機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的重 要標(biāo)志。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)普通機(jī)床數(shù)控改造，尤其適合我國(guó)機(jī)床擁有量 大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。 電氣時(shí)代、機(jī)械工人、電氣應(yīng)用等多家雜 志為滿(mǎn)足廣大企業(yè)技術(shù)改造發(fā)展生產(chǎn)的需要，多次聯(lián)合舉辦學(xué)習(xí)班，為企業(yè)提 供權(quán)威、經(jīng)濟(jì)、可行、實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)，改造費(fèi)用為新購(gòu)置費(fèi)用的四分之一到 三分之一。鑒于此，對(duì)我們本科生來(lái)說(shuō)，進(jìn)行一次機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)尤為重要！該 課程設(shè)計(jì)的目的與容如下：一、課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)課程的最后一個(gè)教學(xué)環(huán) 節(jié)，同時(shí)也是一次對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)訓(xùn)練，其基本目的是：（1）綜合

2、運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程和其它有關(guān)先修課程的理論及生產(chǎn)實(shí)踐 的知識(shí)去分析和解決機(jī)電一體化指紋設(shè)計(jì)問(wèn)題，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固 和深化；（2）學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法， 了解和掌握常用的機(jī)電一體化系統(tǒng) 中的機(jī)械設(shè)計(jì)及接口電路訴設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問(wèn)題、解決 問(wèn)題的能力，特別使總體設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)的能力；（3）通過(guò)計(jì)算和繪圖， 學(xué)會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料等， 培養(yǎng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能。二、課程設(shè)計(jì)容（1）采用微機(jī)（包括單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，主要考慮計(jì)算機(jī)的 選擇或單片機(jī)動(dòng)性構(gòu)成電路的選用，接口電路，軟件編制。（2）選用驅(qū)動(dòng)控制電

3、路， 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。 主要考慮電機(jī)的選拔馺驅(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)行的主要功能（如傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、位置控制、微調(diào)、精密 定位或高速運(yùn)轉(zhuǎn)等） ，進(jìn)行力（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，提出裝配圖和零件加工圖，提出對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制 要求。（4）采用傳感器和計(jì)算機(jī)控制要求。（5）學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 4數(shù)控改造的重要性 6系統(tǒng)總體方案的分析與擬訂 8機(jī)床傳動(dòng)部分的改造 10電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 20系統(tǒng)微機(jī)部分改造設(shè)計(jì) 27微機(jī)控制系統(tǒng)

4、軟件設(shè)計(jì) 37設(shè)計(jì)小結(jié) 4041參考文獻(xiàn)第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)任務(wù)將CA6140普通臥式車(chē)床改造成用AT89S51單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē) 床。要求該車(chē)床在縱向具有直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率：縱向：0.01mm/puls橫向：0.005mm/puls、給定參數(shù)最大加工直徑：在床面上在床鞍上 工作行程：400mm210mm縱向橫向1000 mm500mm導(dǎo)軌類(lèi)型：縱向橫向綜合性導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌主軸轉(zhuǎn)速?lài)赫D(zhuǎn)（24 級(jí)）101400rpm反轉(zhuǎn)（12 級(jí)）141580rpm溜板及刀架重力：縱向 橫向800N600N刀架快速進(jìn)給速度：縱向2.4m/min橫向1.2m/min最大切削進(jìn)給速度：縱向

5、0.6m/min橫向0.3m/min主電機(jī)功率：7.5kw/1450rpm啟動(dòng)加速時(shí)間：30ms機(jī)床定位精度：0.015mm設(shè)計(jì)要求裝后數(shù)控車(chē)床應(yīng)具有的性數(shù)控代碼制：能ISO脈沖分配方式：逐點(diǎn)比較法輸入方式 :增量值、絕對(duì)值通用同時(shí)控制坐標(biāo)軸數(shù)：2坐標(biāo)軸（縱向 Z，脈沖當(dāng)量值：縱向0.01/脈沖橫向0.005/脈沖刀具補(bǔ)償量：099.99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量：縱向0.15mm橫向0.075mm自動(dòng)升降速性能：裝后數(shù)控車(chē)床的工藝圍有裝后數(shù)控車(chē)床的工藝圍具有快速定位，直線(xiàn)插補(bǔ)，順、逆圓插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工。三、1.橫向）2.3. 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制4. 對(duì)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的要求： 微機(jī)控制系統(tǒng)要

6、有可靠性好、功能強(qiáng)、 速度快、 抗干擾能力強(qiáng)，可在線(xiàn)編程、 具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)。1 ）單片機(jī)型號(hào) AT89S51-24PU2）SRAM 型號(hào)： IDT7164S35P（8kx8）3 ） EEPRO型號(hào)：AT28C256-15PI（32kx8）4 ）采用全譯碼方式譯碼5 ）步進(jìn)電機(jī)采用硬件環(huán)形分配，功放電路采用高低壓功放6 ）控制系統(tǒng)的加工程序和控制命令可通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)7 ）采用數(shù)碼顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床的狀態(tài)等信息8 ）具有 ISP （在線(xiàn)編程）功能 四 . 設(shè)計(jì)工作量1. 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械裝配圖一（ A1）；2. 一數(shù)控系統(tǒng)硬件原理圖（ A1）；3. 驅(qū)動(dòng)電路原理圖一（ A2）；4. 課程

7、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份 包括一下容： 1）前言（數(shù)控改裝的意義、用途及目的等） ； 2）改裝方案的確定（包括系統(tǒng)總體方案的確定， 機(jī)械系統(tǒng)改裝方案確定、控 制系統(tǒng)方案確定；3）機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）滾珠絲桿螺母副型號(hào)確定；（2）齒輪傳動(dòng)比和齒數(shù)的確定；（3）軸承型號(hào)確定；（4）聯(lián)軸器的選擇；4 ）步進(jìn)電機(jī)選型5 ）控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（1）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)（2）通用接口芯片型號(hào)選擇及接口電路設(shè)計(jì)（3）譯碼芯片型號(hào)選擇及各芯片地址分配（4）數(shù)碼管和鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)（5）環(huán)形分配器芯片型號(hào)選擇及環(huán)形分配電路設(shè)計(jì)（6）步進(jìn)電機(jī)功放電路設(shè)計(jì)（7）ISP（In-System Programming- 在

8、線(xiàn)系統(tǒng)編程及調(diào)試）接口設(shè)計(jì)（8）機(jī)床報(bào)警電路設(shè)計(jì)等6）總結(jié)及結(jié)束語(yǔ)第二章 數(shù)控改造的重要性隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的重 要標(biāo)志。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)普通機(jī)床數(shù)控改造，尤其適合我國(guó)機(jī)床擁有量 大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。(一) 、數(shù)控改造有兩方面的必要性：1微觀(guān)看改造的必要性 ： 從微觀(guān)上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性 均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。(1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線(xiàn)、曲面等復(fù)雜的零件。 由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線(xiàn)或曲面。(2)

9、可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī) 床提高37倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ) 下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更 換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自 動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化” 。(3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”(4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。(5) 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn) 長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。(6) 由以上五條派生的好處。 如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可

10、以看管多臺(tái)機(jī)床)減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng) 等等。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FM(柔性制造單元)、FM(柔性制造系統(tǒng)) 以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成 為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。2 .宏觀(guān)看改造的必要性從宏觀(guān)上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、 民機(jī)械工業(yè)， 在 70年代末、80年代初已 開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民 機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC FMS外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行CAD CAE CAM虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS （管 理

11、信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智 能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱(chēng)之為 信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。 而 我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量 中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有 1.9，而日本在 1994年已 達(dá) 20.8 ，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀(guān)上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控 化改造的必要性。（二）、數(shù)控改造有多方面的優(yōu)點(diǎn)：1 .減少投資額、交貨期短同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省 60%80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是 大型

12、、特殊機(jī)床尤其明顯，一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用的 1/3 ， 交貨期短。2. 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠 所用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu) 件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。3 .熟悉了解設(shè)備、便于操作維修購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿(mǎn)足其加工要求。改造則不然，可以 精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早 已了解， 在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短， 見(jiàn)效快。 改造的機(jī)床一旦安裝好， 就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。4.可充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。5 .可以采用最

13、新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率， 提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。（三）、數(shù)控發(fā)展的趨勢(shì)：1. 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展基于PC機(jī)所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)， 更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì)走上這條道路，PC機(jī)所具有的友好人機(jī)界面，將 普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。2 向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。3. 向智能化發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷第三章系統(tǒng)總體方案的分析與擬訂目前，在機(jī)械加工工業(yè)中，

14、絕大多數(shù)是舊式機(jī)床，如果改用微機(jī)控制，實(shí) 現(xiàn)機(jī)電一體化的改造，會(huì)使機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，不但 提高加工精度和生產(chǎn)率，而且成本低、周期短，適合我國(guó)國(guó)情。利用微機(jī)實(shí)現(xiàn) 機(jī)床的機(jī)電一體化改造的方法有兩種：一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制部件；另 一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。前者需重新設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，比較簡(jiǎn)單。這種標(biāo) 準(zhǔn)的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)通常采用單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電源、步進(jìn)電機(jī)及專(zhuān)用的控制程序組 成開(kāi)環(huán)控制，如圖3-1所示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。對(duì)機(jī)床的控制過(guò)程大 多是由單片機(jī)按照輸入的加工程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，產(chǎn)生進(jìn)給，由軟件或硬件實(shí)

15、 現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大、驅(qū)動(dòng)刀架、縱橫軸運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電 機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具按規(guī)定的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)。微機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算的速度較快，可以讓 單片機(jī)每完成一次插補(bǔ)、進(jìn)給，就執(zhí)行一次延時(shí)程序，由延時(shí)程序控制進(jìn)給速 度。綜合考慮以上因素，故選用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為數(shù)控車(chē)床 控制系統(tǒng)。（一）、功能與技術(shù)參數(shù)分析設(shè)計(jì)的最初環(huán)節(jié)必須理解和分析設(shè)計(jì)任務(wù)所提出的主要功能和技術(shù)指標(biāo)。 設(shè)計(jì)任務(wù)提出了縱向走刀，橫向走刀的定位精度、走刀速度、主軸變速等諸多 技術(shù)參數(shù)。并且，要求能夠進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)，編程及操作方便，診斷功能和糾錯(cuò) 功能強(qiáng)，具有顯示和通信功能，縮短非生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)率。（二）、原理構(gòu)思

16、和技術(shù)路線(xiàn)確定針對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的主要功能和技術(shù)指標(biāo)要求提出一些原理性的構(gòu)思。車(chē)床傳動(dòng)部分改造比較簡(jiǎn)單，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)仍可使用原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)加 工。改裝時(shí)，只要在原來(lái)機(jī)床進(jìn)給絲杠尾部加裝減速箱和步進(jìn)電機(jī)（如圖中A和B）即可。對(duì)其縱向（Z向）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可將對(duì)開(kāi)開(kāi)合螺母合上，離合器 M 脫開(kāi)，以使主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)脫開(kāi)，同時(shí)，將脫開(kāi)蝸桿等橫向自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)調(diào) 整至空擋（脫開(kāi)）位置。若手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)刀架換為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，則可以由微機(jī)控 制自動(dòng)轉(zhuǎn)換刀具。如需加工螺紋，則要在主軸外端或其他適當(dāng)位置安裝一個(gè)脈 沖發(fā)生器C檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置，用它發(fā)出的脈沖來(lái)保證主軸旋轉(zhuǎn)位置與縱向進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系。為了保證加工精

17、度，還需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)機(jī)床進(jìn)行修檢， 以能保證控制精度。原機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件（包括導(dǎo)軌副、絲杠副等）安裝質(zhì)量的好 壞，直接影響阻力或阻轉(zhuǎn)矩的大小，應(yīng)盡量減小阻力（轉(zhuǎn)矩），以提高步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的有效率。絲杠要提高其直線(xiàn)度，導(dǎo)軌壓板及螺母的預(yù)緊力都要合 適。根據(jù)阻力（轉(zhuǎn)矩）、切削用量的大小及機(jī)床型號(hào)的不同，應(yīng)通過(guò)計(jì)算，選用 與之相匹配的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。還必須對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行匹配選擇。對(duì)要求加工精度 較高得機(jī)床，其進(jìn)給絲杠改換為滾珠絲杠。數(shù)控部分采用MCS-51系列的單片機(jī)， 控制外接存儲(chǔ)及I/O擴(kuò)展芯片才可成為一個(gè)簡(jiǎn)單的微機(jī)控制系統(tǒng)。I/O擴(kuò)展芯 片的個(gè)數(shù)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)需要的I/O通道的個(gè)數(shù)來(lái)確定。涉及軟

18、、硬件任務(wù)分配 的有：控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)生與脈沖分配；數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；鍵盤(pán)掃描 管理。（三）、擬訂總體方案功能原理構(gòu)思和技術(shù)路線(xiàn)確定后，對(duì)運(yùn)動(dòng)、布局、傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)、控制以及 軟件等方面作出總體方案設(shè)計(jì)。通過(guò)第四章的設(shè)計(jì)計(jì)算，比較各部件的選擇， 經(jīng)過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后，選擇其中一種較合理的作為最優(yōu)方案加以采用。普通 車(chē)床的數(shù)控化改造方案應(yīng)該在滿(mǎn)足改造設(shè)計(jì)任務(wù)的前提下，盡可能對(duì)普通車(chē)床 作較少改動(dòng)，這樣可以降低改造成本。計(jì)算與說(shuō)明主要 結(jié)果第四章、機(jī)床傳動(dòng)部分的改造伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算容包括：1. 確定系統(tǒng)的負(fù)載2. 確疋系統(tǒng)脈沖當(dāng)量3. 運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算4. 穿戴起動(dòng)及切削力矩計(jì)算5. 確

19、定伺服電機(jī)6傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用一、系統(tǒng)負(fù)載的確定1、確疋系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。 經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控車(chē)床米用的脈沖當(dāng)量是 0.010.005mm脈沖，根據(jù)任務(wù)書(shū)的要 求機(jī)床定位精度為 0.015mm故改造的CA6140車(chē)床縱向脈沖當(dāng)量取 0.01mm脈 沖。2、切削力計(jì)算用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主切削力 對(duì)于車(chē)床的主切削力縱切：Fz =0.67Dm；x(N) 0.67 4001.5 5360(N)Dmax 車(chē)床床身上加工最大直徑(mm按比例分別求出進(jìn)給抗力Fx和切深抗力Fy :由 Fz : Fx : Fy,=1 : 0.25 : 0.4 計(jì)算得：Fx=0.2

20、5 5360=1340 ( N)，F(xiàn)y =0.4 5360=2144 ( N)Fx-走刀方向的切削分力(N) Fy-垂直走刀方向的切削分力(N) 作用在進(jìn)給拖板上的載荷可按下列式子求出：拖板上進(jìn)給方向載荷：Fl = Fx =1340(N)拖板上垂直方向載荷：FV = Fz =5360( N)拖板上橫向方向載荷：FC = Fy =2144(N)二、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型1、計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(最大工作載荷)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，查機(jī)電一體化方向?qū)I(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 表3-4得知Fm = K Fx + f'(Fv +G)選綜合型導(dǎo)軌,其中K=1.15,摩擦系數(shù)f'=0.150.

21、18,取f'=0.16，工作臺(tái)重量 G=800( N),則:Fm=1.15 1340+0.16 (5360+800) =2526.6 (N)2、計(jì)算最大動(dòng)載荷CFz =5360(N)Fx1340(N)2144(N)Fm =2526.6(N)C=3 L fW fH Fm其中：L壽命 L= 60n6- ； n-絲杠轉(zhuǎn)速（r/min ） ,n= 1000Vs ； 106LoVs-最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的 1/2 1/3，取 Vs=0.6/3=0.2（m/min）;Lo -絲杠的導(dǎo)程（mr）T-使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)床T=15000hfw-運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，數(shù)控

22、車(chē)床為一般運(yùn)轉(zhuǎn)，查機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表35取fw =1.3 ;fH -硬度系數(shù)，查機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表3 6按經(jīng)驗(yàn)公式取fH =1.35?？紤]到絲杠對(duì)加工精度和經(jīng)濟(jì)性的影響，L0應(yīng)優(yōu)先取4、6、8（mr）i系列；（1）選基本導(dǎo)程L°=4mm則:絲杠轉(zhuǎn)速n=1000VsL0=1000 0.2 =50 (r/min)4C1 =16371.2(N)壽命 L=60nT=60 50 15000=45106106最大動(dòng)載荷：C1=3 L fW fH Fm = 3 451.31.35 2526.6=15772 (N)絲杠轉(zhuǎn)速 n=1000Vs=1000L0°.2=10

23、0(r/min)63壽命L=6黑嚴(yán)100 150003106(2) 選基本導(dǎo)程L°=6mm則:最大動(dòng)載荷：C2=3 L fW fH Fm = 3 30 1.3 1.35 2526.6=13778 (N)絲杠轉(zhuǎn)速n=lOOOVsLo= 10000.2 =25 (r/min)8C2 =14301.5(N)(3) 選基本導(dǎo)程L0=8mm則:壽命詩(shī)鐵60 25 J50。"最大動(dòng)載荷：106Ca =12993.8(N)因Ca < C1基本導(dǎo) 程Lo 4mm的滾珠 絲杠不 符合使 用要求C3=3 匸 fw fH Fm =32251.3 1.35 2526.6=12518 (N)考

24、慮到工作要求，外循環(huán)插管式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，工藝性好，安裝尺寸小，剛度高等優(yōu)點(diǎn)可以滿(mǎn)足車(chē)床改造要求， 故選漢江機(jī)床廠(chǎng)FC1型滾珠絲杠。查機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)表 7.2 14得相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類(lèi)型，選 用時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足C<ca。查表，選擇以下驗(yàn)算：當(dāng)Lo=4mn!寸，表中額定動(dòng)載荷顯示Ca < C1，故基本導(dǎo)程Lo=4mm 的滾珠絲杠不符合使用要求。當(dāng)L°=6mm寸，C2=13778(N)，符合。選用滾珠絲杠系列代號(hào) 40062.5，公稱(chēng)直徑d°=40,螺旋角 =20 44'，滾珠直徑dq =3.969，列數(shù) 圈數(shù)=

25、1 2.5，Ca=16083N當(dāng)L°=8mm寸，Ca=12518 ( N)符合。滾珠絲杠系列代號(hào) 40082.5，公稱(chēng)直徑d°=40,螺旋角 =30 38'，滾珠直徑dq =4.763，列數(shù)圈數(shù)=12.5，Ca=20202M3 傳動(dòng)效率計(jì)算tgtg( )doL0 絲杠基本導(dǎo)程； d0 絲杠公稱(chēng)直徑-摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等于10'（約等于0.1670 ）;要求>0.9滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。IQ當(dāng) L0=6mm寸，皿說(shuō)=嘶3 2.7350tg 2.735°tg(2.73500.167。)O.942"

26、;9 滿(mǎn)足要求;當(dāng) L0=8mm寸,I8arctg+0=arctg3 3.6440tg 3.6440tg(3.644°0.1670)4 剛度檢驗(yàn)當(dāng) L0=6mm寸，0.982>0.9滿(mǎn)足要求;Lo 6mm時(shí)=0.942>0.9滿(mǎn)足要 求；Lo 8mm時(shí)=0.982>0.9滿(mǎn)足要 求；（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量1 (mmLFm L0EFL-在工作負(fù)載Fm作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（mr）Fm-最大工作載荷（NL0-滾珠絲杠的導(dǎo)程（mr）E-材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼 E=20.6 104 （N/mn2 ）F-滾珠絲杠的截面積（mrh）d24di do 2e 2Rd。-絲杠的

27、公稱(chēng)直徑,e-偏心距,R-螺紋滾道的半徑R=0.52dq =0.52 3.969=2.064mme=( R-dq/2) sin=(2.064-3.969/2) sin 450 =0.0795 0.707=0.056mm故 d1=40+2 0.056-22.064=35.984mm2 2d1 =3.14 35.984=1016.456 mm2EF=0.0000724mm2526.6 6420.6 104 1016.456則滾珠絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮變形量 1為:丄 l/000072 1185=0.0143mmL01 一0.0036 (mm)L-滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度L=1185mm若兩端采用

28、角接觸球軸承，且絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，預(yù)緊力為最大工 作載荷的1/3時(shí)，其拉伸剛度可比一端固定的絲杠提高 4 倍,其實(shí)際 變形量為：1 =0.0036mm4（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形2 （mm）（此項(xiàng)在總變形量中也占比較大的比重）Z: 圈的滾珠數(shù)（外循環(huán)）Z= d0 =3.14 40 =31.645，取 Z=32dq3.969Z :滾珠數(shù)總數(shù)Z =Z 1 2.5=80Fm :軸向工作載荷Fm =252.66 (Kgf) (1千克力=9.8N,約等于10N)1 1Fy :預(yù)緊力Fy= Fm=252.66 84.22 (Kgf)33有預(yù)緊時(shí)：0.0013 (mm)2 0 0013Fm=0 00132

29、52.66=0.0025mmdoFyZ23.969 84.22 802當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，值可減少 一半，即：2 =0.0013mm(3)滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形3 (mm)軸向接觸變形3占的比重也比較大。計(jì)算軸向接觸變形，不 同類(lèi)型的軸承的接觸變形量可用不同的公式計(jì)算，選：推力球軸承：3Fm-軸承所受軸向載荷(Kgf)；Z-軸承的滾動(dòng)體數(shù)目；dQ-軸承滾動(dòng)體直徑(mr)查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-4 :其徑d=30,外徑D=52,寬3_0.0083 (mm)T=16, dQ=T 8(mm)，Z= (dD)3=140.00240.002432=0.0083

30、( mm252.6628 142(4) 滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程的變形量 4 一般所占的比重比較小，忽略不計(jì)。(5) 螺母座及軸承支座的變形5L0 =6mm】時(shí)0.0132(mm 符合要 求常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，但變形量計(jì)算較為困難， 一般根據(jù)其精度要求，在結(jié)構(gòu)上盡量增強(qiáng)剛度而不作計(jì)算。一般所占 的比重比較小，忽略不計(jì)。滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是驗(yàn)算 i， 2， 3之和不應(yīng)大于 機(jī)床精度要求允許變形量的一半。由于預(yù)緊的作用，采用雙螺母預(yù)緊， 可將原機(jī)床的剛度提高4倍。因此，只要滿(mǎn)足i+ 2+ 3機(jī)床精度(0.015mm要求即可。即：i + 2 + 3=0.0036+0.001

31、3+0.0083=0.0132mm 0.015mm故Lg=6mn符合條件要求 當(dāng)L°=8mm寸(以下計(jì)算各符號(hào)所代表意義與計(jì)算 L°=6mm寸相同)(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 (mmR=0.52dq =0.52 4.763=2.477mm e= (R-dq/2 ) sin=(2.477-4.763/2)sin 45° =0.0795 0.707=0.0674mm故 d1=40+2 0.0674-22.477=35.181mm2= 3.14 35.181=971.586 mm2F m L0EF2526.6 820.6 104 971.586=0.000101m

32、mLLoL =0.00010111858=0.015mm1 -0.0037 (mm)1 =0.0037 (mm4(2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形2mmZ= d? = 34.7630 =26.554 取 Z=27Z =Z 1 2.5=67.5Fm 咚16 252.66 (Kgf)1011Fy= Fm=252.66 84.22 (Kgf)33Fm2 0.0013m=0.0013252.66*d°FyZ2%763=0.00269mm84.22 67.522 = ； OQOmm2 -0.00135 (mm)(3)滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形3 mm查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-4 :d=30,外徑

33、 D=52 寬 T=16, dQ = T 8(mm)，Z=C=12518<28000 8206,其徑(d D) 3=14T30.0024=0.0024 X 32；8 142252.66 =0.0083( mm(4)滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程的變形量4般所占的比重比較小，忽略不計(jì)。(5)螺母座及軸承支座的變形5般所占的比重比較小，忽略不計(jì)。滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是驗(yàn)算3之和不應(yīng)大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半。由于預(yù)緊的作用，采用雙螺母預(yù)緊,可將原機(jī)床的剛度提高4倍。因此，只要'1 + '2 + 3機(jī)床精度要求。即: + '2+ 3 =0.0037+0.001

34、35+0.0083=0.0134mm<0.015mm故L°=8mn符合條件。3_0.0083 (mm)L0 =8mm】時(shí)0.0134(mr)符合要 求KfZ 2EI 4 3.142 20.6 104 75159.2=434842.5 (N)Lo =6mmJ_° =8mm都滿(mǎn)足要求。以基本導(dǎo)程最大的滾珠絲杠作為最終選擇，即以L(fǎng)°=8mm勺作為計(jì)算依據(jù)5.對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸 向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其沒(méi)有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)。產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載Fk可用下式計(jì)算：Z 2EIE-材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼 E=20.6 104 （N/mn2 ）I

35、-截面慣性矩（mm）dF1464435.181=75159.2 mm464l-滾珠絲杠兩端的支承距離l=1185mm,查機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表 3.7，因絲杠兩端固定，取絲杠支撐方式系數(shù)fZ=4;臨界負(fù)載Fk最大工作負(fù)載Fm之比稱(chēng)為穩(wěn)定性安全系數(shù)nk如果：nk = 氐，則絲杠不致失穩(wěn)Fmnk入;故絲杠 不失穩(wěn)nk，故絲杠不失穩(wěn)山二 Fk = 434842.5 =172.1 Fm 2526.6nk -許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取nk =2.54第五章、電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算（一）減速比的確定減速比為：i二_丄360 p式中：p-脈沖當(dāng)量（mm步）由系統(tǒng)的定位精度要求可確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)里為：p=0

36、.01mm/plus ；Lo -滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（mmb -步進(jìn)電機(jī)的步距角初選三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求，米用三相六拍工作方式 的步進(jìn)電機(jī)，步距角為 b =0.75 0。i =0.75 8 / （360 0.01）=1.67（二）齒輪傳動(dòng)的確定對(duì)于數(shù)控車(chē)床的齒輪傳動(dòng)，應(yīng)采用設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工藝均較簡(jiǎn)單，而且易獲得高精度的平行軸漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪傳動(dòng)。z1 =30d1 =60mmd a1 =64(mr)i d f1 =55 (mm) b1 =10mmz2 =55d2 =102(mm) da2=106(mm) d f2 =97(mm) b2 =8mm a=81mm通常，齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)級(jí)數(shù)少一些比

37、較好， 因?yàn)榭梢詼p少零部 件的數(shù)目，簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)，并且可以提高傳動(dòng)精度，減少空程誤 差，有利于提高傳動(dòng)效率。同時(shí)i=1.25較小，故在此選用圓柱直齒 輪單級(jí)傳動(dòng)。一般模數(shù)取m=A2,數(shù)控車(chē)床取m=2齒輪寬b=(36)m，為了 消除齒側(cè)隙，寬度可加大到(610) m根據(jù)齒輪的計(jì)算規(guī)則，有以 下選擇步驟：z1 17，取 z!=30，m=2 貝Ud1 = mzi=2 30=60(mm)da1 = d 1 +2m=60+2 2=64(mm)df1= d 1-1.25m 2=60-1.252 2=55(mm)b1 =(6 10) m,取 b1 =10mmz2 = z 1 i =30 1.67=50.

38、151d 2 =mz2 =2 51=102(mm)d a2= d 2 +2m=102+2 2=106(mm)df2= d 2 -1.25m 2=102-1.25 2 2=97(mm)b2 =(6 10)m,取 b2 =8mm中心距 a=d1 d260 10281(mm)2 2選小齒輪齒數(shù) z1=30,小齒輪的齒寬度 b1=10mm大齒輪齒數(shù)z 2=51，大齒輪的齒寬度 b2=8mm對(duì)斜齒圓柱齒輪采用軸向墊片調(diào) 整法，修正或改變軸向調(diào)整墊片的厚度以減少側(cè)隙，但不能自動(dòng)補(bǔ)償齒隙。(三)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算(1)齒輪、軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算2J= MD =078D4L 103(的2)M

39、-圓柱體質(zhì)量(kg)D-圓柱體直徑(cm)L-圓柱體長(zhǎng)度或圓度(cm)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Js = 0.78 44 130 10 326 kg.cm2)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jzi 0.78 64 1 10 3 1(kg.cm2)z1Jz2 0.78 10.24 0.8 10 36.73(kg.cm2)查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3.8，因?yàn)檫x用電機(jī)限定工作方式的是三相六拍，步距角為b=0.75 0，按轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相近原則，故符合的是：110BF003和 110BF004電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為：5 2 2110BF003 Jm1 46.1 10 kg.m 4.61(kg.cm )5 2 2110BF004 J

40、m2 34.3 10 kg.m3.43( kg .cm )(2)工作臺(tái)折算到絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2 2v G L0G 2、 (kg.cm )2 n g 2 g y工作臺(tái)移動(dòng)速度(cm/min) 絲桿轉(zhuǎn)速(r/mi n)Jgv一n-G-工作臺(tái)的質(zhì)量(N)g-重力加速度(10m/s?)L0-絲桿導(dǎo)程(cm)0.8 2 800 2JG ()2 1.30(kg.cm2)G 2 3.1410(3)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2 2L0G 1ni2一 -2Ji kg.cmj 1 2 g i i 1nkmJlJs =26kg.cm2J z121 kg .cmJ z26.73kg.cm2J G1.30kg.cm

41、2由于：iz2z1n1 n2, 0.828001230J l 16.73 26L 2 3.14101.7251Jl12.77kg.cm212.77他.詔)式中：i-系統(tǒng)總的減速比(i>1)J i-各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm2)n i -各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)速(r/min)n K -電機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min)J m-電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm2)J 117.382kg.cmJ 216.202kg.cm(4)系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2J i J l Jmi( kg -cm )2J 2 JlJm2(kg.cm )J 1 12.77 4.61 17.38(kg.cm2)J 2 12.77 3.43 16.20

42、(kg.cm2)2、電機(jī)力矩的計(jì)算主要考慮快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩M起和最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切。M 起 M amax M f M。N.cmM 切 M f M 0 M t N .cm電機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載Tq maxM起，M切(1)空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩a maxa maxiM a max2n max60tan max60ta1010式中：J -傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm3 145002Mamax2 16.203 10 2282.6( N.cm)Vmax-運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度(mm/min)Vmax 2.4(m/min) 2.4 1060 30 10 3(2)摩擦

43、力矩M fF0L0M f 0 0 (N.cm)2 iF°"(Fz G)式中：G-運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N) G=800(N)f/-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f'0.16i-齒輪總減速比i=1.7(mm/ min)n max-電機(jī)最大轉(zhuǎn)速(r/min)nmaxVmaxb3602.4 103 0.750.01360500(r / mi n)t a -運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大進(jìn)給速度所需時(shí)間M a max1303(N .cm)Ma max2282.6(N .cm)Mf96.2N.cm(s)， ta 30ms可以計(jì)算電機(jī)軸上的加速度力矩：2 3 14 5002M amax1 17.383

44、 10 2303(N.cm)60 30 10 3-傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7 0.850.8F00.16 (5630 800)則有： -1028.8 0.8M f 2 3.14 0.8 1.7(3)附加摩擦力矩M。1028.8N96.2(N.cm)F po Lo2M 010 (N .cm)2 i式中：Fp0 -滾珠絲桿預(yù)加負(fù)載(N), 般取工作載荷的131 Fpo 3Fm 842.2NLo-滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)Lo 0.8cm0-滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取°0.9M015N .cm則有:M0842.2 0.82 3.14 0.8 1.721 0.9215(N.cm)(4)折

45、算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩MtMt125.5N .cmMtFt L02 iN.cm式中：Ft-進(jìn)給方向最大切削力(N)Ft Fi 1340 NMt1340 0.82 3.14 0.8 1.7125.5(N.cm)(5)快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩M 起 1Mamax1 M f M °(N.cm)M切236.7N .cm00.9M 起2 M amax2 M f M°(N.Cm)M 起303 96.2 15414.2( N.cm)M 起 2282.6 96.2 15393.8(N.cm)最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M 切 Mf M0 Mt 96.2 15 125.5 236.7(N.cm)

46、在M起、M切兩種力矩中取大者為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。對(duì)于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐ＷC一定的動(dòng)態(tài)性能，系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)較小， 而等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又較大，故電機(jī)力矩主要是用來(lái)產(chǎn)生加速度的，而負(fù)M q1414.2 (N .cm)Mq2393.8 (N .cm)載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動(dòng)力矩作為選擇步進(jìn) 電機(jī)的依據(jù)。3、步進(jìn)電機(jī)的選擇(1)首先根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 M amax初選電機(jī)的型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mq max M起, M切由于M起M切，所以 Mq1 M 起 1414.2(N.cm)M q2 M起2393.8(N.cm)電機(jī)的起動(dòng)力矩與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間要滿(mǎn)足以下關(guān)系，見(jiàn)機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)

47、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表 39： (因電機(jī)工作M j max方式為三相六拍，故取=0.866)查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表 3.11知110BF003 M jmax1 =784N.cm， 110BF004 M jmax2 490N.cmM q11 =M j max1414.20.530.866784M q1393.80.800.8662 =M j max1490(2)計(jì)算電機(jī)的工作效率最大空載起動(dòng)頻率fK 1000 Vmax60 p式中：Vmax-為運(yùn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)給速度（m/min）Vmax 2.4m/min故：fK1000 2.44000(Hz)60 0.01fKmax7000 Hz，滿(mǎn)足要求切削時(shí)的

48、最大工作頻率fe 7；S式中：Vs -最大切削進(jìn)給速度（m/min）Vs 0.6m/ min1000 0.61000（ Hz）60 0.01由上述計(jì)算可知：系統(tǒng)要求的空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率要大于電機(jī)的 空載起動(dòng)頻率500Hz且很難找到空載起動(dòng)頻率滿(mǎn)足要求的電機(jī)型 號(hào)，可以采用調(diào)壓起動(dòng)等方式起動(dòng)電機(jī)使電機(jī)的空載起動(dòng)頻率滿(mǎn)足 要求；而電機(jī)運(yùn)行頻率7000Hz可以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。（3）校核步進(jìn)電機(jī)1）校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件為了使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，通常推薦：故：fc0.5及 比 4M jmaxJm式中：Mjmax-步進(jìn)電機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.m ）查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-

49、11得:Mjmaxi 784N.cm(110BF003)M j max2 490N.cm(110BF 004)Ml-傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m ）M l M 切 236.7N .cmJm-步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）,查機(jī)電一體化 系統(tǒng)設(shè)計(jì)表3-11得：2Jm1 4.61kg.cm （ 110BF0032J m2 3.43kg.cm （ 110BF004Jl-傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2 2(kg.m ) Jl =12.77( kg.m )MlM j max1236.77840.30 0.5MlM j max 2236.74900.48 0.5JlJm11

50、2.774.612.774最終選 用110BF00 3步進(jìn) 電機(jī) 校核所 選電機(jī) 合格。JlJm212.773.433.724故110BF004也符合要求，但110BF003具有良好的起動(dòng)能力及較快 的響應(yīng)速度，滿(mǎn)足要求。2）校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率特性和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩頻率特性根據(jù)計(jì)算出的最大空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)最大工作頻率分別查出在此頻率下電機(jī)不失步時(shí)所允許的最大力矩Mdme和Mdmk，滿(mǎn)足:M 起 M dmk，故選電機(jī)型號(hào)110BF003作為縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)。采用AT89S51單片機(jī)第六章系統(tǒng)微機(jī)部分改造設(shè)計(jì)（一）單片機(jī)的選擇采用74HC373地址鎖 存器根據(jù)總體方案的鑒定，微機(jī)采用 AT89S51單片機(jī)，

51、AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS位單片機(jī)，片含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件 采用ATME公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89S51可用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造。采用AT28C25 6-15PI-H- UL心片(二) 擴(kuò)展存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)1. 地址鎖存由于A(yíng)T89S51的P0 口是分時(shí)復(fù)用的地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)，采用74HC373 作為地址鎖存器時(shí)，鎖存器端 G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端 ALE相連，在A(yíng)LE下降沿進(jìn)行地址鎖存。采用IDT7164S35PSRAM擴(kuò)展2. 擴(kuò)展ROMAT89S51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間是相互獨(dú)立 的，程序存儲(chǔ)器的尋址空間為 64KB( 0000HH FFFFH。因AT89S51有 4k Bytes Flash片程序存儲(chǔ)器，但這是不夠的，須采用外部ROMT展空間，采用AT28C256-15PI (32K 8) EEPRO型號(hào)的芯片，由于采用 電擦除，在應(yīng)用系統(tǒng)中使用十分方便。ROM勺地址圍為0000H-7FFFH 并且采用譯碼器