經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控改造

1、. . . . 目 錄摘要IAbstractII第一章緒論11.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展與趨勢(shì)11.2數(shù)控銑床加工的基本原理21.3數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)31.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性41.4.1微觀看改造的必要性41.4.2宏觀看改造的必要性5第二章設(shè)計(jì)方案的確定62.1 設(shè)計(jì)任務(wù)62.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定62.2.1 動(dòng)力的選定62.2.2 控制部分的設(shè)計(jì)7第三章數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)83.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成83.2 單板機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)93.3步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)9第四章機(jī)械部分改造與計(jì)算114.1 原始數(shù)據(jù)分析114.2 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)（X向）114.2.1滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理124.

2、2.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn)124.2.3滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整124.2.4軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法144.2.5 銑削力的計(jì)算164.2.6 強(qiáng)度計(jì)算164.2.7剛度驗(yàn)算174.2.8 效率計(jì)算174.2.9 穩(wěn)定性驗(yàn)算184.3錐形夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算（X向）184.4 齒輪間隙消除彈簧的計(jì)算（X軸）204.5 運(yùn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算（X軸）214.6 伺服電機(jī)的選擇（X向）22第五章零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算235.1齒輪的設(shè)計(jì)與校核235.1.1 Z、Z齒輪的強(qiáng)度校核245.1.2其他齒輪對(duì)的強(qiáng)度校核295.2軸系零部件的強(qiáng)度校核與壽命計(jì)算31第六章經(jīng)濟(jì)分析33第七章數(shù)控加工與典型零件加工程

3、序設(shè)計(jì)347.1數(shù)控加工工藝特點(diǎn)347.1.1數(shù)控加工工藝的容347.1.2數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)347.2數(shù)控加工工藝分析與設(shè)計(jì)357.2.1數(shù)控加工的合理性分析357.2.2零件的工藝性分析367.2.3確定工藝過(guò)程和工藝路線377.2.4選擇刀具和切削用量377.3零件加工程序設(shè)計(jì)列舉387.3.1數(shù)控銑床的加工對(duì)象387.3.2零件加工程序設(shè)計(jì)舉例39結(jié)論42致43參考文獻(xiàn)44專題塑料模具的設(shè)計(jì)45附錄165附錄27119 / 23摘要20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的誕生標(biāo)志著生產(chǎn)和控制領(lǐng)域的一個(gè)嶄新時(shí)代的到來(lái)?？茖W(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求。

4、機(jī)械加工工藝過(guò)程的自動(dòng)化成為實(shí)現(xiàn)上述要求的最重要的措施之一。它不僅能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本，還能夠極改善生產(chǎn)者的勞動(dòng)條件。數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程是將加工零件的幾何信息和工藝信息進(jìn)行數(shù)字化處理，即對(duì)所有的操作步驟和刀具與工件之間的相對(duì)位移，以與進(jìn)給速度等都用數(shù)字化的代碼表示。而經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控改造則對(duì)數(shù)控機(jī)床有了更新的要求。即在不改變?cè)瓉?lái)功能的前提條件下，還要特別講究經(jīng)濟(jì)性、可靠性、性能優(yōu)越等。所以，在改造的同時(shí)，盡量不要改變?cè)瓉?lái)的結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：生產(chǎn)率 經(jīng)濟(jì)型 可靠性AbstractNaissance that 20 century middle period few techniq

5、ue is with the few machine the bed scribe to produce with control coming of a brand-new ages of realm. The science technique bring upped with rate of production to the quantity of the machine product with the quick development of the social productivity more and more high request.The automation that

6、 machine process the craft process one of the most important measure of becoming to realizes the above requests.It can not only increase the product quantity,increase the rate of production ,lower the production cost ,and can be still biggest ameliorative production of labor term.Work process that f

7、ew machine the bed will process the spare parts several why the information proceedswith the craft informations the arithmetic figure handle,then operation allly the step have with knife with of the work piece the code for of opposite moving,and entering giving the speed waiting all using the arithm

8、etic figure mean.But few of the economic types then reform the logarithms achine bed contain new request.Namely still want the superior etc.of particular about and economic,dependable,function under not changes originally the functions prior condition.Therefore,at reform at the same time ,and as far

9、 as possible dont change original construction.Key words: Rate of production Economic type Dependable第1章 緒 論1.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展與趨勢(shì)1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。1

10、數(shù)控NC階段（1952年-1970年）早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段經(jīng)歷了三代，即1952年的第一代電子管；1959年的第二代晶體管；1965年的第三代小規(guī)模集成電路。 2計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年-現(xiàn)在）到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有

11、的“通用”兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU）。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)習(xí)慣稱微機(jī)）的

12、性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段?？傊?，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代微處理器和1990年的第六代基于PC（國(guó)外稱為PC-BASED）。還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。3.數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) (1) 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至

13、少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普與到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。(2)向高速化和高精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 (3) 向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。1.2數(shù)控銑床加工的基本原理數(shù)控控制（Numerical Control）是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種控制方法。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門(mén)新型的，發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)

14、。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)圍所覆蓋的領(lǐng)域又：機(jī)械制造技術(shù)；微電子技術(shù)；信息處理加工傳輸技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；檢驗(yàn)監(jiān)控技術(shù)；傳感技術(shù)；軟件技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)與裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的是能技術(shù)和最基本的裝備。在提高生產(chǎn)率，降低成本，保證加工質(zhì)量與改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都有突出的優(yōu)點(diǎn)；特別是在適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，小批量，多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵。 數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國(guó)際信息處聯(lián)盟（International

15、Federation of Information Processing,IEIP）第五技術(shù)委員會(huì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下的定義：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)能邏輯的處理具有使用碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控銑床是發(fā)展最早的一種數(shù)控機(jī)床，以主軸位于垂直方向的立式銑床居多。銑床的主軸只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件作縱，橫，垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，稱為升降臺(tái)式銑床。為了提高剛度，目前多采用主軸既作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，又隨主軸箱升降臺(tái)作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)只作縱橫2個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的不升降類型銑床。立式數(shù)控銑床加工平面凸輪零件，只需要工作臺(tái)沿橫縱2個(gè)坐標(biāo)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即可以同時(shí)到達(dá)平面曲面的某一

16、點(diǎn)這種加工軌跡的控制，稱為兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制（兩軸聯(lián)動(dòng)）。當(dāng)加工圓錐臺(tái)零件時(shí)，依靠工作臺(tái)縱橫兩坐標(biāo)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)完成圓周加工，加工完一圈后，再沿錐臺(tái)高度方向提升一個(gè)高度，接著改變圓的直徑（X,Y的合成值）加工另一圓周，如此下去，直至加工出整個(gè)錐臺(tái)，這稱為兩軸半控制。如果在圓錐上加工一條螺旋槽曲線，則要求3個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給每時(shí)每刻都必須協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即同時(shí)到達(dá)空間的某一點(diǎn)，這稱為三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制即三軸聯(lián)動(dòng)。三軸聯(lián)動(dòng)即可加工復(fù)雜的空間曲面。從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來(lái)看，目前3坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行3坐標(biāo)中的任意兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。此外，還有機(jī)床主軸可以繞X、Y、Z坐

17、標(biāo)軸中其中一個(gè)或兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角運(yùn)動(dòng)的4坐標(biāo)和5坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工圍與可選擇的加工對(duì)象也越多。但隨之而來(lái)的是機(jī)床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程難度更大，設(shè)備的價(jià)格也更高。數(shù)控立式銑床可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)、采用自動(dòng)交換臺(tái)、增加靠模裝置等來(lái)擴(kuò)大數(shù)控立式銑床的功能，加工圍和加工對(duì)象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。1.3數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)與普通加工相比，數(shù)控加工的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)并不是從毛坯到成品的整個(gè)工藝過(guò)程，而是僅有幾道數(shù)控加工工序工藝過(guò)程的具體描述。許多在通用機(jī)床加工時(shí)由工人自行決定的工藝問(wèn)題，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真考慮，并將正確的

18、選擇編入程序中。這就要求編程人員要有多方面的知識(shí)基礎(chǔ)，不僅僅是懂得計(jì)算機(jī)編程或了解某種軟件的使用與操作。合格的編程員首先應(yīng)是一個(gè)很好的數(shù)控加工工藝人員，應(yīng)對(duì)所編程的數(shù)控機(jī)床的性能、特點(diǎn)、切削圍、標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)有全面的了解。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工主要包括以下幾個(gè)方面的容：（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件與容；（2）對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析；（3）數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)；（4）對(duì)零件圖形的數(shù)學(xué)處理；（5）編寫(xiě)加工程序單；（6）按程序單制作控制介質(zhì)；（7）程序的校驗(yàn)與修改；（8）首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)處理；（9）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性1.4.1微觀看改造的必要性從微

19、觀上看，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(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 1.可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)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。 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 3 7 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儲(chǔ)下來(lái)，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 ” 。 3.加工零件

20、的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要 “ 修配 ” 。 4.可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。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(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。5.由以上五條派生的好處。 如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，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)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC （柔性制造單元）、 FMS （柔性制造系統(tǒng)）以與 CIMS （計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基

21、礎(chǔ)技術(shù)。 1.4.2宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、 80 年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、 FMC 、 FMS 外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行 CAD 、 CAE 、 CAM 、虛擬制造以與在生產(chǎn)管理中推行 MIS （管理信息系統(tǒng)）、 CIMS 等等。以與在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)

22、方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有 1.9% ，而日本在 1994 年已達(dá) 20.8% ，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。第2章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 將一臺(tái)XA5032普通立式升降臺(tái)銑床，由于長(zhǎng)期使用嚴(yán)重磨損，故障頻繁，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，急需改造。用微電子技術(shù)改造機(jī)械設(shè)備是當(dāng)前世界新技術(shù)發(fā)展的潮流，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。改造成三坐標(biāo)數(shù)控銑床。改造后的數(shù)控銑床主要用于加工不同品種的制動(dòng)凸輪軸，軸最長(zhǎng)為650mm，該制動(dòng)輪軸所需加工的輪廓外形含有直線、圓弧和漸開(kāi)

23、線；要求的輪廓公差為0.1mm，對(duì)稱度公差為0.1mm，表面粗糙度為=1.6；工件材料為40Cr鍛件，調(diào)質(zhì)；設(shè)計(jì)生產(chǎn)節(jié)拍為7件/每分鐘。2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定2.2.1 動(dòng)力的選定 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造，為了保證改造后的性能不低于原銑床，選X、Z坐標(biāo)快進(jìn)速度不低于2.4m/min，水平拖動(dòng)力按15KN計(jì)算。則要求的功率為P=FV=15×2.4/60=0.6W，如果采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，步進(jìn)電機(jī)達(dá)不到功率要求。例如，200BF001反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，最大靜轉(zhuǎn)距16.8N.m最高運(yùn)行頻率為11000step/s，步距角為1/6度，若取最高頻率下的工作扭距為靜扭距的1/4，則高速

24、下的功率為因此，如果選用步進(jìn)電機(jī)，必須相應(yīng)的降低機(jī)床的某些性能，主要是快速性，另一方面由于步進(jìn)電機(jī)在低速工作時(shí)有明顯的沖動(dòng)，易自激震蕩，而且激震頻率很可能落如洗削加工所用的進(jìn)給速度圍，這對(duì)加工極為不利，造成工件超差。此外，由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力，高速時(shí)扭距下降很多，容易丟步，大功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)較困難等，選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)是不合適的。 若采用直流或交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度較大，調(diào)試和維修困難很多，造價(jià)也高，閉環(huán)控制可達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙，干擾等對(duì)加工精度的影響，一般用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于所改造的數(shù)控銑床工件的加工精度不十分高，

25、采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。 若直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，其性能介于開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制之間，由于調(diào)速圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制；反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機(jī)械元件，調(diào)試比閉環(huán)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較易保證，所以閉環(huán)容易實(shí)現(xiàn)。但是采用閉環(huán)控制，調(diào)試要比開(kāi)環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)要困難些設(shè)計(jì)上也有自身的特點(diǎn)。在直流和交流伺服電機(jī)之間進(jìn)行比較時(shí)，交流調(diào)速逐漸擴(kuò)大了其使用圍，似乎有取代直流伺服電機(jī)的優(yōu)勢(shì)。但交流伺服的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度高，普與不廣，而且價(jià)格高，直流伺服電機(jī)原理接近于直流電機(jī)，控制系統(tǒng)技術(shù)也較成熟，普與廣。2.2.2 控制部分的設(shè)計(jì) 要能控制三個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，根

26、據(jù)工件加工要求，至少要控制兩軸聯(lián)動(dòng)完成圓弧插補(bǔ)，為了在加工中使用不同尺寸的刀具，數(shù)控裝置應(yīng)具有刀具的半徑和長(zhǎng)度的補(bǔ)償功能，以便數(shù)控加工中按輪廓編制程序而能適應(yīng)刀具尺寸的變化。綜上所述 整個(gè)改造方案如下圖所示第3章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(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，軟件才能有效地運(yùn)行機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下四部分組成。(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)存貯器。包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫(xiě)存貯器。(4)I/O

27、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直協(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?？偩€則是CPU與存貯器、接口以與其它轉(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)硬件框圖如31所示。由于MCS51系列單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價(jià)廉，普與性、通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的需要。C6140數(shù)控改造以8031CPU組成的單板機(jī)為數(shù)控控制系統(tǒng)。也可直接購(gòu)買國(guó)較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品做為數(shù)控裝置，如大方數(shù)控設(shè)

28、備公司生產(chǎn)的JWK系列數(shù)控產(chǎn)品。3.2 單板機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1. 硬件配置存貯器選用1片4K×8的2732EPROM和1片8K×8位的6234RAM。監(jiān)控程序固化在2732EPROM，各功能模塊程序與常用零件的的加工存放在2732EPROM。1片6234RAM做為調(diào)試程序存放和運(yùn)行程序的中間數(shù)據(jù)存放用。I/O接口芯片選用8155可編程I/O擴(kuò)展接口，它的A口做為X、Y進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)脈沖的輸出口，其中PA0PA2為X向的輸出口，PA3PA5為Y向輸出口。B口為為位控方式，其中PB4PB7為-Y、+Y、-X、+X的行程越位信號(hào)輸入。顯示由8位LED構(gòu)成，具有24鍵的鍵盤(pán)。2. 存

29、貯器空間分配單板機(jī)可尋址圍是64K字節(jié)，板上提供的插座占16K，已插入的芯片占10K，其余以備擴(kuò)展使用。其存貯空間分配如下。0000H07FFH 2KB EPROM 放監(jiān)控程序0800H0FFFH 2KB EPROM 放零件加工程序1000H17FFH 2KB RAM 調(diào)試程序2000H27FFH 2KB RAM 測(cè)試程序等3. I/O口地址分配單板機(jī)設(shè)置I/O口地址為809FH共32個(gè)口地址，分配如下。80H83H MCS51 803184H87H 字形鎖存88H8BH 字位鎖存8CH8FH 讀鍵值90H9FH 用戶使用4. 光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器后控制步進(jìn)電

30、機(jī)勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大，如果將輸出信號(hào)與功率放大器直接相聯(lián)，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路損壞。所以一般在接口電路功率放大器之間都要接上隔離電路。3.3步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以用軟件來(lái)代替可變頻率脈沖源和環(huán)形分配器等硬件，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。用軟件完成環(huán)形分配的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，成本低，可以靈活的改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案，驅(qū)動(dòng)功率放大功能仍由硬件完成。環(huán)形分配器邏輯序列的產(chǎn)生可用循環(huán)移動(dòng)和查表法實(shí)現(xiàn)，本次數(shù)控改造采用F系列三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因此，脈沖分配采用三相六拍分配方式。1.

31、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制 以X 向步進(jìn)電機(jī)為例，其環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表如下：環(huán)形分配器的輸出狀態(tài) 節(jié)拍序號(hào) 地址 代碼 C相 B相 A相 通電順序 0 0700H 01H 0 0 1 001 1 0701H 03H 0 1 1 011 2 0702H 02H 0 1 0 010 3 0703H 06H 1 1 0 110 4 0704H 04H 1 0 0 100 5 0705H 05H 1 0 1 101將上述步進(jìn)電機(jī)所需的環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表存入EPROM中，根據(jù)加工程序的需要，依次取出表地址至PA口，驅(qū)動(dòng)X向步進(jìn)電機(jī)。按以上順序進(jìn)行通電，電機(jī)正傳，反之電機(jī)反轉(zhuǎn)。X向電機(jī)與X向一樣，其脈沖輸出

32、狀態(tài)表略。2.步進(jìn)電機(jī)速度控制 控制步進(jìn)電機(jī)的速度，實(shí)際上是改變輸出狀態(tài)碼之間的間隔時(shí)間，通過(guò)調(diào)用軟件延時(shí)子程序，或者用微機(jī)定時(shí)器，通過(guò)設(shè)定時(shí)間常數(shù)加以控制，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出不同頻率的時(shí)鐘脈沖，實(shí)現(xiàn)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)，采取調(diào)用軟件延時(shí)子程序的方法。3.軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)在數(shù)控系統(tǒng)中，專門(mén)將一些寄存器作為步進(jìn)電機(jī)的控制寄存器。控制字FCW用來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)控制寄存器中的狀態(tài)，使步進(jìn)電機(jī)按確定的運(yùn)行方式工作。在FCW控制字中，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的方向控制位，轉(zhuǎn)動(dòng)控制位以與停止控制位。分別進(jìn)行定義。FCW中各個(gè)控制位含義如下：D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0，且D0-X向轉(zhuǎn)?？刂莆唬?-

33、轉(zhuǎn)動(dòng)；0-停止）；D1-X向方向位（1-正轉(zhuǎn)；0-反轉(zhuǎn)）；D2-Y向轉(zhuǎn)停控制位（1-轉(zhuǎn)動(dòng)；0-停止）；D3-Y向方向位（1-正轉(zhuǎn)；0-反轉(zhuǎn)）。第4章 機(jī)械部分改造與計(jì)算4.1 原始數(shù)據(jù)分析 1. 原XA5032銑床的數(shù)據(jù)進(jìn)給電機(jī)1.5KW，1400r/min，最大水平拖動(dòng)力1500kg=1500N，進(jìn)給最大速度縱、橫向2.3m/min，工件最大重量，500Kg=5000N，機(jī)動(dòng)圍 縱向680mm、橫向240mm 2. 工藝數(shù)據(jù) 工件加工余糧：最大銑削寬度7mm，最大銑削深度40mm。 刀具數(shù)據(jù)：高速鋼圓柱銑刀，直徑-mm，斜刀齒數(shù)3-4。 工藝數(shù)據(jù)：主軸轉(zhuǎn)速150-190r/min，走刀速度4

34、0-60mm/min，每齒切厚為0.05-0.2mm，取0.1mm計(jì)算。3. 機(jī)床進(jìn)給部件重量估計(jì) 軸向（X軸）工作臺(tái)，長(zhǎng)1.335m，約重220kg=2200N 縱向（Z軸）工作臺(tái)約為450kg=4500N 為防止升降臺(tái)自行下劃，原機(jī)床設(shè)置有單向超越離合器與摩擦片制動(dòng)器，而且為了保證工件可靠，將摩擦阻力調(diào)到略大于升降臺(tái)的重力，在數(shù)控改造后仍要保留此功能，這樣在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)下降的阻力最大，按12KN計(jì)算。4.2 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)（X向）銑床工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)銑床絲杠傳動(dòng)。在數(shù)控銑床上的絲杠傳動(dòng)，可以用普通的絲杠傳動(dòng)，也還有應(yīng)用滾珠絲杠來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。原因是普通絲杠傳動(dòng)摩擦

35、系數(shù)大，效率低，傳動(dòng)中有間隙。雖然傳動(dòng)中的間隙可以用一些辦法來(lái)補(bǔ)償，修正，但總是不太穩(wěn)定。 所以，在數(shù)控銑床上要采用滾珠絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠傳動(dòng)有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但制造工藝較為復(fù)雜，成本高，在某些應(yīng)用上受到一定的限制，但隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，它的使用將會(huì)更加廣泛。 滾珠絲杠傳動(dòng)都使用防護(hù)罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進(jìn)入。 滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移，變換成數(shù)控車床工作臺(tái)的的直線位移。 滾珠絲杠螺母副，也簡(jiǎn)稱為滾珠絲杠副，是一種新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。4.2.1滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理絲杠和螺母上都有圓

36、弧形的螺旋槽,這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線的滾道,在滾道裝有許多滾珠.當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí),滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng),因此絲杠與螺母之間滾道的摩擦為滾動(dòng)摩擦.為防止?jié)L珠從螺母中吊出來(lái),在螺母的螺旋槽兩端應(yīng)用擋住器擋住,并設(shè)有回路滾道是他的兩端連接起來(lái).使?jié)L珠從滾道的一端滾出后,沿著這個(gè)回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環(huán)進(jìn)行不斷地滾動(dòng).4.2.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn)滾珠絲杠副的優(yōu)點(diǎn)是:傳動(dòng)效率高,因?yàn)樗菨L動(dòng)摩擦,傳動(dòng)效率可達(dá)0.92-0.96,比普通的絲杠傳動(dòng)提高3-4倍.由此帶來(lái)了一系列的優(yōu)點(diǎn),如功率損耗小,傳動(dòng)平穩(wěn),磨損小,無(wú)爬行現(xiàn)象等等.除此而外還有兩個(gè)特點(diǎn),一是:一般的絲杠

37、傳動(dòng)總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)反向時(shí),可以沒(méi)有空程,提高了反向的定位精度,也增強(qiáng)了傳動(dòng)剛度.二是:一般的絲杠傳動(dòng)只能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),而滾小,所以既能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\(yùn)動(dòng),珠絲杠副由于傳動(dòng)的摩擦系數(shù)具有傳動(dòng)的可逆性,因此可以作為主動(dòng)件,也可以作為從動(dòng)件.它也有缺點(diǎn),主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復(fù)雜,成本也高.對(duì)于絲杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用.又由于傳動(dòng)的可逆性,所以不能自鎖,當(dāng)應(yīng)用在垂直傳動(dòng)裝置時(shí),由于自重和慣性的關(guān)系,在下降過(guò)程中不能立刻停止,因此還需要備有制動(dòng)

38、裝置.4.2.3滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)盡管在形式上有很多類型，但其主要區(qū)別是在螺紋滾道的型面形狀，滾珠循環(huán)的方式，軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法等三個(gè)方面。(1)螺紋滾道型面的形狀螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國(guó)正式投產(chǎn)的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖41所示。滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)法線與絲杠軸線的垂線之間的夾角，稱為接觸角（）。（a） (b)圖41 滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形（a）單圓??； （b）雙圓?。?） 單圓弧型面 一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑稍大一些。對(duì)于單圓弧型面的螺紋滾道，接觸角是隨著軸向負(fù)載大小而變化的，當(dāng)軸向負(fù)載為零時(shí)，接觸角也為零；當(dāng)負(fù)載逐漸增

39、大，接觸角也逐漸增大。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)接觸角增大時(shí)，傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力都隨之增大。（3）雙圓弧型面 雙圓弧型面螺紋滾道的接觸角是不變的。在偏心距（e）決定后，滾珠與滾道的圓弧角接處，會(huì)有很小的空隙。這些空隙雖然能容納一些臟物，但不至于堵塞，反而對(duì)滾柱的滾動(dòng)有利。從傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力等要求出發(fā)，接觸角大一些好，但接觸角過(guò)大制造就會(huì)困難。一般接觸角為，滾道的圓弧半徑也同樣比滾柱的半徑稍大一些。滾珠的循環(huán)方式目前國(guó)常用的滾珠循環(huán)方式由外循環(huán)和循環(huán)兩種。（1）外循環(huán)方式 如圖所示為外循環(huán)方式，滾柱在循環(huán)過(guò)程中與絲杠脫離接觸，通過(guò)外面的循環(huán)回路稱為外循環(huán)（W系列）。這種外循環(huán)是直接在螺母

40、的外圓上銑出螺旋槽，用擋珠器從螺母部切斷螺紋滾道，擋珠滾珠的去路，迫使?jié)L珠導(dǎo)入通向外圓螺旋槽中，構(gòu)成了外面的旋環(huán)回路。外循環(huán)的結(jié)構(gòu)和制造較為簡(jiǎn)單容易，因此應(yīng)用較廣，他可以制成單列或式雙列兩種的結(jié)構(gòu)形式。（2）循環(huán)方式 滾柱在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終保持接觸的稱為循環(huán)（N系列），如圖所示。這種循環(huán)是在螺母外側(cè)孔中裝了一個(gè)接通相鄰滾道的反向器，借助這個(gè)反向器迫使?jié)L珠翻過(guò)絲杠的牙頂，而進(jìn)入相鄰的滾道。循環(huán)滾珠絲杠副回路短，工作滾珠數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，流暢性好，摩擦磨損小，傳動(dòng)效率高，軸向剛度和承載能力都較高，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但制造困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不與外循環(huán)方式應(yīng)用的廣泛。圖42外循環(huán)的滾珠絲杠 圖

41、43循環(huán)的滾珠絲杠4.2.4軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法對(duì)于滾珠絲杠副，除了單一方向的進(jìn)給傳動(dòng)精度有一定的要求外，對(duì)它的軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動(dòng)的精度。要把軸向間隙完全消除，也是相當(dāng)困難的。通常采用雙螺母，并加預(yù)緊力的方法來(lái)消除其軸向間隙。雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后，能基本上消除軸向間隙。單螺母的滾珠絲杠副是不能調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力的，其軸向間隙只能依靠滾珠絲杠副本的精度和安裝時(shí)絲杠和螺母的連接精度來(lái)保證。此處省略 NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字。如需要完整說(shuō)明書(shū)和CAD圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系 扣扣 二五一一三三四零八 另提供全套機(jī)械設(shè)計(jì)地址。

42、60;N0090 G01 X10.4 Y0.0N0100 G01 X0.0 Y-25.0N0110 G01 X-90.0 Y0.0N0120 G90 G40 G00 X5.0 Y5.0 Z50.0N0130 M05N0140 M30圖7.2.2數(shù)控銑床編程實(shí)例結(jié) 論 在這三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我認(rèn)真分析了指導(dǎo)老師提供的基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和要求，之后在查閱了大量工具書(shū)和期刊資料；對(duì)現(xiàn)在我國(guó)的銑床的數(shù)控化改造的總體趨勢(shì)進(jìn)行分析，在網(wǎng)上和圖書(shū)館搜集了大量的第一手的資料，首先初步確定了本次數(shù)控改造的基本方案，然后設(shè)計(jì)出了具體的改造方案，本著經(jīng)濟(jì)化數(shù)控改造的總體思想的指導(dǎo)，盡量保持原來(lái)銑床的結(jié)構(gòu)。改造后的銑床銑削精度大大提高，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，操作方便，反應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定，提高了表面光潔度和銑床的自動(dòng)化程度。我們通過(guò)修改R參數(shù)與NC程序，