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X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
班 級(jí)：
指導(dǎo)教師：
(600×600)方臺(tái)面數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
目錄
一、課程設(shè)計(jì)目的…………………………………………………………………4
二、設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………………4
三、設(shè)計(jì)主要步驟……………………………………………………………………5
1、確定設(shè)計(jì)總體方案………………………………………………………………5
（1）、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇……………………………………………………5
（2）、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………6
2、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型……………………………………………………6
（1）、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算……………………………………………6
（2）、計(jì)算切削力………………………………………………………………6
（3）、滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)………………………………………7
(4)、步進(jìn)電機(jī)的選用…………………………………………………………10
（5）、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………15
3、其余附件的選擇…………………………………………………………………16
四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………17
五、總結(jié)體會(huì)…………………………………………………………………………19
六、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………19
一、設(shè)計(jì)的目的
《數(shù)控機(jī)床》課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的：
1、 通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床的基本組成及其思想知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。
2、 通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式
3、 通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算控制方法與控制驅(qū)動(dòng)方式
4、 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并樹(shù)立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想
5、 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫(xiě)科技論文的能力
二、設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下：
設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)并開(kāi)發(fā)其控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作臺(tái)臺(tái)面600×600mm，分辨率為δ=5分/step，承受最大載荷Tmax=1800Nm。
三、設(shè)計(jì)主要步驟
1、確定設(shè)計(jì)總方案
⑴、機(jī)械傳動(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)，需要滿足初選0.005mm脈沖當(dāng)量，因?yàn)槎ㄎ痪取?.01mm，對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)要有一定的精度損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，滑動(dòng)絲杠副無(wú)法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。
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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，裝卸方便。
由于工作臺(tái)轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動(dòng)的軸承配置形式。
②、導(dǎo)軌副的選用
要設(shè)計(jì)數(shù)控銑床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。
③、伺服電機(jī)的選用
選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏低，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(kāi)環(huán)控制，任務(wù)書(shū)初選的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有2300mm/min,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。
④、減速裝置的選用
選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應(yīng)選用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。
⑵、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
①、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。
②、對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。
③、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。
④、選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。
2、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算和選擇
（1）、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算
按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為3700N。
（2）、計(jì)算切削力
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：
設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。由【5】中的表中，可知d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：
每齒進(jìn)給量fz=0.1mm
銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min
由【2】中P200,查得立銑時(shí)切削力計(jì)算公式為：
代如上式得：
采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，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：
=(1.0~1.2) 取1.1
/=(0.2~0.3) 取0.25
/=（0.35~0.4） 取0.38
考慮逆銑時(shí)的情況，因?yàn)槟驺姷那闆r的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險(xiǎn)的工況。由此可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：
考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為和
今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。
Fx=Ff=1803N
Fy=Ffn=410N
Fz=Fe=623N
（3）、滾珠絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)
①、 最大工作載荷的計(jì)算
已知移動(dòng)部件總重量G=3700N，按滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算，由【3】中，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)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：
=1.1×1803+0.005×(410+623+3700)
=2007N
②、最大計(jì)算動(dòng)載荷的確定
設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=950mm/min，初選絲杠導(dǎo)程P=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=190r/min。
預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作五年,每天工作八小時(shí)，由此得使用壽命為T(mén)=5×360
×8=14400h，根據(jù)【1】中P110，公式5—4得：
其中 T——使用壽命 14400 h
N——循環(huán)次數(shù)
——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 190r/min
求得：≈164 （）
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(shí)，硬度影響系數(shù)取值，由【1】中，
代入數(shù)據(jù)得：≈14281N
②、 規(guī)格型號(hào)的初選
根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號(hào)的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟(jì)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(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2系列，精度等級(jí)取5級(jí)。
滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）
名 稱
符 號(hào)
計(jì)算公式和結(jié)果
絲杠滾道
公稱直徑
20
螺距
P
5
接觸角
鋼球直徑
3.175
螺紋滾道法面半徑
偏心距
螺紋升角
絲桿
絲杠外徑
19.3
絲杠底徑
螺桿接觸直徑
絲杠螺母
螺母螺紋外徑
螺母內(nèi)徑（內(nèi)循環(huán)）
表一
④、傳動(dòng)效率的計(jì)算
將公稱直徑d0=20mm,導(dǎo)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(dòng)效率η=96.4%。
⑤、剛度的驗(yàn)算
X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定，一端游動(dòng)”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(duì)背對(duì)背角接觸球軸承,這樣能承受集中力偶。
絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用接觸量來(lái)校核。
a、滾珠絲杠滾道間的接觸變?chǔ)?，查?】中相關(guān)公式，根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)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)，得滾珠總數(shù)量=120。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力/3=669N。查【3】中相關(guān)公式，得， 滾珠與螺紋滾道間接觸變形
==0.0014。因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取=0.0007mm。
b、 絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形
絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)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
其中， 最大工作載荷=2007N
中心距a=560mm
彈性模量E=2.110MPa
截面積S==206.12
代入以上數(shù)據(jù)，得 =0.026mm
c、則，絲杠的有效行程為500mm，由【3】中知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在400~500mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到30um，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。
⑥、穩(wěn)定性的驗(yàn)算
根據(jù)【3】 。
取支承系數(shù)=2；
由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380.88；
壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；
滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離L=a取最大值560mm。
代入公式，得P=14481kg,f=14481N大于=14281N，故不會(huì)失穩(wěn)，滿足使用要求。
⑦、臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算
對(duì)于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速，由【1】中P111式5-10得：
其中 20-1.2×3.175=16.2mm
為臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度
為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動(dòng)）
代入數(shù)據(jù)得：
臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。
⑧、滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定
由以上驗(yàn)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(hào)，
由表一可知絲杠所需的安裝連接尺寸
（4）、步進(jìn)電機(jī)的選用
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型
a、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。
總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
ⅰ、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J
由【1】中P134式5-28得：
式中 D為絲杠公稱直徑D=20mm
L為絲杠長(zhǎng)度L=560mm
代入數(shù)據(jù)，得：J=0.77×20×560×10=6.9×10kg.㎡
ⅱ、滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
由【1】中式5-29得：
其中 M為工作臺(tái)的（包括工件）的質(zhì)量M= S為絲杠螺距S=5mm
代入數(shù)據(jù)，得：
ⅲ、初選常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司的90YG5502型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
所以=6.9×10+2.4×10+4×10=7.09×10 N·m
驗(yàn)算慣量匹配，電動(dòng)機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在1/4——1之間，
由此可見(jiàn):,符合慣量匹配要求。
②、步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩M的計(jì)算
a、承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的，考慮最大切削負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩，由【1】中P132式5-25得：
其中
其中: 為折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣量==7.09×10
T系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，由任務(wù)書(shū)知為T(mén)=0.4S
切削時(shí)的轉(zhuǎn)速為300r/min
得：
其中： 為導(dǎo)軌摩擦力
S為絲杠螺距S=5mm
i為齒輪降速比，已計(jì)算出為1
η為傳動(dòng)鏈總效率，η=0.7—0.8，取0.8
代入數(shù)據(jù) 得：
其中： 為最大軸向載荷，
為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，=0.95≥0.9
其余數(shù)據(jù)同上
代入數(shù)據(jù) 得：
其中：進(jìn)給方向的最大切削力
其余參數(shù)同上。
代入數(shù)據(jù)得： N·m
由此都得到等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N·m
b、快速空載時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩M
由【1】中P132式5-24得：
加速力矩其中：
其余參數(shù)同上
入數(shù)據(jù)得：
力矩摩擦其中：u為導(dǎo)軌副的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取
u=0.005
其余參數(shù)同上。
代入數(shù)據(jù)得：N·m
附加摩擦力矩：
其余參數(shù)同上
代入數(shù)據(jù)得： N·m
所以可知快速空載時(shí)點(diǎn)擊所需力矩：
=0.02+0.021+0.065
=0.106 N·m
比較和，取其較大者，就是最大等效負(fù)載，即：==1.93N.m
③、步進(jìn)電機(jī)的初選
考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸入轉(zhuǎn)矩也會(huì)下降，可能會(huì)造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)，因此按最大等效負(fù)載M考慮一定的安全系數(shù)λ，取λ=2，則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：
N·m
由所選的電機(jī)型號(hào)參數(shù)可知，最大轉(zhuǎn)矩 N·m，可知滿足要求。
④、確定選型的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)
所選電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下圖所示：
圖2
外形尺寸安裝接線圖和和矩頻特性如圖3所示
圖3
圖4
（5）、滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算
①、工作載荷的計(jì)算
工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為：
其中，移動(dòng)部件重量G=800N,外加載荷F==623N
代入上式，得：N
② 、小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算
預(yù)期工作臺(tái)的工作壽命為5年，一年365天，取工作時(shí)間為360天，每天工作8小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命
③、距離額定壽命計(jì)算
由公式，從而得到
式中，為小時(shí)額定工作壽命。
n為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（4—6）取5
S為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工范圍為600mm×300mm取900mm
代入數(shù)據(jù) 得：
④、額定動(dòng)載荷計(jì)算
由公式
從而得到：
式中：為額定動(dòng)載荷
L為距離工作壽命，由上式可知為7776km
F為滑塊的工作載荷，由上式可知為1548N
代入數(shù)據(jù)得：
⑤、產(chǎn)品選型
根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB25BA型，相關(guān)尺寸如下圖4所示，
圖5
可知其額定動(dòng)載荷C=17.7KN，大于16.649KN，故可知滿足要求。
⑥、安裝連接尺寸。
對(duì)于導(dǎo)軌的安裝按照如圖5所示相關(guān)尺寸安裝。
3、其余附件的選擇
1、聯(lián)軸器的選擇
剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易， 免維護(hù)，超強(qiáng)抗油以及耐腐蝕，即使承受負(fù)載時(shí)也無(wú)任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負(fù)荷時(shí)，剛性聯(lián)軸器還能剛性傳遞扭矩。適用于安裝底座剛性好、對(duì)中精度較高、沖擊載荷不大、對(duì)減振要求不高的中小功率軸系傳動(dòng)。根據(jù)選出的電機(jī)和絲杠的參數(shù)，選用沈陽(yáng)光宇科技有限公司的LK13-C32-1012型剛性聯(lián)軸器。
四、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)主要考慮以下功能：
（1） 接受操作面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信息；
（2） 接受限位開(kāi)關(guān)信號(hào)；
（3） 控制X，Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器；
（4） 與PC機(jī)的串行通信。
CPU選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52，采用8279，和W27C512，6264芯片做為I/O和存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。W27C512用做程序存儲(chǔ)器，存放監(jiān)控程序；6264用來(lái)擴(kuò)展AT89S52的RAM存儲(chǔ)器存放調(diào)試和運(yùn)行的加工程序；8279用做鍵盤(pán)和LED顯示器借口，鍵盤(pán)主要是輸入工作臺(tái)方向，LED顯示器顯示當(dāng)前工作臺(tái)坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有超程報(bào)警功能，并有越位開(kāi)關(guān)和報(bào)警燈；其他輔助電路有復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，越位報(bào)警指示電路。
1、 進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖
圖6
2、 驅(qū)動(dòng)電路流程設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.005mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn)給0.005mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)CPU的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在CPU上使其燒壞。
圖7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖
該電路中的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng)A相得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǔ)存在繞組中的能量通過(guò)二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過(guò)繞組的電流不至超過(guò)額定值，以免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。
由于步進(jìn)電機(jī)采用的是五相十拍的工作方式（五個(gè)線圈A、B、C、D、E），其正轉(zhuǎn)時(shí)通電順序?yàn)椋篈-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA-A……….其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AE-E-ED-D-DC-C-CB-B-BA-A………。
3、驅(qū)動(dòng)電源的選用，及驅(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式
設(shè)計(jì)中X、Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均為90BYG5502型，生產(chǎn)廠家為常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司。查步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的資料，選擇與之匹配的驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電源與控制器的接線方式如圖8所示：
圖8
五、總結(jié)體會(huì)
我覺(jué)得本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一個(gè)全面的綜合的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和機(jī)械制圖方面的基礎(chǔ)知識(shí)，還有剛學(xué)過(guò)的數(shù)控機(jī)床和機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專業(yè)知識(shí)使得設(shè)計(jì)思路清晰系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
在此過(guò)程中我不僅運(yùn)用了以前所學(xué)的各個(gè)學(xué)科方面的知識(shí)，而且學(xué)到了課本以外的知識(shí)。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少問(wèn)題，也走了不少?gòu)澛罚ㄟ^(guò)此次設(shè)計(jì)實(shí)踐讓我學(xué)會(huì)虛心求教，細(xì)心體察，大膽實(shí)踐。任何能力都是在實(shí)踐中積累起來(lái)的，都會(huì)有一個(gè)從不會(huì)到會(huì)，從不熟練到熟練的過(guò)程，人常說(shuō)“生活是最好的老師”就是說(shuō)只有在生活實(shí)踐中不斷磨練，才能提高獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力；同時(shí)也培養(yǎng)了自己優(yōu)良的學(xué)風(fēng)、高尚的人生、團(tuán)結(jié)和合作的精神；學(xué)會(huì)了勤奮、求實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度。
還有很重要的一點(diǎn)是讓我體會(huì)到了一個(gè)設(shè)計(jì)者的精神。在設(shè)計(jì)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。
通過(guò)對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)，掌握了一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，有助于樹(shù)立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。
最后對(duì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)老師認(rèn)真、耐心輔導(dǎo)表示衷心的感謝！
六、參考文獻(xiàn)
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