畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）絲杠專用車床

1、山東大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第一章、車床總體設(shè)計(jì)方案的擬定，分析與確定1.1、方案擬定： 本次設(shè)計(jì)的車床是加工絲杠的專用車床，擬定車床只采用滾珠絲杠螺母副拖動溜板以及刀架做縱向進(jìn)給運(yùn)動，同時(shí)不附加縱向手動手輪，只用小滑板作縱向微調(diào)進(jìn)行定 位。橫向進(jìn)給采用手動手輪經(jīng)絲杠帶動刀架作橫向進(jìn)給運(yùn)動。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬定如下兩個(gè)方案： 1.1.1、方案一：車床主軸由直流電機(jī)經(jīng)皮帶輪、渦輪副驅(qū)動，電機(jī)由可控硅無機(jī)調(diào)速，為滿足多種螺距絲杠要求，采用掛輪結(jié)構(gòu)，直接與主軸和滾珠絲杠相聯(lián)接。車床傳動系統(tǒng)圖見圖1-11.1.2方案二：車床主軸由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。為加工多種螺距的絲杠，采用如下結(jié)構(gòu)：電機(jī)驅(qū)動主

2、軸經(jīng)一對齒輪副傳動，連接掛輪，之后直接連接絲杠。車床傳動系統(tǒng)圖見圖1-21.2、方案分析： 方案一的結(jié)構(gòu)，傳動平穩(wěn)，有利于提高工作表面光潔度。主軸至絲杠的傳動鏈短，僅有一套用于改變被加工工件螺距的交換齒輪，故此部分傳動誤差小。但主軸由直流電機(jī)經(jīng)皮帶輪、渦輪副驅(qū)動，導(dǎo)致傳動效率有所降低，傳動誤差較大。 方案二的結(jié)構(gòu)，由于主軸有步電機(jī)直接驅(qū)動，故傳動精度和傳動效率都較高。主軸至絲杠的傳動鏈，有一對齒輪副和一套用于改變被加工工件螺距的交換齒輪，故此部分傳動誤差較小。1.3、方案的確定： 從車床的整體傳動系統(tǒng)看，方案二的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動精度和傳動效率都較方案一高。故采用方案二的結(jié)構(gòu)。第二章、動力參數(shù)計(jì)算

3、切削速度： cvv= *kv 601-m*tm*axy*fyv查表，車刀耐用度： t=3600(s),ap=2mm,f=2mm/r, cv=43,xv=0.25,yv=0.66,m=0.125,成型車削取kv=0.85 43v= *0.850.19(m/s) 601-0.125*36000.125*20.25*20.66主切削力： fz=9.8160nfzcfzafyfzvnfzkfz(n) 刀具材料: 硬質(zhì)合金:w18cr4v 加工材料: 碳素合金鋼查表得:nfz=-0.15, cfz=270; xfz=1.0; yfz=0.75取: kfz=1則：fz=9.8160-0.1527021.0

4、20.750.19-0.1516183.9同理，徑向切削力： fy=9.8160nfzcfzafyfzvnfzkfy查表： nfy=-0.3, cfy=199, xfy=0.1, yfy=0.6, kfy=1fy=9.8160-0.319920.920.60.19-0.312660.7(n)軸向力:fx=9.8160nfxcfxafyfxvnfxkfx查表：nfx=-0.4, cfx=294, xfx=1.0, yfx=0.5, kfx=1.2fy=9.8160-0.429421.020.50.19-0.413081.8(n) 成型車削深度不大，形狀不復(fù)雜的輪廓時(shí)，切削力減小10%15% 取1

5、2% 則： fz=6183.9(1-12%)5441.8(n) fy=2660.7(1-12%)2341.4(n) fx=3081.8(1-12%)2712(n) 切削時(shí)消耗的功率： pm=fz*v10-3 =5441.80.1910-3 1.034(kw) 步進(jìn)電機(jī)功率： pmp= *k其中:主傳動的總功率，取=0.65 k進(jìn)給傳動功率系數(shù)，取k=0.961.034p= 1.657(kw) 0.650.96 加工工件時(shí)的最大轉(zhuǎn)距: tmax= fz10(n.m) =5441.810 =272.09(n.m) 由tmax,選取86byg019五相byg感應(yīng)子式功率步進(jìn)電機(jī)。 電機(jī)能承受的最大轉(zhuǎn)

6、距：tmax= 9.55106(n.m)n= t=9.55106 9.55=26165(n.m) ttmax 所選的步進(jìn)電機(jī)合適數(shù)據(jù)如下：步距角：0.72/0.36靜轉(zhuǎn)距：360最大轉(zhuǎn)距:300轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量:1.8外形長度：201mm重量:3.5kg第三章、傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本車床是絲杠專用車床，為了保證所加工的絲杠的加工精度，必須盡可能的減小主軸到車床絲紅的傳動誤差，因此在主軸和絲紅之間只選用一對齒輪副和一套交換齒輪進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。這種傳動結(jié)構(gòu)非常簡化，既保證了主軸到絲杠的傳動精度，從而確保工件的加工精度，又可以通過更換不同的交換齒輪，來加工不同的螺距絲杠。綜上所述，本車床的傳動線路：步進(jìn)電機(jī) 主軸

7、傳動軸 掛輪 絲杠 刀架 第四章、主軸設(shè)計(jì)4.1、主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇： 主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括主軸的平均直徑d（或前軸頸直徑），內(nèi)孔直徑d（對于空心主軸面言），前端的懸伸量a及主軸的支承跨距l(xiāng)等。一般步驟是首先確定前軸頸直徑，然后確定內(nèi)徑d和主軸前端的懸伸量a，最后再根據(jù)d、a和主軸前支承的剛度確定支承跨l。 (1)主軸前后頸軸直徑的選擇： 已知主電機(jī)功率p=1.657kw 又有圖-統(tǒng)計(jì)曲線來確定。 取d=60mm. 后軸承軸頸按下列經(jīng)驗(yàn)公式來確定： d2(0.60.8) d1 取d2=40mm. (2)主軸內(nèi)孔直徑的選擇： 確定孔徑d的原則是滿足對空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要求，以及在不削

8、弱主軸剛度的要求下盡量取大些。 由材料力學(xué)知，軸的剛度k與界面慣性距i成正比，與直徑之間有下列關(guān)系： =1- 由上式可知道，當(dāng)d/d0.50.6時(shí)，空心主軸的剛度與實(shí)心主軸的剛度與實(shí)心主軸的剛度相差甚小，即內(nèi)孔d對主軸的剛度降低的影響很小。 因?yàn)閐=50mm 所以d(0.50.6)d2530mm 取 d=20mm (3)主軸前端懸伸量的選擇 主軸懸伸量是指支柱軸前支撐徑向反力作用顛倒主軸前變力作用點(diǎn)之間的距離。無論從理論分析，還是從實(shí)際測試的結(jié)果來看，主軸懸伸量a值逾小逾能提高主軸部件的剛度，由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)： =0.61.5 因?yàn)?=60mm 所以 a=(0.61.5) =3690mm 取 a=8

9、8mm (4)主軸合理跨距的選擇： 由估算式前支撐剛度=930 得，=3.98n/mm 因?yàn)楹筝S承直徑略小于前軸承， 取=1.4 主軸截面的平均慣性距： i= = 取彈性模量： 則，綜合變量： =0.22 查主軸最佳跨距計(jì)算線圖得： 則，最佳跨距： 合理跨距 取實(shí)際跨度l=302mm(5)主軸最前端部分的選擇： 由于主軸最前端安裝三爪卡盤，因此主軸最前端部分尺寸標(biāo)準(zhǔn)件三爪卡盤的尺寸確定。 綜合以上幾部分，設(shè)計(jì)主軸見零件圖。第五章、齒輪的設(shè)計(jì)及校核5.1、齒輪設(shè)計(jì) 5.1.1、選擇材料及確定許用應(yīng)力： 因結(jié)構(gòu)緊湊，故采用硬齒面的組合： 小齒輪用20crmnti滲碳淬火，齒面硬度為59hrc 大齒

10、輪用20cr滲碳淬火，齒面硬度為59hrc。 查圖、表， 雙向傳動，故 查圖、表， 故， 5.1.2、按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪按8級精度制造，取載荷系數(shù)k=1.3, 齒寬系數(shù) 小齒輪上的轉(zhuǎn)距 t=272.09n.m=2.72105n.mm 初步選擇螺旋角, 齒數(shù)取 則 取。 實(shí)際傳動比: 齒形系數(shù)： 查圖，得： 因 且 故應(yīng)將代入式 法向模數(shù) 取 中心距 齒寬 取 5.1.3、驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 將各參數(shù)代入式 可得， 5.1.4齒輪圓周速度 查表,可知8級精度合宜 綜上所述，可得齒輪的一系列參數(shù)： 兩齒輪形狀、尺寸如圖5-1、5-2所示第六章、傳動軸設(shè)計(jì)6.1、確定外形： 傳動軸上的零件從

11、左到右依次為： 螺母、掛輪、軸承端蓋、定位套筒、齒輪、軸承、兩圓螺母。6.2、確定各段直徑 6.2.1、先定軸的基準(zhǔn)直徑（變轉(zhuǎn)距軸段最小直徑） 軸的材料為40cr,取c=100 已知主電機(jī)功率：pc=1.657kw, 查表，取齒輪傳動功率： 則傳動軸功率： 已知主軸轉(zhuǎn)速： 取傳動比： 則傳動軸轉(zhuǎn)速: 則 取 6.2.2、從基準(zhǔn)直徑開始，根據(jù)定位、固定要求，依次加大或減小 因 取 查滾動軸承手冊, 6.2.3、確定各段長度 (1)、先定配合軸長度 （2）其它軸段 綜上所述，傳動軸的尺寸和形狀如圖6-1所示。6.2.4、傳動軸強(qiáng)度的校核 已知主軸轉(zhuǎn)距t1=tmax=272.09(n.m); 則 取

12、掛輪直徑d=120mm;則 傳動軸左端掛輪的外力 (1)水平面的彎距 (2)垂直面的彎距 (3)f力產(chǎn)生的彎距 (4)求合成彎距 考慮到最不利的情況，把直接相加 (5)由前述可知： 軸傳遞的轉(zhuǎn)距t=381.3(n.m) (6)求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎距 因?yàn)閭鲃虞S的扭切應(yīng)力是對應(yīng)循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù) a=1，代入上式可得:所以,查表,對于合金鋼40cr,顯然,所以，傳動軸的強(qiáng)度足夠，選用40cr的材料合適。6.3、穩(wěn)定性計(jì)算: 由于絲杠兩端均裝推力軸承和向心球軸承，故絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。第七章、滾珠絲紅的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 工作臺重量： w+80kgf=800n (根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 時(shí)間常數(shù)

13、： t=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程: 行程: s=3000mm 脈沖當(dāng)量： 步距角： 由前述可知 綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力 式中 則 7.1、強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值 取工件直徑d=100mm,查表得 最大動負(fù)載 查表得，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 則 根據(jù)最大動負(fù)荷q的值，可選擇滾珠絲杠的型號 查表，選濟(jì)寧絲杠廠生產(chǎn)的gd系列滾珠絲杠，絲杠公稱直徑選為32mm,基本導(dǎo)程選為6mm，編號為gd-m-32x6-lh-2.5-t-3。7.2、效率計(jì)算： 根據(jù)機(jī)械原理公式，絲杠螺母副的傳動效率為： 式中 摩擦角 7.3、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 式中 滾珠絲杠截面積 則 滾珠絲杠變扭矩引起的導(dǎo)程變

14、化量很小，可忽略，即： 所以：導(dǎo)程變形總誤差為 查表知3級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為40，故剛度足夠。第八章、軸承的選擇及校核8.1、主軸軸承的選擇及校核 8.1.1、選擇 后軸承選用7208ac，前軸承選用7212ac 其使用壽命為 8.1.2、校核 求主軸支承反力 求軸承徑向力的軸向力 所以, 合力向右，軸承1被壓緊 所以， 求軸承的當(dāng)量動載荷:查表，e=0.68 查表,得 所以， 因?yàn)椋?軸承較核 查表，取 則， 查表， 顯然， 所以，所選軸承強(qiáng)度足夠，合理。8.2、傳動軸軸承的選擇及校核 8.2.1、選擇 兩軸承均選用6009，其使用壽命為 8.2.2、校核 又前述可知， 查表

15、得,對于6009軸承 則 則查表得，x=0.56,y=1.55, 所以，當(dāng)量動載荷 查表，取 則 =15kn 查表，對于6009軸承，cr=21kn 顯然，ccr 所以，所選軸承強(qiáng)度足夠，合宜。8.3、絲杠軸承的選擇及校核 8.3.1、選擇： 絲杠兩端均選用一個(gè)深溝球軸承6305和一個(gè)推力球軸 8205，其使用壽命均為 8.3.2、校核： 查表,對于6305，cr=22.2kn,cor=11.5kn,cr=21.29kn 取 對于6305軸承 查表，取e=0.38 則，當(dāng)量動載荷 查表，取 則， 顯然，ccr 綜上所述，所選的6305和8205強(qiáng)度足夠，合適。第九章、車床附件選擇9.1、頂尖：

16、 根據(jù)主軸尺寸，查機(jī)床附件手冊選取頂尖d115。9.2、三爪卡盤： 根據(jù)加工工件最大直徑，并考慮主軸外形尺寸，查機(jī)床附件手冊選三爪卡盤k11 200/c6。第十章、刀架的設(shè)計(jì)10.1、刀架的基本要求： 1、轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全； 2、減少換刀動作對加工范圍的干擾，時(shí)間短，以減少非加工時(shí)間。 3、按最短線路就近造位，轉(zhuǎn)位時(shí)間短； 4、刀具重復(fù)定位精度高，裝卸、調(diào)整、維修方便，并能得到清潔的維護(hù)；5、識刀、選刀可靠，換刀動作簡單可靠；6、刀庫刀具存儲量合理、刀庫占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀； 7、防水防屑，密封性能優(yōu)良；轉(zhuǎn)位定位，切削，防漏和可靠性能等項(xiàng)目的動態(tài)和靜態(tài)特性能

17、保證性能優(yōu)良；10.2、刀架的功用： 刀架是各類車床的核心附件。通過減速機(jī)構(gòu)和行星機(jī)構(gòu)，馬氏機(jī)構(gòu),或凸輪機(jī)構(gòu)來完成刀架的松開、抬起、轉(zhuǎn)位、定位和夾緊動作。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能，切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的實(shí)際和制造的技術(shù)水平。10.3、夾緊力的計(jì)算： 為了保證車床刀架和各項(xiàng)使用性能要求，必須對刀架的夾緊力、最大切削扭矩、單位轉(zhuǎn)位時(shí)間和定位精度等內(nèi)容進(jìn)行分析計(jì)算。10.4、刀架使用時(shí)的注意事項(xiàng)： 10.4.1、安裝和調(diào)試： （1）刀架需要安裝在配套的中心拖板上。安裝應(yīng)保證刀架刀盤上的刀具刀尖與機(jī)床主軸中心等高；一般刀在刀架于中心拖間加墊板來調(diào)整，墊板的厚度由用戶車床實(shí)際的

18、中心高度來確定。 （2）刀具與機(jī)床用4個(gè)螺釘和兩個(gè)圓銷連接。中間沒有過渡墊板，在刀架剎緊的狀態(tài)下，應(yīng)調(diào)整軸線與機(jī)床主軸軸線平等度。在0.02mm以內(nèi)。 （3）在刀盤上安裝刀架和刀具時(shí)，應(yīng)最大限度的包車重量平和，使刀架轉(zhuǎn)動平衡和防止刀盤過沖。 （4）刀架發(fā)條裝置在出廠前已經(jīng)調(diào)好，一般不要隨意調(diào)整。 （5）數(shù)控系統(tǒng)與發(fā)訊號系統(tǒng)連接時(shí)，必須注意線頭標(biāo)號。 （6）刀架安裝完畢后，首先應(yīng)接線試機(jī)。電源接通后，如果發(fā)現(xiàn)刀架不能轉(zhuǎn)動，應(yīng)立刻關(guān)閉電源，調(diào)換電機(jī)電源相序，再進(jìn)行試機(jī)。 10.4.2、維護(hù)和保養(yǎng)： （1）為了持機(jī)床工作時(shí)的精度和安全，應(yīng)定期對刀架作精度檢查，一般一年一次為好。 （2）定期對刀架各個(gè)

19、運(yùn)動部位添加足夠的潤滑脂，以一年添加一次為好。 （3）一年保養(yǎng)電機(jī)一次，其中包括檢查，潤脂，和更換軸承等。 （4）刀具切削力不應(yīng)超過額定值。否則，會引起刀架變形，使加精度降低，使之損壞刀具和刀架。 （5）每班清掃刀盤上的鐵屑。 10.4.3、故障及排除： （1）刀架無法啟動： a：檢查電機(jī)電源是否接通； b：檢查電機(jī)電源相序是否接對； c：檢查電機(jī)線圈的阻抗，當(dāng)線圈短路或者斷路時(shí)應(yīng)更換電機(jī)； d：電機(jī)啟停頻繁而過熱，熱敏電阻保護(hù)裝置指示電機(jī)停轉(zhuǎn)，應(yīng)等待電機(jī)冷卻之后再啟動； e：檢查發(fā)訊裝置的接口線路是否暢通。 （2）刀架無法停在預(yù)選位置上： a：檢查刀盤上的刀夾和刀具安裝是否平衡； b：檢查發(fā)

20、序裝置磁鋼與霍爾元件是否錯位或者損壞； c：檢查電磁離合器是否通電。 （3）刀盤無法剎緊： a：檢查發(fā)訊裝置磁鋼與霍爾元件的位置是否對正； b：檢查電磁離合器是否通電； （4）刀架連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)無法停止： a：檢查系統(tǒng)線路是否暢通； b：調(diào)換磁鋼正反面。 10.4.4、刀架的基本原理 手柄1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，通過銷子2帶動軸套3、4和斷面凸輪5回轉(zhuǎn)，抬起定位銷7；繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手柄1，銷子8帶動四方刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位后靠彈簧10將鋼球9壓在刀架錐孔內(nèi)，使刀架初定位。然后順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動手柄1，端面凸輪被復(fù)位，定位銷7在彈簧6的作用下，重新插入另一定位孔內(nèi)進(jìn)行定位；繼續(xù)轉(zhuǎn)動手柄1，則依靠螺紋夾緊刀架。第十一章、

21、尾座的設(shè)計(jì)11.1、橫梁導(dǎo)軌的選擇： 根據(jù)機(jī)床機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，初步定為雙三角形的導(dǎo)軌，且有以下特點(diǎn)： （1）用導(dǎo)軌的一平面來承受較大的顛覆力矩，且占有較少床身面積，制造簡單。 （2）三角形導(dǎo)軌會自動補(bǔ)償磨損量，不會產(chǎn)生間隙。 （3）這樣的導(dǎo)軌相當(dāng)于矩形和三角形的組合導(dǎo)軌，導(dǎo)向性好，剛度高，制造方便，應(yīng)用廣，如車床、磨床、龍門銑床的床身導(dǎo)軌。 （4）導(dǎo)軌的各項(xiàng)參數(shù)由具體情況而定。 導(dǎo)軌材料的選擇： 選用塑料涂層導(dǎo)軌，引起有較高的耐磨性、硬度、強(qiáng)度、和熱導(dǎo)率，在無潤滑油的情況下，能防止爬行，改善導(dǎo)軌的運(yùn)物特性，特別是低速平衡性，以保證導(dǎo)軌的耐磨性和使用壽命。 采用靜壓導(dǎo)軌，導(dǎo)軌應(yīng)預(yù)緊，以提高承載能力、

22、運(yùn)動精度和剛度，導(dǎo)軌采用強(qiáng)制潤滑。11.2、尾座的設(shè)計(jì)與說明： 尾座安裝在床身的右邊的尾座導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌縱向調(diào)整其位置。尾座是用于安裝頂尖式鉆頭、中心鉆、鉸刀等孔加工刀具的。用手推動可沿床身導(dǎo)軌座縱向移動；拉緊手把，通過偏心軸、絲杠可將尾座固定床身導(dǎo)軌的需要位置上，為使尾座固定可靠，擰緊螺母。 轉(zhuǎn)動手輪，使套筒退到最后位置，頂尖或刀具被絲杠前端頂松而取出，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動手柄可鎖緊套筒。 為滿足夾緊和精度的要求選擇莫氏頂尖。11.3、手輪的選擇： 手輪由鍵連接到螺紋軸上，選擇的鍵為：b410gb1096-79 手輪的型號：gb1095-79 圓輪緣手輪。 手輪上裝有手柄，選用型號為：jb/t7

23、270.5-94的轉(zhuǎn)動手柄。11.4、手柄球的選擇： 根據(jù)力的大小和精密車床的大小，選擇型號為：jb/t7271.1-94 a型的m14，d=40mm的手柄球。第十二章、數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)12.1、數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成 數(shù)控加工的加工精度高，生產(chǎn)率高，能減輕操作者勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高，它的發(fā)展和運(yùn)用，影響著制造業(yè)水平高低，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，所以非常值得我們?nèi)パ芯?。任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，有了硬件、軟件才能有效的運(yùn)行。 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬

24、件電路概括起來有以下四部分電路組成： 1）中央處理單元cpu； 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，包括只讀可編存儲器和隨機(jī)讀寫存儲器； 4）i/o，輸入/輸出接口電路； 其中cpu時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作，存儲器用于存放系統(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接口使系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，總線則是cpu與存儲器接口及其它轉(zhuǎn)換電路連接的紐帶，是cpu與部分電進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。 在國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，由于z80cpu以及mcs-51單片機(jī)記載我國機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，

25、其配套芯片價(jià)廉，普及性強(qiáng)，通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車床改造的需要，該床以8031組成的單板機(jī)作為數(shù)控控制系統(tǒng)。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件主要由3部分組成：（1）電源系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的控制電源是數(shù)控系統(tǒng)硬件的重要組成部分，也是在維修中常常出現(xiàn)問題的部分。數(shù)控機(jī)床的電源系統(tǒng)有交流與直流兩個(gè)部分。1）交流電源。是控制系統(tǒng)提供能源的器件，也是給伺服驅(qū)動提供能源的器件。交流電源上也有各種保護(hù)及切換裝置；有短路、隔離及失壓保護(hù)。這個(gè)交流電源向伺服系統(tǒng)供電時(shí)，一定要注意有晶閘管器件的裝置的供電相序，一旦程序接錯，有晶閘管器件就失去了同步的關(guān)系，造成故障。2）直流電源。直流電源作為控制用多為開關(guān)穩(wěn)

26、壓電源，有5v、24v、15v等電壓，各設(shè)備的電壓情況不盡相同，例如 crt上供電電壓有的是 24v，有的是交流 110v或 220v。所以，盡可能地看好各端子供電電壓的要求。電源非常重要，一旦出錯會造成不可彌補(bǔ)的損失。還有是對伺服供電的直流電壓，它大多數(shù)是經(jīng)伺服變壓器及整流裝置所獲得的。3）電池電源。由于數(shù)控裝置中有些信息要在機(jī)床斷電情況下進(jìn)行保持，因此有一部分ram區(qū)用電池來進(jìn)行數(shù)據(jù)保持，這些電池多數(shù)是鋰電池，壽命長，但電量小。這部分電池也可用普通電池經(jīng)二極管降壓達(dá)到所需電壓值來代替，但一定要注意壽命。電池必須在通電情況下進(jìn)行更換，否則數(shù)據(jù)就會丟失，這一點(diǎn)與常規(guī)習(xí)慣不同，更換時(shí)要注意不產(chǎn)生

27、短路現(xiàn)象。在電源系統(tǒng)中，還有一個(gè)關(guān)鍵的裝置，就是控制電壓的穩(wěn)壓設(shè)備，也時(shí)常出現(xiàn)修復(fù)問題。 （2）控制系統(tǒng)這里所指的控制系統(tǒng)是指數(shù)控裝置中信號產(chǎn)生、處理、傳輸及執(zhí)行過程所涉及到的單元及各單元的聯(lián)系手段。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，如果有這方面的資料，特別是圖紙，那么就好辦多了，我們可以認(rèn)真研讀圖紙，弄清它的主要電氣原理，把一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)的大體情況刻劃出來，分成各種各樣的功能框，然后對每一個(gè)功能框的輸入、輸出信號進(jìn)行分析，找出各功能框在總體中的地位以及各功能框之間的聯(lián)系。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床不提供圖紙，沒有有關(guān)硬件的資料，甚至于連芯片的型號也很難查到，在這種情況下維修就十分困難。例如，一個(gè)旋轉(zhuǎn)刀庫驅(qū)動系統(tǒng)有了問題

28、，首先分析故障的可能性，測量驅(qū)動板的各部件電壓，縮小范圍，進(jìn)行測繪，再分析其工作原理及故障的原因。伺服系統(tǒng)的維修，比起主板的維修容易些，特別是用模擬量的控制板就更容易。因?yàn)榇蠹覍λ欧到y(tǒng)的原理比較清楚。不論哪個(gè)公司的伺服系統(tǒng)，雖然外觀不同，但基本模式是相同的，另外這一塊的輸入輸出也是非常清楚的。最后就是 plc的修理。 plc綜合信號來自于 nc、外圍各種開關(guān)信號以及各種邏輯處理器的輸出信號。plc的輸出信號用以控制電磁閥、繼電器、各種指示器及電機(jī)，并把有關(guān)的狀態(tài)反饋給nc。plc是一個(gè)具有相對獨(dú)立性的獨(dú)立單元，維修相對方便。（3）獨(dú)立單元獨(dú)立單元是指能夠以簡單的適配關(guān)系與系統(tǒng)中其他部分結(jié)合在

29、一起的部分。例如nc系統(tǒng)、外接plc、伺服單元、電機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、光柵系統(tǒng)、脈沖編碼器、紙帶閱讀機(jī)、操作面板等。對于一個(gè)獨(dú)立單元應(yīng)了解它的電源聯(lián)接，所有輸入輸出信號線的功能，信號的類型、性質(zhì)和機(jī)床運(yùn)行中各種狀態(tài)變化的情況，即掌握其“接口”。就伺服單元而言，它有電源、速度反饋線、設(shè)定線、允許信號線、準(zhǔn)備完成應(yīng)答線等等。但是，是伺服系統(tǒng)問題還是其他器件的問題，一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)就是vcmd，vcmd就是nc送來的速度指令信號。在模擬的控制中，它就是一個(gè)一10v10v的信號，這個(gè)信號就是判斷伺服系統(tǒng)好壞的一個(gè)關(guān)鍵參考點(diǎn)。沒有這個(gè)信號，伺服就不應(yīng)該運(yùn)動。如果有了這個(gè)信號，而伺服還不動，就是伺服的問題。當(dāng)然，

30、在實(shí)際維修中并不如此簡單，但是基本原理就是這樣。所以如何把故障范圍縮小下來，這是維修的第一步，也是最最重要的問題。再者，我們判斷一個(gè)增量編碼器是否完好，那就是看一看與脈沖編碼器相聯(lián)的8根線上的信號有沒有，都是什么樣的波形，波形有多高，負(fù)載能力如何。這就可以肯定是不是脈沖編碼器的故障。這里順便提一下，要注意倍頻的問題，也就是要注意脈沖編碼器出來的頻率，如果脈沖編碼器出來的頻率不對也會測不出準(zhǔn)確的尺寸，所以要測一下脈沖頻率。測速發(fā)電機(jī)的直流電壓大小代表轉(zhuǎn)速，所以首先要查一下這個(gè)線性關(guān)系是否正確，然后就要注意波形情況及干擾情況。測速發(fā)電機(jī)中的炭刷磨下的粉末，一旦集中在換向器的槽中，就會使測速發(fā)電機(jī)的

31、繞組出現(xiàn)短路。這樣，隨著轉(zhuǎn)動電壓會產(chǎn)生很大的變動，引起機(jī)床的強(qiáng)烈振動。12.2、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為什么要擴(kuò)展？ mcs-51單片機(jī)具有很強(qiáng)的功能，但片內(nèi)rom、ram的容量、并行i/o口的數(shù)量等畢竟有限，在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用場合，僅靠單片機(jī)的片內(nèi)資源已顯得不夠，一般都需要擴(kuò)展，且8031無片內(nèi)rom，使用時(shí)必須外擴(kuò)程序存儲器。 （1）擴(kuò)展的一般問題 單片機(jī)要正確擴(kuò)展功能需要注意以下幾點(diǎn)： 1）一腳多用：擴(kuò)展是通過接口來實(shí)現(xiàn)的，而51單片機(jī)由于芯片引腳數(shù)有限，一般都一腳多用。要向正確擴(kuò)展必須先搞清楚接口引腳的特性。 2）特殊的cpu時(shí)序：由于單片一腳多用的特點(diǎn)，有的口既作地址，由輸入/輸出數(shù)據(jù)

32、，因此時(shí)序也較特殊，尤其是外部rom的讀周期，外部ram的讀/寫周期，深入了解名信號線間外序配合，正確正確實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部芯片互聯(lián)關(guān)鍵。 3）三總線的接法：單片機(jī)在外部線上設(shè)計(jì)由三總線，已被系統(tǒng)擴(kuò)展用，圖示是51系列單片機(jī)為擴(kuò)展系統(tǒng)提供的三總線方式：地址總線（ab）由p2口提供地址的高8位，p0口提供地址的低8位，共同組成16位地址線，故外部擴(kuò)展最大相尋址范圍64kb。數(shù)據(jù)總線（db）-由p0口提供，p0口為復(fù)用口，分時(shí)提供低8位地址和數(shù)據(jù)，故系統(tǒng)工作時(shí)需要外接鎖存器鎖存低8位地址信息。地址鎖存信號ale，片外rom取指令信號psen及片外ram讀/寫控制信號ale，片外rom取指令信號pse

33、n及片外ram讀/寫控制信號rd/wr等，使用時(shí)應(yīng)特別注意區(qū)別。 （2）單片機(jī)外部功能的擴(kuò)展 存貯器的擴(kuò)展 1）eprom芯片:常用的eprom芯片有intel公司的2716（2kb*8）、2732（4kb*8）、2764（8kb*8）、27128（16kb*8）、27256（32kb*8）和27512（64kb*8）。其中27是芯片代號，后兩位數(shù)字代表存儲容量。eprom存儲器地址范圍實(shí)際上是根據(jù)連接情況確定其最低地址和最高地址。2）ram用于存貯加工程序概述：存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。這種存儲器在斷電時(shí)將丟失其存儲內(nèi)容，主要用于存儲短時(shí)間

34、使用的程序。 按照存儲信息的不同，隨機(jī)存儲器又分為靜態(tài)隨機(jī)存儲器（static ram,sram)和動態(tài)隨機(jī)存儲器（dynamic ram,dram)。ram特點(diǎn)：隨機(jī)存取：當(dāng)存儲器中的消息被讀取或?qū)懭霑r(shí)，所需要的時(shí)間與這段信息所在的位置無關(guān)。相對的，讀取或?qū)懭腠樞蛟L問（sequential access）存儲設(shè)備中的信息時(shí)，其所需要的時(shí)間與位置就會有關(guān)系。易失性：當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)ram不能保留數(shù)據(jù)。如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它們寫入一個(gè)長期的存儲設(shè)備中（例如硬盤）。ram和rom相比，兩者的最大區(qū)別是ram在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失，而rom不會。高訪問速度：現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲器幾乎是

35、所有訪問設(shè)備中寫入和讀取速度最快的，取存延遲也和其他涉及機(jī)械運(yùn)作的存儲設(shè)備相比，也顯得微不足道。需要刷新：現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲器依賴電容器存儲數(shù)據(jù)。電容器充滿電后代表1(二進(jìn)制)，未充電的代表0。由于電容器或多或少有漏電的情形，若不作特別處理，數(shù)據(jù)會漸漸隨時(shí)間流失。刷新是指定期讀取電容器的狀態(tài)，然后按照原來的狀態(tài)重新為電容器充電，彌補(bǔ)流失了的電荷。需要刷新正好解釋了隨機(jī)存取存儲器的易失性。對靜電敏感：正如其他精細(xì)的集成電路，隨機(jī)存取存儲器對環(huán)境的靜電荷非常敏感。靜電會干擾存儲器內(nèi)電容器的電荷，引致數(shù)據(jù)流失，甚至燒壞電路。故此觸碰隨機(jī)存取存儲器前，應(yīng)先用手觸摸金屬接地。 3）8255與單片機(jī)間有3

36、組連成：d7-d0 8根數(shù)據(jù)線依次與p0口的p0.7-p0.0一一對應(yīng)連線，rd、reset等3根控制線與單片機(jī)的同外引腳互連，片選段cs直接接低電平而始終被選中。 4）面板操作鍵 面板操作鍵與8031的p1接口，sb1-b2為手動操作進(jìn)給鍵，分別完成人工操作的x進(jìn)給，運(yùn)行時(shí)按下此鍵，可中斷程序的運(yùn)行，sa1是一個(gè)兩位開關(guān)，用于單段/連續(xù)控制，置于“單段”位置時(shí)，每運(yùn)行一個(gè)程序就暫停，只有按下啟動鍵，才繼續(xù)運(yùn)行下一個(gè)程序段，單段工作方式一般用于檢查輸入的加工程序，sa1置于“連續(xù)”位置時(shí)，程序仍將連續(xù)執(zhí)行。 （3）鍵盤/顯示器與單片機(jī)的連接 鍵盤/顯示器與單片機(jī)的連接是通過鍵盤/顯示器接口芯片

37、8279接口的，顯示器由8位led數(shù)碼管組成，由于8279的段選線b0b3，a0a3驅(qū)動能力不足，譯碼器74ls138的輸出驅(qū)動能力不夠，所以外加8708接口于位選線和段選線之間。當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)，鍵輸入的數(shù)據(jù)便通過返回線rlo-rl3進(jìn)入8279的fifo/傳感器ram，并發(fā)出中斷請求信號irq。由于irq連載8031的int端，所以當(dāng)irq有效時(shí)，8031接到中斷信號便可進(jìn)行鍵盤服務(wù)。 （4）功率放大電路 功率放大電路選用雙電源型。雙電源型采用高低電壓供電路。 在功率放大器導(dǎo)通初始，v1、v3、v4全導(dǎo)通，并使脈沖變壓器b的幅邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使v2導(dǎo)通，高壓電源eu通過v2,

38、v1為步進(jìn)電機(jī)某一向繞組供電，使其電流上升變陡。同時(shí)vd處于反向偏置將低電壓en與繞組la切斷，經(jīng)過tb時(shí)間以后脈沖電流消失，使v2截止，高壓電源與繞組之間被切斷，en通過vd，v1為繞組la供電，提供所需的額定電流，通過調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和r4可改變高壓供電時(shí)間寬度tt。結(jié) 論光陰似箭，日月如梭，不知不覺間，三年的自考本科生活就過去了，回想起這三年來自己所經(jīng)歷的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，真是感概萬千。學(xué)習(xí)期間有成功也有失敗。過去的時(shí)光或許我們沒有充分的利用，回想起所學(xué)的知識，也是一個(gè)籠統(tǒng)的概念。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們對自己的專業(yè)也有了更深入的理解和掌握，在這次設(shè)計(jì)中，融入了幾乎所有的知識，是對大學(xué)知識的一個(gè)貫通。讓我們學(xué)到