龍門式高速數(shù)控雕銑機(jī)設(shè)計(jì)

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1、 任 務(wù) 書(shū) 一、題目及專題： １、 題目　　 龍門式高速數(shù)控雕銑機(jī)設(shè)計(jì) ２、專題　 　 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 本課題是應(yīng)無(wú)錫市阿爾法數(shù)控設(shè)備有限公司要求設(shè)計(jì)ADX5060型龍門式高速數(shù)控雕銑機(jī)，數(shù)控雕銑機(jī)是通過(guò)控制細(xì)小刀具的XYZ軸的運(yùn)動(dòng)方向和速度實(shí)現(xiàn)三維空間對(duì)被加工件的銑削，可以雕刻木制品、有機(jī)玻璃、金屬板、玻璃、石材、水晶、可麗耐、紙張、雙色板、氧化鋁、皮革、樹(shù)脂、噴塑金屬等多種材料，有廣闊的發(fā)展前景

2、 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： (1) 完成ADX5060型龍門式高速數(shù)控雕銑機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)； (2) 完成床身、進(jìn)給系統(tǒng)、電主軸等關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)； (3) 繪制相應(yīng)的二維總裝圖及主要零部件圖紙； (4) 設(shè)計(jì)工作量要求：至少完成A0圖紙4張和一份30頁(yè)以上的畢業(yè)論文； (5) 查閱相關(guān)外文資料并完成不少于8000字符的外文資料翻譯； (6) 完成一份畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告 四、接受任務(wù)學(xué)生： X

3、XX 班 　　姓名 XXX 五、開(kāi)始及完成日期： 自XX年 2月 1 日 至 XXX 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師簽名： 系主任或教研室主任簽名：  摘 要 本文調(diào)查研究了龍門式高速雕銑機(jī)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)雕銑機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀。介紹數(shù)控雕銑機(jī)床的設(shè)計(jì)過(guò)程，

4、包括機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和Z向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要分析了主軸安裝座的機(jī)械機(jī)構(gòu)。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中主要分析了絲杠、導(dǎo)軌的安裝，以及相關(guān)固定和支承。計(jì)算主要有兩個(gè)方面：對(duì)滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算和校核。 關(guān)鍵詞：雕銑機(jī)床；滾珠絲杠；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌  ABSTRACT Abstract This study investigated the development of gantry type engraving and milling machine engraving and milling machine a

5、nd the development of the domestic status quo. CNC engraving and milling machine introduced the design process, including the overall machine design, the main transmission system design, and Z to the feed drive system of the mechanical structure design. In the main drive system design, the main anal

6、ysis of the mechanical mounting spindle organization. Feed drive system in the main analysis of the screw, guide rail installation, and related fixed and supported. There are two main aspects of computing: the choice of ball screw and stepper motor calculation and verification. Key words: engrav

7、ing and milling machine；ball screw；linear motion guide V 目 錄 摘 要 III ABSTRACT V 第1章 緒論 1 1.1龍門式高速雕銑機(jī)的研究?jī)?nèi)容和意義 1 1.2龍門式高速雕銑機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.3 龍門式高速數(shù)控雕銑機(jī)應(yīng)達(dá)到的要求 1 1.3.1龍門式高速雕銑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 1 第2章 龍門式高速雕銑機(jī)總體布局設(shè)計(jì)方案 3 2.1機(jī)床總體布局設(shè)計(jì) 3 2.2

8、 設(shè)計(jì)方案分析 3 第3章 各軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 5 3.1 Z向主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 5 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 3.2.1 滾珠絲杠副的選擇 5 3.2.2 滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu) 5 3.2.3 支承軸承的選擇 6 3.2.4 滾珠絲杠的制動(dòng)裝置 7 3.2.5 步進(jìn)電機(jī)與進(jìn)給絲杠的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 7 3.2.6 導(dǎo)軌 7 第4章 主軸系統(tǒng)零部件的計(jì)算與校核 9 4.1 主軸系統(tǒng)的重力計(jì)算 9 4.2 主軸銑削力計(jì)算 9 4.3 滾珠絲杠副的選擇計(jì)算 10 4.4 進(jìn)給伺服電機(jī)功率的計(jì)算及選擇 16 第5章 電氣部分設(shè)計(jì) 21 5.1 硬件部分電

9、路設(shè)計(jì) 21 5.2 80C51外部電路擴(kuò)展 22 5.3控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 22 結(jié)論 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 33 Error! No text of specified style in document.Error! No text of specified style in document. 第1章 緒論 1.1龍門式高速雕銑機(jī)的研究?jī)?nèi)容和意義 隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高科技群體飛速發(fā)展，從而使雕銑機(jī)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。使其完成了從二維到三維加工技術(shù)的變革。隨著生活水平的不斷

10、提高， 人們對(duì)產(chǎn)品的性價(jià)比也越來(lái)越高，這就對(duì)雕銑機(jī)的研制提出了更苛刻的要求。因此，功能完善，性能穩(wěn)定，造型美觀并且價(jià)格合理的產(chǎn)品是我們不懈的追求。 雕銑機(jī)引入教學(xué)領(lǐng)域，使教與學(xué)更生動(dòng)、有趣，學(xué)生更容易接受那些抽象的東西， 便于提高數(shù)控技術(shù)課程的教學(xué)效果。因此，本課題擬設(shè)計(jì)一款價(jià)格低廉，功能完善的雕銑機(jī)用于教學(xué)演示。 1.2龍門式高速雕銑機(jī)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 隨著家具制造業(yè)、廣告招牌業(yè)、模具業(yè)的發(fā)展，尤其是模具業(yè)對(duì)表面加工要求的提高，以及傳統(tǒng)電火花加工的不足，最近的一兩年綜合銑削與高速雕刻優(yōu)點(diǎn)的CNC雕銑機(jī)在國(guó)內(nèi)有了較大的發(fā)展。 2007年我國(guó)的雕銑機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)11000臺(tái)/年,產(chǎn)值

11、超過(guò)15億RMB。目前雕銑機(jī)的生產(chǎn)主要以廣東、北京、浙江三大板塊主導(dǎo)。國(guó)內(nèi)幾家著名的數(shù)控機(jī)床廠在這個(gè)領(lǐng)域里面都有較好的成績(jī)。比如北京精雕、廣東佳鐵、南京四開(kāi)、上海洛克等都是國(guó)內(nèi)著名的數(shù)控雕銑機(jī)廠家。在雕刻CAD/CAM技術(shù)、CNC數(shù)控技術(shù)、精密雕刻機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)工藝等領(lǐng)域取得了重大的突破，并真正實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化。 1.3 龍門式高速數(shù)控雕銑機(jī)應(yīng)達(dá)到的要求 高速雕銑技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，目前，對(duì)雕銑系統(tǒng)的性能及精度等方面都提出了較高要求?，F(xiàn)在市面上的雕銑機(jī)主要有以下幾特點(diǎn)： 1.應(yīng)用PC機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能，將刀補(bǔ)、譯碼、插補(bǔ)、加減速控制等放在PC上解決。最后PC上形成的是各種

12、步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖。 2.應(yīng)用PC機(jī)的并口直接輸出各向步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖，以控制工作臺(tái)的移動(dòng)。 3.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用集成的驅(qū)動(dòng)芯片。 4.通過(guò)限位開(kāi)關(guān)以及各運(yùn)動(dòng)方向的開(kāi)關(guān)來(lái)保證雕銑機(jī)的安全工作。 龍門式高速雕銑機(jī)是一款模擬經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高精密數(shù)控雕銑設(shè)備，該款設(shè)備主要模擬雕銑機(jī)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的雕銑功能。 1.3.1龍門式高速雕銑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 龍門式高速雕銑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1-1 表1-1 龍門式高速雕銑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 名稱 參數(shù) 工作臺(tái)尺寸（X/Y） 278270mm 最大行程(X/Y/Z) 15020050mm 最大工件尺寸（X/Y/Z） 16

13、0200120mm 最大刀具直徑（Er20） Φ6mm 最大進(jìn)給速度 5m/min 主軸電機(jī)功率 400KW 主軸轉(zhuǎn)速范圍 0～3000r/min 分辨率 0.001mm/脈沖 定位精度 0.1mm 重復(fù)定位精度 0.05mm 外型尺寸（長(zhǎng)/寬/高） 600400500 機(jī)器總功率 1 KW 機(jī)器軸聯(lián)動(dòng)數(shù) 3 參考文獻(xiàn) 第2章 龍門式高速雕銑機(jī)總體布局設(shè)計(jì)方案 2.1機(jī)床總體布局設(shè)計(jì) 數(shù)控模具雕銑機(jī)是一種高效率、多功能的中小型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工

14、設(shè)備。它集雕刻與銑削功能為一體，既保證了銑削小型工件所需要的低轉(zhuǎn)速、大功率輸出、又具備了雕刻所需要高轉(zhuǎn)速的雙重要求。 數(shù)控雕銑機(jī)主要用于較小銑削量或軟金屬材料的工件的加工。不但要求加工精度較高，而且要求實(shí)現(xiàn)高速切削，其主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)3000r／min左右。其移動(dòng)部件不但要?jiǎng)傂院茫乙M可能輕巧，以保證其靈活性。對(duì)數(shù)控系統(tǒng)，要求其具有高的速度和極好的伺服電機(jī)特性。 對(duì)于數(shù)控雕銑機(jī)，從機(jī)械的角度分析，其結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：非移動(dòng)部件剛性要好，移動(dòng)部件在保證其具有良好剛性的前提下，盡可能輕巧，靈活性要好。要從機(jī)械上滿足既輕巧又剛性好的要求，關(guān)鍵在于機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)上。 理論設(shè)計(jì)上，龍門式高速雕銑機(jī)的

15、總體結(jié)構(gòu)布局見(jiàn)圖2-1所示。 圖2-1龍門式高速雕銑機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布局 2.2 設(shè)計(jì)方案分析 本設(shè)計(jì)中，數(shù)控雕銑機(jī)選用立式結(jié)構(gòu)。立式結(jié)構(gòu)工作臺(tái)在水平面內(nèi)，工件的安裝調(diào)整比較方便。工作臺(tái)由導(dǎo)軌支撐，剛性好，切削平穩(wěn)。立式機(jī)床床的加工精度高。一直是高速切削設(shè)備的首選結(jié)構(gòu)。本機(jī)床總體布局采用立式銑床結(jié)構(gòu)，為克服不良力矩的問(wèn)題，盡量加寬了X、Y、Z三向的兩根直線滾動(dòng)導(dǎo)軌之間的跨距，從整體布置上有效保證了機(jī)床的剛性。 因鑄鐵具有良好的穩(wěn)定性、吸振性和耐沖擊性，可使床身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性有顯著提高，故本機(jī)床整體式床身底座采用鑄鐵鑄造而成。它為箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部筋板采用米字型筋配合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，確保了對(duì)

16、Y軸工作臺(tái)和立柱的剛性支承，使機(jī)床動(dòng)態(tài)加工的穩(wěn)定性可達(dá)最好。因機(jī)床的剛性主要用于克服移動(dòng)部分在高速移動(dòng)時(shí)對(duì)非移動(dòng)部分的強(qiáng)大沖擊，所以導(dǎo)軌和絲桿在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量要求粗一些，以加強(qiáng)剛性。 由于采取了這些措施，所設(shè)計(jì)的數(shù)控雕銑機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行比較細(xì)小的加工，加工精度比較高，對(duì)軟金屬可進(jìn)行高速切削。 第3章 各軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 3.1 Z向主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 主運(yùn)動(dòng)方案通常有兩種:一是直接采用專用的雕銑刀頭,二是采用直流電機(jī)帶動(dòng)的主軸機(jī)構(gòu)。專用的雕銑頭的優(yōu)點(diǎn)雖很多，但是必須配 以與之配套的變頻調(diào)速

17、裝置，價(jià)格相對(duì)昂貴。因此，從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，采用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)。直流電機(jī)具有以下特點(diǎn): 1.調(diào)速范圍寬 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)并穩(wěn)定運(yùn)行。 2.特性呈線性 不論機(jī)械特性還是調(diào)節(jié)特性都呈現(xiàn)良好的線性度。即在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系或是轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系都是線性的。 3.快速反應(yīng) 在輸入控制信號(hào)的作用下，轉(zhuǎn)子能迅速地反應(yīng)動(dòng)作，時(shí)間常數(shù)小。 故選用直流電機(jī)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)的方案。直流電機(jī)通過(guò)彈性?shī)A頭直接與刀具連接。 3.2 進(jìn)給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 在數(shù)控機(jī)床中，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常需滿足低摩擦、低慣量、高精

18、度、無(wú)間隙，高諧振以及有適宜阻尼比的要求。機(jī)床的精度很大程度取決于進(jìn)給絲杠的精度和機(jī)床導(dǎo)軌的精度，因此，雕銑機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)采用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，采用高精度直線導(dǎo)軌。 3.2.1 滾珠絲杠副的選擇 本設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的絲桿選用的是滾珠絲桿副。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高。 滾珠絲杠主要承受軸向載荷，因此對(duì)絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高。選定進(jìn)給傳動(dòng)用滾珠絲杠副時(shí)，主要考慮的內(nèi)容是：與機(jī)床定位精度要求相適應(yīng)的絲杠精度、絲杠的剛性與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

19、。在開(kāi)環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中，滾珠絲杠的精度將直接影響機(jī)床的定位精度和隨動(dòng)精度。為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，應(yīng)選用精度高的滾珠絲杠傳動(dòng)副。但是，隨著絲杠精度的提高，其價(jià)格也將大大上升。本機(jī)床進(jìn)給方向的滾珠絲杠副的精度等級(jí)為4級(jí)。4級(jí)精度的絲杠經(jīng)采用一些如消隙、螺距誤差補(bǔ)償?shù)却胧?，完全能滿足機(jī)床的定位精度要求。 絲杠的剛度與直徑的大小直接相關(guān)，直徑大、剛度就好。要想使進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有足夠的剛性，就要選用直徑粗大的絲杠。但是，隨著直徑的增大，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也大大增大。本機(jī)床經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算后選定Z軸滾珠絲杠的公稱直徑為25mm，導(dǎo)程為4mm。 3.2.2 滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠的支承方式有

20、三種，一種為一端固定，另一端自由放置，常用于短絲杠和豎直絲杠；一種為一端固定，一端簡(jiǎn)支承方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；第三種為兩端固定，用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速，要求高拉壓剛度的場(chǎng)合。因?yàn)闄C(jī)床在加工工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，引起絲杠發(fā)熱產(chǎn)生熱變形。如果絲杠兩端都進(jìn)行固定預(yù)緊，雖然提高了絲杠的軸向剛度，但絲杠就沒(méi)有了熱變形的伸縮余量，會(huì)導(dǎo)致絲杠的扭曲變形，失去原本的直線度，影響機(jī)床的精度。雕銑機(jī)的滾珠絲杠副的支承結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-1所示。 1. 步進(jìn)電機(jī) 2. 聯(lián)軸器 3. 角接觸球軸承 4. 滾珠絲杠

21、 圖3-1滾珠絲杠支承和聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 3.2.3 支承軸承的選擇 為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，不僅應(yīng)選用高精度高剛度的滾珠絲杠副，而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設(shè)計(jì)。因滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來(lái)自于臥式絲杠的自重，因此，滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求很高。因數(shù)控雕銑機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)靈活，對(duì)微小位移(絲杠微小轉(zhuǎn)角)響應(yīng)要靈敏，因此應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動(dòng)軸承。目前，各類軸承中用得最多的是推力角接觸球軸承。數(shù)控機(jī)床選用這種角接觸球軸承，通常需要把2個(gè)以上的軸承組合起來(lái)，且施加預(yù)緊力來(lái)使用。其組合形式有背靠

22、背組配(DB方式)、面對(duì)面組配(DF方式)、串聯(lián)組配(DT方式)。在數(shù)控機(jī)床上選用此種軸承時(shí)，為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，一般采用DF組配方式。 3.2.4 滾珠絲杠的制動(dòng)裝置 由于滾珠絲杠副的逆?zhèn)鲃?dòng)效率很高，逆向傳動(dòng)不能自鎖，因此當(dāng)它處于垂直安置時(shí)必須另外設(shè)有制動(dòng)裝置，以防止伺服電機(jī)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件由于自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)，也可以防止因偶然因素造成的事故。雕銑機(jī)采用拉伸彈簧和步進(jìn)電機(jī)的制動(dòng)來(lái)作為滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置。 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)連軸器帶動(dòng)絲杠，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的移動(dòng)。防止工作臺(tái)及其主軸組件由于自重而產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)的關(guān)鍵部件是Z向彈簧拉板裝置(由彈簧拉板、拉伸彈簧、M8內(nèi)六角圓

23、柱頭螺釘?shù)冉M成)和步進(jìn)電機(jī)的制動(dòng)器。當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)，拉伸彈簧無(wú)逆止作用，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)工作臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(電機(jī)帶制動(dòng))，工作臺(tái)及其主軸組件由于自重而要下滑，這時(shí)，Z向彈簧拉板裝置對(duì)工作臺(tái)及其主軸組件自重的反作用力和伺服電機(jī)的制動(dòng)作用，阻礙其下滑的運(yùn)動(dòng)，從而防止了逆?zhèn)鲃?dòng)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 3.2.5 步進(jìn)電機(jī)與進(jìn)給絲杠的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)要保證傳動(dòng)無(wú)間隙，這樣才能準(zhǔn)確執(zhí)行脈沖指令，而不會(huì)丟掉脈沖造成“失步”，影響機(jī)床的加工精度和傳動(dòng)精度。在雕銑機(jī)床中，Z軸采用直聯(lián)式，即通過(guò)非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器（屬于帶彈性元件擾性

24、聯(lián)軸器）把步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)起來(lái)。帶彈性元件擾性聯(lián)軸器除有補(bǔ)償性能外，還具有緩沖和減震作用，此外非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器能保證步進(jìn)電機(jī)與絲杠的同軸度，即使步進(jìn)電機(jī)與絲杠安裝時(shí)的同軸度不是很精確，也可通過(guò)非金屬?gòu)椥栽B軸器來(lái)調(diào)節(jié)。非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器制造方便，易獲得各種結(jié)構(gòu)形狀，更重要的是，它具有較高的阻尼性能，而高的阻尼性能，又可以提高機(jī)床的抗震性。彈性聯(lián)軸器的裝卸也非常方便。 3.2.6 導(dǎo)軌 導(dǎo)軌應(yīng)滿足如下要求：精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等。因數(shù)控雕銑機(jī)床要求有良好的靈活性以滿足機(jī)床

25、的高速雕刻要求，本機(jī)床Z軸方向上采用高精度直線導(dǎo)軌。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌通常兩條成對(duì)使用，可以水平安裝，也可以垂直或傾斜安裝。為保證兩條導(dǎo)軌平行，通常把一條導(dǎo)軌作為基準(zhǔn)導(dǎo)軌。其安裝形式有單導(dǎo)軌定位和雙導(dǎo)軌定位，數(shù)控雕銑機(jī)床X、Y軸方向上均采用雙導(dǎo)軌定位，Z軸方向上采用導(dǎo)桿定位。 第4章 主軸系統(tǒng)零部件的計(jì)算與校核 4.1 主軸系統(tǒng)的重力計(jì)算 主軸系統(tǒng)主要由兩部分組成：主軸安裝座、活動(dòng)支架。根據(jù)圖紙分別計(jì)算主軸安裝座、活動(dòng)支架體積V及其重力G。 取灰鑄鐵的密度ρHT

26、250=7.0 103(kg/m3)。 主軸安裝座的體積V1及重力G1計(jì)算： V1=（π402110-π302110+706080）10-9≈5.7810-4m3 G1=m1g=ρHT250V1g=7.01035.7810-49.8≈40N 活動(dòng)支架的體積V2及重力G2計(jì)算： V2=（6018070-π22260-π17260-π20260）10-9≈6.0610-4m3 G2=m2g=ρHT250V2g=7.0 1036.0610-49.8≈42N 主軸系統(tǒng)的重力計(jì)算值見(jiàn)表4-1。 表4-1主軸系統(tǒng)的重力計(jì)算值 主軸安裝座 40N 活動(dòng)支架 42N 4.2

27、 主軸銑削力計(jì)算 雕銑機(jī)加工方式與數(shù)控銑床相似，因此按計(jì)算銑床的銑削公式計(jì)算其銑削力。 主銑削力Fc計(jì)算：見(jiàn)式（4.1） 雕銑機(jī)屬于立銑加工，刀具選用材料為硬質(zhì)合金鋼，加工材料為鋼材。 Fc=CFKFae0.86af0.72d0-0.86Zap 式（4.1） 式（4.1）中，CF——表示切削系數(shù)。取CF=669； KF——表示修正系數(shù)。取CF=1.08； ae——表示銑削寬度。取ae=1.5mm； af——表示每齒進(jìn)給量。取af =0.1mm； d0——表示銑刀直徑。取d0 =6mm； Z——表示銑刀

28、齒數(shù)。取Z =6； ap——表示銑削深度。取ap=0.5mm。 代入式（4.1）得： Fc=6691.081.50.860.10.726-0.8660.5≈125N 垂直分力、橫向分力，縱向分力計(jì)算： 各銑削分力的比值可得： ； ； 計(jì)算可得：=47.5N; =106.25N; =96.25N 主軸銑削力相關(guān)計(jì)算值見(jiàn)表4-2。 表4-2 主軸銑削力相關(guān)計(jì)算值 主銑削力Fc 125N 垂直分力 47.5N 橫向分力 106.25N 縱向分力 96.25N 4.3 滾珠絲杠副的選擇計(jì)算 1)確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph 滾

29、珠絲杠副導(dǎo)程Ph的計(jì)算見(jiàn)式（4.2）。 Ph = 式（4.2） 式中 Ph——表示滾珠絲杠副的導(dǎo)程mm； Vmax——表示工作臺(tái)最高移動(dòng)速度m/min； nmax——表示電機(jī)最高轉(zhuǎn)速r/min； i——表示傳動(dòng)比。 因雕銑機(jī)伺服電機(jī)與滾珠絲杠副通過(guò)聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動(dòng)比i=1。 根據(jù)表[1-3]的技術(shù)參數(shù)可知，Vmax =5m/min 。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率為200W, 查得nmax =3000r/min。 代入式（4.2）得 Ph = =1.67mm 選擇導(dǎo)程為4mm的滾珠絲杠副。

30、 2）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷 當(dāng)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化時(shí)，各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)均等時(shí)，可采用下列公式計(jì)算。 當(dāng)量轉(zhuǎn)速的計(jì)算見(jiàn)式（4.3）。 nm = 式（4.3） 式中nm——表示當(dāng)量轉(zhuǎn)速r/min； nmax——表示滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速； nmin——表示滾珠絲杠副的最低轉(zhuǎn)速。nmin =0。 因雕銑機(jī)伺服電機(jī)與滾珠絲杠副采用直聯(lián)方式連接，傳動(dòng)比i=1。電動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速即為滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速，所以nmax =3000r/min 代入式（4.3）得 nm ==1500r/min

31、 當(dāng)量載荷的計(jì)算見(jiàn)式（4.4）。 Fm = 式（4.4） 式中Fm——表示當(dāng)量載荷N； Fmax——表示機(jī)器承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力； Fmin——表示機(jī)器空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力。 Fmax= G1+G2+G電主軸+μ=122+0.196.25=131.625N。 因所計(jì)算的絲杠帶動(dòng)Z軸方向的運(yùn)動(dòng)。所以Fmin=G1+G2+G電主軸 =（42 +40+40）N=122N 代入式（4.4）得 Fm = ≈128.

32、42N 3）確定預(yù)期額定動(dòng)載荷 按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間Lh（小時(shí)）計(jì)算，確定預(yù)期額定動(dòng)載荷見(jiàn)式（4.5）。 Cam = （N） 式（4.5） 式中Cam——表示確定預(yù)期額定動(dòng)載荷N； Lh——表示預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)）。取Lh=20000h； fa——表示精度系數(shù)。根據(jù)初定的精度等級(jí)P4。取fa=0.9； fc——表示可靠性系數(shù)。一般情況下為fc=1； fw——表示負(fù)荷系數(shù)。根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)選擇，取fw=1。 代入式（4.5）得 Cam= ≈1736N 擬采用預(yù)緊滾

33、珠絲杠副，按最大載荷Fmax計(jì)算，見(jiàn)式（4.6） Cam =feFmax 式（4.6） 式中fe——表示預(yù)加負(fù)荷系數(shù)。取fe=4.5。 代入式（4.6）得 Cam =4.5131.65=592N 取以上2種結(jié)果的最大值，Cam =1736N。 4）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m 估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量δm ①δm ≤（～）重復(fù)定位精度； ②δm ≤（～）定位精度； δm：最大軸向變形量μm。

34、由表[1-3]可知，重復(fù)定位精度為0.05mm，定位精度為0.1mm ①δm=12.5μm； ②δm=20μm； 取兩種結(jié)果的小值δm=12.5μm。 估算滾珠絲杠副的底徑d2m。 絲杠無(wú)預(yù)拉伸要求，取一端固定，一端游動(dòng)的支承形式，計(jì)算滾珠絲杠的最小螺紋底徑見(jiàn)式（4.7）。 d2m≥210=0.078 式（4.7） 式中d2m——表示最小螺紋底徑mm； E——表示楊氏彈性模量。E=2.1105N/mm2； δm——表示估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量（μm）已求得為δm=12.5μm； F0——表示

35、導(dǎo)軌靜摩擦力（N）。 F0 =μ0W（μ0為靜摩擦系數(shù)）。取μ0=0.2 W =G1+G2+G電主軸=122N F0 =μ0W =0.2122=24.4N L為滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支撐的最大距離（mm）， L ≈ 行程 + 安全行程 + 兩個(gè)余程 + 螺母長(zhǎng)度+ 一個(gè)支承長(zhǎng)度 ≈ （1.1～1.2）行程 + (10～14) Ph 由表[1-3]：Z向最大行程為50mm L ≈ 1.250 + 145 =130mm 代入式（4.7）得 d2m≥0.078 =1.24mm 5）確定滾珠絲

36、杠副的規(guī)格代號(hào) 根據(jù)傳動(dòng)方式以及使用情況，選擇法蘭式雙螺母內(nèi)循環(huán)形式； 由計(jì)算出的Ph、Cam、d2m，可選擇相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副：FFZD1604 Ph =4 Ca =2000N＞Cam =1736N d2 =16mm＞d2m =1.24mm 6）確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 滾珠絲杠副的預(yù)緊力計(jì)算見(jiàn)式（4.8）。 Fp = Fmax 式（4.8） 其中Fmax=131.65N

37、 Fp≈44N 7）行程補(bǔ)償值與預(yù)拉伸力 行程補(bǔ)償值的計(jì)算見(jiàn)式（4.9） C =1.24ΔtLu10-6 式（4.9） 式中，C——表示行程補(bǔ)償值μm； Δt——表示溫度變化值2℃-3℃,取Δt=2.5℃； Lu——表示滾珠絲杠副的有效行程(mm)。 Lu≈工作臺(tái)行程+ 螺母長(zhǎng)度 + 兩個(gè)安全行程 ≈行程 + (8～14)Ph = 50 + 145 = 120mm 代入式（4.9）得 C =1.242.

38、512010310-6 ≈0.4μm 預(yù)拉伸力的計(jì)算見(jiàn)式（4.10） Ft ==1.95Δtd22 式（4.10） =1.952.5162 ≈1248N 8）確定滾珠絲杠副支撐用的軸承型號(hào)規(guī)格 軸承所承受的最大軸向載荷的計(jì)算見(jiàn)式（4.11）。 FBmax = Ft + Fmax

39、 式 （4.11） = 1248 + 131.65 =1279.65N 軸承類型：一端固定，一端游動(dòng)的支承形式，選面對(duì)面（DF）角接觸球軸承。 軸承內(nèi)徑：d略小于d2=16 ，F(xiàn)BP = FBmax，取d =10mm，得 FBP =1279.65 =426.55N 軸承預(yù)緊力：預(yù)加負(fù)荷≥FBP =426.55N。 選擇軸承型號(hào)規(guī)格：當(dāng)d =10mm,預(yù)加負(fù)荷≥FBP =426.55N。 所以選擇7000AC型軸承。 9）滾珠絲杠副工作圖 絲杠螺紋長(zhǎng)度的計(jì)算見(jiàn)式（4.12）。 Ls= L

40、u + 2Le 式（4.12） 取余程Le=10mm。 代入式（4.12）得 Ls= 120+210=140mm 10）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 絲杠最小抗壓剛度的計(jì)算見(jiàn)式（4.13）。 Ksmin =1.65102 式（4.13） 式中Ksmin——表示最小抗壓剛度； ——表示絲杠底徑； ——表示固定支承距離。===200。 代入式（4.13）得 Ksmi

41、n =1.65102=211.2N/μm 絲杠最大抗壓剛度的計(jì)算見(jiàn)式（4.14） Ksmax=1.65102 式（4.14） 式中Ksmax——表示最大抗壓剛度； L0——表示行程起點(diǎn)離固定支承距離，取L0≈75mm。 得： Ksmax=1.65102 =225.28N/μm 11）滾珠絲杠副臨界壓縮載荷Fc的校驗(yàn)（驗(yàn)算壓桿穩(wěn)定性） 絲杠所受最大軸向載荷Fmax小于絲杠預(yù)拉伸力Ft 滾珠絲杠副臨界壓

42、縮載荷Fc不用驗(yàn)算 12）滾珠絲杠副的極限轉(zhuǎn)速nc的校驗(yàn) 滾珠絲杠副的極限轉(zhuǎn)速nc的校驗(yàn)公式見(jiàn)式（4.15） nc =f107 式（4.15） 式中nc——表示臨界轉(zhuǎn)速； f——表示與支撐形式有關(guān)的系數(shù)，取f=16。 Lc2——表示臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度（mm），Lc2= L1- L0=55mm。 代入式（4.15）得 nc =16107 =846280＞nmax =3000 合格。 13）Dn值校驗(yàn) Dn值校驗(yàn)的公式見(jiàn)式（4.16）

43、。 Dn =DPWnm≤70000 式（4.16） 式中DPW——表示滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑（mm），DPW ≈d2 + DW； DW——表示剛球直徑，取DW=2.3mm。 DPW ≈16+2.3=18.3 代入式（4.16）得 Dn =DPWnm =18.31500=27450＜70000 合格。 14）基本軸向額定靜載荷Coa驗(yàn)算 基本軸向額定靜載荷Coa驗(yàn)算的公式見(jiàn)式（4.17） fsFamax ≤Coa

44、 式（4.17） 式中Coa——表示滾珠絲杠副的基本軸向額定靜載荷（N）。取Coa =2450N； fs——表示靜態(tài)安全系數(shù)。一般載荷fs=1～2，有沖擊或振動(dòng)fs=2～3； Famax——表示軸向最大載荷（N）。 得 fsFamax=1.5131.65=197.475﹤2450 校驗(yàn)合格。 15）強(qiáng)度驗(yàn)算 強(qiáng)度驗(yàn)算公式見(jiàn)式（4.18）。 式（4.18） 式中——表示許用應(yīng)力（N/mm2）。根據(jù)滾珠絲杠材料，取

45、=390 MPa。 代入式（4.18）得==30615N； Fmax =131.65N 顯然﹥Famax 強(qiáng)度滿足。 滾珠絲杠副選擇的主要計(jì)算值見(jiàn)表4-3。 表4-3 滾珠絲杠副選擇的主要計(jì)算值 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph=4mm 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm=1500r/min 當(dāng)量載荷 Fm=131.65N 預(yù)期額定動(dòng)載荷 Cam=1736N 最小螺紋直徑 D2m≥1.24mm 滾珠絲杠副預(yù)緊力 Fp=44N 行程補(bǔ)償值 C=0.4μm 預(yù)拉伸力 Ft=1248N 絲杠長(zhǎng)度 L=140mm 絲杠最小抗壓剛度 Ksmin=188N/μm

46、 絲杠最大抗壓剛度 Ksmax=211.2N/μm 極限轉(zhuǎn)速 nc= 846280n/min 基本軸向額定靜載荷 Coa =2450N 4.4 進(jìn)給伺服電機(jī)功率的計(jì)算及選擇 1）建立計(jì)算模型 絲杠計(jì)算模型見(jiàn)圖4-2。 圖4-2 絲杠計(jì)算模型 2）加減速時(shí)間計(jì)算 速度變化曲線見(jiàn)圖4-3。 4-3 速度變化曲線 進(jìn)給速度：V=2m/min； 進(jìn)給時(shí)間：tm=4.6s； 行程: l=150mm； 加速時(shí)間：ta (s)； 減速時(shí)間：td (s)； 當(dāng)ta= td時(shí)：

47、 代入已知條件得： 3）換算到電機(jī)軸負(fù)載慣量的計(jì)算 滾珠絲杠的慣量的計(jì)算見(jiàn)式（4.19）。 式（4.19） 式中MB——表示滾珠絲杠重量。 滾珠絲杠重量的計(jì)算見(jiàn)式（4.20）。 =ρV =ρπL 式（4.20） 式中L——表示滾珠絲杠直徑。由上面計(jì)算可知，L=0.14m； D——表示滾珠絲杠直徑。取D=10

48、mm。 代入式（4.20）得 =7.8103π0.5≈0.3kg 代入式（4.19）得 ==2.410(KgM2) 負(fù)載的慣量計(jì)算見(jiàn)式（4.21） 式（4.21） 式中M——表示負(fù)載質(zhì)量。M=（3+3+8）kg=14kg； P——表示滾珠絲杠導(dǎo)程。P=4mm。 代入式（4.21）得 =3.2910KgM2 換算到電機(jī)軸負(fù)載慣量，見(jiàn)式（4.22） 式（4.22） 式中i——表示減速比。因無(wú)減速器，所以i=1

49、； J1、J2——表示中間機(jī)構(gòu)的慣量。應(yīng)沒(méi)有采用減速機(jī)構(gòu)，因此J1=J2=0。 代入得 4）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 對(duì)外力的轉(zhuǎn)矩的計(jì)算見(jiàn)式（4.23）。 式（4.23） 式中M——表示外作用力。M=（3+3+8）kg=14kg； P——表示滾珠絲杠導(dǎo)程。P=4mm。 代入式（4.23）得 換算到電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩，見(jiàn)式（4.24） 式（4.24） 式中η——表示效率。電機(jī)與絲杠采用彈性聯(lián)軸器連接，其η

50、=0.98。 則 = 5）旋轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算 電機(jī)所需轉(zhuǎn)速的計(jì)算見(jiàn)式（4.25）。 式（4.25） 式中NM——表示電機(jī)所需轉(zhuǎn)速（r/min）； V——表示進(jìn)給速度（m/min）。已知V=2 m/min； P——表示滾珠絲杠導(dǎo)程。P=4mm； i——表示減速比。因無(wú)減速結(jié)構(gòu)，所以i=1。 代入得 6）電機(jī)的初步選定 定電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量為負(fù)載的以上的電機(jī) 初步選臺(tái)達(dá)ASMT L250， 規(guī)格：低慣量 400W 額定轉(zhuǎn)

51、速N：3000（r/min） 額定轉(zhuǎn)矩:1.27（Nm） 瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩T：3.82（Nm） 電動(dòng)機(jī)慣量： 選定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩0.8比換算到電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩大的電機(jī) ASMT L250的額定轉(zhuǎn)矩TW=1.27 ﹥TL=0.1 7）加減速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 加減速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算見(jiàn)式（4.26）。 式(4.26) 8）瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩、有效力矩的計(jì)算 必要的瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為T1 T1=TA+TL=（0.04+0.1）=0.14 T2=TL=0.1 T3=TL-TA=0.06 有效轉(zhuǎn)矩Trms 有效轉(zhuǎn)矩Trms的計(jì)算見(jiàn)式（4.27）。

52、 式（4.27） 9)校驗(yàn) 負(fù)載慣量: ＜][適用的慣量比=30] 條件滿足 有效轉(zhuǎn)矩: =0.1＜0.8 條件滿足 瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩: T1=0.14＜T=3.820.8 條件滿足 最大轉(zhuǎn)數(shù): ＜N=3000(r/min) 條件滿足 經(jīng)校驗(yàn),所選電機(jī)符合要求。 伺服電機(jī)主要計(jì)算值見(jiàn)表4-4。 表4-4伺服電機(jī)主要計(jì)算值 負(fù)載慣量 JL=3.2910kgm2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL=0.1NM 有效轉(zhuǎn)矩 Trms=0.1NM 瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩 T1=

53、0.14 NM 最大轉(zhuǎn)速 NM=500r/min 第5章 電氣部分設(shè)計(jì) 5.1 硬件部分電路設(shè)計(jì) 要設(shè)計(jì)硬件部分，就要進(jìn)行硬件的開(kāi)發(fā)，就是要在計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間架設(shè)一座橋，進(jìn)行物理連接。要開(kāi)發(fā)硬件，總的說(shuō)來(lái)有兩種途徑：一條是自己動(dòng)手開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)接口卡，另一條途徑是在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，稍加改進(jìn)而利用已有的標(biāo)準(zhǔn)接口卡進(jìn)行通訊。在第一種方法中，需要自己設(shè)計(jì)接口電路，勞動(dòng)量大，且在使用時(shí)要占用PC機(jī)的一個(gè)擴(kuò)展槽；若使用第二種方法，不但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、危險(xiǎn)性小，而且節(jié)省計(jì)算機(jī)插槽空間。因此本設(shè)計(jì)采用PC機(jī)的并口進(jìn)行上下位機(jī)的通訊。 本部分主要用于控制雕銑機(jī)工作臺(tái)進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)的工作

54、。通過(guò)工作臺(tái)兩端安裝的接近開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)控制工作臺(tái)的啟、停以及反向。 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。而軟件則是系統(tǒng)的靈魂，只有有了軟件系統(tǒng)各硬件部分才能協(xié)調(diào)工作，發(fā)揮作用。 80C51單片機(jī)系列源于Intel公司的MCS-51系列，具有典型的單片機(jī)結(jié)構(gòu)體系，其基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。專門設(shè)計(jì)的CPU系統(tǒng)，典型的CPU外圍功能單元和歸一化的I/O端口。 圖 5-1 80C51基本結(jié)構(gòu)圖 80C51單片機(jī)的CPU外圍電路有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM（4K）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128B）、I/O端口和特殊功能寄存器SFR。 5.

55、2 80C51外部電路擴(kuò)展 80C51芯片內(nèi)部有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，內(nèi)部地址為07H-07FH，用作工作寄存器、堆棧、軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器，CPU對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有著豐富的操作指令。但是在數(shù)控系統(tǒng)中單用片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器往往是不夠的，因此在本設(shè)計(jì)中外接6264芯片來(lái)擴(kuò)展80C51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于80C51內(nèi)部只有4K程序存儲(chǔ)器，所以在實(shí)際應(yīng)用中常外接一片2764芯片來(lái)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。 ALE為地址鎖存允許，當(dāng)送低8位地址時(shí)使用ALE，接74LS373的OE端，高電平有效，當(dāng)不傳送數(shù)據(jù)時(shí)ALE無(wú)效。 低電平有效，偏外取指令控制。當(dāng)其有效時(shí)選通外部EPROM存儲(chǔ)器，向應(yīng)的指令字節(jié)出

56、現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（Q0-Q7）上，同是輸入到P0口，CPU將讀取向應(yīng)的指令到指令寄存器 XTAL1為芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端，XTAL2為振蕩電路輸出端，系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。在XTAL1、XTAL2引腳上接上晶振電路，使80C51內(nèi)部產(chǎn)生自激振蕩。晶振電路一般采用石英晶體和電容組成并聯(lián)諧振電路。晶振頻率可以在1.2-12MHZ之間選擇。本設(shè)計(jì)選取晶振頻率為6MHZ，電容在5-30PF之間選擇。電容CO1、CO2的大小對(duì)晶振頻率有微小影響，因此可以起到頻率微調(diào)作用。 RST為復(fù)位控制，高電平有效。當(dāng)RST端輸入高電平時(shí)，80C51初始化復(fù)位，只要輸入端保持高電平則循環(huán)復(fù)位,在復(fù)位有效期

57、間ALE、 也輸出高電平。當(dāng)RST輸入返回低電平后，CPU從0地址開(kāi)始執(zhí)行程序。單片機(jī)通常采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位相結(jié)合的復(fù)位方式，以便在出現(xiàn)緊急情況時(shí)能使空置系統(tǒng)迅速?gòu)?fù)位，不至于造成事故，具體復(fù)位電路間控制電路原理圖。 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片簡(jiǎn)介。2764是一種只用5V電源，65536位紫外線擦除，用非5V電源編程的只讀存儲(chǔ)器（EPROM）。引腳功能如下：A0-A12位地址端； 為片選端； 為輸出允許；O0-O7為輸出端； 為編程端；NC沒(méi)有內(nèi)部連接；VPP為編程電源；VCC為電源；GND為地。用它可以擴(kuò)展8K片外程序存儲(chǔ)空間。6264位8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，集成度很高。它的引腳功能如下：

58、A0-A12為13位地址線，輸入地址與內(nèi)部8KB存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)；O0-O7為8位數(shù)據(jù)線； 為片選信號(hào)線，低電平有效； 為讀信號(hào)線，低電平有效； 為寫信號(hào)線，也是低電平有效。 5.3控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 為保證該系統(tǒng)能夠精確定時(shí)和實(shí)時(shí)處理內(nèi)外信號(hào)，在硬件方面采用碩華PCL-839步進(jìn)電機(jī)控制卡、輸入、輸出卡構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件采用PC 總線和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PCL-839控制卡插在PC總線擴(kuò)展槽上。PCL-839卡主要是步進(jìn)電機(jī)位移及速度控制、限位開(kāi)關(guān)響應(yīng)、刀具半徑補(bǔ)償、外部信號(hào)輸入和控制信號(hào)輸出、插補(bǔ)運(yùn)算等功能，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5-2

59、 圖5-2 總體結(jié)構(gòu)圖 該系統(tǒng)采用了NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)，所用硬件少，成本低，并利用PCL-839強(qiáng)大的軟件功能與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相結(jié)合，大大降低了軟件開(kāi)發(fā)的難度，極大地提高了控制系統(tǒng)的開(kāi)放性，順應(yīng)了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。 結(jié)論 Z向作為主傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一。為實(shí)現(xiàn)其加工時(shí)的高速銑削采用銑削主軸，主軸系統(tǒng)主要由兩部分組成：主軸安裝座、活動(dòng)支架。Z向進(jìn)給主要通過(guò)、電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)聯(lián)軸器傳遞給滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)其直線往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Z向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械部分中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是接受放大后的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雕銑機(jī)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，考

60、慮到既要實(shí)現(xiàn)功能，又要盡可能地小巧輕便。設(shè)計(jì)中控制部分，是連接PC機(jī)輸出和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的必要通道，它的主要作用是放大PC機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)，使其能驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雕銑動(dòng)作，這對(duì)能否將控制信號(hào)及時(shí)、準(zhǔn)確地放大并發(fā)送至步進(jìn)電機(jī)至關(guān)重要。 這次設(shè)計(jì)能為機(jī)械設(shè)備提供一種價(jià)格低廉、性能適中的雕銑機(jī)。它能滿足教學(xué)的大部分功能要求，如：體積小，輕便，易搬運(yùn)和維護(hù)，安裝簡(jiǎn)單，精度在0.1㎜以內(nèi)等功能。便于提高數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。 致謝 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了李老師的悉心指導(dǎo)，正是由于老師不辭辛苦的耐心講解、檢查，幫我改正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤與不妥之處，我的此次設(shè)計(jì)才能順利完成。在這里表示衷心的感謝！

61、 參考文獻(xiàn) [1]蔡春源,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).遼寧科技技術(shù)出版社.1993. [2]劉文信,機(jī)床數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.1994.10. [3]趙依軍,胡戎主編,單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù).湖北省計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì).1988.5. [4]機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社.1998. [5]王華坤，范元?jiǎng)?機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).兵器工業(yè)出版社.2000. [6]邱宣懷,機(jī)械設(shè)計(jì),第四版.高等教育出版社.1997. [7]黃筱調(diào),機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社.1998. [8]余永權(quán),單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù) .北京航空航

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