【毕业设计】数控X-Y工作台数控改造设计 ㊣ 精品文档 值得下载

双导轨四滑块的支承形式。

考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为其中，移动部件重量，外加载荷，代入式，得最大工作载荷。

查表根据工作载荷，初选直线滚动导轨副的型号为系列的型，其额定动载荷，额定静载荷。

任务书规定加工范围为，考虑工作行程应留有定余量，查表选取导轨的长度为。

距离额定寿命的计算上述所取的系列系列导轨副的滚道硬度为，工作温度不超过，每根导轨上配有两只滑块，精度为级，工作速度较低，载荷不大。

分别取硬度系数，温度系数，接触系数，精度系数，载荷系数，代入式，得距离寿命远大于期望值，故距离额定寿命满足要求。

滚珠丝杠螺母副的计算与选型最大工作载荷的计算如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷与丝杠轴线平行，受到横向载荷与丝杠轴线垂直，受到垂直方向的载荷与工作台面垂直已知移动部件总重量，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数，滚动导轨上的摩擦系数。

求得滚珠丝杠副的最大工作载荷最大动工作载荷的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度，初选丝杠导程，则此时丝杠转速。

取滚珠丝杠的使用寿命，代入，得丝杠寿命系数单位为。

查表，取载荷系数，滚道硬度为时，取硬度系数，代入式，求得最大动载荷初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的系列型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为，导程为，循环滚珠为圈系列，精度等级取级，额定动载荷为，大于，满足要求。

传动效率η的计算将公称直径，导程，代入，得丝杠螺旋升角。

将摩擦角，代入η，得传动效率η。

刚度的验算工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用单推单推的方式。

丝杠的两端各采用对推力角接触球轴承，面对面组配，左右支承的中心距约为钢的弹性模量х查表得滚珠直径，丝杠底径，丝杠截面积。

忽略式中的第二项，算得丝杠在工作载荷作用下产生的拉压变形量。

根据公式，求得单圈滚珠数该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数为，代入公式圈数列数，得滚珠总数量。

丝杠预紧时，取轴向预紧力。

则由式，求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量。

因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的，所以实际变形量可以减少半，取。

将以上算出的和代入总，求得丝杠总变形量对应跨度总本例中，丝杠的有效行程为，由表知，级精度滚珠丝杠有效行程在时，行程偏差允许达到，可见丝杠刚度足够。

压杆稳定性校核根据公式计算失稳时的临界载荷。

取支承系数由丝杠底径求得截面惯性矩压杆稳定安全系数取丝杠卧式水平安装滚动螺母至轴向固定处的距离取最大值。

代入式，得临界载荷，故丝杠不会失稳。

综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。

步进电动机减速箱的选用为了满足脉冲当量的的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机轴上尽可能的小，今在步进电动机的输出轴上安装套齿轮机减速，采用级减速，步进电动机的输出轴与齿轮相连，滚珠丝杠的轴头与大齿轮相连。

其中大齿轮设计成双片结构。

已知工作台的脉冲当量脉冲，滚珠丝杠的的导程，初选步进电动机的步距角。

根据式，算得减速比本设计选用常州市新月电机有限公司生产的型齿轮减速箱。

大小齿轮模数均为，齿数比为，材料为调质钢，齿表面淬硬后达到。

减速箱中心距为，小齿轮厚度为，双片大齿轮厚度均为。

步进电动机的计算与选型计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量已知滚珠丝杠的公称直径，总长，导程，材料密度移动部件总重力小齿轮齿宽，直径，大小齿轮齿宽，直径传动比。

如表所示，算得各个零部件的转动惯量如下滚珠丝杠的转动惯量拖板折算到丝杠上的转动惯量小齿轮转轴所承受的负载转矩最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩由式可知，包括三部分部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩还有部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计。

则有其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩由公式计算。

有再由式计算垂直方向承受最大工作负载情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩最后由式，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为，电动机的运行矩频特性曲线步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。

因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。

取，则步进电动机的最大静转矩应满足初选步进电动机的型号为，查得该型号电动机的最大静转矩。

可见，满足要求。

步进电动机的性能校核最快工进速度时电动机的输出转矩校核任务书给定工作台最快工进速度，脉冲当量脉冲，由式求出电动机对应的运行频率。

从电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的输出转矩，远远大于最大工作负载转矩，满足要求。

最快空载移动时电动机输出转矩校核任务书给定工作台最快空载移动速度，求出其对应运行频率。

在此频率下，电动机的输出转矩，大于快速空载起动时的负载转矩，满足要求。

最快空载移动时电动机运行频率校核与快速空载移动速度对应的电动机运行频率为。

查表知电动机的空载运行频率可达，可见没有超出上限。

起动频率的计算已知电动机转轴上的总转动惯量，电动机转子的转动惯量，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率。

由式可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为说明要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于。

实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有。

综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用步进电动机，完全满足设计要求。

增量式旋转编码器的选用本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。

增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角，可知电动机转动转时，需要控制系统发出个步进脉冲。

考虑到增量式旋转编码器输出的相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选线。

这样控制系统每发个步进脉冲，电动机转过个步距角，编码器对应输出个脉冲信号。

此次设计选用的编码器型号为盘状空心型，孔径，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压，每秒输出个脉冲，信号为电压输出。

绘制进给传动系统示意图进给传动系统示意图如图所示。

伺服电动机主动齿轮从动齿轮滚珠丝杠工作台进给传动系统示意图工作台控制系统的设计根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能接收键盘数据，控制显示接受操作面板的开关与按钮信息接受车床限位开关信号接受电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号控制，向步进电动机的驱动器控制主轴的正转，反转与停止控制多速电动机，实现主轴有级变速控制交流变频器，实现主轴无级变速控制切削液泵启动停止控制电动卡盘的夹紧与松开控制电动刀架的自动选刀与机的串行通信。

数控工作台的控制系统设计，控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

本设计选用公司的位单片机，由于本身资源有限，所以扩展了片芯片用做程序存储器，存放系统底层程序扩展了片芯片用做数据存储器，存放用户程序由于数控工作台还需要加入铣刀运动控制和程序输入等指令，所以除设置了﹑方向的控制指令键，操作开停键，急停键和复位键等外还采用来管理扩展多种按键。

是种通用的可编程键盘显示器接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。

键盘部分提供扫描工作方式，可与个按键的矩阵键盘进行连接，能对键盘实行不间断的自动扫描，自动消除抖动，自动识别按键并给出键值。

显示部分包括组数码显示管和七只发光二极管。

与机的串行通信经过，可以采用机将编好的程序送入本系统。

控制步进电动机的转动需要三个要素方向﹑转角和转速。

对于含有硬件环形分配器的驱动电源，方向取决于控制器送出的方向电频的高低，转角取决于控制送出的步进脉冲个数，而转速则取决于控制器发出的步进脉冲的频率。

在步进电动的控制中，方向和转角控制简单，而转速控制则比较复杂。

由于步进电动的转速正比于控制脉冲的频率，所以对步进电动机脉冲频率的调节，实质上就是对步进电动机的速度的调节。

步进电动机的调频的软件延时和硬件定时。

采用软件延时法实现速度的调节，程序简单，不占用其他硬件资源缺点是控制电动机转动的过程中，不能做其他事。

硬件定时要占用个定时器。

本设计没有从硬件上布置，由于单片机功能强大，采用软件延时。

当步进电动机的运行频率低于它本身的起动频率时，步进电动机可以用运行频率直接起动，并以该频率连续运行需要停止的时候，可以从运行频率直接降到零，无需升降频控制。

当步进电动机的运行频率为步进电动机有载起动时的起动频率时，若直接用起动，由于频率太高，步进电动机会失步，甚至会丢步，甚至停转同样在频率下突然停止，步进电动机会超程。

因此，当步进电动机在运行频率下工作时，就需要采用升降频控制，以使步进电动机从起动频率开始，逐渐加速升到运行频率，然后进入匀速运行，停止前的降频可以看作是升频的逆过程。

虽然本设计采用了半闭环控制，加入了增量式编码器作为反馈信号，但是在编程过程中仍需设计升降频的部分，以使步进电动机运行平稳精确。

根据需要，可编写出驱动步进电动机的程序。

指令与指令完全兼容。

控制系统原理框图如图所示。

复位电路晶振电路螺纹光栅信号操作面板开关按钮信号隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大向步进电动机向步进电动机刀架电动机卡盘电动机主轴电动机切削电动机方刀架位信号限位开关信号交流变频器主轴电动机单片机并行接口芯片转换芯片芯片芯片键盘与显示接口芯片串行口芯片控制系统原理框图步进电动机的驱动电源选用设计中向步进电动机均为型，生产厂家为常州宝马集团公司。

选择与之匹配的驱动电源为型，输入电压为，相电流为，分配方式为二相八拍。

该驱动电源与控制器的接线方