機械專業(yè)課程設計X6132型銑床的經濟型數(shù)控化改造設計（垂向）

1、 200 屆畢業(yè)設計（論文） 材 料 系 、 部： 機械系 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 教授 專 業(yè)： 機械制造與自動化 班 級： 學 號： 2009年 5 月目 錄 一、 設計任務書 2二、 總體改造方案 5三、 x6132型萬能臥式升降臺銑床傳動系統(tǒng) 8四、步進電機和滾珠絲杠副的選取計算 8五、關于滾珠絲桿副的性能分析 18六、雙片齒輪錯齒法 20七、部分控制軟件的框圖 21八、硬件部分電路的設計 22九、凸輪加工程序 25拾、設計體會 27拾一、參考文獻 282009 屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書系： 機械系 專業(yè)： 機械制造與自動化 指導教師學生姓名課題名稱x6132型銑床的經濟

2、型數(shù)控化改造設計（垂向）內容及任務通過畢業(yè)設計，學習了系統(tǒng)地綜合運用所學的知識和技能解決實際工程問題的本領，鞏固和加深時所學知識的理解，并且通過畢業(yè)設計的實踐擴大和補充了知識，使認識提高到一個新的水平，通過畢業(yè)設計的實踐，培養(yǎng)了調查研究的習慣和工作能力，練習查閱資料和有關標準，查閱工具書或參考書，合理選擇設計計算公式，正確計算，并能以圖紙和說明書表達設計的思想和結果，通過畢設計，不但提高了解決具體問題的獨立工作能力，具體動腦動手能力，而且建立了正確的設計和科研思想，加強了科學性，牢固樹立實事求是和嚴肅認真的工作態(tài)度。擬達到的要求或技術指標將銑床改造成mcs-51系列單片機控制的經濟型數(shù)控銑床。

3、要求具有直線插補功能，機械部分要求計算，硬件電路部分要求8031作cpu，控制系統(tǒng)中要求包括擴展程序存儲器、擴展數(shù)據(jù)存儲器，i/o接口芯片，譯碼電路及鍵盤，顯示等外設，硬件電路要求包括3個坐標系統(tǒng)。進度安排起止日期工作內容備注1.5周2.5周1周1周方案論證及機械部分計算 設計繪制機械總圖及裝配圖 設計繪制電路原理圖 繪制加工程序及整理說明書 主要參考資料（1）、金屬切削機床概論；機械工業(yè)出版社；顧維邦主編。（2）、機床設計手冊；（1，2，3）（3）、機床數(shù)控制系統(tǒng)；林其駿主編；中國科學技術出版社；1991.9;（4）、數(shù)控機床技術手冊；李福生主編；北京出版社；1996（5）、機床設計圖冊；上

4、海出版社；1979、6（6）、機床數(shù)控系統(tǒng)課程設計指導書；林俊主編；中國科學技術出版社；1991.9;（7）、微機原理與接口技術；趙長德主編；中國科學技術出版社1990.9（8）、離合器圖冊；國防工業(yè)出版社；（9）、電機工程手冊；機械工業(yè)出版社；1982(10)、現(xiàn)在機床設備；化學工業(yè)出版社，顧京主編教研室意見年 月 日系主管領導意見年 月 日湖南工學院200 屆畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表系： 機械系 學生姓名學 號班 級專 業(yè)機械制造與自動化指導教師姓名課題名稱x6132型銑床的經濟型數(shù)控化改造設計（垂向）評語：（包括以下方面，學習態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；檢索和利用文

5、獻能力、計算機應用能力；學術水平或設計水平、綜合運用知識能力和創(chuàng)新能力；）是否同意參加答辯：是 否指導教師評定成績分值：指導教師簽字： 年 月 日湖南工學院200 屆畢業(yè)設計（論文）答辯及最終成績評 定 表系（公章）： 學生姓名學號班級答辯日期2009.5課題名稱x6132型銑床的經濟型數(shù)控化改造設計（垂向）指導教師成 績 評 定分值評 定小計教師1教師2教師3教師4教師5課題介紹思路清晰，語言表達準確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學，分析歸納合理，結論嚴謹，設計（論文）有應用價值。30答辯表現(xiàn)思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準確大、深入,知識面寬。必答題40自由提問

6、30合 計100答 辯 評 分分值：答辯小組長簽名：答辯成績a： 40指導教師評分分值：指導教師評定成績b： 60最終評定成績： 分數(shù)： 等級：答辯委員會主任簽名： 年 月 日一、設計任務書（1）、設計參數(shù)、機床數(shù)據(jù)： 工作臺尺寸：320*1320mm 工作臺行程：縱向：700mm 橫向：255mm 垂向：350mm 工作臺及夾具工件重力：2650+500kg 工作臺快移速度：縱向：2300mm/min 橫向：2300mm/min 垂向：770mm/min 工作臺進給速度：縱向：23.51180mm/min 橫向：23.51180mm/min 垂向：8394mm/min 主電機功率：1.5kw

7、 起動加速時間：30ms 定位精度：0.01mm 代碼制：iso 輸入方式：增量值，絕對值通用。 控制坐標數(shù)：3 最小指令值：0.010.005mm/脈沖 自動升降速性能：有工藝數(shù)據(jù)：通用機床由于工藝范圍廣，在同一臺機床上常用不同材料刀具對不同材料和尺寸的工件進行多種加工，故取具有代表性的典型加工條件為計算依據(jù)。通常以加工量最大的鋼料或鑄件為工件材料，硬質合金或高速鋼為刀具材料，選取用該機床上用得最多的常用工序或極限加工工序及與此相應的切削用量。結合本次改造，選取加工材料為ht200的平板凸輪的加工工藝。刀具：粗齒圓柱銑刀：孔徑27mm，直徑為63mm取63前角。為15。，后角。為12。，螺旋

8、角為45。，齒數(shù)為6 切削用量： 銑削鑄鐵銑前深度 tmm 取t6mm。進給量：粗齒圓柱銑刀，在加工鑄鐵裝夾系統(tǒng)剛性一般，機床功率7.5kw的條件下，取每齒進給量fz0.010.15毫米齒，取fz0.15毫米齒金屬切削手冊(第二版，上海市金屬切削技術協(xié)會編)（2）、工作量： 機床改造總圖； 進給伺服系統(tǒng)一個坐標軸縱向（或橫向，垂向）的機械裝配圖； 單片機控制系統(tǒng)電路原理圖（3）、設計計算說明書。 控制系統(tǒng)總體方案的分析論證及控制標準圖 機械部分設計計算及結構設計說明 硬件電路部分設計說明 加工程序控制及說明 在此機床上加工一盤形凸輪的零件加工程序單。（4）、答辯階段 畢業(yè)設計完成后進行畢業(yè)答辯

9、，通過答辯按優(yōu)秀，良好，中等，及格，不及格五個等級來評定設計成績。二、總體改造方案采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由i/o接口輸出泳沖，經光電隔離電路，功率放大到步進電機，再齒輪減速，帶動滾珠絲杠轉動。從而實現(xiàn)x、y、z方向的進給運動?？傮w設計示意圖如下所示：結合實際工作量，本次數(shù)控改造只涉及進給系統(tǒng)的數(shù)控改造，對于主軸部分不予考慮。數(shù)改過程中，對于進給驅動系統(tǒng)，主要關心它的轉矩大小，調節(jié)范圍的大小和調節(jié)精度的高低，以及動態(tài)響應速度的快慢。滾珠絲杠作為當代數(shù)控機床進給的主要傳動機構，以其壽命長、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點而得以廣泛應用，成為各類數(shù)控機床的重要配套部件，并已實現(xiàn)了標準

10、化、通用化和商品化。為了滿足數(shù)控機床高進給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進行必要的校核計算。1、伺服驅動：在我國設備數(shù)控改造的一段時間里，較多采用步進電機作為伺服驅動元件，步進電機是一種特殊結構的電機，它利用通電激磁繞組產生反應力矩：將脈沖電信號的能量轉換為機械位移的機電執(zhí)行元件。當激磁繞組每產生一定規(guī)律獲得分配脈沖時，步進電機的轉子就轉動。轉了轉過的角度與輸入的脈沖個數(shù)具有較嚴格的比例關系，而且轉動與輸入脈沖在時間上同步，因此可以利用這些特點控制運動的速度和位移量。由于步進電機容易丟步，啟動頻率低，工作頻率也不夠高，低頻時振動大，有時還自激振蕩，且沒有

11、過載能力，當工作條件變動時，可能造成失誤，因此步進電機多用于負載較小、負載變化不大或要求不太高的經濟型簡易型數(shù)控設備中。開環(huán)伺服是由步進電機和機械傳動裝置組成的開環(huán)式控制系統(tǒng)。由于沒有位置檢測及反饋裝置，就必須使其機械傳動裝置在任何時刻、任何情況下均能嚴格跟隨步進電機的運動而運動。然而實際上，在機械傳動裝置的輸入與輸出之間總會有誤差存在的。這誤差的產生，除了有一部分是由傳動鏈的傳誤差（如絲杠螺距累積誤差）引起的之外，還有一部分是由于傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)（如傳動剛度、移動件慣量、導軌摩擦力、間隙、速度阻尼等）產生的。這部分誤差在設計開環(huán)伺服進給系統(tǒng)中必須予以注意。它包括三部分：、啟動或反向時的死區(qū)

12、誤差：、由于傳動剛度的變化引起的定位誤差：、運動時的動態(tài)誤差。 2、數(shù)控裝置：數(shù)控裝置的選擇也有多種方案，可以全部自行設計制作，可以來用單板機或模塊改制等，工廠中一般多采用以下兩種方法：一種情況是所需的功能和要求有現(xiàn)成的數(shù)控裝置可以滿足，這時絕大多數(shù)都采取買現(xiàn)成產品的方案，因為自行設計制作不但費時間，投資也不一定能省，往往是投資更多，而且質量也不容易保證的，另一種情況是買不到現(xiàn)成產品來實現(xiàn)有些特殊功能，這時大多采取買性價比盡量高的性能接近的裝置，然后自行補充或改造，至少也是買模塊或工控機，單板機來制作，很少全部自行設計制作，對于我們所需的數(shù)控裝置，除了直接能進行漸開線插補這一條功能外，其它沒有

13、特殊的功能要求，市場上可以有很多種型號的銑床數(shù)控裝置供選擇，因此直接選用市場上現(xiàn)成的裝置切合實際，可以加快改造步伐，適合生產需要，但是作為畢業(yè)設計，也需對其結構、原理?？刂品绞降扔行铝私?。能提出自己的處理辦法，即設計方案。根據(jù)所選方案確定選用國產的經濟數(shù)控系統(tǒng)，控制軸數(shù)x、，聯(lián)動軸數(shù)任意二軸，生產廠家：南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司。經濟型數(shù)控裝置選用步進電機驅動的開環(huán)數(shù)控裝置。 面板3、其它電氣裝置 在經濟型數(shù)控改造中，還需要結合數(shù)控裝置和伺服驅動的特點配其它電氣裝置，包括強弱電信號的變換，傳輸或必要的處理，其中對輸入輸出接口部分還要考慮是否有隔離，屏蔽的要求 ，此外，還要配置所需要的電

14、源，各種保護電路等輔助電路。步進電機性能參數(shù)和安裝尺寸要符合gbn|3或jb/dq3302的規(guī)定。連接方式：控制柜（箱）與機床，柜（箱）與電機之間的電氣連接應采用插頭插座或接線盒型，連接線應有金屬軟管保護，并應按符合gb522685，jb/gq058085，jb/gq057685有關章節(jié)規(guī)定和jb/dq300280中1.3規(guī)定 4、機械部分：在設備的數(shù)控化改造中，雖然中心工作是數(shù)控部分，涉及較多的是微機但如果忽視了機械方面的要求而只是按數(shù)控方面的要求來進行相應的改動，或者在改造設計中制造不合理的裝運，結果會給數(shù)控化改造帶來意想不到的不良后果，甚至是失敗。所以，機械設計部分也非常重要。四、 x6

15、132型萬能臥式升降臺銑床傳動系統(tǒng) 四、步進電機和滾珠絲杠的選取計算 1切削力的計算 fz=f(apaeafz。d。n。)k式中：ap 切削深度（mm）ae 切削寬度（mm）af 每齒進給量（mm/z）z。 刀齒數(shù)d。 刀具公稱直徑n。 刀具每分鐘轉數(shù)k。 與刀具材料，切速，工件材料，刀具幾何參數(shù)，刀具磨損狀態(tài)等有關的綜合修正系數(shù)。結合本次改造：fz=ccapfz0.65. ae0.83do-0.83zkfc式中：cc 銑削力系數(shù)取282ap 銑削深度（即被加工表面的寬度，同時加工個工件,每個工件厚度為10mm,故深度為50mm）fz 每齒進給量取0.15mm/z.ae 銑削寬度（即被切削金屬

16、層的深度）取6mmdo 銑刀公稱直徑取63mmz 刀齒數(shù)取kfc 銑削力修正系數(shù)且：kfc= kmfc kfckmfc 工件材料系數(shù)取(hb/190)0.55kfc 前角系數(shù)取0.92故fz=282500.150.65200.8363-0.836(200/190)0.550.92故可求出: fz=9000n金屬切削刀具表48 . 49 p692滾珠絲杠副的計算（1）垂向切削分力fy:按經驗公式：fy/fz=0.80 fy=7200n故：fy=0.8fz 縱向切削分力fx: 按經驗公式：fx/fz=0.9 fx=8100n橫向切削分力fz： 按經驗公式：fz/fz=0.4 (2)絲杠工作時軸向壓

17、力f軸的計算：銑削條件下： 在插補平面內合力fr： fr=(fx+fy)1/2 銑削一周平均銑削力fav 取2fr/3 ，銑削時絲杠軸向壓力f軸 ：f軸=fav+(mg +fy) 式中： 考慮到顛覆力矩的影響系數(shù) 一般取1.1 導軌當量摩擦系數(shù)。取0.18m 移動部件的質量 估計為1000kgg 重力加速度 取9.8m/s2 fz=3600n fr=123.69n fav=82.46n f軸=3151n機床設計手冊第3 分冊p177機床與液壓2000年第5期機床數(shù)控改造中進給系統(tǒng)滾珠絲杠副的選擇3、 滾珠絲杠副工作負荷的計算：(1)絲杠的轉速：數(shù)控改造多半采用開環(huán)步進式伺服驅動系統(tǒng)，本次改造也

18、采用步進電機驅動絲杠。開環(huán)步進伺服進給系統(tǒng)的設計計算步驟：a 脈沖當量取0.01mm.初選步進電機的步距角為1.5b 計算降速比。由于步進電機工作的特點是一個脈沖走一步，每一步均有一個加速過程，因而對負載慣量很敏感。為滿足負載慣量盡可能小的要求 ，同時也為滿足要求的脈沖當量，常采用齒輪降速傳動。傳動比：=s/360式中：步距角 s絲杠螺距 初取12mm 脈沖當量 各級傳動比的確定： 首先確定傳動級數(shù)為3。考慮到垂向進給機構中采用錐齒傳動，在機床中的錐齒輪傳動齒數(shù)比通常在12.5之間，尤其是傳動比為的正交等比傳動用得最多。結合本次改造選這級傳動比也為. 根據(jù)相關資料確定不同嚙合對數(shù)時的最佳降速比

19、： , 2.5 , 今選齒輪z1=27, z1=54 ,z2=24, z2=60,(機床上常用的錐齒輪齒數(shù)比為時有z1 z222)取z3 =z3=40。模數(shù)m1=m2=2,m3=3.3故正交等比傳動直齒錐齒輪的主要尺寸：40,de=41.4143.3,ae=19.2933.3,le=28.2843.3，i=4234機床設計手冊3冊510圖6.445c.根據(jù)結構草圖計算機械傳動裝置及負載折算到電機軸上的轉動慣量jt，并計算電機力矩,再按步距角，電機力矩，允許的負載慣量等項要求來選取合適的步進電機。慣量計算：jt=j1+i1-2j1+j2+i2-2j2+j3+i3-2(j3+js)+g/g(s/2

20、)2 式中：js0.03715kgf.cm.s2機床設計手冊2冊p301表5.515力矩計算：快速空載啟動時所需力矩：amax f0最大切削負載時所需力矩：atf0t快速進給時所需力矩：f0式中：amax 空載啟動時折算到馬達軸上的加速力矩 f 折算到馬達軸上的摩擦力矩0 由于絲杠預緊引起的折算到馬達軸上的附加摩擦力矩at切削時折算到馬達軸上的加速力矩t折算到馬達軸上的切削負載力矩絲杠傳動時a , f,0 ,t計算公式：ar9.6（gf.m）式中：r折算到馬達軸上的總慣量系統(tǒng)時間常數(shù)（系統(tǒng)時間常數(shù)表示線路在導通瞬間允許電流值上升的速率。時間常數(shù)越小，線路導通后電流上升越快，達到近似穩(wěn)定值的時間

21、越短；反之則越長）n電機轉速當n=nmax時計算amax,n=nt時計算atnt切削時的轉速摩擦力矩=(fs/2)10-3 (nm)f導軌摩擦力 （f）s絲杠螺距齒輪降速比傳動鏈總效率一般取0.700.85取0.8f=2106n =1.00554nm附加摩擦力矩：2（o2）10式中：滾珠絲桿預加載荷（kgfm）為使預緊后的雙螺母機構在正向傳動鏈受力運行時其反向傳動鏈仍保證無間隙出現(xiàn)，要求預緊力的數(shù)值應大于最大軸向載前的1/3倍。1/3f軸=1/33151=1050.3n 取=1200n絲桿螺距傳動鏈總效率 齒輪降速比o滾珠絲桿未預緊時的效率，一般取0.90.0363nm切削力矩t：tt210(

22、n)式中： t進給方向的最大切削力 s絲機螺距（cm） 傳動鏈總效率取0.8 齒輪降速比初選步進電機：130bf001 五相十拍分配方式檢驗計算：ma=(jt+jm)n/9.6t102jm電機轉動慣量jt系統(tǒng)轉動慣量式中：t系統(tǒng)時間常數(shù)(s) 加速時間50ms故amax= (jt+jm)nmax/9.60.05102(0.01545+7102)1000/9.60.05102mamax=4.22nmm=amax+mf+mo m=5。26nm(m9.31nm)由于采用步進電機驅動：n=f/60i (r/min)式中：步進電機步距角 1.5f 電機脈沖頻率 16000hzi電機與絲杠間的降速比 5n

23、=80機床設計手冊2冊表5.730 p476由表查得選取步進電機2.絲杠壽命系數(shù)l：l=式中：t 絲杠預期壽命 取15000h l=72 機床設計手冊 2冊表5.732 p476 3.絲杠工作動載荷c： c=12f軸式中：1 絲杠硬度系數(shù) 取1.5 2 載荷性質系數(shù) 取1.4c=27528.25n 機床設計手冊2冊p500根據(jù)cca原則，考慮絲杠導程初選滾珠絲杠型號，使選取的滾珠絲杠的額定負載大于計算最大工作負載。 從相應表中選取滾珠絲杠的型號為：nl6012ca=37200n. d0=60mm s=12mm滾珠絲杠副傳動剛度驗算：對于精密機床數(shù)控改造，應對選取的滾珠的絲杠副傳動剛度進行校核，

24、以保證機床的定位精度，傳動精度，可靠性。絲杠工作時，受軸向力及扭轉力矩作用，其變形為軸向壓縮變形和扭轉變形。設絲杠副的軸向剛度為kz，導軌剛度為并將扭轉變形的扭轉角轉換為軸向變形，則滾珠絲杠副kn傳動時的軸向總變形量z為： zz=+(mt/kn2)103=+(fxt/kn2)103式中： m作用在絲杠上的扭矩（nm） t絲杠導程 (mm)由剛度定義可知，滾珠絲杠副傳動剛度k與軸向剛度，扭轉剛度有如下關系：則滾珠絲杠副的傳動剛度k為：k=knkz/kn+(t/2)2103kz欲求k，則只要求kz，kn即可。(1) 滾珠絲杠副軸向剛度kz的計算：滾珠絲珠副的軸向剛度取決于絲杠，螺母組件，支承軸承的

25、軸向剛度。a .絲杠的軸向剛度ksz絲杠的軸向剛度ksz與其安裝方式有關，本次改造設計中選取雙推雙推式支承方式：兩端各兩個推力軸承，此時，絲杠軸向最小剛度發(fā)生在載荷作用點處于支承端距離一半，即la/2 處ksz=(4se/la)10-3 (n/um)式中： s 絲杠小徑截面積 (mm2) e 絲杠材料的彈性模量 (mpa) 鋼料的e為2.1106 (kgf/cm2)la 載荷作用點距雙推軸承的最大長度 (mm)ksz=195n/umb.螺母組件的軸向剛度klz： 螺母組件的軸向剛度是指滾珠絲杠，螺母螺紋形成的滾道間的軸向剛度。據(jù)赫茲理論，滾珠與滾道之間在軸向載荷的作用下，彈性變形為：-式中：

26、s 滾珠的接觸角度 45 zg每圈承受載荷的滾珠個數(shù) dg滾珠的直徑 7.144mm zg按下式計算：zg=d/(dgcoss) 9 d為螺母的公稱直徑， s為絲杠螺紋螺旋升角 =23.76umklz= klz=167.062n/umc.支承軸承的軸向剛度kcz：支承軸承的軸向剛度也按赫茲理論接觸彈性位移理論求解。軸承類別不同，剛度公式也不同。采用雙列止推滾珠軸承。選取38212kcz = kcz= 454n/um螺母座的軸向剛度一般在螺母組件剛度計算時乘以0.8計入，不再單獨計算。滾珠絲杠副的軸向剛度kz： kz=46.7 n/um由材料力學可知：kn=gjp/x 式中： g 絲杠材料抗剪切

27、彈性模量 （mpa） 鋼材的剪切彈性模量為80gpa jp 絲杠小徑截面慣性矩 （mm4） x = la（兩支承端中心點距離115mm） kn=392103n/um將求得的kn ,kz代入滾珠絲杠副傳動剛度公式，便可求得k 。如果剛度不足，可改變絲杠支承方式或重選滾珠絲杠副型號。k=32.56(n/um)各類機床滾珠絲杠副的推薦精等級，本次改造垂向滾珠絲杠傳動精度b級，取傳動精度故有如下關系式：n故可靠性好，穩(wěn)定性好。五、 關于滾珠絲杠副的性能分析：在升降臺銑床的垂向運動中，普遍存在著工作臺運動時搖動力過大的問題。因此，操作進刀不便，絲杠螺母副易磨損，電磁離合器易燒壞。解決這一問題的根本措施是

28、將滑動絲杠改為滾珠絲杠副，提高機械傳動效率，當采用滾珠絲杠副后，其矛盾就轉化為滾珠絲杠副逆運轉的自鎖上。垂向升降絲杠副的受力情況如下圖所示：圖13及圖2所示為升降滾珠絲杠受載示意圖及傳動系統(tǒng)圖。采用滾珠絲杠后，因摩擦角小于螺旋升角而不能自鎖，在自重作用下絲杠副產生逆轉，升降臺自動下降。為防止其逆轉，必須滿足自鎖條件方程：f 式中：f 向下分力，f= (kgf); fm nf =f (kgf)。fm為防逆轉所需的附加摩擦力，但在絲杠向上搖動時卻又不應增加阻力。這就是垂向滾珠絲杠副防逆轉機構設計的基本出發(fā)點。在機構中一般用超越離合器實現(xiàn)單向加載的目的。假若在絲杠傳動系統(tǒng)中附加單向摩擦載荷fm，此時

29、，向上驅動力矩m上基本不變，而m下由下式確定：m下若使，則m下=0，搖臂的手搖力q下=0。但在實際使用中總調整到0使其在不同載荷的變化狀態(tài)下，有較好的自鎖可靠性，但值又不宜過大，否則造成向下?lián)u動力q下過大以及超越離合器易磨損等弊端。這是考核垂向升降滾珠絲杠副結構是否合理的重要指標。所以從自鎖條件方程不分析，附加摩擦力fm應滿足上述方程并有足夠的安全系數(shù)條件下取最小值。此外，為使實際使用時能取得最佳效果和磨損后的補償，fm應能方便地進行調節(jié)和具有補償機能。這是垂向升降絲杠副能否得到廣泛應用的關鍵。本次改造中附加摩擦力可通過碟形彈簧調節(jié)，使之達到最佳自鎖狀態(tài)。碟形彈簧能自動補償磨損，因此，確保了自

30、鎖性和搖動輕巧；同時，離合器通過1：2.5的傳動減速比使離合器能以較小的阻尼去實現(xiàn)較大的控制力，從而延長使用壽命。由以上的分析可知，改造成后的“可調阻尼式”垂向滾珠絲杠副傳動機構，結構布局合理，具有搖動輕巧，自鎖可靠，調節(jié)方便，壽命較長，及更新改裝方便等多方面的優(yōu)點。六、 雙片齒輪錯齒法調隙機構：為了提高齒輪傳動精度，需要設計齒輪消隙裝置，采用二片和三片齒輪錯齒法。示意圖如下所示：該機構為自動補償機構。相互嚙合的一對齒輪中的一個做成兩個薄片齒輪7和8，兩薄片齒輪套在一起，彼此可作相對運動。兩個齒輪的端面上，分別裝有螺紋凸耳2和6，拉簧1的一端鉤在凸耳6上，另一端鉤在穿過凸耳2通孔的螺釘5上。在

31、拉簧的拉力作用下， 兩面三刀薄片齒輪的輪齒相互錯位，分別貼緊在與之嚙合的齒輪左、右齒廓面上，消除了它們之間的齒側間隙。拉簧的拉力大小可由螺母3調節(jié)。不過這種結構傳動剛度較差，能傳遞的轉矩較小。七、 部分數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的框圖：單板機控制的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中，單板機負責插補運算并輸出脈沖，步進電機為執(zhí)行機構?？刂浦械暮诵?，是由軟件按加工要求對步進電機的運動方向，速度和轉數(shù)實現(xiàn)控制。一是長控制，即把編程尺寸變?yōu)椴竭M電機的步數(shù)；二是速度控制，一般用ctc定時器，使其每隔一定時間發(fā)出一次中斷，進行插補；三是方向控制，即正反轉控制。一般軟件有兩種結構。一種是中斷方式，即把插補輸出作為中斷程序；另一種是流

32、水線式結構，即按插補加工的順序來安排軟件。中斷方式軟件結構框圖如下：八 、硬件部分電路的設計1.控制系統(tǒng)的功能（1）x向、y向、z向的進給伺服運動；（2）鍵盤顯示；（3）面板管理（4）行程控制（5）其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示2cpu和存儲器cpu采用8031芯片，由于8031芯片內無程序存儲器，需要有外部程序在存儲器的支持，同時8031內部只有128b的數(shù)據(jù)存儲器也遠不能滿足控制的要求。故擴展了16kb程序存儲器由兩片2764組成，又擴展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器。8031芯片的p和p用來傳送外部低8位地址和數(shù)據(jù)，p口傳送高8位地址，p口傳送低8位地址和數(shù)據(jù)，故要采用74

33、ls373地址鎖存器的輸入和輸出透明，即輸入的低8位存儲器地址在輸出端出現(xiàn)，此時不需鎖存。當alen高電平彎低電平，出現(xiàn)下降沿時，低8位地址鎖存入地址鎖存器中，74ls373的輸出不再隨輸入變化，這樣p口就可用來傳送讀寫的數(shù)據(jù)了。8031芯片的p口和74ls373送出的p口共組成16位地址，2764和6264芯片都是8kb，需要13根地址線。aa低8位接74ls373芯片的輸出，aa接8031芯片的pp。系統(tǒng)采用全地址譯碼，兩片2764芯片片選信號分別接74ls138譯碼器的和系統(tǒng)復位以后程序從0000h開始執(zhí)行。6264芯片的片選信號也接74ls138的，單片機擴展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存

34、儲器獨立編址（即允許地址重疊），8031芯片控制信號接2764的引腳，讀寫控制信號和分別接6264芯片的和，以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。由于8031芯片內部沒有rom故始終要選外部存儲器，故其必須接地。3.t/o接口電路由于8031只有p口和p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h-2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的片選信號接74ls138的，8255芯片片選信號接到74ls138的端。74ls138譯碼器有三個輸入a、b、c分別接到8031的p、p、p，輸出8個輸出，低電平有效。y

35、y對應輸入a、b、c的000至111的8種組合，其中對應a、b、c為000，y對應a、b、c為111。74ls138還有三個使能端，其中2上（和）為低電平使能，另一個g為高電平使能，只有當使能端處于有效電平時，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papb是顯示器的位選信號輸出，pcpc5要線是鍵盤掃描輸入。8155芯片的io/引腳接8031芯片的p，因為使用8155的i/o口，故p為高電平。8255芯片papa接x向、y向和z向步進電機硬件環(huán)形分配器，為輸出pbpb為三個方向的點動及回零輸入，pcpc為面板上的選擇開關是輸入，設有編輯

36、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下表：芯片接74ls138引腳地址選擇線片內地址單元地址編碼2764（1）0 0 0 8kb0000h1fffh2764（2）0 0 1 8kb2000h3fffh62640 0 1 8kb2000h3fffh8155ram1 0 0 1 1 1 1 0 256b9e00h9effhi/o1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6b9ff8h5fffh 82550 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4b5ffch5fffhx向、y向步進電機硬件環(huán)形分配器采用yb

37、015，3-2相通電五相十拍方式工作，故a、a引腳均接+5v，z向步進電機硬件環(huán)形分配器采用yb014，是以2-3相通電四相八拍試工作。a、a接高電平。三個芯片的選通輸出控制分別接8255的pa、pa、pa，清零接8255的pa，正反轉8255的pa、pa、pa，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的頻率。為實現(xiàn)插補時不同的進給速度，可給8155芯片定時/計數(shù)器中設置不同的時間常數(shù)。4.其他輔助電路此控制系統(tǒng)中設有越界報警和急停處理電路。x、y、z方向的越界和急停信號經或門引入 8031的p中斷源、，同時接到8031的p口，采用硬件申請中斷和軟件查詢的方法，

38、這樣無論哪個方向，越界都會引起中斷，在中斷服務程序中通過軟件查詢的方法，便可確定是哪個方向越界，當x、y、 z等方向越界，則相應的紅燈這報警，另外，還有上電和按鈕，相結合的復位電路、光電隔離電路和功率放大電路等。八、 凸輪加工程序數(shù)控銑床銑削凸輪加工程序：圖示為傳動系統(tǒng)的凸輪，凸輪曲線是兩段圓弧與兩段直線組成，凸輪的上下兩面和中心孔已加工好，現(xiàn)要在數(shù)控銑床上銑削凸輪的輪廓曲線，并一次銑削加工成形。以凸輪毛坯的中心孔o為定位孔，將凸輪毛坯裝到通用夾具上。選凸輪上的o點為工件坐標系的坐標原點，凸輪曲線各段圓弧的切點坐標如圖示。選用8mm的立銑刀銑削凸輪。銑刀相對工件坐標系原點的距離x、y、z分別為

39、0、0、300mm。程序啟動時，刀具停在機床參考點位置。兩圓公切線的切點計算得：ax-25,ay8.667，bx-10，by17.321。在數(shù)控銑床上銑削凸輪的加工程序如下：o0012n1 g90 g92 x0 y0 z300.0n2 g00 z0 n3 s800 m03 m08n4 g01 z-5 f50 n5 g41 d10 x-10 y17.321 f150n6 x-25 y8.667n7 g03 y-8.667 i5 j-8.667 n8 g01 x-10 y-17.321 n9 g03 y17.321 i10 j17.321 n10 g03 x-20 y0 i10 j-17.321 f250 n11 g00 z300 m09 m05n12 g40 x0 y0 n13 m02指令簡介：在上述的凸輪加工程序中：o0012表示加工該零件的程序序號；n是各個程序段的序號；g是準備功能的指令代碼，如g00快速移動，g01直線插補，g02順時針圓弧插補，g41