立式数控铣床X-Y工作台设计edjy.docx

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1、 新疆工工程学院院 数控方方向课程程设计说说明书 数控控铣床XX-Y数数控工作作台的设设计 院 （系系） 机机械工程程学院 专 业 机机械工程程及自动动化 班 级学 生指导老师师 220133 年 1 月 1 日日数控方向向课程设设计任务务书兹发给 机械 班班学生 设计任任务书，内内容如下下：1 设计题目目：2 应完成的的项目：（1） 确确定设计计总方案案 （2） 机械械传动部部件的计计算与选选择 （3） 控制制系统的的设计 （4） 驱动动电路的的设计 （5） 机械械部分装装备图的的绘制 （6） 编写写20页页左右的的详细说说明书3 参考资料料以及说说明：（1）文文怀兴、夏夏田 .数控控机床系

2、系统设计计北京京：北京京化工出出版社，2005.（2）杨杨建明. 数数控加工工工艺与与编程北北京：北北京理工工大学出出版社，2009.4 本设计任任务书于于20112年 11 月 114日发发出，应应于20012年年 122月211日前完完成，然然后进行行答辩。指导教师师签发年月日课程设计计评语：课程设计计总评成成绩：指导教师师签字：年 月 日目录第一章前前言1第二章设设计任务务2第三章设设计主要要步骤223.1 确定设设计总方方案23.1.1机械械传动部部件的选选择23.1.2 控制系系统的设设计33.2 机机械传动动部件的的计算和和选择443.2.1工作作台外形形尺寸及及重量初初步估算算4

3、3.2.2 计算切切削力553.2.3滚动动导轨的的设计计计算63.2.4 滚珠丝丝杠传动动设计计计算及校校验83.2.5 步进电电机的传传动计算算及电动动机的选选用122第四章控控制系统统的设计计194.1 进给给控制系系统原理理框图2204.2 驱动动电路流流程设计计204.3 驱动动电源的的选用，及及驱动电电源与控控制器的的接线方方式211第五章驱驱动电路路设计2225.1 驱动动电路的的时间常常数2225.2 电源源电路的的确定2225.3 元器器件的确确定2335.3.1 确确定三极极管2335.3.2 确确定R2和R323第六章机机械部分分装配图图的绘制制24第七章结结论244参考

4、文献献25致谢2661第一章前前言当今世界界数控技技术及装装备发展展的趋势势及我国国数控装装备技术术发展和和产业化化的现状状在我国国对外开开放进一一步深化化的新环环境下 ,发展展我国数数控技术术及装备备、提高高我国制制造业信信息化水水平和国国际竞争争能力的的重要性性 ,并从从战略和和策略两两个层面面提出了了发展我我国数控控技术及及装备的的几点看看法。装备备工业的的技术水水平和现现代化程程度决定定着整个个国民经经济的水水平和现现代化程程度 ,数控技技术及装装备是发发展新兴兴高新技技术产业业和尖端端工业的的使能技技术和最最基本的的装备 ,又是是当今先先进制造造技术和和装备最最核心的的技术。数数控技

5、术术是用数数字信息息对机械械运动和和工作过过程进行行控制的的技术 ,而数数控装备备是以数数控技术术为代表表的新技技术对传传统制造造产业和和新兴制制造业的的渗透形形成的机机电一体体化产品品 ,其技技术范围围覆盖很很多领域域。数控机机床课课程设计计是一个个重要的的时间性性教学环环节，要要求学生生综合的的运用所所学的理理论知识识，独立立进行的的设计训训练，主主要目的的：1、通过过设计，使使学生全全面地、系系统地了了解和掌掌握数控控机床的的基本组组成及其其想关知知识，学学习总体体的方案案拟定、分分析与比比较的方方法。2、通过过对机械械系统的的设计，掌掌握几种种典型传传动元件件与导向向元件的的工作原原理

6、、设设计计算算及选用用的方式式3、通过过对机械械系统的的设计，掌掌握常用用伺服电电机的工工作原理理、计算算控制方方法与控控制驱动动方式4、培养养学生独独立分析析问题和和解决问问题的能能力，学学习并树树立“系统设设计”的思想想5、锻炼炼提高学学生应用用手册和和标准、查查阅文献献资料及及撰写科科技论文文的能力力第二章设设计任务务设计一套套供立式式数控铣铣床使用用的X-Y数控控工作台台，主要要参数如如下：1、立铣铣刀最大大直径的的d=115mmm，立铣铣刀齿数数Z=33，最大大铣削宽宽度=115mmm最大背吃吃刀量=8mmm，加工材材料为碳碳素钢或或有色金金属。2、X、Z方向的的定位精精度均为为0.

7、004mm。3、工作作台面尺尺寸为2250mmm2500mm，加加工范围围为3000mmm1200mm4、工作作台空载载进给最最快移动动速度：Vxmaax= Vymmax=15000mm/minn，工作作台进给给最快移移动速度度:，加减速速0.3s。第三章设设计主要要步骤3.1 确定设设计总方方案3.1.1 机械传动动部件的的选择、丝丝杠螺母母副的选选择步进电动动机的旋旋转运动动需要通通过丝杠杠螺母副副转换成成直线运运动，需需要满足足初选00.011mm脉脉冲当量量，因为为定位精精度0.004mm，对对于机械械传动要要有一定定的精度度损失，大大约是11/3-1/22的定位位精度，现现取为11/

8、2，即即是0.002mm和0.004mm的定定位精度度，滑动动丝杠副副无法做做到，只只有选用用滚珠丝丝杆副才才能达到到要求，滚滚珠丝杆杆副的传传动精度度高、动动态响应应快、运运转平稳稳、寿命命长、效效率高、预预紧后可可消除反反向间隙隙。同时选用用内循环环的形式式，因为为这样摩摩擦损失失小，传传动效率率高，且且径向尺尺寸结构构紧凑，轴轴向刚度度高。由于定位位精度不不高，故故选择的的调隙方方式是垫垫片调隙隙式，这这种调隙隙方式结结构简单单，刚性性好，装装卸方便便。由于工作作台最快快的移动动速度VVxmaax = Vyymaxx =11500mmm/mmin，所所需的转转速不高高，故可可以采用用一般

9、的的安装方方法，即即一端固固定，一一端游动动的轴承承配置形形式。、导导轨副的的选用要设计数数控铣床床工作台台，需要要承受的的载荷不不大，而而且脉冲冲当量小小，定位位精度高高，因此此选用直直线滚动动导轨副副，它具具有摩擦擦系数小小，不易易爬行，传传动效率率高，结结构紧，安安装预紧紧方便等等优点。、伺伺服电机机的选用用选用步进进电动机机作为伺伺服电动动机后，可可选开环环控制，也也可选闭闭环控制制。任务务书所给给的精度度对于步步进电动动机来说说还是偏偏低，为为了确保保电动机机在运动动过程中中不受切切削负载载和电网网的影响响而失步步，决定定采用开开环控制制，任务务书初选选的脉冲冲当量尚尚未达到到0.0

10、001mmm，定定位精度度也未达达到微米米级，空空载最快快移动速速度也只只有15500mmm/mmin,故本设设计不必必采用高高档次的的伺服电电机，因因此可以以选用混混合式步步进电机机，以降降低成本本，提高高性价比比。、减减速装置置的选用用选择了步步进电动动机和滚滚珠丝杆杆副以后后，为了了圆整脉脉冲当量量，放大大电动机机的输出出转矩，降降低运动动部件折折算到电电动机转转轴上的的转动惯惯量，可可能需要要减速装装置，且且应有消消间隙机机构，如如果要选选用减速速装置，则则应选用用无间隙隙齿轮传传动减速速箱。3.1.2 控制系系统的设设计、设设计的XX-Y工工作台准准备用在在数控铣铣床上，其其控制系系

11、统应该该具有轮轮廓控制制，两坐坐标直线线插补与与圆弧插插补的基基本功能能，所以以控制系系统设计计成连续续控制型型。、对对于步进进电动机机的开环环控制系系统，选选用MCCS-551系列列的8位单片片机ATT89SS52作作为控制制系统的的CPUU，能够够满足任任务书给给定的相相关指标标。、要要设计一一台完整整的控制制系统，在在选择CCPU之之后，还还要扩展展程序存存储器，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。、选选择合适适的驱动动电源，与与步进电电动机配配套使用用。3.2 机机械传动动部件的的计算和和选择3.2.1工作作台外形形尺寸及及重量初初步估算算根据给定定的有效效行程,估算XX向

12、和YY向工作作台承载载重量WWX和WY。XY工作作台如图图所示:X向拖板板(上拖拖板)尺尺寸为: 长*宽宽*高=3200*2770*440重量:按按重量=体积*材料比比重估算算为:= N=2700NY向拖板板(下拖拖板)尺尺寸为: 长*宽宽*高=重量=NN=3220N上导轨(含电机机)估算算重量为为：2440N夹具及工工件重量量:1550NX-Y工工作台运运动部分分总重量量为:270NN+3220N+2400N+1150NN=8000N按照下导导轨上面面移动部部件的重重量来进进行估算算。包括括工件、夹夹具、工工作平台台、上层层电动机机、减速速箱、滚滚珠丝杠杠副、直直线滚动动导轨副副、导轨轨座等

13、，估估计重量量约为8800NN。3.2.2 计算切切削力根据设计计任务，加工材料为碳素钢或有色金属及如下参数：立铣刀 最大直直径的dd=155mm立铣刀齿齿数Z=3最大切削削宽度=15mmm最大背吃吃刀量=8mmm设零件的的加工方方式为立立式加工工，采用用硬质合合金铣刀刀，工件件材料为为碳素钢钢。由【5】中P13页的表中，可知d=15mm的硬质合金立铣刀最大的切削参数如下：每齿进给给量fzz=0.1mmm铣刀转速速n=3300rr/miin由【2】中中P2000,查查得立铣铣时切削削力计算算公式为为：代如上式式得：采用立铣铣刀进行行圆柱铣铣削时，各各铣削力力之间的的比值可可由【2】中查得得，各

14、铣铣削力之之间的比比值范围围如下：=(1.011.2) 取取1.11/=(00.20.33) 取0.225/=（00.3550.4）取0.338考虑逆铣铣时的情情况，因因为逆铣铣的情况况的受力力最大的的情况，为为了安全全考虑这这种最危危险的工工况。由由此可估估算三个个方向的的铣削力力分别为为：（与丝杠杠轴线平平行）（与工作作台面垂垂直）（与丝杠杠轴线垂垂直）考虑立铣铣，则工工作台受受到垂直直方向的的铣削力力，受到到水平方方向的铣铣削力分分别为和和今将水平平方向较较大的铣铣削力分分配给工工作台的的纵向，则则纵向铣铣削力，径径向铣削削力为。3.2.3 滚动导轨轨的设计计计算、工工作载荷荷的计算算工

15、作载荷荷是影响响导轨副副寿命的的重要因因素，对对于水平平布置的的十字工工作台多多采用双双导轨、四四滑块的的支承形形式。考考虑最不不利的情情况，即即垂直于于台面的的工作载载荷全部部由一个个滑块承承担，则则单滑块块所承受受的最大大垂直方方向载荷荷为：其中，移移动部件件重量GG=8000N,外加载载荷外加加载荷得最大工工作载荷荷。、小小时额定定工作寿寿命的计计算预期工作作台的工工作寿命命为5年，一一年3665天，取取工作时时间为3360天天，每天天工作88小时，因因此得到到小时额额定工作作寿命、距距离额定定寿命计计算由公式，从从而得到到式中：为为小时额额定工作作寿命。 n为移移动件每每分钟往往复次数

16、数（46）取取5 S为移移动件行行程长度度，由加加工范围围为3000mmm1200mm取3330mmm代入数据据得：L=28551kmm.、额额定动载载荷计算算由公式从而得到到：式中：为为额定动动载荷 LL为距离离工作寿寿命，由由上式可可知为228511km FF为滑块块的工作作载荷，由由上式可可知为6668NN代入数据据得：=51220N、产产品选型型根据额定定动载荷荷，选择择滚动导导轨，查查滚动导导轨生产产厂家，选选用南京京工艺装装备制造造有限公公司的GGGB116BAA型，相相关尺寸寸如下图图4所示，图4可知其额额定动载载荷C=6.007KNN，大于于45880N，故故可知满满足要求求。

17、、安安装连接接尺寸对于导轨轨的安装装按照如如图4所示相相关尺寸寸安装。3.2.4滚珠珠丝杠传传动设计计计算及及校验、最最大工作作载荷的的计算已知移动动部件总总重量GG=8000N，按滚滚动导轨轨计算，由由【3】中P3389，取取颠覆力力影响系系数K=1.11，滚动动导轨上上的摩擦擦系数查查【1】中P1194可可知u=0.0002550.0055,现取取u=00.0005，求求得滚珠珠丝杠副副的最大大工作载载荷： =11.113552+00.0005(3007+4468+8000)=14995N、最最大计算算动载荷荷的确定定设工作台台在承受受最大铣铣削力时时的最快快进给速速度v=4000mm/m

18、inn，初选选丝杠导导程P=5mmm,则此此时丝杠杠转速=v/PP=800r/mmin。预计滚珠珠丝杠的的工作55年,每年算算3600天，每每天工作作8小时，由由此得使使用寿命命为：T=536008=1144000h，根据据【1】中P1110，公式式544得：=其中 T使用寿寿命 144400 h NN循循环次数数滚珠珠丝杠的的当量转转速 80rr/miin求得：69（）查【1】中中P1110，表表5-11、5-22得，受受中等冲冲击载荷荷取值范范围，现现取，滚滚道硬度度为600HRCC时，硬硬度影响响系数取取值，由由【1】中P1109，式式5-33 代入数据据得：79771N、规规格型号号的

19、初选选根据计算算出的最最大动载载荷和初初选的丝丝杠导程程，查网网上生产产该型号号的生产产厂家的的资料，选选择济宁宁博特精精密丝杠杠制造有有限公司司生产的的GDMM系列20005-3型滚滚珠丝杠杠副，为为内循环环固定反反向器双双螺母垫垫片预紧紧式滚珠珠丝杠副副，其公公称直径径为200mm，导导程为55mm，循循环滚珠珠为3圈2系列，精精度等级级取5级，螺螺母安装装尺寸LL=800mm，额额定动载载荷为993099N，大大于最大大计算动动载荷=79771N，满满足要求求。滚珠丝杠杠螺母副副几何参参数（单单位mmm）名称符号计算公式式和结果果丝杠滚道道公称直径径20螺距P5接触角钢球直径径3.177

20、5螺纹滚道道法面半半径偏心距螺纹升角角丝杆丝杠外径径19.33丝杠底径径螺杆接触触直径丝杠螺母母螺母螺纹纹外径螺母内径径（内循循环）表一、传传动效率率的计算算将公称直直径d0=200mm,导程P=5mmm,代入入=arrctaanPP/(dd0)，得得丝杠螺螺旋升角角=433。将摩摩擦角=100，代入入=taan/taan(+),得传传动效率率=966.4%。、刚刚度的验验算X-Y工工作台上上下两层层滚珠丝丝杠副的的支承均均采用“一端固固定-一端游游动”的轴承承配置形形式。可可知这种种安装适适用于较较高精度度、中等等载荷的的丝杠，一一端采用用深沟球球轴承，一一端采用用一对背背对背角角接触球球轴

21、承,这样能能承受集集中力偶偶。丝杠螺母母的刚度度的验算算可以用用接触量量来校核核。a、滚珠珠丝杠滚滚道间的的接触变变形量，查【33】中相相关公式式，根据据公式，求求得单圈圈滚珠数数Z=220；该该型号丝丝杠为双双螺母，滚滚珠的圈圈数列数数为32，代入入公式ZZ圈数列数数，得滚滚珠总数数量=1120。丝丝杠预紧紧时，取取轴向预预紧力/3=4498NN。查【33】中相相关公式式，得，滚滚珠与螺螺纹滚道道间接触触变形式式中 Pa=。因为为丝杠有有预紧力力，且为为轴向负负载的11/3，所所以实际际变形量量可以减减少一半半，取=0.000077mm。b、 丝杠在工工作载荷荷作用下下的抗拉拉压变形形丝杠采

22、用用的是一一端采用用深沟球球轴承，一一端采用用一对背背对背角角接触球球轴承的的配置形形式，轴轴承的中中心距aa=5000mmm,钢的的弹性模模量E=2.1110MPPa,由由表一中中可知，滚滚珠直径径=3.1755mm,丝杠底底径=116.22mm，则则丝杠的的截面积积S=2206.12,由【7】中，式式3-335其中，最最大工作作载荷=14995N中心距aa=500mmm弹性模量量E=22.1110MPPa截面积SS=2206.12代入以上上数据，得得=0.01772mmm则总=1+2=0.00007+00.01172=0.001799mm=17.9本例中，丝丝杠的有有效行程程取3330mm

23、m，由【33】中知知，5级精度度滚珠丝丝杠有效效行程在在31554000mm时，行行程偏差差允许达达到255，可见见丝杠刚刚度足够够。、稳稳定性的的验算根据【33】中式5.77-177 。取支承系系数=22；由丝杠底底径d2=166.2mmm求得得截面惯惯性矩333800 mmm；压杆稳定定安全系系数K取3（丝杠杠卧式水水平安装装）；滚动螺母母至轴向向固定处处的距离离L取最大大值4115mmm。代入公式式，得PP=270089NN=F大大于=775333N，故故不会失失稳，满满足使用用要求。、临临界转速速的验算算对于丝杠杠有可能能发生共共振，需需验算其其临界转转速，不不会发生生共振的的最高转转

24、速为临临界转速速，由【1】中P1111式式5-110得：其中200-1.23.1175=16.19mmm为临界转转速计算算长度为丝杠支支承方式式系数=3.9927（一一端固定定，一端端游动）代入数据据得：nnc=94428rr/miin临界转速速远大于于丝杠所所需转速速，故不不会发生生共振。、滚滚珠丝杠杠的选型型及安装装连接尺尺寸的确确定由以上验验算可知知，选用用GDMM20005型的的丝杠，完完全符合合满足所所需要求求，故确确定选用用该型号号，由表一可可知丝杠杠所需的的安装连连接尺寸寸3.2.5步进电电机的传传动计算算及电动动机的选选用、传传动计算算因为该铣铣床的加加工精度度为0.004mm

25、，脉脉冲当量量为0.01mmm/HHz，考虑到最最初决定定不用减减速箱取取减速比比i=11算的电电机步距距角：=3660i/Pb=0.72由于传动动比为11，则不不需要选选用减速速箱，采采用电动动机轴与与丝杠通通过联轴轴器联接接的方式式。、步步进电动动机的计计算和选选型a、步进进电动机机转轴上上的总转转动惯量量的计算算。总转动惯惯量J主要包包括电动动机转子子的转动动惯量、滚滚珠丝杠杠上一级级移动部部件等折折算到电电动机轴轴上的转转动惯量量。、滚珠珠丝杠的的转动惯惯量J由【1】中中P1334式5-228得：式中 D为为丝杠公公称直径径D=220mmm L为为丝杠长长度=有有效行程程+螺母母长度+

26、设计余余量+两两端支撑撑长度（轴轴承宽度度+锁紧紧螺母宽宽度+裕裕量）+动力输输入连接接长度（如如果使用用联轴器器则大致致是联轴轴器长度度的一半半+裕量量）=3330+80+20+1400+400=6110代入数据据，得：J=00.77720610010=7.55210kgg.、滚珠珠丝杠上上一级移移动部件件等折算算到电动动机轴上上的转动动惯量由【1】中中式5-29得得：其中 M为为工作台台的（包包括工件件）的质质量M=811.6kkg SS为丝杠杠螺距SS=5mmm代入数据据，得：、初选选常州宝宝马前杨杨电机电电器有限限公司的的90YYG55502型型混合式式步进电电动机，可可知其转转子的转

27、转动惯量量所以=77.52210+55.210+4410=5.3310 NNm验算惯量量匹配，电电动机轴轴向惯量量比值应应控制在在一定的的范围内内，既不不应太大大也不应应太小，即即伺服系系统的动动态特性性取决于于负载特特性。为为使该系系统惯量量达到较较合理的的配合，一一般比值值控制在在1/4411之间，=0.775由此可见见:,符合惯惯量匹配配要求。、步步进电机机轴上的的等效负负载转矩矩M的计算算 a、承承受的负负载转矩矩在不同同工况下下是不同同的，考考虑最大大切削负负载时电电动机所所需力矩矩，由【1】中P132式5-25得：其中其中: 为折算算到电动动机轴上上的总惯惯量=4.910T系统时时

28、间常数数，由任任务书知知为T=0.33S切削时的的转速为为3000r/mmin得： MMat=得： MMat =0.0051 Nm其中：为为导轨摩摩擦力S为丝杠杠螺距SS=5mmmi为齿轮轮降速比比，已计计算出为为1为传动动链总效效率，=0.700.8，取取0.88代入数据据得： NNm其中：为为最大轴轴向预紧紧力，FFamaax=FFz=4988N为滚珠丝丝杠未预预紧时的的效率，=0.960.9 其余数据据同上代入数据据得： NNm其中：进进给方向向的最大大切削力力其余参数数同上。代入数据据得： Nm由此都得得到等效效负载转转矩 NNm b、快快速空载载时电动动机所需需力矩MM由【1】中中P

29、1332式5-224得：加速力矩矩其中：其余参数数同上代入数据据得： Nm力矩摩擦擦其中：u为导轨轨副的摩摩擦因数数，滚动动导轨取取 uu=0.0055其余参数数同上。代入数据据得：NNm附加摩擦擦力矩：其余参数数同上代入数据据得： Nm所以可知知快速空空载时电电机所需需力矩：=0.0933Nm比较和，取取其较大大者，就就是最大大等效负负载，即即：=1.44N.MM、步步进电机机的初选选考虑到步步进电机机的驱动动电源受受电网的的影响较较大，当当输入电电压降低低时，其其输入转转矩也会会下降，可可能会造造成丢步步，甚至至堵转，因因此按最最大等效效负载MM考虑一一定的安安全系数数，取=3，则则步进电

30、电机的最最大静转转矩应满满足： Nmm由所选的的电机型型号参数数可知，最最大转矩矩 Nm，可知知满足要要求。、步步进电机机性能校校核 a 、最最快工进进速度时时电动机机时输出出转矩校校核任务书给给定工作作台最快快工进速速度=4400mmm/mmin，脉脉冲当量量/脉冲，求求出电动动机对应应的运行行频率。从从90BBYG555022电动机机的运行行矩频特特性曲线线图可以以看出在在此频率率下，电电动机的的输出转转矩4NNm，远远远大于最最大工作作负载转转矩=11.444Nm，满足足要求。 b、最最快空载载移动时时电动机机输出转转矩校核核任务书给给定工作作台最快快空载移移动速度度=1500mmm/m

31、min，求求出其对对应运行行频fmaxx=1500/(6000.001)=25000Hzz。由图图查得，在在此频率率下，电电动机的的输出转转矩=3.55Nm，大于于快速空空载起动动时的负负载转矩矩=0.0933Nm，满足足要求。c、最快快空载移移动时电电动机运运行频率率校核与快速空空载移动动速度=1500mmm/mmin对对应的电电动机运运行频率率为。查查图3中相应应表格，可可知900BYGG55002电动动机的空空载运行行频率可可达2000000，可见见没有超超出上限限。、起起动频率率的计算算已知电动动机转轴轴上的总总转动惯惯量，电电动机转转子的转转动惯量量，电动动机转轴轴不带任任何负载载时

32、的空空载起动动频率。由由式可知知步进电电动机克克服惯性性负载的的起动频频率为：说明：要要想保证证步进电电动机起起动时不不失步，任任何时候候的起动动频率都都必须小小于。实实际上，在在采用软软件升降降频时，起起动频率率选得更更低，通通常只有有。综上所述述，本次次设计中中工作台台的进给给传动系系统选用用90BBYG555022步进电电动机，完完全满足足设计要要求。、确确定选型型的步进进电机的的参数所选电动动机参数数如下图图所示：图2外形尺寸寸安装接接线图和和和矩频频特性如如图3所示图33.3 其余附附件的选选择联轴器的的选择刚性联轴轴器结构构比较简简单，制制造容易易，免维维护，超超强抗油油以及耐耐腐

33、蚀，即即使承受受负载时时也无任任何回转转间隙，即即便是有有偏差产产生负荷荷时，刚刚性联轴轴器还是是刚性传传递扭矩矩。适用用于安装装底座刚刚性好、对对中精度度较高、冲冲击载荷荷不大、对对减振要要求不高高的中小小功率轴轴系传动动。根据据选出的的电机和和丝杠的的参数，选选用沈阳阳光宇科科技有限限公司的的LK113-CC32-10112型刚刚性联轴轴器。图5第四章控控制系统统的设计计根据任务务书的要要求，设设计控制制系统的的时主要要考虑以以下功能能：（1） 接受操作作面板的的开关与与按钮信信息；（2） 接受限位位开关信信号；（3） 控制X，Y向步进进电动机机的驱动动器；（4） 与PC机机的串行行通信。

34、 CPUU选用MCCS-551系列列的8位单片片机ATT89SS52，采采用82279，和和W277C5112，62664芯片片做为II/O和和存储器器扩展芯芯片。WW27CC5122用做程程序存储储器，存存放监控控程序；62664用来来扩展AAT899S522的RAMM存储器器存放调调试和运运行的加加工程序序；82279用用做键盘盘和LEED显示示器借口口，键盘盘主要是是输入工工作台方方向，LLED显显示器显显示当前前工作台台坐标值值；系统统具有超超程报警警功能，并并有越位位开关和和报警灯灯；其他他辅助电电路有复复位电路路，时钟钟电路，越越位报警警指示电电路。4.1 进给给控制系系统原理理框

35、图图64.2 驱动动电路流流程设计计步进电机机的速度度控制比比较容易易实现，而而且不需需要反馈馈电路。设设计时的的脉冲当当量为00.011mm，步步进电机机每走一一步，工工作台直直线行进进给0.01mmm。步步进电机机驱动电电路中采采用了光光电偶合合器，它它具有较较强的抗抗干扰性性，而且且具有保保护CPPU的作作用，当当功放电电路出现现故障时时，不会会将大的的电压加加在CPPU上使使其烧坏坏。图7 步进进电机驱驱动电路路图该电路中中的功放放电路是是一个单单电压功功率放大大电路，当当A相得电电时，电电动机转转动一步步。电路路中与绕绕组并联联的二极极管D起到续续流作用用，即在在功放管管截止是是，使

36、储储存在绕绕组中的的能量通通过二极极管形成成续流回回路泄放放，从而而保护功功放管。与与绕组WW串联的的电阻为为限流电电阻，限限制通过过绕组的的电流不不至超过过额定值值，以免免电动机机发热厉厉害被烧烧坏。由于步进进电机采采用的是是五相十十拍的工工作方式式（五个个线圈AA、B、C、D、E），其其正转时时通电顺顺序为：A-AAB-BB-BCC-C-CD-D-DDE-EE-EAA-A.其反转转的通电电顺序为为：A-AE-E-EED-DD-DCC-C-CB-B-BBA-AA。4.3 驱动动电源的的选用，及及驱动电电源与控控制器的的接线方方式设计中XX、Y向步进进电动机机均为990BYYG55502型型，

37、生产产厂家为为常州宝宝马前杨杨电机电电器有限限公司。查查步进电电动机的的资料，选选择与之之匹配的的驱动电电源为BBD288Nb型型，输入入电压为为50VV ACC，相电电流为33A，分分配方式式为五相相十拍。该该驱动电电源与控控制器的的接线方方式如图图8所示：图8第五章驱驱动电路路设计5.1 驱动动电路的的时间常常数五相十拍拍工作方方式的控控制脉冲冲，每相相工作五五拍改变变一次通通电状态态，为使使每一拍拍都能正正常工作作，每拍拍脉冲宽宽度的22/3时时间内相相电流上上升至额额定电流流的600%，即即I=0.6In1.55A。负载回路路的时间间常数为为i=LL/Rmm=0.0033/0.8=33

38、.7 (mss)因此 i1/fy=0.4555 (mms)5.2 电源源电路的的确定若选用线线路简单单的串联联电阻法法改善电电流上升升沿，其其时间常常数为i=L/(Rm+R0)则 R0=(LLiRm)/ i其中 i=0.4455 (mss)所以需要串联联如此一一个电阻阻，在该该电阻上上损失功功率为552.22W，显显然不合合理，所所以采用用低压电电源直接接驱动。5.3 元器器件的确确定5.3.1确定定三极管管为了使电电路简单单、紧凑凑，功率率放大级级的T1和T2选用达达林管GGO2001.当当标色绿绿点时其其性能见见表5-1UF(V)IR（A）IFM（mA）ICSOO（A）UCESS（V）U(

39、BRR)CEEO（V）PCM（mW）CTR（%）tr/tt（S）l1.33105011.55307510020002005000500050表5-115.3.2 确确定R2和R3从T1和和T2性能数数据知UUBE2.55V，故故UR32.55V，而而负载电电流=33A，取取IL=3AA，T1基极电电流IB为 IBB=IL/hFEE=3/30000=11 (mA)式中：hhFE电流放放大倍数数。因此T11等效输输入电阻阻为RT1=UUBE/IIB=2.5k。光耦合器器光敏三三极管的的输入等等效电路路见图55-1.从等效电电路可得得IC1=I3IBI3R33=UBEE=2.5IC1IC1RR2=E

40、nUBE=227.55 (V)选光耦合合器输入入电流IIi=100mA(最大电电流500mA)，电流流传输比比CTR=330%，所所以有IBI3 IC11=IiCTR=33 (mmA)解上述方方程组得得：R311.255（k） RR29.22(k)图5-11第六章机机械部分分装配图图的绘制制装配图见见附件CCAD A0图纸步进电机机控制驱驱动流程程图见CCAD A4图图纸第七章结结论整个系统统采用开开环控制制系统，进进给系统统采用了了GDMM系列滚滚珠丝杠杠副，其其型号为为：20005-3。以以提高整整个系统统的进给给要求。伺伺服系统统采用了了直流伺伺服电机机通过弹弹性联轴轴器直接接与滚珠珠丝

41、杠连连接驱动动丝杠传传动。而而且轴承承采用的的是角接接触轴承承保证其其主轴不不窜动，采采用一个个深沟球球轴承来来保证其其径向的的圆跳动动。用PPWM脉脉宽调制制电路来来实现伺伺服电机机电压的的平均值值，电路路中采用用了阻容容滞后电电路，来来防止HH型桥式式功率放放大器中中两对IIGBTT功率管管同时导导通造成成短路现现象，能能够有效效的控制制伺服电电机单位位正转、反反转及转转速，同同时为了了保证一一定的精精度的要要求，系系统又采采用了光光电编码码器作为为位置检检测器，来来检测伺伺服电机机的位置置，通过过单片机机对光电电编码器器反馈信信号处理理来达到到预期的的精度要要求。在在设计中中我们兼兼顾经

42、济济性，考考虑满足足精度的的要求，因因此对于于设备及及元件的的选择都都要求具具有高精精度，因因此设计计的成本本较高。参考文献献【1】、文文怀兴、夏夏田 .数控控机床系系统设计计北京京：北京京化工出出版社，2005.【2】、韩韩荣第 .金金属切削削原理与与刀具哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.【3】、李李洪 .机床床设计手手册北北京：辽辽宁科学学技术出出版社，1999.【4】、陈陈家芳.金属属切削工工艺手册册上海海：上海海科学技技术出版版社, 20005.【5】、杨杨建明. 数数控加工工工艺与与编程北北京：北北京理工工大学出出版社，2009.【6】、张张新义.经济济型数控控机床系系统设计计北京京：机械械工业出出版社，2000【7】、尹尹志强.机电电一体化化系统课课程设计计指导书书北京京:机械工工业出版版社，220077.【8】王王兰美. 机机械制图图高等等教育出出版社，2007【9】濮濮良贵、纪纪名刚. 机机械设计计，220099【10】戴戴曙. 金属属切削机机床机机械工