1422-兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1422-兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),數(shù)控系統(tǒng),設(shè)計(jì) 第 二 章 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)- 3 -第二章 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 數(shù)控系統(tǒng)總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：（ 1） 　 運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)。 包 括 確 定 機(jī) 床 所 需 運(yùn) 動(dòng) 的 個(gè) 數(shù) 、 形 式 （ 直 線 運(yùn) 動(dòng) 、回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ） 、 功 能 （ 主 運(yùn) 動(dòng) 、 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 、 其 他 運(yùn) 動(dòng) ） 及 排 列 順 序 ， 最 后 畫 出機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng) 功 能 圖 。（ 2） 　 基本參數(shù)設(shè)計(jì)。 包 括 尺 寸 參 數(shù) 、 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 和 動(dòng) 力 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) 。（ 3） 　 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 包 括 傳 動(dòng) 方 式 、 傳 動(dòng) 原 理 圖 及 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 圖 設(shè) 計(jì) 。（ 4） 　 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)。 包 括 運(yùn) 動(dòng) 功 能 分 配 、 總 體 布 局 機(jī) 構(gòu) 形 式 及 總體 結(jié) 構(gòu) 方 案 圖 設(shè) 計(jì) 。（ 5） 　 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 包 括 控 制 方 式 及 控 制 原 理 、 控 制 系 統(tǒng) 圖 設(shè) 計(jì) 。根據(jù)前面所提到的數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿足的基本要求就可以進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。 在 各項(xiàng) 基 本 要 求 中 以 工 藝 要 求 最 為 重 要 。 由 工 藝 要 求 決 定 機(jī) 床 所 需 要 的 運(yùn) 動(dòng) 。 完成 每 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 又 有 相 應(yīng) 的 功 能 部 件 。 這 就 可 以 確 定 各 部 件 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 和 相 對(duì) 位置 關(guān) 系 。 機(jī) 床 的 總 體 布 局 也 就 可 以 大 體 確 定 下 來 。因 此 ， 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 是 一 項(xiàng) 全 局 性 的 設(shè) 計(jì) 工 作 ， 直 接 影 響 機(jī) 床 產(chǎn) 品 的 結(jié)構(gòu) 、 性 能 、 工 藝 和 成 本 ， 關(guān) 系 到 產(chǎn) 品 的 技 術(shù) 水 平 和 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 能 力 。2.2 兩 軸 實(shí) 驗(yàn) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 方 案 擬 定對(duì) 教 學(xué) 試 驗(yàn) 型 微 型 數(shù) 控 銑 床 的 設(shè) 計(jì) ， 一 方 面 ， 要 求 其 功 能 完 善 、 結(jié) 構(gòu) 開放 ， 具 有 與 一 般 生 產(chǎn) 型 數(shù) 控 銑 床 一 樣 的 工 作 原 理 和 工 作 性 能 ； 另 一 方 面 ， 要求 其 體 積 小 、 價(jià) 格 低 ， 有 利 于 此 類 銑 床 的 普 及 推 廣 。 所 以 本 課 題 的 設(shè) 計(jì) 主 要是 兩 個(gè) 方 面 ： 其 一 ： 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) ； 其 二 ： 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 。 這 里 有 兩個(gè) 方 案 ：方 案 一 、 采 用 減 速 箱 ， 并 對(duì) 滾 珠 絲 杠 進(jìn) 行 兩 端 支 撐 ；第 二 章 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)- 4 -減 速 箱 采 用 圓 注 齒 輪 變 速 ， 這 種 方 案 可 以 通 過 增 加 減 速 箱 ， 達(dá) 到 ： 1.增 大 轉(zhuǎn) 動(dòng) 扭 矩 ； 2.提 高 脈 沖 當(dāng) 量 ； 3.匹 配 慣 量 。 對(duì) 滾 珠 絲 杠 進(jìn) 行 兩 端 支 撐 ，可 以 盡 量 減 少 由 于 一 端 支 撐 ， 可 能 產(chǎn) 生 的 彎 曲 ， 減 少 誤 差 ， 提 高 精 度 。方 案 二 、 直 接 采 用 套 筒 式 聯(lián) 軸 器 連 接 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 和 滾 珠 絲 杠 ， 對(duì) 滾 珠 絲杠 進(jìn) 行 一 端 支 撐 。該 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 。2.３ 方 案 的 比 較 與 選 擇方 案 一 、 由 于 切 削 石 蠟 、 塑 料 等 材 料 ， 根 據(jù) 計(jì) 算 切 削 力 較 小 ， 選 用 步 進(jìn)電 機(jī) ， 脈 沖 當(dāng) 量 為 2mm/min， 采 用 減 速 向 變 速 ， 傳 動(dòng) 比 選 用 1.25， 通 過 計(jì)算 可 以 提 高 脈 沖 當(dāng) 量 為 1.02mm/min。 對(duì) 滾 珠 絲 杠 采 用 兩 端 支 撐 ， 可 以 提 高滾 珠 絲 杠 的 剛 度 ， 提 高 滾 珠 絲 杠 壽 命 。方 案 二 、 直 接 采 用 套 同 式 聯(lián) 軸 器 聯(lián) 接 電 動(dòng) 機(jī) 軸 和 滾 珠 絲 杠 ， 精 度 不 高 ，電 機(jī) 功 率 太 小 ， 直 接 帶 動(dòng) 滾 珠 絲 杠 在 長(zhǎng) 時(shí) 間 工 作 時(shí) ， 對(duì) 步 進(jìn) 電 機(jī) 損 耗 較 大 。采 用 一 端 支 撐 ， 會(huì) 導(dǎo) 致 滾 珠 絲 杠 產(chǎn) 生 撓 度 ， 影 響 滾 珠 絲 杠 的 剛 度 ， 從 而 影 響其 壽 命 。根 據(jù) 實(shí) 際 工 作 要 求 ， 考 慮 其 工 作 壽 命 ， 最 終 選 擇 地 一 種 方 案 ： 采 用 減 速箱 ， 并 對(duì) 滾 珠 絲 杠 采 用 兩 端 支 撐 。2.4 兩 軸 實(shí) 驗(yàn) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 方 案 擬 定教 學(xué) 試 驗(yàn) 型 微 型 數(shù) 控 銑 床 的 總 體 長(zhǎng) 為 300mm， 寬 為 180mm， 高 為400mm， 工 作 臺(tái) 寬 度 180mm， 長(zhǎng) 180mm。 可 以 實(shí) 現(xiàn) X 軸 、 Y 軸 和 Z 軸 三 坐 標(biāo)聯(lián) 動(dòng) 。 X 軸 、 Y 軸 的 進(jìn) 給 是 通 過 電 機(jī) 帶 動(dòng) 絲 杠 ， 絲 杠 又 與 螺 母 傳 動(dòng) 來 實(shí) 現(xiàn) 。電 機(jī) 與 絲 杠 的 連 接 可 以 通 過 銷 釘 來 達(dá) 到 。 在 傳 動(dòng) 過 程 中 電 機(jī) 帶 動(dòng) 絲 杠 做 旋 轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng) ， 螺 母 沿 導(dǎo) 軌 做 水 平 移 動(dòng) ， 從 而 帶 動(dòng) 工 作 臺(tái) 運(yùn) 動(dòng) 。 Z 軸 的 進(jìn) 給 也 是 通過 電 機(jī) 帶 動(dòng) 絲 杠 ， 絲 杠 又 與 Z 軸 螺 母 傳 動(dòng) 來 實(shí) 現(xiàn) 。 主 軸 套 與 Z 軸 螺 母 相 連 ，在 傳 動(dòng) 過 程 中 電 機(jī) 帶 動(dòng) 絲 杠 做 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 螺 母 沿 導(dǎo) 軌 做 上 下 移 動(dòng) ， 從 而 帶 動(dòng)主 軸 做 上 下 運(yùn) 動(dòng) 。第 二 章 兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)- 5 -控 制 系 統(tǒng) 部 分 ： 通 過 采 用 三 菱 公 司 的 FX2N系 列 單 片 微 機(jī) 構(gòu) 成 的 控 制 系統(tǒng) 來 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 啟 停 、 正 反 轉(zhuǎn) 、 兩 軸 聯(lián) 動(dòng) 和 變 頻 調(diào) 速 的 控 制 ， 從 而 實(shí)現(xiàn) 加 工 過 程 的 自 動(dòng) 控 制 。 其 中 重 點(diǎn) 是 確 定 硬 件 電 路 的 總 體 方 案 和 軟 件 設(shè) 計(jì) ，主 要 有 ： 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 展 電 路 設(shè) 計(jì) ， 輸 入 輸 出 接 口 電 路 設(shè) 計(jì) ， 步 進(jìn) 電 機(jī) 接 口 和 驅(qū)動(dòng) 電 路 （ 光 電 隔 離 電 路 ， 功 率 放 大 電 路 ） ， 其 他 輔 助 電 路 （ 時(shí) 鐘 電 路 ， 復(fù) 位電 路 ， 越 界 報(bào) 警 電 路 ， 掉 電 保 護(hù) 電 路 等 等 ） ， 流 程 圖 的 繪 制 和 程 序 的 書 寫 。由 此 ， 可 以 大 體 畫 出 整 體 結(jié) 構(gòu) 的 系 統(tǒng) 方 案 圖 圖 1：圖 1 總 體 框 圖MCS-51接 口 電路驅(qū) 動(dòng) 電 路鍵 盤 輸 入數(shù) 據(jù) 顯 示傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu)工 作 臺(tái)