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第二章 兩軸實驗型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計
第二章 兩軸實驗型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計
2.1 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的設(shè)計
主要包括以下幾個方面：
（1） 運動功能設(shè)計。包括確定機床所需運動的個數(shù)、形式（直線運動、回轉(zhuǎn)運動）、功能（主運動、進給運動、其他運動）及排列順序，最后畫出機床的運動功能圖。
（2） 基本參數(shù)設(shè)計。包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計。
（3） 傳動系統(tǒng)設(shè)計。包括傳動方式、傳動原理圖及傳動系統(tǒng)圖設(shè)計。
（4） 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計。包括運動功能分配、總體布局機構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計。
（5） 控制系統(tǒng)設(shè)計。包括控制方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖設(shè)計。
根據(jù)前面所提到的數(shù)控機床應(yīng)滿足的基本要求就可以進行總體設(shè)計。在各項基本要求中以工藝要求最為重要。由工藝要求決定機床所需要的運動。完成每個運動又有相應(yīng)的功能部件。這就可以確定各部件的相對運動和相對位置關(guān)系。機床的總體布局也就可以大體確定下來。
因此，總體方案設(shè)計是一項全局性的設(shè)計工作，直接影響機床產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、工藝和成本，關(guān)系到產(chǎn)品的技術(shù)水平和市場競爭能力。
2.2 兩軸實驗型數(shù)控系統(tǒng)的方案擬定
對教學試驗型微型數(shù)控銑床的設(shè)計，一方面，要求其功能完善、結(jié)構(gòu)開放，具有與一般生產(chǎn)型數(shù)控銑床一樣的工作原理和工作性能；另一方面，要求其體積小、價格低，有利于此類銑床的普及推廣。所以本課題的設(shè)計主要是兩個方面：其一：機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；其二：控制系統(tǒng)的設(shè)計。這里有兩個方案：
方案一、采用減速箱，并對滾珠絲杠進行兩端支撐；
減速箱采用圓注齒輪變速，這種方案可以通過增加減速箱，達到：1.增大轉(zhuǎn)動扭矩；2.提高脈沖當量；3.匹配慣量。對滾珠絲杠進行兩端支撐，可以盡量減少由于一端支撐，可能產(chǎn)生的彎曲，減少誤差，提高精度。
方案二、直接采用套筒式聯(lián)軸器連接步進電動機和滾珠絲杠，對滾珠絲杠進行一端支撐。
該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單。
2.３ 方案的比較與選擇
方案一、由于切削石蠟、塑料等材料，根據(jù)計算切削力較小，選用步進電機，脈沖當量為2mm/min，采用減速向變速，傳動比選用1.25，通過計算可以提高脈沖當量為1.02mm/min。對滾珠絲杠采用兩端支撐，可以提高滾珠絲杠的剛度，提高滾珠絲杠壽命。
方案二、直接采用套同式聯(lián)軸器聯(lián)接電動機軸和滾珠絲杠，精度不高，電機功率太小，直接帶動滾珠絲杠在長時間工作時，對步進電機損耗較大。采用一端支撐，會導致滾珠絲杠產(chǎn)生撓度，影響滾珠絲杠的剛度，從而影響其壽命。
根據(jù)實際工作要求，考慮其工作壽命，最終選擇地一種方案：采用減速箱，并對滾珠絲杠采用兩端支撐。
2.4 兩軸實驗型數(shù)控系統(tǒng)的方案擬定
教學試驗型微型數(shù)控銑床的總體長為300mm，寬為180mm，高為400mm，工作臺寬度180mm，長180mm?？梢詫崿F(xiàn)X軸、Y軸和Z軸三坐標聯(lián)動。X軸、Y軸的進給是通過電機帶動絲杠，絲杠又與螺母傳動來實現(xiàn)。電機與絲杠的連接可以通過銷釘來達到。在傳動過程中電機帶動絲杠做旋轉(zhuǎn)運動，螺母沿導軌做水平移動，從而帶動工作臺運動。Z軸的進給也是通過電機帶動絲杠，絲杠又與Z軸螺母傳動來實現(xiàn)。主軸套與Z軸螺母相連，在傳動過程中電機帶動絲杠做旋轉(zhuǎn)運動，螺母沿導軌做上下移動，從而帶動主軸做上下運動。
控制系統(tǒng)部分：通過采用三菱公司的FX2N系列單片微機構(gòu)成的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對步進電機的啟停、正反轉(zhuǎn)、兩軸聯(lián)動和變頻調(diào)速的控制，從而實現(xiàn)加工過程的自動控制。其中重點是確定硬件電路的總體方案和軟件設(shè)計，主要有：存儲器擴展電路設(shè)計，輸入輸出接口電路設(shè)計，步進電機接口和驅(qū)動電路（光電隔離電路，功率放大電路），其他輔助電路（時鐘電路，復位電路，越界報警電路，掉電保護電路等等），流程圖的繪制和程序的書寫。
由此，可以大體畫出整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方案圖圖1：
鍵盤輸入
傳動機構(gòu)
MCS-51
驅(qū)動電路
接口電路
工作臺
數(shù)據(jù)顯示
圖1 總體框圖
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