数控系统总体方案及其设计.doc

第四章数控系统总体方案的确定 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，计算机控制 系统的选择。进行方案的分析、比较和论证。 系统运动方式的确定 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 用连续控制方式。 伺服系统的选择 开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机. 开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误 差。但开环系统结构简单，调整维修容易，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，宜采用步进电 机开环伺服系统驱动。 计算机系统的选择 采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片 机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步 进功率放大电路等组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实 现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。 X-YX作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠 螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。 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。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要 求，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图 如下： 第五章机械部分设计 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、计算与选择，绘制机械 部分装配图等。 第一节确定系统脉冲当量 脉冲当量①是一个进给指令时工作台的位移量，应小于等于工作 台的位置精度，由于定位精度为土 0. 01 mm因此选择脉冲当量为 0. 01mm。 第二节 工作台外形尺寸及重量初步估算 根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承 载重量贴和Wy。 取X向导轨支撑钢球的中心距为410mm, Y向导轨支撑钢球的中心 距为400mm,设计工作台简图如下： 工作台简图 X向拖板（上拖板）尺寸为: 长*宽* 高=420*410*50 重量:按重量=体积*材料比重估算为： W = 42Ox41Ox5OxlO-3x7.8xlO-2 =671.587V Y向拖板（下拖板）尺寸为：420x400x50 重量 = 420 x 400 x 50 x 10~3 x 7.8 x 10-2 = 655.27V 上导轨（含电机）重量为 （900 x480x8 + 2x800x35x50）x7.8x102x10_3= 487.97N 夹具及工件重量:约155N X-Y工作台运动部分总重量为： W = 487.97 + 655.2 + 671.58 + 155 ? 2000N 第三节滚动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷E和估算的W”和肌计算导轨的静安全系数 /k=c°/p,式中：C。为导轨的基本静额定载荷，kN;工作载荷 P=0. 5 （Fz+W）; 厶=1?0一3?0（—般运行状况），3. 0~5. 0 （运动时受冲 击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨： 因系统受中等冲击，因此取几=4.0 - .tsL^xy 耳厂0.5（巧+陥） Px =0.5（耳 +Wx ）=0.5（2000+671.58）= 1335.79N PY =0.5（Fz+Wy ）=0.5（2000+655.2）= 1327.6N Cox =fSIPx =4 x 1335.79=5343.16N COY =fSLPY =4 x 1327.6=5310.4N 根据计算额定静载荷初选导轨： 选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨，其型号为:HJG-D25 基本参数如下： 额定载荷/N 静态力矩/N*M 滑座重 量 导轨重 量 导轨长度 动载荷 静载荷 c° tb Tc K L （mm） 1 7500 26000 198 198 288 0. 60 3. 1 760 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M Is n 4 0.6 4 导轨的额定动载荷Ca=l7500N 依据使用速度( m/min )和初选导轨的基本动额定载荷C, (kN) 验算导轨的工作寿命L“： 额定行程长度寿命: T _ （ JhMc Ca \ ‘S - fw 尸=兽=警=500 （t = \‘ fw =2, fc =1’ 九=1， K# = 50 do Ts =心好上半）3 = 50（气红懈）3 = 142409.58加 导轨的额定工作时间寿命: 21/rvxio321/_ 142409.58 xlQ 21/ rvxio3 21/ _ 14240