[數(shù)控]數(shù)控機床學習資料.doc

5 目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 .1 1.1、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡吏及國外發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.2我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.3 1.3 伺服系統(tǒng)的特點4 第二章第二章 設計總體方案設計總體方案 .5 21 設計參數(shù)的確定6 22 總方案的確定6 第三章第三章 數(shù)控機床的機械部分設計數(shù)控機床的機械部分設計 .7 3.1 數(shù)控機床的傳動裝置設計8 3.2 機械部分的設計與計算9 第四章第四章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 .10 4.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成11 4.2 單片機控制系統(tǒng)的設計12 第五章第五章 數(shù)控系統(tǒng)軟件設計數(shù)控系統(tǒng)軟件設計 .13 5.1 本數(shù)控系統(tǒng)軟件設計任務14 5.2 進給伺服系統(tǒng) x 軸與 z 軸步進電機控制15 5.3 主軸電機的控制16 5.4 螺紋加工工作原理和加工程序17 第六章第六章 滾珠絲杠副的設計和計算滾珠絲杠副的設計和計算18 6.1 選擇脈沖當量.19 6.2 計算切削力.20 6.3 滾珠絲桿螺母副的計算和選型.21 第七章第七章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)的選擇.22 6.1 西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點23 6.2 數(shù)控線圖.24 6.3 數(shù)控零件圖25 致謝致謝 .26 參考文獻參考文獻 .27 5 緒論緒論 1.11.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀 1949 年美國帕森公司首先提出了機床數(shù)字控制的概念。1952 年第一代數(shù)控系統(tǒng) 電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20 世紀 50 年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所 組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難 以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術的發(fā)展，1965 年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng) 集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970 年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了第四 代數(shù)控系統(tǒng)小型計算機數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計算機以其無法比擬的性能價 格比滲透各個行業(yè)，1974 年，第五代數(shù)控系統(tǒng)微型計算機數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應 用一個或多個計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)(cnc)。 綜上所述，由于微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不 斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎 5 年左右時間就更新?lián)Q代一次1。 數(shù)控機床是先進制造業(yè)的基礎機械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的 機電一體化產品。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產品進程，1990 年 日本機床產值數(shù)控化率達 75，美國達 701，德國達 57。目前世界數(shù)控機床年 產量超過 15 萬臺，品種超過 1500 多種2。 1.21.2 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1.2.1 數(shù)控技術狀況 目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過渡的關鍵時期，也 是由封閉型向開放型過渡的時期。 我國數(shù)控系統(tǒng)在技術上已趨于成熟，在重大關鍵技術(包括核心技術)，已達到國 際先進水平。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn) 已開發(fā)出具有中國版權的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關鍵技術。例 如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標聯(lián)動技術對我們已不再是難題，0.1 5 當量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給數(shù)控系統(tǒng)、m 實時多任務操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于 pc 機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實 施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能既可作為獨立產品，又是一代開放式的開發(fā)平臺， 為機床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 已有很大提高，mpbf 值可以在 15000h 以上。同時大部分數(shù)控機床配套產品已能國內生 產，自我配套率超過 60%。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產奠定了基礎1。 我國進行改革開放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進的 機床制造國家進行技術交流，并通過引進技術，到 80 年代初，國產數(shù)控機床進入實用 化階段，1991 年數(shù)控機床的產值數(shù)控化率為 143，到 1997 年數(shù)控機床產值數(shù)控化 率為 245。目前，我國數(shù)控機床(包括經濟型機床)品種約有 500 個2。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質量 設計、制造等各方面存在較大差異， 并存在許多不足：機械件的材質、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存 在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準停不好；安全性較差，軟硬件保護功能 不夠；刀片磨損快，生產成本高，效率低；硬件設計方面不規(guī)范，不符合國標，比如 使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機床廠家甚至 仍然停留在十年二十年前的設計思想；程序設計方面缺乏標準，不規(guī)范，邏輯性不強， 故障率高，在使用過程中需不斷對程序進行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標牌 線號不清，圖紙與實物不符，維修困難；使用的元器件本身質量差，使用壽命短，故 障率高，有的機床廠家為了降成本卻忘記了質量、忘記了可靠性，選用一些國產的軸 承、接觸器、繼電器、接近開關等元件，在生產過程中小故障連綿不斷；柔性化不強， 多品種生產困難。而國外數(shù)控車床無論是設計水平，還是制造水平，都要高出國內數(shù) 控車床。機械件材質、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設計有專門的 標準，設計規(guī)范合理，配套件齊全，標牌標示清楚齊全；使用的元器件質量好，故障 率低；新技術的應用及時領先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低3 。 1.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應用領 域日益擴大。為了滿足社會經濟發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高 速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。 1.31.3 伺服系統(tǒng)的特點伺服系統(tǒng)的特點 數(shù)字控制，是一種自動控制技術，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方 5 法。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控機床 是典型的數(shù)控化設備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分 組成。 1. 信息載體 信息載體又稱控制介質，用于記錄數(shù)控機床上加工一個零件所必需的各種信息， 以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應的 輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加 工信息直接輸入，或通過竄行口將計算機上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級的 數(shù)控系統(tǒng)可能還包含一套自動編程機或者 cad/cam 系統(tǒng)。 2. 計算機數(shù)控系統(tǒng) 計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經計 算和處理后去控制機床的動作。它由硬件和軟件組成。硬件除計算機外，其外圍設備 主要包括光電閱讀機、crt、鍵盤、面板、機床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組 成。數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為：機床主運動、機床的進給運動、刀具的選擇 和刀具的補償、其它輔助運動等。 3. 伺服系統(tǒng) 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅動機構和機床移動部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的 各種動作命令，驅動受控設備運動。伺服電動機可以是步進電機、電液馬達、直流伺 服電機或交流伺服電機。 4. 機床 它是用于完成各種切削加工的機械部分，是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的，但 也做了很多改進和提高，它的主要特點是：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸 及伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結構得到了簡化，傳動鏈較短；為了適應 數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結構具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐 磨性，熱變形較小；更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導軌等；不 少數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率1。 數(shù)控機床集中了傳統(tǒng)的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優(yōu)點，將高效率、 高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動 特性的改善以及功能的擴大，為此數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、 伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。 5 伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。在數(shù)控機床中， 伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅動的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自 cnc 裝置的進 給脈沖，經變換和放大，再驅動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作 臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產生各種復雜的 機械運動，加工出所要求的復雜形狀工件。 進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要 組成部分。它包含機械、電子、電機(早期產品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強 電與弱電控制，是一個比較復雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個既能使各部件互相配合 協(xié)調工作，又能滿足相當高的技術性能指標的控制系統(tǒng)，的確是一個相當復雜的任務。 提高伺服系統(tǒng)的技術性能和可靠性，對于數(shù)控機床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能 的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關鍵技術之一。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結構如下圖所示： 由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相 同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高 的速度穩(wěn)定性；快速響應并無超調；高精度；低速大轉矩。 伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求： 1） 從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如 0.1r /min 或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 2） 電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺 服電機要求在數(shù)分鐘內過載 4-6 倍而不損壞。 3） 為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有 盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應具有耐受 4000rad/s2以上的角加速度的能 力，才能保證電機可在 0.2s 以內從靜止啟動到額定轉速。 4） 電機應能隨頻繁啟動、制動和反轉。 隨著微電子技術、計算機技術和伺服控制技術的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開 始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向 全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字 pid，使 用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術和改進伺服性能的措施，使 控制精度和品質大大提高4。 5 圖 1.1 伺服系統(tǒng)結構圖 第二章 總體方案設計 2.1 設計參數(shù)的確定 并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造，機床的改造主要應具備兩個條件： 第一，機床基礎件必須有足夠的剛性。第二，改造的費用要合適，經濟性好。在改裝 車床前，要對機床的性能指標做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉直徑以 及最大長度、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度 以及粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要 在改裝前確定。 最大加工直徑： 車床身上： 400mm 車床鞍上： 210mm 最大加工長度： 1000mm 快進速度： 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min 最大切削進給速度： 縱向 0.6m/min 橫向 0.3m/min 5 脈沖當量： 縱向 0.01mm/step 橫向 0.005mm/step 脈沖分配方式： 逐點比較法 控制坐標數(shù)： 2 機床定位精度： 0.015 溜板及刀架重力： 縱向： 800n 橫向： 60 8 自動生降速性能： 有 起動加速時間： 30ms 主電機功率： 7.5kw 當數(shù)控車床的性能和精度等內容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目前機 床數(shù)控改造技術已經日趨成熟，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般 均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專 用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機 驅動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉位刀架實現(xiàn)自動換刀 功能。 2 22 2 總方案的確定總方案的確定 2.2.1 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經濟型數(shù)控車床應具有定位、直線插補、順圓和逆圓插補、暫停、 循環(huán)加工公英螺紋加工等功能，故應選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經濟型數(shù)控機床 加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.2.2 計算機系統(tǒng) 根據(jù)機床要求，采用 8 位微機。由于 mcs51 系列單片機具有集成度高，可靠性 好、功能強、速度快、抗干擾能力強、性能價格比高等特點，決定采用 mcs51 系列 的 8031 單片機擴展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、i/o 接口及光隔離電路、步進電機功率放大 電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示 加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。 2.2.3 機械傳動方式 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一定 的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了提高傳動 剛度和消除間隙，采用有預加負荷的結構。齒輪傳動也要采用消除齒側間隙的結構。 2.2.4 運動方式的確定 數(shù)按系統(tǒng)運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。由于 ck6163 車床要加工復雜輪廓零件，所以本次設計采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 2.2.5 系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。經過比較，由于 ck6163 車床加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.2.6 機構傳動方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出低 8 摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設計中應考慮以下 幾點： (1) 盡量采用低磨擦的傳動和導向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌、 貼塑導軌等。 (2) 盡量消除傳動間隙。例如采用隙齒輪等。 (3) 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？刹?用預緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預加負載導軌和滾珠絲杠副等。 2.2.7 微機的選擇 微機數(shù)控系統(tǒng)由 cpu、存儲器擴展電路、i/o 接口電路、伺服電機驅動電路、檢測 電路等幾部分組成。 第三章 數(shù)控機床的機械部分設計 3.1 數(shù)控機床的傳動裝置設計 傳動裝置設計包括傳動系統(tǒng)改裝設計、轉動比的計算、電機的選擇等。 3.1.1.傳動系統(tǒng)改裝設計 在車床的改造中，一般采用直線控制開環(huán)系統(tǒng)即可滿足要求。這種系統(tǒng)結構簡單、 傳動鏈短機床流板箱的運動速度和位移完全取決于輸入指令脈沖的數(shù)目和頻率。因此， 不需要位置檢測機構。由于無檢測裝置，其位移精度主要取決于傳動元件（如齒輪、 傳動絲杠等等）的累積誤差。所以，設計時應該選擇合適的脈沖當量（常用的控制系 統(tǒng)的脈沖當量是 x 向 0.005mm/p。y 向 0.01mm/p）并要求傳動元件有足夠的剛度和精度。 傳動系統(tǒng)的傳動誤差盡量小，一般開環(huán)系統(tǒng)的定位精度可達0.02mm0.01 mm.有以下 幾個方面的因素：一是將高轉速低轉矩的伺服電動機軸的輸出，改變?yōu)榈娃D速高轉矩 的執(zhí)行元件的輸出；另一方面是使絲杠哈溜板的轉動慣量折算到電動機上數(shù)值減小， 此外對開環(huán)系統(tǒng)而言還可以保證所要求的脈沖當量。 縱向進給系統(tǒng)的改造全部拆除 ck6163 原機床的進給箱和溜板箱，拆除光桿及端部 的固定軸承。滾珠絲杠安裝在原光桿略前一點。考慮到熱脹冷縮對精度的影響，絲杠 的兩端一固定一端自由伸縮。溜板箱拆除后，設一溜板箱和平動按鈕安裝板，滾動絲 杠副的螺母固定到溜板箱上，轉動絲杠時，帶動溜板箱移動。 縱向步進電機、齒輪箱和溜板箱均加外罩，以保持機床的外觀整齊；在溜板箱上 安裝縱、橫向進給按鈕和啟動、暫停、急停按鈕，以適應機床調整時的操作需要和遇 到以外情況時的緊急處理需要。為了便于安裝滾珠絲杠副及檢修，絲杠軸采用分段式。 8 安裝后，用套桶剛性連接。如絲桿采用整體式，則加工難度大，易產生變形，裝拆不 方便，且如果一端因磨損或裝拆損壞，則絲杠也隨之報廢。無形之中增加使用成本步 進電機及齒輪箱安裝在機床尾部，不影響操作，便于檢修和布線。為保證傳動精度及 避免多級傳動帶來的誤差，采用一級齒輪減速，并采用雙片薄齒輪錯齒來消除間隙 （考慮到負載變化，不采用彈簧調節(jié)齒輪）運行一段時間后，拆開減速蓋板調節(jié)兩片 齒輪間的相對位置達到消除間隙的目的。此外為達到這個目的，在減速箱端蓋上制造 腰子孔方式。當端蓋與減速箱體聯(lián)結時。圍繞中心轉動端蓋，從而改變步進電機與絲 杠軸中心距來達到消除齒輪間隙的目的。減速箱在安裝后，配打定位銷定位。在溜板 箱體上安裝快速進給按鈕和急停按鈕，機床運行中如遇越界現(xiàn)象將不能及時發(fā)現(xiàn)。因 此在適當?shù)奈恢冒惭b越界報警系統(tǒng)。 原機床主軸部位保留，但加裝主軸脈沖發(fā)生器，以實現(xiàn)螺紋加工功能。 保留其它進給和刀具部分。原來車床上的四位刀架改為四位可編程自動轉位刀架。 3.2.2.主軸編碼器 數(shù)控車床靠數(shù)控系統(tǒng)控制步進電機進給與主軸的旋轉配合切削出符合的螺紋，須 配置主軸編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動，發(fā)出主 軸轉角位置變化的信號。主軸編碼器一般采用同軸安裝或異軸安裝，異軸安裝較同軸 安裝復雜，須配置一對齒輪或同步恥形帶，但可加工穿出車床主軸孔的零件。主軸編 碼器傳動用軸套連接，對連接件制造精度及安裝要求較高，否則同軸度誤差的影響會 引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號不準，嚴重會損壞 碼盤。 3.1.3.滾珠絲杠 由于被改裝機床的絲杠往往已有不同程度的磨損或彎曲變形，運動阻力較大，容 易造成步進電機伺服系統(tǒng)的丟步。如果機床用于粗加工，問題還不突出；如用于精加 工，為了提高機床的定位精度、應采用滾珠絲杠。在改裝過程中，一般應注意以下幾 個問題： a 改裝前，應對機床的各項精度進行一次檢測，作必要的修復，以保證改裝后的機 床有較高的使用價值由于滾珠絲杠的定位圓往往比原絲杠大，需拆下縱向絲杠右端的 掛腳，細致地校正原安裝定位面，找正原定位孔中心，擴鏜孔，使之與滾珠絲杠配合。 這是新安裝的滾珠絲杠與機床導軌平行的關鍵之一；縱向滾珠絲杠選用時，應盡量使 8 其長度與原絲杠接近。為了降低成本，允許選用稍短的規(guī)格，因為車床絲杠的端部螺 紋在日常使用時一般是用不到的，可加連接桿補償，但應保證加工和安裝時的同軸度 要求。這一要求以及絲杠螺母座的安裝位置，構成大拖板移動是否靈活的關鍵； 橫向滾珠桿的有效長度，不僅要保證刀具刃尖過去軸中心，還應滿足機床自動對 刀功能的要求。最好能使中拖板行程滿足鏜孔刀尖超過主軸中心 40mm。我們將原機床 絲杠的螺紋部分切去，與滾珠絲杠鑲接，簡化了改裝工作量。螺紋部分切出前，需確 定起長度。 3.2.4.絲杠后支撐用雙列向心球面球軸承 后支撐采用自動調心雙列向心球面球軸承。雙列向心球面球軸承，不僅可 承受徑 向載荷和橫向載荷，更重要的是能消除由于安裝誤差，導軌直線度誤差，加工過程中 切削變形而引起的軸和軸承之間的干涉，自動調節(jié)起相對位置，保證絲杠的回轉精度 和位置精度。 3.3.5.采用波形彈簧墊圈消除齒輪間隙 車床數(shù)控裝置中，彈簧是傳動裝置上采用一級減速齒輪來提高鈕矩和傳動精度， 而齒輪間隙會在旋轉每次反向之后使運動滯后于指令信號；既形成反向間隙，對加工 精度產生影響。一般采用軸向壓簧錯齒結構，通過彈簧調節(jié)消除間隙，盡管齒側間隙 可自動調節(jié)補償，但軸向尺寸結構不緊湊，關系非線形，而耐高溫和耐油性比鋼彈簧 彈性差，易老化。因此用波形彈簧墊圈消除間隙，既可自動補償間隙又有緊湊結構 3.4.6.傳動軸和滾動絲杠的連接連接軸用長聯(lián)軸套 為減少聯(lián)軸器徑向尺寸和轉動慣量，采用了套式聯(lián)軸器；同時為保證連接兩軸之 間同軸度和接觸面積，連軸器的長度去 120 mm 左右，約為彈性柱銷的 1.5 倍，軸徑與 軸套相互垂直，圓錐銷定位瑣緊保證連接剛度 3.5.7.公差與配合的選用 （1）軸套與軸徑之間用 h7/k6，采用這種配合，保證在裝配時有過盈，以保證其 精密定位和連接剛度，消除里配合件之間的震動，當經過一段時期后，需要更換軸承 或進行導軌修磨而拆卸時，又能方便的將軸徑從軸套 中取出。 （2）與軸承配合的軸徑用 js6。因為軸承是標準件周的公差采用 js6 當軸承過度 配合時平均間隙小，并允許有過盈，以保證剛度要求，又能方便軸承裝卸。 3.2 機械部分的設計與計算 1.縱向進給系統(tǒng)的設計計算 8 （1）工作臺質量的估算 工作臺質量估算 =86+21.6+26=133.6kgmabc 式中：a床鞍的質量 86kg b中拖板的質量 21.6kg c刀架質量 26kg （2） 切削力的計算 p=pk p主電機功率=7.5kw 主傳動系統(tǒng)總效率=0.75 k進給系統(tǒng)功率系數(shù) k=0.96 p =7.50.80.96=5.76kw 2機床主電機功率計算 按照需要進行數(shù)控改造設計的普通車床的主電機功率來計算切削力。其具體方法 如下: pp 式中 c切削功率(kw) p 機床主傳動功率(kw) 主傳動系統(tǒng)總的機械效率，可以近似地取以下數(shù)值 精密機床 =0.80.85 中型機床 =0.750.8 大型機床 =0.70.85 mn=9550pc/n 式中 mn 主軸傳遞的扭矩(nm)； n 主軸計算轉速(r/min)，是主軸傳遞全部功率時的最低轉速。 fz=2mn/d10 式中 fz 主切削力(n)； d 工作直徑可采用在床鞍上加工的最大直徑。 主切削力求出以后再按比例求出 fxfy。 8 3.滾珠絲杠的設計計算 滾珠絲杠已經標準化，因此，滾珠絲杠副的設計計算歸結為滾珠絲杠副的型號選 擇?？v向滾珠絲杠選用時，盡量使其長度與原絲杠接近。為了降低成本，允許選用稍 短的規(guī)格，因為車床絲杠的端部螺紋在日常使用時一般是用不到的，可加連接杠補償， 但應保證加工和安裝時的同軸度要求。這一要求以及絲杠螺母座的安裝位置，構成大 拖板移動是否靈活的關鍵。同時橫向滾珠絲杠的有效長度，不僅要保證刀具刃尖過去 周中心，還應滿足機床自動對刀功能的要求，最好能使中拖板行程滿足鏜孔刀尖超過 主軸中心 40mm。我們將原機床絲杠的螺紋部分切去，與滾珠絲杠鑲接，簡化了改裝工 作量。螺紋部分切除前，需確定其長度。 （1）計算作用在絲杠下的最大動負載荷 f 首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進給抗力，計算絲杠的軸向載荷，再根 據(jù)要求的壽命計算出絲杠副應能承受的最大動載荷 f f=fgfgf f 最大動載荷（n） f 工作負載（n） f 運轉系數(shù)，一般運轉取 1.2 1.5；有沖擊的運轉取 1.52.5 f 硬度系數(shù)，hrc 為 60 時為 1；hrc60 時 f 大于 1； l壽命以 10 為單位 1，如 1.5 就為 150 萬轉。 l=60nt/10 n滾珠絲杠的轉速 t 為使用壽命，取 15000 小時 工作負載的數(shù)值可用機床設計手冊中的進給牽引力實驗公式計算： 則車床絲杠的縱向軸向力 f=kgf f切削分力；w 移動部件重力（1300n） k 考慮到顛覆力矩的影響的系數(shù) k 取 1.15 f 導軌摩擦系數(shù)取 0.16 則 f =2471n 8 當車床以線速度 100m/min,進給速度為 f=0.3mm/r,車削直徑為 d=80 mm 的外圓時， 絲杠的轉速 n= = =19.9r/min，則 l= = =17.91 萬轉。根據(jù)工作負載 f ，壽命 l，計算 出滾珠絲杠副承受的最大動負荷，取 f =1.2, f =1 f=fgfgf= 1.212471=12548.8n 由 f 查滾珠絲杠的產品樣本選用絲杠的型號。查南京工藝設備制造廠的滾珠絲杠 樣本選擇滾珠絲杠的直徑為 40mm,型號為 cd406z5e2，插管外循環(huán)雙螺母墊片預 緊及滾珠絲杠副。其額定動載荷為 25970n，強度足夠。參數(shù)如下： 公稱直徑 40mm，基本導程 6mm，鋼球直徑 7.144mm，絲杠大徑 38mm 額定動負荷 25.97kn，額定靜負荷 87kn 4 計算最大動負載 c 選用滾珠絲杠副的直徑 d。時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉 100 萬轉(1010后。在它的滾到上不產生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該 滾珠絲杠能承受的最大動負載 c，可用下式計算 o s mw l v n nt l fflc 1000 10 60 6 3 式中 l壽命，以 1010轉為一單位； n絲杠轉速(rmin); v 為最大切削力條件下的進給速度(m/min),可取醉倒進給速度的 1/21/3； l。絲杠導程()； 為使用壽命()，對于數(shù)控機床??； w運轉系數(shù)，見表-。 表-運轉系數(shù) 運轉狀態(tài) 運轉系數(shù) 無沖擊運轉 . 一般運轉 . 有沖擊運轉 . 5 計算最大靜負載。 8 當滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速(情況下工作時，滾珠絲杠副的 破壞形式主要是在滾珠接觸面上產生塑性變形，當塑性變形超過一定限度就會破壞珠 絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產生這樣大 的塑性變形量時的負載稱為允許的最大靜負載。 。 式中 滾珠絲杠的最大軸向負荷，()； 靜態(tài)安全系數(shù)，當為一般運轉時，當有沖擊或振動是， fs23。 選用相應的滾珠絲杠副的額定靜載荷 c。c。a。 6 .傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 tan tan 式中 絲杠螺旋升角； 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) f=0.0030.004,其摩擦角約等于 10。 7 .剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性，因此應考慮 以下引起軸向變形的因素 (1)絲杠的拉伸或壓縮變形量 1；在總的變形量中占得比重較大?？梢杂糜嬎惴?法或查圖表的方法決定。 1計算法 先用下式計算滾珠絲杠受工作負載 fm 的作用引起的導程 l。的變化量 l(mm)再計算滾珠絲杠總長度上的拉伸或壓縮變形量 1。 l=fml。/ef 式中 l在工作負載 fm 作用下引起每一導程的變化量(mm)； fm工作負載，即進給牽引力(n)； l。滾珠絲杠的導程(mm)； e材料彈性模數(shù)(n/mm),對鋼為 20.61010nmm; 8 f滾珠絲杠截面積(鞍內徑確定) (mm)。 “”號用于拉伸， “-”號用于壓縮。 再計算滾珠絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量 1(mm) 1=l/ll 式中 l滾珠絲杠在支承間的受力長度(mm) 。 （2）效率計算： 根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率? 為 y0.3 螺紋的螺旋升角，該 絲杠為 2.7349, 摩擦角為 10, 則 y =0.94 （3）剛度計算 滾珠絲杠工作時，受軸向力和扭矩的作用，它將引起導程 l 的變化，因滾珠絲杠 受扭時引起導程變化很小，可忽略不計，故工作負載引起的導程的變化兩 l（cm）為公 式中 s 彈簧摸量，對鋼 s=20.610 n/cm ，f 是滾珠絲杠截面積等于 11.88cm 。 “+” 用于拉伸時， “-”用于壓縮時。則6.0610 cm，絲杠 1 米長度上導程變形總誤差?l 10.10m/m，3 級精度絲杠允許的螺距誤差為 15m/m，故剛度足夠。 （4）滾珠絲杠副螺母副支承形式的選擇 按如何布置承受軸向載荷的軸承和結構簡單由適合中小型車床的支承形式分，一 般有下列兩種。 .“雙推自由”式，圖 a 所示為“雙推自由”式原理圖。這種方式是將兩個a 方向的推力都布置于一端。另一端為自由端。它適合于車床的橫向進給絲杠； .“雙推支承”式，圖 b 所示為“雙推支承”式原理圖。與方式 a 不同的是b 在另一端布置一盤或兩盤向心球軸承。這種形式比較適合于中小型車床的縱向進給絲 杠 7.定齒輪傳動比計算 根據(jù)系統(tǒng)的脈沖當量 0.01，選步進電機的步距角則 y=1.25，取齒輪齒數(shù)0.75? z =24，z=30 齒輪模數(shù) m=3mm.取齒輪傳動時效率 =0.98 8.步進電機的選擇 （1）負載轉動慣量的估算 折算到步進電機軸上的轉動慣量可按下式估算： 8 jj j 折算到電機軸上的轉動慣量（ kg/cm ） j 齒輪 z 的轉動慣量（kg/cm ） j 齒輪 z 的轉動慣量（kg/cm ） j 絲杠的轉動慣量（kg/cm ） 對材料是鋼的圓柱形零件，其轉動慣量可按下式估算： 7.8 10jdla d 圓柱零件的直徑（cm） l零件軸向長度（cm） 所以 j7.8104.81=0.414kg/cm j=7.81061=1.011kg/cm j=7.8104152=30.35kg/cm j=0.299kg/cm =0.414+0.299=20.784jj （2）負載轉矩計算及最大靜轉矩選擇 根據(jù)能量守恒原理，電動機等效負載轉矩 2.05n.m 若不考慮起動時運動部件慣性的影響，則起動轉矩 ,取安全系數(shù) 0.3， 對于 工作于三相六拍的步進電機 t = n/m .因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高，確定電動機 最大靜轉矩時，應滿足快速空載啟動時，所需轉矩 t 的需求 tttt t 空載快速啟動是所需的轉矩（n/m） t 克服摩擦所需的轉矩（n/m） t 絲杠預緊所引起折算到電動機軸上的附加轉矩（n/m） 當工作臺快速移動時，電動機的轉速 n 由動力學可知， tj 式中 角加速度，則=3.626n/mtj t =0.173n/m 式中 f 預加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 f /3 則=3.626+0.173+0.683=4.482n/mtttt 8 （3）步進電機的最高工作頻率 f =3333.33hz 根據(jù)計算綜合考慮，查表選用 110bf003 型電動機。 第四章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計 4.14.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控機床的基礎，其性能 的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件就能發(fā)揮作用。 機床數(shù)控機床的硬件電路概括起來又以下四部分組成： （1） 中央處理單元 cpu。cpu 是數(shù)控系統(tǒng)的核心。 （2） 總線。包括數(shù)據(jù)總線（db） 地址總線（ab）和控制總線（cb） 。 （3） 存儲器。包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器。 （4）輸入輸出接口電路。o i 由于 8031 只有 p1 口和 p3 口部分能提供用戶作為 i/o 口使用，不能滿足輸入輸出 口的需要，因而系統(tǒng)必須擴展輸入輸出接口電路。從附錄 h 圖 h2 可以看出，系統(tǒng)擴 展了一片 8155 和一片 8255 可編程 i/o 接口芯片。8155 的片選信號 ce 接 74ls138 的 y0，8255 芯片片選信號 cs 接到 74ls138 的 y2 端。74ls138 三八譯碼器有三個輸入 a、b、c 分別接到 8031 的 p2。5，p2。6、p2。7，輸出 y0y7 8 個輸出，低電平有效。 y0y7 對應輸入 a、b、c 的 000 至 111 的 8 種組合，其中 y0 對應 a、b、c 為 000，y7 對應 a、b、c 為 111。74ls138 還有三個使能端，其中 2 個（ga 和 gb）為低電平使能， 另一個 g1 為高電平使能。吸有當使能端均處于有效電平時，輸出才能產生，否則輸出 處于高電平無效狀態(tài)。 i/o 接口芯片與外設的連接是這樣安排的：8155 芯片 pa0pa7 作為顯示器段選信 號輸出，pb0pb7 是顯示器的位選信號輸出，pc0pc4 5 根線是鍵盤掃描輸入。8155 芯 片的 io/m 引腳接 8031 芯片的 p2。0，因為使用 8155 的 i/o 口故 p2。0 高電平。 8255 芯片 pa0pa6 接 x 向、y 向和 z 向步進電機硬件環(huán)形分配器，為輸出， pb0pb7 為三個方向的點動及回零輸入，pc0pc5 為面板上的選擇開頭是輸入，設有編 輯、單步運行、單段運行、自動、手動 i、手動 ii 等方式。 系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及 i/o 接口芯片的地址編碼如表 419 所 示： x 向，y 向步進電機硬件環(huán)形分配器采用 yb015，32 相通電五相十拍方式工作， 故 a0，a1 引腳均接+5v，z 向步進電機配件環(huán)形分配采用 yb014，是以 23 相通電四 相八拍方式工作。a0、a1 接高電平。三個芯片的選通輸出控制 e0 分別接 8255 的 pa0、pa3、pa5，清零 r 接 8255 的 pa1，正、反轉控制端分別接 8255 的 8 pa2、pa4、pa6，時鐘輸入端 cp 接 8155 芯片的 timrout，用以決定脈沖分配器輸出脈 沖分配器輸出脈沖的頻率。為實現(xiàn)插補時不同的進給速度，可給 8155 芯片的定時/計 數(shù)器中設置不同的時間常數(shù)。 表 5 芯 片接 74ls138 引腳 地址選擇線片內地址 單元 （b） 地址編碼 2764（1） 0 y000xxxxxxxxxxxxx8k0000h1fff h 2764 (2 ) 1 y001xxxxxxxxxxxxx8k2000h3fff h 6264 2 y010xxxxxxxxxxxxx8k4000h5fff h ram 4 y10011110xxxxxxxx661009effh 8155i/o 4 y1001111111111xxx69ff8h9ffd h 8255 2 y01011111111111xx45ffch5fff h 作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路協(xié)調工作，存儲器用于存放系統(tǒng)軟 件，應用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)，輸入輸出接口是系統(tǒng)與外界進行交o i 換的 橋梁?？偩€則是 cpu 與存儲器，接口以及其它轉換的紐帶，是 cpu 與部分電路進 行交換和通訊的必由之路。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖為： 8 圖 4-1 4.24.2 單片機控制系統(tǒng)的設計單片機控制系統(tǒng)的設計 1 向和 x 向進給伺服系統(tǒng)運動 2 鍵盤顯示 3 自動轉位刀架控制 4 螺紋加工控制 5 面板控制 6 行程控制 7 其他功能 報警電路、急停電路、復位電路、光隔離電路、功能電路等。 4.2.1 硬件電路的組成 采用 mcs-5 系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下： a) 采用 8031 作 cpu b) 擴展了兩片 2764 芯片、一片 6264 芯片 c) 兩片 8155 可編程并行 i/o 接口。 d) cpu、存儲器及 i/o 接口 cpu 采用 8031 芯片，選用 6mhz 晶體振蕩器。它的作為數(shù)據(jù)總線和地址共用。 o p 16 位地址線由經地址鎖存器 74ls373 提供 8 位地址，高 8 位地址由 o p 70 aa 158 aa 8031 的口直接提供。ale 為地址鎖存允許。為低電平時選通外部存儲器 2 ppsen （eprom） ，相應的指令字節(jié)出現(xiàn)在 eprom 的數(shù)據(jù)線（）上，輸入到口， 70 dd o p 8031 將指令讀入。reset 為復位控制，當 reset 輸入端出現(xiàn)高電平時，8031 被初始 化復位，在復位有效期向 ale、psen 也輸出高電平。當 reset 輸入端返回低電平后， cpu 從 o 地址開始執(zhí)行程序。 （故設計中一定有一片 2764 芯片連到 74ls138 的）設 0 y 計中采用上電復位和開關復位。另外，兩片 8155 的 reset 也與 8031 的 reset 管腳 8 相連，它們可同時復位。 8031 的是片內的定時器/計數(shù)器溢出中斷申請，由主軸后面的光電編碼器輸入。 0 t 當車床車螺紋時，主軸光電編碼器向 8031發(fā)出進給脈沖，用以控制不同導程的螺紋 0 t 加工。光電編碼器還發(fā)出一個零位螺紋信號，輸入 8155(1)的，用以防止車螺紋亂 6 pb 扣。 8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉位控制以及報警等。其中 pa 口為輸入口， 作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運行、自動、手動 i，手動和 50 papa ii 回零。pb 口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動、暫停、單段、連 40 pbpb 續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當自動轉位刀架按指令轉位、夾緊，刀架電機停 5 pb 轉之后，發(fā)出此信號，開始執(zhí)行進給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號。 6 pb pc 口是輸出口，控制自動轉位刀架四個刀位的選刀。用于報警顯示， 30 pcpc 4 pc 系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，輸出高 電平，經反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)報警功能。 8155(2)控制步進電機，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。其中為輸出口， 70 papa 用于控制 z 向、x 向步進電機運轉，z 向步進電機為五相，x 向為三相。此系統(tǒng)采用 軟件分配。鍵盤顯示電路為 4 6 鍵和 6 位顯示器。作為鍵盤的 6 條列線， 50 pcpc 是鍵盤掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤輸入口。是 6 位數(shù)碼 30 pbpb 50 pcpc 顯示器的位選信號，8031 的口是數(shù)碼顯示器的段選信號。接越程限位控制 1 p 74 pbpb 電路，當床鞍或拖板在 z 向或 x 向越程時，即向計算機輸入此信號，使進給系統(tǒng)停止。 表 6 ：數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配 芯片 接 74ls1 38 引腳 地址選擇線 片內地 址單元 地址編碼 2764(1) 0 y000xxxxxxxxxxxxx8k0000h-1fffh 2764(2) 1 y001xxxxxxxxxxxxx8k2000h-3fffh 6264 2 y010xxxxxxxxxxxxx8k4000h-5fffh 8 8155(1)i/o 4 y0110000100000xxx66100h-6105h 8155(2) i/o 4 y1000000100000xxx68100h-8105h 第五章第五章 數(shù)控系統(tǒng)軟件設計數(shù)控系統(tǒng)軟件設計 5.1 本數(shù)控系統(tǒng)軟件設計任務 1.系統(tǒng)管理程序 2. 零件加工源程序的輸入處理命令 3. 插補程序 4. 伺服控制 程序 5. 診斷程序 6. 機床的自動加工及手動控制程序 7. 鍵盤操作和顯示處理程序 5.2 進給伺服系統(tǒng) x 軸與 z 軸步進電機控制 數(shù)控機床的進給速度與加工精度、表面光潔度和生產率有密切關系。要求進給速 度穩(wěn)定、有一定的調速范圍、啟動快、停車準。在 cnc 系統(tǒng)中，可用軟件或軟件與接 口配合實現(xiàn)進給速度控制。常見的有程序計時法、時鐘中斷法及 v/ 積分器法等。在這 里只介紹時鐘中斷法。時鐘中斷法只要求一種時鐘頻率，用軟件控制每個時鐘周期內 的插補次數(shù)，以達到控制速度的目的。進給速度可每分鐘毫米數(shù)給定。時鐘頻率選擇： 根據(jù)最高插補進給速度要求，并結合計算機換算的方便，可取一特殊的 f（mm/min） ， 使該速度下每個時鐘周期進行一次插補。如取 f=256mm/min，脈沖當量為 0.01mm/l 時： f=256mm/min=256100/60=426.66l/s 取 f=427hz。這樣對 f=256mm/min 時，恰好每次時鐘中斷作一次插補。因為 z 軸步 進電機的控制方法與 x 軸步進電機的控制方法一樣，所以在此僅以 x 軸步進電機的控 制為例說明。 5.3 主軸電機的控制 目前，數(shù)控機床的主傳動電機已經基本不再采用普通的交流異步電機或傳統(tǒng)的直 流調速電機，它們已逐步被新型的交流調速電機和直流調速電機所代替。數(shù)控機床的 主傳動要求較大的調速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的 生產率、加工精度和表面質量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的。 5.4 螺紋加工工作原理和加工程序 主軸脈沖發(fā)生器是為加工螺紋安裝的主軸轉速檢測裝置。解決螺紋精度和粗糙度， 8 加工出高質量的螺紋是當前數(shù)控機床急需解決的問題。被采集的主軸脈沖發(fā)生器的脈 沖 n，經過 8031 單片機軟件處理，轉換成沿主軸方向進給的脈沖，通過步進電機推動 刀架運動，完成螺紋加工 機床數(shù)控的控制對象，是使刀架按給定要求，沿不同坐標方向運動，完成預定加 工。對螺紋加工說，只要把裝有主軸發(fā)生器的旋轉軸 和沿主軸 z 運動的刀架，看成 z、 坐標系內的兩軸聯(lián)動，則螺紋加工就是解決 和 z 的聯(lián)動問題。當主軸脈沖數(shù)固定 后，螺距不同，得到不同斜率的直線；轉速不同，脈沖頻率，只影響沿 z 軸的進給速 度，對斜率無影響； 在螺紋加工中，脈沖的到來是沿螺距方向進給的依據(jù)。螺紋加工的進給速度由脈 沖的頻率決定。因此，每來一個脈沖，做一次偏差計算，當 f0 時，進給z。因此 脈沖的到來，標志 方向已進給了 ，所以，f0 進給z，并需繼續(xù)進行偏差計算， 直至 f0，再等待下一次脈沖的到來。對于 z 方向定義第一象限的進給是+z，可加 工反螺紋。第二象限進給-z，加工正螺紋。 1.采用軟件環(huán)形分配器控制步進電機運行 步進電機程序設計的主要任務如下： (1)判斷旋轉方向 (2)按相序確定控制字 (3)按順序輸入控制字即傳送控制脈沖序列 (4)控制步數(shù) 本系統(tǒng)步進電機采用三相六拍工作方式，當電機 a、b、c 三相繞組分別接于 8031 的 p1.0、p1.1、p1.2，其工作狀態(tài)及控制字如表 4-1 所示，其中 p1.0，p1.1，p1.2 經 光電耦合和驅動電路到 a、b、c 三相電機繞組。 2.手動操作移動溜板程序設計 在機床手動工作或自動加工啟動前，常需手動移動溜板，使它到達指定位置。這 對于零件加工的調刀特別有用。它相當于普通機床用手移動溜板，所不同的是不用手 搖手柄，而是通過按鍵完成。鍵盤分板指令識別后，控制系統(tǒng)在軟件功能指令下自動 發(fā)出進給指令，并記憶其移動位置。但要注意，該操作程序必須在主程序執(zhí)行后才能 起作用。程序說明如下： （1）設電機驅動子程序中 2027h 單元內存方向代碼，2028h 單元內存速度系數(shù)。 （2）使用該程序可使溜板按給定方向移動到指定位置，也可點動，分別由鍵處理 8 程序調動。 （3）軟件自動規(guī)定移動速度，按“9 速”移動，即縱、橫向分別以 6.24mm/s 和 16mm/s 的速