CA6140車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì)說明書

1、CA6140車床數(shù)控改造設(shè)計(jì)說明書目錄2設(shè)計(jì)要求2. 1總體方案設(shè)計(jì)要求2. 2設(shè)計(jì)參數(shù)23其它要求3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算3. 1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)3. 2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型10321確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量10333橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟14334齒輪有關(guān)計(jì)算16334 (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算204.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型2341步逬電動(dòng)機(jī)選用的基本原則2342步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折245主軸交流伺服電機(jī)245J機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的確定265. 2主軸的變速范圍2653初選主軸電機(jī)的型號(hào)275.4主軸電機(jī)的校核276.微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2861

2、控制系統(tǒng)的功能要求286. 2硬件電路的組成286. 3 StK兌明317安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題3171滾珠絲杠副的特點(diǎn)317.2檢絲杠螺母副的選擇3273滾珠絲杠螺母副的調(diào)整327. 4聯(lián)軸器的安裝327. 5主軸脈沖發(fā)生器的安裝32結(jié)論35參考文獻(xiàn)36數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，增加了功能，提高了性能，簡化了結(jié)構(gòu)較好地解決形 狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn) 率，其應(yīng)用越來越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：(1)數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；(2)目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而

3、長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；(4)通用數(shù)控機(jī)床對某一類具體生產(chǎn) 項(xiàng)目有多余功能。要較好的解決上述問題，應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通 機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：(1)改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增 功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；(2)適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；(3)自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工 精度高、生產(chǎn)效率高；(4)降低對工人的操作水平的要求；(5)數(shù)控改造費(fèi) 用低、經(jīng)濟(jì)性好；(6)數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大

4、的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率不 到3%。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期 長,從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力,直接影響一個(gè) 企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響 企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的普通車床(如C616 , C618 , CA6140)等是金厲切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向逬給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而 來，通過進(jìn) 給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn) 給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào) 整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削 次序也由人工控制。對普通車床進(jìn)行數(shù)控化

5、改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能 獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的逬給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這 樣，利用數(shù)控裝置， 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令逬行切削加工。由于加 工過程中的切削參數(shù)，切削次序 和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向逬給聯(lián)動(dòng)的功能， 數(shù)控改裝后的 車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件， 并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn) 效率和加工精度,也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。2設(shè)計(jì)要求2.2.1 1總體方案設(shè)計(jì)要求且替代下的機(jī)床閑起來又會(huì)造成浪費(fèi);(3)在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選

6、擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的選擇等。(1)普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、0弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循壞加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。(2)車床數(shù)控化改裝后厲于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。(3)根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中,MCS51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選MCS51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。(4)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

7、中除了CPU夕卜，還包括擴(kuò)展程序 存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的 鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信恵的顯示器，包括光電隔離電路和步逬電 機(jī)9區(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔 助電路。(5)設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。(6)縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠 螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。(7)為了保證逬給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高 的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也 應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。(8)采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)

8、軌的摩擦力。2.2. 2 2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參現(xiàn)列出CA6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù):技術(shù)參數(shù)在床身上名稱400mm工件最大直徑在刀架上210mm滑板行程I橫向650;900;1400;1900mm頂尖間最大距離宋制螺紋mm112 (2 0加工螺紋范圍5英制螺紋t/m模數(shù)螺紋mm徑節(jié)螺紋t/m最伕通過直徑錐度主軸2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范縱向級數(shù)逬給量5縱向范圍橫向級數(shù)650;900;1400;1900mm種）224 （20種）0. 253 （11種）7 -96 （24種）48mm莫氏6#2410一1400r/min1214一1580r

9、/min64640. 014-316mm/r320mm2418X1000X 1267mm圓度工作精度，圓柱度I平面度表面粗糙度Ra改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:刀架5最大回轉(zhuǎn)角90OL刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面BxH25x25mmr頂尖套莫氏錐度5#尾座10mm最大行程140mm外形尺寸0. 01mm200:0. 020.02/ (p300mm1. 6一3. 2pm電動(dòng)機(jī)功率主電動(dòng)機(jī)總功率7 5kw7 84kw最大加工直徑在床面上在床鞍上最大加工長度快進(jìn)速度最大切削進(jìn)給速度溜板及刀架更力代碼制脈沖分配方式輸入方式負(fù)向縱向黃向縱向橫向ISO逐點(diǎn)比較法增量值、絕對值通用400mm210mm1000

10、mm2.4m/niin0. 5m/min0. 25m/min800N600N控制坐標(biāo)數(shù)自動(dòng)升降速性能2323其它要求(1)原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量，以降低成本縮短改造周期。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正 安裝調(diào)試、拆卸方便需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算3.3. 1 1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)逬給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱溜板箱溜板刀架等改造 的方案不是唯的。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。脈沖當(dāng)量0. 01mm/脈沖橫向0 005mm/脈沖機(jī)床

11、定位精度0. 015mm刀具補(bǔ)償量0 mm一99. 99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量縱向015mm橫向0. 075mm進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠、光9Z29杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安 裝在車床尾座端原 來裝軸承座的部分。溜板箱部分：全部拆除,在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分作按鈕。橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向逬給滾珠絲杠母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相 連。刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。3.3. 2 2橫向逬給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型進(jìn)

12、給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步逬電機(jī)的計(jì)算和選型 等。計(jì)算 簡圖如下圖所示：N414圖(4進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖3.3. 2.2. 1 1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)彳瑯件產(chǎn)生的進(jìn)給量(它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用的脈沖當(dāng)量為0. Olmm/step和0, 005mm/step,在CA6140的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量fp為0. Olmm/step.橫向脈沖當(dāng)量為fp=O. 005mm/stepo 3.2.2橫向滾

13、珠絲杠螺母劃的型號(hào)選擇與校核步驟(1)(1)型號(hào)選擇1)最大工磧荷計(jì)算由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k二L4 f =0. 05J1為工作臺(tái)逬給方向載荷,FI=2141町v=5360KFc=1340N,G=60kg, t=15000h,最大工作載荷：Fm二kFl+f (FV+2FC+G)二1-4x2144+0.05(5360+2x1340+9.8x75)=34404N2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算V橫=1400 r/minxO. 79mm/ r=1106mm/minn橫絲二V橫xl/2/Lo縱二1106x1/2/4=13反25r/minzJ2Jso oqL=60nt/=60 xl38.25x15000/106二

14、124-43OVtfmFm12T43xL5x3440-4二257637N初選滾珠絲杠型號(hào)為：CD50X6-3. 5-E其基本參數(shù)為Dw=3. 969mm, A=2 1T , Lo=6mm, dm=50mm,圈數(shù)x列數(shù)x3. 5x1橫向滾珠絲杠的校核1）傳動(dòng)效率n計(jì)算n =tgA/tg (A+ (p) =tg2olK /tg (2o : !/ +10* ) =93%2)剛度驗(yàn)算1.絲杠的拉壓變形量61二土FmxL/EA二3440 4x320/20 6xl04xnx252=0 0027mm2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量62=0. 0013 X =E=I DwPyjzW5 440且=000圧沁乂誓=

15、0. 0070mm在這里FYj=Fm/3=335Z6/3=1118NZ=ndm/Dw=3. 14x 50/3.969=39. 5671=39. 56x35x1=138, 48絲杠的總變形S6=61+62=0. 0027+0. 0070=0. 0097mm0. 015mm查表知E級精度允許的螺距誤差為0 015mm,故所選絲杠合格323323齒輪有關(guān)計(jì)算（1 1）縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算1）有關(guān)齒輪計(jì)算由前面的條件可知：工作臺(tái)重量：W=80kgf=800N（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算）滾珠絲杠的導(dǎo)程：Lo=12mm步距角：a=0 757ste p脈沖當(dāng)量：6p=0. Olmm/step快速進(jìn)給速度：Vma

16、x=2m/min所以（變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比（3-9）Na - 260 5 p *SdOXO. 01一厶齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下：11=32 ,72=40,模數(shù)m=2mm齒寬b二20mm壓力角g20。齒輪的直徑di=mzi=2x32=64mmd2=mzi=2x40=80mm da2=di+2ha*=68mmda2=d2+2ha*=84mmA . dl十42 64-hSO ra兩齒輪的中心矩滬-=一Z一=72mm2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：ISO 6 pJ -w (小)2_- ；- ；- 2-:-匸_ft_)2 x80 x -0467kg cm2(3-10 )對材料為鋼

17、的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算：J=7 8x10 4D4L kg cm2(3-11)式中D圓柱形零件的直徑fCmL-一零彳牛的軸向長度,cm所以，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jl=7. 8X10-4+D4LI二7 8x10-4x324x1403二1L475 kg. cm?齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jz訐7 8X10 4x6 44x2=2 617 kg. cm?121=7. 8x10-x84x2=639 kg.enV電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可忽略。因此，折算到步逬電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=(l/P)( Js+Jz2 )+Jzl+Jl= (1/2.52)(11.475+639)+2.617+0. 467=5. 942

18、 kg cm2=59 42N - cm?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M=Mamax+Mf+Mo最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M二Mat+Mf+Mo+Mt快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M二Mf+Mo式中，Mamax空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩；Ma折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩；Mf折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩；Mo由絲杠預(yù)緊所引起折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩;Mat切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩；Mt折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；Ma=iiO 4N m(3-12)m -B j-式中，J轉(zhuǎn)動(dòng)慣蠹kg. cm?n-絲杠轉(zhuǎn)速j/minT時(shí)間常數(shù),S當(dāng)n二nmax時(shí)Ma二Mamaxrimau邏嚴(yán)

19、二二416. 7 r/min5. 942X41&7Mamax= 9. 6X0. 025= 2 49 N - m當(dāng)n=nt時(shí)，Ma=matX Q*V b亠-化主 8rtH8s8 + + meme橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算1）有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知：工作臺(tái)更量：W=30kgf=300N（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算）滾珠絲杠的導(dǎo)程：Lo=4mm步距角：a=0 - 757ste p脈沖當(dāng)量：6p=0. 005mm/step快速進(jìn)給速度：Vmax=lm/min所以，變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比釜二？i長齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下：Zi=18 , Z2=3O,模數(shù)m=2mm齒寬b=20mm壓力角g20di=36mm d2

20、=60mmdal =40mm da2=64mm a=48mm 2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到步逬電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：ISO s pJi=wrv2=（證爰靂）2 x30 x蠢=0. 0439 kg. cm2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Js=7. 8x10-4x24x50=0. 624 kg. cE齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jz訐7 8X10 4x3 64x2=0 262 kg. enVIz, =7.8x10-4x64x2=2. 022 kg. cm?電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可忽略。因此，折算到步逬電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=(l/P)( Js+Jz2 ) +Jzl+Jl=( f )2 +0.262+0.0439=1.

21、258 kg.cm2=12. 58N- cm?3)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算VmaxE J. 000 .5nmax二s一X E =416 7 r/min: L0 4二0 2184N - m=2 - : L8kgf cm337 r/minMat二i04=0. 0： 174Nm=0. 174 kgf. cm漳去緩辛o. 287kgf. cm=0. 028N. mMLPS； *RI丸刃啟-m242kgf cm -1. 024 N. m所以，快速空載啟動(dòng)所需力拒M = Mamax+Mf+Mo=2. 18+0. 287+0. 065=2. 532kgfcm =2532 N. cm切削時(shí)所需力矩M = Mat+Mf

22、+Mo+Mt=0J74+0. 287+0. 649+10. 242=11352kgfcm=l 13. 52 Nxm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩0. 624+2. 022JOS - - 4XOX4rXS si Mo= FS石石 J：x(l-0. 92)=0. 649kgf. cm =0. 065N. mM = M什M0二0. 287+0-649 =0. 936kgfcm = 936Nxm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)Mmax=2. 532 kgfcm =25.32 Nxm4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型4.4.1 1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則合理選用步逬電動(dòng)機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電動(dòng)

23、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)僅就選用步逬電機(jī)最基本的原則介紹如下：4 4丄1 1步距角a a步距角應(yīng)滿足aV 丄號(hào)旦(4-1)式中，傳動(dòng)比am in一系統(tǒng)對步逬電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角4.4. 1.1. 2 2精度步逬電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量,累積誤差是指轉(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)角之差的最大值用累積誤差衡量精度比較實(shí)用所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足：emMLo/03-0. 5（4-3）式中,Mq電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩MLo電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（4 ）所示，表中MM為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜載

24、矩是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。運(yùn)行方式相數(shù)3 33 34 44 45 55 56 66 6拍數(shù)3 364 485 510612Mg/Mjm0.50.50. 8660. 7070. 7070. 8090. 9510. 8660. 866表（4）步逬電動(dòng)機(jī)相數(shù)拍數(shù)啟動(dòng)力矩表在要求的運(yùn)行瀕率范S內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行運(yùn)行力拒應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力拒 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。4.4. 1.41.4啟動(dòng)頻率由于步逬電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率隨S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：Ftfopm（4-4）式中，一極限啟動(dòng)頻率.f pm要求步逬電動(dòng)機(jī)最

25、高啟動(dòng)頻率。4.4. 2 2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折4.4. 2.2. 1 1 CA6140CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步逬電機(jī)的確定21 /29M二磐二年于=63. 3 N. cmF 0-40M電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm = 0 -866所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)拒Mjm為：一=113r/min這里nj為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為:Mjm二熬7二 )7=73. 09 N. cmo-see步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率:XVKLAX尬尸喬石二1000 onoo n u. 60X0;005. =3333. 3 Hz為了便于設(shè)計(jì)和采購，仍選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能

26、滿足使用要求。5主軸交流伺服電機(jī)主軸能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低$專速之比稱為變速范E Rn ,即Rn二nmax/nmin,數(shù)控機(jī)床的工藝范S寬,切削速度與刀具工件直徑變化 很大，所以主軸變速范圍很寬。由 丁-Nmax=1800 nmax=14Nma.x/nj=2nj/mi n(5-1)5.5. 1 1主軸的變速范Rn= n max /nj(5-2)主軸電機(jī)的功率是：7 5kw5.5. 2 2初選主軸電機(jī)的型號(hào)選主軸電機(jī)的型號(hào)為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為1HP6167-4CB4，連續(xù)負(fù)載PH/KW=145，間隙負(fù)載(60% ) /kw=17. 5kw,短時(shí)負(fù)載(20min )/k

27、w=19 - 25kw額定負(fù)載n/r ;min i二5000,最大轉(zhuǎn)速nmax/r/min=8000,額定轉(zhuǎn)矩277N n慣性矩0 206/kg m2晶體管PWM變頻器型 號(hào)為6SC6058-4AA025353主紬電機(jī)的校核電動(dòng)機(jī)恒恒功率調(diào)速范圍：Rn= n max/ nmin=8000/5000 =16所以所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。6微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6.6. 1 1控制系統(tǒng)的功能要求(1) Z向和X向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制(2)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制(3)螺紋加工控制(4)行程控制(5)鍵盤及顯示(6)面板管理=1800/113=15.9(7)其他功能：光電隔離、功率放大

28、、報(bào)警、急停、復(fù)位。6.6. 2 2硬件電路的組成：后面所畫大圖采用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。 電路的組成如下：(1) CPU釆用8031芯片;(2)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2764兩片，6264-片；(3)擴(kuò)展可編程接口芯片8155兩片；(4)地址鎖存器，譯碼器個(gè)一個(gè)；(5)鍵盤電路，顯示電路；(6)光電隔離電路，功率放大功率；(7)越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路；(8)面板管理電路。6.6. 3 3設(shè)計(jì)說明(1) CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128字節(jié)”因此”擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器2764兩片(16KB)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264 ( 8KB )一

29、片。8031的I/O口也不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也 擴(kuò)展了兩片8155可編程接口芯片。(2)采用74LS138三一一八譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。2764 (1)、2764 ( 2)、6264、8155 (1)和8155 ( 2)的片選信號(hào)分別接到譯碼器的YOY4/74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2. 5、P2. 6、P2. 7。(3)由于2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線，A0、A7低8位接74LS373芯片的輸出。A8-A12接8031芯片的P2. 0-P2. A , 74LS373地址鎖存器在選通信號(hào)ALE在高電平時(shí)直接傳送8031P0口低8位地址，

30、當(dāng)ALE在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低8位地址鎖存器，此時(shí)，Po口可用來向 片夕M專送i須齷(4)接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接及設(shè)計(jì)說明如下：8155 ( 2)叭0、PA 7輸出的指令脈沖通過光電隔離電路和功率放大電 路直接驅(qū)動(dòng)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的共八相繞組。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配 器方式，雖然運(yùn)行速度慢一些，但可以省去兩個(gè)硬件環(huán)形分配器，電路比較簡 單，由于步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組需和一個(gè)I/O接口相連，以便與控制寄存器中 某一指定相位對應(yīng),因此，占用的I/O口數(shù)量較多。8155 ( 2)的PC 0PC 5作為顯示器位選信號(hào)，顯示器的段選信號(hào)則由8031的Pl. 0-P1. 7發(fā)出，8155的PB.

31、 0、PB. 3是鍵盤掃描輸入。行程限位報(bào)警信號(hào)+Z, Z, +X, X分別通過8155 ( 2)的PB4PB. 5, PB6PB. 7提岀中斷請求，根據(jù)不同的中斷口可以直接識(shí)別行程的方 向，此時(shí)相應(yīng)的紅燈報(bào)警。8155小的PC. 0PC. 3接自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架(四方刀架)，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架需要 換刀時(shí)，由PC. 0PC.3發(fā)岀換位信號(hào)，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到 達(dá)指定的刀位。刀架夾緊后，即發(fā)岀回答信號(hào)，表示己完成換刀過程，可以進(jìn) 行切削加工。換刀回答信號(hào)經(jīng)8155 (1)的PB.5輸入計(jì)算機(jī),控制刀架開始 進(jìn)給。8155 (1) PA.0-P込接控制面板上的控制開關(guān)，設(shè)有編腿空運(yùn)行、自動(dòng)、

32、手工(I)、手工(II)、回零等選S方式。8155 (1)PB.o-PB. 4接控制面板上的按鈕開關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)、暫停、單段運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、急停等操作功能。加工螺紋時(shí)，與車床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)出螺紋加工信號(hào)和零位螺紋信號(hào)，螺紋加工信號(hào)送入8031的TO,通過設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時(shí)的縱向逬給量,從而加工出不同螺距的螺紋，零位螺紋信號(hào)送入8155 (1)的PB6,用來防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。(5)系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及I/O接口芯片地址編碼見表(5)(6)操作面板設(shè)計(jì)方秦之一見表(5 ):芯片接74LS138引腳地雌擇線片內(nèi)地址 單元(字節(jié))地址編碼2746

33、(1)Yo000X XXXX XXXXXXXX8K0000H-1FFFH2746 (2 )Yi001X XXXX XXXXXXXX8K2000H-3阡FH6264Y2010X XXXX XXXXXXXX8K4000H-5FFFH8155(1)RAM丫30111 1110 XXXXXXXX2567E00H-7EFFHI/O丫30111 rdl 1111IXXX67FF8H-7FFDH8155(2)RAM丫41001 1110 XXXXXXXX2569E00H-9EFFHI/O丫41001 1111 n訂IXXX69FF8H-9FFDH表(5)芯片地址編碼7車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)7 7 1.1.滾珠絲

34、桿滾珠絲桿必須采用三點(diǎn)支承形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置可放在絲杠的任一 端，由于拆除了逬給箱,可在原安裝逬給箱處布置步逬電動(dòng)機(jī)和減速齒輪，也 可在滾珠絲桿的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在絲杠托架處布置步逬電動(dòng)財(cái)減速箱。7.7. 2 2帥副為減少運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，滑板和刀架移動(dòng)部件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶7 7 3 3安裝電動(dòng)卡盤為了提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工效率,還可考慮用電動(dòng)三爪自定心卡盤裝,這種裝置也可與數(shù)控裝置的信號(hào)電路相配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、松開，提高加工過程的自動(dòng)化程。7.7. 4 4脈沖發(fā)生器改造后的簡易數(shù)控車床需要自動(dòng)化加工螺紋時(shí)可以在主軸后端同軸安裝 或者異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器， 作為主軸位置的信號(hào)反饋元件， 目的是用 來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置,并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所加 工螺紋的螺距值逬行處理。8安