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1、 (300X300)方台面数控回转工作台设计摘 要当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。关键字：机电一体化的基础 基本组成要素 特点 发展趋势Abstract Now
2、the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology development enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several
3、base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. The integration of machinery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control tec
4、hnology, the examination sensing technology, the servo drive technology and the mechanical skill and so on multi-disciplinary area of technology synthesis overlapping technology-intensive systems engineering. New generations CNC system this kind of model integration of machinery product toward the h
5、igh performance, the intellectualization, the systematization as well as the featherweight, the microminiaturized direction develops. key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.目录第一章 课程设计的内容和要求 3第二章 系统的总体方案设计 4第三章 机械部分设计 53.1 脉冲当量和传动比的
6、确定 53.2工作台外形尺寸及重量初步估算 53.3 传动系统等效转矩惯量计算 63.4 工作载荷分析及计算 63.5 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 83.6 导轨的选型和计算 113.7 驱动电机的选择 11第四章 数控系统设计 154.1 控制系统硬件的基本组成 154.2 接口程序初始化及步进电机控制程序 174.3 直线圆弧插补程序设计 19参考文献 25 第一章 课程设计的内容和要求1.1 课程设计的内容任务是： 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。具体参数如下：要求：设计一台数控回转工作台并开发其控制、驱动系统，工作台面300X300mm，分辨
7、率为=5分/step，承受最大轴向载荷Tmax=800Nm。设计内容包括：1.1.1数控装置总体方案的确定(1) 确定系统组成方案（组成框图、功能、机械传动系统简图、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。1.1.2机械部分的设计(1) 确定脉冲当量；(2) 机械部件的总体尺寸及重量、转动惯量的初步估算；(3) 传动元件及导向元件的设计，计算和选用；(4) 伺服电机计算、选用；(5) 绘制机械结构装配图；1.1.3数控系统的设计（1）确定数控系统装置方案（组成框图、功能、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明）。(2) 电气控制原理图设计（CPU、存储器、I/O接口电路及伺服驱动电路）(3)
8、 系统控制软件的结构设计（控制流程图）和部分功能控制软件设计（汇编程序及流程图）。1.2 课程设计的要求1.2.1图纸要求 （1）机械结构装配图，A0图纸一张。要求视图基本完整、符合要求。其中至少有一个坐标轴的完整剖视图。 （2）数控系统框图（附在说明书上）。 （3）数控电器图，A1图纸一张。 （4）软件框图（可附在说明书上）。 1.2.2编写设计说明书要求说明书应当叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定、系统框图的分析、机械传动设计计算、电气部分的设计说明，选用元件及其具体参数的说明、软件设计及其说明等，说明书不少于8000字第二章 系统的总体方案确定数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动
9、方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机控制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。2.1系统运动方式的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。2.2伺服系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机.开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。2.3计算机系统的选择采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要
10、特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。2.4 XY工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。 为了减少了零件的数目和中间环节的影响，精度高，效率高，电动机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连。但此种连接对安装、加工的要求较高，选
11、用挠性联轴器，如膜片联轴器，电动机的额定转矩较大，等效转动惯量亦大，对系统的稳定性和快速性将产生不利影响。系统总体框图如下:第三章 机械部分设计机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，机械部件的总体尺寸、质量、运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选择，绘制机械部分装配图等。3.1脉冲当量和传动比的确定脉冲当量p是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作台的位置精度，由于定位精度为0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。根据脉冲当量和系统总体方案，传动比为1，直接用联轴器将电机和丝杠直接连接，有利于简化结构，提高精度。初选导程 =5mm 滚珠丝杠，电动机步距角
12、=0.75。传动比计算公式 暂选130BF001型的步进电动机。其具体参数如下：型号步距角相数电压(V)相电流(A)最大静转矩(N.M)空载启动频率()空载运行频率()转动惯量分配方式重量(Kg)130BF0010.75/1.5580/12109.313000160004.7五相十拍9.23.2工作台外形尺寸及重量初步估算根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。设计工作台简图如下:X向拖板(上拖板)尺寸为: 长*宽*高=300*300*40重量:按重量=体积*材料比重估算为: = N=270NY向拖板(下拖板)尺寸为: 重量=N=320N上导轨(含电机)估算
13、重量为：260N夹具及工件重量:150NX-Y工作台运动部分总重量为:270N+320N+260N+150N=1000N3.3传动系统等效转矩惯量计算传动系统的转动惯量是一种惯性负载，选用电机时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都是与电机轴同轴线，还存在各转动部件转动惯量向电机轴的折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量对于轴、轴承、齿轮、联轴器、丝杆等圆柱体的转动惯量计算公式为 3.3.1电机等效转动惯量3.3.2初选联轴器直径 ，长度联轴器等效转动惯量3.3.3初选丝杠直径，初步估计丝杠长度。滚珠丝杠等效转动惯量3.3.4工作台等效转动惯
14、量3.3.5传动系统总的转动惯量 3.4工作载荷分析及计算3.4.1铣削力的分析与计算铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给（键槽铣刀可沿轴线进给）。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式。圆柱铣刀和端铣刀的且学部分都可看做车道到头的演变，铣刀的每一刀齿相当于一把车刀。通常假定铣削时铣刀受到的铣削力是作用在刀尖的某点上。设刀齿上受到切削力的合理为F，将F沿铣刀轴线、径向和切向经行分解，则分别为轴向铣削力 ，径向铣削力 和切向铣削力 。其中切向铣削力 是沿铣刀主运动方向的分离，它消耗铣床电机功率（即铣削功率）最多。根据机械制造技术基础课程设计指导教程选铣刀。根据最大铣刀直径24mm，最大铣削宽度，最大铣削深度选择莫氏锥柄立铣刀,铣刀材料为硬质合金，工件材料为碳钢。选取工进的最大速度为 =0.4mm/min ，选定铣
