立式铣床XY向进给系统设计和实现 机械制造专业.docx

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1、立式铳床XY向进给系统设计摘要随着现代信息技术的发展，以提高产品加工的生产效率为主的高度自动化和提高产品质量为主的精密化成为现代机械加工技术发展的两个主要方向。人们对数控机床、精密仪器和仪表以及各种精密机械设备提出了越来越高的精度要求，X-Y工作台是这些设备实现高精密加工的重要部件，对于提高产品的加工起着尤为重要的作用。本论文针对铳床工作台机构及其控制系统进行设计，主要包括伺服电动机的选型，滚珠丝杠的选型、强度校核及生产设计中应注意的问题，连接伺服电机和滚珠丝杠副的联轴器的选型，导轨的设计。根据系统的功能要求，选择数控系统的CPU,同时还需要扩展程序存储器、数据存储器以及步进电机驱动电源的选择

2、。通过对工作台机械传动链的系统设计以期满足机床进给系统的定位精度和静动态性能，从而确保机床的加工精度。关键词：XT工作台，伺服系统，滚珠丝杠，步进电机ForTheDesignOfFeedSystemOfXYVerticalMillingMachineABSTRACTWiththedevelopmentofmoderninformationtechniques,thehighautomationwiththemainpurposeofimprovingtheproductionefficiencyofproductprocessandtheaccuracywiththeaccuracywitht

3、hemainaimofimprovingthequalityofproducthavebeenbecomingthetwomajordirectionsofthemoderntechniqueofmechanicalprocess.PeopleontheCNCmachinetools,precisioninstrumentsandmetersandallkindsofsophisticatedmachineryandequipmentraisedhigherandhigherprecision,X-Yworkbenchisthatimportantcomponentsofthesehigh-p

4、recisionmachiningequipmenttoachievethecorecomponents,forimprovingthequalityofprocessedproductsplaytheparticularlyimportantrole.Theentiremechanicaltransmissionchainforthesystemdesign,servomotorrelatedtotheselection,theselectionofballscrews,checkingstrengthandproductiondesignshouldpayattentiontothepro

5、blemofconnectingtheservomotorandtheballscrewoftheaxis.TheTelectionandVerification,bearingpiecesbearingthedesign,railandrackdesign.Accordingtothefunctionrequirementofsystem,theselectionoftheCNCsystemCPU.Itwouldalsoneedtoexpandtheprogrammemory,datamemoryandthechoiceofsteppermotordrivepower.Throughthet

6、ablemechanicaltransmissionchainsystemdesigntomeetthemachineintothesystemtothepositioningaccuracyandstaticanddynamicperformance,soastoensuretheaccuracyofprocessingmachine.KEYWORDSiTheX-Yworkbench,Servosystem,Ballscrew,steppermotor摘要ABSTRACTI1 O1.1 国内外数控系统的发展概况O1.2 数控技术的发展趋势O1.3 数控立式铳床XT工作台概述O1.4 立式铳床

7、XY工作台设计的意义和目的12工作台设计的总体方案21.1 1-12彳乍口vf21.2 机械传动部件的选择21.3 控制系统的设计23机械传动部件的计算与选型43.1 确定系统脉冲当量43.2 工作台外形尺寸及重量初步估算43.3 3肖_f53.4 直线滚动导轨副的计算与选型53.5 滚珠丝杠螺母副的计算与选型63.6 角接触球轴承的选用、校核83.8 联轴器的选型94步进电动机的计算与选型114.1 步进电机简介及原理114.2 步进电机的计算与选型114.2.1 2.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量114.2.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩124.2.3 步进电动机最大静

8、转矩的选定134.2.4 步进电动机的性能校核135电路设计155.1 电气控制系统设计155.2 主要芯片功能简介155.2.1单片机8031155.2.22764EPRoM芯片165.2.3静态PAM6264芯片171. 2.48155内部结构175. 2.5地址锁存器74LS373186接口及辅助电路设计196. 1LED显示器接口电路196. 1.1LED显示器工作原理197. 1.2LED显示器与单片机的接口电路196.2 步进电机接口电路206.3 步进电机驱动电路设计206. 4键盘接口电路217软件部分设计237. 1模块组成237. 2/中237.2 .1KB缓冲区237.3

9、 .2显示缓冲区237.3中断优先级237.4各模块说明及流程图237.4.1主模块237.4.2X、Y的快速移动子模块247.4.3暂停子模块247.4.4报警、急停中断子模块247.4.5KB、DIS定时扫描子程序247.4.6实时修改DIS缓冲数据模块247.5程序清单25致谢错误!未定义书签。参考文献301绪论1.1 国内外数控系统的发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高

10、效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。1.2 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业IT、汽车、轻

11、工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：(a)高速、高精加工技术及装备的新趋势(b)多轴联动加工和复合加工机床快速发展(C)智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势1.3 数控立式铳床X-Y工作台概述X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵一横向进刀机构、数控铳床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的XY数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作台、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图1-1。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝

12、杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产,设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。图1-1X-Y数控工作台外形1.4 立式铳床XY工作台设计的意义和目的工作台是机床上必不可少的部件，因此工作台的设计具有重要意义，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。XY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，实现方便而且能保证一定的精度。降低成本，是微机控制技术的最简单的应用，它充分的利用了微机的软硬件功能以

13、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提高。随着经济的发展，机械行业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和劳动生产率，而且能有效的适应多种品种，小批量的市场经济的需要，使之更有效的发挥经济效益和社会效益。X-Y工作台设计的目的：(a)使工作台实现数控控制：让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工；提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。(b)能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论的有关知识，学会设备数控化改造方案的

14、拟定、比较、分析及进行必要的计算；通过对设备改造机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；通过设备的数控系统硬件和软件设计，掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；通过毕业设计，初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。2工作台设计的总体方案立式铳床XY工作台设计，采用单片机、开环数控系统控制、步进电机驱动。机械主体部分主要有滚珠丝杠、导轨、联轴器、工作台面。2.1 工作台设计任务主要技术指标：(a)采用开环数控系统。(b)控制方式：采用单片机、开环数控系统控制、步进电机驱动。(c)控制精度：X

15、向：0.0Immy脉冲；Y向：0.0Imm/脉冲。(d)快移速度：2米/分，行程：400mmO(e)制定改进设计的总体方案。(f)绘制立式铳床外观图、XY向总装图、部件及零件图、电气驱动原理图以及电气控制原理图。(g)完成系统程序一个功能模块(键盘与显示、插补等)的程序设计(程序框图和程序清单)2. 2机械传动部件的选择(1)导轨副的选用要设计的XY工作台需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。(2)丝杠螺母副的选用伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和土0.0Imm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平