車床數(shù)控系統(tǒng)改造范本(DOC 34頁).doc

1、畢業(yè)論文題 目：C616車床數(shù)控系統(tǒng)改造院 系： 專 業(yè)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2014年3月1日目 錄摘 要1關(guān)鍵詞1第1章 緒 論 21.1普通機(jī)床數(shù)控化改造概述21.2 數(shù)控改造的意義21.3 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)3第2章 數(shù)控機(jī)床的原理及分類32.1 數(shù)控機(jī)床的一般原理32.1.1 數(shù)字控制的基本概念32.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成42.1.2.1 信息載體42.1.2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)52.1.2.3 伺服系統(tǒng)52.1.2.4 機(jī)床52.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理62.2.1 輸入62.2.2譯碼62.2.3 數(shù)據(jù)處理62.2.4 插補(bǔ)62.2.5 伺服控制62.2.6 管理程序72.3

2、 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類72.3.1開環(huán)控制系統(tǒng)72.3.2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)82.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)8第3章 C616機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案93.1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案要求93.2 C616車床的數(shù)控改造主要包括以下兩個(gè)方面93.2.1 機(jī)械部分改造93.2.2 電氣控制系統(tǒng)改造9第4章 機(jī)械部分改造104.1 縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)104.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)104.1.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算114.1.2.1 切削力計(jì)算 114.1.2.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)及計(jì)算134.1.2.2.1 強(qiáng)度計(jì)算134.1.2.2.2效率計(jì)算134.1.2.2.3 剛度驗(yàn)算144.1.2.2.

3、4 穩(wěn)定性驗(yàn)算144.1.2.3齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算144.1.2.3.1有關(guān)齒輪計(jì)算144.1.2.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算154.1.2.3.3 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算154.2 橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)174.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174.2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算174.2.2.1 切削力計(jì)算184.2.2.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算184.2.2.2.1 強(qiáng)度計(jì)算184.2.2.2.2 效率計(jì)184.2.2.2.3 剛度驗(yàn)算194.2.2.2.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算194.2.2.3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算194.2.2.3.1有關(guān)齒輪計(jì)算194.2.2.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算194.2.2.3.3

4、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算20第5章 機(jī)床導(dǎo)軌改造21第6章 電氣系統(tǒng)改造226.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇226.1.1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則226.1.1.1 步矩角226.1.1.2 精度226.1.1.3 轉(zhuǎn)矩226.1.1.4 啟動(dòng)頻率236.1.2 C616縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定236.1.3 C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定236.2 數(shù)控裝置硬件設(shè)計(jì)246.2.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成246.2.2 單片機(jī)的選擇256.2.3 存儲(chǔ)器的選擇256.2.4 I/O接口電路256.2.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路266.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)27第7章 總結(jié)29第8章 致謝30參考文獻(xiàn)31C616機(jī)床數(shù)控系

5、統(tǒng)改造摘要：本文主要是將傳統(tǒng)的C616車床的電氣控制系統(tǒng)改造成為數(shù)字控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來越高，對(duì)機(jī)械加工設(shè)備的加工精密程度也要求越來越高。而在中國的機(jī)械加工設(shè)備的車床中，普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造具有很大的意義。本文在搜索、查閱和研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床的數(shù)控改造技術(shù)進(jìn)行了研究和分析，描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)改造過程主要對(duì)車床機(jī)械部分和電氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，從而達(dá)到所要求的數(shù)控機(jī)械性能。關(guān)鍵詞：C616車床，數(shù)控改造，單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)第一章

6、緒 論1.1普通機(jī)床數(shù)控化改造概述機(jī)床的數(shù)控改造，就是在普通機(jī)床上增加計(jì)算機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。它是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要提出，并隨著機(jī)床行業(yè)以及技術(shù)的不斷進(jìn)步而發(fā)展起來的，它的內(nèi)容是應(yīng)用成熟的數(shù)控技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，并安裝上新部件、新裝置、新附件，用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床工作，提高機(jī)床的技術(shù)性能指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到數(shù)控機(jī)床的水平。 然而，機(jī)床的數(shù)控改造不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外

7、部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。1.2 數(shù)控改造的意義數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。1.2.1可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。1.2.2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存

8、儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。1.2.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，減少修配。1.2.4 實(shí)現(xiàn)多工序的集中加工，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。1.2.5 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。因此，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造后降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力減少了工件的機(jī)床更換次數(shù)，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。1.3 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)1.3.1 減少投資額、交貨期短。同購置新機(jī)

9、床相比，一般可以節(jié)省6080的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高23倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50左右。1.3.2 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。1.3.3 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修。購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出

10、機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。1.3.4 可充分利用現(xiàn)有的條件?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。1.3.5 可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。第2章 數(shù)控機(jī)床的原理及分類2.1 數(shù)控機(jī)床的一般原理2.1.1 數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制（Numerical ControlNC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。

11、數(shù)字控制是相對(duì)于模擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的控制量是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如可用不同的字長表示不同精度的信息，可對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算等復(fù)雜的信息處理工作，特別是可用軟件來改變信息處理的方式或過程，而不用改動(dòng)電路或機(jī)械機(jī)構(gòu)，從而使機(jī)械設(shè)備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡控制和機(jī)械系統(tǒng)的開關(guān)量控制，如機(jī)床的控制、機(jī)器人的控制等。數(shù)字控制的對(duì)象是多種多樣的，但數(shù)控機(jī)床是最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的控制對(duì)象，也是最典型的數(shù)控化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國際信息處理聯(lián)盟（I

12、nternational Federation of Information ProcessingIFIP）第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。定義中所提的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)輸入載體上事先給定數(shù)字量，并將其譯碼，在進(jìn)行必要的信息處理和運(yùn)算后，控制機(jī)床動(dòng)作和加工零件。最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Comput

13、er Numerical Control）簡(jiǎn)稱CNC。CNC系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。2.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成，如圖1-1所示圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成2.1.2.1 信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床加工一個(gè)零件所必需的各種信息，如零件加工位置數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶、穿

14、孔卡、磁帶、磁盤等，并通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)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(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)可能還包括一套自動(dòng)編程機(jī)或者CAD/CAM系統(tǒng)。由這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)編制程序、輸入程序、輸入數(shù)據(jù)以及顯示、模擬顯示、存儲(chǔ)和打印等功能。2.1.2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。它由硬件和軟件組成。硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機(jī)、CRT、鍵盤、棉板、機(jī)床接口等。光電閱讀機(jī)是輸入系統(tǒng)程序和零件加工程序；CRT供顯示和監(jiān)控

15、用；鍵盤用于輸入操作命令及編輯、修改程序段，也可輸入零件加工程序；操作面板可供操作人員改變操作方式、輸入整定數(shù)據(jù)、啟停加工等；機(jī)床接口是計(jì)算機(jī)和機(jī)床之間聯(lián)系的橋梁，機(jī)床接口包括伺服驅(qū)動(dòng)接口及機(jī)床輸入/輸出接口。伺服驅(qū)動(dòng)接口主要是進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)化，以及對(duì)反饋元件的輸出進(jìn)行數(shù)字化處理并記錄，以供計(jì)算機(jī)采樣；機(jī)床輸入/輸出接口是用于處理輔助功能。軟件由管理軟件和控制軟件組成。管理軟件主要包括輸入輸出、顯示、診斷等程序；控制軟件包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等部分組成。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：2.1.2.2.1 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)，包括主軸的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向和速度選擇等 ；2.1.2.

16、2.2 機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如點(diǎn)位、直線、圓弧、循環(huán)進(jìn)給的選擇，坐標(biāo)方向進(jìn)給速度的選擇等；2.1.2.2.3 刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償（長度、半徑）；2.1.2.2.4 其它輔助運(yùn)動(dòng)，如各種輔助操作，工作臺(tái)的鎖緊和松開，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)與分度和冷卻泵的開、停等。2.1.2.3 伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。 2.1.2.4 機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：2.1.2.4.1由于大多數(shù)

17、數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸和伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；2.1.2.4.2為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較??；2.1.2.4.3更多的采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；2.1.2.4.4不少數(shù)控技術(shù)還采用了刀庫和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床各種效率。2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理2.2.1 輸入 輸入給數(shù)控系統(tǒng)的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。 2.2.2譯碼 輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線還是圓弧等）、要求的加工速度以及其它的輔助信息（換刀、換檔、冷卻液開關(guān)等）。

18、計(jì)算機(jī)依靠譯碼程序來識(shí)別這些符號(hào)，將加工程序翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語言。2.2.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問題。加工速度的確定也是一個(gè)工藝問題。數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保證這個(gè)編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)。2.2.4 插補(bǔ) 即根據(jù)給定的曲線類型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及速度，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能主要由軟件來實(shí)現(xiàn)，目前主要有兩類插補(bǔ)方法：一是脈沖增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是每次插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)給脈沖；二是數(shù)字增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是插補(bǔ)運(yùn)算在每個(gè)插補(bǔ)周

19、期進(jìn)行一次，根據(jù)指令進(jìn)行速度計(jì)算出一個(gè)微小的直線數(shù)據(jù)段。2.2.5 伺服控制 將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)或交、直流伺服電機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。2.2.6 管理程序 當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開始插補(bǔ)時(shí)，功能程序即著手準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼、數(shù)據(jù)處理。即由它調(diào)用各個(gè)功能子程序，且保證一個(gè)數(shù)據(jù)段加工過程中將下一個(gè)程序段準(zhǔn)備就緒。一旦本數(shù)據(jù)段加工完成，即開始下一個(gè)數(shù)據(jù)段的插補(bǔ)加工。整個(gè)零件加工就是在這種周而復(fù)始的工程中完成。2.3 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，為了便于了解和研究，可以從不同的角度對(duì)其分類。可以按伺服系統(tǒng)的控制方

20、式，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類。一般地，按伺服系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分類。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，按其控制原理可分為以下三類。2.3.1開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loop Control System）典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-2所示，是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)控裝置發(fā)來的每一個(gè)進(jìn)給脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路放大并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距（即一個(gè)固定的角度，如1.5），再經(jīng)減速齒輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，并通過絲杠螺母副傳東工作臺(tái)的移動(dòng)?？梢钥闯龉ぷ髋_(tái)的移動(dòng)量與進(jìn)給脈沖的數(shù)量成正比。顯然這種開環(huán)系統(tǒng)的精度完全依賴于步進(jìn)電機(jī)的步距精度及齒輪、絲杠的傳動(dòng)精度。它沒有測(cè)量反饋

21、矯正措施，所以對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床往往不能滿足要求，但開環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試容易、造價(jià)低，在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程中占有一定的重要地位，現(xiàn)在仍普遍采用。圖1-2 開環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖2.3.2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)（Semi-closed Loop Control System）如圖1-3所示，采用裝在絲杠上的角位測(cè)量絲杠或電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量間接地測(cè)量工作臺(tái)的移動(dòng)量。它的優(yōu)點(diǎn)就是不論工作臺(tái)位移的長短，角位移測(cè)量元件制成360可循環(huán)使用。圖1-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖半閉環(huán)的意思就是用絲杠（或電機(jī)軸）的轉(zhuǎn)動(dòng)量與數(shù)控裝置的命令相比較（閉環(huán)），而另一部分絲杠螺母工作臺(tái)的位移量不受閉環(huán)控制（開環(huán)），故稱為半閉環(huán)。顯然

22、，從理論上講，半閉環(huán)的精度低于閉環(huán)，但半閉環(huán)調(diào)試方便，穩(wěn)定性好，角位移的測(cè)量元件簡(jiǎn)單、價(jià)廉，所以配備傳動(dòng)精度較高的齒輪、絲杠的半閉環(huán)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。2.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)（Closed Control System）如圖1-4所示，采用直線位移測(cè)量元件，測(cè)量機(jī)床移動(dòng)部件工作臺(tái)（主軸箱）的位置并將測(cè)量結(jié)果送回與數(shù)控裝置命令的移動(dòng)量相比較，二者不相等而有差值時(shí)，將此差值放大外控制伺服電機(jī)帶工作太繼續(xù)移動(dòng)；直至測(cè)量值與命令值相等差值為零或接近于零時(shí)停止移動(dòng)。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于測(cè)量工作臺(tái)的精度，但實(shí)際上機(jī)床的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)裝置以及傳動(dòng)間隙等非線形因素都會(huì)影響精度，嚴(yán)重的還會(huì)使閉環(huán)伺服

23、系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。圖1-4 閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖第3章 C616機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案3.1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案要求C616機(jī)床數(shù)控改造，在考慮具體數(shù)控改造方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本。C616車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速，刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變刀位并完成選擇刀具，加工螺紋時(shí)應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)1個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象。根據(jù)C616車床有關(guān)資料以及數(shù)控

24、車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為：采用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。3.2 C616車床的數(shù)控改造主要包括以下兩個(gè)方面3.2.1 機(jī)械部分改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不作變動(dòng)，橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副替換進(jìn)給軸原有的普通絲桿副，由電動(dòng)刀架代替普通刀架。3.2.2 電氣控制系統(tǒng)改造。伺服控制采用開環(huán)控制，在機(jī)械部分改造完成后，采用8031單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其改造后結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖3-1所示。圖3-1 C616型車床的數(shù)控化改造結(jié)構(gòu)原理圖數(shù)控改造主要完成以下內(nèi)容：3.

25、2.2.1 數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)X、Z兩軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；3.2.2.2 將手動(dòng)刀架拆除換成電動(dòng)刀架；3.2.2.3 拆除絲杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；3.2.2.4 在主軸后端加一主軸編碼器，以便加工螺紋。改造過程中，只保留機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。帶之以滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)，用數(shù)控系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)?？傮w改造如圖3-2所示。圖3-2 C616普通車床的數(shù)控改造第4章 機(jī)械部分改造4.1 縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造。即拆掉原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝內(nèi)有步進(jìn)電機(jī)和一對(duì)齒輪的箱體，將原

26、來的普通絲杠改換成滾珠絲杠螺母副。4.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。對(duì)車床改造來說，外觀不必像產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的那么高，而從改造方便，實(shí)用方面來考慮。一般都把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端，如圖4-1所示。圖4-1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造方案示意圖4.1.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 工作臺(tái)重量： W=750N 時(shí)間常數(shù)： T=28ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =8mm 行程： S =700mm 脈沖當(dāng)量: p=0.01mm/step 步距角： =0.75/step快速進(jìn)給速度：

27、=2.5m/min4.1.2.1 切削力計(jì)算 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率 （4-1） 式中 N電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N=4kW； 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7取K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。 因此： =40.650.96=2.496 kW 又因?yàn)?（4-2） 所以 式中 v切削線速度，取v=100m/min。主切削力 =61202.496/100=152.76（kg f）=1527.6（N）由金屬切削原理可知，主切削力 （4-3）查表得： =188kgf/=1880MPa =1 =0.75 =1則可計(jì)算如表3-1所示：表4-1 計(jì)算結(jié)果222333f（mm）0.20.30.

28、40.20.30.4112515241891168722872837當(dāng)=1520N時(shí)，切削深度=2mm，走刀量=0.3mm，以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。 從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可得知，在一般外圓車削時(shí)： =（0.10.6） =（0.150.7） （4-4）?。?=0.5Fz=0.51527.6=763.8N=0.6Fz=0.61527.6=916.5N4.1.2.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)及計(jì)算綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： （4-5）式中 K=1.15， =0.150.18，取為0.16。則 P=1.15763.8+0.16（1527.6+800） =1250.8N4.1.2.2.1 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值 （4-6

29、） （4-7）取工件直徑 D=80mm，查表得 =15000h 則： =10001000.3/3.14806=20r/min =602015000/=18最大動(dòng)負(fù)載 Q= （4-8）查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) =1.2 硬度系數(shù) =1則 Q=1.211250.8=3933.6N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。4.1.2.2.2效率計(jì)算 根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： （4-9）式中 摩擦角=10 螺旋升角=325則 =0.9534.1.2.2.3 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （4-10）式中 =6mm=0.6cm； E=20.6滾珠絲杠截面積 則 滾珠絲杠

30、受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：。所以，導(dǎo)程變形總誤差為： 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15m/m，故剛度足夠。4.1.2.2.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于機(jī)床原絲杠直徑為32mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題，不再驗(yàn)算。4.2.3齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算4.2.3.1有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比 故取 =32 =40m=2mm b=20mm =204.2.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =4.2.3.3 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 +最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 +快速進(jìn)給

31、時(shí)所需力矩 + 式中 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩； 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 （4-11）當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) =12.40824.88/9.60.025=0.1286 N.m=1.286kgf.cm當(dāng)=0.8 =0.16時(shí) =1.223=12.23當(dāng)=0.9時(shí)預(yù)加載荷Po=1/3則： =76.30.6/23.140.81.25=7.297kgf.cm=72.97N.cm所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 =21.5+1.223+0.462=23.185kgf.cm=231.85N.

32、cm切削時(shí)所需力矩： =1.286+1.223+0.462+7.297 =10.268kgf.cm=102.68N.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 =1.223+0.462=1.685kgf.cm=16.85N.cm由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，4.2 橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。4.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起

33、來，以保證其同軸度，提高轉(zhuǎn)動(dòng)精度。4.2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，所用到的公式不在詳細(xì)說明，只計(jì)算結(jié)果。已知條件：工作臺(tái)重量： W=30kgf=300N時(shí)間常數(shù)： T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =4mm左旋行程： S =190mm脈沖當(dāng)量: p=0.005mm/step 步距角： =0.75/step快速進(jìn)給速度： =1m/min4.2.2.1 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。=1/2152.76=76.38kgf=763.8N在切斷工件時(shí)： 4.2.2.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.2.2.1 強(qiáng)度計(jì)算

34、對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌： （4-12）取K=1.4 =0.2則 P=1.438.19+0.2（76.38+30） =74.74kgf=747.4N壽命值 最大動(dòng)負(fù)載Q=根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠公稱直徑為20mm，型號(hào)為204-5-E2左，其額定動(dòng)負(fù)荷為5393N，所以強(qiáng)度足夠用。4.2.2.2.2 效率計(jì)算 螺旋升角=338，摩擦角=10則傳動(dòng)效率由公式（2-9）得 4.2.2.2.3 剛度驗(yàn)算由公式（4-10）得滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 =74.74100.44/3.1420.6=5.96cm滾珠絲杠受扭矩引起

35、的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：所以，導(dǎo)程變形總誤差為=100L/Lo=1005.96/0.4=14.9m/m 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15m/m，故剛度足夠。4.2.2.2.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。4.2.2.3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算4.2.2.3.1有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比 故取 =20 4.2.2.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此，總的慣量4.2.2.3.3 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算

36、 所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩=2.23+0.287+0.116=2.633kgf.cm=26.33N.cm切削時(shí)所需力矩： =0.1774+0.287+0.116+1.824 =2.40kgf.cm=24.04N.cm快速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩： =0.287+0.116=0.403kgf.cm=4.03N.cm以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)第5章 機(jī)床導(dǎo)軌改造臥式車床上的運(yùn)動(dòng)部件，如刀架、工作臺(tái)都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動(dòng)的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用性

37、能。數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，因而運(yùn)動(dòng)靈活輕便，低速運(yùn)行時(shí)不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價(jià)格貴。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控一般不使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，將太大增加機(jī)床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。普通機(jī)床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵鑄鐵或鑄鐵淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動(dòng)導(dǎo)軌的上述缺點(diǎn)，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動(dòng)靜摩擦

38、系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強(qiáng)、加工性和化學(xué)性能穩(wěn)定；且有良好的自潤滑性和抗振性，加工簡(jiǎn)單，成本低。目前應(yīng)用較多的聚四氟乙?。≒TEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的TwrciteB和我國生產(chǎn)的TSF軟帶材料，此種軟帶厚度為0.8、1.6、3.2等幾種規(guī)格。考慮到承載變形，宜選用厚度小的規(guī)格；如果考慮到加工余量，選用厚度為1.6為宜。貼塑軟帶粘貼工藝非常簡(jiǎn)單，可直接粘結(jié)在原有的滑動(dòng)導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對(duì)金屬導(dǎo)軌面進(jìn)行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長度放大34，切下貼塑軟帶。金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)

39、，加壓固化，待其完全固化后進(jìn)行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進(jìn)行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。第6章 電氣系統(tǒng)改造6.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇6.1.1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：6.1.1.1 步矩角 步矩角應(yīng)滿足： 式中 傳動(dòng)比；系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。6.1.1.2 精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實(shí)用

40、。所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足式中 步進(jìn)電機(jī)的積累誤差；系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。6.1.1.3 轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步），正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：?jiǎn)?dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為： 式中 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩； 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。6.1.1.4 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足：極限啟動(dòng)頻率要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。6.1.2 C616縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定為

41、滿足最小步矩要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知： 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。6.1.3 C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定仍選用三相六拍工作方式，查表知：所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率為了便于設(shè)計(jì)和采購，仍選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。6.2 數(shù)控裝置硬件設(shè)計(jì)6.2.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件電路和軟件程序兩部分組成。硬件主要由單片機(jī)、車床以及輔助電路構(gòu)成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其控制性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能

42、有效地運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成。6.2.1.1 中央處理單元（CPU）；6.2.1.2 總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）；6.2.1.3 存貯器：包括只讀可編程存貯器（ROM）和隨機(jī)讀寫存貯器（RAM）；6.2.1.4 I/O輸入/輸出接口電路。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)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。總線則是CPU與存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖

43、如圖6-1所示。圖6-1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖6.2.2 單片機(jī)的選擇MCS-51系列單片微機(jī)是美國Intel公司在MCS-48系列單片微機(jī)基礎(chǔ)上推出的產(chǎn)品, 它的集成度很高, 是集片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)輸入/輸出部件和CPU于一體的優(yōu)良的單片機(jī)系統(tǒng)，其配置芯片價(jià)廉普及性、通用性強(qiáng), 制造和維修方便，完全能夠滿足數(shù)控車床的需要。所以用MCS- 51 組成的中央處理器作為C616改造后的數(shù)控系統(tǒng)。在MCS-51 系列單片機(jī)產(chǎn)品型號(hào)中，8031 芯片內(nèi)無ROM，適用于需擴(kuò)展ROM，8031屬8位單片機(jī)，它是集CPU、I/O端口及部分RAM等為一體的控制器，具有價(jià)格低、功能全、體積小、編程靈活性大、開發(fā)手段齊

44、全、硬件資源豐富等特點(diǎn)。適用于可在現(xiàn)場(chǎng)修理和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合，其價(jià)格比8051、8751 低，非常適合在我國使用。8031芯片內(nèi)部具有128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器RAM，內(nèi)部地址為00H7FH，CPU對(duì)片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯器有很豐富的操作指令，通過直接尋址或間接尋址方式進(jìn)行訪問。這128個(gè)字節(jié)單元可作為數(shù)據(jù)緩沖器、堆棧和工作寄存器。8031為40引腳的雙列直插式器件，有4個(gè)雙向8位I/O口?？诤妥鳛榈刂房偩€使用。16位地址總線由口經(jīng)地址鎖存器74LS373提供低8位（）。高8位（）由口直接提供。8位數(shù)據(jù)總線由口提供。這樣數(shù)據(jù)總線與地址總線共用，ALE為地址鎖存允許，當(dāng)送低8位地址時(shí)，使ALE有效并

45、鎖存到74LS373，當(dāng)送數(shù)據(jù)時(shí)使ALE無效。6.2.3 存儲(chǔ)器的選擇CPU部分采用8031 芯片。由于8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需要有外部程序存儲(chǔ)器的支持，外接一片6264（8K8）芯片來擴(kuò)展8031的RAM存貯器。8031是一個(gè)無ROM/EPROM的單片機(jī)，必須擴(kuò)展程序存貯器，存放控制程序，所以外接了2片2764（8K8）芯片，1片74LS373地址鎖存器和一片74LS138譯碼器。6.2.4 I/O接口電路由于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(kuò)展輸入輸出接口電路，系統(tǒng)擴(kuò)展了二片8155作為I/O接口芯片。I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的：8155(2)芯片PA0- PA7作為顯示器段選信號(hào)，是輸出；PB0- PB7是顯示器的選為信號(hào)，是輸出；PC0- PC5 6根線是鍵盤掃描輸入，8155 (1)芯片的(I/O)/M引腳8031芯片的P2.0，因?yàn)槭褂?155(1) 的I/O 口，故P2.0為高電平。8155(1)芯片PA0- PA5為面板上的選擇開關(guān),設(shè)有編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)、回零等；PB0- PB7為兩個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)及回零輸入、急停等；PC0- PC3控制刀架的運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)。8031本身提