準(zhǔn)確,有極高的參考價(jià)值. 畢業(yè)設(shè)計(jì)可謂是大學(xué)四年對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合的一次大的考驗(yàn)也是在走向工作崗位的一次練兵，更進(jìn)一步鍛煉了自己的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)的合作能力，真正做到了理論聯(lián)系實(shí)際教與學(xué)的一次有理結(jié)合。 數(shù)控電火花線切割機(jī)的設(shè)計(jì)具體的說(shuō)來(lái)應(yīng)該包括走絲設(shè)計(jì)，X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)設(shè)計(jì)，脈沖電源的設(shè)計(jì)，控制部分的設(shè)計(jì)等。按照設(shè)計(jì)的任務(wù)書(shū)，首先要了解該機(jī)床調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點(diǎn)，確定DK7732線切割機(jī)床的具體技術(shù)參數(shù)，從而在第一階段我們?cè)诤庖边M(jìn)行了實(shí)地的參觀測(cè)繪，初步確定參數(shù)，對(duì)照已有的院數(shù)控中心DK7725型線切割機(jī)更進(jìn)一步確定具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)已有的參數(shù)再對(duì)機(jī)床總體方案及控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行確定。具體到設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各個(gè)方案再進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的修改。接下來(lái)就是進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)與計(jì)算選型工作，就是將整體機(jī)床的設(shè)計(jì)又分為幾個(gè)部分各個(gè)去突破大體就是機(jī)械部分和電氣部分。再具體到各個(gè)組件或零件。 雖說(shuō)設(shè)計(jì)是個(gè)人的行為，但由于自己的知識(shí)欠缺且設(shè)計(jì)的內(nèi)容跨越比較大包括電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)，很多地方肯定是難以具到，當(dāng)然有在顏竟成教授的悉心指導(dǎo)下，很多不懂的地方這正是我們要學(xué)的地方，同時(shí)在多方面有同學(xué)們的提示才得將設(shè)計(jì)順利進(jìn)行。這畢竟是一個(gè)學(xué)習(xí)階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)很多方面都是在邊學(xué)邊用中進(jìn)行的，或者說(shuō)很多方面的設(shè)計(jì)還是停留在模仿的階段比如電氣部分，控制部分都不是很成熟的設(shè)計(jì)。 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 一、線切割機(jī)床的現(xiàn)狀簡(jiǎn)介 我國(guó)數(shù)控線切割機(jī)床的擁有量占世界首位，技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平差距也逐漸縮小。尤其近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和線電極電火花加工技術(shù)的結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了各種復(fù)雜形狀的模具和零件加工的 自動(dòng)化，其控制精度可達(dá)1μm，實(shí)際加工精度可達(dá)0.01mm。表面粗糙度可達(dá)1.25~2.5μm。數(shù)控線切割機(jī)床是精密金加工線切割加工技術(shù)是線電極電火花加工技術(shù)，是電火花加工技術(shù)中的一種類(lèi)型，簡(jiǎn)稱線切割加工。圖1.1中是線切割機(jī)床加工的工作原理示意圖 圖1.1 線切割機(jī)工作原理示意圖 線切割機(jī)床采用鉬絲作為電極絲。被切割的工件為工件電極，電極絲為工具電極。脈沖電源發(fā)出連續(xù)的高頻脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上（電極絲）。在電極絲與工件之間加有足夠的、具有一定絕緣性能的工作液。當(dāng)電極絲與工件間的距離小到一定的程度時(shí)，工作液介質(zhì)被擊穿，電極絲與工件之間形成瞬時(shí)火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)間高溫，生成大量的熱，使工件表面的金屬局部熔化，甚至汽化；再加上工作液體介質(zhì)的沖洗作用，是得金屬被蝕除下來(lái)。這就是線切割機(jī)床的加工原理。工件在機(jī)床坐標(biāo)工作臺(tái)上，按數(shù)控裝置或微機(jī)程序控制下的預(yù)定軌跡進(jìn)行加工最后得到所需要的形狀的工件。 1.數(shù)控線切割加工的主要特點(diǎn)如下： 1）；線切割加工可以用于一般切削方法難以加工或者無(wú)法加工的形狀復(fù)雜的工件加工，如沖模、凸輪、樣板、外形復(fù)雜的精密零件及狹窄的縫隙。尺寸精度可以達(dá)到0.01-0.02mm，表面粗糙度值Ra可達(dá)到1.25μm。 2）；先切割加工可以用于對(duì)一般切削方法難以加工或者無(wú)法加工的金屬材料和半導(dǎo)體材料的工件進(jìn)行加工，如淬火鋼、硬質(zhì)合金鋼、高硬度金屬等，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)非金屬導(dǎo)電材料的加工。 3）；線切割加工直接利用線電極電火花進(jìn)行加工，可以方便的調(diào)整加參數(shù)，如調(diào)節(jié)脈沖寬度、脈沖間隔、加工電流等，提高線切割加工精度，也可通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化控制。 4）；線切割加工的效率低，成本較高，不適合于加工形狀簡(jiǎn)單的批量零件。 二、 線切割機(jī)床的總體方案的擬定 線切割機(jī)床具體加工過(guò)程為：加工者根據(jù)圖紙中的工件尺寸，編制成一定的程序，并且通過(guò)鍵盤(pán)或光電機(jī)等輸入設(shè)備將程序輸入到控制器中去。在控制系統(tǒng)接受到輸入的程序后，將其存入存儲(chǔ)器中。點(diǎn)火花先切割機(jī)在收到命令后，就開(kāi)始運(yùn)行程序，通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。每運(yùn)算一次，發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖，然后經(jīng)過(guò)功放驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使機(jī)床工作臺(tái)按預(yù)定的軌跡進(jìn)行加工。運(yùn)絲系統(tǒng)由運(yùn)絲電機(jī)傳動(dòng)給儲(chǔ)絲筒，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)使儲(chǔ)絲筒作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使得鉬絲運(yùn)動(dòng)。鉬絲經(jīng)過(guò)機(jī)架上的導(dǎo)輪與工件相接近，小到一定的距離。乳化液泵即工作液將線切割機(jī)專用乳化液通過(guò)噴嘴噴入工作切口上，高頻脈沖電源產(chǎn)生的連續(xù)高頻脈沖被分別加到鉬絲與工件之間的間隙進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)的大小送入變頻電路，再由變頻電路產(chǎn)生的頻率大小來(lái)控制微機(jī)的進(jìn)給速度。當(dāng)間隔增大時(shí)就加快進(jìn)給速度，當(dāng)間隙減小時(shí)，就減慢進(jìn)給速度，以保持均衡的放電間隙，從而也維持了一定的加工電流。 1）；電火花線切割機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定的加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 2）；為了保證進(jìn)給伺服系精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)統(tǒng)的傳動(dòng)。 3）；根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器；包括光隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其它輔助電路 4）；電火花線切割機(jī)床具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能；還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等。因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。 5）；縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲桿螺母副組成，傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 6）；采用滾動(dòng)道軌可以減少道軌見(jiàn)的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。 7）；根據(jù)電火花線切割機(jī)床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和經(jīng)濟(jì)性要求，一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比。因此，可以選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 在上述的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過(guò)程更加細(xì)致。 三、具體各部件的組成介紹 線切割機(jī)床主要由機(jī)械系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)組成。其主體結(jié)構(gòu)由床身、坐標(biāo)工作臺(tái)、線架、運(yùn)絲裝置、工作液箱、機(jī)床電器、夾具、保護(hù)罩及機(jī)床附件等部分組成。 1）；機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)主要由床身。坐標(biāo)工作臺(tái)、線架及運(yùn)絲裝置等組成。 機(jī)床床身是箱形結(jié)構(gòu)的鑄件，是安裝坐標(biāo)工作臺(tái)、線架及運(yùn)絲裝置的基礎(chǔ)，要有較好的剛性，以保證機(jī)床的加工精度。床身既能起支撐和連接坐標(biāo)工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)和線架等部件的作用，又起安裝機(jī)床電器、存放工作液的作用。 坐標(biāo)工作臺(tái)主要由工作臺(tái)上拖板、中拖板、下拖板、絲趕和齒輪變速箱等部件組成。拖板的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)是采用“一V一平”滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。如下圖所 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一．同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容是根據(jù)傳遞的名義功率、轉(zhuǎn)速、速度筆及工況來(lái)正確選擇同步帶的型號(hào)、帶長(zhǎng)、帶寬及帶輪的齒數(shù)和直徑。計(jì)算步驟如下。 1. 計(jì)算設(shè)計(jì)功率 pd=(k+k1+k2)pm(kw) 式中：pm為同步帶傳遞的名義功率（kw）由電機(jī)的選擇名義功率為1.1kw,以知設(shè)計(jì)參數(shù)；k0為載荷修正系數(shù)參考機(jī)電綜合設(shè)計(jì)表2-14為輕負(fù)荷傳遞功率且工作時(shí)間為普通使用每日8h-10h所以k0取1.5。 k1為使用張緊輪修正系數(shù)見(jiàn)表1，由表可取k1=0.1；k2為增速傳動(dòng)修正系數(shù)見(jiàn)表2，此處為減速傳動(dòng)所以k2=0。 表2.1 使用張緊輪修正系數(shù) k1 表2.2 增速傳動(dòng)修正系數(shù)k2 壓緊輪的位置 系數(shù) 增速比 系數(shù) 松邊內(nèi)側(cè) 0 1.00-1.24 0 松邊外側(cè) 0.1 1.25-1.74 0.1 緊邊內(nèi)側(cè) 0.1 1.75-2.49 0.2 緊邊外側(cè) 0.2 2.50-3.49 0.3 所以 pd=（k0+k1+k2）pm=（1.5+0.1+0）pm=1.61.1kw=1.76kw 2．選擇帶的型號(hào) 由Z2=192查手冊(cè) GB11361-89易知無(wú)可選用的帶輪且選用的話直徑將超過(guò)400mm故不易裝配從而應(yīng)選擇另一方按。 為了將同步帶輪的直徑減小可采用二級(jí)傳動(dòng)由傳動(dòng)比的計(jì)算： 表2.3 帶輪最少許用齒數(shù) 小帶輪轉(zhuǎn)速 帶型號(hào) n1/（r/min） MXL XXL XL L H XH X 帶輪最少許用齒數(shù) ＜900 -- -- 10 12 14 22 900-＜1200 12 12 10 12 16 24 1200-＜1800 14 14 12 14 18 26 1800-＜3600 16 16 12 16 20 30 3600-＜4800 18 18 15 18 22 -- 可采用Z1=16 Z2=48 Z3=18 Z4=72 即Z1/Z2 Z3/Z4=0.0833 從所查小帶輪與基準(zhǔn)寬度： 小帶輪直徑d1=PbZ1/π=9.52516/3.14=48.53mm 第二帶輪直經(jīng)d2=PbZ2/π=9.52548/3.14=145.60mm 第三帶輪直經(jīng)d3=PbZ3/π=9.52518/3.14=54.60mm 第四帶輪直徑d4=PbZ4/π=9.52572/3.14=218.40mm 4.選擇帶長(zhǎng)Lp 根據(jù)以知中心距A（mm）的要求或初選中心距A，計(jì)算帶長(zhǎng)Lp 以知中心距A1=182mm A2=193mm Lp1=2Acosφ1+π（d1+d2）/2+πφ（d2－d1）/180（mm） =2182cos30.9+π（218.4+48.53）/2+π30.9 (218.4－48.53)/180 =321.9+304.78+91.54 =718.22mm 其中φ1=arcsin(d2－d1)/2A1 =arcsin(218.40－48.53)/182=30 Lp2 =2Acosφ2+π（d3+d4）/2+πφ（d4－d3）/180（mm） =2193cos15.5+π（145.6+54.6）/2+π15.15(145.6－48.53)/180 =375.12+314.31+15.23=704.66 其中φ2=arcsin(d4－d3)/2A2 =arcsin(145.6－48.3)/2193 =15.15 按手冊(cè)查選擇最接近計(jì)算帶長(zhǎng)值的標(biāo)準(zhǔn)帶長(zhǎng)（節(jié)線長(zhǎng)）及相應(yīng)長(zhǎng)度代號(hào)，并查出該帶的齒數(shù)zb。 按GB11616-89 為了使皮帶有一定的張緊力度故可選擇長(zhǎng)度代號(hào)為270的L型同步帶 其齒數(shù)為72齒節(jié)線長(zhǎng)685.8mm in27 極限偏差0.61 in0.024 5.實(shí)際傳動(dòng)中心距離A的確定 根據(jù)所選的標(biāo)準(zhǔn)帶長(zhǎng)求出實(shí)際中心距A。 A≈M+ M1=Pb/8(2Zb－Z1－Z2) M2=Pb/8(2Zb－Z3－Z4) M1=9.524/8(2160－16－72)=276.196 M2=9.524/8(2160－48－18)=302.38 所以A1≈276.196+ 276.196－1/8[9.524(72－16)/ π] ≈545 A1≈302.387+ 302.387－1/8[9.524(48－18)/ π] ≈602.387 在z1/z2之值很大時(shí)，還有一個(gè)精確中心距計(jì)算公式。但是，通常同步帶傳動(dòng)中心距是可以調(diào)整的，以邊獲得同步帶傳動(dòng)必須有的適當(dāng)?shù)膹埦o力。 6.選擇帶寬bs 帶寬的選擇準(zhǔn)則是限制作用在同步帶寬上的拉力，以保證同步帶的強(qiáng)度和使用壽命，工作是不發(fā)生失效。 1）；根據(jù)帶型、小帶輪齒數(shù)z1及轉(zhuǎn)速由手冊(cè)查的對(duì)應(yīng)的同步帶的基準(zhǔn)寬度bs。及基準(zhǔn)額定功率p。（kw）。 查得帶型為L(zhǎng)型 小帶輪齒數(shù)為16齒 且轉(zhuǎn)速為1440r/min 另一小帶輪齒數(shù)為18齒 轉(zhuǎn)速為320r/min。 對(duì)應(yīng)同步帶的基準(zhǔn)寬度bs0為25.4mm p。=1.1kw。 二．滾珠絲杠螺母副的選型和校核 1.滾珠絲杠螺母副類(lèi)型選擇 滾珠絲杠螺母副有專門(mén)工廠制造，當(dāng)類(lèi)別、型號(hào)選定和校核后，可以外購(gòu)。滾珠絲杠副的類(lèi)別主要從三個(gè)方面考慮：循環(huán)方式、循環(huán)列數(shù)與圈數(shù)、預(yù)緊方式。 鋼珠在絲杠與螺母之間的滾動(dòng)是一個(gè)循環(huán)閉路。根據(jù)回珠方式，可分為兩類(lèi)：內(nèi)循環(huán)，回珠器處在螺母之內(nèi)。外循環(huán)，插管式回珠器位于螺母之外。 鋼珠每一個(gè)循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有2列，3列，4列，5列等幾種，每列只有一圈。外循環(huán)每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等幾種，剩下的半圈作回珠。外循環(huán)滾珠絲杠的每個(gè)螺母有1列2.5圈，一列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等種類(lèi)較多。 為了消除間隙和提高滾珠絲杠副的剛度，可以預(yù)加載荷，使它在過(guò)盈的條件下工作，稱為預(yù)緊。常用的滾珠絲杠副預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。預(yù)緊后的剛度可提高到為無(wú)預(yù)緊時(shí)的2倍。但是，預(yù)加載荷過(guò)大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲杠在出廠時(shí)，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往往與絲杠副的額定動(dòng)載荷有一定的比例關(guān)系。預(yù)緊方式見(jiàn)下頁(yè)表。 2.主要參數(shù)及代號(hào) 1）；滾珠絲杠副的參數(shù) 1.1、公稱直徑dm，公稱直徑即滾珠絲杠的名義直徑，dm越大，承載能力越大。數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠的公稱直徑dm為φ30mm到φ80mm。 2.2、基本導(dǎo)程L0。絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2πrad時(shí)，螺母的軸向位移。與進(jìn)給系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求有關(guān)。 3.3、精度等級(jí)。滾珠絲杠副按其使用范圍及要求可分為7個(gè)精度等級(jí)。 表2.5 滾珠絲杠副的預(yù)緊方式 類(lèi)別 調(diào)整方法 特點(diǎn) 調(diào)整墊片厚度，使螺母 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，剛度 產(chǎn)生軸向位移 高；但調(diào)整不便，滾道有磨 墊片式 損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和 和預(yù)緊。適用于高剛度重載 荷。 螺紋式 調(diào)整端部的圓螺母使螺母 結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整 產(chǎn)生軸向位移 方便但準(zhǔn)確性差，且易松動(dòng) 用于剛度要求不高或需隨 時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊力的傳動(dòng) 齒差式 兩螺母在凸緣上有外齒分別 能夠精確的調(diào)整預(yù)緊力， 緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈 但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配 嚙合。 調(diào)整較復(fù)雜，宜用于高精 度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 3.最大工作載荷的計(jì)算 滾珠絲杠上的工作載荷Fm（N）是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所乘受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削力相關(guān)的摩擦力。 Fm由以下經(jīng)驗(yàn)公式。 　矩形導(dǎo)軌　　　Fm＝KFl+f1（Fv+Fc+G） 燕尾導(dǎo)軌　　　Fm＝KFl+f1（Fv+２Fc+G） 三角形或綜合導(dǎo)軌　　Fm＝KFl+f1（Fv+G） 式中：Fl,Fv,Fc分別為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷、垂直載荷和橫向載荷（N）；G為移動(dòng)部件的重力；K和f1分別為考慮顛覆力矩的影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)隨導(dǎo)軌型式不同而不同。 　對(duì)于矩形導(dǎo)軌　　　K=1.1,f1=0.15 　　 燕尾導(dǎo)軌 K=1.4, f1=0.2 　 三角形或綜合導(dǎo)軌 K=1.15, f1=0.18~0.18 而滾動(dòng)導(dǎo)f1＝0.0025~0.005 由線切割機(jī)床坐標(biāo)工作臺(tái)　可初選擇 K=1.15 f1=0.015 Fv=20010=2000N G=Fv+G臺(tái)重＝(200+200)10=4000N 所以Fm=1.150+f1(2000+4000)=0.156000=900N 4.最大動(dòng)負(fù)載c的計(jì)算及主要尺寸初選 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷Ca選擇用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾動(dòng)軸承相同。 滾珠絲杠最大動(dòng)載荷C可用下式計(jì)算 C= fmFm 式中：L為工作壽命，單位為1000000r,L=60nt/1000000; 　由t＝150000h 即額定使用壽命（h），n＝1000v/L。；v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m／min），可取最高速度的1/2~1/3；L。為絲杠的基本導(dǎo)程（mm），計(jì)算時(shí)，可根據(jù)快進(jìn)速度vmax和絲杠最大轉(zhuǎn)速nmax初選一個(gè)數(shù)值（L?！?000max/nmax）,待剛度驗(yàn)算后再確定；t為額定使用壽命（h），可取t＝15000h；fm為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，無(wú)沖擊取１～１.２，一般情況取1.2~1.5,有沖擊振動(dòng)取1.5~2.5；Fm為滾珠絲杠工作載荷（N）。 由n=1000v/L。 =10000.1/5 =20 其中v進(jìn)給速度由機(jī)床給定參數(shù) L。為絲杠導(dǎo)程取L。=5mm L=60nt/1000000 =602015000/1000000=18000000r C=fmFm =1.2900 =2830N 其中fm=1.2為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)取1.2 Fm=900N 為工作載荷 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca不得小于最大動(dòng)載荷C：Ca>C。 初選絲杠副尺寸規(guī)格 CLM3205-3.5-P3 λ=251‘為絲杠的螺旋升角 Ca=16100N 滾珠絲杠額定動(dòng)載荷 Coa=52750N 滾珠絲杠額定靜載荷 由Coa=16100>C 且Coa/Fm=16100>2830=5.6>3 所以符合標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)（n≤10r/min）下工作并受載荷，那么還要考慮其另一種失效形式——滾珠接觸面上的朔性變形。即考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分的超過(guò)了滾珠絲杠的工作載荷Fm，一般使Coa/Fm=2~3。滾珠絲杠的Ca和Coa值由手冊(cè)查之為上 式中：δ1為在工作載荷Fm作用下絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮的變形量（mm）；Fm為絲杠的工作載荷(N);L為滾珠絲杠在支撐間的受力長(zhǎng)度(mm)；E為材料的彈性模量，對(duì)剛E=206000Mpa;A為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積（mm）；“+”號(hào)用與拉伸，“—”好用與壓縮。也可以從工廠的滾珠絲杠樣本的圖表中查出單位長(zhǎng)度軸向拉伸壓縮變形量，然后求出支撐間受力長(zhǎng)度的變形量。 δ1=FmL/EA(mm) =900x578/803.84x206000 =0.0031mm 即拉伸與壓縮在不同的受力情況下都可出現(xiàn) 其中L=578mm由選形確定 E=206000Mp A=π1616=803.84mm 2）；滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。 該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。可從工廠的產(chǎn)品樣本中查出，或用下式計(jì)算 無(wú)予緊力時(shí)δ1=0.0038 （mm） 有予緊力時(shí)δ2=0.0013Fm/ （mm） 式中：Dw為滾珠直徑（mm）；Z∑滾珠總數(shù)量Z∑=Zx圓數(shù)x列數(shù)；Z為一圈的滾珠數(shù)，Z=πdm/Dw(外循環(huán))， Z=（πdm/Dw）-3（內(nèi)循環(huán)） dm為滾珠絲杠的公稱直徑（mm）；Fyj 為予緊力（kgf,1kgf=9.8N）;Fm為滾珠絲杠工作載荷（kgf,1kgf=9.8N）。 當(dāng)滾珠絲杠有予緊力時(shí)，且予緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，δ2值可減少到一半左右。 此坐標(biāo)工作臺(tái)采用無(wú)予緊力無(wú)予緊力時(shí) δ1=0.0038 （mm） =0.0038 （mm） =0.0074mm Dw=3.175mm Z∑= Z圓數(shù)列數(shù)=3132=186 Z=πdm/Dw=3.1432/3.175=31 3）；滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算 絲杠的總變形量δ=δ1+δ2應(yīng)小于允許的變形量。一般δ值不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半?；蛘撸薪z杠精度等級(jí)查出規(guī)定長(zhǎng)度上允許的螺距誤差，則相應(yīng)長(zhǎng)度上的變形兩應(yīng)比它小。否則，應(yīng)考慮選用較大公稱直徑的滾珠絲杠副。 7.壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk為 Fk=fzπ2EI/L2(N) 式中E為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼E=20.6104Mp;I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面I=πd14/64(mm4)(d1為絲杠底徑)；L為絲杠最大工作長(zhǎng)度（mm）；fz為絲杠支撐方式系數(shù)，參考下圖與下表 圖2.2 滾珠絲杠常用的支撐方式 滾珠絲杠的支撐方式系數(shù)表 方式 一端固定一端自由 一端固定一端簡(jiǎn)支 兩端固定 兩端簡(jiǎn)支 fz 0.25 2.0 4.0 1.0 圖中第一個(gè)為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和樹(shù)直安裝的絲杠。圖中第二個(gè)為一端固定一端簡(jiǎn)支，常常用于較長(zhǎng)的臥式絲杠。圖中第三個(gè)為兩端固定常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高精度、高強(qiáng)度的地方。 臨界載荷Fk與絲杠工作載荷Fm之比稱為穩(wěn)定安全系數(shù)nk,如果nk大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[nk]，則該滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。因此，滾珠的絲杠的壓竿穩(wěn)定條件為 n k=Fk/Fm≥[nk] 一般取[nk]=22.5~4,考慮到絲杠自重對(duì)水平滾珠絲杠的影響可取 [nk]≥4　 由Fk=fzπ2EI/L2(N) 其中 fz取4.0 E=2.0x104Mp I=πd14/64=3.14304/60=42390 L=490mm 固Fk=4.09.859620.610442390/240100 =1434358.675N 所以 nk＝Fk/Fm=1434358.675/900＞[nk] 所以滾珠絲杠副的壓桿穩(wěn)定性符合要求。 三、導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 導(dǎo)軌的功用是是導(dǎo)向和承載。例如車(chē)床的溜板和床身導(dǎo)軌是屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。滾動(dòng)導(dǎo)軌在兩導(dǎo)軌面間裝有球、滾子或滾針等滾動(dòng)元件，具有滾動(dòng)磨擦性質(zhì)，廣泛地用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。貼塑導(dǎo)軌也具有良好的減摩擦、抗撕傷能力強(qiáng)低速不易出現(xiàn)爬行、但是，因?yàn)樗芰蟿偠鹊?，?huì)產(chǎn)生較大的彈性變形和接觸變形，局部壓強(qiáng)大是會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的精度。綜合兩種導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)，在這里DK7732線切割機(jī)床初步選用SGDSWC1Ⅱ2x1000D.滾動(dòng)導(dǎo)軌。 1、滾動(dòng)導(dǎo)軌 1）；滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)及配置 直線運(yùn)動(dòng)支撐中，有滾動(dòng)體不作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)體做循環(huán)運(yùn)動(dòng)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，后者叫做直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副（塊）組件。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支撐件上，每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上。如移動(dòng)件較長(zhǎng)，也可在一跟導(dǎo)軌條上裝3個(gè)或3個(gè)以上滑塊。如移動(dòng)件較寬，也可以用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。如果移動(dòng)件的剛度較高，則少裝為好。在兩條導(dǎo)軌中，一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌上有基準(zhǔn)面A，滑塊上有基準(zhǔn)面B ；另一條為從動(dòng)導(dǎo)軌。 2）；滾動(dòng)導(dǎo)軌的予緊 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副分為整體型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副和分離型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。整體型的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副有制造廠用選配不同直線剛球的 辦法來(lái)決定間隙或予緊?？筛鶕?jù)要求的予緊訂貨，不需自己調(diào)整。分離型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，應(yīng)由用戶根據(jù)需要，按規(guī)定的間隙進(jìn)行調(diào)整或予緊。 3）；線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與滾動(dòng)軸承相仿，以在一定的載荷下行走一定的距離，90%的支撐不發(fā)生蝕點(diǎn)為依據(jù)。這個(gè)載荷稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷Ca，可從產(chǎn)品樣本中查到。以上海組合夾具廠兩種型號(hào)（SGDA和SGDB）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的主要參數(shù)，其中Ca為額定動(dòng)載荷，Coa為額定靜載荷（kN）。這個(gè)行走的距離稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌的距離額定壽命，它可根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷Ca用于下列公式進(jìn)行計(jì)算。 滾動(dòng)體為球時(shí) L=50(CafHftfc/Ffw)3 滾動(dòng)體為滾子時(shí) L=100(CafHftfc/Ffw)10/3 式中：L為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（km）；Ca為額定動(dòng)載荷（N）,初選滾動(dòng)導(dǎo)軌型號(hào)后，可從樣本中查出；F為每個(gè)滑塊上的工作載荷（N）；fH=0.8.為50HRC時(shí)fH=0.53；fT為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)100度時(shí)，fT=1；fc為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝有二個(gè)滑塊 fc=0.81，裝三個(gè)滑塊時(shí)fc=0.72，裝四個(gè)滑塊時(shí)fc=0.66；fw為載荷/速度系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)或v≤15m/min時(shí)fw=1~1.5，輕沖擊振動(dòng)或15m/min60m/min時(shí)fw=2.0~3.5。 由初步選定的結(jié)果查手冊(cè)知道 導(dǎo)軌的Coa=86 Ca=54 (KN) fH=0.8 fT=1 fc=0.81 fw=1.5 F=1/46000N=1500N 所以L=50(5.41040.810.81/15001.5)3 =3761Km 如果把距離額定壽命L換算成為小時(shí)額定壽命Lh，則 Lh=L103/2ns60=3761103/230.460 =2.6104h =2.9年 即為期望值 式中：S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度（m）；n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（min-1）。 從產(chǎn)品樣本中選定的滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)，由查出的額定動(dòng)載荷Ca，由計(jì)算距離額定壽命L或小時(shí)額定壽命Lh，若L或Lh大于滾動(dòng)導(dǎo)軌的期望壽命定為50km，滾子導(dǎo)軌的距離期望壽命為100km。 但是如果滾動(dòng)導(dǎo)軌的工作速度較低，靜載荷較大，則選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)考慮相應(yīng)的額定靜載荷Coa不小于工作載荷的2倍。額定靜載荷Coa也可以從樣本中查出。 4）；滾動(dòng)導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù) 滾動(dòng)導(dǎo)軌采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。常用的牌號(hào)為ZL-2里基潤(rùn)滑脂。（GB7324-87，2號(hào)）。它的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)泄露，不需經(jīng)常加油；缺點(diǎn)是進(jìn)塵屑后易磨損導(dǎo)軌?？刹捎脤ｉT(mén)的防護(hù)方式。 四．儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件的選擇 儲(chǔ)絲筒組合件主要是由儲(chǔ)絲筒、聯(lián)軸器軸承座組成 1. 儲(chǔ)絲筒。 儲(chǔ)絲筒是電極絲穩(wěn)定移動(dòng)和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一，一般用45鋼制成。為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，筒壁應(yīng)該盡量薄，按機(jī)床規(guī)格的不同，選用范圍為1.5~5mm。為進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可選用鋁鎂合金材料制造。 儲(chǔ)絲筒壁厚度要均勻，工作表面要有較好的表面粗糙度，一般Ra為0.8μm。為保證絲筒組合件動(dòng)態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對(duì)支撐部分的同軸度。 儲(chǔ)絲筒與主軸裝配后的徑向跳動(dòng)量不應(yīng)大于0.01mm。一般裝配后，以軸的兩端中心孔定位，重磨儲(chǔ)絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。 2. 聯(lián)軸器。 走絲機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)組合件的電動(dòng)機(jī)軸與儲(chǔ)絲筒中心軸，一般不采用整體的長(zhǎng)軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲(chǔ)絲筒運(yùn)行時(shí)頻繁的換向，聯(lián)軸器瞬間受到正反剪切力很大，因此多用彈性聯(lián)軸器和磨擦錐式聯(lián)軸器。 1）；彈性聯(lián)軸器見(jiàn)圖 。 圖2.3彈性聯(lián)軸器 彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性力矩小，轉(zhuǎn)向較平穩(wěn)，無(wú)金屬撞擊聲，可減小對(duì)儲(chǔ)絲筒中心軸的沖擊。彈性材料采用橡膠、塑料或皮革。這種聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是，容許電動(dòng)機(jī)軸與儲(chǔ)絲筒軸有不同心和不平行（如最大不同心允許為0.2~0.5mm，最大不平行為1度），缺點(diǎn)是由它聯(lián)結(jié)的兩根軸在傳遞扭矩時(shí)會(huì)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 2）；磨擦錐式聯(lián)軸器 摩擦錐式聯(lián)軸器可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的大、中型機(jī)床儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件。此種聯(lián)軸器可傳遞較大的扭矩，同時(shí)在傳動(dòng)負(fù)荷超載時(shí)，摩擦面之間的滑動(dòng)還可起到過(guò)載保護(hù)作用。因?yàn)殄F形摩擦面會(huì)對(duì)對(duì)電動(dòng)機(jī)和儲(chǔ)絲筒產(chǎn)生軸向力，所以在電機(jī)主軸的滾動(dòng)支撐中，應(yīng)選用向心止推軸承和單列圓錐磙子軸承。另外，還要正確選用彈簧規(guī)格。彈力過(guò)大，會(huì)增大軸向力，影響中心軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。 綜合上所概括的兩種聯(lián)軸器的特點(diǎn)，在這里可以選擇彈性聯(lián)軸器作為這里聯(lián)結(jié)所用。 五．步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；③速度可調(diào)，能夠快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。 數(shù)控電火花成型機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且頜定功率小，并且可用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。而B(niǎo)F系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用的型號(hào)90BF004的電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。 選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟： 1.根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào) 2.步距角 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從手冊(cè)中查到步距角，由于 綜合考慮，我初選了可滿足上式的要求。 3.矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是； 步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算： 式中： ——空載啟動(dòng)力矩； ——空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩； ——空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； ——由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； 而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即： 計(jì)算的各項(xiàng)力矩如下： 1）；加速力矩 = =1.810 = =0.519N/m 2）；空載摩擦力矩 =0.6 3）；附加摩擦力矩 = = =0.519+0.6+1.222 =2.341 =0.95125 =23.775 4）；啟動(dòng)矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)、快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。 突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少見(jiàn)。而升速啟動(dòng)過(guò)程中只要升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過(guò)程緩慢，空載力矩中的加速力矩不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。 六、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的支承設(shè)計(jì) 1.絲桿的支承形式 滾珠絲桿的支承和支承方式將影響絲桿副的剛度，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高時(shí)應(yīng)審慎的加以選擇。常見(jiàn)的支承形式有以下幾種： 1）；絲桿一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或者角接觸軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承；螺母相當(dāng)于固定支承。 2）；安裝一個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的鉸支承；因此絲桿的支承方式有兩端固定；一端固定，一端鉸支；一端固定，一端自由等幾種； 本設(shè)計(jì)采用的是兩端固定的支承。 2.螺桿的支承方式 螺桿的支承方式有以下四種： 1）；雙推自由支承： 將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端自由。 特點(diǎn)：適用于短螺桿。 2）;雙推支承 將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個(gè)或兩個(gè)深溝球軸承。 特點(diǎn)：螺桿水平安裝時(shí)，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自由端的晃動(dòng)。 適用于長(zhǎng)螺桿。 3）;單推單推或雙推單推 兩端各安裝一個(gè)方向相反的推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承或一端裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承，另一端裝一個(gè)推力球軸承。 特點(diǎn)：可預(yù)拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時(shí)，因自重產(chǎn)生的彎曲，當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的1/3時(shí)，螺桿拉壓剛度可提高四倍，且不會(huì)承受壓力，無(wú)失穩(wěn)現(xiàn)象。 4）;雙推雙推 兩端各安裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承。 特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)與單推單推式相同，當(dāng)超過(guò)預(yù)計(jì)溫度時(shí)，不會(huì)因螺桿伸長(zhǎng)使軸承產(chǎn)生間隙。 缺點(diǎn)：調(diào)整較復(fù)雜。 第三章 電氣系統(tǒng)控制 電氣系統(tǒng)主要由高頻脈沖電源、直流電源和電氣控制系統(tǒng)組成。高頻脈沖電源是進(jìn)行線電極切割的能源。直流電源主要是24v直流源驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)用。電氣控制系統(tǒng)主要是控制工作液泵電機(jī)和儲(chǔ)絲筒電機(jī)等用。 一、 DK77型線切割機(jī)床脈沖電源原理。 高頻脈沖電源又稱脈沖電源，其作用是把工頻50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成幾百赫茲的高頻的單向脈沖電源，為高速旋轉(zhuǎn)的線切割機(jī)提供一系列不同脈寬的矩形脈沖。 線切割機(jī)床電子控制系統(tǒng)主要是高頻脈沖電源電路，它是線切割機(jī)床的重要部分，用高頻脈沖使得電極絲與工件產(chǎn)生火花放電，對(duì)工件進(jìn)行電腐蝕加工。通過(guò)調(diào)節(jié)高頻脈沖使工件滿足加工精度的要求。高頻脈沖電源整流電路、主振電路、脈寬調(diào)節(jié)電路、功率放大電路等組成。主振電路中有數(shù)字振蕩電路和模擬振蕩電路及分立元件電路。新型機(jī)床的功率放大電路主要是在功率管選取上有改進(jìn)，從普通的三極管功放到大功率、低功耗管和場(chǎng)效應(yīng)管及功率模塊均有不同，但是實(shí)際加工生產(chǎn)用的機(jī)床大多數(shù)采用的還是早期的電路，技術(shù)改造也著重在控制器部分，均采用具有微機(jī)控制系統(tǒng)、輸入鍵盤(pán)器和數(shù)控顯示器LED或LCD的設(shè)備。 該電源主要是由整流電路、主振電路和功放電路組成。整流電路由變壓器將三相380v電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿?2v和三相7v電壓，通過(guò)二極管進(jìn)行整流。電路形式是三相全波整流電路，為脈沖電源提供100v直流電壓和10v直流電壓，功給功放電路和工作電路電源。 二、數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)總體方按的擬定 主軸電動(dòng)機(jī) 軟件 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床，如車(chē)床、銑床等等。控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示： 步進(jìn)電機(jī) 微 機(jī) 通信接口 步進(jìn)電機(jī) 機(jī) 床 開(kāi)關(guān)量控制電路 圖3.1 控制系統(tǒng)框圖 具體微機(jī)控制系統(tǒng)是一MCS-51系列高檔八位單片機(jī)為核心，采用8032cpu芯片。存儲(chǔ)器也采用了較大的容量的存儲(chǔ)器，用來(lái)存放控制程序及擴(kuò)展程序的EPEOM采用了256k容量27256芯片，用來(lái)存放輸入加工圖形程序的RAM采用了256k容量的62256芯片，以增強(qiáng)微機(jī)的功能。接口電路使用了可編程并行接口電路芯片8255，顯示部分采用了數(shù)碼管來(lái)顯示參數(shù)，鍵盤(pán)輸入和輸出顯示由鍵盤(pán)/顯示接口電路芯片8279來(lái)控制。具體系統(tǒng)組成圖如下： 圖3.2 線切割機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)組成 二、數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì) 1.單片機(jī)設(shè)計(jì) 單片機(jī)通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不能把計(jì)算機(jī)的全部電路都集成到其中，有些元件如復(fù)位電路的石音晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。 通常所說(shuō)的單片記系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中， 單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 2.MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì) MCS-51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含8051除程序存儲(chǔ)器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源。（程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、i/o口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64kb字節(jié)程序存儲(chǔ)器和64kb字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分三部分。 1);電源及時(shí)鐘引腳 此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 Vcc（40腳）：接+5v電源。 Vss（20腳）：接地。 時(shí)鐘引腳（18、19腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 XTAL1（19腳）：接外不晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸入端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 2);控制引腳 它包括RST、ALE、PSEN、EA等。此內(nèi)引腳提供控制信號(hào)，有些引 RST/VPD（9引腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后使此引腳電平為≤０。５v的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（vpd）以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc于規(guī)定值，而VPD定的電壓范圍內(nèi)((5０。５))時(shí)，ＶＰＤ就向內(nèi)部提供電源。 3);輸入/輸出管腳 P0.0~0.7(32~39腳) p0是個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。Po能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入。 對(duì)于下頁(yè)的線路，6264的地址范圍為6000H-7FFFH，共8Kb。 3）；I/O口的擴(kuò)展 在MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)本身提供給用戶使用的輸入，輸出口線并不多，只有p1口和部分p3口線。因此，在大部分單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免的要在單片機(jī)外部擴(kuò)展I/O端口。由于MCS-51的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和I/O口的是統(tǒng)一編址的，因此用戶可以把外部64kb的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的一部分接口作為擴(kuò)展外圍I/O的地址空間。這樣單片機(jī)就可以像訪問(wèn)外部RAM存儲(chǔ)器一樣訪問(wèn)外部接口芯片，對(duì)其進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。 MCS-51單片機(jī)屬于Intel公司產(chǎn)品，其公司常用的外圍器件如表所示。 表3.1 Intel公司常用外圍器件 器件型號(hào) 器件名稱 8255A 可編程外圍并行接口 8155/8156 可編程RAM/IO擴(kuò)展接口 8243 I/O擴(kuò)展接口 8279 可編程鍵盤(pán)/顯示接口 8251 可編程鍵盤(pán) 8253 可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1.0 8255A可編程外圍并行I/O接口 8255A是可編程外圍輸出接口芯片，它具有三個(gè)八位的并行I/O口，具有三種工作方式，可通過(guò)程序改變其功能，因而使用方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間電路。 在8031單片機(jī)的I/O口上擴(kuò)展8255芯片，其接口邏輯相當(dāng)簡(jiǎn)單，如下圖所示 圖3.7 8031擴(kuò)展8255的連接圖 圖中8255的片選信號(hào)CS 及口地址選擇線A0、A1分別由8031的p2.7和p0.0、p0.1經(jīng)鎖存器鎖存后提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH。FF7DH，F(xiàn)F7EH，F(xiàn)F7FH。8255的復(fù)位端與8031的復(fù)位端相連，都接到8031的復(fù)位電路上。 在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，必須根據(jù)外圍設(shè)備的類(lèi)型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫(xiě)入操作口。舉例說(shuō)明8255的編程方法。其各端口地址如下； A口地址：FF7CH B口地址：FF7DH C口地址：FF7EH 控制口地址：FF7FH 假設(shè)要求8255工作在方式0，A口輸入，B口，C口作為輸出，則工作程序如下： mov a, #90H; 方式0, A口輸入，B口、C口輸出 mov dptr, #0FF7FH; 控制寄存地址 dptr movx @dptr, a ;方式寄存器 控制寄存器 mov dptr , #0FF7CH; A 口地址 dptr movx a, @dptr ; 從A口讀數(shù)據(jù) mov dptr， #0FF7DH；B口地址 dptr mov a, DATA1; 要輸出的數(shù)據(jù)DATA1 A movx @dptr, a ;將DATA1送B口輸出 mov dptr ，# 0FF7EH；C口地址 dptr mov a， DATA2 ；DATA2 A movx @dptr， a； 將DATA2送C口輸出 對(duì)8255的C口8位中的任一位均可用指令來(lái)置位或復(fù)位。例如，如果把c口的第六位PC5置1，相應(yīng)的控制字為：00001010B=0BH，程序如下： mov dptr，#0FF7FH；控制口地址 dptr mov a， #0BH； 控制字 A movx @dptr , a;控制字 控制口；PC5=1 如果把C口的第六位PC5復(fù)位，相應(yīng)的控制字為：00001010B=0AH,程序如下： mov dptr， #0FF7FH；控制口地址 dptr mov a， #0AH；控制字 A movx