数控车床XY轴工作台和自动控制系统设计(3)

da2?(z2?2)m?(50?2)?1?52mm 齿根圆直径: df1?(z1?2.5)m?(24?2.5)?1?21.5mm

df2?(z1?2.5)m?(50?2.5)?1?47.5mm 齿宽: 取

中心距: a?0.5(d1?d2)?0.5(24?50)?37mm 分度圆压力角:

大小齿轮均采用渐开线标准圆柱齿轮 小齿轮采用两片薄齿轮错齿排列以消除间隙. 双片齿轮错齿消隙结构图如下:

1、2--薄齿轮, 3—弹簧, 4、8—凸耳, 5—调节螺钉, 6、7—螺母

双片齿轮错齿消隙结构图

第六节 步进电机惯性负载的计算

根据等效转动惯量的计算公式，有： （1）等效转动惯量的计算

折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为：

?p2z12Jq?J0?J1?()(J2?J3)?M()? z2?b180式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮１的转动惯量； 为齿轮２的转动惯量；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按照下式进行估算：

J?0.78?10?3?D4?L

式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。 所以有：

J1?0.78?10?3?2.44?2.5?6.47?10?2kg?cm2J2?0.78?10?3?5.04?3.0?146.25?10?2kg?cm2 J1?0.78?10?3?2.04?30?37.44?10?2kg?cm2

电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：

Jd?6.47?10?2?(2420.012)(146.25?37.44)?10?2?200()?0.7793kg.cm2

3.1450?1.5180第七节 步进电机的选用

(1）常见步距角有0.36°、0.45°、0.6°、0.72°、0.75°、0.9°、1.2°、1.5°、1.8°等。这里取1.5°，方便计算。 (2）步进电机启动力矩的计算

设步进电机的等效负载力矩为，其公式为：

纵向进给切削力

设工件材料为碳素结构钢，；选用刀具材料为硬质合金钢YT15;刀具的几何参数为主偏角60°，前角10°，刃倾角-5°；切削用量为：背吃刀量为3mm，进给量为0.6mm/r,切削速度为105m/min。

查表得GFC?2795,XFC?1.0,YFC?0.75,nFC??0.15

查表得主偏角的修正系数刃倾角，前角和刀尖圆弧半径的修正系数值均为1.0； 有经验公式算得主切削力,由经验公式,算得=1069.36N, =1712;

i?nmv??b800?1.5?max??2.31 nn(360??)144(360?0.01)——步距角； ——脉冲当量值；

取=0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），＝０.8。所以有：

求得：Teq?(Ff??G)Ph2??i?56.74N?CM

考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：

取系数为０.4，则：

对于工作方式为三相６拍的步进电机：

(3） 步进电机的最高工作频率

fmax?vmax800??1333 60?p60?0.01为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个90BF003型三相反应式步进电机. 电机有关参数如下:

主要技术参数 型号 相数 步距角 1.5 电压 (V) 60 相电流 (A) 5 最大静转矩 (n.m) 1.96 空载启动频率 1500 空载运行频率 15000 分配方式 3相六拍 重量 90BF003 3 4.5

第六章 数控系统硬件电路设计

第一节 设计内容

１.按照总统方案以及机械结构的控制要求，确定硬件电路的方案，并绘制系统电气控制的结构框图；

２.选择计算机或中央处理单元的类型；

３.根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路；

４.根据控制对象以及系统工作要求设计扩展Ｉ／Ｏ接口电路，检测电路，转换电路以及驱动电路等；

５.选择控制电路中各器件及电气元件的参数和型号；

６.绘制出一张清晰完整的电气原理图，图中要标明各器件的型号，管脚号及参数； ７.说明书中对电气原理图以及各有关电路进行详细的原理说明和方案论证。

第二节 设计步骤

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．主控制器。即中央处理单元CPU

2．总线。包括数据总线，地址总线，控制总线。

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．接口。即I/O输入输出接口。

数控系统的硬件框图如下所示：

２.主控制器ＣＰＵ的选择

ＭＣＳ－５１系列单片机是集中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构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强大，编程灵活，硬件资料丰富。本次设计选用８０３１芯片作为主

控芯片。

３.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,16k32k。在选择芯片时要考虑ＣＰＵ与ＥＰＲＯＭ时序的匹配。８０３１所能读取的时间必须大于ＥＰＲＯＭ所要求的读取时间。此外，还需要考虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少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Ｐ0口提供８为位地址线，同时又作为数据线使用，所以为分时用作低位地址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提高低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作为地址锁存器，并由ＣＰＵ发出允许锁存信号ALE的下降沿，将地址信息锁存入地址锁存器中。

由以上分析，采用２７６４EPROM 芯片的程序存储器扩展电路框图如下所示：

扩展2764电路框图

(２）数据存储器的扩展

由于８０３１内部ＲＡＭ只有１２８字节，远不能满足系统的要求。需要扩展片外的数本次设计选用６２６４芯片作为数据存储器扩展用芯片。其扩展电路如下所示：