C6132普通車床數控化改造設計說明書及CAD圖紙資料

1、畢業(yè)設計任務書學生姓名 班級 專業(yè) 機電一體化一、 畢業(yè)設計課題 c6132普通車床數控化改造二、 畢業(yè)設計工作自三、 畢業(yè)設計進行地點 學院內四、 畢業(yè)設計的內容要求1、x、z軸進給機構改造設計（脈沖當量為0.005和0.01mm）2、典型零件加工工藝五、畢業(yè)設計工作量1、設計工作量不少于a0圖紙1.5張2、畢業(yè)設計說明書1份（含數控加工程序）、約2萬字3、所有設計圖紙、設計說明書和加工工藝須交打印稿 指導老師 教研室 批準日期 目錄引言- 1 -1.緒論- 2- 2數控機床優(yōu)勢概述- 2 -2.1數控機床改造的意義- 6 -2.2 車床數控化改造的特點- 8 -2 車床數控改造的總體構思與

2、技術方案- 8 -2.1 設計任務- 9 -2.2 總體方案的論證- 9 -2.3 總體改造方案的確定- 9 -2.6 機械部分的改造- 10 -2.7 數控部分的改造- 10 -3數控化改造的內容- 11 -3.1進給軸- 11 -3.2主軸- 13 -3.3刀架- 16 -3.4 潤滑- 17 -3.5 機床防護- 18 - 18 -4 光柵尺安裝與調試- 19 -4.1 光柵尺的安裝- 19 -4.2 光柵尺的校正- 19 -5 參考點的建立- 19 -6 如何提高數控機床精度?精度不夠如何改進?- 20 -7 結論- 22 -引言 數控機床作為機電一體化的典型產品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著

3、巨大的作用，很好的解決了現代機械制造中結構復雜，精密，批量小，多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產品的和、加工質量。大幅度的提高生產效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數控機床間隔較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。另外從目前國內機床使用的現狀來看，普通機床擁有量巨大，在生產中，數控機床相對于普通機床的優(yōu)勢較為明顯，而由于數控機床價格昂貴，所以有必要對普通機床加以數控改造，使之能完成數控機床能完成的部分生產任務。因此，我大膽的提出了對普通c6132車床的數控化改造。 c6132普通車床是普通機床中比較有代表性的機床，它在機械結構上有其先天性的不足。如剛度低、抗振動性差、滑動摩擦阻力較大及傳動元件

4、存在間隙等，因此需要有目的地改造，以滿足數控機床最基本的要求，這也是本文主要討論的問題。對要改裝成通常加工用的數控機床，一般只在進給系統(tǒng)作改進。 1.緒論 數控技術水平的高低和數控設備擁有的多少已成為衡量一個國家工業(yè)現代化的重要標志。數控機床作為機電一體化的典型產品，在機械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產品的加工質量，大幅度提高生產效率。但是，發(fā)展數控技術的最大障礙就是添置設備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機床，而去購買昂貴的數控機床，勢必造成巨大的浪費。因此，普通機床的數控化改造大有可為。

5、金屬切削機床是加工機器零件的一個主要設備。它擔負的工作量，約占機器總制造量的40-60%。機床的計術水平直接影響機械制造工業(yè)和勞動生產率。 金屬切削機床是人類在改造自然的長起生產實踐中，不斷改進生產工具的基礎上發(fā)展起來的。近些年來我國機床工業(yè)已取得很大成就。但和世界先進水平相比，還有較大的差距。主要表現在大部分高精度和超密機床的性能還不能滿足要求。精度保持性也很差。特別是高效自動化和數控機床的產量，技術水平和質量等方面都明顯落后。我國的技術人員素質還跟不上現代機床技術飛速發(fā)展的需要。 通過寫這次畢業(yè)設計，學會了綜合運用機械課程設計和其它課程地理論和實際知識，掌握了機械設計的一般能力，樹立了正確

6、的設計思想，培養(yǎng)了分析和解決問題的能力。 學會了從機械功能的要求出發(fā)，會合理選擇傳動機構類型，制定設計方案，正確計算的工作能力。確定它的尺寸，形狀，結構及材料，并考慮制造工藝，使用，維護，經濟和安全等問題，培養(yǎng)機械設計能力，機床設計是設計人員根據使用部門的要求和制造部門的可能，運用有關的科學技術知識，所進行的創(chuàng)造性的勞動。隨著生產的發(fā)展，使用部門對機床的要求也在不斷地提高，而科學技術的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門創(chuàng)造了實現使用要求的條件，從而使機床的設計與制造獲得了迅速的發(fā)展。 機床設計也是從低級到高級發(fā)展的。在開始設計機床的最初階段，主要考慮這樣兩點：首先，為了加工出一定形狀的工件，必

7、需保證刀具與工件之間具有一定的相對運動關系；其次是機件要有足夠的強度。過了一段時間以后，又提出對機床幾何精度的要求。這時的機床設計與制造是在滿足機床幾何精度要求的前提下，主要根據經驗或者用類比的方法進行的，可統(tǒng)稱為經驗設計。 隨著科學設計的發(fā)展和工藝水平的提高，尤其是先進刀具的出現，使機床向高速，大功率的方向發(fā)展。因此，對機床的精度和生產率等方面要求也就越來越高。于是，又相繼提出了一些設計機床時必須考慮的問題，如機床的精度問題，剛度，抗爭性，低速運動平穩(wěn)性，熱變形，噪音，磨損等等。對于這些問題的研究主要是通過機床性能實驗進行的。通過實驗，分析它們的規(guī)律性，分析影響機床性能的主要原因和尋求解決問

8、題的方法。這時的機床設計是以實物測試和模型實驗為基礎進行的。與此同時，把技術科學中的理論應用到機床設計中來，初步建立起機床的基礎理論。對于機床設計，顯著地提高了機床的性能。 近些年來，現代科學技術的成就，為機床設計提供了大量的測試數據，理論研究也進入了新的階段，尤其是電子計算機的應用，使機床設計開始進入計算機輔助(cad)和優(yōu)化的間斷。 通過寫這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件2數控機床優(yōu)勢概述2.1數控車床改造的意義我國現在擁有數量多達300多萬臺的通用機床，其中大部分機床的加工精度、生產率和自動化程度與先進設備相

9、比不高，要想在幾年內大量地用數控機床來更新，無論在資金上還是技術力量上都是難以實現的。但如果利用數控技術根據需要對現有機床加以改造，不僅能實現機床的自動化，提高機床的加工精度，而且投資少、見效快，適合我國的生產力水平。因此，利用數控技術改造舊設備已成為我國推廣全功能數控機床的過渡手段。2.2普通車床數控化改造的優(yōu)點 機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現了質的突破，導致了應用數字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床數控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現和應用，為人類提供了實現機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數控

10、機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結構的概念發(fā)生了根本的轉變。數控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產品向機電一體化發(fā)展的先河。 數控機床是以數字化的信息實現機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數字記錄在控制介質上，然后將數字信息送入數控裝置或計算機，經過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： (1) 適應性強，適合加工單件

11、或小批量的復雜工件；在數控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現新工件加工。 (2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質量； (3) 可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；(4) 加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節(jié)省生產準備時間； (5)機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產效率高（一般為普通機床的35倍）；(6) 機床自動化程度高，可以減輕勞動強度改善勞動條件； (7) 對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高。數控機床一般由下列幾個部分組成： (8) 主機，他是數控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種

12、切削加工的機械部件。(9) 數控裝置，是數控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、crt顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。 (10) 驅動裝置，他是數控機床執(zhí)行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。(11)輔助裝置，指數控機床的一些必要的配套部件，用以保證數控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、

13、數控轉臺和數控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。(12) 編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。 還具有良好的經濟效益；有利于生產管理的現代化；數控改造費用低；機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限；可充分利用現有的條件；可以采用最新的控制技術；交貨期短，可滿足生產急需等優(yōu)點。 數控機床已成為我國市場需求的主流產品，需求量逐年激增。我國數控機機床近幾年在產業(yè)化和產品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產數控機床與先進國家的同類產品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。 我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質

14、差，性能落后，單臺機床的平均產值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。 舊機床的數控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現預定的加工工藝目標。 隨著數控機床越來越多的普及應用，數控機床的技術經濟效益為大家所理解。在國內工廠的技術改造中，機床的微機數控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數控機床一面利用數控、數顯、pc技術改造普通機床，并取得了良好的經濟效益。我國經濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當大的資金去購買新型的數控機床，而我國的舊機床很多，用經濟型數控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，

15、又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。 1984年，我國開始生產經濟型數控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產經濟型數控系統(tǒng)?？梢灶A料，今后，機床的經濟型數控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設計實例具有典型性和實用性。3數控化改造的內容車床數控化改造的主要內容和主要結構形式如下：3.1進給軸的改造 普通車床的x軸和z軸均由同一電機驅動，走刀運動經走刀箱傳動絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即z軸運動；走刀運動經走刀箱傳動光桿及溜板箱，獲得不同的進刀量即x軸運動。普通車床數控化改造時一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進給伺服（或步進）傳動鏈分別代替，具體體現為： z軸：縱

16、向電機減速箱（或聯(lián)軸器）縱向滾珠絲杠大拖板，縱向按數控指令獲得不同的走刀量和螺距。x軸：橫向電機減速箱（或聯(lián)軸器）橫向滾珠絲杠橫滑板，橫向按數控指令獲得不同的走刀量。 改造后整個傳動鏈的傳動精度在保證機床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結構形式、機床導軌的精度情況等有很大的關系。 (1) 滾珠絲杠副的選擇和布置結構形式 普通車床大多采用的是t型絲杠等滑動絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動效率低，不能適應于高速運動。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進行普通機床數控化改造時往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點：摩擦損失小，傳動效率高，可達0.900.96

17、；若使用的絲杠螺母預緊后，可以完全消除間隙，提高傳動剛度；摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產生低速爬行現象；磨損小、壽命長、精度保持性好。但應注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉運動轉換為直線運動，或將直線運動轉換為旋轉運動，因此絲杠立式和傾斜使用時，應增加制動裝置或平衡裝置。 滾珠絲杠副根據其滾珠的回轉方式可以分為外循環(huán)和內循環(huán)兩種，根據螺母的結構形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應根據具體情況和結構形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現卡死現象，而內循環(huán)式的回珠器在螺母副內部，不存在卡死和脫落現象

18、。由于雙螺母不僅裝配、預緊調整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結構和機床空間滿足要求，在普通機床數控化改造中多選內循環(huán)式雙螺母結構。 改造時各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原t型絲杠直徑相近，對有特殊要求的機床還應根據桿系的穩(wěn)定性計算其臨界轉速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導程在滿足機床改造后性能的前提下越小，對機床的傳動精度越有利。機床的傳動精度在保證機床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關系，一般在普通機床改造中絲杠副選p4級即可滿足要求，特殊精密機床選p3級甚至更高。絲杠副軸承常見的布置形式根據不同的需要可以分為以下幾種.圖a中為雙推自由式。這種安裝方

19、式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應于短絲杠，如數控機床的調整環(huán)節(jié)或升降臺式數控銑床的垂直坐標中。 .圖b中為雙推簡支式。其軸向剛度較低，使用時應注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。c為雙推雙推式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預緊力預拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設計時要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時的預拉伸量，否則會影響軸承壽命，同時也會因為預加負載得不易控制而增加電機的附加扭矩。d為單推-單推式，推力軸承分別安裝在滾珠絲杠的兩端并施加預緊力

20、。特點是軸向剛度較高，預拉伸安裝時，預緊力較大，但軸承壽命比雙推-雙推式低。 (2）機床導軌 普通車床導軌大多采用的是滑動導軌，其動、靜摩擦系數大，在使用一段時間后都會有不同程度的磨損，對機床傳動精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對其進行數控化改造的同時必須針對機床導軌狀況進行必要的檢修處理，對于磨損較嚴重的更要進行大修，即進行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時采用合理的潤滑，充分保證其精度。 (3）電機與絲杠的聯(lián)接 在滿足機床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據改造中實際情況來定。一般對于小型車床如c6116型，由于空間尺寸有限，特別

21、是x軸，電機與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如c6150，床身長5米的車床，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的問題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問題，往往電機都要通過幾級減速來傳動。無論是采用齒輪還是同步帶論來傳動，其傳動間隙的消除是比較關鍵的。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調整法等等，同步帶論傳動中多采用調整中心距或張緊輪消隙法。 3.2主軸部分的改造 車床主軸帶動工件以不同轉速旋轉是車削加工中的主運動，消耗機床大部分動力。普通車床由主電動機經皮帶傳動，經主軸變速箱帶動主軸旋轉，主軸箱經手動或自動變速獲得（924）級轉速，通過電磁或液壓離

22、合器操縱主軸的變速和正反轉；而數控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機械主軸單元加變頻電機和變頻器組成。普通車床在數控化改造時大部分情況下保留原主軸箱，不做改動或少做改動。如需改動則要注意以下幾點： 如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉和潤滑功能，則需對其增裝單獨普通電機加以驅動，避免液壓系統(tǒng)受到主電機正反轉或轉速變換而失靈。 如不需要原有機械變速換擋時，則需將主軸箱內齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應焊死以免因為誤操作出現事故。 機床能否進行螺紋加工是主軸部分數控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。改造時如圖2，我們通

23、常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉速與主軸轉速一致，主軸轉一周，光電碼盤轉一轉，通過反饋給系統(tǒng)控制進給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。根據其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對式光電碼盤，目前國內常用的為增量式光電碼盤。根據光電碼盤上刻線條數可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。3.3刀架部分的改造 目前數控車床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動、液壓驅動或少部分的電動，改造時可以根據需要對其加以更換。 電動刀架可分為臥式轉塔刀架（一般安裝812把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六

24、工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架-+（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉塔刀架價格相對較貴，改造中常用立式四工位電動刀架。 4、潤滑部分的改造 老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 在對這些機床改造時一般都要對其潤滑部分進行相應的改動，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動潤化兩種，在機床導軌、絲杠副布置好油路后可根據需要任選一種。 絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。 5、機床防護 機床改

25、造后整個防護分局部防護、半防護和全防護三種。 局部防護只對絲杠副、電機、走線等采取防護措施。半防護是在局部防護的基礎上增加切削的保護，即增加擋屑裝置。全防護即在局部防護的基礎上對整個機床加以封閉，此種防護最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實際操作起來以前兩種最多，也最易操作。 4總體方案 4.1控制部分總體方案對于普通機床的經濟型數控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。數控系統(tǒng)運動方式的確定 數控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求c6132車床加工復雜輪廓零件，所以本微機數控系統(tǒng)采

26、用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。伺服進給系統(tǒng)的改造設計 數控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 數控系統(tǒng)的硬件電路設計 任何一個數控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數控系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。在設計的數控裝置中，cpu的選擇是關鍵，選擇cpu應考慮以下要素： (1) 時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關； (2) 可擴展存儲器的容量與數控功能的強弱相關； (3) i/o口擴展的能力與對外設控

27、制的能力相關。 除此之外，還應根據數控系統(tǒng)的應用場合、控制對象以及各種性能、參數要求等，綜合起來考慮以確定cpu。在我國，普通機床數控改造方面應用較普遍的是z80cpu和mcs-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經濟型數控機床的改造需要。本設計中是以mcs-51系列單片機，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無rom的8051，8751是用eprom代替rom的8051。目前，工控機中應用最多的是8031單片機。本設計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關組成的控制系統(tǒng)。4.2 機械

28、部分總體方案 (1)主傳動系統(tǒng)，保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速機構，這樣既保留了機床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動改變切削速度，可采用交流變頻調速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動系統(tǒng)不做任何改動。(2)進給傳動系統(tǒng)改造 縱、橫向傳動全部用滾珠絲杠（傳動效率高，達到90%）。（拆除原有的掛輪系統(tǒng)、進給箱、溜板箱、光桿），在溜板下加裝滾珠絲杠螺母托架，在滾珠絲杠的頭、尾部加裝接套、接桿及支承。(3)刀架部分不做改動，一次裝夾一把刀，不能自動換刀。5機床進給系統(tǒng)的改造5.1 改造思路絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采

29、用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工?？v向進給系統(tǒng)由伺服電動機經減速后驅動滾珠絲杠螺母機構運動，帶動大拖板左右縱向移動。伺服電動機安裝在縱向絲杠的右端。 橫向進給系統(tǒng)改造應保留原手動機構，用于調整操作，原有的支撐結構也保留，由步進電機經減速器后驅動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電動機安裝在大拖板后端，用法蘭盤將步進電動機與大拖板連接起來，一保證其同軸度和提高傳動精度。 5.2數控部分下圖，為用mcs51系列單片機組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用

30、8031作cpu，擴展了兩片2764芯片、一片6264芯片 、兩片8155可編程并行i/o接口。1、 控制系統(tǒng)的功能（1） z向和x向進給伺服運動（2） 鍵盤顯示（3） 自動轉位刀架控制（4） 螺紋加工控制（5） 面板管理（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。2、 cpu、存儲器和i/o接口cpu采用8031芯片，選用6mhz晶體振蕩器。它的p0口作為數據總線和地址總線共用。16位地址總線有p0經地址鎖存器74ls373提供低8位a0a7，高8位地址a8a15由8031的p2口直接提供。ale為地址鎖存允許。psen為低電平時選用外部存儲器（e

31、prom），相應的指令字節(jié)出現在eprom的數據線（d0d7）上，輸出到p0口，8031將指令讀入。reset為復位控制，當reset輸入輸出端出現高電平時，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y0）設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管腳相連，它們可同時復位。8031的t0是片內的定時器/計數器溢出中斷申請，由主軸后面的光電編碼器輸入。當車床車螺紋時，主軸光電編碼器向8031t0發(fā)出進給脈沖，用以控制不同

32、導程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個零位螺紋信號，輸入到8255的pb6口，用以防止車螺紋亂扣。p3.0和p3.1分別控制回x軸原點和z軸原點。p3.2接越程限位控制電路，當床鞍或托板在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。 8255主要用于功能鍵的控制。其中pb口為輸入口，pb0pb5作為功能鍵控制管理，分別控制x+向、x-向、z+向、z-向進給、起動和回零。pc0pc5也是輸入口，分別控制編輯、單步運行、自動、手動1、手動2和單段運行。pa1pa6為輸出口，用于控制z向、x向步進電機運轉，x、z向步進電機均為五相。鍵盤和顯示器我采用的是8279芯片，由于此芯片課程當中接觸

33、較少，故特將此芯片引腳功能歸納如下： 8279引腳說明 db0db7：雙向數據總線。在cpu與8279間做數據與命令傳送。 clk：8279的系統(tǒng)時鐘，100khz為最佳選擇。 reset：復位輸入線。輸入hi時可復位8279。 cs：芯片選擇信號線。當這個輸入引腳為低電平時，可將命令寫入8279或讀取8279的數據。 a0：緩沖器地址選擇線。a0=0時，讀寫一般數據；a0=1時，讀取狀態(tài)標志位或寫入命令。 rd：讀取控制線。rd=0時，8279輸送數據到外部總線。 wr：寫入控制線。wr=0時，8279從外部總線接收數據。 irq：中斷請求。平常irq為lo，在鍵盤模式下，每次讀取fifo/

34、sensor ram的數據時，irq變?yōu)閔i，讀取后轉為lo；在傳感器模式下，只要傳感器一有變化，就會使irq變?yōu)閔i，讀取后轉為lo。 sl0sl3：掃描按鍵開關或傳感器矩陣及顯示器，可以是編碼模式(16對1)或解碼模式(4對1)。 rl0rl7：鍵盤/傳感器的返回線。無按鍵被按時，返回線為hi；有按鍵被按時，該按鍵的返回線為lo。在激發(fā)輸入模式時，為8位的數據輸入。 shift：在鍵盤掃描模式時，引腳的輸入狀態(tài)會與其它按鍵的狀態(tài)一同儲存(在bit6)，內部有上拉電阻，未按時為hi，按時為lo。 cntl/stb：在鍵盤掃描模式時，引腳的輸入狀態(tài)會與shift以及其它按鍵的狀態(tài)同一儲存，內部

35、有上拉電阻，未按時為hi，按時為lo。在激發(fā)輸入模式時，作為返回線8位數據的使能引腳。 outa0outa3：動態(tài)掃描顯示的輸出口(高4位)。 outb0outb3：動態(tài)掃描顯示的輸出口(低4位)。 bd：消隱輸出線。電路圖中所示為8位顯示器，4x8鍵盤和8279的接口電路。途中鍵盤的行線接8279的rl0rl3，8279選用外部譯碼方式，sl0sl2經74ls138（1）譯碼輸出y0y7，接鍵盤的列線，sl0sl2又由74ls138（2）譯碼輸出，經驅動后輸出到顯示器各位的公共陰極，輸出線、作為8位段數據輸出口，控制74ls138（2）的譯碼，當位切換時，輸出低電平，74ls138（2）全為

36、高電平，當鍵盤上出現有效的閉合鍵時，鍵輸入數據自動地進入8279的fifo ram存儲器，并向8031請求中斷，讀取fifo ram中的輸入鍵值，更新顯示器輸出，僅需改變8279中顯示緩沖器ram中的內容。圖中8279命令/狀態(tài)口地址為7ffh，數據口地址為7ffehpc4用于報警顯示，系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平是，綠色發(fā)光二極管亮，當系統(tǒng)出現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pa0pa7為輸出口，用于控制z向、x向步進電機運轉，z向步進電機為五相，x為三相。此系統(tǒng)采用軟環(huán)分配。鍵盤顯示電路為4x6鍵和

37、6位顯示器。pc0pc5作為鍵盤的6條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。pb0pb3接行線作為鍵盤輸入口。pc0pc5是6位數碼顯示器的選位信號，8031的p1口是數碼顯示器的段選信號。pb4pb7接越程限位控制電路，當床鞍或托板在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。3、存儲器及i/o芯片地址分配芯片接74ls138引腳地址選擇線片內地址單元地址編碼2764(1)000xxxxxxxxxxxxx8k0000h1ffh2764(2)001xxxxxxxxxxxxx8k2000h3ffh6264(1)010xxxxxxxxxxxxx8k4000h5ffh6264(2)011xxxx

38、xxxxxxxxx8k6000h7ffh8279100xxxxxxxxxxxxx8000h9ffh8255101xxxxxxxxxxxxx0a000h0bffh5.3 機械部分一、選擇脈沖當量根據設計任務書要求確定脈沖當量，縱向：0.01mm/step，橫向：0.005 mm/step二、計算切削力1、縱車外圓主切削力fz （n）按經驗公式計算： fz =0.67 =（0.67x）n=4200n按切削力各分力比例：fx ：fy ：fz =1：0.25:4 fx =4200x0.25n=1050n fy =4200x0.4n=1680n 2、橫切端面主切削力（n）可取切削力的1/2 =0.5fz

39、=2100n此時走到抗力為（n），吃刀抗力為（n）。仍按上述比例粗略計算： ：=1:0.25：0.4 =2100x0.25n=525n =2100x0.4=840n三、滾珠絲杠螺母副的計算和選型（一）縱向進給絲杠1、計算進給牽引力（n）縱向進給為綜合型導軌 =k fx +（）=1.15x1050+0.16(4200+1500)n=2119.5n 式中k考慮顛覆力矩影響的實驗系數，k=1.15。 滑動導軌摩擦系數：0.150.18 g溜板及刀架重力，取1500n2、計算最大動負載c c= n=式中滾珠絲杠導程初選6mm；最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的1/21/3.，此處為0.5m/m

40、in；t使用壽命，按15000h；運轉系數，按一般運轉取1.21.5；l壽命以轉為1單位。n= r/min=41.67r/min=37.5 c= 3、滾珠絲杠螺母副的選型查表，采用w1l3506外循環(huán)螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動負載為15400n，精度等級選3級。4、傳動效率計算式中螺旋升角，w1l3506 =摩擦角取 滾動摩擦系數0.0030.004=0.95 5、先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖所示。最大牽引力2119.5n。支承間距l(xiāng)=1500mm，絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的1/3。（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量查表，根據=2119

41、.5n， =35mm，查出/l=0.25x，可算出：=/lx1500=（0.25xx1500）mm=3.75xmm 由于兩端都采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了軸向預拉伸，故其抗拉剛度可以提高4倍，其實際變形量（mm）為：=0.9375xmm（2）滾珠和螺紋滾道間接觸變形查圖，w系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量：=6因進行了預緊，=0.5x6=3（3）支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用8206型推力軸承，d=30mm，滾動體直徑=6.35mm，滾動體數量z=18，=0.00052=0.00052 =0.0067mm注意，此公式中單位應為n因施加預緊力，故=x0.0067mm=0.003

42、4mm根據以上計算：=0.016mm6、穩(wěn)定性校核。滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會產生失穩(wěn)現象，不需做穩(wěn)定性校核。（二）橫向進給絲杠1、計算進給牽引力橫向導軌為燕尾形，計算如下：=1.4x+（+2+） =1.4x525+0.2（2100+2x840+800）n =1651n2、計算最大動負載cn= =25=22.5c=（）n=5593n3、從附錄表中查得，w1l2005 1列2.5圈外螺紋預緊滾珠絲杠副，額定動載荷為8800n，可滿足要求，選定精度等級為3級。4、傳動效率計算=0.9655、剛度驗算橫向進給絲杠最大牽引力為1651n， 支承間距l(xiāng)=350mm，因絲杠長度較短，不需預緊。螺母及軸

43、承預緊。計算如下：（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 =20mm，查出/= ，可算出：=/xl=（x350）mm= mm（2）滾珠和螺紋滾道間接觸變形查圖，w系列1列3.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量：=5因進行了預緊，=0.5x5=2.5（3）支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用8203型推力軸承，d=17mm，滾動體直徑=4.763mm，滾動體數量z=12，=0.00052=0.00052 =0.0082mm考慮到進行了預緊，故=x0.0082mm=0.0041mm根據以上計算：=0.015mm四、齒輪傳動比計算1、縱向進給齒輪箱傳動比計算已確定縱向進給脈沖當量=0.01，滾珠絲杠導程=6mm，若步

44、進電機與絲杠直接相連，不需要齒輪，則： i=1，得=2、橫向進給齒輪箱傳動比計算已確定橫向進給脈沖當量=0.005，滾珠絲杠導程=5mm，初選步進電機步距角?？捎嬎銈鲃颖萯：i=0.48可選定齒輪齒數為：i=因傳遞的扭距較小,取模數m=1mm則:分度圓直徑: 齒頂圓直徑: 齒根圓直徑: 齒寬: 取 中心距: 分度圓壓力角: 大小齒輪均采用漸開線標準圓柱齒輪小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙.雙片齒輪錯齒消隙結構圖如下:1、2-薄齒輪, 3彈簧, 4、8凸耳, 5調節(jié)螺釘, 6、7螺母雙片齒輪錯齒消隙結構圖五、步進電機的計算和選型（一）縱向進給步進電機1、初選步進電機（1）計算步進電機負載轉

45、矩= = ncm =219.69 ncm式中脈沖當量（mm/step）進給牽引力（n）步距角，初選雙拍制為電機-絲杠的傳動效率，為軸承、絲杠效率之積，分別為0.99、0.99、0.94；（2）估算步進電機啟動轉矩=732.3 ncm（3）計算最大靜轉矩查表，如取五相十拍，則=/0.951=770 ncm（4）計算步進電機運行頻率和最高啟動頻率= hz=833.3hz= hz=4000hz式中，最大切削進給速度（m/min），這取0.5m/min最大切削進給速度（m/min），這里取2.4m/min脈沖當量，取0.01mm/step（5）初選步進電機型號根據估算的最大靜轉矩在表中查出130bf0

46、01最大靜轉矩為931 ncm可以滿足要求?？紤]到此經濟型數控車床有可能使用較大的切削用量，應該選稍大的轉矩的步進電機，以留有一定的余量。另一方面，與國內同類型機床進行類比，與國內同類型機床進行類比，決定采用150bf002步進電機。但從表中看出150bf002步進電機最高空載起動頻率為2800hz，不能滿足（4000hz）的要求，此項指標可暫不考慮，可以采用軟件升降速程序來解決。2、校核步進電機轉矩前面所述初選步進電機的轉矩計算，均為估算，初選之后，應該進行校核計算。（1） 等效轉動慣量計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的轉動慣量（）可由下式計算：=+式中步進電機轉子轉動慣量（）、齒輪、的轉動慣量（

47、）滾珠絲杠轉動慣量（）參考同類型機床，初選反應式步進電機150bf，其轉子轉動慣量=10=0.78xx=（0.78xxx2）=2.62=0.78xx=（0.78xxx2）=6.39=（0.78xxx150）=29.952g=1500n代入上式：=+=10+29.952+=41.348考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題./=10/41.348=0.242基本滿足慣性匹配的要求。（2）電機轉矩計算機床在不同的工況下，其所需的轉矩不同，下面分別按各階段計算：1） 快速空載起動轉矩m在快速空載起動階段，加速轉矩占的比例較大，具體計算公式如下：m=+=x=x=將數據代入，=400r/min起動加速時間=

48、30ms=x=36.355x xncm =634.5 ncm折算到電機軸上的摩擦轉矩= = = ncm=104.8 ncm附加摩擦轉矩= = ncm=(83.99x0.19) ncm=15.96 ncm上述三項合計：m=+=634.5+104.8+15.96=755.26 ncm2） 快速移動時所需的轉矩=+=104.8+15.96 ncm=120.76 ncm3） 最大切削負載時所需轉矩=+=+= ncm=（104.8+15.96+127.96）ncm=248.72ncm從上面計算可以看出，m、三種工況下，以快速快速空載起動所需轉矩最大，即以此項作為校核步進電機轉矩的依據。從表中查出，當步進

49、電機為五項十拍時=0.951，則最大靜轉矩為=（755.26/0.951）ncm=794.2 ncm從表中查出150bf002型步進電機最大轉矩為13.72 ncm，大于所需最大靜轉矩，可以滿足此項要求。（2） 校核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性前面已經計算出此機床最大快速移動時所需的步進電機最高起動頻率為4000hz，切削進給時所需步進電機運行頻率為833hz。從表中查出150bf002型步進電機允許的最高空載起動頻率為2800hz運行頻率為8000hz，再從圖中查出150bf002步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性如下圖所示?？闯觯敳竭M電機起動時，f=2500hz時，m=100 nc

50、m，遠遠不能滿足此機床所需的空載起動力矩（755.26 ncm）直接使用則會產生失步現象，所以必須采取升降速控制（用軟件時間），將起動頻率降到1000hz時，起動轉矩可增高到588.4 ncm，然后在電路上上再采取高低壓驅動電路，還可將步進電機輸出轉矩擴大一倍左右。當快速運動和切削進給時，150bf002型步進電機運行矩頻特性，完全可以滿足要求。（二）橫向進給步進電機1、初選步進電機（1）計算步進電機負載轉矩= = ncm =69.85 ncm式中脈沖當量（mm/step）進給牽引力（n）步距角，初選雙拍制為電機-絲杠的傳動效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積，分別為0.98、0.99、0.99、

51、0.94；（2）估算步進電機啟動轉矩=232.8 ncm（3）計算最大靜轉矩查表，如取五相十拍，則=/0.951=244.8ncm（4）計算步進電機運行頻率和最高啟動頻率= hz=833.3hz= hz=4000hz式中，最大切削進給速度（m/min），這取0.25m/min最大切削進給速度（m/min），這里取1.2m/min脈沖當量，取0.005mm/step（5）初選步進電機型號根據估算的最大靜轉矩在表中查出90bf001最大靜轉矩為392 ncm可以滿足要求?？紤]到此經濟型數控車床有可能使用較大的切削用量，應該選稍大的轉矩的步進電機，以留有一定的余量。另一方面，與國內同類型機床進行類比

52、，與國內同類型機床進行類比，決定采用130 bf001步進電機。但從表中看出130 bf001步進電機最高空載起動頻3000hz，不能滿足（4000hz）的要求，此項指標可暫不考慮，可以采用軟件升降速程序來解決。2、校核步進電機轉矩前面所述初選步進電機的轉矩計算，均為估算，初選之后，應該進行校核計算。（1）等效轉動慣量計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的轉動慣量（）可由下式計算：=+式中步進電機轉子轉動慣量（）、齒輪、的轉動慣量（）滾珠絲杠轉動慣量（）參考同類型機床，初選反應式步進電機130bf，其轉子轉動慣量=4.7=0.78xx=（0.78xxx3）=0.078=0.78xx=（0.78xxx2.5）=1.22=（0.78xxx35）=0.437g=1500n代入上式：=+=4.7+0.078+=5.279考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題./=4.7/5.279=0.89基本滿足慣性匹配的要求。（2）電機轉矩計算機床在不同的工況下，其所需的轉矩不同，下面分別按各階段計算：4） 快速空載起動轉矩m在快速空載起動階段，加速轉矩占的比例較大，具體計算公式如下：m=+=x=x=將數據代入，=500r/min起動加速時間=30ms=x=36.355x xncm =634.5 ncm折算到電機軸上的摩擦轉矩=