銑床的數(shù)控x-y工作臺設(shè)計

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最大移動速度為3m/min,控制系統(tǒng)為單片機控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容包括：1總體方案的確定1）確定系統(tǒng)組成方案（組成框圖、功能、機械傳動系統(tǒng)簡圖、主要設(shè)計參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2機械部分的設(shè)計1）確定脈沖當(dāng)量；2）機械部件的總體尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量的估算；3）傳動部件、導(dǎo)向部件的設(shè)計、計算和選用；4）步進電動機計算、選用；5）繪制機械結(jié)構(gòu)裝配圖。3數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計1）確定數(shù)控裝置方案（組成框圖、功能、主要設(shè)計參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2）電氣控制原理圖設(shè)計（CPU、存儲器、I/O接口電路及伺服驅(qū)動電路）。3）系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計（控制流程圖）。和部分功能控制軟件設(shè)計（匯編程序及流程圖）。4編寫設(shè)計說明書要求(包括紀(jì)律要求和報告書要求)1圖紙要求1）機械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙一張。要求視圖基本完整、符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少有一個坐標(biāo)軸的完整剖視圖。2）數(shù)控系統(tǒng)框圖（附在說明書上）；3）數(shù)控電器圖，A1圖紙一張；4）軟件框圖（可附在說明書上）。2編寫設(shè)計說明書要求說明書應(yīng)當(dāng)敘述整個設(shè)計的內(nèi)容，包括總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、機械傳動設(shè)計計算、電器部分的設(shè)計說明，選用元件及其具體參數(shù)的說明、軟件設(shè)計及其說明等，說明書的不少于8000字。注：本表按自然班填寫。于動員時發(fā)給學(xué)生。不夠紙請另附頁。設(shè)計參數(shù):系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計參數(shù)如下表。設(shè)計分組最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺加工范圍（mm）最大移動速度416mm5mm2mm碳鋼X=200,y=1503m/min論 文（設(shè) 計）任 務(wù) 書課程編號課程名稱專業(yè)課課程設(shè)計（機電、數(shù)控）周數(shù)實施地點班級人數(shù)起止時間形式集中 分散指導(dǎo)教師論文（設(shè)計）進度安排1方案論證-2天2機械部分設(shè)計-5天3電氣部分設(shè)計-3天4軟件設(shè)計-2天5編寫說明書-2天6準(zhǔn)備答辯及答辯-1天論文（設(shè)計）內(nèi)容任務(wù)是：設(shè)計一個數(shù)控X-Y工作臺及其控制系統(tǒng)。該工作臺可安裝在銑床上，用于銑削加工。具體參數(shù)如下：系統(tǒng)分辨率為0.01mm，最大銑刀直徑= 16 mm, 最大銑削寬度ae = 5 mm, 最大銑削深度ap,= 2 mm，加工材料為碳鋼，工作臺加工范圍 200 mm150 mm，最大移動速度為3m/min，制系統(tǒng)為單片機控制系統(tǒng)。設(shè)計的內(nèi)容包括：1總體方案的確定1）確定系統(tǒng)組成方案（組成框圖、功能、機械傳動系統(tǒng)簡圖、主要設(shè)計參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2機械部分的設(shè)計1）確定脈沖當(dāng)量；2）機械部件的總體尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量的估算；3）傳動部件、導(dǎo)向部件的設(shè)計、計算和選用；4）步進電動機計算、選用；5）繪制機械結(jié)構(gòu)裝配圖。3數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計1）確定數(shù)控裝置方案（組成框圖、功能、主要設(shè)計參數(shù)，及方案分析、比較、說明）。2）電氣控制原理圖設(shè)計（CPU、存儲器、I/O接口電路及伺服驅(qū)動電路）。3）系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計（控制流程圖）和部分功能控制軟件設(shè)計（匯編程序及流程圖）。4編寫設(shè)計說明書要求(包括紀(jì)律要求和報告書要求)1圖紙要求1）機械結(jié)構(gòu)裝配圖，A0圖紙一張。要求視圖基本完整、符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少有一個坐標(biāo)軸的完整剖視圖。2）數(shù)控系統(tǒng)框圖（附在說明書上）；3）數(shù)控電器圖，A1圖紙一張；4）軟件框圖（可附在說明書上）。2編寫設(shè)計說明書要求說明書應(yīng)當(dāng)敘述整個設(shè)計的內(nèi)容，包括總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、機械傳動設(shè)計計算、電氣部分的設(shè)計說明，選用元件及其具體參數(shù)的說明、軟件設(shè)計及其說明等，說明書的不少于8000字。注：本表按自然班填寫。于動員時發(fā)給學(xué)生。不夠紙請另附頁。前言設(shè)計目的數(shù)控機床課程設(shè)計是機電一體化專業(yè)教學(xué)中的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(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)系實際、解決實際問題能力的重要步驟。本課程設(shè)計是以機電一體化的典型課題-數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計方案的擬定為主線，通過對數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計總體方案的擬定、進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計，計算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用所學(xué)過的機械、電子和微機方面的知識，進行一次機電結(jié)合的全方面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生具有初步設(shè)計計算的能力以及分析和處理生產(chǎn)過程中所遇到的問題的能力。設(shè)計要求課程設(shè)計是機床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實踐環(huán)節(jié)之一。通過課程設(shè)計可以初步樹立正確的設(shè)計思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會運用手冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料；培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的實際能力，并在教師的指導(dǎo)下，系統(tǒng)地運用課程和選修課程的知識，獨立完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)。課程設(shè)計的內(nèi)容是改造設(shè)備，實現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設(shè)計訓(xùn)練。如精密執(zhí)行機構(gòu)（或裝置）的設(shè)計、計算機I/O接口設(shè)計和驅(qū)動電路以及數(shù)控化電氣原理設(shè)計等。說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：課程設(shè)計題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說明、機械傳動設(shè)計計算以及機械和電氣及其他部分（如環(huán)形分配器等）的說明。該課程設(shè)計的內(nèi)容及方法，可以歸納如下：1.采用微型計算機（包括單片機）進行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計算機的選擇或單片機構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等。2.選用驅(qū)動控制電路，對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。主要考慮計算機的選擇或單片機構(gòu)成電路的選用，考慮電機選擇及驅(qū)動力矩的計算，控制電機電路的設(shè)計。3.精密執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。主要是考慮數(shù)控機床工作臺傳動裝置的設(shè)計問題：要弄清機構(gòu)或機械執(zhí)行元件的主要功能（傳動運動、動力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運轉(zhuǎn)等），進行力矩、負載功率、慣性（轉(zhuǎn)動慣量）、加（減）速控制和誤差計算。4.學(xué)會使用手冊及圖表資料。1.總體方案的確定1.1設(shè)計參數(shù)系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計參數(shù)如下表。設(shè)計分組最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺加工范圍（mm）最大移動速度416mm5mm2mm碳鋼X=200,y=1503m/min工作臺草圖1.2初選步進電動機和絲杠當(dāng)傳動比i=1時，可用聯(lián)軸器直接將電機與絲杠連接，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。由 i=(公式2-1) ，b為步進電機步距角Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程、為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。 選電動機型號為55BF009，其步矩角= 選絲杠規(guī)格為2004-3(FYND)其導(dǎo)程為4mm,由傳動比公式得 故可用聯(lián)軸器將電機與絲杠直接連接。預(yù)選由廣州菱科自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LK13系列剛性聯(lián)軸器（www.gzlink.com）。1.3初定工作臺尺寸 查機電一體化設(shè)計手冊，根據(jù)(GB/T 158-1996)選工作臺T型槽尺寸如下：深度H=15mm槽低寬度B12mm槽寬A6mmC6mm槽數(shù)5，間隔40mm；由工作臺加工范圍200*150選工作臺尺寸 240 20 20 20200 20初定滾珠絲杠長度L340mm B B 5060 Lx+B+102035451.4系統(tǒng)組成框圖2.機械部分的設(shè)計2.1傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算2.1.1機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量查指導(dǎo)書表面2-18得2.1.2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量由指導(dǎo)書公式2-3有得2.1.3工作臺轉(zhuǎn)動慣量由于工作臺材料為碳鋼，故其質(zhì)量為由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量小故可忽略不計2.1.4總轉(zhuǎn)動慣量計算2.2工作載荷分析及計算銑削運動的特征是主運動為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給(鍵槽銑刀可沿軸線進給).銑刀的類型很多，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.查金屬切削手冊P398常用銑刀介紹表，選擇細齒錐柄立銑刀， 其尺寸參數(shù)如下：D=16mm,齒數(shù)Z=4。2.2.1查金屬切削手冊P417細齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度查銑工表24，初選0.03mm因此可得 查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書表4-15立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓整為實際切削速度為 故實際2.2.2根據(jù)指導(dǎo)書表2-2得高速鋼銑刀銑削公式為 查指導(dǎo)書表2-3得銑削力系數(shù)有2.3進給工作臺工作載荷計算查指導(dǎo)書表2-4，有如下表格參數(shù)比值不對稱銑削逆銑順銑120903080404故有縱向進給方向工作臺垂直進給方向工作臺橫向進給方向2.4滾珠絲杠螺母副的選型和校核2.4.1最大工作載荷的計算滾珠絲杠上的工作載荷為走刀抗力，移動體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于選擇的導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運動平穩(wěn)，故選擇直線滾動導(dǎo)軌，在此設(shè)計中還要求導(dǎo)軌能承受一定的顛覆力矩，所以選擇燕尾導(dǎo)軌的實驗公式進行計算，由式2-11 將所得數(shù)據(jù)代入公式有：2.4.2最大動負載C的計算及主要尺寸初選滾珠絲杠最大運載荷由指導(dǎo)書中可知 2.4.3傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 查得（或可由算出）2.4.4剛度驗算絲杠的拉壓變形量的計算滿載時拉壓變形量： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量由指導(dǎo)書式2-17得式中為滾珠直徑，為滾珠總數(shù)量滾珠絲杠副剛度的驗算絲杠總變形量變形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005=0.00369YE，可用X方向走的總步數(shù)XE作為終點判別的依據(jù)，如動點X等于終點XE則停止。當(dāng)XE=0？Y方向進給XYY1YXX1X？Y？返 回X方向進給3.4.2程序設(shè)計設(shè)計程序時，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點坐標(biāo)值XE，YE，動點坐標(biāo)值X，Y，偏差FM。對8位機，一般可用2字節(jié)，而行程較大時則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進行初始值、X、Y向步進電機初態(tài)（控制字）。插補程序所用的內(nèi)存單元如下：28H29H2AH2BH2CH70HXEYEXYFM電機正反轉(zhuǎn)控制字電機正反轉(zhuǎn)控制字為：D7D6D5D4D3D2D1D0D1D0為X向電機控制位。D0=1運行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D3D2為Y向電機控制位。D2=1運行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。第一象限直線插補的程序： ORG 2000HMAIN：MOV SP, #60HLP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AHLP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2LP1: MOV A, 70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28HLP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; RET4.心得體會我覺得這次專業(yè)課程設(shè)計是對過去所學(xué)專業(yè)知識的一個全面的綜合的運用。在設(shè)計的過程中我全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過的知識，包括機械專業(yè)課程和電路控制方面的基礎(chǔ)知識，經(jīng)過復(fù)習(xí)整理所學(xué)得專業(yè)知識使得設(shè)計思路清晰系統(tǒng)。通過設(shè)計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機械設(shè)計方面的知識。還有很重要的一點是讓我體會到了一個設(shè)計者的精神。在設(shè)計過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、圖冊、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。通過對通用機械零件、常用機械傳動或簡單機械的設(shè)計，掌握了一般機械設(shè)計的程序和方法，有助于樹立正確的工程設(shè)計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科學(xué)的機械設(shè)計能力。最后對在整個設(shè)計過程中對我認真、耐心輔導(dǎo)的等老師表示衷心的感謝！ 參考書目鄭堤 .唐可洪 主. 機電一體化設(shè)計基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2006 何立民. 單片機高級教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ，2000 上海市科學(xué)技術(shù)交流站. 金屬切削手冊.上海：上海人民出版社 ，1995馮辛安. 機械制造裝備設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2006 鄒青. 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2005 周開勤. 機械零件手冊第五版. 北京：高等教育出版社 ,2001周湛學(xué). 銑工. 化學(xué)工業(yè)出版社 ，2005 23