方臺(tái)面數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)【200X200】

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KOH電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，慶北國(guó)立大學(xué)，大邱廣域市702-701，韓國(guó)摘要本文提出了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)床檢查與數(shù)字控制機(jī)床(CNC)技術(shù)。根據(jù)其體系結(jié)構(gòu)的不同，數(shù)控機(jī)床分為兩種類(lèi)型：一種是封閉式控制結(jié)構(gòu)（CAC），它是傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床；一種是開(kāi)放式控制結(jié)構(gòu)（OAC），這是最近推出的PC-based控制器。由于CAC有一個(gè)封閉的架構(gòu)，所以它依賴(lài)于數(shù)控機(jī)床供應(yīng)商制定的規(guī)格。而因?yàn)檫@一點(diǎn)，它的應(yīng)用程序很難在數(shù)控領(lǐng)域?yàn)橛脩羲鶎?shí)現(xiàn)。近日，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床已被基于PC的開(kāi)放式數(shù)控機(jī)床所取代。然而，現(xiàn)在還有很多傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床在OAC配備不足的車(chē)間工作。對(duì)于CAC和OAC數(shù)控機(jī)床基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查，一個(gè)合適的系統(tǒng)環(huán)境是必要的。通過(guò)這項(xiàng)研究，對(duì)包括CAC和OAC在內(nèi)的各種CNC在專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行全球化管理，對(duì)各種CNC基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查設(shè)計(jì)一個(gè)合適的環(huán)境，并對(duì)CAC和OAC檢查方法作比較。這項(xiàng)研究成果可作為一個(gè)數(shù)控機(jī)床集成制造系統(tǒng)的全球監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制的基本模型。在本研究中定義的檢查點(diǎn)分為兩類(lèi)：結(jié)構(gòu)性點(diǎn)和操作點(diǎn)。前者包括軸承的振動(dòng)，主軸單元的溫度，和其他期刊管理點(diǎn)，而后者則包括油檢查，夾具鎖/開(kāi)鎖，加工開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：基于Internet的檢查方法，變式數(shù)控，CAC，0AC1導(dǎo)言電腦和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，導(dǎo)致一個(gè)基于Internet的數(shù)控機(jī)床的控制和監(jiān)測(cè)的全球化管理在專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)的需求不斷增加。在過(guò)去，利用可編程邏輯控制器（PLC）的接觸點(diǎn)，監(jiān)測(cè)做為數(shù)控機(jī)床和制造系統(tǒng)外圍設(shè)備的I / O信號(hào)。但是，這個(gè)程序已經(jīng)被限制到CNC內(nèi)部信息的監(jiān)測(cè)。它很難執(zhí)行用戶在數(shù)控領(lǐng)域定義的程序，這個(gè)程序包括檢查有關(guān)CNC的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，外圍設(shè)備和其他外部單位（Rober and Shin, 1995；Lee et.al.,2004）。而所需的用戶自定義程序是數(shù)控機(jī)床監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程站點(diǎn)的通信應(yīng)用程序模塊。近日，基于PC的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床取代了傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，從而提供了一個(gè)方便的環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶定義的用于遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制的數(shù)控程序（Rober and Shin, 1995；Kwon et.al.,2000；Hong et.al.,2003）。然而，很多傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床在OAC配備不足的車(chē)間工作。為了做到對(duì)這種變式數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程檢查，應(yīng)對(duì)每個(gè)CAC和OAC構(gòu)建合適的環(huán)境?，F(xiàn)在，我們簡(jiǎn)要的概述下相關(guān)的研究。關(guān)于機(jī)床的開(kāi)放式數(shù)控制造系統(tǒng)管理的研究，已經(jīng)快速的實(shí)現(xiàn)了在柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)配置（Wright，1995）和動(dòng)態(tài)重新配置（Oldknow and Yellowley，2001）的研究。一個(gè)開(kāi)關(guān)函數(shù)發(fā)生器的研究解決了在開(kāi)放式結(jié)構(gòu)機(jī)床的維修機(jī)制（Kim et al.，2002）。機(jī)床的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)客戶端 - 服務(wù)器環(huán)境也一直被研究（Oldknow and Yellowley，2003）。這種關(guān)于遠(yuǎn)程服務(wù)的代表性例子是由CNC供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的工廠窗口和遠(yuǎn)程系統(tǒng)（Kim et al.，2000;Kang and Kang，1999）。然而，這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是當(dāng)?shù)氐挠颦h(huán)境提高基本的技術(shù)支持。此外，這些研究還包括基于互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)床管理，CNC故障診斷的實(shí)現(xiàn)和基本的遠(yuǎn)程服務(wù)（Kim et al.，2003）。在柔性制造系統(tǒng)中基于Web的監(jiān)控也進(jìn)行了研究（Jung et al.，2001）。此外，還研究了維護(hù)數(shù)控機(jī)床的公共交換電信電話網(wǎng)（PSTN）和數(shù)字I / O模塊（Hyun et al.，1998）。然而，這些研究都集中在CAC機(jī)除外的OAC機(jī)上，而研究的大多數(shù)的服務(wù)功能是通過(guò)電話線或外部網(wǎng)絡(luò)（如Internet）傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。盡管是基于互聯(lián)的應(yīng)用程序，仍要安裝一個(gè)開(kāi)發(fā)商依賴(lài)的特殊的客戶端，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下是基于客戶-服務(wù)器的配置。在某些特殊情況下，一個(gè)額外的內(nèi)核是必需的。此外，優(yōu)越的數(shù)控廠商，如西門(mén)子的第三方支持通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。然而，在這情況下，非常困難的是服務(wù)的功能往往不適合車(chē)間修改功能。在國(guó)內(nèi)，甚至有部分?jǐn)?shù)控廠商無(wú)法服務(wù)一般商用的基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查服務(wù)，如通過(guò)lnternet的監(jiān)測(cè)。出現(xiàn)這種情況是因?yàn)榇蟛糠值倪\(yùn)營(yíng)商和數(shù)控廠商都集中在國(guó)內(nèi)數(shù)控市場(chǎng)的穩(wěn)定性和原創(chuàng)能力上面。也就是說(shuō)，大部分的數(shù)控廠商都害怕數(shù)控機(jī)床因過(guò)載而崩潰或因故障造成額外軟件安裝或升級(jí)，所以他們支持遠(yuǎn)程服務(wù)功能?？傊?，雖然對(duì)OAC有一些研究，但是少有滿意的設(shè)計(jì)，而對(duì)CAC的研究更是非常缺乏。尤其是，基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查與CAC和OAC的變種數(shù)控機(jī)床沒(méi)有得到充分的研究報(bào)告，由于不便開(kāi)發(fā)環(huán)境和較差的軟件可移植性。本文調(diào)查申請(qǐng)的方法是基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查技術(shù)，對(duì)OAC和CAC兩個(gè)變式數(shù)控機(jī)床進(jìn)行比較。通過(guò)這項(xiàng)研究建議通過(guò)基于Internet檢查變式數(shù)控機(jī)床的有效計(jì)劃。首先，遠(yuǎn)程檢查和控制與CAC的機(jī)床和零部件相關(guān)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)使用I / O的嵌入式模塊介紹網(wǎng)頁(yè)；其次，本文認(rèn)為模擬和數(shù)字遠(yuǎn)程檢查OAC的機(jī)器通過(guò)實(shí)施相關(guān)的信號(hào)用戶定義的應(yīng)用程序能夠接口與外部服務(wù)器的數(shù)控域，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元（DAU），能夠獲得與連接的數(shù)據(jù)機(jī)及周邊設(shè)備的聯(lián)系點(diǎn)。CAC有一個(gè)封閉的架構(gòu)，它是依賴(lài)數(shù)控協(xié)力廠商規(guī)范。由于這一點(diǎn)，就已經(jīng)很困難，為用戶實(shí)施在數(shù)控應(yīng)用程序。因此，一個(gè)特殊的，額外的模塊需要基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序（塞納科技，2002年）。對(duì)于這一點(diǎn)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的I / O嵌入式模塊適用于本研究基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查。模塊直接連接到TCP/ IP網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信網(wǎng)站。為了獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)控機(jī)床，模塊的I / O信號(hào)在數(shù)控被分配到PLC的I / O信號(hào)。另一方面，OAC有一個(gè)基于PC的開(kāi)放式架構(gòu)，運(yùn)作獨(dú)立于數(shù)控供應(yīng)商的規(guī)范并沒(méi)有額外的模塊是必要的，用于連接遠(yuǎn)程站點(diǎn)。正因?yàn)槿绱?，一個(gè)簡(jiǎn)單的DAU，這是不直接連接到OAC的主要電路板，而不是直接影響到數(shù)控穩(wěn)定，用于信號(hào)傳感和數(shù)據(jù)通過(guò)RS232/422行收購(gòu)無(wú)需額外通信設(shè)備模塊。基于Internet的遠(yuǎn)程機(jī)器檢查與OAC，用戶定義的守護(hù)進(jìn)程的工具通信和應(yīng)用程序Web服務(wù)的形式實(shí)現(xiàn)OAC和內(nèi)部功能內(nèi)外部服務(wù)器?；ヂ?lián)網(wǎng)通信之間進(jìn)行數(shù)控領(lǐng)域的守護(hù)程序外部服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)腳本程序。2基于Internet檢查OAC的方法在OAC的情況，不需要網(wǎng)絡(luò)支持附加設(shè)備模塊，OAC有一個(gè)方便的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。檢查和獲得機(jī)床I / O信號(hào)的數(shù)據(jù)，只需要信號(hào)處理板或外部的DAU數(shù)據(jù)采集。由于大多數(shù)OAC是基于單板計(jì)算機(jī)上的DAU一個(gè)緊湊的結(jié)構(gòu)，比板型（Advantech，2002）更有效可以簡(jiǎn)單地連接I / O信號(hào)。試圖通過(guò)監(jiān)測(cè)加工狀態(tài)，應(yīng)用程序通過(guò)DAU零部件溫度和振動(dòng)的檢查方法，可以通知檢查時(shí)間和零部件的更換時(shí)間。通過(guò)這個(gè)應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床及周邊設(shè)備的模擬和數(shù)字接觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)使用的DAU。在實(shí)驗(yàn)中，使用外部的I / O的DAU模塊，以減少硬件設(shè)備的大小，并盡量減少負(fù)荷?；贗nternet的檢查OAC機(jī)床配置使用的DAU如圖1RS485通訊內(nèi)部通過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換規(guī)范。0V至1.5V的范圍內(nèi)分配一個(gè)采樣周期為每秒10次，以獲取模擬傳輸值。為獲取軸承的振動(dòng)和主軸溫度的實(shí)驗(yàn)，傳輸?shù)哪M值在OAC和DAU之間的通信協(xié)議實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖2所示Subsequently，也進(jìn)行檢查開(kāi)/關(guān)狀態(tài)的石油和鉗的基本實(shí)驗(yàn)，如圖3所示功能的應(yīng)用程序代碼，實(shí)現(xiàn)在OAC數(shù)控域的內(nèi)部功能?；贗nternet的檢查應(yīng)用，通訊發(fā)達(dá)的守護(hù)程序在數(shù)控領(lǐng)域?qū)嵤?，在外部服?wù)器由Web服務(wù)的Web scr.ipt方案實(shí)施，使用vbscrip，JavaScript和活動(dòng)服務(wù)器頁(yè)面（ASP），如圖4守護(hù)程序之間的網(wǎng)絡(luò)通信可以在數(shù)控域和外部Web腳本程序。因此，多個(gè)客戶端可以監(jiān)控檢查的數(shù)據(jù)和機(jī)器的狀態(tài)，通過(guò)收購(gòu)數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)傳輸從外部數(shù)據(jù)庫(kù)的OAC。數(shù)控通信服務(wù)程序采用標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)連接（ODBC）和數(shù)據(jù)處理，利用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）查詢。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，檢查數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的表中的信息構(gòu)建在數(shù)據(jù)庫(kù)表中。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的遠(yuǎn)程檢查，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序，如圖5所示結(jié)果表明，這種檢查方法是有利的，在其方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境在軟件方面，可以很容易地實(shí)現(xiàn)用戶定義的應(yīng)用程序。圖1基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查OAC的機(jī)器配置使用的DAU圖2通信協(xié)議之間的OAC的DAU模圖3模擬輸入（0-1.5V的范圍）的收購(gòu)和數(shù)字輸入（8位直接投資）圖4 OAC和應(yīng)用程序之間的接口網(wǎng)站SEVER圖5 檢查OAC的機(jī)器所使用的DAU和應(yīng)用程序3基于Internet的檢查計(jì)劃和變式數(shù)控機(jī)床的例子基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查的計(jì)劃變型數(shù)控機(jī)床的建議圖6CAC機(jī)區(qū)旨在檢查通過(guò)下載腳本代碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和嵌入式設(shè)備服務(wù)器的I / O接口機(jī)制。在OAC機(jī)區(qū)檢查所使用的DAU和應(yīng)用程序，如數(shù)據(jù)采集模塊，通信守護(hù)進(jìn)程模塊，和一個(gè)web腳本模塊的模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。基于互聯(lián)網(wǎng)的變種數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程檢查，通過(guò)擬議的計(jì)劃表見(jiàn)圖7在CAC的機(jī)床的情況下，一個(gè)Java applet被編碼和下載，以檢查機(jī)床的I / O數(shù)據(jù)和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器向客戶提供檢查結(jié)果。在I / O地址的Java applet代碼和真正的I / O點(diǎn)的機(jī)床之間分配，監(jiān)視和控制遠(yuǎn)程站點(diǎn)。展示的內(nèi)容是對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果 I / O的接觸點(diǎn)與當(dāng)前加工/關(guān)狀態(tài)。 CAC的機(jī)床運(yùn)作周期的啟動(dòng)按鈕正在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器上。在OAC機(jī)床的情況下，收購(gòu)的DAU監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到在遠(yuǎn)程站點(diǎn)，外部服務(wù)器和通信守護(hù)進(jìn)程服務(wù)。它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器激活油傳感器，主軸溫度是0.0007（這是從0至1.5 V范圍內(nèi)的模擬值）。結(jié)果表明，在前一種情況下，CAC是有利的，它可以很容易地利用網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式設(shè)備，在硬件實(shí)現(xiàn)基于lnternet的檢查系統(tǒng)。然而，用戶定義的應(yīng)用程序和下載數(shù)據(jù)的最大尺寸被限制在512字節(jié)；后者的情況下，在其方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以方便地實(shí)現(xiàn)在數(shù)控領(lǐng)域的許多不同的應(yīng)用程序，無(wú)需額外設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。然而，用戶定義的應(yīng)用程序編程工作需要比在前者的情況下實(shí)施通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。圖6基于互聯(lián)網(wǎng)的檢查環(huán)境變異數(shù)控機(jī)床圖7 例如基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程檢查變種數(shù)控機(jī)床4結(jié)論本文提出了一種新的研究基于Internet檢查傳統(tǒng)的CAC和最近推廣的OAC兩種變式數(shù)控機(jī)床。為了實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)高效的檢查CAC機(jī)，使用信號(hào)檢測(cè)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)I / O嵌入式設(shè)備模塊，可以支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境，因?yàn)樵贑AC的環(huán)境執(zhí)行用戶定義的應(yīng)用程序，是依賴(lài)于數(shù)控廠商規(guī)范了的數(shù)控領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)檢查OAC機(jī)床，數(shù)字和模擬信號(hào)的檢查方法，它不需要額外的網(wǎng)絡(luò)I / O的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的嵌入式設(shè)備，有人建議，因?yàn)閿?shù)控域執(zhí)行用戶定義的應(yīng)用程序很容易因方便OAC的環(huán)境。這種方法只需利用的DAU取得的I / O硬件方面的數(shù)據(jù)和采集到的數(shù)據(jù)傳送到外部服務(wù)器通過(guò)在遠(yuǎn)程站點(diǎn)上的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的遠(yuǎn)程檢查。隨后，對(duì)CAC和OAC機(jī)的檢查方法進(jìn)行了比較。通過(guò)這項(xiàng)研究，為數(shù)控機(jī)床與數(shù)控變種的CAC和OAC在制造系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)的變型數(shù)控機(jī)床的檢查，被設(shè)計(jì)為一體的綜合經(jīng)營(yíng)的一個(gè)合適的環(huán)境，如建筑的全球管理。這項(xiàng)研究的結(jié)果可能是一個(gè)全球監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制在變種數(shù)控機(jī)床集成制造系統(tǒng)的基本模型。在今后的工作中應(yīng)解決以下問(wèn)題：首先，研究人員應(yīng)該調(diào)查優(yōu)越的遠(yuǎn)程檢查環(huán)境的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，可以在嵌入式設(shè)備利用足夠的上下載的代碼；其次，還需要進(jìn)一步研究，可以更簡(jiǎn)單地對(duì)集成和經(jīng)營(yíng)變式數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化應(yīng)用程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)。感謝感謝工業(yè)改造技術(shù)項(xiàng)目（商務(wù)部，工業(yè)和能源）提供的財(cái)政支持。專(zhuān)業(yè)課課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：數(shù)控X-Y工作臺(tái)設(shè)計(jì)學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： (200X200)方臺(tái)面數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)目錄序言3摘要 4設(shè)計(jì)目的 4設(shè)計(jì)要求 4總體方案設(shè)計(jì)5機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 61、確定脈沖當(dāng)量 62、確定傳動(dòng)比 63、滾珠絲杠螺母副的選型和校核 74、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型和計(jì)算 115、導(dǎo)軌的選型和計(jì)算 136、啟動(dòng)矩頻特性校核 14控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18第一節(jié) 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 18第二節(jié) 步進(jìn)電機(jī)控制電路 18步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì) 20其它電路輔助設(shè)計(jì)24設(shè)計(jì)總結(jié)24參考文獻(xiàn)25序言據(jù)資料介紹，我國(guó)擁有400多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床，絕大部分都是多年累積生產(chǎn)的普通機(jī)床。這些機(jī)床自動(dòng)化程度不高，加工精度低，要想在短時(shí)期內(nèi)用自動(dòng)化程度高的設(shè)備大量更新，替代現(xiàn)有的機(jī)床，無(wú)論從資金還是從我國(guó)機(jī)床制造廠的生產(chǎn)能力都是不可行的。但盡快將我國(guó)現(xiàn)有的部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改造又勢(shì)在必行。為此，如何改造就成了我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的重要課題。在過(guò)去的幾十年里，金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作原理變化不大，但社會(huì)生產(chǎn)力特別是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展很快。反映到機(jī)床控制系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，又能提高加工的精度，現(xiàn)已有一些企業(yè)在這方面做了有益的嘗試。實(shí)踐證明，改造后的機(jī)床既滿足了技術(shù)進(jìn)步和較高生產(chǎn)率的要求，又由于產(chǎn)品精度提高，型面加工范圍增多也使改造后的設(shè)備適應(yīng)能力加大了許多。這更加突出了在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造的必要性和迫切性。由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，如果把舊機(jī)床設(shè)備全部以新型機(jī)床替換，國(guó)家要花費(fèi)大量的資金，而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來(lái)造成浪費(fèi)，若采用改造技術(shù)加以現(xiàn)代化，則可以節(jié)省50%以上的資金。從我國(guó)的具體情況來(lái)講，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3到1/5，一般用戶都承擔(dān)得起。這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了新路，也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)吸引力，起到了事半功倍的積極作用。據(jù)國(guó)內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)訂購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)需要。因此機(jī)床的數(shù)控改造就成為滿足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段。在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)是現(xiàn)代機(jī)械制造的基本特征，占有相當(dāng)大的比重。要完成這些生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專(zhuān)用機(jī)床或數(shù)控機(jī)床，其中數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。從上述分析中不難看出數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)之上。通過(guò)理論上的推導(dǎo)和實(shí)踐使用的證明，把微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)引入機(jī)床的改造有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1）可靠性高；柔性強(qiáng)；#易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；2）經(jīng)濟(jì)性可觀。為此在舊的機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控改造可以提高機(jī)床的使用性能，降低生產(chǎn)成本，用較少的資金投入而得到較高的機(jī)床性能和較大的經(jīng)濟(jì)效益。摘要本課程設(shè)計(jì)是對(duì)銑床進(jìn)行改造，目的在于培養(yǎng)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，重點(diǎn)是對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及將來(lái)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計(jì)由序言、設(shè)計(jì)要求、總體方案、進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)元件的選擇與確定和主程序框圖、數(shù)控化電路原理組成。由于本人經(jīng)驗(yàn)不足，以及對(duì)知識(shí)掌握程度的限制，設(shè)計(jì)過(guò)程還存在某方面的錯(cuò)漏，敬請(qǐng)老師提出寶貴意見(jiàn)。設(shè)計(jì)目的數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課，特別是“數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用”課程后應(yīng)用的，它是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問(wèn)題能力的重要步驟。本課程設(shè)計(jì)是以機(jī)電一體化的典型課題-數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定為主線，通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，計(jì)算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子和微機(jī)方面的知識(shí)，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生具有初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一。通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以初步樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的實(shí)際能力，并在教師的指導(dǎo)下，系統(tǒng)地運(yùn)用課程和選修課程的知識(shí)，獨(dú)立完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是改造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。如精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或裝置）的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)I/O接口設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)控化電氣原理設(shè)計(jì)等。說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容應(yīng)包括：課程設(shè)計(jì)題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說(shuō)明、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣及其他部分（如環(huán)形分配器等）的說(shuō)明。該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法，可以歸納如下：1.采用微型計(jì)算機(jī)（包括單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等。2.選用驅(qū)動(dòng)控制電路，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用，考慮電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算，控制電機(jī)電路的設(shè)計(jì)。3.精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要是考慮數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)問(wèn)題：要弄清機(jī)構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行元件的主要功能（傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運(yùn)轉(zhuǎn)等），進(jìn)行力矩、負(fù)載功率、慣性（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）、加（減）速控制和誤差計(jì)算。4.學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料?？傮w方案設(shè)計(jì)一般來(lái)講，普通銑床的數(shù)控改造主要有兩部分，一是設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易微機(jī)數(shù)控X-Y工作臺(tái)，固定在銑床的工作臺(tái)上。二是將控制銑刀上、下運(yùn)動(dòng)的手柄拆去，改用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一級(jí)減速裝置使銑頭上下運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)只對(duì)X-Y工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。取銑床步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量可選為0.01mm/脈沖，步進(jìn)電機(jī)的步距角0.9。方案1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削，可選用點(diǎn)位控制方式。數(shù)控銑床在工作臺(tái)移動(dòng)過(guò)程中銑頭并不進(jìn)行銑孔加工，因此數(shù)控裝置可采用點(diǎn)位控制方式。對(duì)點(diǎn)位系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。2伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置伺服控制有開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)3種控制方式。開(kāi)環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著控制精度不能達(dá)到較高水平的基本問(wèn)題，但是步進(jìn)電機(jī)具有角位移與輸入脈沖的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，使步距誤差不會(huì)積累；轉(zhuǎn)速和輸入脈沖頻率嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化的特點(diǎn)。并且步進(jìn)電機(jī)控制的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)由于不存在位置檢測(cè)與反饋控制的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。并且隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，在改善步進(jìn)電機(jī)控制性能方面也取得了可喜的發(fā)展。因此，在一定范圍內(nèi)，這種采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)可以滿足加工要求，適宜于在精度要求不很高的一般數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)控制為實(shí)現(xiàn)高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在具體的系統(tǒng)中，增加了位置檢測(cè)、反饋比較及伺服放大等環(huán)節(jié)，除了在安裝調(diào)試增加工作量和復(fù)雜性外，從控制理論的角度看，要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也將大為提高。為此，考慮到在普通立式銑床上進(jìn)行改造，精度要求不是很高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝配時(shí)，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及有適宜阻尼比的要求。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1）盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。2）盡量消除傳動(dòng)間隙。如步進(jìn)電機(jī)上的傳動(dòng)齒輪采用偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。3）縮短傳動(dòng)鏈。縮短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。如應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定，并加預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等提高傳動(dòng)剛度。X-Y工作臺(tái)傳動(dòng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副和滾動(dòng)導(dǎo)軌。4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)一般由微機(jī)部分、I/O接口電路、光電隔離電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾部分所組成。在簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)中，大多采用8位微處理器的微型計(jì)算機(jī)。如何采用Z80CPU或MCS-51單片機(jī)組成的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。Z80CPU有芯片價(jià)廉，通用性強(qiáng)，維修方便等特點(diǎn)。MCS-51單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快和很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)。通過(guò)比較，對(duì)于簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。5實(shí)施保留原機(jī)床主傳動(dòng)鏈，保留銑床工作臺(tái)和控制工作臺(tái)移動(dòng)手柄，在原工作臺(tái)上安裝一套微機(jī)數(shù)控的X-Y工作臺(tái)。由于X-Y工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和切削力不大，因此選用有預(yù)加載荷的滾珠導(dǎo)軌。采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減小兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)?？紤]到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率0.01mm要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。綜上所述，本文改造的總體方案確定為：采用MCS-51單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為了防止意外事故，保護(hù)微機(jī)及其它設(shè)備，還設(shè)置報(bào)警，急停電路等，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)分辯率為0.01mm,其它設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表：要求：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)面200X200mm，分辨率為=5分/step，承受最大軸向載荷Tmax=800Nm。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算1.脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，考慮到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差存在。脈沖當(dāng)量值必須小于定位精度值。本次設(shè)計(jì)確定脈沖當(dāng)量為0.01mm/步.二.銑削力分析與計(jì)算銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給(鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給).銑刀的類(lèi)型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼.根據(jù)工件材料為碳鋼可確定銑削力的計(jì)算公式：FZ=9.81CFzae0.86af0.72d0-0.86apZ式中各參數(shù)如下:CFz銑削力系數(shù)，CFz=68.2（表2-3）ae 最大銑削寬度，本設(shè)計(jì)為8mmap 背吃刀量，本設(shè)計(jì)為3mmZ 銑刀齒數(shù)，齒數(shù)取3d0 圓柱銑刀直徑，查得d0= 20mm(技術(shù)指導(dǎo))af 每齒進(jìn)給量（mm/齒），即銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒間角時(shí)，工件與銑刀的相對(duì)移動(dòng)量，查得af=0.10mm/齒（技術(shù)指導(dǎo)）故 ： FZ=9.8168.280.860.100.7220-0.8633=547 N2.齒輪傳動(dòng)比計(jì)算進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定進(jìn)給脈沖當(dāng)量=0.01mm滾珠絲杠導(dǎo)程L=4mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.9。可計(jì)算出傳動(dòng)比i： i=0.94/3600.01=1因傳動(dòng)比為1，這時(shí)可以使步進(jìn)電機(jī)直接與絲桿聯(lián)接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。 3.滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型（1） 計(jì)算進(jìn)給牽引力（N）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)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算公式：Fm=KFLf，(FvFcG)式中K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，矩形導(dǎo)軌K=1.1滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.00250.005；這里取0.005G移動(dòng)部件的重力（N）：G=600NFL工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷Fc工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷 Fv工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷由表2-4查得，F(xiàn)L/ FZ=0.90， FL= 0.9FZ=493 N Fc /FZ=0.80， Fc =0.8FZ=438NFv /FZ=0.40， Fv =0.4FZ=219 N 故：Fm=1.14930.005（438219600）=548N（2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C滾珠絲杠最大動(dòng)載荷可用下式計(jì)算C=fmFmL=n=v=afZn，式中：L工作壽命、以106轉(zhuǎn)為單位。fm運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fm =1.21.5;這里取fm =1.5。Fm-滾珠絲杠工作載荷（N）t使用壽命，按15000h；n-絲杠的轉(zhuǎn)速L0 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選L0=4mm； v最大切削力下的進(jìn)給速度a-每齒進(jìn)給量（mm/齒）af=0.06mm/齒Z-銑刀齒數(shù)，Z=5n，-銑刀轉(zhuǎn)速，區(qū)別與以上絲杠轉(zhuǎn)速n，n，取為1000r/minv=0.0651000=0.3 m/minn=(10000.3)/4=75L=(607515000)/106=67.5 rC=fmFm=4.11.2858.17=3.35kN(3)螺母副的選型根據(jù)最大動(dòng)載荷和公稱(chēng)直徑選外循環(huán)滾動(dòng)螺母副，選用中國(guó)南京工藝裝備制造有限公司生產(chǎn)的FFZL型 內(nèi)循環(huán)螺紋預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副,規(guī)格代號(hào)為FFZL2004-3，公稱(chēng)直徑=20mm,滾珠直徑為Dw=3mm,圈數(shù)列數(shù)=31,螺距為4mm,螺旋升角為=338。(4)傳動(dòng)效率計(jì)算 =式中絲杠螺旋升角, =338摩擦角，取10 =0.064/0.0664=0.9638=96.4%(5)剛度驗(yàn)算先畫(huà)出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖4-20所示，最大牽引力為548N，支承間距L=500mm絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。1絲杠的拉伸或壓縮變形量=Fm絲杠的工作載荷（N）；L滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度（mm）；L=500mmE材料的彈性模量，對(duì)鋼E=20.6Mpa;A滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積（mm2）。A=3.14d2/4=3.1416.92/4=224.3 mm2故： =(548500/20.6224.3)= 0.0059(mm）2滾珠與螺紋滾道間接觸變形有預(yù)緊：=0.0013 (mm) =0.0014mmDw為滾珠直徑（mm）,D=3mm；為滾珠總數(shù)量：Z圈數(shù)列數(shù)Z為一圈的滾珠數(shù)，外循環(huán)Z=3.1420/3=21；故：2131=63；-為滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑（mm）,=20mm為預(yù)緊力，此處單位為kgf，為軸向工作載荷的1/3時(shí)，= FL /3=493/3=164N=16.8kgf為滾珠絲杠工作載荷，單位為kgf。=548/9.8=55.9kgf有預(yù)緊：=0.0013 (mm)=1/2=0.0014mm3滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠的總變形量應(yīng)小于允許的變形量。一般不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度的一半：=0.0059+0.0014=0.00730.025/2mm=0.0125mm(定位精度的一半)。(6)壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算驗(yàn)算滾珠絲杠尺寸和支承方式后，應(yīng)驗(yàn)算絲杠在承受最大軸向載荷時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。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(N) 為E為材料的彈性模量，對(duì)鋼E=20.6104Mpa; I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面：I=d14/64=3.1416.94/64=4002.2mmL絲杠最大工作長(zhǎng)度（mm）；L=500 mmfZ為絲杠支承方式系數(shù)，這里滾珠絲杠的支承方式采用一端固定一端簡(jiǎn)支的方式，所以fZ223.14220.61044002.2/5002=2.0731104Nnk=Fk/Fm=2.0731104/548=37.8nk=4所以，該滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。nk許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，nk=2.544. 縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型一、初選步進(jìn)電機(jī)57BYG4504,步距角b=0.9,滿足要求.二、矩頻特性: 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1.滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS=0.78D4L10-3(kfcm2)L-絲杠長(zhǎng)度,設(shè)定為500mm=50cmD-絲杠公稱(chēng)直徑,D=20mm=2cmJS=0.78245010-3=0.624cm22.工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG=(L0/2)2M L0-絲杠導(dǎo)程,L0=4mm=0.4cm M-工作臺(tái)質(zhì)量,M=62kgJG=(0.4/23.04)262=0.248cm23.聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量根據(jù)鋼的直徑為(20,22)選用定位螺絲固定平行式聯(lián)軸器，型號(hào)為SLK2-100-0608 (廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司)，查得：JL=0.068cm24. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量根據(jù)初選電機(jī)型號(hào),查得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:JZ=0.46cm2故：J=JSJGJLJZ=0.6340.2480.0680.46=1.462cm2三、步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)的計(jì)算空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩（Ncm）；M為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（Ncm）；M電絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。(1) 加速度力矩Mka= J2nmax10-2/60t(Ncm)nmax=vmaxb/360pt-運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快速所需的時(shí)間,t=0.3s vmax-運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）, vmax=3m/min=3000mm/min b-初選步距角，b=0.9nmax-與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速(r/min)故：nmax=30000.9/（3600.01） =750 r/minMka=1.46223.1475010-2/600.3=3.83Ncm (2)空載摩擦力矩Mkf=GL0/2i(Ncm) G-運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N），G=600N 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.005;-傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取=0.70.85,這里取=0.85L滾珠絲杠基本導(dǎo)程，L=0.4 cm.空載摩擦力矩：Mkf=GL0/2i=6000.0050.4（23.140.851）=0.225 Ncm(3)附加摩擦力矩MM0=FYJL0（1-2）/2 i -絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取0.9，這里取=0.96；F預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的,即F=F=183NM0=1830.4(1-0.962)/(23.140.961)=0.950Ncm上述三項(xiàng)合計(jì)：步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)力矩：M = 3.830.2250.950= 5.005（Ncm）步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)力矩： 從產(chǎn)品系列及性能參數(shù)根據(jù)電機(jī)型號(hào)查出步進(jìn)電機(jī)為四相八拍；從表2-17根據(jù)電機(jī)拍數(shù)查出啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩Mkq與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為Mkq/Mjmax1=0.707故：Mjmax1=Mkq/0.707=4.58/0.707=6.471Ncm運(yùn)動(dòng)部件正常工作（數(shù)控機(jī)床為工作臺(tái)開(kāi)始工進(jìn)）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)為帶負(fù)載啟動(dòng)，其總負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mfq可按下式計(jì)算Mfq=MkaMkfM0MfMf=FL/2i(Ncm)F-作用在工作臺(tái)的合力，F(xiàn)=（FL2FV2FC2）1/2=694.4NMf- 合力F折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩故:Mf=694.40.4/（23.140.851）=52.01 NcmMfq=5.00552.01=57.015 Ncm運(yùn)動(dòng)部件正常運(yùn)行時(shí)所需的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax2=Mfq/0.5=57/0.5=114 Ncm根據(jù)電機(jī)型號(hào)查得步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩:Mjmax=1.4Nm=140Ncm所以MjmaxMjmax2Mjmax1初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)力矩，即MjmaxmaxMjmax1，Mjmax2所以初選電機(jī)57BYG4504能滿足要求。5導(dǎo)軌的選用與校核初選滾動(dòng)導(dǎo)軌 選取中國(guó)南京工藝裝備制造有限公司的GGB AA-AAL 四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副, 其額定載荷Coa為6.8KN，Ca 為6.07KN，參數(shù)如下：?jiǎn)挝?)對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行按下式進(jìn)行校核：式中:L為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（km）本設(shè)計(jì)L定為50km；為額定載荷，查表=6.07kN；F為每個(gè)滑塊上的工作載荷（N）F本設(shè)計(jì)設(shè)定為588N；為硬度系數(shù)，導(dǎo)軌面的硬度為58-64HRC時(shí)=1.0；為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)100C時(shí)，=1；為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí)=0.81；為載荷/速度系數(shù)，無(wú)明顯沖擊振動(dòng)或v60m/min時(shí)，=1.5-2這里選擇=2。 =5882（10.811） =1361Nfq=1200 Hz,步進(jìn)電機(jī)會(huì)不丟步。 （2）電機(jī)快速進(jìn)給矩頻特性較核 最高運(yùn)行頻率fmax 式中：Vmax運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度 快進(jìn)時(shí)已經(jīng)不存在加速力矩項(xiàng)Ma,并且一般處于空載狀態(tài)，故快速進(jìn)給力矩MJK= 其中：M0為附加摩檫力矩（Ncm），MKF為快進(jìn)時(shí)的折算到電機(jī)的摩檫力矩（Ncm）。所以 ：MJK= =1.175（Ncm）由圖2可知道快進(jìn)力矩對(duì)應(yīng)允許快進(jìn)頻率FYK近似為20000Hz，F(xiàn)mzxFYK，所以電機(jī)不會(huì)丟步。（3）、工進(jìn)運(yùn)行距頻特性校核工進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率：式中： 最大工作進(jìn)給速度 工進(jìn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需力矩Mkj可按下式計(jì)算： （式2-39）式中： 附加摩擦力矩， 摩擦力矩 折算到電機(jī)軸上的工作負(fù)載力矩 (式2-40) (式2-41)式中：Fv垂直方向作用于工作臺(tái)的工作載荷 Ft沿進(jìn)給方向的切削負(fù)載，F(xiàn)t=FL在圖2初選步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻率特性曲線中，對(duì)應(yīng)工進(jìn)頻率fGJ查到的允許工進(jìn)運(yùn)行力矩MYJ=1.08Nm MGJ=0.382Nm，滿足工進(jìn)時(shí)運(yùn)行距頻特性的要求。（4）步進(jìn)電機(jī)的安裝尺寸 步進(jìn)電機(jī)安裝尺寸/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 控制系統(tǒng)硬件的基本組成 MCS-51系列 8031芯片 第二節(jié) 步進(jìn)電機(jī)控制電路一、開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖二脈沖分配由表（2-18）查得脈沖分配方式為四相八拍三驅(qū)動(dòng)電路+80V控制系統(tǒng)軟件的組成和結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)的作用是進(jìn)行人和機(jī)對(duì)話和檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)一般包括系統(tǒng)初始化，命令處理循環(huán)，零件加工程序和作業(yè)程序輸入，編輯，指令分析機(jī)構(gòu)，以及系統(tǒng)自測(cè)等。1系統(tǒng)初始化：系統(tǒng)上電式復(fù)位后，系統(tǒng)軟件進(jìn)行初始化處理。包括設(shè)置CPU的狀態(tài)，可編程I/O芯片的工作狀態(tài)，中斷方式2命令處理：系統(tǒng)初始化后系統(tǒng)即進(jìn)入命令處理程序，對(duì)于一般單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)通常采用循環(huán)處理程序作為系統(tǒng)的主程序3：零件加工程序或作業(yè)程序的輸入和編程：零件加工程序可以鍵盤(pán)輸入，也可通過(guò)串行口通信輸入。輸入程序的功能就是讀入源程序，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理，按規(guī)定的格式將其存入規(guī)定的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。4 指令分析執(zhí)行：微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)輸入的指令進(jìn)行分析，并根據(jù)分析的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的操作。5診斷程序：診斷程序用于檢測(cè)系統(tǒng)硬軟件功能的正確性，找出系統(tǒng)故障的位置，并指出故障類(lèi)型。機(jī)電系統(tǒng)控制軟件的機(jī)構(gòu)一般機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的軟件結(jié)構(gòu)有：子程序，主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)子程序3子程序1子程序2條件2條件3條件1主程序逐點(diǎn)比較法 用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線插補(bǔ)計(jì)算，每走一步都需要以下四個(gè)步驟： 1判別偏差：Fm0或FMO ，從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算方向進(jìn)給。2偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后計(jì)算新的加工偏差。3終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)，不為零則返回第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)數(shù)判別可用方向坐標(biāo)值判斷，也可由一個(gè)方向的坐標(biāo)值判斷。當(dāng)XeYE逐點(diǎn)比較法框圖YESNONOY方向進(jìn)給X方向進(jìn)給X=XM ?Y=YM ?FM=FM+XEY=Y+1FM=FM-YEX=X+1FM0 ?初始化YES返回步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)光電耦合器步進(jìn)電機(jī)控制程序的任務(wù)是：判斷旋轉(zhuǎn)方向，依次送出控制字，運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)一定的延時(shí)，判斷是否結(jié)束。驅(qū)動(dòng)電路P1.0P1.1P1.2P1.38031節(jié)拍：正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)通電阻控制字18A0000 000101H27AB0000 001103H36B0000 001002H45BC0000 011006H54C0000 010004H63CD0000 11000CH72D0000 10008H81DA0000 10019H其它電路輔助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總結(jié)近年來(lái)，我國(guó)機(jī)床數(shù)控化改造工作，已從初步摸索進(jìn)入比較成熟的階段。我們運(yùn)用成熟可靠、性能先進(jìn)的國(guó)內(nèi)外數(shù)控產(chǎn)品，為已進(jìn)入頻繁故障期、維修代價(jià)昂貴的第一代數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代作了大量的工作。通過(guò)這次對(duì)銑床X-Y工作臺(tái)的數(shù)控化改裝設(shè)計(jì)，使我們進(jìn)一步的了解了普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床的差異。也使我們更加深刻的認(rèn)識(shí)到，利用數(shù)控系統(tǒng)改造機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，提高舊設(shè)備利用率，推廣機(jī)電一體化技術(shù)的重要手段。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我們進(jìn)一步熟悉了數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)原理，讓我們深刻的把電和機(jī)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到自動(dòng)化控制的要求。同時(shí)也深刻的體會(huì)到設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性，數(shù)據(jù)的處理技巧，以及各種參數(shù)的取舍，對(duì)我們?nèi)蘸蟪鰜?lái)從事這方面的工作有很大的幫助。在這里，感謝我們的指導(dǎo)老師，在他們的指導(dǎo)下我們解決了各種疑難，順利地完成設(shè)計(jì)！參考文獻(xiàn)1李洪主編.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，19992鄭堤主編.數(shù)控機(jī)床與編程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，3機(jī)械加工技術(shù)手冊(cè)編寫(xiě)組.機(jī)械加工技術(shù)手冊(cè).北京：北京出版社，19934何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)【M】北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19905周開(kāi)勤主編.機(jī)械零件手冊(cè).北京：高等教育出版社，19996馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19997吳振彪.機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19978李洪.機(jī)械加工工藝手冊(cè).北京：北京出版社，199024