普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì),普通,車床,數(shù)控,改造,設(shè)計(jì) 目錄 一．任務(wù)書(shū) ————————3 二.總體方案設(shè)計(jì) ————————— 5 三.設(shè)計(jì)參數(shù) ————————— 5 四.實(shí)施方案 ————————— 6 五.橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 ————————— 7 六.滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn)————————— 9 七.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 —————————10 八.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 —————————12 九.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 —————————15 十.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析—————————15 十一.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)———16 十二.數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ——————————17 十三.參考書(shū)目 ——————————23 一.任務(wù)書(shū) 1.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)課和專業(yè)課，特別是“數(shù)控技術(shù)”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。 2.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)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，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。 二.總體方案設(shè)計(jì) 1.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式： 普通車床數(shù)控化改造應(yīng)具有定位?？焖龠M(jìn)給，直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工和螺紋加工等功能。因此，普通車床數(shù)控化改造所選用的數(shù)控化系統(tǒng)應(yīng)為連續(xù)控制系統(tǒng)。如：德國(guó)西門(mén)子公司的SIEMNS8025型系統(tǒng)。華中數(shù)控的“世紀(jì)星”21/22型系統(tǒng)。 2.伺服系統(tǒng)的確定： 普通車床數(shù)控化改造后一般為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證具有一定加工精度的前提下，從改造的成本考慮，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)為宜。 3.功能部件的選擇： 主要是滾珠絲杠及其支承方式的選擇，電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選擇等。 4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)： 這主要是縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和機(jī)床導(dǎo)軌的維護(hù)。一般采用貼塑導(dǎo)軌以減小摩擦力，機(jī)床電氣設(shè)計(jì)包括機(jī)床原理圖設(shè)計(jì)和PLC梯形圖設(shè)計(jì)。 三.設(shè)計(jì)參數(shù) 1.最大加工直徑：320mm 2.最大加工長(zhǎng)度：700mm 3.行程：縱向700mm，橫向200mm 4.刀架快速進(jìn)給速度：縱向2400mm/min，橫向1200mm/min 5.最大進(jìn)給速度：縱向800mm/min，橫向400mm/min 6.溜板及刀架重力：縱向800N，橫向500N 7.主電動(dòng)機(jī)功率：4.5kw 8.定位精度：0.02mm/全行程 9.程序輸入方式：增量值，絕對(duì)值通用 10.控制座標(biāo)數(shù)：2 11.脈沖當(dāng)量：縱向0.01mm/脈沖，橫向0.005mm/脈沖 四.實(shí)施方案 進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化改造的主要部位有：掛輪架，進(jìn)給箱，溜板箱，溜板，刀架。 1.掛輪架系統(tǒng)： 全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖編碼器。 2.進(jìn)給箱部分: 全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與齒輪減速箱總成。絲杠，光桿和操縱杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠另一端支承座安裝在車床尾座端原來(lái)裝軸承座的部位。 3.溜板箱部分： 全部拆除，在原處安裝滾珠絲杠螺母座。絲杠螺母固定在其上，在該處還可以安裝部分操作按鈕。 4.橫溜板部分： 將原橫溜板中的滾珠絲杠，螺母拆除。在該處安裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副，橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。 5.刀架部分： 拆除原刀架，在該處安裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。 五.橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.主切削力及其切削分力計(jì)算 （1）計(jì)算主切削力Fz 已知：主電動(dòng)機(jī)功率Pm為4. 5kw，最大工作直徑D=320mm。 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：n=85r/min，在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率。則刀具的切削速度為：。 取機(jī)床的機(jī)械效率η=0.8，則主切削力=。 （2）計(jì)算各切削分力 由公式Fz:Fx:Fy=1：0.25：0.4，得：走到方向切削分力Fx和垂直方向切削分力Fy分別為：Fx=0.25Fz=633.8N，F(xiàn)y=0.4Fz=1014.08N。 2.導(dǎo)軌摩擦力計(jì)算 ①由公式：Fμ=μ（W+fg+Fv+Fc）N，計(jì)算在切削狀態(tài)下導(dǎo)軌摩擦力Fμ。此時(shí)導(dǎo)軌受到的垂向切削分力Fv=Fz=2535.21N，橫向切削分力為Fc=Fx=633.8N。移動(dòng)部件的全部重力為W=500N，查表由差值法，得：fg=1500N。取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.15，則Fμ=μ（W+fg+Fv+Fc）=0.15×(500+1500+2535.21+633.8)=775.35N。 ②由公式：Fμ=μ（W+fg）N，計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力Fμ和F，則：Fμ=μ（W+fg）=0.15×（500+1500）=300N，F(xiàn)=μ（W+fg）=0.2×（500+1500）=400N。 3.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 ①按公式：Famax=F+μ（W+fg+Fv+Fc）N，計(jì)算最大軸向負(fù)載力Famax。 則：Famax=Fy+Fμ=1014.08+775.35=1789.43N。 ②按公式：Famin= Fμ=μ（W+fg）N，得：最小軸向負(fù)載力Famin= Fμ=300N。 4.確定傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為α=1.5度，滾動(dòng)絲杠的基本導(dǎo)程L=6mm，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，則由公式：得， ，按最小慣量條件，查圖可知應(yīng)采用二級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比分別取：=2，=2.5。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為：，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。 5.滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 ①按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷Cam，已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間Lh=15000h，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷Fm=Famax=1789.43N,查表得：載荷系數(shù)fw=1.3，初選滾珠絲杠的精度等級(jí)為3級(jí)，取精度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=1，取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，又知：Vmax=0.4m/min，L=6mm。則：。 由公式：=N，得：=N。 ②按精度要求允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 ⑴根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形：已知本車床橫向進(jìn)給的定位精度為20μm，重復(fù)定位精度為16μm，則由公式，得：=（1/3~1/2）×16μm=（5.33~8）μm，=（1/3~1/4）×20μm=（4~5）μm。取上述結(jié)果較小的值，即=4μm。 ⑵估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑，滾珠絲杠螺母副的安裝方式采用一端固定，一端游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為：L=行程+安全行程+2×余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度=（1.2~1.4）行程+（25~30）L， 則：L=1.4×行程+30 L=（1.4×200+30×6）=460mm。 由公式：≥0.078， 得： ≥0.078×mm。 ⑶初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格和型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得L，，和結(jié)構(gòu)需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號(hào)為：FFZL2506-3，其公稱直徑，基本導(dǎo)程L，額定動(dòng)載荷Ca和螺紋底徑如下：=25mm，L=6mm，Ca=11300N>=9107.15N，=21.9mm>=16.73mm，故滿足要求。 六.滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn) 1.滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷Fc的校驗(yàn) 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑=21.9mm，由圖可知：滾珠絲杠螺母副的最大受壓長(zhǎng)度L=313mm，絲杠水平安裝時(shí)，取=1/3，查表=2,則由公式Fc=，得：Fc==N，本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為：Famax=1789.43N，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿足要求。 2.滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速校驗(yàn) 由圖可知：滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度L=337mm，其彈性模量E=，密度。則，滾珠絲杠的最小慣性矩為：I=。滾珠絲杠的最小截面積為：A=，取=0.8，查表，得：。由公式本橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為：66.67r/min，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 3.滾珠絲杠螺母副額定壽命校驗(yàn) 查附錄表，得：滾珠絲杠額定動(dòng)載荷Ca=11300N，已知其軸向載荷Fa=Famax=1789.43N，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=1.2，則由公式：L=（）×，得：L=1.70×r，=L/60n=36498h。因?yàn)長(zhǎng)h=36498h遠(yuǎn)大于15000h，故滿足要求。 七.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 1.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 ①計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度Ks 本機(jī)床橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的絲杠支承方式為一端固定，一端游動(dòng)。絲杠的拉壓剛度Ks可按公式：Ks=計(jì)算。已知滾珠絲杠的彈性模量E=，底徑=21.9mm，當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離a=Ly=313mm時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小抗拉壓剛度Ksmin。由公式:，得：。當(dāng)a=Ly=113mm時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大抗拉壓剛度Ksmax，由公式，得：。 ②計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb 已知滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=15，軸承最大軸向工作載荷，則查表得：。 ③計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度Kc 查附錄，得：滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷Ca=11300N，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷Famax=1789.43N。則由公式：，得：。 ④計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K 由公式：，得：進(jìn)給系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為：。 由公式：，得：進(jìn)給系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為：。 2.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度 由圖知：扭矩作用點(diǎn)之間的距離，已知滾珠絲杠的剪切模量，底徑，則由公式，得：。 八.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 1.計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 ①計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jr 已知滾珠絲杠的密度，則由公式：②計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的執(zhí)行部件的總質(zhì)量為51.02kg，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離L=0.6cm，由公式：。 ③計(jì)算各齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； ； ； ④由公式，得：總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 2.計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 ①計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削力矩Tc 已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力Fa=Famax=1789.43N，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件橫向移動(dòng)距離L=6mm=0.006m，進(jìn)給傳動(dòng)比i=5，總效率，由公式，得：。 ②計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，則由公式，得：。 ③計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩Tf 已知滾珠絲杠螺母副效率，則，則由公式：，得：。 ④折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算 ⑴空載時(shí)： ⑵切削時(shí)： 3.計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表，知：初選130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量，對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間。當(dāng)機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度v=1200mm/min運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，由公式： ，得：。 4.計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 ①按式，得： ②按式，得： ③按式，得： 5.電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 ①選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算及查表知，選擇國(guó)產(chǎn)130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如下：相數(shù)：5，步距角：0.75度/1.5度，最大靜轉(zhuǎn)矩：，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：，最高空載啟動(dòng)頻率：3000HZ，運(yùn)行頻率：16000HZ，分配方式：五相十拍，質(zhì)量：9.2kg。 ②確定最大靜轉(zhuǎn)矩 查表，知：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：，所以：。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：。取和中較大者作為所需電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，即：，本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，所以可以在規(guī)定時(shí)間里正常啟動(dòng)，故滿足要求。 ③驗(yàn)算慣量匹配 為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足式: 0.25≦≦1。因?yàn)閷儆?.25~1的區(qū)間范圍內(nèi)，故慣量匹配滿足要求。 九.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 1.計(jì)算絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 滾動(dòng)絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為m,ms，滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為：，已知m=51.02kg。則： 。 2.計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：，已知滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，則：。由此計(jì)算可知：絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高，一般按的要求設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 十.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 1.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū)△ 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜摩擦力。由公式：△=。即：△=5.76<8，故滿足要求。 2.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 由公式：，故滿足要求。 3.計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 ①計(jì)算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量 已知負(fù)載力矩，查圖可知，扭矩作用點(diǎn)之間的距離為，絲杠底徑。由公式，得：。 ②由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度，由公式：，得：。 十一.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 1.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 本進(jìn)給傳動(dòng)采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列要求： =； ； 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為1級(jí)，查表可知：；； 。 故滿足設(shè)計(jì)要求。 2. 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)為FFZL2506-3-P3/539400，具體參數(shù)如下：公稱直徑與導(dǎo)程：25mm，6mm；螺紋長(zhǎng)度：400mm；絲杠長(zhǎng)度：585mm；類型與精度：P類，1級(jí)精度。 十二.數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.硬件設(shè)計(jì)（硬件詳細(xì)接線圖見(jiàn)圖紙） 8031 ＋ 存儲(chǔ)器接口 輸入顯示 接口 MCX311 INT 限 位 X向編碼器控制 Y向編碼器控制 I/O 擴(kuò)展 接口 光耦 功放 X向電機(jī) 光耦 功放 Y向電機(jī) 2.步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服原理 分配后的 脈沖信號(hào) D C B A 脈沖 信號(hào)源 脈沖分配器YBO14 功率 放大 脈沖信號(hào) 放大后的 脈沖信號(hào) 3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制框圖 N Y 設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1 置正轉(zhuǎn)控制字指針 輸出控制字 是結(jié)束標(biāo)志 延時(shí)、控制字地址指針＋1 返回 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 總步數(shù)為零 置反轉(zhuǎn)控制字 4.軟件程序設(shè)計(jì)（逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)） ①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： 偏差判別：判別偏差或,從而決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。 坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個(gè)方向進(jìn)給。 偏差計(jì)算：進(jìn)給一步后，計(jì)算新的加工偏差。 終點(diǎn)判別：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減1。若為零，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)；不為零，則返回到第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)數(shù)判別可用兩個(gè)方向坐標(biāo)值來(lái)判斷，也可由一個(gè)方向的坐標(biāo)值來(lái)判斷。當(dāng)XE>YE，可用X方向走的總步數(shù)XE作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，如動(dòng)點(diǎn)X等于終點(diǎn)XE則停止。當(dāng)XE=0？ Y方向進(jìn)給 ＝＋X Y＝Y(jié)＋1 ＝—Y X＝X＋1 X＝？ Y＝？ 返 回 X方向進(jìn)給 ②程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)程序時(shí)，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點(diǎn)坐標(biāo)值XE，YE，動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值X，Y，偏差FM。對(duì)8位機(jī)，一般可用2字節(jié)，而行程較大時(shí)則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長(zhǎng)度和精度要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進(jìn)行初始值、X、Y向步進(jìn)電機(jī)初態(tài)（控制字）。 插補(bǔ)程序所用的內(nèi)存單元如下： 28H 29H 2AH 2BH 2CH 70H XE YE X Y FM 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D1D0為X向電機(jī)控制位。D0=1運(yùn)行，D0=0停止；D1=1正轉(zhuǎn)，D1=0反轉(zhuǎn)。D3D2為Y向電機(jī)控制位。D2=1運(yùn)行，D2=0停止；D3=1正轉(zhuǎn)，D3=0反轉(zhuǎn)。 第一象限直線插補(bǔ)的程序： ORG 2000H MAIN：MOV SP, #60H LP4: MOV 28H, #0C8H; MOV 29H, #0C8H; MOV 2AH, #00H; MOV 2BH, #00H; MOV 2EH, #00H; MOV 70H, #0AH LP3: 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 LP2 LP1: MOV A, 70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH ADD A, 28H LP2: MOV 2EH, A MOV A, 28H CJMP A, 2AH, LP3; RET 十三.參考書(shū)目 1.范超毅 趙天嬋 吳斌方《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)》華中科技大學(xué)出版社 2. 陳嬋娟 《數(shù)控車床設(shè)計(jì)》 化學(xué)工業(yè)出版社 3. 周開(kāi)勤 《機(jī)械零件手冊(cè)》 高等教育出版社 4. 何立民 《單片機(jī)高級(jí)教程》 北京航空航天大學(xué)出版社 5. 鄭堤 唐可洪 《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社