數(shù)控機(jī)床c616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文C616數(shù)控步進(jìn)改造學(xué) 生：=XNB=學(xué) 號(hào)：=2021=指導(dǎo)教師：助理指導(dǎo)教師：=y=專 業(yè)：機(jī)電一體化二O一二年十二月摘 要本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。本次設(shè)計(jì)涉及到了C616機(jī)床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)床導(dǎo)軌、刀架以及改造后的使用問題。利用微機(jī)對(duì)縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制?？v向脈沖當(dāng)量為0.01/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，根本原那么是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能的減少，以降低本錢。根據(jù)C616車床有關(guān)資料

2、以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為采用微機(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)過一級(jí)齒輪降速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：C616，進(jìn)給系統(tǒng)，數(shù)控改造 目 錄摘要1緒 論1我國數(shù)控車床的開展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀及當(dāng)今世界數(shù)控車床的開展的趨勢(shì)11.2 C616數(shù)控步進(jìn)改造設(shè)計(jì)的目的及意義232總體方案設(shè)計(jì)5553機(jī)械局部設(shè)計(jì)777778810101012131314151515161618214控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)222222222526275系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)29292930結(jié)束語33致 謝34參 考 文 獻(xiàn)351 緒 論1.1我國數(shù)控車床的開展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)

3、狀及當(dāng)今世界數(shù)控車床的開展的趨勢(shì)。 隨著科學(xué)技術(shù)的開展，現(xiàn)代機(jī)械制造耍求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改良，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高;機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重一要根底裝備，它的開展一直引起人們的關(guān)注。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，一導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和開展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加一工藝過程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的開展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的開展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚日，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化開展

4、的先河。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床是一個(gè)必然的趨勢(shì)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、一可靠性及完善性的功能開展。目前，我國自主開發(fā)研制的機(jī)床產(chǎn)品根本滿足了一些國家需要，并且在重型機(jī)床和超重型機(jī)床并屢次創(chuàng)造出極限規(guī)格的世界之最。如我國已經(jīng)制造出加工直徑25m的超重型數(shù)控立式銑車床，鏜桿直徑320mm的落地式銑鏜床，加工寬度為10m以上的數(shù)控龍門鏜銑床，回轉(zhuǎn)直徑在5000mm以上的數(shù)控重型臥式車床等一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且技術(shù)水平已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平的重型機(jī)床系列品。近兩年，我國重型數(shù)控機(jī)床開展最快，如重型數(shù)控龍門鏜銑床，重型落地鏜

5、銑床，重型立、臥式車床等的年產(chǎn)量和市場(chǎng)消費(fèi)量已居世界第一。重型機(jī)床開展之快速是我國電力、船舶、石化和礦山等重型設(shè)備制造大量需求直接拉動(dòng)的反映。一批新產(chǎn)品如數(shù)控雙龍門鏜銑床、龍門車銑復(fù)合加工機(jī)床、動(dòng)梁可交換工作臺(tái)可換銑頭五面體龍門加工中心等研制成功；關(guān)鍵技術(shù)，如靜壓導(dǎo)軌和靜壓軸承技術(shù)、同步控制和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)、五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)、大功率雙擺角銑頭和重型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的技術(shù)攻關(guān)相繼突破，標(biāo)志著我國重型機(jī)床開展到達(dá)新的高度。盡管我國機(jī)床行業(yè)在最近幾年來有了長足進(jìn)步，取得可喜的開展。但是絕大局部中、高檔重型數(shù)控機(jī)床還是依靠進(jìn)口，其中德國和意大利的產(chǎn)品較多，它們代表著世界先進(jìn)水平。國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的差異并

6、不大，采用的新技術(shù)也相差無幾，但在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用和制造工藝水平上與世界先進(jìn)國家還有一定差距。新產(chǎn)品開發(fā)能力和制造周期還滿足不了國內(nèi)用戶需要，零部件制造精度和整機(jī)精度保持性、可靠性尚需很大提高，尤其是在與重型機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)、功能部件，如刀庫、機(jī)械手和兩坐標(biāo)銑頭等部件，還需要境外廠家配套滿足。國內(nèi)廠家盡管技術(shù)略遜于國外先進(jìn)水平，但在制造能力和價(jià)格上有很大的優(yōu)勢(shì)，尤其是超重型機(jī)床已到達(dá)當(dāng)代國際先進(jìn)水平。我們相信，我國機(jī)床制造隨著科技進(jìn)步與艱苦奮斗的努力，一定會(huì)逐步縮小與世界先進(jìn)水平的差距。作為機(jī)械裝備母機(jī)，機(jī)床制造業(yè)開展來源于其下游產(chǎn)業(yè)推動(dòng)，機(jī)床行業(yè)下游產(chǎn)業(yè)主要有造船、工程機(jī)械、航空航天、汽車、鐵

7、路、電力設(shè)備、風(fēng)電設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、制冷設(shè)備和石化設(shè)備等。隨著我國航空航天業(yè)開展，勢(shì)必帶動(dòng)促進(jìn)裝備制造業(yè)開展。由于航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件具有耐高溫、高強(qiáng)度、難加工、合金材料與復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高等特點(diǎn)，要求機(jī)床加工設(shè)備向大型重型、超重型、高速、精密、復(fù)合、智能化趨勢(shì)開展。航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件加工需要大量高精度機(jī)床作支撐，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體機(jī)匣、葉片加工需要多功能、高精度數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控立車、數(shù)控精密鏜床五軸加工心等。為此，航空航天業(yè)對(duì)機(jī)床要求高，加之歐美、日本等國外強(qiáng)勢(shì)機(jī)床企業(yè)進(jìn)駐與當(dāng)前國際金融危機(jī)影響下不明朗的環(huán)境，應(yīng)進(jìn)一步加速推動(dòng)國內(nèi)機(jī)床調(diào)頭向高端開展。在能源領(lǐng)域，國內(nèi)重型機(jī)

8、械企業(yè)在為能源工業(yè)重大工程工程建設(shè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，包括國家三大動(dòng)力制造基地及其他發(fā)電設(shè)備制造廠的重大關(guān)鍵設(shè)備都由國內(nèi)廠家提供。我國造船工業(yè)開展形勢(shì)依然嚴(yán)峻，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加劇烈。特別是接船難、交船難、融資難局面沒有改變，而產(chǎn)能龐大、開工率缺乏及產(chǎn)品同質(zhì)性太強(qiáng)，我國造船工業(yè)仍面臨著結(jié)構(gòu)調(diào)整和嚴(yán)峻考驗(yàn)，國際上主要造船國家劇烈競(jìng)爭(zhēng)，因此，作為持續(xù)為船用柴油機(jī)、螺旋推進(jìn)器、船用機(jī)械儀表、海洋工程、船臺(tái)起重機(jī)等提供機(jī)械裝備機(jī)床行業(yè)，需要裝備的體積“個(gè)越來越大，精密、復(fù)合、智能化性能越來越高。汽車制造水平質(zhì)量取決于裝備水平，同時(shí)，汽車工業(yè)國際競(jìng)爭(zhēng)力又取決于裝備先進(jìn)性制造本錢。隨著技術(shù)開展，汽車零部件制造工藝

9、水平提升，對(duì)機(jī)床要求還會(huì)進(jìn)一步提高。因此，需要機(jī)床具有復(fù)合性能，以提高工序集中為目標(biāo)，盡量減少裝夾次數(shù)，提高生產(chǎn)率和工作精度，并具有智能化，即計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用軟件在產(chǎn)品中的技術(shù)含量越來越高，如采用軟件補(bǔ)償技術(shù)提高精度，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障排除及維護(hù)成為可能。綜上所述，國內(nèi)機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)已趨成熟，與國外先進(jìn)技術(shù)水平的差距正在逐步縮小，也將突破我國高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品生產(chǎn)瓶頸，打破西方國家的壟斷和制約，滿足國防平安和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。國內(nèi)制造能力已進(jìn)入世界前列，而國外機(jī)床廠家的制造能力正在削弱。我們要以承當(dāng)國家重點(diǎn)工程工程為契機(jī)，努力開發(fā)高檔數(shù)控機(jī)床，為國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床滿足市場(chǎng)需求做出更大

10、奉獻(xiàn)。1.2 C616數(shù)控步進(jìn)改造設(shè)計(jì)的目的及意義首先，對(duì)C616數(shù)控步進(jìn)改造設(shè)計(jì)后能使其實(shí)現(xiàn)數(shù)控控制；讓數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工；提升機(jī)床的加工精度、柔性、生產(chǎn)率和操控，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；提升機(jī)床自動(dòng)化程度，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。其次通過對(duì)C616普通車床進(jìn)行改造能夠正確運(yùn)用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等課程的根本理論個(gè)有關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定、比較、分析及進(jìn)行必要的計(jì)算；掌握數(shù)控設(shè)備典型零件的計(jì)算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；掌握簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)的根本方法；初步樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)自己分

11、析問題和解決問題的能力；提高自己應(yīng)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)以及編寫文件等資料的能力。C616普通車床進(jìn)行數(shù)控步進(jìn)改造后，機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床比較一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊裝備尤為明顯,一般機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。所以假設(shè)將原有的C616機(jī)床進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需破費(fèi)購置新機(jī)床60%的費(fèi)用。并且該機(jī)床能加工原先機(jī)床不能加工的復(fù)雜零件，同時(shí)還能能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件,節(jié)省人力,能降低勞動(dòng)本錢;并且還可以熟悉和了解設(shè)備，便于以后的操作維修。使之車床生產(chǎn)效率高,是普通車床的35倍;減少工裝,減少人為誤差,提高加工精度,具有廣泛的適用性和靈活性;縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期,易于組

12、織多品種生產(chǎn),使企業(yè)能對(duì)場(chǎng)需求作出快速響應(yīng)。1.3.1將一臺(tái)普通車床C616改造成一臺(tái)經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床；1.3.2收集相關(guān)資料及圖紙： C616車床的外觀圖 ；機(jī)械裝配圖 ；數(shù)控系統(tǒng)組成框圖 ；數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖 ；局部軟件設(shè)計(jì)。1.3.3確定改造目標(biāo)、C616車床的參數(shù)；1.3.4編寫開題報(bào)告；1.3.5確定改造總體方案；1.3.6確定機(jī)械改造方案包括絲桿、導(dǎo)軌、傳動(dòng)裝置的選型確定確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量；運(yùn)動(dòng)部件慣性計(jì)算；計(jì)算伺服電機(jī)參數(shù)；傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核；其它相關(guān)零件的選型及計(jì)算。1.3.7確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造方案；1.3.8確定數(shù)控系統(tǒng)改造方案；2 總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控X-Y工作臺(tái)

13、及其控制系統(tǒng)，該工作臺(tái)可安裝在普通鉆、銑床上用于鉆孔或銑削加工。系統(tǒng)分辨率X：，Y：1mm。系統(tǒng)分辨率X：，Y：1mm。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下：快速進(jìn)給速度縱向X：2m/分；快速進(jìn)給速度橫向Y：2m/m/分；時(shí)間常數(shù)： t200ms ； 最大鉆孔直徑d=5mm；銑刀直徑15mm，齒數(shù)Z=3；銑削最大余量e=2mm；銑削最大深度p=2mm；工作臺(tái)加工范圍X=320mm，Y=260mm。加工材料為鑄鐵；最大工件重量 80Kg。由于機(jī)床既能鉆削又能銑削加工，故應(yīng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制?？紤]到機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低本錢，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X-Y工作臺(tái)。鉆頭上下運(yùn)

14、動(dòng)也由步進(jìn)電機(jī)通過減速裝置控制。本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)局部、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。將一臺(tái)普通車床C616改造成一臺(tái)經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床，在縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造中，撤除原機(jī)床床的進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺一母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。 利用原機(jī)床

15、進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安裝在原來的位置，兩端仍采用原固定方式:這樣可減少改裝的工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用一級(jí)齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時(shí)，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之日的;當(dāng)負(fù)載小時(shí)，彈簧彈力又顯大，那么加速齒輪的磨損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的方法消除間隙。在橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造中，撤除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，為了使減

16、速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時(shí)消除傳動(dòng)過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用一級(jí)傳動(dòng)，從動(dòng)輪采用雙薄片錯(cuò)位消除問隙。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為到達(dá)分辨率0.01mm的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。數(shù)控改造機(jī)械局部方案如下：3 機(jī)械局部設(shè)計(jì)機(jī)械局部的改造設(shè)計(jì)重點(diǎn)是進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。工作臺(tái)重量 滾珠絲杠的導(dǎo)程 行程 脈沖當(dāng)量 快速進(jìn)給速度 切削進(jìn)給速度 時(shí)間常數(shù) 工作臺(tái)重量 滾珠絲杠的導(dǎo)程 行程 脈沖當(dāng)量 快速進(jìn)給速度 切削進(jìn)給速度 時(shí)間常數(shù) 式中 即 ；所以 式中小齒輪，大齒輪。；經(jīng)翻閱?機(jī)械設(shè)計(jì)?和計(jì)算得 ；。因?yàn)閭鬟f的扭矩較小，取模數(shù)，齒輪有關(guān)尺寸見下表：Z縱向橫向2450

17、2745mm24502745 mm26522947 mm mm5555 mm3736由?金屬切削原理?知，車削時(shí)縱車外圓 橫車外圓主切削力切深抗力走刀抗力式中 假設(shè)加工工件材料為灰鑄鐵那么：查表得 主切削力中。 切深抗力中。 進(jìn)給抗力中。所以 因?yàn)镃616普通車床使用的是三角形和矩形綜合導(dǎo)軌，由于本設(shè)計(jì)是把C616車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，所以在本設(shè)計(jì)仍然采用C616普通車床自身導(dǎo)軌。由于傳統(tǒng)的導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)大，動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，摩擦損失大，低速時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象而降低運(yùn)動(dòng)部件的定位精度，因而本設(shè)計(jì)采用在原來的導(dǎo)軌上進(jìn)行貼塑貼聚四氟乙烯塑料導(dǎo)軌軟帶處理，使之具有摩擦特性好、耐磨性好

18、、減震性好等優(yōu)點(diǎn)，其摩擦系數(shù)。 = 1 * GB3 由于機(jī)床橫向采用的是燕尾形導(dǎo)軌，那么式中 = 2 * GB3 由于機(jī)床縱向采用的是綜合性導(dǎo)軌，那么 式中 滾珠絲杠的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 式中為橫向或縱向的牽引力。經(jīng)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 當(dāng)其一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，本設(shè)計(jì)取；精度等級(jí)為3級(jí)時(shí)，精度系數(shù) 。 式中 ，其中；又因?yàn)槭褂脡勖z杠螺距，X向的最大進(jìn)給，Z向的最大進(jìn)給；橫向絲杠的牽引力式中當(dāng)量摩擦系數(shù), 縱向絲杠的牽引力式中當(dāng)量摩擦系數(shù), 橫向最大動(dòng)負(fù)載 縱向最大動(dòng)負(fù)載根據(jù)給定的有效行程和經(jīng)濟(jì)本錢的考慮，X向選取MISUMI公司的BSX1205-300，Z向選取MISUMI公司的BSX1510-7

19、50。精度等級(jí)型式指定單位mmY螺旋方向循環(huán)數(shù)根本額定負(fù)載Type絲杠軸外徑螺距右KNKN3BSX12530041510750FPABTdd1h滾珠直徑cm滾珠絲杠預(yù)緊5515852401268滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)的計(jì)算名 稱符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果螺紋滾道公稱直徑12螺距5接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑外循環(huán)滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)的計(jì)算名 稱符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果螺紋滾道公稱直徑15螺距10接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑外循環(huán)由于絲

20、杠的價(jià)格較高，一般按導(dǎo)程選取絲杠，由于絲杠長度一定，所以采用聯(lián)軸器的方式來補(bǔ)償其長度。在安裝聯(lián)軸器時(shí)，傳動(dòng)絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因?yàn)橥宦?lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時(shí)，往往會(huì)引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動(dòng)附加載荷，影響絲杠副的傳動(dòng)性能。連接方式如下：滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率：式中絲杠螺旋長升角；摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。所以滾珠絲杠受進(jìn)給率引力引起的導(dǎo)程T的變化量因?yàn)樗越z杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程總誤差查表得 絲杠精度等級(jí)為3級(jí)時(shí)，允許誤差為，絲杠精度等

21、級(jí)為4級(jí)時(shí)，允許誤差為，所以兩根絲杠的剛度足夠。步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，式中： 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載 ； 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；M移動(dòng)部件與工件的質(zhì)量kg。對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算 ( )式中：D圓柱零件直徑cm；L零件長度cm。所以 那么電機(jī)軸總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 那么電機(jī)軸總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：摩擦力矩 式中 導(dǎo)軌的摩擦力 絲杠導(dǎo)程cm； 齒輪降速比，按計(jì) 算；傳動(dòng)鏈總效率，一般可取導(dǎo)軌采用貼塑，摩擦系數(shù)一般為 ；進(jìn)給牽引力； 運(yùn)動(dòng)部件的重量；所以 附加摩擦力矩 式中 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取 ， 為進(jìn)給牽引力；絲杠導(dǎo)程

22、cm；滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率， 。所以 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的力矩 式中 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； 電機(jī)最大角加速度 ；電機(jī)最大轉(zhuǎn)速r/min,；運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大進(jìn)給速度所需要的時(shí)間s，因?yàn)?200ms； 運(yùn)動(dòng)部件的最大進(jìn)給速度mm/min；脈沖當(dāng)量mm/步； 步進(jìn)電機(jī)的步距角 ； 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 式中 絲杠導(dǎo)程cm；齒輪降速比，按計(jì)算； 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 = 1 * GB3 橫向快速起動(dòng)時(shí)所需力矩 即 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 即 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 即 = 2 * GB3 縱向快速起動(dòng)時(shí)所需力矩 即 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 即 最大切削負(fù)

23、載時(shí)所需力矩 即 經(jīng)過上述計(jì)算后，在 、 兩種力矩中取其大者作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)橐ＷC一定的動(dòng)態(tài)性能，負(fù)載力矩又大于加速力矩，所以 作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。步進(jìn)電機(jī)的選擇目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中大多采用反響式步進(jìn)電機(jī)，因此在本設(shè)計(jì)中采用反響式步進(jìn)電機(jī)。 = 1 * GB3 首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)矩 初選電機(jī)型號(hào)，由于步進(jìn)電機(jī)的切削轉(zhuǎn)矩 與最大靜轉(zhuǎn)矩 有如下關(guān)系： 式中的取值又有如下關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)相數(shù)三相四相五相六相拍數(shù)3648510612在本設(shè)計(jì)中橫向采用四相八拍的反響式步進(jìn)電機(jī)，縱向采用五相十拍步進(jìn)電機(jī)。那么 ； 假設(shè)不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，那么啟動(dòng)力矩為 取平安系數(shù)

24、為0.3，那么 = 2 * GB3 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 橫向最大空載頻率：最快進(jìn)給速度，。為了保證不失步，采取降速措施。 最大切削頻率：最大切削速度， 。 縱向最大空載頻率：最快進(jìn)給速度，。為了保證不失步，采取降速措施。 最大切削頻率：最大切削速度， 。 所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)，橫向選取一個(gè)90BF001型步進(jìn)電機(jī)，縱向選取一個(gè)90BF002型步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的的相關(guān)參數(shù)如下：型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)外形尺寸(mm)重量(N)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)頻率Hz相數(shù)電壓(V)電流(A)外徑長度軸徑90BF0012000480790145990BF00238005807901459由于只靠最大靜轉(zhuǎn)矩 來選擇步

25、進(jìn)電機(jī)不一定能滿足實(shí)際工作時(shí)的要求，也就是說，盡管最大靜轉(zhuǎn)矩 數(shù)值能滿足要求，但是并不能保證在快速空載起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)不失步。所以還必須用起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性兩條重要的性能曲線來檢查所選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)是否能滿足要求。通過對(duì)兩個(gè)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性的分析，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于總轉(zhuǎn)矩，并且，所以選擇的這兩個(gè)電機(jī)符合本設(shè)計(jì)要求。C616裝配圖見 圖 A2數(shù)控機(jī)床往往在一次裝夾中完成多工序加工，因此必須帶有自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足換刀時(shí)問短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)存量、刀庫體積小及平安可靠等根本要求。根據(jù)設(shè)計(jì)需求、CA616加工工序的復(fù)雜程度，本設(shè)計(jì)中將原有刀架全部撤除，改裝

26、為四方回轉(zhuǎn)刀架。刀架的全部動(dòng)作由液壓系統(tǒng)通過控制電路控制電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制口它的動(dòng)作分為四個(gè)步驟:刀架抬起當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，液壓油進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升刀架體抬起使定位用活動(dòng)銷與固定插銷脫開。同時(shí)，活塞桿下端的端齒輪離合器.與空套齒輪結(jié)合。刀架轉(zhuǎn)位當(dāng)?shù)都芴鸷?，液壓油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞向右移動(dòng)，通過連接板帶動(dòng)齒條移動(dòng)，使空套齒輪作逆時(shí)針方一向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過端齒輪離合器使刀架轉(zhuǎn)過 。活塞的行程應(yīng)等于齒輪節(jié)圓周長的1/4，并由限位開關(guān)控制。刀架壓緊刀架轉(zhuǎn)位后，液壓油壓緊液壓缸上腔，活塞帶動(dòng)刀架體下降。缸體的底盤上精確地安裝著四個(gè)帶斜楔的圓形固定插銷，利用活動(dòng)插銷消除定位銷

27、一與孔之間的間隙，實(shí)現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時(shí)定位活動(dòng)銷一與另一個(gè)定插銷卡緊，同時(shí)缸體與壓盤的錐面接觸，刀架在新的位置上定位并壓緊。這時(shí)，端齒輪離合器與空套齒輪脫開。轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位刀架壓緊之后，液壓油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸右腔，活塞帶動(dòng)齒條復(fù)位，由于端齒輪離合器已經(jīng)脫開，齒條帶動(dòng)齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)框圖如下：中央處理單元(CPU)存儲(chǔ)器RAM/ROM輸入/輸出I/O接口信號(hào)變換控制對(duì)象外設(shè)鍵盤、顯示器、打印機(jī)、 磁盤機(jī)等 隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的開展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，MCS-51系列單片機(jī)是

28、集中CPU，I/O端口及局部RAM等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)8031，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。從本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用8031單片可以獲得較高的性價(jià)比。 = 1 * GB3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用EPROM芯片。其型號(hào)有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為2K,4K,8K,16K,32K。在選擇芯片時(shí)要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPRO

29、M所要求的讀取時(shí)間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲(chǔ)器容量等因素。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇2764芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)規(guī)定P0口提供8為位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息別離出來保存，以便為外接存儲(chǔ)器提上下位的地址信息，一般采用74LS373芯片作為地址鎖存器，并由CPU發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析，采用2732EPROM芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示： A12 A8 2732A7A0 D7 D0

30、ALE 譯碼電路G74LS372擴(kuò)展2732電路框圖 = 2 * GB3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本次設(shè)計(jì)選用6264芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示：擴(kuò)展6264電路框圖 = 3 * GB3 譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。

31、可采用線選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對(duì)于RAM和I/O容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址線進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。 = 4 * GB3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)起程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址。該設(shè)計(jì)選用程序存儲(chǔ)器2764和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264組成8031單片機(jī)的外存儲(chǔ)器

32、擴(kuò)展電路，單片機(jī)外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如下： = 5 * GB3 I/O擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(a).通用可編程接口芯片81558031單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O接口，但供用戶使用的只有P1口及局部P3口線。因此要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。8155與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155與8031的連接方式如下列圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED和LCD。下列圖所示為采用8155接口管理

33、的鍵盤，顯示器電路。它有4X8鍵和6位LED顯示器組成。為了簡(jiǎn)化秒電路，鍵盤的列線及顯示器的字位控制共用一個(gè)口，即共用8155的PA口進(jìn)行控制，鍵盤的行線由8155C口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤顯示器接口電路如下所示： = 1 * GB3 脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用集成脈沖分配器YB015。采用YB015硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下： = 2 * GB3 光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

34、電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如下： = 3 * GB3 功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計(jì)選用功率放大器。 = 1 * GB3 8031的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)

35、元件，如下列圖所示。晶體可以在1.212之間任意選擇，耦合電容在530pF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。時(shí)鐘電路 = 2 * GB3 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后CPU便從0000H單元開始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，假設(shè)系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與8031復(fù)位要求一致時(shí)，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用6MHz時(shí)，復(fù)位電路中C取10F,R取10K。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示： = 3 * GB3 越界報(bào)警電路為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置

36、安裝限位開關(guān)。利用光電耦合電路，將行程開關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至8031的I/O口1.0。當(dāng)任何一個(gè)行程開關(guān)被壓下的時(shí)候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平。8031可利用軟件設(shè)計(jì)成查詢的方法隨時(shí)檢查有無越界信號(hào)。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至8031的外部中斷引腳INT0或INT1，采用中斷方式檢查越界信號(hào)。越界報(bào)警電路如下列圖所示該系統(tǒng)選用MCS-51系列的8031作為主控制器。擴(kuò)展存儲(chǔ)電路為一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為4K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為8K。2732的片選控制端 直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以

37、后，CPU從0000H開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端 由譯碼器74LS138的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為40005FFFH。系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155。8155的片選端 接至譯碼器74LS138的Y4的輸出端，故8155控制命令存放器及PA，PB，PC口的地址號(hào)分別為8000H及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H80FFH。8155的A口為控制工作抬X，Y向電機(jī)的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示器設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口擔(dān)任鍵盤的列線及顯示

38、器的掃描控制；PB口的PB0PB3為鍵盤的行線。8031的P1口為顯示器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6共24個(gè)行列式鍵盤和6位8段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口和字位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。PB口剩余的I/O線PB4PB7分別作為工作臺(tái)+X，+Y，-X，-Y四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。在軟件設(shè)計(jì)上8155的PA口，PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測(cè)PB4PB7的電平，當(dāng)某I/O線為0時(shí)，應(yīng)立即停止X，Y向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。數(shù)控系統(tǒng)總的電氣原理圖見 圖紙A4

39、。5 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的主要控制功能包括：系統(tǒng)初始化。如對(duì)I/O接口8155、8255進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)計(jì)接口工作方式控制字等。輸入和顯示加工數(shù)據(jù)。監(jiān)視按鍵、鍵盤和開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能，并作相應(yīng)處理。自動(dòng)加工控制。空運(yùn)行控制?；亓憧刂啤９芾沓绦蚴窍到y(tǒng)的主程序。開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。管理程序的主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計(jì)管理程序時(shí)，應(yīng)該確定接受命令的形式、系統(tǒng)的各種操作功能等。如從鍵盤上接收命令那么需要定義鍵盤上各鍵的功能。根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)管理程序流程圖如下：內(nèi)存地址分配設(shè)、均小于128，即只需一個(gè)單元存放其值10H17H：存放X電機(jī)環(huán)分表值00H，01