1、專業(yè)綜合設(shè)計11目：通用二維運動平臺設(shè)計序號名稱份數(shù)備注1設(shè)計任務(wù)書1份2機(jī)械裝配圖Al1張3硬件電路圖A21張4設(shè)計說明書1份26頁10128學(xué)校代碼:學(xué)號:力孝多火摹課程設(shè)計說明書題目：通用二維運動平臺設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)院：機(jī)械學(xué)院班級：機(jī)電內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書課程名稱：學(xué)院：班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師:一、題目通用兩維運動平臺設(shè)計二、目的與意義專業(yè)綜合設(shè)計2課程設(shè)計是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)實踐性非常強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是機(jī)械類高年級學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課等知識體系，將機(jī)械、驅(qū)動、傳感及計算機(jī)控制有機(jī)地集成融合在一起，獨立設(shè)計一種具有特定功能的機(jī)電裝備。

2、通過本次課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)機(jī)電裝備設(shè)計課程的知識，對典型機(jī)電裝備的工作原理、組成要素及核心技術(shù)問題的分析能力：培養(yǎng)學(xué)生用機(jī)電裝備設(shè)計的知識及相關(guān)知識體系，掌握如何將機(jī)械和電氣驅(qū)動、檢測技術(shù)和計算機(jī)控制融合在一起，如何構(gòu)成一種性能優(yōu)良、工作可靠及結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)電裝備的一般設(shè)計方法和規(guī)律，提高設(shè)計能力：通過設(shè)計實踐，熟悉設(shè)計過程，學(xué)會正確使用資料、正確使用圖書特別是電子圖書資源、網(wǎng)絡(luò)資源，查閱技術(shù)文獻(xiàn)、設(shè)計計算、分析設(shè)計結(jié)果及繪制機(jī)械、電氣圖樣，在機(jī)電一體化技術(shù)的運用上得到訓(xùn)練；通過課程設(shè)計的全過程，為學(xué)生提供一個較為充分的設(shè)計空間，使其在鞏同所學(xué)知識的同時，強(qiáng)化創(chuàng)新意識，在設(shè)計實踐中深刻領(lǐng)

3、會機(jī)電裝備設(shè)計的內(nèi)涵。三、要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求、圖紙量、工作量要求等）技術(shù)參數(shù)1、運動平臺面尺寸：400X320；2、平臺移動行程：XXY=250X200：3、夾具和工件總重：800N：4、最高運行速度：步進(jìn)電機(jī)運行方式：空載：1.2m/min;切削：0.6ni/min；交流伺服電機(jī)運行方式：空載：15m/min;切削:6m/min：5、系統(tǒng)分辨率：開環(huán)模式O.Olmm/step：半閉環(huán)模式0.005mm/step：6、系統(tǒng)定位精度：開環(huán)模式±0.10mm：半閉環(huán)模式±0.01mm：7、切削負(fù)載：X向500N；Y向600N：Z向700N設(shè)計要求1、實現(xiàn)X-

4、Y兩坐標(biāo)聯(lián)動：2、用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)作驅(qū)動元件：3、設(shè)置工作臺的越位報警和緊急事故的急停開關(guān)，并響應(yīng)中斷：4、任意平面曲線的加工，具有自動換象限的功能；5、平臺具有快速驅(qū)動功能：6、平臺具有斷電手動調(diào)整功能。圖紙量和工作量要求1、機(jī)械總裝配圖在CAXA環(huán)境下繪制二維運動平臺的結(jié)構(gòu)圖，并進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，最后用A1號圖紙打印輸出。2、硬件電路圖控制芯片可采用8031、80c31或基于PLC的運動控制技術(shù)，在Protel99環(huán)境下，進(jìn)行控制電路圖的設(shè)計，電路圖幅為A2A1為宜。3、設(shè)計說明書要嚴(yán)格按照內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）說明書書寫規(guī)范認(rèn)真撰寫，說明書不少于6000字。四、工作內(nèi)容、進(jìn)度

5、安排1、總體設(shè)計分析、確定方案、設(shè)計計算周2、機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配圖繪制周3、硬件電路設(shè)計周4、撰寫說明書5天5、答辯2天五、主要參考文獻(xiàn)1林述溫等.機(jī)電裝備設(shè)計M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.2機(jī)床設(shè)計手冊組.機(jī)床設(shè)計手冊（三分冊）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.3王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計M.北京：兵器工業(yè)出版社，1999.4尹志強(qiáng)等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200975滾珠絲杠、線性滑軌0L.漢意精工.滾珠絲杠、線性滑軌0L.天津海特傳動機(jī)械有限公司.步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器0L.北京斯達(dá)微步控制技術(shù)有限公司.步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、交流伺服電機(jī)及系統(tǒng)0

6、L.步進(jìn)機(jī)電有限公司.伺服電機(jī)相關(guān)技術(shù)、直線運動產(chǎn)品、光電傳感器0L.深圳市湘聚事業(yè)有限公司，RORZE高精度步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器OL.北京偉恒升級團(tuán).步進(jìn)聯(lián)軸器，編碼器聯(lián)軸器，微型電機(jī)聯(lián)軸器0L.廣州菱科自動化設(shè)備有限公司：日本富士、美國Copley等交流伺服電機(jī)0L.重慶鈞智自動化儀器控制有限公司山東博特精工股份有限公司：臺達(dá)交流伺服電機(jī)等.OL.臺灣電子工業(yè)股份有限公司審核意見系（教研室）主任（簽字）指導(dǎo)教師下達(dá)時間2012年12月24日指導(dǎo)教師簽字：X-Y數(shù)控工作臺是許多機(jī)電一體化設(shè)備的大體部件，如數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、縱橫向進(jìn)給、立體倉庫中堆垛機(jī)的平面移動系統(tǒng)、平面畫圖儀的畫圖系統(tǒng)等,盡管

7、結(jié)構(gòu)和功能各不相同，但大體原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個有機(jī)整體。本文通過對X-Y工作臺即能沿著X向、Y向移動的工作臺的機(jī)械系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計，論述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計對專業(yè)教學(xué)的意義及技術(shù)關(guān)鍵。本次課程設(shè)計，要緊設(shè)計和研究X-Y工作臺及其電氣原理圖。確信X-Y工作臺的傳動系統(tǒng)，而且選擇了螺旋傳動，驗算了螺旋傳動的剛度、穩(wěn)固性及壽命等參數(shù)；并設(shè)計了導(dǎo)軌，據(jù)其用途和利用要求，選擇了直線轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌副，確信了其類型、轉(zhuǎn)動力矩、轉(zhuǎn)動慣量。操縱系統(tǒng)包括了系統(tǒng)電源配置、CPU電路、RAM、ROM擴(kuò)展，鍵盤與顯示、I/O通道接口、通信接口等。咱們利用了8031主控

8、器、6264片外數(shù)據(jù)存儲器、2764片外程序存儲器、74LS373地址鎖存器、74LS138片選地址譯碼器及815五、8255可編程I/O擴(kuò)展等MCS-51單片機(jī)設(shè)計其硬件電路圖。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠螺母副；直線轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌副；步進(jìn)電機(jī)；工作臺；MCS-51單片機(jī)目錄第一章二維運動平臺整體設(shè)計方案3系統(tǒng)運動方式的確信與驅(qū)動系統(tǒng)的選擇6機(jī)械傳動方式6運算機(jī)系統(tǒng)選擇6整體方案的確信7第二章二維運動平臺進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械部份設(shè)計計算8要求6技術(shù)參數(shù)8設(shè)計要求8滾珠絲杠螺母副的計算與選型9X向進(jìn)給絲杠9Y向進(jìn)給絲杠13轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌的計算與選擇15轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌副的額定壽命152.4步進(jìn)電機(jī)的計算與選擇122. 4.1步進(jìn)

9、電動機(jī)減速箱的選用12轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)矩的計算17聯(lián)軸器的選擇17聯(lián)軸器的選擇17聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩17確信聯(lián)軸器的型號17第三章微機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計18運算機(jī)系統(tǒng)23單片微機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計內(nèi)容23繪制電氣操縱系統(tǒng)框圖23選擇CPU的類型24存儲器擴(kuò)展電路的設(shè)計24I/O接口電路設(shè)計20各類芯片簡介258031芯片簡介2574LS373芯片簡介2574LS138芯片簡介218279芯片簡介218255芯片簡介22存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計22程序存儲器ROM的擴(kuò)展27數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴(kuò)展28譯碼電路的設(shè)計28I/O接口電路的設(shè)計288255可編程接口芯片298031的時鐘電路29復(fù)位電路29越界報警電路29

10、操縱系統(tǒng)的功能30操縱系統(tǒng)的工作原理30參考文獻(xiàn)26第一章二維運動平臺整體設(shè)計方案系統(tǒng)運動方式的確信與驅(qū)動系統(tǒng)的選擇為了知足二維運動平臺實現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動，任意平面曲面的加工，自動換象限,越位報警和急停等功能，應(yīng)選擇持續(xù)操縱系統(tǒng)?？紤]到工作價的加工范圍，只對毛坯料進(jìn)行初加工，不考慮誤差補償，故采納開環(huán)操縱系統(tǒng)，由于任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量0.01mm,定位精度也為0.01mm,空載最快移動速度也只有1200mm/min,因此，本設(shè)計沒必要采納高級次的伺服電動機(jī)，如交流伺服電動機(jī)或直流伺服電動機(jī)等，能夠選用性能好一些的步進(jìn)電動機(jī)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，以降低本錢，提高性價比。機(jī)械傳動方式為了實現(xiàn)設(shè)計要求的分辨率，

11、采納步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動絲杠。為了保證必然的傳動精度和傳動平穩(wěn)性，盡可能減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和排除傳動間隙，采納有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。運算機(jī)系統(tǒng)選擇依照設(shè)計要求，采納8位微機(jī)。由于MCS51系列單片機(jī)具有集成度高、靠得住性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價錢比等特點，決定采納MCS51系列的803一、80C3一、815五、8255等I/O擴(kuò)展，基于DSP的運動操縱芯片及微處置器技術(shù)。操縱系統(tǒng)由微機(jī)部份、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路。系統(tǒng)的加工程序和操縱命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采納數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。整體方案的確信圖11XY數(shù)控

12、工作臺整體方案設(shè)計第二章二維運動平臺進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械部份設(shè)計計算要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求、圖紙量、工作量要求等）2.1.1 技術(shù)參數(shù)一、運動平臺面尺寸：400X320：二、平臺移動行程：XXY=250X200；3、夾具和工件總重：800N；4、最高運行速度：步進(jìn)電機(jī)運行方式：空載：切削：0.6m/min；交流伺服電機(jī)運行方式：空載：切削：6m./min；五、系統(tǒng)分辨率：開環(huán)模式0.Olmm/step：半閉環(huán)模式0.005mm/step；六、系統(tǒng)定位精度：開環(huán)模式±0.10mm；半閉環(huán)模式±0.01mm；7、切削負(fù)載：X向5OON；Y向600N；Z向700N2.

13、1.2 設(shè)計要求一、實現(xiàn)X-Y兩坐標(biāo)聯(lián)動；二、用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)作驅(qū)動元件；3、設(shè)置工作臺的越位報警和緊急事故的急停開關(guān)，并響應(yīng)中斷；4、任意平面曲線的加工，具有自動換象限的功能；五、平臺具有快速驅(qū)動功能；六、平臺具有斷電手動調(diào)整功能。滾珠絲杠螺母副的計算與選型2.2.1X向進(jìn)給絲杠一、計算進(jìn)給牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力要緊包括切削時的走刀抗力和移動件的重量和切削分力在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型式有關(guān)，由于在設(shè)計中采納的是加有導(dǎo)軌塊的轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌，因此選擇的計算公式為選矩形導(dǎo)軌的計算公式。計算公式為：ElKFS+Fz+G)式中Fx、F、匕、-切削分力(N)；500N,

14、600N,700N.G-移動部件上的重量(X)；G=800N/-導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同；/=K-考慮顛覆力矩阻礙系數(shù)：K二Fm=KFX+/(Fv+E+G)=1.1x5004-0.15x(700+600+800)=865/V二、計算最大動載荷外選用滾珠絲杠副的直徑時，必需保證在必然軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)(io,轉(zhuǎn))后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。那個軸向負(fù)教的最大值即稱為該滾珠絲杠能經(jīng)受的最大動負(fù)載弓，用下式計算選擇：Fq=f,J$l：3_60xxT=106100Qn=心。式中-壽命，以io,轉(zhuǎn)為一單位fn硬度系數(shù)，取/=14-一為運轉(zhuǎn)系數(shù)；有一樣運轉(zhuǎn)時八二取n絲杠轉(zhuǎn)速

15、，(r/min),用下式計算v,一-為最大切削力條件下的進(jìn)給速度(帆/min),Ph絲杠導(dǎo)程,(min)；T-為利用壽命，俏)，關(guān)于數(shù)控機(jī)床取了=15000萬；初選導(dǎo)程8=5?，由任務(wù)書可知最大切削力下的速度y=。.6min,那么匕=0.6"min，代入公式可計算得10001000x0.6= 1207 minaF5= 10860x/?xr_60x120x150001010"Fq=fwfHFm=3際乂1.3x1x865=5335V3、滾珠絲杠螺母副的選型應(yīng)使其額定動教荷QN幾，選取濟(jì)宇博特周密絲杠制造生產(chǎn)的G系列2504-4滾珠絲杠副。表3-31G系列滾珠絲杠副尺寸參數(shù)規(guī)格代

16、號公稱直徑導(dǎo)程滾珠直徑絲杠底徑杠外徑循環(huán)列數(shù)螺母安裝尺寸油杯額定載荷/N剛度Kc2504-4d°Ph匿GD5LBh必弧MC.0G25444066534411610M67674204232874、傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率力爾(+9)式中/一一絲杠螺旋升角；(P-一摩擦角，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)7=0.0030.004,其摩擦角約等于10。將公稱直徑4=25mm,導(dǎo)程為弓=4mm,代入Z=a，ctan/(/a7o)，& =0.0014得絲杠螺旋升角義=2.92,將摩擦角夕二10,代入=火(4+。)得傳動效率z/=94.5%o五、剛度計算X向進(jìn)給絲杠先畫出此進(jìn)給滾珠絲杠

17、支承方式草圖，如下圖.最大牽引力為865N,由螺母裝配總長度為44mm，絲杠螺紋長度取328mm，估量長度為480mm，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊,預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3.滾珠絲杠副的軸向變行會阻礙進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引發(fā)軸向變形的因素：_FmxaExS式中一絲杠的最大工作載荷，單位為N；。一一絲杠兩頭支撐間的距離，單位為mm；E-一絲杠材料的彈性模量，鋼的EnZlxOMP4S-一絲杠按底徑4確信的截面積，單位為?/；M-轉(zhuǎn)矩，單位為N.；I-絲杠按底徑出確信的截面慣性矩（/=血:/64）,單位為將數(shù)據(jù)S=;r（4/2）2=3.14x（22.1/2）2=383”

18、，0=328/所帶入式中，計算得偽=0.0052加。（2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量務(wù)有預(yù)緊時5. =0.0013(DwFYJZi/0式中Dw滾珠直徑，單位為：Zz-一滾珠總數(shù)量，Ze=Zx圈數(shù)x列數(shù)；Z-單圈滾珠數(shù)，Z=（m/o/R）3Fyj-一預(yù)緊力，單位為果當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)軸向工作載荷的1/3時，石值可減少一半左右。將公稱直徑“（）=25mm,滾珠直徑Dw=2.38hnm，代入Z=（叫-3,得單圈滾珠數(shù)30,代入Ze=Zx圈數(shù)x列數(shù)，得滾珠數(shù)總量120,預(yù)緊力%二，絲杠的最大工作載荷E865N,代入為 =0.0013T 聞 DwFyjZj/l。計算得(3)J,=J1+J

19、2,計算得5忌=5.9/zm4級精度滾珠絲杠有效行程250mm在W315nlm時，行程誤差許諾達(dá)到16/zm,因此X向絲杠剛度足夠。2.2.2Y向進(jìn)給絲杠一、計算進(jìn)給牽引計算公式為：%=K%+(工+%+G)式中&、&、切削分力(N)：500N,600N,700N.G-移動部件上的重量(X)；G=800N/-導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同；二K-考慮顛覆力矩阻礙系數(shù)：K二Fm=KFy+jL/(Fx+F:+G)=Ax600+0.15x(500+700+800)=96(W二、計算最大動載荷選用滾珠絲杠副的直徑4)時，必需保證在必然軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)(io,轉(zhuǎn))后

20、，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。那個軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能經(jīng)受的最大動負(fù)載弓，用下式計算選擇：_60x/IxT=1061000n=%式中4-壽命，以1()6轉(zhuǎn)為一單位fH硬度系數(shù)，取/=14一一為運轉(zhuǎn)系數(shù)；有一樣運轉(zhuǎn)時fw=取n絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）,用下式計算v,一-為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（帆/min）,Ph絲杠導(dǎo)程,（min）；T-為利用壽命，俏），關(guān)于數(shù)控機(jī)床取了=15000萬；初選導(dǎo)程8=5?，由任務(wù)書可知最大切削力下的速度y=。.6min,那么匕=0.6"min，代入公式可計算得100®1000x0.6F 5= 120/min.60x72x760

21、x120x15000=7=7=108f106106Fq=病危力同=Vixl.3xlx96°=594323N3、滾珠絲杠螺母副的選型應(yīng)使其額定動教荷選取濟(jì)宇博特周密絲杠制造生產(chǎn)的G系列2504-4滾珠絲杠副。（同X方向選型）4、傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率小吆（2十。）式中/一一絲杠螺旋升角；（P-一摩擦角，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)/=0.0030.004,其摩擦角約等于10。計算結(jié)果同X方向一致，"=94.5%。五、剛度的驗算計算進(jìn)程同X方向一致，石=0.005h/w,J2=0.00157?/?/,4=衣+&=5.84級精度滾珠絲杠有效行程250mm在W315

22、mm時，行程誤差許諾達(dá)到16,因此Y向絲杠剛度足夠。六、壓桿穩(wěn)固性校核一立也NF八一Ker"單推-單推方式，故4=1,/=匹=117035&?”萬64L1x3.142x2.1x105x1170358Fk=E=436856NF"故絲杠可不能失穩(wěn)轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌的計算與選擇目前，轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用超級普遍，因為其摩擦系數(shù)/二0.00250.005；動、靜摩擦系數(shù)很接近，幾乎不受運動速度的轉(zhuǎn)變的阻礙，運動輕便、靈活，所需驅(qū)動功率小，摩擦發(fā)燒小，磨損小，精度維持性好；低度運動時不易顯現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因此定位精度向，因此選用轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌。2.3.1轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌副的額定壽命一、滑塊經(jīng)受工作載

23、荷4.的計算及導(dǎo)軌型號的選取工作載荷是阻礙直線轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌副利用壽命的重要因素。本例中的x-Y工作臺為水平布置，采納雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]在最不利的情形，即垂直于臺面的工作載荷全數(shù)由一個滑塊承擔(dān)，那么單滑塊所受的最大垂直方向載荷為:其中，移動部件重量G=800N,外加載荷巳=700N,代入式中，得最大工作載荷41ax=0.9儂。依照工作載荷工.=0.9KV,初選直線轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌副的型號為海特SBG15FLo直線導(dǎo)軌副參數(shù)型號安裝尺寸滑塊尺寸高度HEW2皴W長度L安裝孔尺寸LtKT注油*BXJMS安3孔T.NSBG15FL242.65164758.838X30M5M438.821.357.23.

24、545導(dǎo)費尺寸負(fù)載能力重量9號寬度W1械H1孔喉F桂孔dxDxhG導(dǎo)軌量大長度Laux動緘c（kgf）靜負(fù)責(zé)眥扭矩附皿滑塊（嫡軌道(kgf/m)MyMq15156045x7.5x53203.00085013707550.18145SBG15FL任務(wù)書規(guī)定工作臺面尺寸為400X320,加工范圍為250X200,考慮工作行程應(yīng)留有必然余量，應(yīng)選取導(dǎo)軌長度為700mm。二、距離額定壽命L的計算轉(zhuǎn)動體為球時，其計算公式如下：-工3-50fw心X式中L-距離額定壽命，單位為；Ca-額定動載荷，Cq=833kN,產(chǎn)-滑塊上的工作載荷,單位為&N；fr溫度系數(shù),fT=1.00；人-接觸系數(shù),導(dǎo)軌上的

25、滑塊數(shù)為2查相關(guān)資料£.=0.81；fw載荷系數(shù),fw=1.5一-硬度系數(shù)，滾道硬度不得低于HRC58故通常取f=1fK-一精度系數(shù)，精度品級4級，fK=代入公式計算得：L=/JjfrfcJ_R_*C“3X5077%f1x1x0.81x0.98.33八=xx50I1.50.9）=4550.8km遠(yuǎn)大于期望值50km,故距離額定壽命知足要求。步進(jìn)電機(jī)的計算與選擇選用步進(jìn)電機(jī)時，必需第一依照機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)草圖運算機(jī)械傳動裝置及負(fù)教折算到電機(jī)軸上的等效慣量，別離計算各類共況條件下所需的等效勞矩，再依照步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩選擇適合的步進(jìn)電機(jī)。2.4.1步進(jìn)電動機(jī)減速箱的選用已知工作價的脈沖當(dāng)量3=

26、0.0inmlstep,滾珠絲杠的導(dǎo)程勺=4mm,初選步進(jìn)電動機(jī)的步距角a=09算得減速比：i=aPj36Gs=0.9°x4/360x0.01=1故本設(shè)計并非需要減速箱。2.4.2轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)矩的計算（1）計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣4,各個零部件轉(zhuǎn)動慣量如下：已知：滾珠絲杠的公稱直徑4=25加/九，導(dǎo)程片=4?，材料密度夕=7.85x10-'g/C,移動部件總重量g=800N滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量3圖'耳嗡"""病nij=pxv=7.85x1O-3xxx63.6=2.45Zcg工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量,，2.45x2.52l2Js

27、=1.9r初選步進(jìn)電動機(jī)型號為90BYG2502,為兩相混合式，二相八拍驅(qū)動時步距角09,查得該型號電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量4"+4.+/、=4+0.32+1.91=6.2弘計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩幾分快速空載起動和經(jīng)受最大工作負(fù)載兩種情形進(jìn)行計算1）快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所經(jīng)受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩幾1rY/1包括三部份：一部份是快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩4m：一部份是移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩4；還有<41IU1AJ一部份是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩7。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，T。相關(guān)于7；max和4很小，能夠忽略

28、不計。那么有TeqX=Tan+Tf考慮傳動鏈的總效率，計算快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速度轉(zhuǎn)矩：2叫/r1x-6虱式中式中nm-一對應(yīng)空載最快移動速度的步進(jìn)電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min、-一步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至%轉(zhuǎn)速所需要的時刻，單位為s。vmax-一空載最快移動速度，任務(wù)書指定為1200/mina一步進(jìn)電動機(jī)步距角，預(yù)選電動機(jī)為09S脈沖當(dāng)量，任務(wù)書指定為0.01mm/step將以上各值代入式中，算得“Z=3007min步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至陽轉(zhuǎn)速所需要的時刻L=0.5s,傳動鏈總效率/=0.7,那么7 max=0.06N.m2乃x6.23xl()7x30060x0.5

29、x0.7移動部件運動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為_/Fz+G)Ph-2而式中-一導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌取£-垂直方向的切削力，空載時取0-傳動鏈總效率，取則t0.005x(0+800)x4xl0-3Tf=0.004V./2x3.14x0.7x1因此，求得快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所經(jīng)受的負(fù)教轉(zhuǎn)矩Ti/=T/n)ax+T,=0.06+0.004=0.06圳2)最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所經(jīng)受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(加包括三部份：一部份是折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩(；一部份是移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩7;；還有一部份是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩7

30、0,7；相關(guān)于T和7;很小，能夠忽略不計。那么有T"=1+Tf折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩7；本例中在對滾珠絲杠進(jìn)行計算的時候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給我荷以=500N,那么有,FR500x0.004一刀=0A5N.ni2加于2/rx0.7x1計算垂直方向經(jīng)受最大工作負(fù)教情形下，移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩7;27r巾=仁+G)勺=0.005x(700+800)x0.0。4=Q。吩2x0.7x1因此，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所經(jīng)受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tcqln=0.45+0.007=0.457Ajw通過上述計算后，取得加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)

31、為：Q=max忙“?。?Q457N."?（3）步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定依照均來選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮平安系數(shù)。本例中，平安系數(shù)取K=4,那么步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)知足：4=4x0.457=1.82/上述初選的步進(jìn)電動機(jī)型號為90BYG2502,該型號最大靜轉(zhuǎn)矩=6N.?,知足要求。（4）步進(jìn)電動機(jī)的性能校核1）最快工進(jìn)速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定的最快工進(jìn)移動速度匕皿/=600?/min電動機(jī)對應(yīng)的運行頻率為九切=黑=1°。強(qiáng)60J60x0.01查表4-7知，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=5.6Nj“遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，知足要求。2）最快空載

32、移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定的工作臺最快空載移動速度匕1ax=1200?/min電動機(jī)對應(yīng)的運行頻率（axI-120060660x0.01=2000%查表4-7知，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩7；穌=5N.7遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于刀切=0.064Vj，知足要求。3）最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核與最快空教移動速度匕1ax=1200?/min對應(yīng)的電動機(jī)運行頻率為2000Hz查表4-5知90BYG2502的電動機(jī)的空載運行頻率可達(dá)20000Hz,可見沒有超出上限。4）起動頻率的計算Jeq=，電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量Jm=r1800 “+6.23/4電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時的空載起動頻率4=180（Hz=1126

33、Hz要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率到必需小于1126Hzo綜上，步進(jìn)電動機(jī)90BYG2502知足設(shè)計要求。表4-5永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)型號相數(shù)步距角/（。）電壓/V電流/A最大靜轉(zhuǎn)矩/（2V.m）空載起動頻率1Hz空載運行頻率/Hz轉(zhuǎn)動慣量/（kg.cm290BYG25022/4100461800200004聯(lián)軸器的選擇2.5.1聯(lián)軸器的選擇型就A.LL1最大孔便dmax檬承孔理（H8）d1Xd2MModelNo.d1d2SRJYOC40662522896、10、11、121415、16、1819、20M52. 5.2聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T可用下式計算：

34、PT=9550-n實際計算時，應(yīng)將公稱轉(zhuǎn)矩T乘以工作情形系數(shù)K人，取得計算轉(zhuǎn)矩乙="。3. 5.3確信聯(lián)軸器的型號依照計算轉(zhuǎn)矩幾及所選的聯(lián)軸器類型，假設(shè)乙那么聯(lián)軸器能夠確信。第三章微機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計運算機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)由CPU,存儲器擴(kuò)展電路，I/O接口電路，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電路等幾部份組成。微機(jī)是系統(tǒng)的核心，其他裝置都是在微機(jī)的指揮進(jìn)行工作的。系統(tǒng)要求要緊對微機(jī)的字長和速度。字長不僅阻礙系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且阻礙加工的精度和運算精度。字長較長的運算機(jī)，價錢顯著上升，而字長較短的運算機(jī)，要進(jìn)行雙字長和三字長的運算，就會阻礙速度，依照機(jī)床要求，綜合考慮采納8位微機(jī)。由于MCS-51系列單

35、片機(jī)具有集成度高，靠得住性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性價比特點，決定采納MCS-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。操縱系統(tǒng)由微機(jī)部份，鍵盤、I/O接口，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等幾部份組成。系統(tǒng)的加工程序和操縱命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。單片微機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計內(nèi)容4. 2.1繪制電氣操縱系統(tǒng)框數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部份組成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效的運行。RAMROMCPUI/O 接口驅(qū)動器外設(shè)鍵盤及其它步進(jìn)電動機(jī)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖機(jī)床硬件電路圖由以下幾部份組成：1 .主操縱器,即CPU2 .總線，包括數(shù)據(jù)，地址，操縱總線3 .存儲器ROM,RAM4 .接口，即

36、I/O接口電路5 .外設(shè)，如鍵盤等3. 2.2選擇CPU的類型考慮到系統(tǒng)應(yīng)用處合、操縱對象對各類參數(shù)的要求，及經(jīng)濟(jì)價錢比等經(jīng)濟(jì)性的要求。因此，在經(jīng)濟(jì)數(shù)控機(jī)床中，推薦利用MCS51系列單片機(jī)作主操縱器。4. 2.3存儲器擴(kuò)展電路的設(shè)計存儲器擴(kuò)展電路應(yīng)該包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲器芯片時.，要考慮CPU與EPROM時序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲器的容量問題。在存儲器擴(kuò)展電路的設(shè)評中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計。5. 2.4I/O接口電路設(shè)計這次設(shè)計內(nèi)容包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)操縱電路，鍵盤電路和其他輔助電路的設(shè)計（例如復(fù)位電路，越界報警電路等）各類

37、芯片簡介8031芯片簡介Vss：接地VCC：+5伏電壓XTAL1：內(nèi)部振蕩電路反向放大器輸入端XTAL2：內(nèi)部振蕩電路反向放大器輸出端RST/VPD：復(fù)位/備用電源ALE/PROG：鎖存/接收編程脈沖PSEN：外部程序存儲器讀選通信號輸出端EA八FP：EA為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲起選擇端，關(guān)于8031始終維持低電平；VPP為在EPROM編程期間加21伏編程電壓：在訪問外存時，分時傳送低8位地址和數(shù)據(jù)總線：8位準(zhǔn)雙向I/O口，每一名都可作為可編程的輸入或輸出線：8位準(zhǔn)雙向I/O口，訪問外存時輸出高8位地址：8位準(zhǔn)雙向I/O口及第二功能口74LS373芯片簡介D0D7：數(shù)據(jù)輸入端Q0-Q7：

38、數(shù)據(jù)輸出端LE：鎖存信號輸入端0E鎖存信號輸出端74LS138芯片簡介8279芯片簡介<1>DBO"DB7：雙向。在CPU與8279間做數(shù)據(jù)與命令傳送。< 2>CLK：8279的,lOOKHz為最正確選擇。< 3>RESET：復(fù)位輸入線。輸入HI時可復(fù)位8279。< 4>CS：芯片選擇信號線。當(dāng)那個輸入引腳為低電平常，可將命令寫入8279或讀取8279的數(shù)據(jù)。< 5>A0：緩沖器地址選擇線。A0=0時，讀寫一樣數(shù)據(jù)；A0=l時，讀取位或?qū)懭朊睢?lt; 6>RD：讀取操縱線。RD=0時，8279輸送數(shù)據(jù)到。<

39、7>WR：寫入操縱線。WR=0時，8279從接收數(shù)據(jù)。< 8>IRQ：o平常IRQ為L0,在鍵盤模式下，每次讀取FIFO/SENSORRAM的數(shù)據(jù)時，IRQ變成HI,讀取后轉(zhuǎn)為L0；在傳感器模式下，只要傳感器一有轉(zhuǎn)變,就會使IRQ變成HI,讀取后轉(zhuǎn)為L0。< 9>SL0"SL3：掃描按鍵開關(guān)或傳感器及顯示器，能夠是編碼模式（16對1）或解碼模式（4對1）。< 10>RL0"RL7：鍵盤/傳感器的返回線。無按鍵被按時，返回線為HI：有按鍵被按時，該按鍵的返回線為L0。在激發(fā)輸入模式時，為8位的數(shù)據(jù)輸入。< 11>SHIFT

40、：在鍵盤掃描模式時，的輸入狀態(tài)會與其它按鍵的狀態(tài)一同貯存（在BIT6）,內(nèi)部有上拉電阻，未按時為HI,按時為L0。<12>CNT以STB：在鍵盤掃描模式時，的輸入狀態(tài)會與SHIFT和其它按鍵的狀態(tài)同一貯存，內(nèi)部有上拉電阻，未按時為HI,按時為L0。在激發(fā)輸入模式時,作為返回線8位數(shù)據(jù)的使能。<13>0UTA0"0UTA3：動態(tài)掃描顯示的輸出口（高4位）。<14>0UTB0"0UTB3：動態(tài)掃描顯示的輸出口（低4位）。8255芯片簡介RESET：山CPU提供復(fù)位信號CS：片選信號RD：為主機(jī)發(fā)來的讀數(shù)脈沖輸入端WR：為主機(jī)發(fā)來的讀數(shù)脈沖輸入

41、端A、A0：端口選擇信號存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計MCS-51系列單片機(jī)的特點之一是硬件設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，對簡單的應(yīng)用處合MCS-51系列的最小系統(tǒng)用一片8031外擴(kuò)一片EPROM就能夠知足功能的要求。關(guān)于復(fù)雜的應(yīng)用處合，可利用MCS-51的擴(kuò)展功能，組成功能強(qiáng)，規(guī)模大的系統(tǒng)。3) 4.1程序存儲器ROM的擴(kuò)展MCS-51的程序存儲器的尋址空間為64KB。8031不帶ROM,用作程序存儲器的器件是EPROMo(1)、16位地址總線的擴(kuò)展由于P0口分時傳送低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)，因此接入74LS373鎖存器，8031的ALE接373的LE,373的0C接地，使373常輸出。74LS373的輸出口Q與P2

42、口一路擴(kuò)展出12位地址總線AB。(2)、地址線的連接依照設(shè)計要求，需要擴(kuò)展一片2732。一片2732的地址線別離與地址總線AB相連。(3)、數(shù)據(jù)線的連接兩片存儲器的8位數(shù)據(jù)線別離與數(shù)據(jù)總線DB按位依次相連。4) ).操縱線的連接8031PSEN與EPROM的0E相連；8031的EA接地；2732的CE與138Yo相連。3.4.2數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴(kuò)展由于8031芯片內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)不能知足系統(tǒng)的需要，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器RAM,選擇6116芯片即可知足設(shè)計要求。6116的連接和2732大致相同，唯操縱信號線的連接不同；6116的0E,WE與8031的RD,WR相連，CS與138的

43、Y1相連。3.4.3譯碼電路的設(shè)計8031單片機(jī)許諾擴(kuò)展64KROM和64KRAM(包括I/O借口芯片)(1)xMCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)那么第一：ROM與RAM獨立編址ROM地址和RAM地址能夠重疊利用，都從0000HFFFFH。地址的重復(fù)靠片選信號和操縱信號區(qū)分。第二：外圍I/O與RAM、ROM的統(tǒng)一編址外圍I/O不僅占用RAM的單元，而且利用RAM的讀/寫指令，本次課程設(shè)計采納統(tǒng)一編址。(2)、地址譯碼法經(jīng)常使用地址的譯碼方式有線選法和全地址譯碼，在那個地址選擇全地址譯碼。關(guān)于容量較大的的系統(tǒng)，擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號多于可利用的地址線時，就需要用全地址譯碼的方式。通常采納3-8譯碼器(74LS138)。輸入端占用3根最高地址線，剩余的13根低位地址線可作為