数控步进x─y工作台设计

重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文) 1.1我国数控车床的发展和产业化的现状及当今世界数控车床的发展的趋势 1 1.3本设计的内容和任务 3 给系统的设计计算 7 件电路的总体方案 27系统硬件电路设计 29 重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)参考文献…………………35重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)要X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单。实现方便而且能够保件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。X-Y成，在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转，同时通8155将相应的加工进刀信息送至刀架库中展。X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场;由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用。重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)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。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。为我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。目前工作台的种类繁多，传统的工作台只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的制坐标控制转台的回转和倾斜，也可直接利用本转台配套的数控装置与机床联接完成所需的可达到较高的精度。另外也可用于非数控钻、铣、镗类机床上，独立完成等分和不等分的角与我国所生产的工作台功能基本相似，但是在其精度方面，有一定的差距，因此工作台的设计具有重要意义，我们要借助时代的步伐，与时俱进，开拓本设计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。本设计的X-Y数控工作台机电系统设计是一个计的X-Y工作台不仅可用于铣床上进行数控铣削加工，而且还能够用于钻床上数控钻削加通过对X-Y工作台的设计，能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，的数控系统硬件及软件设计的基本方法；通过课程设计，重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)在本设计中着重介绍了如何对X-Y工作台进行设计，对导轨、丝杠、电机、选用和数控控制电路的设计和其控制程序的编制等方面进行了深入的分析。b.机械装配图；c.数控系统组成框图；d.数控系统电气原理图；④编写开题报告；⑤确定改造总体方案；；a；b.运动部件惯性计算；d.传动及导向元件的设计、计算、校核；e.其它相关零件的选型及计算。⑦确定驱动系统改造方案；⑧确定数控系统改造方案。重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)第二章总体方案设计铣削加工。系统分辨率X：0.01mm，Y：0.01mm。系统分辨率X：0.01mm，Y：0.01mm。设计参数如下：快速进给速度纵向X：2m/分；快速进给速度横向Y：2m/分；切削进给mZ=3；铣削最大余量α=2mm；铣削最大深度α=2mm；工作台加工范围X=320mm，Y=260mm。ep加工材料为铸铁；最大工件重量80Kg。运动方式与伺服系统X-Y工作台。钻头上下运动也由步进电机通过减速装置控制。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。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。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率0.01mm的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)第三章机械设计部分X向托板(上托板)的尺寸：320×320×50X向托板(上托板)的重量：W=320320501037.8102399NXY向托板(下托板)的尺寸：400×320×50YWN上重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)总XY上3.2钻削力(轴向)的计算：F=CdXFfYFKZFoF进给量取f=0.1mm/r，F则FFFNZFoF3.3铣削力(硬质合金圆柱铣刀)的计算：F=600a0.9a0.8d0.9az铣eftpepftF=600a0.9a0.8d0.9az=600150.92393N铣eftp①上导轨(X向)取动导轨长度动导轨行程支承导轨长度②下导轨(Y向)取动导轨长度动导轨行程支承导轨长度l=320mmBBl=320mmBB动X铣X动X铣X动Y铣总重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)静XZX静YZ总导轨导轨尺寸滑块尺寸26M47HL2L15NBPBW4CE6T7静静态容许力矩MMM3NM基本定负载KNC(静)OKN量准型NMHwHQ=3LffP式中LwH重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)w取f=2；精度等级为3级，其精度系数f=1.1。wHn=1000VMaxt，其中V=0.48aMaxfffMaxfP=F+1.414fGX铣当XP=F+1.414fGX铣当X式中f—当量摩擦系数,G=W+W'当XXG=W'+W+W+W式中P=F+1.414fGYXY上Y铣当YY铣当YQ=3LffP=3172.821.11111360NXwHXQ=3LffP=3172.821.11341642NYwHY重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)基基本额定负载C动(KN)C 4.9LX460LY400YXL70Y型式丝杠轴循环数2.5圈右Type5DD滚珠直径(cm)303.175滚珠丝杠预紧力d4.5h4.48AFBTP8名称钢球直径螺纹滚道法面半径5计算公式和结果3.1759d0td9R符符DD重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)9t009l0Z090109螺杆内径螺杆接触直径螺母螺纹外径eyddldD3.5.4刚度验算L0Y022100100L0.50重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)案。则产生失稳的临界负载F=f2EIz式中l——丝杠两端支承距离;Kl2zI=d4=8.7624必28964l64fzKl7202临界负载F与最大工作负载Q之比称为稳定安全系数n，如果稳定安全系KK数n大于或等于许用安全系数，则丝杠不至失稳。许用安全系数一般.5~4。KF226459n=K==138>4KQ1642所以稳定性良好。在简易支承座中采用一个6300的深沟球轴承，在固定支座中采用一个51200推力轴承和一个6300深沟球轴承。它预紧时只需调节螺母，方案见图纸A1p传动，其齿轮比为pi=1=P==0.48Z9t1.552b重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)ZZafadd(mm)2521.552223232的转动惯量(kg.cm2)；M——移动部件与工件的质量(kg)。对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估算式中：D——圆柱零件直径(cm)；L——零件长度(cm)。12123 2t重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)mFFLM=00式中F——导轨的摩擦力F=f'(F+W+W‘)；L——丝杠导程(cm)；00铣总0Zi——齿轮降速比，按计i=Z2算；1所以M=FL00=f2几ni)FLMpo0(1一n2)p0mm式中F——滚珠丝杠预加负荷，一般取13p0mmLL——丝杠导程(cm)；001mmaM=Je=Jmax人10一2=Jaamax总总60总60tn——电机最大转速(r/min),maxV9n=max人bmax6360。pt——运动部件从停止起动加速到最大进给速度所需要的时间(s)，因aamaxbbmax6360。0.01360p重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)M=Je=Jnmax人10一2=J2几nmax人10一2taamax总总60总tatM=FL铣0式中L——丝杠导程(cm)；93①快速起动时所需力矩M=M+M+M②快速进给时所需力矩M=M+M③最大铣削负载时所需力矩M=M+M+M经过上述计算后，在M、M两种力矩中取其大者作为选择步进电机的依小于加速力矩，故常常用快速空载起动力矩M作为选择步进电机的依据。起①首先根据最大静转矩M初选电机型号，由于步进电机的起动转矩M与最大静转矩Mjmax有如下关系：起jmaxM起共M式中入的取值又有如下关系：max三相三相四相五相六相36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866起jmaxMM9.4重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)则MjmaxM起MM=jmaxQ0.3~0.50.3.Q0.3~0.50.3.maxmaxmaxmaxf=1000V'max=10000.96=1600Hz空max606600.01P铣max606600.01P相数3电压电流3外径长度轴径60.65矩(N.m)0.49最高空载启动频率(Hz)2200由于只靠最大静转矩M来选择步进电机不一定能满足实际工作时的要jmaxjmaxjmaxjmax空载起动和运行时不失步。所以还必须用起动矩频特性和运行矩频特性两条重要的性能曲线来检查所选步进电机的型号是否能满足要求。/专科学生毕业设计(论文)通过对两个电机的起动矩频特性和运行矩频特性的分析，电机的转矩大于电XY工作台(纵向)装配图见图纸(一)重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)第四章控制系统硬件设计方案存储器存储器RAM/ROM输入/输出I/O接口制象换随着微电子技术水平的不断提高，单片微型计算机有了飞跃的发展。单片机的型号很CPU，I/O端口及部分RAM等为一体的功能性很强的控制器。只需增加少量外围元件就可以4.1.2.存储器扩展电路设计①程序存储器的扩展单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多采用EPROM芯片。其型号有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分别为2K,4K,8K,16K,32K。在选择芯片时设计的程序存储器扩展用芯片。址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提高低8位的地址信地址信息锁存入地址锁存器中。由以上分析，采用2732EPROM芯片的程序存储器扩展电路框图如下所示：重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)↓↓ALEALE↓G↓②数据存储器的扩展③译码电路在单片机应用系统中，所有外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)④存储器扩展电路设计8031单片机所支持的存储系统起程序存储器和数据存储器为独立编址。：/专科学生毕业设计(论文)b盘，显示器接口电路键设置在行列的交点上。C如下所示：路设计①脉冲分配器步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。本设计采用集成脉冲分配器YB015。/专科学生毕业设计(论文)②光电隔离电路加上隔离电路实现电气隔离，通常使用光电耦合器。光电耦合器接线图如下：③功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，，必须将其输出信号放大产容量选择功率放大器。本设计选用功率放大器。单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。路②复位电路路②复位电路中，若系统中有芯片需要其复位电平与8031复位要求一致时，可以直接相连。当晶振频率③越界报警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。利用光电耦合电路，将行程开关被压下的时候，发光二极管就发光，使光敏三极管导通，由低电平变成高电平。8031可利用软件设计成查询的方法随时检查有无越界信号。也可接成从光敏三极管的集电极输出接至8031的外部中断引脚(INT0或INT1)，采用中断方式检查越界信号。越界报警电路如下图所示数控系统硬件电路设计片6264RAM。程序存储器扩展为4K，数据存储器扩展为8K。C后，CPU从6264的空间地址为4000~5FFFH。IO芯片8155。8155的片选进电机接口与功率放大器之间采用光电隔离。B重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)计。数控系统总的电气原理图见图纸(二)。重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)第五章控制系统软件设计钻床和数控铣床。IOA工作，预置接口工作方②工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。③输入和显示加工程序。④监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。⑤工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并⑥、工作台的自动控制。⑦、工作台的手动控制。⑧、工作台的联动控制。管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y：管理程序流程①机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位→刀具快速进给→加工→退刀→工作台运动到下一位置；作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工；重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)③由以上分析，设计自动加工程序框图如下所示：计步进电机的控制包括速度，转角及方向的控制。步进电机在突然启动或停止时，由于负载和惯性，会使电机失步，所以电机运行时有一个加，减速过程。通过确定进给脉冲数和脉冲时间间隔，即可实现步进电机转角与速度的控制。①时间常数的确定间隔由送入定时器的时间常数决定。时间常数由下式计算：T=T103et106tet式中：T为脉冲时间间隔(ms)；e为单片机机器周期(s)，在时钟为6MHz时，e=2s。e足：重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)MQI式中：T为步进电机启动力矩；负载力矩；为惯力矩。MQI由步进电机M=49N.cm，取步进电机的加速启动力矩jmax则使步进电机不失不的惯性力矩IMQIM步进电机角加速度总dbdbtttm式中：t为上升到步进电机最高频率f所需时间，所以有：t=9fmax之max2mbe194m确定加减脉冲个数都为112maxm2又因为：n=0.5ft=0.5(fmaxt)tntnnm2tn所以脉冲时刻t=mnfmaxT=结合et人10一6可以算出对应各脉冲时刻的计数器时间常数。eEPROMH储单元中，每个时间常在程序中，设置加速，恒速，减速脉冲计数器N0，N1，N2。以计数器的值是否为0作为相应过程是否结束的标志。步进电机控制程序框图如下所示：/专科学生毕业设计(论文)步进电机控制子程序步进电机控制中断服务程序①内存地址分配重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)②程序清单N0EQU20H；加速N1LEQU21H；恒速N1HEQU22HN2EQU23H；减速NLEQU24H；脉冲总数寄存器NHEQU25HDSEQU26H；地址指针偏移量FEEDEQU0E80HORG0E00H0E00758160START：MOVP，#60H0E0975231BMOVN2，#1A4H0E0CE520MOVA，N0；计算2XN00E0E23RLA0E10C3CLRC；计算N1=N-2N00E189400SUBBA，#00H0E1AF522MOVN1H，A0E1C901000MOVDPTR，#1000H；设时间常数指针初值1000H0E1F752600MOVDS，#00H；设地址偏移量初值为00HE93MOVCA,@A+DPTR；从EPROM中读时间常数0E23F58AMOVTL0，A；送时间常数至定时器0中0E250526INCDS0E27E526MOVA，DS0E293MOVCA，@A+DPTR0E2AF58CMOVTH0，A0E2C0526INCDS0E2ED2AFSETBEA；开中断允许E0D2A9SETBET0；允许定时器0中断ED28CSETBTR0；启动定时器0开始计算0E3420AFFDWAIT：JBEA，WAIT；中断允许返回0E3722RET中断服务程序：ORG000BH000B02F00LJMP0F00H重庆大学本科/专科学生毕业设计(论文)ORG0F00H0F00E526INT：MOVA，DS；送时间参数到定时器0中0F0293MOVCA，@A+DPTR0F050526INCDS0F07E526