使用维修的各个层次的技术人才。我国经济快速发展。逐步成为世界制造中心进入新的世纪以后，随着我国综合国力的进步增强和加人世界贸易组织，我国经济全面与国际接轨，并正在成为全球制造业的中心，大批跨国企业抢滩登陆在国内高起点设厂将生产加工向中国转移国内制造企业更是背水战。大举通过信息化广泛应用现代制造技术积极参与国际竞争，我国制造业进入了个空前蓬勃发展的新时期，这必然对掌握现代信息化制造技术的技术人才特别是对大量的线技术工人形成了巨大需求。近年来，由于受数控人才需求的拉动，各校均建有不同规模的数控实训基地，有的是规模大设备种类多的实训中有的是设备种类和数量相对较少的实验室。有的学校实训基地以普通加工设备配进口数控系统为主有的学校以教学型数控设备为主。总的情况是，数控设备的台套种类，数量与学生规模反差较大。用于教学实验的设备更是落后，加之由于各种客观和主观的原因，全国大专院校机电类学生工程实践能力普遍较差，其学习和研究工作偏向计算机化软件化，动手能力与理论更是难结合在起。严重影响实训培训效果。课题的意义通过对实验型两轴数控系统的设计，要求学生能够综合运用所学过的数控技术微机原理与接口技术软件程序设计工艺等知识，掌握数控机床机械结构设计计算及控制系统的设计开发过程。重点掌握步进电机驱动控制系统的设计开发过程，机床工作台及其相应的夹具及机床配件设计。为毕业后从事机械电子设备的研制和使用打下良好的基础。第二章两轴实验型数控系统的总体设计数控系统总体方案的设计主要包括以下几个方面运动功能设计。包括确定机床所需运动的个数形式直线运动回转运动功能主运动进给运动其他运动及排列顺序，最后画出机床的运动功能图。基本参数设计。包括尺寸参数运动参数和动力参数设计。传动系统设计。包括传动方式传动原理图及传动系统图设计。总体结构布局设计。包括运动功能分配总体布局机构形式及总体结构方案图设计。控制系统设计。包括控制方式及控制原理控制系统图设计。根据前面所提到的数控机床应满足的基本要求就可以进行总体设计。在各项基本要求中以工艺要求最为重要。由工艺要求决定机床所需要的运动。完成每个运动又有相应的功能部件。这就可以确定各部件的相对运动和相对位置关系。机床的总体布局也就可以大体确定下来。因此，总体方案设计是项全局性的设计工作，直接影响机床产品的结构性能工艺和成本，关系到产品的技术水平和市场竞争能力。两轴实验型数控系统的方案拟定对教学试验型微型数控铣床的设计，方面，要求其功能完善结构开放，具有与般生产型数控铣床样的工作原理和工作性能另方面，要求其体积小价格低，有利于此类铣床的普及推广。所以本课题的设计主要是两个方面其机械结构的设计其二控制系统的设计。这里有两个方案方案采用减速箱，并对滚珠丝杠进行两端支撑减速箱采用圆注齿轮变速，这种方案可以通过增加减速箱，达到增大转动扭矩提高脉冲当量匹配惯量。对滚珠丝杠进行两端支撑，可以尽量减少由于端支撑，可能产生的弯曲，减少误差，提高精度。方案二直接采用套筒式联轴器连接步进电动机和滚珠丝杠，对滚珠丝杠进行端支撑。该设计结构简单。方案的比较与选择方案由于切削石蜡塑料等材料，根据计算切削力较小，选用步进电机，脉冲当量为，采用减速向变速，传动比选用，通过计算可以提高脉冲当量为。对滚珠丝杠采用两端支撑，可以提高滚珠丝杠的刚度，提高滚珠丝杠寿命。方案二直接采用套同式联轴器联接电动机轴和滚珠丝杠，精度不高，电机功率太小，直接带动滚珠丝杠在长时间工作时，对步进电机损耗较大。采用端支撑，会导致滚珠丝杠产生挠度，影响滚珠丝杠的刚度，从而影响其寿命。根据实际工作要求，考虑其工作寿命，最终选择地种方案采用减速箱，并对滚珠丝杠采用两端支撑。两轴实验型数控系统的方案拟定教学试验型微型数控铣床的总体长为，宽为，高为，工作台宽度，长。可以实现轴轴和轴三坐标联动。轴轴的进给是通过电机带动丝杠，丝杠又与螺母传动来实现。电机与丝杠的连接可以通过销钉来达到。在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做水平移动，从而带动工作台运动。轴的进给也是通过电机带动丝杠，丝杠又与轴螺母传动来实现。主轴套与轴螺母相连，在传动过程中电机带动丝杠做旋转运动，螺母沿导轨做上下移动，从而带动主轴做上下运动。控制系统部分通过采用三菱公司的系列单片微机构成的控制系统来实现对步进电机的启停正反转两轴联动和变频调速的控制，从而实现加工过程的自动控制。其中重点是确定硬件电路的总体方案和软件设计，主要有存储器扩展电路设计，输入输出接口电路设计，步进电机接口和驱动电路光电隔离电路，功率放大电路，其他辅助电路时钟电路，复位电路，越界报警电路，掉电保护电路等等，流程图的绘制和程序的书，采样电阻上出现反馈电压，由分压电阻得到设定电压与反馈电压相减，来决定输出点评的高低，来决定信号能否通过与门。若时，信号通过与门，形成正脉冲，打开功管反之时，信号被截止，无正脉冲，功率管截止。这样在个脉冲内，功率管会多次通断，使绕组电流在设定值上下波动。各点的波形图如图所示图在这种控制方法中，绕组上的电流大小和外加电压大小无关，由于采用的反馈作用，使绕组上的电流可以稳定在额定的数值上，是种恒流驱动方案，所以对电源的要求很低。驱动电路中绕组上的电流不随步进电机的转速而变化，从而保证很大的频率范围内，步进电机都输出恒定的转矩。这种驱动电路虽然复杂，但绕组的脉冲电流边沿陡，由于采样电阻的组织很小般小于，所以主回路电阻较小，系统的时间常数较小，反应较快，功率消耗小，效率高。所以这种功率放大电路在实际应用中非常广泛。本次设计的数控系统装置采用了集成的斩波恒流功率放大元件，它构成了实用两相四拍步进电机的驱动电路。其中是四线的控制信号的输入端，通过分压电阻得到控制信号，由芯片的端输入是绕组电流采样点组，分别接在端上，控制绕组电流功率输出端分别接在步进电机的的四个绕组上为稳压管，用来防止输入电流超过额定值而损坏芯片和电机。另外，芯片内部设有光电隔离电路，间接起到了光电隔离的作用，所以不用在功率放大器前面再加光电隔离电路。系统对步进电机驱动电源的要求是要能提供幅值足够前沿较好的激磁电流，并且本身功耗小，效率高，运行可靠平稳。基于以上原则，作者采用了型步进电机驱动器，该驱动器采用高压恒流斩波驱动方式，即在电机绕组回路中，串联个电流检测回路，当绕组电流降低到下限值时，电流检测电路发出信号，该信号与来自机的脉冲信号经过与门综合后控制将高压电流接通，使绕组电流上升，当电流上升到上限值时，高压电源再自动断开，这样经过重复接通和断开使绕组电流的平均值增加。型步进电机驱动器具有高频特性好输出转矩大，功耗小，可靠性高和运行平稳的特点。驱动器内部具有过流保护线路，进步提高了可靠性。驱动器由电源板和功放板两部分组成，具有体积小，结构紧凑，维修方便的特点。工作原理如图所示。图驱动器工作原理图信号输入光耦光耦相序分配专用芯片整形功放步进电机用经光电隔离向三个方向的步进电机驱动器输出控制信号，进而控制三个方向步进电机的运动，如图所示。其中，的口的作为脉冲信号和换向信号，连同信号来控制轴步进电机的运动作为脉冲信号和换向信号，连同信号来控制轴步进电机的运动作为脉冲信号和换向信号，连同信号来控制轴步进电机的运动。变频器的选择外部结构超小型变频器的外部结构如图所示。图输出控制电路口口轴步进电机驱动器轴步进电机驱动器轴步进电机驱动器光电隔离图超小型变频器的外部结构它主要包括接线端子和操作面板两大部分。操作面板用来进行内部控制方式的各种操作和各种参数的设置。接线端子使变频器和电动机外部控制信号连接。常用控制信号接线端子的功能如表所示。表常用控制信号接线端子的功能端子号端子名称端子功能相关参数的设定值频率设定用电位器输入端电位器的固定端接端子，中心引线接。调节电位器，即可改变设定频率应设为频率设定模拟量输入端公共端运行停止输入端与导通，变频器，否则应设为正转反转输入端与导通，电动机正转，否则反转开路式输出端根据的设定值的不同，接通的意义不同。详细说明请参考使用说明书。开路式输出端继电器触头输出端为常开触头为常闭触头，根据的设定值的不同，触头导通的意义不继电器触头输出端继电器触头输出端同。详细说明请参考使用说明书运行方式超小型变频器有内部运行和外部运行两种运行模式。内部运行模式由操作面板上的各种控制键实现变频器频率的设定和运行停止以及正反转控制。外部运行模式用连接在端子上的外部电位器设定变频器的频率以及用连接在与之间的开关的闭合断开来控制变频器的运行停止和正反转。定位模块的选择选用脉冲发生单元后面称作，通过给伺服电机驱动器或步进电机驱动器发脉冲，可实现两轴定位可实现两轴联动控制。作为的种特殊模块，可单独工作，也可与连接使用。当与系列的连接使用时，利用模块自带扁平电缆直接与的扩展口或扩展模块扩展口连接模块地址依与连接的顺序从左往右分别为„„与之间使用和指令传递数据与命令。其它辅助电路的选择越程报警电路为了防止机床行程越界，以至造成不必要的破环，所以在机床上设有行程控制开关。报警信号电路铲上的信号送至的中断口，当机床行程越界时，该越界信号就会传到中断口，从而使产生中断，即会停下当前的任务，来执行中断操作。掉电保护电路单片机在运行过程中，如果发生掉电将会丢失和寄存器中的数据。为此设掉电保护电路。具体做法是当电源出现故障时，立即将有用的信息转到内部中。信息转存通过中断服务程序完成。设置个电压检测电路，当检测到电压下降时，通过或产生个中断请求，单片机中断响应后，执行中断时服务程序便可把有用的信息送内部中保护起来。单片机电源端接有滤波电容，掉电后，电容储存的电能尚能维持有效电压达几毫秒之久，足以完成掉电中断操作。信息转存立即接通备用设备维持内部的供电，保护转存信息不被破坏。备用电源由单片机的引脚接入。为能及时接通备用电源，系统中接有自动切换电路。切换电路由二极管组成，当电源电压高于引脚的备用电源电压时，导通，截止。内部由供电。当降至备用电源电压以下时，截止，导通，内部由备用电源供电。当恢复时，端备用电源电压维持定时间约毫秒，给其他电路以启动到稳定工作留出足够的过渡时间。下面是掉电保