充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文 檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 摘 要 ABSTRACT 1 緒論 . 1 1.1 課題背景 . 2 1.2 現(xiàn)實意義 . 3 1.3 設計任務 . 3 1.4 總體設計方案分析 . 3 2 機 械部分 XY工作臺及 Z 軸的基本結構設計 . 6 2.1 XY 工作臺的設計 . 6 2.1.1 主要設計參數(shù)及依據(jù) . 6 2.1.2 XY 工作臺部件進給系統(tǒng) 受力分析 . 6 2.1.3 初步確定 XY 工作臺尺寸及估算重量 . 6 2.2 Z 軸隨動系統(tǒng)設計 . 7 3 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設計計算 . 8 3.1 強度計算 . 8 3.2 滾珠絲杠副的傳動效率 . 8 4 直線滾動導軌的選型 . 10 5 步進電機及其傳動機構的確定 .11 5.1 步進電機的選用 .11 5.1.1 脈沖當量和步距角 .11 5.1.2 步進電機上起動力矩的近似計算 .11 5.1.3 確定步進電機最高工作頻率 . 12 5.2 齒輪傳動機構的確定 . 12 5.2.1 傳動比的確定 . 12 5.2.2 齒輪結構主要參數(shù)的確定 . 12 5.3 步進電機慣性負載的計算 . 13 6 傳動系統(tǒng)剛度的討論 . 15 6.1 根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度 . 15 6.2 根據(jù)微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度 . 15 7 消隙方法與預緊 . 17 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文 檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 7.1 消隙方法 . 17 7.1.1 偏心軸套調(diào)整法 . 17 7.1.2 錐度齒輪調(diào)整法 . 18 7.1.3 雙片齒輪錯齒調(diào)整法 . 18 7.2 預緊 . 19 8 數(shù)控系統(tǒng)設計 . 20 8.1 確定機床控制系統(tǒng)方案 . 20 8.2 主要芯片配置 . 20 8.2.1 主要芯片選擇 . 20 8.2.2 主要管腳功能 . 20 8.2.3 EPROM 的選用 . 21 8.2.4 RAM 的選用 . 22 8.2.5 89C51 存儲器及 I/O 的擴展 . 22 8.2.6 8155 工作方式查詢 . 23 8.2.7 狀態(tài)查詢 . 24 8.2.8 8155 定時功能 . 24 8.2.9 芯片地址分配 . 25 8.3 鍵盤設計 . 26 8.3.1 鍵盤定義及功能 . 26 8.3.2 鍵盤程序設計 . 26 8.4 顯示器設計 . 30 8.4.1 顯示器顯示方式的選用 . 30 8.4.2 顯示器接口 . 31 8.4.3 8155 擴展 I/O 端口的初始化 . 31 8.5 插補原理 . 32 8.6 光電隔離電路 . 33 8.7 越界報警電路 . 33 8.8 總體程序控制 . 33 8.8.1 流程圖 . 32 8.8.2 總程序 . 32 9 步進電機接口電路及驅(qū)動 . 36 結 論 . 40 參考文獻 . 41 致 謝 . 40 畢業(yè)設計 1 緒論 1 畢業(yè)設計 1 緒論 2 1 緒論 1.1 課題背景 激光被譽為二十世紀最重大的科學發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學家的高度重視。 1971 年 11 月，美國通用汽車公司率先使用一臺 250W CO2 激光器進行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗研究，并于 1974 年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了 10 倍。這是激光表面改性技術的首次工業(yè)應用。多年以來，世界各國投入了大量資 金和人力進行激光器、激光加工設備和激光加工對材料學的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。如今在中國，激光技術已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應用，并且正逐步實現(xiàn)激光技術產(chǎn)業(yè)化，國家也將其列為 “九五 ”攻關重點項目之一。 “十五 ”的主要工作是促進激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值 20的平均增長率，實現(xiàn)年產(chǎn)值 200 億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應用中普及和推廣加工技術，重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應用激光技術進行改造的示范工程；為信息、材料、 生物、能源、空間、海洋等六大高科技領域提供嶄新的激光設備和儀器。 數(shù)控化和綜合化把激光器與計算機數(shù)控技術、先進的光學系統(tǒng)以及高精度和畢業(yè)設計 1 緒論 3 自動化的工件定位相結合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。 1.2 現(xiàn)實意義 激光切割機是光、機、電一體化高度集成設備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工相比，激光切割機的加工精度更高、柔性化好， 有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負擔， 對制造業(yè)來說，可以說是一場技術革命。 激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料， 以及精密細小和形狀復雜的零件。激光切割技術、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。因此研究和設計數(shù)控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。 1.3 設計任務 本次設計任務是設計一臺單片機（ 89C51 主控芯片）控制激光切割機床，主要設計對象是 XY 工作臺部件及 89C51 單片機控制原理圖。而對激光切割機其他部件如冷水機、激光器等不作為設計內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機對 XY工作臺的縱、橫向進給脈沖當量 0.001mm/ pluse。工作臺部件主要構件為滾珠絲杠副、滾動直線導軌副、步進電機 、工作臺等。設計時應兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。 1.4 總體設計方案分析 參考數(shù)控激光切割機的有關技術資料，確定總體方案如下： 采用 89C51 主控芯片對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/O 接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進電機，經(jīng)齒輪機構減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)進給。其原理示意圖 1.1。 控 制 器 驅(qū) 動 器 驅(qū) 動 器 步進 電機 步進 電機 X 向工作臺 畢業(yè)設計 1 緒論 4 圖 1.1 系統(tǒng)總體原理圖 微機控制線路圖參考 MCS 51 系列單片機控制 XY 工作臺線路圖。 步進電機參照 RORZE 株式會社的產(chǎn)品樣 本選取，以保證質(zhì)量和運行精度 ,同時驅(qū)動器也選用 RORZE 的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。 滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設計參照了漢江機床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術性能、價格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的 FFZD 系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠副。 本設計棄用 Z80，而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比大大超過了 Z80。比較后選用 89C51 為主芯片。在使用過程中 89C51 雖有 4K 的 FLASH（ E2PROM），但考慮實際情 況需配備 EPROM 和 RAM，并要求時序配備。 選晶體頻率為 6MHz， 89C51 讀取時間約為 3t，則 t 480ns ,常用 EPROM 讀取時間約為 200450ns。 89C51 的讀取時間應大于 ROM 要求的讀取時間。 89C51 的讀寫時間約為 4T，則 TR 660ns，TW=800ns，常用 RAM 讀寫時間為 200ns 左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴展I/O 接口 8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡化電路采用 LED 顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強電干擾，采用光電隔離電路。 Y 向工作臺 畢業(yè)設計 1 緒論 5 畢業(yè)設計 2 機械部分 XY 工作臺及 Z 軸的基本結構設計 6 2 機械部分 XY 工作臺及 Z 軸的基本結構設計 2.1 XY 工作臺的設計 2.1.1主要設計參數(shù)及依據(jù) 本設計的 XY 工作臺的參數(shù)定為： 工作臺行程：橫向 320mm，縱向 450mm 工作臺最大尺寸（長寬高）： 1100 900 300mm 工作臺最大承載重量： 120Kg 脈沖當量： 0.001mm/pluse 進給速 度： 60 平方毫米 /min 表面粗糙度： 0.8 1.6 設計壽命： 15 年 2.1.2 XY 工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析 因激光切割機床為激光加工 ,其激光器與工件之間不直接接觸 ,因此可以認為在加工過程中沒有外力負載作用。其切削力為零。 XY 工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成 ,各自之間均以滾動直線導軌副相聯(lián) ,以保證相對運動精度。 設下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即 X向，上導軌為縱向傳動系統(tǒng)，即Y向。 一般來說 ,數(shù)控切割機床的滾動直線導軌的 摩擦力可忽略不計 ,但滾珠絲杠副 ,以及齒輪之間的滑動摩擦不能忽略 ,這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預緊措施 ,其產(chǎn)生的負載波動應控制在很小的范圍。 2.1.3初步確定 XY 工作臺尺寸及估算重量 初定工作臺尺寸 (長寬高度 )為 :1200 950 70mm，材料為 HT200，估重為 625N (W1)。 設中托座尺寸 (長寬高度 )為 :1200 520 220mm，材料為 HT200，估重為 250N（ W2）。 另外估計其他零件的重量約為 250N (W3)。 加上工件最大重量約為 120Kg（ 1176N） (G)。 則下托座導軌副所承受的最大負載 W 為 : W=W1+W2+W3+G 665+250+250+1176 2301N 畢業(yè)設計 2 機械部分 XY 工作臺及 Z 軸的基本結構設計 7 2.2 Z 軸隨動系統(tǒng)設計 激光切割機對 Z軸隨動機構要求非常高。在切割中需隨時檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度，以保證激光聚焦后的焦點在切割板材的表面位置。由于激光焦點至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量，因此，要求 Z軸的檢測精度高于 0.010mm：同時，隨動速度應大于 5m/min。隨動速度太快會造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目 前。對加工板材的檢測主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運動檢測過程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場合的切割加工(如強磁場、強干擾環(huán)境 )。所以在選擇傳感器時，應注意檢測精度和對切割材料的適應性，同時安裝時還需要注意采取抗干擾措施。 割頭具有多種先進的智能和附加功能，如自動調(diào)整激光噴嘴距離、自動清潔噴嘴、同軸噴水機構、切割頭轉(zhuǎn)動、切割 嘴擺動等。這些功能機構的增加 ,不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動態(tài)性能不好 ,隨動機構反應不靈敏。一般來說，普通數(shù)控激光切割機 Z 軸拖動重量在 5kg 以上時，應采用重力平衡設施。而高性能數(shù)控激光切割機的 Z軸拖動重量在 2kg 以上就必須施加重力平衡設施，特別是在高速飛行光路設計中 ,這一點尤為重要。目前 Z 軸上的重力平衡設施使用較多的是采用氣缸托動方式 (圖 2.1)。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。 反光鏡平衡氣缸直線導軌切 割 頭Z 軸絲桿Z 軸電機圖 2.1 Z 軸隨動機構畢業(yè)設計 3 滾珠絲桿傳動設計的設計計算 8 3 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設計計算 （一） 根據(jù)機床的受力情況及結構尺寸，參照 南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列 ，選用 FFZD 內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲桿，具體型號如下： X 向： FFZD 2504-3/490 500 Y 向： FFZD 2504-3/500 1100 （二） 因 X 向的滾珠絲桿比 Y 向的滾珠絲桿所受的負載大，現(xiàn)只計算 X 向絲桿的相關數(shù)據(jù)， Y 向根據(jù) X 向的結果相同選用即可滿足要求。 （三） 具體計算如下。 3.1 強度計算 軸向負荷計 算公式： aF =F+UW式（ 3.1） 式中 F 切削力， F=0 W 工件重量加工作臺重量 W=2301N U 滾動導軌上的滾動摩擦系數(shù)（約為 0.003-0.004），取 U=0.004 則根據(jù)式（ 3.1）： aF= 0.004 2301=92N 激光切割機滾珠絲杠是在低速條件下工作的。 故本處 的 Go=（ 0.2-0.3），a F=18.4-27.6N。對照樣本參數(shù) ,這里的 Go 非常小，選定導程為 4 的滾珠絲杠副。 3.2 滾珠絲杠副的傳動效率 滾珠絲杠副的傳動效率為 : / ( )tg tg 式（ 3.2） 式中 滾珠絲杠的螺紋升角 當量摩擦角 根據(jù) 當量摩擦系數(shù)和當量摩擦角 關系（見表 3.1）， 前面已經(jīng)定 v=1m/s，材料 選擇灰鑄鐵 HRC45 。 所以： =400 ， tg =0.0025 ； 因為 =arctg（ Ph/ d） 式（ 3.3） 式中 :Ph 導程， 4mm d 絲杠公稱直徑， 25mm 則根據(jù)式（ 3.3）： 畢業(yè)設計 3 滾珠絲桿傳動設計的設計計算 9 2.91 則根據(jù)式（ 3.2）得： 0.953。 表 3.1 當量摩擦系數(shù) f 和當量摩擦角 齒圈材料 錫 青 銅 無錫青銅 灰鑄鐵 齒面硬度 HRC45 其它 HRC45 HRC45 其它 相對速度 s m/s f f f f f 0.01 0.05 0.10 0.25 0.50 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4 5 8 10 15 24 0.110 0.090 0.080 0.065 0.055 0.045 0.040 0.035 0.030 0.028 0.024 0.022 0.018 0.016 0.014 0.013 617 509 434 343 309 235 217 200 143 136 12 2 116 102 055 048 045 0.120 0.100 0.90 0.075 0.065 0.055 0.05 0.045 0.040 0.035 0.031 0.029 0.026 0.024 0.020 651 543 509 417 343 309 252 235 217 200 147 140 129 122 109 0.180 0.140 0.130 0.100 0.090 0.070 0.065 0.055 0.05 0.045 0.040 0.035 0.03 1012 758 724 543 509 400 343 309 252 235 217 200 143 0.180 0.140 0.130 0.100 0.090 0.070 0.065 0.055 10 2 758 724 543 509 400 343 309 0.190 0.160 0.140 0.120 0.100 0.090 0.080 0.070 1045 905 758 651 549 509 434 400 畢業(yè)設計 4 直線滾動導軌的選型 10 4 直線滾動導軌的選型 導軌主要分為滾動導軌和滑動導軌兩種， 直線滾動導軌在數(shù)控機床中有廣泛的應用。相對普通機床所用的滑動導軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點： 定位精度高 直線滾動導軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導軌的 1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅(qū)動扭矩減少 90%，因此，可將機床 定位精度設定到超微米級。 降低機床造價并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動導軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復進行起動、停止的往復運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低 90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 可提高機床的運動速度 直線滾動導軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率 20 30%。 可長期維持機床的高精度 對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動 ，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小滾動面的摩擦損耗也相應減少，故能使直線滾動導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設計及使用維護方面都變的非常容易了。 所以在結構上選用：開式直線滾動導軌 。參照 南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。 型號：選用 GGB 型四方向等載荷型滾動直線導軌副 ，如圖 4.1。 具體型號： X 向選用 GGB20BA2P， 2 500-4 Y 向選用 GGB20AB2P， 2 1100-4 圖 4.1 直線滾動導軌 畢業(yè)設計 5 步進電機及其傳動機構的確定 11 5 步進電機及其傳動機構的確定 5.1 步進電機的選用 5.1.1 脈沖當量和步距角 已知脈沖當量為 1 m/STEP，而步距角越小，則加工精度越高。初 選為0.36o/STEP（二倍細分）。 5.1.2步進電機上起動力矩的近似計算 電機起動力矩： 12M M M式（ 5.1） 式中 : M 為滾珠絲杠所受總扭矩 Ml為外部負載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有 : 1 / 2 ( )aM F d t g 式（ 5.2） =92 0.025/2 tg（ 2.91+0.14） =0.062N m M2為內(nèi)部預緊所產(chǎn)生 的摩擦扭矩，有： 2 /2a o hM K F P 式（ 5.3） 式中 : K 預緊時的摩擦系數(shù)， 0.1 0.3 Ph 導程， 4cm Fao 預緊力， 有： Fao=Fao1+Fao2 取 Fao1=0.04 Ca=0.04 1600=640N Fao2為軸承的預緊力，軸承型號為 6004 輕系列，預緊力為 Fao2 130N。故根據(jù)式（ 5.3）： M2=0.098 N m 齒輪傳動比公式為： i= Ph /(360 p)，故步進電機輸出軸上起動矩近似地可估算為： /qT M i式（ 5.4） =360 M p / Ph 式中 : p =l m/STEP=0.0001cm/STEP； M= M1+ M 2= 0.16N =0.36o/STEP q=0.85 Ph 0.4cm 畢業(yè)設計 5 步進電機及其傳動機構的確定 12 0.953 則根據(jù)式（ 5.4）： Tq=360 0.16 0.0001/(3.6 0.85 0.4)=0.4 N m 因 Tq/TJM=0.866(因為電機為五相運行 )。則步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/0.866=0.46 N m 5.1.3確定步進電機最高工作頻率 參考有關數(shù)控激光切割機床的資料 ,可以知道步進電機最高工作頻率不超過1000Hz。 根據(jù)以上討論并參照樣本 ,確定選取 M56853S 型步進電機，該電機的最大靜止轉(zhuǎn)矩為 0.8 N m，轉(zhuǎn)動慣量為 235g/cm2 5.2 齒輪傳動機構的確定 5.2.1傳動比的確定 要實現(xiàn)脈沖當量 l m/STEP 的設計要求，必須通過齒輪機構進行分度，其傳動比為： / ( 3 6 0 )hpiP 式（ 5.5） 式中： Ph 為滾珠絲杠導程 為步距角 p 為脈沖當量 根據(jù)前面選定的幾個參數(shù)，由 式（ 5.4）得 ： i =0.36 4/360 0.001 =4:1=Z2/Z1 根據(jù)結構要求 ,選用 Z1 為 30， Z2 為 120 5.2.2齒輪結構主要參數(shù)的確定 齒輪類型：選擇直齒加工方便。 模數(shù)選擇：本工作臺負載相當輕 ,參考同類型的機床后 ,選擇 m 1 齒輪傳動側隙的消除。 中心距的計算： A=m（ Z1+ Z2） 式（ 5.6） =1 (30+120)/2=75mm 齒頂高為 1mm，齒根高為 125mm，齒寬為 20mm。 齒輪材料及熱處理： 小齒輪 Z1 采用 40Cr，齒面高頻淬火 ； 大齒輪 Z2 采用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 畢業(yè)設計 5 步進電機及其傳動機構的確定 13 5.3 步進電機慣性負載的計算 由資料知， 激光切割機的負載可以認為是慣性負載。機械機構的慣量對運動特性有直接的影響。不但對加速能力、加速時驅(qū)動力矩及動態(tài)的快速反應有關，在開環(huán)系統(tǒng)中對運動的平穩(wěn)性也有很大的影響，因此要計算慣性負載。限于篇幅，在此僅對進給系統(tǒng)的負載進行計算。 慣性負載可由以下公式進行計算： 0 2D 1 1 2 2 3 4 m nJ = J + J + ( Z / Z ) ( J + J ) + J ( V / ) m D 式（ 5.7） 式中： JD為整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的慣性負載。 J0為步進電機轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量 e J1為齒輪 Zl的轉(zhuǎn)動慣量 J2為齒輪 Z2的轉(zhuǎn)動慣量 J3為齒輪 Z3的轉(zhuǎn) 動慣量 mn為系統(tǒng)工作臺質(zhì)量 Vm 為工作臺的最大移動速率 D為折算成單軸系統(tǒng)電動機軸角速度 各項計算如下： 已知： J0 0 忽略不計， mn=112.5Kg 齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計算公式： 22J = m = G /g 式（ 5.8） 其中： 為回轉(zhuǎn)半徑 G 為轉(zhuǎn)件的重量 滾珠絲杠的慣性矩計算公式： J= RLD/32 式（ 5.9） 最后計算可得 ： J1=0.1 10-3Kg. m2 J2=1.32 10-3Kg. m2 J3=2.98 10-4Kg. m2 J4=1.14 10-5Kg. m2 Vm=12 m/s D=2 rad/s 故慣性負載根據(jù)式（ 5.7）得： 畢業(yè)設計 5 步進電機及其傳動機構的確定 14 JD=J0+J1+(Zl/Z2)（ J2 J3） + J4 (Vm/ D)2 mn =17.3 Kg. cm2 此值為近似值故此值小于所選電機的轉(zhuǎn)動慣量。 畢業(yè)設計 6 傳動系統(tǒng)剛度的討論 15 6 傳動系統(tǒng)剛度的分析 激光切割機 XY 工作臺其實為一進給傳動系統(tǒng)，其傳動系統(tǒng)的剛度可根據(jù)不出 現(xiàn)摩擦自振或保證微量進給靈敏度的條件來確定。 6.1 根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度 傳動系統(tǒng)中的當量剛度 K 或當扭轉(zhuǎn)剛度 C 主要由最后傳動件的剛度 K0或 C0決定的，在估算時，取 K=K0， C=C0 對滾珠絲杠傳動 ,其變形主要包括： 絲杠拉壓變形 扭轉(zhuǎn)變形 絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。 軸承和軸承座的變形。 在工程設計和近似計算時，一般將絲杠的拉壓變形剛度的 三分之一作為滾珠絲杠副的傳動剛度 K0，根據(jù)支承形式可得： 3/ 3 * 1 0 ( / )oK E F L K g f m m 式（ 6.1） 式中： E=2.06 10 -4(Kgf/ mm 2) F=754.8mm 2 L=Ls 250 mm 則根據(jù)式（ 6.1）得： K0=203.2N/mm 傳動系統(tǒng)剛度較大，可以滿足要求。 6.2 根據(jù)微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度 此時傳動系統(tǒng)的剛度應滿足： K F0/ 式（ 6.2） 式中： K 傳動系統(tǒng)當量剛度 F0 部件運動時的靜摩擦力 N 正壓力 ,N=W/g=230kgf F 靜摩擦系數(shù)，取 0.003-0.004 部件調(diào)整時，所需的最小進給量 則： F0=230 0.004=0.92KGF 畢業(yè)設計 6 傳動系統(tǒng)剛度的討論 16 A=0.5 p=0.5 m/STEP 即滿足微量進給要求的傳動系統(tǒng)剛度為 : K F0/ 0.92/0.5 1.84Kgf/mm 結合上述傳動系統(tǒng)剛度的討論可知滿足微量進給靈敏度所需要的剛度較小，可以達到精度要求。 畢業(yè)設計 7 消隙方法與預緊 17 7 消隙方法與預緊 7.1 消隙方法 數(shù)控機床的機械進給裝置中常采用齒輪傳動副來達到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達到理想齒面的要求，因此一對嚙合的齒輪，總應有一定的齒側間隙才能正常地工作。 齒側間隙會造成進給系統(tǒng)的反向動作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。 對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側間隙也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用各種消除側隙的措施，以盡量減小齒輪側隙。數(shù)控機床上常用的調(diào)整齒側間隙的方法針對不同類型的齒輪傳 動副有不同的方法。 7.1.1偏心軸套調(diào)整法 如圖 7.1，齒輪裝在電動機軸上，調(diào)整偏心軸套可以改變齒輪和之間的中心距，從而消除齒側間隙。 圖 7.1 偏心軸套調(diào)整法 1-齒輪 2-偏心套 3-齒輪 畢業(yè)設計 7 消隙方法與預緊 18 7.1.2錐度齒輪調(diào)整法 如圖 7.2 所示將一對齒輪和的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時改變墊片的厚度就能改變齒輪和的軸向相對位置，從而消除齒側間隙。 圖 7.2 錐度齒輪調(diào)整法 7.1.3雙片齒輪錯齒調(diào)整法 圖 7.3 是另一種雙片齒輪周向彈簧錯齒消隙結構，兩片薄齒輪 1 和 2 套裝一起，每片齒輪各開有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱 3，用來安裝彈簧4。裝配時使彈簧 4 具有足夠的拉力，使兩個薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側間隙。 對比三種方案： 第一種需要經(jīng)常的調(diào)整，對于本身就以提高效率為目標的數(shù)控機床而言肯定不合適。 第二種是很不錯的方案，但在切割機上并不實 用。 第三種方案相比較而言在數(shù)控切割機上適用，而且不需要人為經(jīng)常調(diào)整，很適合數(shù)控機床的需要。 本設計方案選用第三種方法 。 畢業(yè)設計 7 消隙方法與預緊 19 圖 7.3 雙片齒輪錯齒調(diào)整法 7.2 預緊 滾珠絲杠副在工作臺上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設計選用兩端支承形式中的“雙支點各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈而預緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機器工作時軸承的振動。預緊量由廠家提供。 畢業(yè)設計 8 數(shù)控系統(tǒng)設計 20 單片機 I/O 口 擴展 驅(qū)動器 光電隔離 功 率 放 大 X軸電機 縱向絲 杠 存儲器擴展 驅(qū)動器 Y軸電機 橫向絲 杠 Z 軸電機 Z 向絲杠 8 數(shù)控系統(tǒng)設計 8.1 確定機床控制系統(tǒng)方案 根據(jù)機械系統(tǒng)方案的要求，可以看出：對機械部分的控制只有進給系統(tǒng)的步進電機的控制和工作臺回轉(zhuǎn)的步進電機控制?？刂葡到y(tǒng)有微機的、有 PLC 的、也有單片機的，這里采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟型的單片機控制系統(tǒng)。另外，居然要控制，就得有輸入和輸出設備才能對相應的運動進行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖 8.1 所示： 圖 8.1 控制系統(tǒng)框圖 8.2 主要芯片配置 8.2.1主要芯片選擇 由于 89C51 芯片在性價比上比 同類單片機高，加上 8031、 8051 市場上已經(jīng)停產(chǎn)，所以選擇 89C51 作為主芯片。 8.2.2 主要管腳功能 89C51 是 40 腳雙列直插式芯片。主要管腳功能 : 控制線 EA 片外存儲器選擇端，雖然 89C51 內(nèi)有 4K 的 FLASH