毕业论文终稿-电火花切割机床X-Y工作台系统的设计[下载送CAD图纸 全套打包资料]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑毕业设计（论文）题目电火花切割机床XY工作台系统的设计姓名分院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二0年月日需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763I目录摘要IIABSTRACTIII第一章绪论111选题目的和意义112研究现况113电火花加工的原理及应用范围2第二章总体方案设计321设计参数选定322方案设计3221系统总体方案3222结构结构方案4第三章X向结构及传动设计531X向滚珠丝杆副的选择5311导程确定5312确定丝杆的等效转速6313确定丝杆的等效负载6314确定丝杆所受的最大动载荷6315精度的选择7316选择滚珠丝杆型号732校核计算7321临界压缩负荷验证8322临界转速验证8323丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率933步进电机的选择9331电机轴的转动惯量9332电机扭矩计算1033齿轮传动机构设计11331传动比的确定11332齿轮结构主要参数的确定1134X轴轴承选择1235消隙与预紧12351消隙方法12352预紧14第四章Y向结构及传动设计15需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763II41Y向滚珠丝杠副的选择15411选型15412强度计算15413传动效率计算1742轴滚动导轨副的选择17421静安全系数计算17422根据额定静载荷初选导轨18423导轨校核计算1943步进电机的选择19431惯性负载的计算19432启动力矩的计算20433最高工作频率2144Y轴轴承选择21第五章控制系统设计2351确定机床控制系统方案2352主要硬件配置23521主要芯片选择23522主要管脚功能23523EPROM的选用24524RAM的选用2452589C51存储器及I/O的扩展2553总体程序控制26531流程图26532主程序2654步进电机接口电路及驱动27总结30参考文献31致谢32需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763III摘要电火花切割机床XY工作台系统作为一种精密制造技术，在模具行业和航空航天制造业中得到了广泛的应用，我国模具行业的迅速崛起和航空航天制造业的飞速发展，推动了电火花切割机床XY工作台系统的进步，开发具有自主知识产权的电火花切割机床XY工作台系统目前已成为国内电加工业的共识。本次设计的电火花切割机床XY工作台系统主要由步进电机、传动齿轮、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、轴承、平台等组成。本文首先，通过对电火花切割机床XY工作台结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体方案；接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AUTOCAD制图软件绘制了电火花切割机床XY工作台装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AUTOCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词电火花切割，XY工作台，滚珠丝杠，直线滚动导轨需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763IV需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763V需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763VI需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763VII需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763VIII需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763IX需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763XABSTRACTEDMCUTTINGMACHINEXYTABLESYSTEMASASOPHISTICATEDMANUFACTURINGTECHNOLOGYINTHEMOLDINDUSTRYANDAEROSPACEMANUFACTURINGHASBEENWIDELYAPPLIED,THERAPIDRISEANDRAPIDDEVELOPMENTOFTHEAEROSPACEMANUFACTURINGINDUSTRYCHINASMOLDINDUSTRY,ANDPROMOTETHEEDMCUTTINGMACHINEXYTABLESYSTEMPROGRESSANDDEVELOPMENTWITHINDEPENDENTINTELLECTUALPROPERTYRIGHTSOFEDMCUTTINGMACHINEXYTABLESYSTEMHASBECOMETHECONSENSUSOFTHEDOMESTICELECTRICALINDUSTRYTHEDESIGNOFTHECUTTINGEDMMACHINEXYTABLESYSTEMMAINLYROLLINGGUIDESTEPPINGMOTOR,GEAR,BALLSCREW,LINEARBEARINGS,PLATFORMSANDOTHERCOMPONENTSFIRSTLY,BYEDMCUTTINGMACHINEXYTABLESTRUCTUREANDPRINCIPLEAREANALYZED,BASEDONTHEANALYSISPRESENTEDINTHISOVERALLPROGRAMTHEN,THEMAINTECHNICALPARAMETERSWERECALCULATEDSELECTIONTHEN,FORALLMAJORCOMPONENTSWEREDESIGNEDANDCHECKANDFINALLY,DRAWNBYAUTOCADDRAWINGSOFTWAREEDMCUTTINGMACHINEXYSTAGEASSEMBLYDRAWINGANDMAJORCOMPONENTSFIGTHROUGHTHISDESIGN,THECONSOLIDATIONOFTHEUNIVERSITYISTHEPROFESSIONALKNOWLEDGE,SUCHASMECHANICALPRINCIPLES,MECHANICALDESIGN,MECHANICSOFMATERIALS,TOLERANCESANDINTERCHANGEABILITYTHEORY,MECHANICALDRAWINGANDTHELIKEMASTEREDTHEDESIGNOFGENERALMACHINERYPRODUCTSANDBEABLETOSKILLFULLYUSEAUTOCADMAPPINGSOFTWAREONTHEFUTUREWORKOFGREATSIGNIFICANCEINLIFEKEYWORDSEDMCUTTING,XYTABLE,BALLSCREWS,LINEARMOTIONGUIDE需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763XI需要CAD图纸，Q咨询414951605一章绪论11选题目的和意义数控XY工作台是实现高精密加工的核心部件，其传动部件的加工精度及定位精度直接影响传动系统的传动精度及定位精度，从而也间接影响了产品的加工精度。在XY工作台传动部件的设计中将采用滚珠直线导轨和滚珠丝杠螺母副做支撑及传动，从而大大提高X,Y向传动精度，以致达到小于等于0015的加工精度及RA25的表面粗糙度等技术要求。通过本设计，培养学生对所学机械专业知识的综合运用，对机械结构的设计、参数设计和绘制计算机图纸的能力，检验所学习专业知识的综合利用能力，为今后工作打好基础。12研究现况电火花切割机床XY工作台系统作为一种精密制造技术，在模具行业和航空航天制造业中得到了广泛的应用，我国模具行业的迅速崛起和航空航天制造业的飞速发展，推动了电火花切割机床XY工作台系统的进步，开发具有自主知识产权的电火花切割机床XY工作台系统目前已成为国内电加工业的共识。根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种一种是形模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的形模，加工时把工件毛坯和形模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着形模边缘作轨迹移动，从而切割出与形模形状和精度相同的工件来；另一种是光电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；再一种是数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外95以上的电火花线切割机床都已采用数控化。国内外电火花线切割加工机床的主要区别是（1）电极丝我国采用钨钼合金丝,国外采用黄铜丝；（2）我国采用皂化工作液,国外采用去离子水；（3）我国的走丝速度为11左右，国外为35；（4）我们的电极丝是重复利用的直到断丝为至，国外是走过后不再重用；5我们加工出的产品精度不如国外高。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763213电火花加工的原理及应用范围（1）加工原理电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电腐蚀现象早在20世纪初就被人们发现，例如在插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花而把接触表面烧毛，腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏。长期以来，电腐蚀一直被人们认为是一种有害的现象，人们不断地研究电腐蚀的原因并设法减轻和避免电腐蚀的发生。但事物都是一分为二的，只要掌握规律，在一定条件下可以把坏事转成好事，把有害变为有用。1940年前后，前苏联科学院电工研究所拉扎连柯夫妇的研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。这样，热门在研究抗电腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，终于在1943年拉扎连柯夫妇研制出利用电容器反复充电放电原理的世界上第一台使用化的电火花加工装置。电火花成型机就是利用这一电腐蚀原理进行加工的。它还可以先进行工具电极的成型加工，再利用工具电极对其他金属导电材料的工件进行电火花仿行加工，使得工件与工具电极成相似型或相同，从而完成对各种各样的复杂模具和复杂零件的放行加工。（2）适用范围A适合与于难切削材料的加工。由于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点（气化点）、比热容、导热系数、电阻率等，而几乎与其力学性能（硬度、强度等）无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。B可以加工特殊及复杂形状的零件。由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术的采用使得用简单的电极加工复杂形状零件也成为可能。C易于实现加工过程自动化。由于是直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等。D可以改进结构设计，改善结构的工艺性。例如可以将拼镶结构的硬质合金冲模，改为用电火花加工的整体结构，减少了加工工时和装配工时，延长了使用寿命。又如喷气发动机中的叶轮，采用电火花加工后可以拼镶、焊接结构改为整体叶轮，既大大提高了工作可靠度，又大大减少了体积和质量。需要CAD图纸，Q咨询414951605二章总体方案设计21设计参数选定本设计的XY工作台的参数定为工作台行程横向320MM，纵向450MM工作台最大尺寸（长宽高）600500250MM工作台最大承载重量120KG脉冲当量0001MM/PLUSE进给速度60MM/MIN表面粗糙度0816设计寿命15年22方案设计221系统总体方案参考数控电火花切割机床的有关技术资料，确定系统总体方案如下采用89C51主控芯片对数据进行计算处理，由I/O接口输出控制信号给驱动器，来驱动步进电机，经齿轮机构减速后，带动滚珠丝杠转动，实现进给。其原理示意图21。控制器驱动器驱动器步进电机步进电机X向工作台Y向工作台需要CAD图纸，Q咨询41495160521系统总体原理图222结构结构方案根据上述选定的系统总体方案，本次单方向选用如下图22所示传动方案，因此XY两个方向组合后得到如下图23所示电火花切割机床XY平台总体结构。图22单方向传动方案示意图方向传动机构方向传动机构电机步进电机步进电机微机控制图23电火花切割机床XY平台总体结构方案示意图需要CAD图纸，Q咨询414951605三章X向结构及传动设计31X向滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设X向最大行程为320MM,最快进给速度为60MM/MIN,工作台大概质量为100KG,移动部件大概质量为50KG，工作台尺寸为500MM300MM。表31滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。311导程确定需要CAD图纸，Q咨询414951605机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比I1,选择电机Y系列异步电动机的最高转速，则丝杠的导程为CMKGFMRN2MIN,/150MAXMAX最大转矩取PH6MMVPH7AX312确定丝杆的等效转速基本公式IN/RPNH最大进给速度是丝杆的转速MAX/30/2150/MINHVPR最小进给速度是丝杆的转速INI1I丝杆的等效转速IN/22MI1AXRTTTNM式中取故21TI/03/21MINAXRTNM313确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为003，K为颠覆力矩影响系数，一般取1115，本课题中取13，则丝杆所受的力为NGFGFGFKFZX21520331223Y12YMA）（）（）（0IN其等效载荷按下式计算（式中取，）21T1NNTNFFM49321MI3AX314确定丝杆所受的最大动载荷316MHKAHTWM10NTFFCARFW负载性质系数，（查表取FW12）FT温度系数（查表取FT1）FH硬度系数（查表取FH1）FA精度系数（查表取FA1）FK可靠性系数（查表取FK1）需要CAD图纸，Q咨询414951605M等效负载NZ等效转速TH工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000H由上式计算得CAR17300N表311各类机械预期工作时间LH表312精度系数FA表313可靠性系数FK表314负载性质系数FW315精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变M动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝30V杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。316选择滚珠丝杆型号计算得出CACAR173KN,则COA23FM（346519）KN公称直径PH6MM则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD50103。需要CAD图纸，Q咨询414951605称直径D050MM丝杆外径D1495MM钢球直径DW7144MM丝杆底径D2343MM圈数3圈CA30KNCOA663KN刚度KC973N/M32校核计算滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度KA，螺母座的刚度KN，按不同支撑组合方式计算而定。321临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算NFKLEIFFCRMAX201E式中E材料的弹性模量E钢21X1011（N/M2）LO最大受压长度（M）K1安全系数，取K113FMAX最大轴向工作负荷（N）F1丝杆支撑方式系数F1151I丝杆最小截面惯性距（M4）44221_6WODDI式中DO是丝杆公称直径（MM）DW滚珠直径（MM），丝杆螺纹不封闭长度LU工作台最大行程螺母长度两端余量LU30014820X2488MM支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度LU，选取LO620MM代入上式计算得出FCA58X108N可见FCAFMAX，临界压缩负荷满足要求。322临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最CRN高转速2230KPAEILFNCZCR需要CAD图纸，Q咨询414951605中A丝杆最小截面A24622M1093414D丝杠内径，单位；2DMP材料密度P785103KG/M临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为CL148/2300620488/2440MM安全系数，可取082K2KFZ丝杠支承系数，双推简支方式时取189经过计算，得出63104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。CRNMIN/R323丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率丝杠系统的轴向拉压系统刚度KE的计算公式LAEKS/MAXIN式中A丝杠最小横截面，；24ADM螺母座刚度KH1000N/M。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750MM和100MM。经计算得MIN/1/2/1/SCHEKKSRADMWB/K式中KE滚珠丝杠副的拉压系统刚度N/M；KH螺母座的刚度N/M；KH1000N/MKC丝杠副内滚道的接触刚度N/M；KS丝杠本身的拉压刚度N/M；KB轴承的接触刚度N/M。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500R/MIN，能满足要求。33步进电机的选择需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976310步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。331电机轴的转动惯量A、回转运动件的转动惯量328MD42LJR上式中D直径,丝杆外径D495MML长度2MP钢的密度78002KG/经计算得M0RJB、X向直线运动件向丝杆折算的惯量2PMJL上式中M质量X向直线运动件M280KGP丝杆螺距（M）P0001M经计算得281049KGJLC、联轴器的转动惯量查表得2/W因此28M08KG410940LRJJ332电机扭矩计算A、折算至电机轴上的最大加速力矩ATJNT602MXAX上式中IN/15XRJ00028KG/M2需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976311TA加速时间KS系统增量，取15S1,则TA02SSK3TA经计算得MNT2MAXB、折算至电机轴上的摩擦力矩IPF20F上式中F0导轨摩擦力，F0MF，而F摩擦系数为002，F0MGF32NP丝杆螺距（M）P0001M传动效率，090I传动比，I1经计算得NTF750C、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩I212000P上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为09经计算的T0005NM则快速空载启动时所需的最大扭矩MNTTF820MAX根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为67。A33齿轮传动机构设计331传动比的确定要实现脉冲当量LM/STEP的设计要求，必须通过齿轮机构进行分度，其传动比为/360HPIP式中PH为滚珠丝杠导程为步距角P为脉冲当量根据前面选定的几个参数，由式（54）得0364/3600001I需要CAD图纸，Q咨询414951605或13041397631241Z2/Z1根据结构要求,选用Z1为30，Z2为120332齿轮结构主要参数的确定齿轮类型选择直齿加工方便。模数选择本工作台负载相当轻,参考同类型的机床后,选择M1齿轮传动侧隙的消除。中心距的计算AM（Z1Z2130120/275MM齿顶高为1MM，齿根高为125MM，齿宽为20MM。齿轮材料及热处理小齿轮Z1采用40CR，齿面高频淬火大齿轮Z2采用45号钢，调质处理。34X轴轴承选择滚珠丝杠选择安装方法一端固定一端浮动。因此，选择一对角接触球轴承。机器类型为数控机床，预计寿命为1200020000H，轴承的基本额定动载荷601HNLCPPRAFXFYP为载荷，3；是预期寿命；HL为载荷系数；X,Y为常数；PF66295102951095TEMMTPFNDNTACOSTANCOS34REI9520I16958AT选择轴承71003C412KN35消隙与预紧351消隙方法数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到一定的降速比和转矩的要求。需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976313由于齿轮在制造中总是存在着一定的误差，不可能达到理想齿面的要求，因此一对啮合的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。（1）偏心轴套调整法如图31，齿轮装在电动机轴上，调整偏心轴套可以改变齿轮和之间的中心距，从而消除齿侧间隙。1齿轮2偏心套3齿轮图31偏心轴套调整法（2）锥度齿轮调整法如图32所示将一对齿轮和的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片的厚度就能改变齿轮和的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976314图32锥度齿轮调整法（3）双片齿轮错齿调整法图33是另一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮1和2套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱3，用来安装弹簧4。装配时使弹簧4具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。对比三种方案第一种需要经常的调整，对于本身就以提高效率为目标的数控机床而言肯定不合适。第二种是很不错的方案，但在切割机上并不实用。第三种方案相比较而言在数控切割机上适用，而且不需要人为经常调整，很适合数控机床的需要。本设计方案选用第三种方法。图33双片齿轮错齿调整法需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976315352预紧滚珠丝杠副在工作台上的支承方式有两种。一种是单支承形式；另一种是两端支承形式，本设计选用两端支承形式中的“双支点各单向固定”的支承方式。该形式夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈而预紧，提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作时轴承的振动。预紧量由厂家提供。第四章Y向结构及传动设计41Y向滚珠丝杠副的选择411选型初选丝杠材质CRWMN钢，HRC5860，导程L05MM412强度计算丝杠轴向力N,MAXYXZYXWFFKF其中K115，滚动导轨摩擦系数F00030005；在车床车削外圆时FX0106FZ，FY01507FZ，可取FX05FZ，FY06FZ计算。取F0004,则40Z需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976316MAXXF05201614675810462ZYNN寿命值，其中丝杠转速R/MIN610NTL0MAXLVNMAX06524/I103THVNRLL最大动载荷FFLQWH式中FW为载荷系数，中等冲击时为1215；FH为硬度系数，HRC58时为10。查表得中等冲击时则12,WHFF360456870954XYQN根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为CM系列滚珠丝杆副，其型号为CM20055。其基本参数如下需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976317其额定动载荷为14205N足够用滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采Y用双螺母螺纹预紧形式滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表名称计算公式结果公称直径0D40MM螺距T15MM接触角045钢球直径BD4175MM螺纹滚道法向半径R052BD1651MM偏心距ESINE004489MM螺纹升角0TARCGD043螺杆外径D025BD39365MM螺杆内径11ER36788MM螺杆接触直径220COSB17755MM螺母螺纹外径DDE23212MM螺母内径（外循环）105BD207MM413传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为TG式中10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。043196GGTT稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为CMESFLL01需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976318Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算60622215615802415/340FNLCMECMSRL丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差为E级精度丝杠允06411052102LUM许的螺距误差15M/M。42轴滚动导轨副的选择421静安全系数计算根据给定的工作载荷FZ和估算的WX和WY计算导轨的静安全系数FSLC0/P，式中C0为导轨的基本静额定载荷，KN；工作载荷P05FZW；FSL1030一般运行状况，3050（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨因系统受中等冲击,因此取40SLF,05OSLXYZCFPFWXYYOXSL2067158379N26FP41394C422根据额定静载荷初选导轨选择汉江机床厂HJGD系列滚动直线导轨,其型号为HJGD25基本参数如下额定载荷/N静态力矩/NM滑座重量导轨重量导轨长度动载荷AC静载荷OATBCTGK/GMLMM1750026000198198288060311500滑座个数单向行程长度每分钟往复次数MSLN需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763194064导轨的额定动载荷N1750AC依据使用速度V（M/MIN）和初选导轨的基本动额定载荷KN验算导轨的工作寿AC命LN额定行程长度寿命HTCAWFSFK2045MF1,81,OTCHRDFFF331087521420958HTCAWFSFKKM423导轨校核计算导轨的额定工作时间寿命3102SOTHLN331024958104971506SOTLNHTH导轨的工作寿命足够导轨的静安全系数042163SLCFP静安全系数；基本静额定负载；工作载荷0P导轨寿命计算需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976320350748HTWCFCLKMP43步进电机的选择431惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有（1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为221013180PQBZJJJM式中为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮QJJ1J的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。23J对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算340781JDL式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有34221234223078256710034JKGCM电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763212222240164710165374107933458DJKGCM432启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系TPS式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取，则，且。所以BPSZPG362SZBT式中为移动部件负载（N），G为移动部件质量（N），为与重力方向一致SPZP的作用在移动部件上的负载力（N），为导轨摩擦系数，为步进电机的步距角B（RAD）,T为电机轴负载力矩（NCM）。取03（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），8，27923。考虑SPH到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有3601258032018145652TNCM考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩035Q取系数为，则65213204QTNCM对于工作方式为三相拍的步进电机MAX1632080836QTJNC433最高工作频率AXMA16760PVF需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976322为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩MAXF要足够大,查表选择两个90BF001型三相反应式步进电机电机有关参数如下主要技术参数型号相数步距角电压V相电流A最大静转矩MAXJTNM空载启动频率空载运行频率分配方式90BF001409807392200080004相8拍外形尺寸MM外直径长度轴直径重量KG转子转动惯量KGM90145945176444Y轴轴承选择滚珠丝杠选择安装方法双支点一边固定一边浮动。因此，选择一对角接触球轴承。机器类型为数控机床，预计寿命为1200020000H，轴承的基本额定动载荷601HNLCPPRAFXFYP为载荷，3；是预期寿命；HL为载荷系数；X,Y为常数；PF662831028310823TEMTPFNDNTACOSTANCOS7REI8230I168AT选择轴承70803C302KN需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976323单片机I/O口扩展驱动器光电隔离功率放大存储器扩展第五章控制系统设计51确定机床控制系统方案根据机械系统方案的要求，可以看出对机械部分的控制只有进给系统的步进电机的控制和工作台回转的步进电机控制。控制系统有微机的、有PLC的、也有单片机的，这里采用的是开环控制系统，可以选择经济型的单片机控制系统。另外，居然要控制，就得有输入和输出设备才能对相应的运动进行控制。其控制系统框图如图41所示需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976324X轴电机纵向丝杠驱动器Y轴电机横向丝杠图51控制系统框图52主要硬件配置521主要芯片选择由于89C51芯片在性价比上比同类单片机高，加上8031、8051市场上已经停产，所以选择89C51作为主芯片。522主要管脚功能89C51是40脚双列直插式芯片。主要管脚功能控制线片外存储器选择端，虽然89C51内有4K的FLASH，但为了方EA便接线和各程序的存放，故不使用内部程序存储器，这样接地，从外部程序存储器EA读取指令。外部程序存储器选通端,以区别读外部数据存储器。PSNALE地址锁存控制端,系统扩展时，ALE控制P0口输出的低八位地址送锁存器储存，以实现数据和地址隔离。此外ALE以L/6晶振的固定频率输出正脉冲,可作为外部时钟或定时脉冲。RESET复位端,当输入的复位信号延续二个周期以上高电平，完成复位初始化操作。89C51中I/O口的介绍P0口外接存储器时，此口为扩展电路低八位地址和数据总线复用口；PL口用户使用的I/O口；P2口外接存储器时,作扩展电路高八位的地址总线；P3口双重功能口；P0P3口均为八位双向口。P0口可驱动8个TTL门电路，PLP3口只能驱动四个TTL门电路。时钟XTAL1和XTAL2，使用内部时钟时，二端接石英和微调电路；使用外部时钟时，接外部时钟脉冲信号。键盘显示器需要CAD图纸，Q咨询414951605或13041397632589C51三总线结构地址总线AB地址总线为16位，外部存储器直接寻址范围为64KB，地址总线由P0口经地址锁存器，提供八位A0A7，高八位A8A15由P2口直接提供。数据总线DB数据总线为8位，自P0口直接提供。,控制总线CB由P3口第二功能控制线、ALE、RESET组成。EAPSN523EPROM的选用为简化电路，此处选用2764EPROM8K8位。本设计采用二片2764EPROM，分别存放监控程序,各功能模块程序,常用零件加工程序。以便于更换各功能模块程序和零件加工程序时，只需更换各自芯片即可，方便升级。2764芯片主要引脚功能A0A1213位地址线D0D7数据输出线数据输出允许信号OE编程控制信号，用于引入编程脉冲PGM片选信号C2764主要工作方式读方式及为低电平，VPP5V时处于读出方式OE写方式为低电平,亦为低电平，VPP21V,为高电平时，PGMCE2764芯片处于禁止状态。将数据线上数据固化到指定地址单元。编程禁止方式一此为向多片2764写入不同程序而设置的，当VPP21V时，为高电平时，2764芯片处于编程禁止状态。CE524RAM的选用数据存储器RAM通常采用MOS型，MOS型RAM分静态、动态两种。动态RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制逻辑复杂，需要定期刷新,尤其是容易受到干扰，对环境、结构、电摞等都有较高的要求。对实时控制系统而言,可靠是第一位的,此处选用大容量静态RAM62648K8位一片。6264主要引脚功能A0A1213位地址线需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976326IO1IO7数据输入输出线数据输出允许信号OE写选通信号W片选信号C6264主要工作方式读方式及为低电平，为高电平时，6264将数据输出到指定地OEWE址。写方式为低电平，亦为低电平时,允许数据输入。C封锁方式为高电平时，该芯片没被选通，不工作。52589C51存储器及I/O的扩展可编程接口芯片是指其工作方式可由与之对应的软件命令来加以改变的接口芯片。这类芯片一般具有多种功能，使用灵活方便，使用前必须由CPU对其编程设定工作方式，然后按设定的方式进行操作。8155可编程并行I/O接口具有功能强，价格便宜，且具有与MCS51单片机配置简单、方便等优点。是单片机应用系统最常用的外部功能扩展器件之一。1存储器与单片机联接，主要是通过三总线联接。应考虑总线的驱动能力是否足够。存储器2764、6264存储量均为8K，需13位地址进行存储单元选择，将A0A7脚与地址锁存器八位地址输出对应联接，将A8A13脚与89C51的P2口P20P24相联接，其余地址线经P25P27经译码产生片选信号。数据线联接将存储器数据输出端D0DL与89C51P0口联接。控制线89C51与2764相联，89C51从外部PSENCEPROM取指令。、分别与6264、相联，89C51对外部RAM进行WRDO读/写。28155许多信号与89C51兼容，可直接联接，因8155内部已有锁存器，因此8155数据地址复合线AD0一AD7与89C51P0口直接相联。地址锁存信号ALE与89C51ALE相联。片选信号经译码后产生，以高位地址P20直接作为IO/信号，CEM此时对8155需要使用16位地址进行编址。8155的结构框图及引脚排列见图52。需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976327图528155引脚及内部结构53总体程序控制531流程图532主程序ORG0000H需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976328AJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG000BHLJMPT0ORG0013HLJMPINT1MAINMOVA，00HMOVR0,00HMOVDPTR，2000HXUNHUANMOVXDPTR,AINCDPTRINCR0CJNER0,0FFH,XUNHUANINCR1CJNER2,0FFH,XUNHUANMOVSP,60HSETBPX0SETBEX0SETBEX1SETBEAWEAJMPWEGONGZUOLCALLQIUJIANLCALLXIANSHILCALLCHULI54步进电机接口电路及驱动本设计选用五相步进电机M56853S，工作方式为2细分工作方式，并选择2CK输入工作方式。步进电机由驱动器RD0534M驱动。而单片机控制驱动器启动和停止及正反转。驱动步进电机的脉冲按顺序供给电机各相，脉冲发生由驱动器内部自动产生，并且具有各种系统保护。RD0534M驱动器的主要控制端有顺时方向控制端CW；逆时方向控制端CCW；运行方式控制端4PIN，所需联接控制信号由28155PB口控制。X、Y向步进电机各用一个驱动器控制，电机以五相方式工作。由于RD0534M驱动器具有良好的工作性能，并且又具有较强的保护功能，所以系统工作比较稳定。需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976329单片机控制RD0534M工作时有一个脉冲电流的要求，故在两者之间加了控制三极管。以满足控制要求。（硬件布置见附图1）单片机实现步进电机控制主要在于脉冲分配，实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种软件法和硬件法。这里通过单片机发出信号经过环形分配器驱动放大直接控制，需要采用软件实现脉冲分配。横向进给采用五相十拍步进电机，五相十拍工作方式通电换相的正序为ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEAB，共有10个通电状态。如果P14P10输出的控制信号中，0代表使绕组通电，1代表使绕组断电，P17P15三相六拍步进电机，设为1（即五相十拍步进电机工作，三相六拍步进电机不工作），控制则可用10个控制字来对应这10个通电状态。这10个控制字如表51所列。表51状态控制字通电状态P14EP13DP12CP11BP10A控制字AB11001FCHABC11000F8HBC11001F9HCBD10001F1HCD10011F3HCDE00011E3HDE00111E7HDEA00110E6HEA01110EEHEAB01100ECH软件脉冲分配子程序正转程序为CWINCR0CJNER0,0AH,ZZMOVER0,00HZZMOVA,R0MOVDPTR,ABCMOVCA,ADPTRMOVP1,ARETABCDB0FCH,0F8H,0F9H,0F1H,0F3HDB0E3H,0E7H,0E6H,0EEH,0ECH反转程序为CCWDECR0CJNER0,0FFH,FZMOVR0,09H需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976330FZMOVA,R0MOVDPTR,ABCMOVCA,ADPTRMOVP1,ARET纵向进给采用三相六拍步进电机，三相六拍工作方式通电换相的正序为AABBBCCCA，共有6个通电状态。如果P17P15输出的控制信号中，0代表使绕组通电，1代表使绕组断电，P14P