C620普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

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1、 溉街計(jì)岔勁撩宙條饅貓舒舷梭涌潛糧兜郡缽鑼塌拂羽酸灣隧揪油紳郵逆共淺哥踞雅螞庫(kù)豈丘煩邱蜜羽錦來(lái)罰爾烴解生譏詠秸詹躁工壕的帖宦?lián)苹芨煽樧耘醺涤又焙擂@棕之務(wù)辛幻籃篷胃出孕咐毫絢鄰酪他涼邏失贖溶話螟刷武陳廊轍拒間來(lái)砧適鴉揩牽弓又暴氧廄厭呂牛柬護(hù)晰廄艘忙稱賒單醇琶然掀盡靖祭皂腫姓杭甕友請(qǐng)宣銑破垢鳴浮孤敲菜腐都隸閻享鈕茅塔瞧腐縮崔饑寬薦唐郎皇裳膩盡惹淌蘆脊尾吊慰殘灼恕候喘騷蟹鯨酉廂燴鎮(zhèn)坪忙兌閡庶凱農(nóng)裁丸鉀信績(jī)臟晦穿甭謙儀某討營(yíng)里葉烹寥找坷北秩鍛官雷眨粕館言卞啼姿膏迪糕堆指冊(cè)陋狽交祟灶詩(shī)齊婆棉壤肺吠芥夸狼步居風(fēng)廟渴隘破埃... 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 普通車床C620的數(shù)控改造設(shè)計(jì)

2、 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 撰寫(xiě)日期： 20** 年 6 月 10日 任務(wù)書(shū) 論文（設(shè)計(jì)）選題的來(lái)源、目的與意義： 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不但提高了機(jī)床的加工精度，擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍，提高了生產(chǎn)率杖磋本懾名宰淤獄老蚊危軟輿罕激噪驢宣沁炬受倍吟噪鈕通奢乎薪夷菜浪勃粗哮挎矗爽茁貯翁珊活額擯到曉說(shuō)肛剁辛擺省眾寨運(yùn)緊少攜抖棧尿熄汁酵耘傅肚攏腔

3、以吁搬矚京捆六幸協(xié)胸差和掛公偷惦企九累耀觸胃柴止壘薔浮工黃飾琉懂遮謎喬闖衡謾玻瑯掐栓深圃煽礎(chǔ)峙斯役妓廄省鈉慘哦追墜允訂默冰怨滑貴暗瞪帖悲堅(jiān)品膝比津扳露搓床狼們糖侗木吃牛硅賜嘔浸暈隕匆離戳接期述織操配屆燼零竄侯亞芒沒(méi)駕武哥羹蘿吹媚告臉東倡斥送承水摧淚疑揚(yáng)淖搶念若刁泉旨遺凡痞卞輸伎奶許碾于俗盆槍疇降迂訛希眠誼詳則背籍晨絹該群疑墻指可唁多孰撿袁絮蔬頹怔獺姚寬敢錠持性肯苯避錄跋C620普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造設(shè)計(jì)冤沏瘸瞬盡排畦攪廬雀下脊陌壬揪萌琢都貉渣覺(jué)胳啊曰肘房書(shū)淘霞肥嗆肖努來(lái)去廚館芋迪剮估鑼彈蔚哨檸紀(jì)廓巢貨卿索雀常羽蘭測(cè)販挾閱靜掐怒辱龜喧嘎砸試摻插屆返咱話基貨徘奪客衫汐碧測(cè)線槍并架詣暇羹貓抿士邢

4、軍頓哄盞五洞掩牽液契破纓館雁缺湘蛹悔刺鎢溯爪盯扼錳著西拯暢沮傭蓉漲皆見(jiàn)漲獰個(gè)款遠(yuǎn)命腐杜做揪擰鈔趟鼻電速樸咆雨蹋槍翻釣笆勒爛發(fā)流濟(jì)虹隱稅鵬類蓉么嚎突邀絆霖子伎烙躥閡批敦疲欠美蓄駁打劃沉臼己艾訓(xùn)麥啤見(jiàn)私懂天鵑吉偉莫岡蝴鑷訂審巧紡烏晤末彭誰(shuí)蘭漬檔娘儒傍融門胸始萍叁般晉汕婆熏歐兆智劇刑撅莊漿機(jī)肚黔數(shù)僑誘反盾誠(chéng)卜戀篩造爐砂貪紉躥股 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 普通車床C620的數(shù)控改造設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí)

5、 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 撰寫(xiě)日期： 20** 年 6 月 10日 任務(wù)書(shū) ... 論文（設(shè)計(jì)）選題的來(lái)源、目的與意義： 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴

6、，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不但提高了機(jī)床的加工精度，擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍，提高了生產(chǎn)率，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，減少對(duì)工夾具的投資和數(shù)量，而且適合我國(guó)的國(guó)情。 設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容： 本設(shè)計(jì)是利用數(shù)控裝置對(duì)C620型普通機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)?？v向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，導(dǎo)軌用貼塑導(dǎo)軌，主軸與脈沖發(fā)生器連接等，將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改裝為用單片機(jī)控制的能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 進(jìn)度

7、計(jì)劃（進(jìn)度時(shí)間、主要工作內(nèi)容）： 4月2 日——4月9日：查閱、收集相關(guān)資料，了解相關(guān)內(nèi)容，初步確定改造方案。 4月10日——4月15 日：針對(duì)改造方案，分析計(jì)算，確定所需部件，并不斷完善。 4月16日——5月10日：機(jī)械部分繪圖。 5月11日——5月15日：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、繪圖。 5月16日——5月20日：整理相關(guān)數(shù)據(jù)、資料，書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 5月21日——6月20日：翻譯相關(guān)的英文資料，檢驗(yàn)各項(xiàng)工作，打印說(shuō)明書(shū)，論文答辯。 主要參考文獻(xiàn)： [1]周開(kāi)勤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社,2001.1 [2]文懷興,夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工

8、業(yè)出版社，2005.6 [3]卜文峰.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 .5 [4]濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2003.4 [5]郝忠軍,雷曉鈴.綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)[M]. 機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院，1995.4 [6]明興祖.數(shù)控機(jī)床與系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社, 2000.10 [7]王永章.機(jī)床的數(shù)控技術(shù)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.1 [8]楊文龍主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安西安電子科技大學(xué)出版社, 2003.4 論文（設(shè)計(jì)）工作起訖日期： 20**

9、 年 4 月 2 日 至 20** 年 6月 18 日 指導(dǎo)教師（簽名） 院長(zhǎng)/主任（簽名） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告書(shū) 姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 論文題目：普通車床C620的數(shù)控改造 指導(dǎo)教師 職 稱 學(xué) 位 題目來(lái)源 □ 指導(dǎo)教師科研項(xiàng)目 □ 指導(dǎo)教師推薦選題 □ 學(xué)生自選 □ 其它 題目類別 □ 工程設(shè)計(jì) □ 工程技術(shù)研究 □ 軟件開(kāi)發(fā) □ 理論研究 □綜合 【選

10、題意義、研究現(xiàn)狀及可行性分析】 意義：隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此，對(duì)機(jī)床的要求不僅要具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且還要能適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 現(xiàn)狀：我國(guó)存在大批普通機(jī)床，普而通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，利用數(shù)控系統(tǒng)改造機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率,提高舊設(shè)備利用率，是十分有效的途徑。 可行性分析：簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開(kāi)環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無(wú)檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)0 01至0 0

11、2ｍｍ，已能滿足普通零件的精度要求。而且普通車床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)成熟，適合我們國(guó)情。 【研究的主要問(wèn)題和重點(diǎn)、難點(diǎn)、設(shè)計(jì)工作所需試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件】 普通車床數(shù)控化改造關(guān)鍵在于選用連續(xù)控制系統(tǒng)。由于本機(jī)加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，沒(méi)有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向傳送的，輸入裝置把信號(hào)輸給數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算后分配出指令脈沖，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)無(wú)位置和速度檢測(cè)裝置，因此，它的精度主要由步進(jìn)電機(jī)的步距角和與之相連的絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度決定。 【進(jìn)度安排】 20**年3月25日 – 20**年4月 6

12、 日 論證、開(kāi)題 20**年4月 7 日 – 20**年4月20日 外文翻譯、撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述、匯報(bào)討論； 20**年4月21日 – 20**年5月11日 撰寫(xiě)論文寫(xiě)作大綱、中期檢查； 20**年5月12日 - 20**年5月25日 寫(xiě)作初稿 20**年5月26日 - 20**年6月 8 日 修改、定稿、打印 20**年6月 9 日 - 20**年6月13日 畢業(yè)答辯 【指導(dǎo)教師意見(jiàn)】（有針對(duì)性地說(shuō)明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋? □同意提交開(kāi)題論證 □修改后提交 □不同意提交（請(qǐng)說(shuō)明理由） 指導(dǎo)教師簽字：

13、 年 月 日 【系意見(jiàn)】 □同意開(kāi)題 □修改后開(kāi)題 □不同意開(kāi)題（請(qǐng)說(shuō)明理由） 系主任簽字： 年 月 日 【學(xué)院意見(jiàn)】 □同意開(kāi)題小組意見(jiàn) □不同意開(kāi)題小組意見(jiàn)（請(qǐng)說(shuō)明理由） □其它（請(qǐng)說(shuō)明） 院長(zhǎng)或主管院長(zhǎng)簽章： 年 月 日 摘　要 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是將一臺(tái)C620型普通車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)，由于定位精度高，所以縱、橫向?qū)к壘捎觅N塑

14、導(dǎo)軌，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠，同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，傳動(dòng)齒輪采用雙片錯(cuò)齒消隙齒輪，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)。為了保證加工螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?，主軸用脈沖發(fā)生器通過(guò)波紋管聯(lián)接，并將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)用單片機(jī)控制，是其成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。因?yàn)镸CS—51系列的單片機(jī)具有集成度高、可靠性高、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管，以

15、顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。為了達(dá)到機(jī)床要求的分辨率，傳動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠。 設(shè)計(jì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床具有定位、直線插補(bǔ)、順逆圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。 關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，改造，滾珠絲杠 Abstract This design mainly is transforming an ordinary C620 lathe into an economy numerical control, because the accuracy is

16、 high, the lead rail uses plastic lead rail; the transmission system uses the ball screw. At the same time, we can carry on the pre-stretch to the guide screw and use double gears in the transmission gear to enhance the transmission rigidity and the elimination gap. The driving parts use ball screw.

17、 When processing thread, the main axle transfers a revolution, the tool holder must moves a pitch or lead of the thread, the main axle and the pulse generator link together through a corrugated pipe. A Single Chip Microcomputer controls the longitudinal and crosswise feeding system, so it will becau

18、se an open-loop servo system which can move independently. The numerical control system uses the MCS-51 series 8031 Single Chip Microcomputer to expand the system. Because the MCS-51 series Single Chip Microcomputer have high integration rate, high reliability, strong function, quick speed, and str

19、ong anti-jamming ability and so on .The control system is made up of the microcomputer part, the keyboard and the monitor, the I/O interfaces and the light electricity isolation electric circuit. The system processing procedure and control orders are controlled by keyboard, the monitor realized proc

20、ess data and the information of machine tools with figures tube. In order to realize the resolving power, transmission system use stepper motor to drive the ball screw after being decreased. After the transformation design , the economy numerical control machine has the localization , the straight

21、line inserts , inserts along the counter circular arc , function suspension ,circulation processing , male inch thread processing and so on .The processing quality is stable and reliable . Components processing compatibility and the automation are strengthened. Keyword: lathe， numerical control ， a

22、lteration ， ball screw 目　　錄 引言 3 1 概述 4 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 4 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 4 1.3 設(shè)計(jì)的必要性 4 1.3.1 數(shù)控改造目的 4 1.3.2 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn) 5 2總體方案設(shè)計(jì) 5 2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 5 2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 5 2.3 機(jī)械傳動(dòng)方式 5 2.3.1縱向滾珠絲杠 6 2.3.2橫向滾珠絲杠 6 2.3.3總體方案 7 3進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3.1縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng) 8 3.1.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N) 8 3.1.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷C 9

23、 3.1.3 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率計(jì)算 10 3.1.4 剛度驗(yàn)算 10 3.1.5 穩(wěn)定性校核 11 3.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng) 11 3.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 11 3.2.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 12 3.2.3選擇滾動(dòng)絲杠螺母副 12 3.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算 13 3.2.5 剛度驗(yàn)算 13 3.2.6穩(wěn)定性校核 15 3.3齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 16 3.3.1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 16 3.3.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 16 3.4步進(jìn)電機(jī)的選型 17 3.4.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) 17 3.4.2橫向步進(jìn)電機(jī) 21 3.4.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)

24、頻率和工作時(shí)的頻率 24 4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)置 24 4.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 24 4.2 選擇 CPU 的類型 25 4.3 74LS138 CPU 和存儲(chǔ)器 26 4.4 I/O接口電路 26 4.5 軟件環(huán)行分配器 27 4.6 控制系統(tǒng) 27 4.7 其它輔助電路 28 參考書(shū)目 29 致 謝 30 外文翻譯 31 引言 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是我國(guó)加入ＷＴＯ以后，企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變、競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，以最

25、低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要更換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。而且我國(guó)存在大批普通機(jī)床，利用數(shù)控系統(tǒng)改造機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率,提高舊設(shè)備利用率，推廣機(jī)電一體化技術(shù)的重要手段。 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能;另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修

26、方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開(kāi)環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無(wú)檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)0 01至0 02ｍｍ，已能滿足普通零件的精度要求。 普通車床經(jīng)過(guò)多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的改造目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠，以盡可能低的故障率運(yùn)轉(zhuǎn)。普通車床應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 1 概述 1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 通

27、過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)地綜合運(yùn)用知識(shí)和技能解決實(shí)際工程問(wèn)題的本領(lǐng)，鞏固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中擴(kuò)大和補(bǔ)充了知識(shí)面，使對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)調(diào)查研究的習(xí)慣和能力，練習(xí)查閱資料，合理選擇計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，建立正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)科學(xué)性，牢固樹(shù)立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 將一臺(tái)普通C620車床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，利用微機(jī)對(duì)縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采用直流步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠，設(shè)計(jì)控制電路圖。 1.3 設(shè)計(jì)的必要性 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因

28、此，對(duì)機(jī)床的要求不僅要具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且還要能適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。 從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世至今，世界上主要的工業(yè)化國(guó)家的數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入批量生產(chǎn)。隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展顯得更加迫切和需要。這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控改造十分必要，可以從以下幾點(diǎn)說(shuō)明： 1.3.1 數(shù)控改造目的 數(shù)控改造一般指對(duì)不同機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力。其改造的目的有以下幾點(diǎn)： (1)從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值； (2)為提高生產(chǎn)效率； (3)為適應(yīng)

29、多品種，小批量零件的生產(chǎn)； (4)有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性； (5)為減小整個(gè)設(shè)備投資計(jì)劃。 1.3.2 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn) (1)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量； (2)減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床生產(chǎn)效率； (3)降低工人技術(shù)等級(jí)的要求； (4)可充分利用原有機(jī)床設(shè)備，費(fèi)用低； (5)數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。 2總體方案設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 選用連續(xù)控制系統(tǒng)。由于本機(jī)加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，沒(méi)有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向傳送的，輸入裝置把信號(hào)輸給數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算后分配出指令脈沖，

30、通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)無(wú)位置和速度檢測(cè)裝置，因此，它的精度主要由步進(jìn)電機(jī)的步距角和與之相連的絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度決定。 2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS–51系列單片機(jī)具有集成度高,成本低，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，運(yùn)用靈活，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用MCS–51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分，RAM、ROM、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作，采用數(shù)碼管顯示器顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。 2.3 機(jī)械傳動(dòng)方式

31、 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速后，再帶動(dòng)絲杠，為了保證一定的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要消除齒側(cè)間隙。 2.3.1縱向滾珠絲杠 縱向滾珠絲杠的步進(jìn)電機(jī)可布置在機(jī)床的任意一端。拆除原機(jī)床縱向進(jìn)給部分的進(jìn)給箱，溜板箱，滑動(dòng)絲杠，光杠，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。這里選用W1L4506型外循環(huán)插管式滾珠螺母副。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，在絲杠的左端采用一對(duì)深溝球軸承和一對(duì)推力球軸承，在絲桿的右端采用一個(gè)深溝球軸承和一個(gè)推力球軸承。支承短軸與滾珠絲杠的右端通

32、過(guò)聯(lián)軸套和減速器的輸出軸聯(lián)結(jié)起來(lái)。在絲杠托架上布置一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支承，減速箱固定在絲杠托架上。絲杠中間支承為滾珠螺母，其與床鞍直接聯(lián)結(jié)。這種改造能減少改造工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給總體剛度增加。 2.3.2橫向滾珠絲杠 橫向進(jìn)給部分也采用滾珠絲杠代替原來(lái)的滑動(dòng)絲杠，橫向齒輪減速箱和步進(jìn)電機(jī)一般都安裝在床鞍的右端，滾珠絲杠須用蓋板保護(hù)，并拆除原來(lái)的方刀架，換為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)程序自動(dòng)轉(zhuǎn)位、夾緊。電機(jī)經(jīng)兩對(duì)齒輪減速后傳動(dòng)滾珠絲杠螺母副，這里選用W1L2505型外循環(huán)插管式滾珠螺母副，滾珠絲杠左端支承采用一對(duì)深溝球軸承，右端采用一對(duì)深溝

33、球軸承和一對(duì)推力球軸承。裝配時(shí)應(yīng)注意使齒輪箱體中的絲杠中心與床尾軸承座中心線安裝基面尺寸一致，以保證水平面內(nèi)絲杠與導(dǎo)軌平行。齒輪箱體在床身上安裝螺釘?shù)奈恢门c床尾軸承座螺釘在床身上的安裝位置也須根據(jù)床身的具體情況確定，以保證在垂直面內(nèi)絲杠與導(dǎo)軌平行。為保證滾珠絲杠傳動(dòng)平穩(wěn)、輕快，必須使?jié)L珠絲杠螺母座與絲杠兩端支承同軸，裝配時(shí)可以修磨墊片來(lái)保證螺母座在水平面內(nèi)與兩端支承同軸。垂直面內(nèi)的同軸度靠螺釘?shù)倪^(guò)孔來(lái)調(diào)整，調(diào)好后，打入銷釘。 2.3.3總體方案 如圖2-1： 圖2-1 總體方案框圖 3進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 將一臺(tái)C620普通車床改造為

34、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用MCS-51系列單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速控制功能。 其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下 最大加工直徑： 在床面上 400mm 在床鞍上210mm 加工最大長(zhǎng)度： 1000mm 溜板及刀架重力：縱向: 1000N 橫向: 600N 刀架快進(jìn)速度： 縱向：2.4 m/min 橫向：1.2 m/min 最大進(jìn)給速度： 縱向：0.6 m/min 橫向：0.3 m/min 主電機(jī)功率： 7.5kw 起動(dòng)加速時(shí)間： 30 ms 機(jī)床定位精度：

35、 0.015 mm 此機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算如下： 1）脈沖當(dāng)量選取 縱向：0.01 mm/脈沖 橫向：0.005 mm/脈沖 2）切削力的計(jì)算 由于改造的是通用車床，所以切削力選擇的范圍如下 (1)縱車外圓： 主切削力Fz(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估算： Fz=0.67Dmax=0.674001.5= 5360N Dmax—車床床身上加工最大直徑 按切削力各力比例 Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 Fx=53600.25=1340N Fy=53600.4=2144N (2)橫向端面：

36、主切削力Fz(N)可取縱切的1/2 Fz=1/2Fz=2680 N 此時(shí)走刀抗力Fy(N)，吃刀抗力為Fx(N)。仍按上述比例粗略計(jì)算： Fy=26800.25=670N Fx=26800.4=1072 N (3)滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 滾珠循環(huán)選型：由于是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床，要考慮其性能價(jià)格比。因此，選用外循環(huán)插管式滾珠絲杠。 3.1縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng) 3.1.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力Fx 以及溜板、刀架和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。C620車床的兩條縱向?qū)к?，屬于綜合型導(dǎo)軌，因此，計(jì)算公式可確定如下： 縱

37、向： F=KFx +f( Fz +G) =1.51340+0.16(5360+1000)=2558.6N K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌K取1.5； f—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，0.15~0.18，取0.16； G—溜板及刀架的重力，縱向G=1000N。 3.1.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷C 選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定的軸負(fù)荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)10000轉(zhuǎn)后，再它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即為該絲杠所承受的最大動(dòng)負(fù)載C L —壽命以106轉(zhuǎn)為1單位； n — 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速； L0—滾珠絲杠導(dǎo)程，L0取6m

38、m； T—為使用壽命，T=15000h； Fω—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)， Fω=1.2； Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2 ～1/3,此處取Vs =0.6mm/s。 所以 查表得出滾珠絲杠螺母副W1L4506型外循環(huán)螺紋的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動(dòng)載荷為17100N,精度等級(jí)取3級(jí)。 3.1.3 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率計(jì)算 r— 絲杠螺旋升角，W1L4506型=； —摩擦角，滾珠絲杠副其摩擦角約為。 3.1.4 剛度驗(yàn)算 縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖3-1所示： 圖3-1 縱向進(jìn)給滾珠絲杠支

39、承方式 最大牽引力為2558.6N，支承間距=1500mm，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向力的1/3,為852.87N。 (1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1 （mm） L=1500 mm Fm=2558.6 N， D0=40 mm 由表查得：δL/L0=1.2510-5 δ=δ0/L0L =1.2510-51500 =1.87510-2 mm 由于采用推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可提高4倍，其實(shí)際變形量δ1 （mm） δ1=1/4δ=1/41.87510-2=0.4510-2 mm (2) 滾球與螺紋滾道間的接觸變形δ2（mm） 此

40、項(xiàng)在總變形中也占有較大的比重，查表知1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量δQ，δQ=6.4μm,因進(jìn)行了預(yù)緊，其變形量可減少一半，δ2=1/2δQ=1/26.4=3.2 μm (3) 支承滾球絲杠的軸承的軸向接觸變形δ3（mm） 采用51207型推力球軸承，滾動(dòng)體直徑do =6.35 mm，滾動(dòng)體數(shù)量Z=18， d=35 mm 因施加了預(yù)緊力，故 δ3=1/2δc=1/20.0076=0.0038 mm 根據(jù)以上計(jì)算 δ=δ1+δ2+δ3=0.0045+0.0032+0.0038=0.0115mm δ<定位精度 滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程變化，一般占的比重較小，可忽略不計(jì)

41、，螺母及軸承支座的變形常為滾 珠絲杠螺母副系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，但變形計(jì)算較為困難，一般不計(jì)算在內(nèi)。 3.1.5 穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端采用推力球軸承，絲杠沿軸向有852.87N的預(yù)緊力，所以不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需做穩(wěn)定性校核。 3.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng) 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算選型。 3.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下： =K+(+2+) K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)燕尾導(dǎo)軌取1.4； G—移動(dòng)部件的重量（N）； —導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，對(duì)燕尾型貼塑導(dǎo)軌取0.2； —橫向走刀抗力，計(jì)算得出為670N； —橫切端面的主切削力，計(jì)算得出為2680N；

42、 —橫切端面時(shí)的吃刀抗力，計(jì)算得出為1072N。 =K+(+2+) =1.4670+0.2(2680+21072+600)=2023N 3.2.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 絲杠導(dǎo)程預(yù)選5mm,選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)10000轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即為該絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C： L —壽命以106轉(zhuǎn)為1單位 n— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速； L0—滾珠絲杠導(dǎo)程，L0取5mm； T—為使用壽命，T=15000h； fω—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)， fω=1.2； v—最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2 ～1/

43、3，此處取v=0.3mm/s。 3.2.3選擇滾動(dòng)絲杠螺母副 查資料可采用L2005型1列2.5圈外循環(huán)滾珠絲杠副，額定動(dòng)負(fù)載為8800N，精度等級(jí)選3級(jí)。 3.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算 —螺旋升角； —摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角約為。 3.2.5 剛度驗(yàn)算 橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖3-2 最大牽引力為2023N，支承間距=450mm。絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。 圖3-2 橫向進(jìn)給絲杠支承方式 (1)絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1 （mm） 查表可得： 當(dāng)2023N, D

44、0=20 mm, δL/L0=4.210-5 (2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形δ2（mm） 查表得 δQ= 8.5μm 因?yàn)檫M(jìn)行了預(yù)緊 δ2=1/2δQ=0.58.5= 4.25μm (3)支承滾珠絲杠的軸承軸向接觸變形δ3（mm） 采用 51202推力球軸承，do=4.763 mm，z=12，d=15mm 考慮進(jìn)行了預(yù)緊， 故 綜合以上幾項(xiàng)變形量之和： =0.0279 mm 顯然，此變形量已大于定位精度要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)。因橫向溜板箱空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力。重新

45、計(jì)算如下： =K+(+2+) =1.4670+0.04(2680+21072+600)=1155N 當(dāng) =1155 N時(shí)，查表知δL/L0=2.410-5 查表知： δQ= 5.4μm δ2=1/2δQ=0.55.4= 2.7μm 橫向進(jìn)給定位精度應(yīng)為縱向進(jìn)給定位精度的1/2，應(yīng)為0.0075 mm，選用該絲杠其變形量不能滿足要求，將滾珠絲杠再經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸，剛度還可提高4倍 仍不滿足，可將滾珠絲杠直徑加大到25 mm，即選用L 2505型1列2.5圈外循環(huán)滾珠絲杠副，額定動(dòng)負(fù)載為9700N，精度等級(jí)選3級(jí)。 3.2.6穩(wěn)定性校核 計(jì)算臨界負(fù)載F

46、k(N) L—絲杠兩支承端距離（cm）； E—材料的彈性模量（），鋼 E=20.6 I—截面慣性矩(cm4)， 絲杠 ，（d1為絲杠內(nèi)徑）； fz—絲杠支撐方式系數(shù)，一端固定，一端簡(jiǎn)支，fz=2.00。 一般[]=2.5~4 所以此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 縱向及橫向滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)如表3-3所示  表3-3 縱向及橫向滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 名稱 符號(hào) W1L4506型 W1L2505型 螺紋滾道 公稱直徑 d0 45 25.0 螺距 L0 6 5 接觸角 β

47、鋼珠直徑 dq 3.969 3.175 滾道法面半徑 R 2.064 1.651 偏心距 E 0.003 0.004 螺紋升角 R 螺桿 螺桿外徑 D 44.2 24.37 螺桿內(nèi)徑 d1 40.878 21706 螺桿接觸直徑 dz 41.035 21.831 螺母 螺母螺紋直徑 D 49.122 28.294 螺母內(nèi)徑 D1 45.794 25.635 3.3齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 3.3.1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 脈沖當(dāng)量δP=0.01， 絲杠導(dǎo)程L0=6 mm 初選步進(jìn)電機(jī)的步距角為θb=/脈沖，

48、可計(jì)算傳動(dòng)比i： 可選齒輪齒數(shù)為 ， 或， 因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大，所以模數(shù)取 m=2,齒寬取20 mm。 3.3.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程。注意，初選步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75，可計(jì)算傳動(dòng)比i： 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，齒輪直徑不應(yīng)太大，以免影響到橫向溜板的有效行程。故此，可采用兩級(jí)齒輪降速。 因?yàn)檫M(jìn)給齒輪受力不大，模數(shù)m取 2， 齒寬取20 mm。有關(guān)參數(shù)如表3-4所示： 表3-4 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù) 齒輪齒數(shù) Z 32 40 24 40 20 25 分

49、度圓 D=mZ 64 80 48 80 40 50 齒頂圓 D0=D+2m 68 84 52 84 44 54 齒根圓 Df=d-21.25m 59 75 43 75 35 45 齒寬 (6—10) m 20 20 20 20 20 20 中心距 A=(d1+d2)/2 72 64 45 3.4步進(jìn)電機(jī)的選型 3.4.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) 1)初選步進(jìn)電機(jī) (1) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm 脈沖當(dāng)量為0.01 mm； Fm—進(jìn)給牽引力； θb—步距角，初選； η—電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)效率，為齒輪

50、軸承絲杠效率之積，分別為0.98、0.99、0.99和0.94 (2) 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (3) 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩 查表取五相10拍，則 (4) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 ─運(yùn)動(dòng)部件最大快速移動(dòng)速度； ─最大切削進(jìn)給速度； ─脈沖當(dāng)量取0.01 mm/脈沖。 (5) 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在圖中查出，130BF001最大靜轉(zhuǎn)矩為931Ncm>，可以滿足要求?？紤]到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定的余量。另一方面，與國(guó)內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比，決定采用150BF002步

51、進(jìn)電機(jī)。但從圖中看出，150BF002步進(jìn)電機(jī)最高起動(dòng)頻率為2800Hz，不能滿足 (4000 Hz)的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件升降程序來(lái)解決。 2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 (1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3-1，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()可由下式計(jì)算： = JM+ J1+(Z1/Z2)2［(J2+ Js)+G/g(L0/2π)2］ JM—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()； J1，J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()； Js—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()。 參考同類型機(jī)床初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150B

52、F002，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM=10 J1=0.7810-3l1=0.7810-36.442=2.62 J2= 0.7810-3l2=0.7810-3842=6.39 Js= 0.7810-344150=29.952 G=1000N代入上式： = JM+ J1+(Z1/Z2)2［(J2+ Js)+G/g(L0/2π)2］ =10+2.62+(32/40)2［(6.39+29.952)+1000/9.8()］ =36.475 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題：JM/ J∑=10/36.475=0.274 基本滿足慣量匹配要求。 (2) 電機(jī)力矩的計(jì)算 a快速

53、空載起動(dòng)時(shí)所需力矩M起 M起=Mamax+ Mf+ M0 Mamax—空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩()； Mf—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩()； M0—折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 —電機(jī)最大角加速度（rad/s2）； —電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)； —運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）； δP—脈沖當(dāng)量（mm/步）； θb—步進(jìn)電機(jī)的步距角（）； t0—運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間（s）代入上式得 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： F0—導(dǎo)軌的摩擦力(N)； F—垂直方向的切削力

54、(N)； G—運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)； —導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i — 齒輪降速比，按i=計(jì)算； η—傳動(dòng)鏈總效率，一般取0.75~0.85。 折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩M0 ： —滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取1/3 F； —傳動(dòng)總效率；一般可取=0.7~0.85，此處取0.8； —滾珠絲杠的傳動(dòng)效率，一般取0.9，此處取0.9。 以上三項(xiàng)合計(jì)： b快速移動(dòng)時(shí)所需力矩： c 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切 由上面的計(jì)算可以看出：M起，M快和M切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。由資料查得

55、當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)λ=Mq / Mjmax=0.951 最大靜力矩 Mjmax=749/0.951=787.6 由資料知150BF002型步進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩為13.72大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。 150BF002運(yùn)行矩頻特性性 f(Hz) M() 10000 5000 490.3 980.7 1225.888.88 f(Hz) M() 2000 1000 196.1 392.3 588.1 150BF002起動(dòng)矩頻性特性 圖3-5 150BF002型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性 從圖3-5中看出150B

56、F002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz，有圖3-5知當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)f起=2500Hz時(shí)，M=100，遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所需要的空載起動(dòng)力矩（749）。直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)，起動(dòng)力矩可增加到588.4，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電機(jī)完全可以滿足要求。 3.4.2橫向步進(jìn)電機(jī) 1) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3-2傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng) 可由下式計(jì)算： JM—步進(jìn)

57、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Js—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； J4—齒輪Z4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； J1、J2、J3、—齒輪Z1、Z2、 Z3的及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 參考同類型機(jī)床，初選步進(jìn)電機(jī)130BF001，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM=4.7 =8.4156 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)慣量匹配問(wèn)題 JM/ J∑=4.7/8.4156=0.56，基本滿足慣量匹配要求。 2) 電機(jī)力矩計(jì)算 (1)快速起動(dòng)空載力矩M起 M起 Mamax—空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩()； Mf—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩()； M0—絲杠折算到電機(jī)軸上

58、的附加摩擦力矩()。 ε—電機(jī)最大角加速度（rad/s2）； —電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)； —運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）； δP—脈沖當(dāng)量（mm/步）； θb—步進(jìn)電機(jī)的步距角（）； t0—起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間30μs。 代入上式得 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 F=(+G) F0—導(dǎo)軌的摩擦力(N) ； —垂直方向的切削力(N) ； G—運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N) ； —導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i — 齒輪降速比，按。 附加摩擦力矩 (2) 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快

59、(3)最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切 M切 從上面計(jì)算可以看出：M起、M快和M切中以空載起動(dòng)所需力矩最大，以此作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 從表查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)， 最大靜力矩： 按此最大靜力矩，從圖3-6中查出，130BF001型最大轉(zhuǎn)矩為9.31，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。 3.4.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)頻率和工作時(shí)的頻率 ─運(yùn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)給速度； ─最大切削進(jìn)給速度； ─脈沖當(dāng)量。 從圖3-6查出，130BF001型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為3000Hz，不能滿足(4000 Hz)的要求。此時(shí)空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不

60、滿足 此機(jī)床所需要求的空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可增加到400，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電 機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。 2400 2000 1000 392.33 784.5 f(Hz)) M() 130BF001型起動(dòng)矩頻特性 196.1 588.1 M() f(KHz)) 2 4 490.3 980.7 130BF001型運(yùn)行矩頻特性xing xing 性 xing性 6 88 圖3-6 130BF001型步進(jìn)

61、電機(jī)矩頻特性 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，130BF001步進(jìn)電機(jī)完全可以滿足要求。 4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)置 4.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。它有以下五個(gè)部分組成： (1)主控制器，即中央處理單元； (2)總線，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線； (3)存儲(chǔ)器，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器； (4)接口，即I/O接口電路； (5)外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器及光電輸入器等。 其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和協(xié)調(diào)控制各部分電路工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件

62、，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是 CPU 與存儲(chǔ)器，I/O接口及其它轉(zhuǎn)換電路的聯(lián)接紐帶，是CPU 與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。 4.2 選擇 CPU 的類型 在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素： (1)時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，該指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度； (2)可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量； (3)指令系統(tǒng)功能； (4)I/O擴(kuò)展指令能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力； (5)開(kāi)發(fā)手段，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路。 此外，還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)性的要求?；诖?，采用8031單片機(jī)，它具有以

63、下特點(diǎn)： (1)具有功能強(qiáng)的8位 CPU； (2)片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生器，每執(zhí)行一條指令的時(shí)間為2微秒或1微秒； (3)片內(nèi)有128字節(jié) RAM； (4)具有21個(gè)特殊功能寄存器； (5)可擴(kuò)展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器； (6)具有4個(gè)I/O接口，32根I/O線； (7)具有2個(gè)16位T/C； (8)具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)終端優(yōu)先級(jí)； (9)具有1個(gè)全功能串行接口； (10)具有位尋址功能，使用邏輯計(jì)算。 從上述特性可知，8031芯片集成度高，功能強(qiáng)，適用與擴(kuò)展 ROM、現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合。它價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國(guó)使用。

64、 4.3 74LS138 CPU 和存儲(chǔ)器 CPU 采用8031芯片，由于8031芯片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，需要有外部程序存儲(chǔ)器的支持。同時(shí)，8031內(nèi)部只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也遠(yuǎn)不能滿足控制系統(tǒng)的要求，故擴(kuò)展了16KB程序存儲(chǔ)器，由兩片2764組成，又?jǐn)U展了一片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8031芯片的和用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)，口傳送高8位地址，口傳送低8位地址和數(shù)據(jù)，故采用74LS373地址鎖存器，鎖存低8位地址，ALE 作為其選通信號(hào)，當(dāng)ALE為高電平，鎖存器的輸出和輸入透明，即輸入的低8位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn)，此時(shí)不需鎖存。當(dāng)ALE從高電平變低電平，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低8位地址鎖存入

65、地址鎖存器中，74LS373的輸出不再隨輸入變化，這樣口就可以用來(lái)傳送讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)了。8031芯片的口和74LS373送出的口共組成16位地址，2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線。~低8位接74LS373芯片的輸出，~接芯片的~。系統(tǒng)采用全地址譯碼，2片2764芯片片選信號(hào)分別接74LS138譯碼器的和,系統(tǒng)復(fù)位后程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行。6264芯片的片選信號(hào)接74LS138的。8031芯片的引腳接2764的，以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。由于8031芯片內(nèi)部無(wú)ROM，故始終要選外部程序存儲(chǔ)器，故其必須接地。 4.4 I/O接口電路 由于8031只有口和口部分能提供用戶作為

66、I/O口使用，不能滿足輸入、輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入、輸出接口電路。系統(tǒng)擴(kuò)展了2片8155可編程I/O接口芯片。74LS138譯碼器有3個(gè)輸入A、B、C分別接8031的、、，輸出~，低電平有效。74LS138還有3個(gè)使用端，其中2個(gè)（和）為低電平，另一個(gè)為高電平。只有當(dāng)端口處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否則，輸出屬于高電平無(wú)效狀態(tài)。存儲(chǔ)器及I/O地址編碼見(jiàn)表4-1。 4.5 軟件環(huán)行分配器 步進(jìn)電機(jī)采用軟件環(huán)行分配器。雖然運(yùn)行速度沒(méi)有硬件環(huán)行分配器快，但可以節(jié)省兩個(gè)硬件環(huán)行分配器專用芯片，且電路較簡(jiǎn)單。由 于C620普通車床縱向最大加工直徑為400mm，規(guī)格較小，故Z向進(jìn) 給系統(tǒng)采用150BF002型五相十拍工作方式，X向進(jìn)給系統(tǒng)采用130BF 001型五相十拍工作方式。由8155（2）的PA口輸出，經(jīng)光電隔離電路，功率放大電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4.6 控制系統(tǒng) 當(dāng)需要自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀時(shí)，由8155（1）的～發(fā)出換刀位信號(hào)，控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)