取得了长足的进步。
第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间 即实施产业化的研究 进入市场竞争阶段。
纵观我国数控技术近50年的发展历程 特别是经过4个5年计划的攻关 总体来看取得的成绩还是不小。
1.2.3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考 1 战略考虑。
我国是制造大国 在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移 所以 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题。
首先从社会安全看 因为制造业是我国就业人口最多的行业 制造业发展不仅可提高人民的生活水平 而且还可缓解我国就业的压力 保障社会的稳定其次从国防安全看 西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质 对我国实现禁运和限制 “东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。
2 发展策略。
从我国基本国情的角度出发 以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向 以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标 用系统的方法 选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容 实现制造装备业的跨跃式发展。
强调市场需求为导向 即以数控终端产品为主 以整机如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、曲型数字化机械、重点行业关键设备等 带动数控产业的发展。
重点解决数控系统和相关功能部件 数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等 的可靠性和生产规模问题。
没有规模就不会有高可靠性的产品没有规模就不会有价值低廉而富有竞争力的产品当然 没有规模中国的数控装备最终难有出头之日。
2 方案原理的设计 2.1 总体方案的选择和说明 设计一台微机控制X-Y 两坐标工作台采用MCS-51单片机控制控制方式采用步进电机开环控制其他参数如下 5 表1 设计参数 Table1 Design parameters 脉冲当量mm/step 定位精度mm 最大移动速度m/min 工作台尺寸mm 进给抗力N 0.005 0.04 1 100150 500 负载最大质量m60Kg台面尺寸C×B×H150mm×100mm×15mm工作台最大快移速度为1m/min工作台行程在X轴方向为320mmY轴方向为225mm。
1人机接口 ① 采用键盘或BCD码盘作为输入。
② 采用LED作为电源等指示标志。
③ 采用蜂鸣器或扬声器作为报警装置。
④ 采用数码管作为显示器。
2机电接口 采用光电偶合器作为微型机和步进电动机驱动电路的接口实现电气隔离。
3 伺服系统设计 本次设计的系统精度要求不高载荷不大因此采用开环控制。
4 控制系统设计 微型机----微型机----功放----执行元件----机械传动----执行机构 控制部分方案的选择 控制方案不外乎三种开环控制半闭环控制闭环控制。
上面位最简单的“开环控制”若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分再经过比较放大的则为“半闭环控制”。
若是在“机械执行机构中引出反馈则为闭环控制”。
采用步进电机来实现驱动一般情况下多采用开环控制。
因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲频率成正比。
因此通常在精度要求不是很高时采用步进电机是比较合理的。
当然由于步进电机具有高频易失步负载能力不强的缺点。
1系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削故应用点位控制系统。
定位方式采用增量坐标控制。
考虑到定位精度要求不高为了简化结构降低成本采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
6 2计算机系统 本设计采用了与MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。
它的主要特点是集成度高可靠性好功能强速度快有较高的性价比。
控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。
LED显示数控工作台的状态。
3X-Y工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性又要求结构紧凑所以选用丝杠螺母传动副。
为提高传动刚度和消除间隙采用预加负荷的结构。
由于工作台的运动载荷不大因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。
采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差从而提高运动平稳性减小振动。
考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取为达到分辨率的要求需采用齿轮降速传动。
2.2 总体方案实现的系统组成框图 图1 总体方案设计 Fig1 The overall scheme design 3 零件设计 3.1步进电机的设计 3.1.1 步进电机的组成及工作原理 步进电机又称脉冲电动机它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
其特点是输入一个电脉冲就转动一步。
即每当电动机绕组接受一个电脉冲转子就转过7 一个相应的步矩角。
转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲及其频率成正比并在时间上与输入脉冲同步只要控制输入电脉冲的数量频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角转速及转向。
步进电动机具有以下特点 30068hT14400h 丝杠的转速min/2502rn 丝杠的工作载荷F500N 根据工作条件查得62.012.111khwatfffff NnLfffffFChkahtwoe580610250144006062.01112.15001060316316 23 初选丝杠选外插管埋入式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副。
型号CMD3210-2.5 WCNCoaa143615862 umNKc/608 螺母长度72mm 4hPmm 余程为 10mm X方向螺纹长度mmL4401021003200 取支撑跨矩mml4601 丝杠全长最大为480mm F—F 支撑方式的丝杠不受压缩力作用不较核压杆稳定性 丝杠弯曲振动临界转速 22222222991030cccrLdfKeAEILfn 24 8 查表 73.42f mmDddw14.17381.22.1202.102 2440480102100320CL400mm0.4m min/250min/237844.001714.073.4991022rrncr 预拉深量取温升co5.3 螺纹深长量 62.55103.50.443.88tuuatlum 丝杠的全长深长量 umtu27.448.05.31055.26 取预拉伸量um5.4 预拉伸力 NNLEAFt350025.50644.0101.201714.04105.411260 所选丝杠预拉伸力满足要求3。
系统刚度刚度计算求得丝杠最大最小拉压刚度分别为 死区误差计算2max2min4min4maxLLdEKldEKl 25 可得丝杠最大最小拉压刚度 22118max2118min0.01852.1109.410/4min40.060.01852.1101.510/4max40.38LLdEKNmldEKNml 假定丝杠轴向支承轴承经过预紧并忽略轴承座和螺母刚度的 影响。
由公式 9 minminmaxmax1111211112oBLNoBLNKKKKKKKK 26 得丝杠螺母机构的 综合拉压刚度 8889minmin7min8889maxmax8max11111111.0210.221.96101.5101.02109.810.11111110.37310.221.96109.4101.02102.6810.oBLNooBLNoNmKKKKKNmNmKKKKKNm 设齿轮传动和丝杠螺母机构分别采取了消隙和预紧措施则可求得由摩擦力引起的最大反向死区误差为33max7min22609.80.210100.00249.810omgfmmK 27 0.005mm满足单脉冲进给。
7 由系统刚度引起的定位误差计算 由公式33maxmaxmax11111010minminKooFmgKoKKoK 求得由丝杠螺母机构综合拉压刚度的变化引起的最大定位误差3max7811609.80.2100.000769.8102.6810Kmm 由于系统要求的 定位精度为0.04mm即允许定位误差为0.08mm。
max10.000760.0165Kmm 因而系统刚度满足要求。
3.7 导轨的设计 导轨副的组成种类及其应满足的要求 导向支撑部件的作用是支撑和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动这样的部件通常被称为导轨副。
导轨副主要由支撑导件和运动件两大部分组成。
导轨副应满足的基本要求 导向精度高刚性好运动轻便平稳耐磨性好温度变化影响小以及结构工艺10 性好等。
由于工作台的运动载荷不大因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。
采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差从而提高运动平稳性减小振动。
选着各种导轨时滑动导轨结构简单使用维修方便。
未形
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