数控Y工作台及控制系统设计.docx

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1、本科毕业论文（设计）题目：数控机床工作台与限制系统设计学院：姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化年级：指导老师：职称：年五月摘要数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床。能够适应市场对产品多样化、高精度和快速响应的加工要求，因此得到了广泛的应用。数控机床正朝着高性能、高智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。作为一个较完善的机电一体化系统，数控车床应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、限制系统及信息处理部分。数控工作台采纳开环限制系统，结构简洁、实行便利并且能够保证肯定的精度，设计主要对工作台的机械部分进行设计，包括滚珠丝杆、滚动导轨、轴承等传动元件及步

2、进电动机的计算及选用，最终对限制系统进行了分析和完成各电子元件的选用，并且利用进行了装配图的绘制，各机械元件的设计及各零件的安装也做了比较具体的说明。关键词：数控车床机械部分传动元件限制系统摘要错误!未指定书签。1 .绪论错误!未指定书签。1.1. 课题来源及意义错误!未指定书签。1.2. 发呈现状与发展趋势错误!未指定书签。1.3. 论文结构及主要探讨内容错误!未指定书签。2 .数控系统方案确定错误!未指定书签。2.1. 总体方案步骤确定：错误!未指定书签。22设计系统方案的确定错误!未指定书签。2.3. 工作台各项参数的初步确定错误!未指定书签。2.4. 限制系统的选择错误!未指定书签。3

3、 .机械部分设计错误!未指定书签。3.1. 设计主要思路错误!未指定书签。3.2. 工作台外形尺寸及重量估算错误!未指定书签。3.3. 滚动导轨参数计算与选型错误!未指定书签。3.3.1. 导轨的选用和计算错误!未指定书签。3.3.2. 额定行程长度和工作时间寿命错误!未指定书签。3.4. 滚珠丝杠计算、选择错误!未指定书签。3.4.1. 确定当量载荷错误!未指定书签。3.4.2. 丝杠载荷计算和选用错误!未指定书签。3.4.3. 传动效率计算错误!未指定书签。3.4.4. 丝杠刚度验算错误!未指定书签。3.5. 支承座的参数错误!未指定书签。36齿轮计算、设计错误!未指定书签。1 .6.1.

4、齿轮参数确定错误!未指定书签。362 .齿轮传动消隙错误!未指定书签。3.7.步进电机的选用错误!未指定书签。3.7.1. 步进电机启动力矩的计算错误!未指定书签。3.7.2. 步进电机惯性负载的计算错误!未指定书签。4 .机床数控系统设计错误!未指定书签。4.1. 硬件电路设计错误!未指定书签。4.1.1. 确定硬件电路的总体方案错误!未指定书签。4.1.2. 主限制器和存储器扩展错误!未指定书签。4.1.3. 步进电机驱动电路设计错误!未指定书签。4.1.4. 硬件电路设计思路错误!未指定书签。4.2. 系统限制软件设计错误!未指定书签。4.2.1. 系统限制功能分析错误!未指定书签。4.

5、2.2. 步进电机限制程序错误!未指定书签。4.2.3. 系统加工程序错误!未指定书签。5 .结束语与致谢错误!未指定书签。6 .参考文献错误!未指定书签。1.绪论我国现今工业发展的快速程度和环境，发展我国机电数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争实力已特别重要。机电一体化这新兴学科有其技术基础、设计理论和探讨方法，只有对其充分理解，才能正确的进行这方面的工作，机电一体化的目的重在多功能、高效率、高牢靠性、省材料、省能源、不断满意人们生活和生产的多样化需求。所以机电一体化的探讨方法应当是从系统的角度动身，采纳现代化设计分析方法，充分发挥边缘科学技术的优势。1.1. 课题来源及意义1

6、）数控机床工作台设计依据数控机床是用数控指令来实现一台或多台机械设备动作限制的技术。它广泛应用于机械制造和自动化领域，数控机床的应用不但给传统的制造业带来了革命性的改变，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控机床的不断发展和应用领域的扩大，所以数控工作台设计对国计民生的一些重要行业（汽车轻工医疗等）的发展起着越来越重要的作用。目前国内中小企业多采纳经济型数控冲床系统，其加工速度慢、编程困难、人机界面不友好，因此生产效率低、工人劳动强度大。因此研制和开发一套基于双单片机的数控冲床数控系统，用于装配新冲床或对经济型数控冲床进行改造，能够有效的改善人机界面、提高加工速度、便利操作人员编写用户加工程序

7、，对提高企业生产效率、改善工人的工作环境有很大的实际意义，工作台是机床上必不行少的部件，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产率。随着经济的发展，机械行业的很多一般机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和生产率，而且能有效的适应多种品种，小批量的市场需求，使之更有效的发挥经济效益和设计效益。总而言之，目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化以成为数控机床发展的趋势和方向。中国作为一个制作大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业

8、不能安于现状，应当抓住机会不断发展，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品到高精尖端产品制作的变更。2）课题的意义通过对该课题的设计能够正确运用机电系统的基本理论和相关学问，驾驭机电一体化系统的功能构成，特点和设计思想、设计方法、了解设计方案的拟定、比较、分析和计算。驾驭典型机械零部件和执行元件的计算、工作原理和软件编程思想。当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互绽开激烈竞争，已形成一条无形战线，特殊是随微电子、计算机技术的进步,数控机床

9、在20世纪80年头以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入后，正式参加世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰难的任务。1.2. 发呈现状与发展趋势从20世纪60年头以前称为初期阶段，这个时期研制和开发还处于自发状态，电子技术还没有发展到肯定水平，信息技术还处于萌芽阶段，因此机电技术还没广泛深化的发展。70年头至80年头为蓬勃发展阶段，这一时期，计算机技术、限制技术、通讯技术的发展，微机电一体化的发展奠定了技术基础。到了20世纪90年头后期，机电一体化技术向智能化自动化

10、迈进了新的阶段，机电一体化进入了深化发展的阶段。并出现了虚拟制造（）、灵敏制造O快速成型制造（）、并行工程O等新技术。随着科学技术的发展，机电一体化已从原来的以机械为主的领域拓展到目前的汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金等多项领域。机电一体化产业覆盖面特别广，而我们的人力物力财力和技术都是有限的，因此我们在机电一体化产业发展时不能做到四平八稳，但应分清主次大胆取舍，在机电产业做到可持续发展壮大。我国机械制造装备中较多的采纳了数控机床、机器人、柔性制造单元和系统高等技术的集成，来满意产品特性化和多样化的要求，以满意社会个消费群体的不同要求。目前机械技术已经发展到广泛采纳微型计算机的阶段，今后也将

11、不断出现“具有神经系统的机械”或“智能化的机械”。并且机电一体化技术贯穿于工程系统设计之中，从简洁的单参数显示，到困难的多参数、舵机限制，从简洁的零件自动加工生产线，到各种现代机械设备的自动化生产等，机电一体化技术已应用到不同层次、覆盖面很广的应用领域。数控机床综合运用了电子计算机、自动限制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果具有高柔性、高精度与高自动化的特点，因此它提高了机械制造的制造水平，解决了制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的浮渣幸免零件加工,为社会供应了高质量、多品种及高牢靠的机械产品取得了巨大的经济效益，目前，数控技术已逐步晋级，数控车床在工业生产中得到了广泛的

12、应用，已成为机械自动化的一个重要发展方向。机电一体化是集机械、电子、光学、限制理论、计算机技术和信息技术等多学科交叉融合的产物，大力推动制造业信息化、网络化和绿色环保化，大幅度提高产品档次、技术含量和附加值，是机电一体化发展的重点方向。随着制造业生产模式的演化，对机械制造装备提出了不同的要求，使现代化数控系统装备的发展呈如下趋势：1）向高效、高速、高精度方向发展效率、质量是先进制造技术的主体,高速和高精度加工时制造技术永无止境的追求。告知。高精度加工技术可是数控系统能够进行高速插补、高实时运算，在高速运行中保持较高的定位精度，极大地提高效率提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高尺长竞争实力。

13、2）多功能复合化、柔性自动化的产品成为发展的主流从近几届国内外举办的国际机床展览上展出的装备状况来看，新奇的高技术含量的展品逐年增加。国际上多功能复合加工机床的发展不再以简洁的零件加工为主，而是以结构困难、形态各异的箱体类零件加工或更为困难的零件加工为发展趋势。展出的机床类型很多、有最新的复合加工机床、五轴加工机床、纳米加工机床、新型并联加工机床等。展示出世界制造装备的精华，展示了世界制造技术发展的最新动向。3）智能制造技术和智能扮装备方向发展通过借助于现代的工具和方法，通过集成传统制造技术。计算机与自动化科学、信息技术和人工智能等发展了一种新型的制造技术与系统，他将人工智能应用与机械制造装备

14、中，使机器智能化。及其职能化石智能之灾的主要探讨内容之一，他是智能制造系统的物理基础，包括智能加工机床、工具和材料传送、监测和试验装备等，要求具有加工任务和加工环境的广泛适应性，能够在环境和自身的不确定改变中自主实现最佳行为策略。数控系统智能化是面对世纪的先进制造模式，当前智能机床是在数控机床和加工中心的基础上实现的，它与一般自动化机床的主要区分在于除了具有数控加工功能外，还具有感知、推理、决策、限制、通信、学习等智能功能。目前国外探讨机构在产品结构越来更加杂，产品精度要求越来越高等状况下，提高加工设备的智能型、牢靠性和加工精度是提高企业竞争力的主要途径。现代数控系统今后的发展将是以创新、提升

15、、优化为主要模式，将来的中国制造业已不能仅仅满意与“制造”，而是要进一步发展成为“智造”，即用学问、技术、头脑去创新、去创建。1.3. 论文结构及主要探讨内容本文以基于对数控工作台为主要的探讨对象，对数控车床的机械系统与部件、限制系统、车床数控系统软硬件等设计问题进行探讨，具体内容如下：第1章：介绍项目的来源、目的和意义,数控车床的探讨现状和发展趋势。以及本论文的结构和主要探讨内容。第2章：对数控系统总体方窠的确定，针对所探讨方窠的功能提出也许方向。第3章：机械部分的设计：包括对工作台的尺寸，运动特点，传动机构的设计和选用，导向支撑机构的设计和执行机构的设计等第4章：限制系统硬件的设计第5章：

16、限制系统软件的设计第6章：论文总结第7章：参考文献2.数控系统方案确定工作台广泛应用于测量、激光焊接、激光切割、涂胶、插件、射线扫描、机械手、搬运、数控机床等领域。设计系统的内容数控机床工作台与限制系统是采纳数字化信号，通过可编程的自动限制工作方式,实现对设备运行及其加工过程产生的位置、角度、速度、力等信号进行限制的新型自动化机床。数控机床的计算机信息处理及限制的内容主要包括：基本的数控数据输入输出、直线和圆弧插补运算、刀具补偿、间隙补偿、螺距误差补偿和位置伺服限制等。2.1. 总体方案步骤确定:由于该设计主要考虑工作台和限制系统的设计，总体方案设计包括:1运动功能设计包括确定机床所需运动的个

17、数、形式、功能及排列依次。2基本参数设计包括数控系统工作参数、尺寸参数、运动参数和动力参数设计等。3传动系统设计包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计。4限制系统设计包括限制方式及限制原理、限制系统图设计。设计主要内容：该设计旨在单片机限制步进电机驱动的多用工作台确定，通过总体方案步骤的确定得出主要设计内容如下：1机械部分的设计1确定脉冲当量，工作台有效行程，进给速度工作载荷等；2机械部件的总体尺寸及重量的初步估算；3传动元件及导向元件的设计，计算和选用；4伺服电机计算、选用；5绘制机械结构装配图；2数控系统的设计1确定数控系统装置方窠（组成框图、功能、主要的设计参数，及方案分析、比较、说明

18、）。2电气限制系统设计（、存储器、接口电路及伺服驱动电路）3系统限制软件的设计。2.2. 设计系统方案的确定该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采纳连续限制方式。数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，计算机限制系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。X轴伺服驱动系统X轴步进信号Y轴步进信号轨迹指令工作指令插补装置指令输出装置工作指令信号2.3. 工作台各项参数的初步确定1)工作台主要参数：该工作台可安装在钻、铳床上用于钻孔或铳削加工，铳刀直径l6mm,铳削最大深度盘=5,由公式T二空号誓,确定齿数为5,工作台最

19、大加工移动速度取I(X)0,工作载荷IO(X)N,预期工作寿命20000h,定位精度0.01,摩擦系数0.01,系统脉冲当量为0.01。设计工作台加工范围为270X180；厚度为40,工作台的材料为45号刚，其密度为7.811A取10,导轨板的材料选150灰铸铁，密度是7.2为保证肯定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采纳滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消退间隙，采纳有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。2.4. 限制系统的选择开环伺服系统在负载不大时多采纳功率步进电机作为伺服电机.开环限制系统由于没有检测

20、反馈部件，因而不能订正系统的传动误差。但开环系统结构简洁，调整修理简洁，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采纳步进电机开环伺服系统驱动。开环伺服系统框图如下:指令数控装置进步电机机.I,台I机械专家网ww.SSthNet.系统总体框图如下:Y向工作台功率放大功率放大光电隔离光电隔离3.机械部分设计机械部分设计内容包括：确定系统脉冲当量，运动部件惯性的计算，选择步进电机，传动及导向元件的设计、计算与选用，绘制机械部分装配图等。3.1.设计主要思路XY工作台中X、Y方向的移动，可采纳螺旋机械或齿轮齿条传动机构，这两种均可把旋转运动变为直线运动

21、。因为此机构以传递运动为主，要求有较高的传动精度，又要求结构紧凑，所以选用螺旋机构。但常用的螺旋机构中丝杠和螺母之间的相对运动是滑动，磨损较严峻，影响传动精度，寿命短，效率低,不能满意高速度、高效率和高精度等传动要求。为了使运动灵敏又能满意精度要求，选用滚珠螺旋机构。滚珠螺旋传动是在螺杆和螺母间放人适当数量的滚珠，使螺杆和螺母之间的摩擦由滑动摩擦变为滚动摩擦的一种传动装置。现采纳了间隙可调的滚珠丝杠传动。为使传动稳定牢靠，采纳丝杠转动，螺母带着工作台作移动的传动形式。螺母带着工作台在底座的导轨上移动，因为运动部件重量不大，切削力也不大，行程较小，所以确定采纳有预加载荷双V形滚珠导轨。数控XY工

22、作台主要是对滚珠丝杠、滚珠导轨、步进电机的选择，使其满意数控XY工作台传动系统高速度、高效率、高精度的要求。3.2. 工作台外形尺寸及重量估算依据设计工作台的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量和。取X向导轨支撑钢球的中心距为160向导轨支撑钢球的中心距为220,考虑夹具夹紧弓箭的须要，设计工作台简图如下:工作台简图工作台台面尺寸为:长*宽*高30072x200/x/xx40x上拖板尺寸为：长*宽*高550mm220tnm30mm初设上导轨长度：动导轨长度240,动导轨行程270,支承导轨长度510下导轨：动导轨长度240,动导轨行程200,支承导轨长度440重量估算：台面重

23、量:Wl3OO200401037.8102l87N托板重量：W2=550220301037.8102283NX方向导轨滑块重量：Gl2X(550+220)20207.2102IoT45NY方向动导轨滑块重量：G1=(440+220)20207.210-2XIOT2ON夹具及工件总重量：约160N电机重量约为15个X工作台运动部分重量：Gv=187+20+160=367N工作台运动部分总重量约为G”,187+283+45+20+160+15=710N3.3. 滚动导轨参数计算与选型滚动直线导轨的主要设计参数有导轨的尺寸参数计算、额定载荷的计算、额定行程长度寿命和额定工作时间寿命。3.3.1. 导

24、轨的选用和计算额定静载荷：依据给定的工作载荷E和估算的和计算导轨的静平安系数。，式中CO为导轨的基本静额定载荷，；工作载荷0.5()；1.03.0(一般运行状况)，3.05.0(运动时受冲击、振动)。依据计算结果查有关资料初选导轨：系统受中等冲击,可取启,=4.0CO=fSLX.YPxy=W7Wxy)A=O.5(+叱)=0.5(1000+187)=594NG=O.5(g+UQ=O.5(1000+283)=642NQ=A=4594=2376N=l=4642=2568N依据计算额定动载荷C确定滚动导轨的型号及结构尺寸，选择导轨15,可知其载荷C远小于所选导轨额定动载荷QO额定载荷()额定静力矩。导

25、轨长度L。单向行程长度0每分钟往复次数(次/分钟)动载荷静载荷606+40=4(X31568.714.5707011215型滚动直线导轨参数型号装IEg令尺寸导状尺寸mm滑缺尺寸mm定我有(KN)定力短(NF)HWBHiIFdDMiBiKTTiCiM1C2LiL2k动我荷CCoMaMbMcLGI5KL2416151520o45三75三534719471145M5385733308.71457070112LG20KL30215201820606-95三85632510105M653745084013822711211216LG25KL36235232220607-11-97029.5121665

26、M57905945196326170170280LG30KL423128220809141290341119MIO729771452268494442442540185KL483302920o914-121003913219MIO8211090S623485853653689LG45KL026037545325110614-20-1712051152S10M12113910280544907110011001882LG65KL7043553443012016-232014057202912MM11616111895794131154715472580LG65KL9053563533615012

27、2217076233714M16142195147110128213369036905540各型号滚动直线导轨参数3.3.2. 额定行程长度和工作时间寿命依据设计好的方案来验证导轨的工作寿命9(小时)，要求寿命不低于20000h;计算导轨行程长度寿命I(),当滑座运动速度低于15时，若温度在100。以下，导轨硬度为60时，无明显冲击和振动7；由下式可得：Ts=6.25q)310004=250NQ7Ts=6.25”当3=245650s250Th=0xl=852950h20000h2小由于导轨和导轨副均为标准件，可在型号产品中得到具体参数，所以在设计中对导轨的描述用代号确定，后面的设计过程其他的传

28、动元件同理，在画图中只表示其大致结构。3.4.滚珠丝杠计算、选择3.4.1. 确定当量载荷由于该设计只对丝杠的移动速度有要求，对转速没有要求。故初选丝杠导程为5,则丝杠转速nwtvmax200o估测系统走刀抗力约为320N该系统速度没有改变，其当量载荷即为其最大载荷，取其摩擦系数0.01。X方向载荷：Pmx=Pf+1.414Gv320+1.4140.01367325NY方向载荷：,r=+1.414Gv320+1.4140.01710330N3.4.2. 丝杠载荷计算和选用丝杠轴向力：Fmax=K%+工+W,.,)(N)其中：1.15,滚动导轨摩擦系数O.OO3OOO5;取0.004,(0.中0

29、.6),(0.15-0.7),可取0.5,06计算。则：=0.5F.=0.5100O=50ONFv=0.6E=0.61000=60ONfxmax=115500+0.004(1000+367)=580NKmaX=I15x600+0004(1000+710)=698N寿命值：L=Kg,其中丝杠转速=匕空()，20000hIO6I0l三200/05602002000024010最大动载荷：QwLfHfWF式中：人为载荷系数，取冲击效果为中等，由表：载荷性质无冲击（很平稳）稍微冲击伴有冲击或振动L1-1.21.2-1.51.5-2载荷性质系数人可知中等冲击时为1.21.5;九为硬度系数，58时为1.0

30、。取冲击时。=1.5,%=1则：v=V2401.5l5805405Nv=V2401.5l6986480N依据运用状况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并依据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为：系列滚珠丝杆副，其型号为：2005-5o其基本参数形态如下：2004-520057 ；2.5 202X2.52X2.5X255102919723050 :73506553. 17516.219.51X2.540802005-52006-2.52006-52X2.570LC 62 10656116 5.8 6M67988144983.5 15.81X2.52X2 52X2 5X244 8664 1239053

31、1643216762 18737333524 361 72218358 188 137636716 364 1727列（鼻”坏入式反内）其额定动载荷为14498NQV足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采纳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20螺距，5接触角45钢球直径43.175螺纹滚道法向半径RR=0.521.651偏心距ee=(R-42)sin0.04489螺纹升角7t=arctg-4do40331螺杆外径dd=4-(0.20.25)419.365螺杆内径44=d0+2e-2R16.788螺杆接触直径&2d2=J0-cos717.7

32、55螺母螺纹外径OD=clQ2e+2R23.212螺母内径(外循环)DlR=4+(20.255)420.73.43 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：=tgY吆(7+夕)式中：8=1(T,为摩擦角；y为丝杠螺旋升角。=-”33096tg(y+9)fg(433+10)3.44 4.丝杠刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程改变量为：A=g9%)Y向滚珠丝杠受力最大K,=696.5N,4=0.5,E=20.61067Vch2S=R2=34(-)2=2.Ucm21 =696.50.520.61062.147.9106因丝杠受扭矩引起的导程改变量很小，忽视不计。选择丝杠精度4级，此时A=19加则导程变

33、形总误差为:()1()=L1-=7.910-6-=15.8mw=193.5. 支承座的参数轴承是和滚珠丝杆过盈协作的，滚珠丝杆的连接端的直径为20,把丝杆磨小，使他们之间的协作是过盈协作。滚珠丝杠安装方式为一端固定一端较接，固定端和支撑端装均用深沟球轴承，滚动轴承型号为6302-2Z,该型号的参数如下表2-11滚动轴承103276-89参数外形尺寸O安装尺寸()dDBDlD2154213213713.6. 齿轮计算、设计3.6.1. 齿轮参数确定因步进电机步距角=15。滚珠丝杠螺距5,要实现脉冲当量%=O.Ob三7s切,在传动系统中应加一对齿轮降速传动.齿轮传动比：=001x3600,48,选

34、Z=24,Z2=50Z2bt1.55因传递的扭距较小,取模数1则：分度圆直径:4=mzx=124=24mmd2=mz2=15()=50mm齿顶圆直径：1=(z1+2)n=(24+2)l=26三dal=(z2+2)m=(5()+2)1=52mm齿根圆直径：dfi=(zl-2.5)11=(24-2.5)1=21.5df2=(z2-2.5)w=(50-2.5)1=47.5齿宽：b=dmz(M取值为0.2-1.4)中心距：a=0.5(4+&)=05(24+50)=37mm齿轮参数计算尺寸见下表：Z24502450do2m2652d21.25m21.547.5(0.2-1.4)88(d2)237分度圆压

35、力角：=20o3.6.2. 齿轮传动消隙数控设备进给系统常常处于自动变向状态，反向时假如驱动链中的齿轮等传动副存在间隙，就会使进给运动的反向滞后于指令信号，从而影响其驱动精度。因此必需实行措施消退齿轮传动中的间隙，以提高数控设备进给系统的驱动精度。由于该设计中齿轮尺寸较小，运用结构简洁的偏心轴套消退侧隙，其结构如下：y/777/人1 -偏心辅套；2电动机3.7. 步进电机的选用 1.5 :步进电机的步距角。b取系统脉冲当量力,=0.01,初选步进电机步距角3.7.1. 步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为T,负载力为P,依据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：T

36、-Ps式中P为电机转角，S为移动部件的相应位移，7Z机械传动效率。若取。=仇，则s=a,且尸=+MG+B).所以：T=36bjq+(G+2)2勿7%式中：为移动部件负载，G为移动部件质量(N),为与重力方向一样的作用在移动部件上的负载力(N),U为导轨摩擦系数，为步进电机的步距角O为电机轴负载力矩()。本设计取=0.03(淬火钢滚珠导轨的摩擦系数)，7/=0.96,2A320N。考虑到重力影响，Y向电机负载较大，因此G=G=698N,所以有:=36bJ-+w(G+R)=36X0.01320+0.03(698+320)F352h23.140.961.5考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：

37、7；=33(取平安系数为04)Q().3().5对于工作方式为三相六拍的步进电机：0.866 0.86638步进电机的最高工作频率IOOOvmax7max 60丹= 1667为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率nm,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个55004型三相反应式步进电机.电机有关参数如下：型号主要技术参数外形尺寸重量步距角最大静载荷最高启动频率相数电压电流外径长度轴径550041.549.022003273556266.555004单机参数3.7.2. 步进电机惯性负载的计算步进电机轴上的等效负载转动惯量为：ZJq=Jo+4+()(J2+J3)+M()2Z?三h18

38、0b式中：(为折算到电机轴上的惯性负载；J。为步进电机轴的转动惯量；4为齿轮1的转动惯量；心为齿轮2的转动惯量；人为滚珠丝杠的转动惯量；M为移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以依据下式进行估算：J=0.7810-3D4L式中。为圆柱零件直径，L为圆柱零件的长度。所以有：J1=0.78X10-3X2.446=15.53102cm2J1=0.78X103546=292.5X02kgcm2J1=0.781032430=37.44102kgcm2电机轴的转动惯量很小，可以忽视，所以有：7rf=15.5310-2+()2(292.5+37.44)102+62.6(了2(H.)=0.925kgcm250

39、1.5180编程序时采纳肯定算法保证加速度不超过这个数值。4.机床数控系统设计4.1. 硬件电路设计依据限制系统的具体要求选择存储器扩展电路、确定硬件电路方案；依据系统工作要求设计扩展I/O接口电路，检测电路，转换电机以及驱动电路等；4.1.1. 确定硬件电路的总体方案数控系统的硬件电路由以下几部分组成：1）主限制器。即中心处理单元2）总线。包括数据总线，地址总线，限制总线。3）存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。4）输入输出接口：包括键盘、信号变换电路、显示器等。图1数控系统电路框图4.1.2. 主限制器和存储器扩展选用集成度高、牢靠性好的MCS-51系列单片机作为主限制器，

40、该产品是集中了、I/O端口及部分RAM等为一体的功能性很强的限制器。只需增加少量外围元件就可以构成一个完整的微机限制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强大，编程敏捷，硬件资料丰富。所以本设计选用8031芯片作为主控芯片。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纳EPROM芯片。其型号有:2716,2732,2764,27128,27258,其容量分别为2k,4k,8k,16k32k在选择芯片时要考虑CPU与EPROM时序的匹配。8031所能读取的时间必需大于EPROM所要求的读取时间。此外，还须要考虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满意容量要求时，尽量选

41、择大容量芯片，以削减芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择2764芯片作为本次设计的程序存储器扩展用芯片。单片机规定Po口供应8为位地址线，同时又作为数据线运用，所以为分时用作低位地址和数据的通道口，为了把地址信息分别出来保存，以便为外接存储器提凹凸8位的地址信息，一般采纳74LS373芯片作为地址锁存器，并由CPU发出允许锁存信号的下降沿，将地址信息锁存入地址锁存器中。2）数据存储器的扩展由于8031内部RAM只有128字节，远不能满意系统的要求。须要扩展片外的数据存储器。单片机应用系统数据存储器扩展电路一般采纳6116,6262静态数据存储器。本次设计选用6264芯片作为数据存储器扩展用芯

42、片。3）译码电路在单片机应用系统中，全部外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时的与各个外围芯片进行数据传送。故要进行片选限制。由于外围芯片与数据存储器采纳统一编址，因此单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为困难。可采纳线选法和全地址译码法。线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的硬件结构简洁，但它所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于RAM和I/0容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线的时候，多采纳全地址译码法。它将低位地址作为片内地址，而用译码

43、器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。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。该设计选用程序存储器2764和数据存储器6264组成8031单片机的外存储器扩展电路，单片机外存储器扩展电路如下：5） I/O扩展电路设计通用可编程接口芯片8155,8031单片机共有4个8位并行I/O接口，但供用户运用的只有Pl口及部分P3口线。因此要进行I/O口的扩展。8155与微机接口较简洁，是微机系统广泛运用的接口芯片。8155Y与8031的连接方式如下图所示键盘，显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。通常，数控系统都采纳行列式键盘，即用I/O口线组成行，列结构，按键设置在行列的交点上。数控系统中运用的显示器主要有LED和LCD。采纳8155接口管理的键盘,显示器电路。它有4X8键和6位LED显示器组成。键盘的列线及LED显示器的字位限制共用一个口，即共用8155的口进行限制，键盘的行线由8155C口担当，显示器的字形限制由8155的口担当。4.1.3. 步进电机驱动电路设计1）脉冲安排器步进电机的限制方式由脉冲安排器实现，其作用是