数控铣床XY工作台设计.docx

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1、数控铳床XY工作台设计说明书设计题目：数控铳床XY工作台设计班级：机自0402班设计者：IU学号：0400041024指导教师：1222江南大学机械工程学院2008年1月设计任务3一.系统总体方案设计3（一）机械系统3（二）接口设计3（三）伺服系统设计4（四）操纵系统设计4二.机械系统的设计计算4（一）滚珠丝杠的选型与计算4（二）滚动直线导轨的选型与计算7（三）电机的选择8（四）光电开关的选择10（五）限位开关的选择10三操纵系统设计121.操作面板的布置图122 .操作面板功能介绍123 .操纵系统原理框图155、光电开关与限位开关信号采集原理156、键盘、显示器接口电路分析15四程序16五

2、参考文献19设计任务：X方向行程:300mmY方向行程:200mm工作台面的参考尺寸：500X30Omm平均切削力：15OON平均切削进给速度:60Ommmin最高运动速度:6m/min定位精度：0.02nn工作寿命:每天8小时,工作8年,250天/年一系统总体方案设计I X方向传 一动机构刁X方向传 动机构微型机机电接口驱动电路步进电机八/八步进电机人机接口由设计任务书知,本次设计可使用如下方案(一)机械系统1.传动机构使用滚珠丝杠副2 .导向机构使用滚动直线导轨3 .执行机构使用步进电机(二)接口设计1 .人机接口(1)使用键盘作为输入(2)使用LED作为指示标志(3)使用数码管作为显示器

3、2 .机电接口使用光电耦合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口,实现电气隔离.(三)伺服系统设计使用开环操纵(四)操纵系统设计二.机械系统的设计计算(一)滚珠丝杠的选型与计算由技术要求,平均载荷F=1500N,丝杠工作长度L=300mm,工作寿命L=825O8=l6000,传动精度要求b=0.02加nn设导程P=5 mm ,则600 i, =120rmm56000 Snn /=1200r / min5(1)求计算载荷耳=KFKK,K”=1.2X1.0X1.0X1600=1920N由条件渣机电一体化系统设计表2-6取Kf=1.2,查表26取K,=1.2,表2-4取D精度，查表2-6取KA=IQ

4、(2)计算额定动载荷计算值Ca、由式(2-4)Cd =1.67 104= 9336N(3)根据C选择滚珠丝杠副假设选用FCl型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca等于或者稍大于C的原则,查表2-9选下列型号规格FC1-2505-2.5Ca=9610公称直径4=25皿导程P=5三螺旋角4=3。38滚珠直径d0=3.175，%加按表2-1中尺寸计算滚道半径R=0.52d0=0.523.175=1.651mm偏心、星巨e=0.07(/?一B)=0.07(1.651-=00044mm丝杠内径4=4+2e-2R=25+2x0.00442x1.651=21.7bw?(4)稳固性验算1由于一端轴向固定的长丝杠在

5、工作时可能会发生失稳,因此在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构同意安全系数丝杠不可能发生失稳的最大载荷称之临界载荷以=华其中E=206Gpa1.=O.3mIa=皿=4oS1714=109l0-8m46464取=2则心=乂篝3*53x105%3(0.3)2安全系数S=Z=3x*=368.98Fm15103查表2-10S=2.5-3.3SS丝杠是安全的,不可能失稳2)高速长丝杠工作时可能发生共振,因此需验算其不可能发生共振的最高转速临界转速”,要求丝杠的最大转速nm%Hcr=99104=991039f002821=8293328min(0.3)2nmaxnt因此丝杠不可能发生共振(

6、3)此外滚珠丝杠副还受。值的限制,通常要求Z71047irminD0n=25120w7rmin=3103w2min2M/103=2x16000x0.3x4x6%=2304。ft21nShS1000因滑座数M=4,因此每根导轨上使用2个滑座,由表2-15218确定=0.81A=IA=I4=9.82,所取步进电机能正常启动（四）光电开关的选择产品简介E3R型放大器内置型光电传感器，低成本，小型光电传感器，使用了耐药品、耐油性都很优秀的特氟龙（PFA）能够民晶圆片洗净槽的硫酸等高温液体的检测相对应。（-40+200C）,实现了0.5mm的高重复精度。使用了防止液体的结构。应用范围能为制造过程提供高性

7、能的目标探测、定位与高分辨率检测,适用于半导体工业中的目标检测等应用产品性能说明检测方式：对射型检出距离：5M动作模态：遮光时0N,入光时ON（可切换）选择的产品型号：E3R-5E42MBYOMC（五）接近开关的选择分类螺仪圆柱图外5!M8lM8*lM8M8安装方式埋人式节埋入式埋入式非埋入式检测距离SnImm2mmImm2mm设定距寓Sa0-08mmQ-1.6Tnm0-0.8mm0*1.6mm标准检测体（A3钢）6*6Xlmm66XImm66lmm,6x6lmm1MlL,1LMe1M81ICE1中SYiU安装尺寸.X.*-士*qaqaHirn1IVSfiIv三rvNPN常开CUASM.ANA

8、CU-A8-2ANACU-A8AMIANACUA8A2ANA常闭Cuasm-IANBCIJ-AS-2ANBCIJ-A8AM-IANBCUA8A-2ANB开闭PNP常开CU8MIAPACU-At-ZAPACU8MIAPCU-A8A-2APAt闭ClJA8MIAPCIJ-A8-2Af,BCU8AMIAPBCUA8A2APB开+闭电源电仄IO-JOVDCI0-30VDCIO-3OVDCIO-JOVDCWIGU!SvnAISmAsISmA15mAS出电流S200mA200mA200m200mA哈出电伍阵l5Vsl.5VI5VJ.5V哨应颖率100OHzSOOHz100OHz5500Hz短路保沪DC甫J

9、FCU-A8M-IALACU-A8-2ALA常闭CU-ASM-IAl-BCU-A82AL8电源电用I“30VDCIO-JOVDC消R电波仁ImA，ImA输出电流SOvnAMSomA输出电压降7V57V响应领率5500HzS200HZ短路保护AC常开常闭电源电氏消耗电流输出电流输出电压保守稳率AC/DCUt开常W电源电压楼测替体磁性金属壳体材料金印工程裁料环境温度2S70C防护结构IP67接近开关螺纹圆柱型CLECORONCAT：2004A选用CLJ-A系列M8*l非埋入式三、操纵系统部分设计该操纵系统使用的微型机为80C51单片机。执行元件使用直流电机（一）面板的布置图图五、面板示意图（一）操

10、作面板功能介绍1 .位移状态选择开关以手动或者自动操作工作台的移动时，可通过旋转此开关来改变工作台的移动状态。位移操纵2 .启动开关（按下此开关机床启动）启动3 .停车开关（按下此开关机床停车。）停车4 .进给轴选择按钮开关按下欲运动的轴的按钮。被选择的轴会以相应的倍率进行移动，松开按钮则轴停止移动。5.回零位键（按下此键工作台回零位）6.显示器八位晶体管显示器，显示工作台的位置，精确到0.001mm。X向位置Y向位置7 .X零位指示灯ONJ表示X向工作台回零位。OFFJ表示X向工作台没有回零位。X零位指示灯8 .X限位报警ONJ表示X向工作台到达极限位置，需要紧急停车。OFFJ表示X向工作台

11、没有回零位X限位报警9 .Y零位指示灯FONJ表示丫向工作台回零位。OFFJ表示丫向工作台没有回零位。丫零储示灯10 .Y限位报警ONJ表示Y向工作台到达极限位置，需要紧急停车。OFFJ表示Y向工作台没有回零位谦跳警正常运行指示灯11 ,正常运行指示灯ONJ表示机床正常运行。OFFJ表示机床没有正常运行（）操纵系统原理框图=I.放t=cfTa:充也劲帆d祸总%，EY直流IEPROM芯片W27C5I2并芯t2H口片”=I 放大k= 擅作而假开关/按租CrG泳舞口芯 片QZ定时器 芯片 8253CPU8053特机隔离放大H状态指示灯并接芯82行口片”碍放大U闱位信号图六、操纵系统原理框图（四）电动

12、机操纵原理步进电机操纵接口电路如图八所示。（六）键盘、显示器接口电路分析键盘、显示器接口电路如图十一所示。8279的SLO用来推断显示X向或者显示Y向位移，SL1-SL3经两片74LS138分成16路作为发光二极管的位选信号，OUTAO-OUTA4与C）UTBO-OUTB4送出段选信号。在位选信号中选出5条作为键盘列扫描信号。图十一、键盘、显示器接口电路四、程序（一）步进电机操纵程序ORGR0UTN2:LOOPO:L00P1：810011MOVMOVMOVJNBMOVMOVCR2, COUNTR3, #0011；步进电机步数DPTR , #POlNT ;送操纵模型指针OOH, L00P2A,

13、R3A , A+DPTR;反转，转LOOP2;取操纵模型JZLOOPOMOVPl,AACALLDELAYINCR3DJNZR2,LOOPlRETI.00P2:MOVA,R3ADDA,#0711MOVR3,AAJMPLOOPl（二）键盘程序；步数未走完，继续;指向8355 C 口，输出X向电机正转代码;指向8355C,输出X向电机反转代码MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#00HMOVXDPTR,AMOVA,#2FHMOVXDPTR,AKO:MOV3OH,#11.CALLLSLJMPKEYKI:MOV30H,#61.CALLLSUMPKEYK2:MOVA,#OEHMOVDpTR,#17FFH

14、MOVXDPTR,ALJMPKEYK3:MOV30H,#21.CALLLSLJMPKEYK4:MOV30H,#71.CALLLSUMPKEYK5:MOVA,#ODHMOVDPTR,#17FFHMOVXDPTR,AUMPKEYK6:MOV30H,#3LCALLLSLJMPKEYK7:MOV30H,#81.CALLLSLJMPKEYK8:回零位K9:MOV30H,#41.CALLLSLJMPKEYKIO:MOV30H,#9;指向8279操纵口;键盘设置为编码扫描，双键锁定方式;输出操纵字;置分频数为15;输出操纵字LCALLLSUMPKEYKll:MOVA,#0BHMOVDPTR,#17FFHMO

15、VXDPTR,AUMPKEY;指向8255C口，输出Y向电机正转代码K12:MOV30H,#51.CALLLS1.JMPKEYK13:MOV30H,#01.CALLLSUMPKEYKI4:MOVA,#07HMOVDPTR,#I7FFHMOVXDPTR,ALJMPKEY;指向8355C口，输出Y向电机反转代码(三)显示程序LS：MOVDPTR,#7FFFH;指向8279操纵口MOVA,#08H;16位显示，左入口MOVXDPTR,A;输出操纵字MOVA,#2FHMOVA,#90H;置分频数为15MOVXDPTR,AMOVRO,#30HMOVR2,#10H；输出操纵字MOVDPTR,#6FFFH;

16、指向8279数据口AGAIN：MOVA,R0MOVXDPTR,AINCRO;从片内RAM中取出段选码DJNZR2,AGAIN;16位未完，继续五、参考文献1.尤丽华主编.测试技术.机械工业出版社，20062 .张迎新等主编.单片机初级教程.北京航空航天大学出版社，1999.3 .郑堤,唐可洪主编.机电一体化设计基础.机械工业出版社4 .成大先主编机械设计图册化学工业出版社,20005 .成大先主编机械设计手册G成速器.电机与电器）.化学工业出版社,20046 .机电一体化技术手册编委会编.机电一体化技术手册（上下）.机械工业出版社，19997 .高学山编著.光机电一体化系统典型实例.机械工业出版社,20068 .潘新民,王燕芳主编,微型计算机操纵技术.电子工业出版社,2005.