X-Y工作臺總體方案

1、貴州大學(xué)本科課程設(shè)計論文 第 PAGE 31 頁前 言工作臺是機床上必不可少的部件，工作臺的自動化能大大減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。數(shù)控工作臺設(shè)計在生產(chǎn)實踐中還有很多現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)效益。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機械行業(yè)的許多普通機床和閑置設(shè)備，經(jīng)過數(shù)控改造以后，不但可以提高加工精度和勞動生產(chǎn)率，而且能有效的適應(yīng)多品種，小批量的市場經(jīng)濟(jì)的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。X-Y數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進(jìn)刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。因此，選擇X-Y數(shù)控工作臺作為機電綜合課程設(shè)計的內(nèi)容，具有普遍意義。

2、總體方案的確定2. 1機械系統(tǒng)部件的選擇導(dǎo)軌副的選用常用的導(dǎo)軌副有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌。下面我們大概對滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌進(jìn)行一下對比如下表所示。電機優(yōu)點缺點應(yīng)用場合滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和維修方便導(dǎo)向精度不高普通機床滾動導(dǎo)軌剛度高、精度高、摩擦系數(shù)小、運動靈活抗震性差、接觸應(yīng)力大精密機床、測量儀器要設(shè)計的數(shù)控銑床作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度不高，因此選用直線滑動矩形導(dǎo)軌副，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和維修方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高等特點。絲杠螺母副的選用本次課程設(shè)計所要求設(shè)計的是簡單的經(jīng)濟(jì)型x-y數(shù)控工作臺，可用于數(shù)控鉆床上，提高工作效率和減輕勞動強度。在設(shè)

3、計要求中，工作臺尺寸并不大，切削力小，重復(fù)定位精度也不高。工作臺行程也比較小，經(jīng)比較傳動部分選滾珠絲杠螺母傳動更有利于結(jié)構(gòu)的緊湊性。2. 2控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)由微機部分、I/O接口、步進(jìn)電機、脈沖分配器、功率放大器電路及光電隔離電路等組成。設(shè)計的X-Y工作臺準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型。2. 3 總體方案的擬定考慮到定位精度要求不高和經(jīng)濟(jì)性的原因，以及目前國內(nèi)外很多機床廠生產(chǎn)的此類機床均采了開環(huán)控并制取得了很好的效果，因此本次設(shè)計采用開環(huán)控制系統(tǒng)，機械傳動部件采用滾珠絲杠傳動, 結(jié)構(gòu)簡單工作可靠穩(wěn)定性

4、好，選用MCS-51-8031單片機和相應(yīng)的驅(qū)動電路對兩個三相混合式步進(jìn)電機進(jìn)行開環(huán)控制，又由于工作負(fù)載很小，可以由步進(jìn)電機直接驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)而不需要中間減速裝置，初步擬定總體方案如圖2-1所示：圖2-1 X-Y工作臺總體方案機械傳動部件的計算與選型31 基本參數(shù)預(yù)置3.1.1 導(dǎo)軌上移動部件的重量估算重量：按重量=體積材料比重估算 （灰鑄鐵HT200的密度為7.2g/cm3）工作臺面尺寸：250mm250mm20mm 工作臺重量=25mm25mm2mm7.2g/cm31010-3=90N。上導(dǎo)軌座（連電機）重量：600N負(fù)載重量:G=500N；X-Y工作臺運動部分的總重量G約為：1200N銑削

5、力的計算設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳素鋼。則由表2-1得立銑時的銑削力計算公式為：其中：側(cè)吃刀量=15mm，每齒進(jìn)給量=0.1mm/Z，銑刀直徑d =15mm，銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min，銑刀齒數(shù)Z=3，背吃刀量=8mm。直接帶入計算得：=1463N采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可查表2-1得出，考慮逆銑時的情況，可估算三個方向的銑削力分別為：=1609.3N；=624.34N；=365.75N?，F(xiàn)考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為縱向銑削力（絲杠軸線方向），徑向銑削力32 滾珠絲杠副設(shè)計計算及其型號與直徑的選擇

6、滾珠絲杠的選擇包括其精度選擇、尺寸規(guī)格(包括導(dǎo)程與公程直徑)、支承方式等幾個方面的內(nèi)容。滾珠絲杠副的承載能力用額定動載荷或額定靜載荷來表示,在加工中心的設(shè)計中一般按額定動載荷來確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，對細(xì)長而又承受壓縮載荷的滾珠絲杠作壓桿穩(wěn)定性核算。 最大工作載荷的計算在立銑時，工作臺受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）為=1609.3N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）為=365.75N，受到垂直方向的載荷（與工作臺面垂直）為=624.34N。已知移動部件的總重量G=1200N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，查表2-9 ，取傾覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滑動導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。求得滾珠絲杠副的最大工作載

7、荷為：=1.11609.3(624.34+365.75+1200)=3960.32N 最大動載荷的計算工作臺在承受最大銑削力時的最快進(jìn)給速度v=400 mm/min，初選絲杠導(dǎo)程ph=6mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速=66.7r/min滾珠絲杠副壽命的計算公式：，單位：，（其中T為使用壽命：普通機械取T=500010000h，數(shù)控機床及一般機電設(shè)備取T=15000h，n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）所以取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入，得絲杠壽命系數(shù)=60.03。最大動載荷FQ的計算公式：查表2-4、2-8 ，取載荷系數(shù)，滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)，所以滾珠絲杠副的最大動載荷=18608.05N

8、初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選擇G系列4006-4型滾珠絲杠副，精度等級取5級，其額定動載荷為20440N，大于，滿足要求。其幾何參數(shù)如下： 傳動效率的計算滾珠絲杠副的傳動效率很高，一般大于90%。將滾珠絲杠副的公稱直徑d0=40mm，導(dǎo)程Ph=6mm，代入，得絲杠螺旋升角。根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為：。滾珠絲杠副的摩擦系數(shù)，其。代入，得傳動效率，所以該滾珠絲杠副合格。 絲杠工作長度滾珠絲桿副的左、右支承的中心距離約為：取則mmmm33滾珠絲杠副剛度的驗算 絲杠的支承方式及軸承的選擇由于絲杠主要承受軸向力，大多采用推力軸承作支承，又因為工作臺的負(fù)載不大

9、，根據(jù)各滾珠絲杠副支承方式的特點，采用“單推-單推”的支承方式作為上下兩層滾珠絲杠副的支承方式，絲杠的兩端各采用一個推力球軸承。軸承名稱軸承型號公稱直徑結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)記額定動載荷數(shù)量推力球軸承5120735mmd=35mm,T=18mm,D=62mm滾動軸承51207GB/T 301199539.2KN2 剛度的驗算左、右支承的中心距離約為a=600mm；鋼的彈性模量E=2.1105MPa；滾珠直徑DW=3.969mm，絲杠底徑d2=35.2mm，絲杠截面積。1、絲杠的拉伸或壓縮變形量1在總變形量中的比重較大，可按下式計算：式中：Fm絲杠的最大工作載荷，單位為N a絲杠兩端支承間的距離，單位為mm

10、 E絲杠材料的彈性模量，鋼的E=2.1105MPa S絲杠按底徑d2確定的截面積，單位為mm2 M轉(zhuǎn)矩，單位為Nmm I絲杠按底徑d2確定的截面積慣性矩（），單位為mm4忽略式中的第二項，算得絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量為2、 滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量2 有預(yù)緊時 式中 DW滾珠直徑，mm Z滾珠總數(shù)量，=Z圈數(shù)列數(shù) Z單圈滾珠數(shù)，（內(nèi)循環(huán)） FYJ預(yù)緊力，單位N根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=27；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為42，代入公式：Z=Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量Z=216。絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3=1320.11N。則由式2-7，滾珠與螺紋滾道間的接

11、觸變形量：mm 因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實際變形量可減小1/3，2=0.000035mm。3、將以上算出的和代入。絲杠的有效行程為300mm，由表3-27【3】35知，5級精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時，行程偏差允許達(dá)到25m，可見絲杠剛度足夠。壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠是屬于受軸向力的細(xì)長桿，如果軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)校核其壓桿穩(wěn)定性，失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應(yīng)滿足：式中 Fk臨界載荷，單位N fk絲杠支承系數(shù)，如表所示 K壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.54，垂直安裝時取小值； a滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm。查表，取fk=1；由絲杠底徑d2=35

12、.2mm，求得截面慣性矩：；壓桿穩(wěn)定系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值600mm。代入式，得臨界載荷，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=3960.32N，故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。34 滾珠絲杠副的預(yù)緊力F的確定為了消除軸向間隙，增加絲杠副的剛性和定位精度，在絲杠螺母間加以預(yù)緊力。過大的值將引起滾珠絲杠壽命下降及摩擦力矩增大，而偏小，會產(chǎn)生軸向載荷作用下出現(xiàn)間隙影響定位精度。因此，一般情況下?。核裕?35 滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力F的確定為減小或消除絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲變形，補償因工作溫度和六螺角母溫度升高而引起的絲杠伸長，保證滋珠絲杠在正常使用

13、時的定位精度和提高滾珠絲杠的系統(tǒng)剛性，對有快速驅(qū)動并有定位精度要求的滾珠絲杠副其絲杠副軸、需要進(jìn)行預(yù)拉伸力，決定拉伸力時還應(yīng)考慮到絲杠兩端支承軸承允許的預(yù)緊力的大小。一般情況下?。?所以： 36 機械傳動剛度的計算和校核 絲杠軸支承剛度的確定絲杠軸的支承剛度計算公式為：式中，d為絲杠名義直徑（mm），為絲杠作用長度（mm），。由于選用的兩根絲杠為同一類型，且直徑大小一樣，故此處只計算最長一根絲杠。當(dāng)拖板處于最兩端為時，即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端，此時，滾珠絲杠副具有最大的拉伸剛度：當(dāng)拖板處于中間位置時，（在時），即滾珠絲杠的螺母中心位于滾珠絲杠兩支承距離的中心，此時，滾珠絲杠副具有最小

14、的拉伸剛度： 滾珠絲杠與螺母間的接觸剛度的確定滾珠絲杠與螺母間的接觸剛度的計算公式為：式中：為預(yù)緊力（N），為滾珠直徑（mm），為滾珠數(shù)量，取，代人公式得: 軸承軸向接觸剛度的確定推力球軸承軸承軸向接觸剛度： 式中：為軸承承受的的軸向工作載荷（N）， Z為軸承的滾動體數(shù)，為軸承的滾動體直徑（mm）因為，代人公式計算得： 機械傳動綜合抗壓剛度，的計算在忽略支承座和螺母座剛度的情況下機械傳動部的剛度主要為：絲杠軸的支承剛度、滾珠絲杠螺母副的接觸剛度和軸承載的軸向接觸剛度。分別以、代表。則機械傳動的綜合拉伸剛度為：所以：37 計算電機軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩，選取步進(jìn)電機并校核 轉(zhuǎn)動慣量的計算計算電機軸上的

15、慣量由兩部分組成：一部分是做回轉(zhuǎn)運動的傳動件的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機軸上的負(fù)載慣量，另一部分是做直線運動的移動部件折算到電動機軸上的負(fù)載慣量。1、絲杠的轉(zhuǎn)動慣量由式得絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為：2、工作臺上的負(fù)載折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量由公式得工作臺上的負(fù)載折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： 因為由步進(jìn)電機直接驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)而不需要中間減速裝置，所以傳動比，所以絲杠傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為： 絲杠傳動時轉(zhuǎn)矩的計算1.加速轉(zhuǎn)矩：(1)當(dāng)時，（2）當(dāng) 時，2.摩擦轉(zhuǎn)矩的計算公式為： 其中，為進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總效率，絲杠與電動機直接相連時，取，則：3.切削轉(zhuǎn)矩的計算公式為：其中，則：4.附加摩擦轉(zhuǎn)矩的計算公式

16、為：其中，一般取所以，快速空載啟動時負(fù)載轉(zhuǎn)矩：最大切削負(fù)載時所需的轉(zhuǎn)矩：綜上計算，得到加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：考慮到步進(jìn)電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq選擇步進(jìn)電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： 頻率的計算任務(wù)書給定工作臺最快加工進(jìn)給速度，脈沖當(dāng)量，則電動機對應(yīng)的運行頻率，即最高運行頻率為：任務(wù)書給定工作臺最快空載移動速度，則電動機對應(yīng)的頻率，最高啟動頻率為： 步距角的計算由公式可得電動機的步距角為：步進(jìn)電機的選擇與校核1、步進(jìn)電機的選

17、擇根據(jù)電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩、步距角、最高工作頻率、最高啟動頻率等查表選擇110BYG350CH-O5O1型混合式步進(jìn)電動機，其性能參數(shù)如下：最大靜轉(zhuǎn)矩：，轉(zhuǎn)動慣量： 步距角：，相數(shù)：三 相， 分配方式：3相6拍相電流：5A， 空載啟動頻率：24000（步/S）， 空載運行頻率：8000（步/S） 電阻：0.76， 電感：45mH。 重量：外形尺寸：2、步進(jìn)電機的校核由表2-48給出的機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進(jìn)電機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可得：則該電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩：，大于，可以再規(guī)定的時間里正常啟動，故滿足要求。為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一

18、般應(yīng)滿足式（2-67），即因為，故滿足慣量匹配要求。綜上所訴，110BYG350CH-O5O1型混合式步進(jìn)電動機滿足設(shè)計要求。第四章 工作臺電氣控制部分的設(shè)計與計算4.1 工作臺電氣控制部分整體方案設(shè)計該系統(tǒng)選用系列的作為主控制器。擴(kuò)展存儲電路為一片2764EPROM 和一片6264RAM。程序存儲器擴(kuò)展和數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展均為。擴(kuò)展電路為一片8155。8155的PA0PA7和PB0口接LED反映當(dāng)前運行的9個狀態(tài)： LED1燈亮表示X軸負(fù)方向禁止通行，LED2燈亮表示X軸正方向禁止通行，LED3燈亮表示Y軸負(fù)方向禁止通行，LED4燈亮表示Y軸正方向禁止通行，LED5燈亮表示手動使工作臺向X軸負(fù)方

19、向通行，LED6燈亮表示手動使工作臺向X軸正方向通行，LED7燈亮表示手動使工作臺向Y軸負(fù)方向通行，LED8燈亮表示手動使工作臺向Y軸正方向通行，LED9亮表示系統(tǒng)通電運行。PA口高四位反映觸發(fā)中斷0的4個行程開關(guān)的狀態(tài)。PA口低4位和PB0口反映了X+運行、X-運行、Y+運行、Y-運行、系統(tǒng)通電運行的狀態(tài)。PC口為控制工作抬X，Y 向電機的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，步進(jìn)電機接口與功率放大器之間采用光電隔離。8031 的P1口為鍵盤形輸入口，這8個按扭意義如下：符號含義符號含義A系統(tǒng)啟動EY軸加速B系統(tǒng)停止FY軸減速CX軸加速GX軸停止DX軸減速HY軸停止其總體設(shè)計方案如圖4-1所示

20、：圖4-1 電氣部分總體控制圖42 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路總體設(shè)計4.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：（1）主控制器。即中央處理單元CPU。 （2）總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。（3）存儲器。包括只讀可編程序存儲器ROM和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器RAM。（4）接口。即I/O 輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如圖4-2所示：圖4-2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成框圖4.2.2 主控制器的選擇 系列單片機是集中，端口及部分等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用3

21、芯片作為主控芯片。4.2.3 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計 （1）程序存儲器的擴(kuò)展：單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片大多采用芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27256，27512，其容量分別為2k,4k,8k,16k，32k，64k。在選擇芯片時要考慮與時序的匹配。所能讀取的時間必須大于所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴(kuò)展用芯片。單片機規(guī)定0 口提供為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口

22、，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低位的地址信息，一般采用芯片作為地址鎖存器，并由發(fā)出允許鎖存信號ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析，采用2764EPROM芯片的程序存儲器擴(kuò)展電路框圖如圖4-3所示：圖4-3 8031擴(kuò)展8KB EPROM的接線圖（2）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展：由于內(nèi)部只有字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路一般采用6116，6264，61256 靜態(tài)RAM 數(shù)據(jù)存儲器，其容量分別為2k，8k，32k。本次設(shè)計選用芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如圖4-4所示：圖4-4 8031擴(kuò)展8K

23、B RAM的接線圖4.2.4 擴(kuò)展電路設(shè)計單片機共有個位并行接口，但供用戶使用的只有1 口及部分3口線。因此要進(jìn)行口的擴(kuò)展。通用可編程接口芯片與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155與8031 的連接方式如下圖4-5所示：圖4-5 8031擴(kuò)展I/O口的接線圖43 驅(qū)動電路的設(shè)計步進(jìn)電機驅(qū)動電路一般包括脈沖分配器、功率放大器和光電隔離電路。其框圖結(jié)構(gòu)如圖4-6所示:圖4-6 驅(qū)動電路組成框圖 (1）脈沖分配器：步進(jìn)電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)環(huán)形分配的方法有三種：集成脈

24、沖分配器、軟件脈沖分配器和專用脈沖分配器。本設(shè)計采用軟件脈沖分配器。其分配狀態(tài)如下表所示：三相六拍分配狀態(tài)表（2）光電隔離電路：在步進(jìn)電機驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如圖4-7所示： 圖4-7 光電隔離電路接線圖（3） 功率放大器：脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進(jìn)電機正常運轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器。步進(jìn)電機所使用的慣量放大電路有單電壓型、高低壓型

25、。高低壓型效率高，高速性能好，所以本設(shè)計選用高低壓型功率放大電路。如圖4-8所示。圖4-8 高低壓功率放大電路4.3.1 驅(qū)動回路的時間常數(shù)三相六拍工作方式的工作脈沖，每相工作兩拍改變一次通電狀態(tài)，為使每一拍都能正常工作，每拍脈沖寬度的2/3時間內(nèi)相電流上升至額定電流的60%，即：負(fù)載回路的時間常數(shù)為：若選用線路簡單的串聯(lián)電阻法改善電流上升沿，其時間常數(shù)為,則（其中 ），需要串聯(lián)這么大的電阻，在該電阻上損失的功率為2793.5W，顯然很不合理，所以采用雙電源電路，如圖所示：在控制脈沖2/3寬度時間內(nèi)相電流達(dá)到額定電流的60%，即，這個時間內(nèi)也就是高壓電路工作時間，即單穩(wěn)翻轉(zhuǎn)時間，其值為從式可得

26、高壓電源電壓元器件的確定1、選用復(fù)合管由以上計算的時間常數(shù)，并為使電路簡單、緊湊、功率放大級的選用復(fù)合管YZ26D（虛擬），其性能參數(shù)如下表所示：YZ26D性能表（V）（V）（V）（mA）（V）（V）（A）（W）（C）48048094.567.560001000015403002、確定、由性能數(shù)據(jù)可知，故，而負(fù)載，取，的基極的電流，式中，電流放大倍數(shù)。因此等效輸入電阻為：，光耦合器光敏三極管的輸出等效電路見圖4.9：圖4.9 光耦合器光敏三極管的輸出等效電路圖從等效電路可得 ，選用耦合器輸入電流：，（最大電流為50mA），電流傳輸比，所以有：解以上方程組得：3、確定（或）前面已經(jīng)選定光電耦合器

27、輸入電流，根據(jù)資料的光電耦合器輸入正向壓降為1.3V，所以4、確定、等效圖與圖4.9類似，可得電流上升沿陡，希望工作處于飽和狀態(tài)，首先確定其基級電流（1）負(fù)載的平均阻抗：（2）的飽和電流：基極電流應(yīng)為：光耦合器輸入電流，所以,取，光耦合器輸出級電流，因此（3）求在期間，是變化的，變化范圍近似為至，取平均值：（4）的等效輸入電阻為、分別為,?。?）確定為提供給單穩(wěn)和驅(qū)動門足夠的輸入電流（各5mA），所以（6）、選擇、選用大昌電子6A4G型普通塑封整流二極管，其性能參數(shù)見下表2CZ56B 性 能 表最高反向電壓（V）正向整流電流（A）不重復(fù)正向浪涌電流（A）正向壓降（V）頻率（KHz）400640

28、01.12.5（7）單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74221反轉(zhuǎn)時間的確定當(dāng)單穩(wěn)74221的清除端加高電平、A端加低電平時，B端正躍變可使單穩(wěn)的Q端從低電平變?yōu)楦唠娖?，?jīng)一段時間自動變?yōu)榈碗娖?，恢?fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。Q端輸出一個脈沖，脈沖寬度由外接電阻和決定。如圖所示，脈沖寬度，所以，取,則圖4.1044 系統(tǒng)相關(guān)控制程序流程設(shè)計限位檢測模塊程序流程圖如圖4.11所示:圖4.11 限位檢測模塊程序流程圖45 零件加工程序設(shè)計用16的立銑刀銑如圖4.12所示的輪廓：圖4.12O0000N01 G92 X50 Y70 Z50；N20 G90 G00 X40 Y60； N30 Z-5 M03 S900；N40 G01

29、G42 D16 X20 F80； N50 G03 X-20 R20；N60 G01 X-40；N70 Y0；N80 G01 X40； N90 Y60；N100 M05；N110 M30 ；第五章 結(jié)論該設(shè)計的工作臺為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控X-Y工作臺，大小250mmX250mm，行程X方向300mm，Y方向120mm，主要用于小型數(shù)控銑床。該種工作臺能適應(yīng)多品種、小批量的市場經(jīng)濟(jì)的需要，使之更有效的發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本工作臺有以下幾個特點：1)本X-Y數(shù)控工作臺的切削力較小，重復(fù)定位精度不高，屬于經(jīng)濟(jì)型機床設(shè)備，主要用于加工結(jié)構(gòu)簡單、精度要求不是很高的零件。2）控制系統(tǒng)是以單片機MCS51-8031

30、為核心，單電壓驅(qū)動電路為驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制靈敏。3)工作臺位置控制采用90BF006反應(yīng)式步進(jìn)電機，驅(qū)動穩(wěn)定，步距角比較小，步距精度比較高。4)機械傳動采用滾珠絲杠傳動，滾珠絲杠等級為5級，精度較高，傳動比較平穩(wěn)，導(dǎo)軌為矩形導(dǎo)軌，且有相應(yīng)的調(diào)隙措施。在允許的負(fù)載內(nèi)能夠保證其傳動精度要求。另外，此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控X-Y工作臺的設(shè)計還存在很多不足，還有許多需要改進(jìn)的地方，在以后設(shè)計中我們一定要統(tǒng)籌大局，把理論設(shè)計放在實際的實踐生產(chǎn)中去，理論切實緊密聯(lián)系實際，這樣才能使設(shè)計的產(chǎn)品不僅在原理上結(jié)構(gòu)上符合設(shè)計的要求，而且在經(jīng)濟(jì)上也符合實際生產(chǎn)的需求。參 考 文 獻(xiàn)【1】 張建民.

31、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計. 北京理工大學(xué)出版社. 2012.5【2】 1fe910ef12df8c2.html【3】數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)【4】 4940c108a1284ac85043a1.html滾珠絲杠副的型號選擇【5】濮良貴.紀(jì)名剛. 機械設(shè)計.第八版. 高等教育出版社. 2006.5【6】張建鋼.胡大澤. 數(shù)控技術(shù). 華中科技大學(xué)出版社. 2000.8【7】機械設(shè)計手冊.（新版）.第2卷【8】周元康.林昌華. 機械設(shè)計課程設(shè)計. 重慶大學(xué)出版社. 2011.1【9】 電動機的型號選擇【10】趙全利.肖興達(dá). 單片機原理及應(yīng)用教程.第二版. 機械工業(yè)出版社. 2011.3致 謝本設(shè)計是在楊綠和

32、楊文杰老師的指導(dǎo)下完成的，他們在整個過程中很細(xì)心，也很耐心，當(dāng)我把設(shè)計書給他們檢查的時候，設(shè)計書中的錯別字他們都給指了出來；當(dāng)我們問問題時，他們總是很耐心的給我們講解；指導(dǎo)老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，平易近人的性格都是我學(xué)習(xí)的楷模。總之，這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西，感謝老師的指導(dǎo)，感謝學(xué)校能給我們這么好的學(xué)習(xí)機會來培養(yǎng)我們的動手能力。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示忠心的感謝和崇高的敬意。 年 月 日附錄A 原代碼#include#include /*I/O口分配*/sbit cp_x=PC2; /驅(qū)動脈沖信號輸出xsbit cp_y=PC4; /驅(qū)動脈沖信號輸出ysbit f

33、x_x=PC3; /x軸方向信號sbit fx_y=PC5; /y軸方向信號sbit x_xianwei1=PA4; /x軸限位sbit x_xianwei2=PA5; /x軸限位sbit y_xianwei1=PA6; /y軸限位sbit y_xianwei2=PA7; /y軸限位unsigned char x_speed=8,y_speed=8; /給定x,y軸初始化轉(zhuǎn)速unsigned char count_x=0,count_y=0; /記錄x,y軸給定脈沖數(shù)變量unsigned int collect_x=0,collect_y=0;/x,y軸測速脈沖數(shù)存儲變量unsigned in

34、t x_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;/定義數(shù)組變量unsigned int y_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;#define SMG_1 LHJ_C=A;#define SMG_2LHJ_C=B;#define SMG_3 LHJ_C=C;#define SMG_4 LHJ_C=D;#define SMG_5 LHJ_C=E;#define SMG_6 LHJ_C=F;#define SMG_7 LHJ_C=G;#define SMG_8 LHJ_C=H;void keyscan(void); /掃描鍵盤void delay(void) /延時子函數(shù)，

35、5個空指令_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void init()fx_x=1;fx_y=1;fx_z=1;TL1=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL0=(65536-1)%256;TH0=(65536-1)/256;TMOD=0 x15;T2MOD=0 x00;T2CON=0 x00;EX0=1;/開外部中斷0TR0=1; ET0=1;TR1=1;void main() init();while(1) if(x_xianwei1=0) /限位開關(guān)控制 fx_x=fx_x;while(x_xianw

36、ei1=0); if(x_xianwei2=0) fx_x=fx_x;while(x_xianwei2=0); if(y_xianwei1=0) fx_y=fx_y;while(y_xianwei1=0); if(y_xianwei2=0) fx_y=fx_y;while(y_xianwei2=0); /if(y_xianwei=0)/ fx_y=fx_y;/if(z_xianwei=0)/ fx_z=fx_z;/*給定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)*/ x_tmpdate1=15/10/x_speed; /百位x_tmpdate0=60000000/1000(T2初值)/200/x_speed/2/100 x_t

37、mpdate2=15/1/x_speed/1%10; /十位x_tmpdate1=60000000/1000/200/x_speed/2/10%10 x_tmpdate3=150/1/x_speed%10; /個位x_tmpdate2=60000000/1000/200/x_speed/2%10 y_tmpdate1=15/10/y_speed/1; /百位 y_tmpdate2=15/1/y_speed/1%10; /十位 y_tmpdate3=150/1/y_speed%10; /個位 z_tmpdate1=15/10/z_speed/1; /百位 z_tmpdate2=15/1/z_sp

38、eed/1%10; /十位 z_tmpdate3=150/1/z_speed%10; /個位keyscan(); /掃描鍵盤if(t2_flag=1) /當(dāng)1s時間到達(dá)時 t2_flag=0; /標(biāo)志位置0/*分辨率360時測定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)*/x_tmpdate5=1*collect_x/6/100; /百位60*collect_x/360/100;x_tmpdate6=1*collect_x/6/10%10; /十位x_tmpdate7=1*collect_x/6%10; /個位 y_tmpdate5=1*collect_y/6/100; /百位y_tmpdate6=1*collect_y/6/10%10; /十位y_tmpdate7=1*collect_y/6%10; /個位 z_tmpdate5=1*collect_z/