用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造C6132型車床的設(shè)計（機(jī)械CAD圖紙）

摘要數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動元件，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)的定位精度較高。普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光桿或絲桿帶動縱溜板、橫溜板的移動。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進(jìn)行操作，刀架的縱向進(jìn)給運動和橫向進(jìn)給運動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造成為微機(jī)控制的，能獨立運動的進(jìn)給系統(tǒng)，刀架改造為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于切削過程中切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動運行，調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)查的回轉(zhuǎn)零件，并能實現(xiàn)多工序自動加工車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適合小批量多品種復(fù)查零件的加工。C6132車床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電動機(jī)，車床通過步進(jìn)電動機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。關(guān)鍵詞：微機(jī)控制；伺服系統(tǒng)；回轉(zhuǎn)刀架；自動車削ABSTRACTThenumericalcontrolenginebedismoreandmorewidespreadinmachine-finishingprofessionapplication.Numericalcontrolenginebeddevelopment,ontheonehandistheentirefunction,thehighperformance;Ontheotherhandisthesimplepracticaleconomynumericalcontrolenginebed,hastheautomaticprocessingthebasicfunction,theoperationserviceisconvenient.Theeconomynumericalcontrolsystempassescommonlyusedisthesplit-ringstep-by-stepsthecontrolsystem,thepowerstep-by-stepstheelectricalmachineryfortoactuatethepart,doesnothavetheexaminationfeedbackorganization,thesystempointingaccuracyishigh.Kniferestverticaltoenter,givesportandhorizontaltostockforsporttocanbelinked,cutorderbyartificialcontroleven.Carryonthenumericalcontroltransformationtotheordinarylathe.Mainlyverticalandhorizontalentergivesystemtransformintobywhatcomputercontrol.Thekniferestistransformedintothegyrationkniferestthatcanbechangedonehundredsheetsautomatically.Introducestheenginebedthemicrocomputernumericalcontrolsystemthetransformationtobepossibletoenhancetheenginebedtheoperationalperformance,Reducestheproductioncost,ObtainsthehigheconomicefficiencywiththefewfundsinvestmentTaketheC6132lathenumericalcontroltransformationastheexample,Inlinewithareasfaraspossiblefewtothelathemodification,Controlsectionanti-jamming,Transformationcostlowprinciple,Carriesonthenumericalcontroltransformationtothelathe.LathefortheNCtransformationismainlyverticalandhorizontalfeedsystemintoacomputer-controlled,TheindependencemovementcanfeedsystemcantransformToolAutomaticToolChangeofRotaryTool.Thus,theuseofNCdevices,lathecanbeimportedatapre-processingmachininginstructions.Asthecuttingprocessofcuttingparameters,prioritiesandcuttingtoolwillautomaticallybyoperation,regulationandreplacement,coupledwiththeverticalandhorizontallinkagefunctions,CNClatheaftertheconversioncanbeprocessedintovariousshapesreviewtherotatingparts,andmultipleprocessescanbeautomaticallyprocessedturning,thusenhancingtheefficiencyofproductionandprocessingaccuracy,alsosuitableforsmallbatchmultipletypesofreviewpartsoftheprocessing.C6132lathebelongstoeconomicnumericalcontrollathestransformationoftransformation,mainlyinthenumericalcontrolsystembyusingncsystemtransformation,oftransverseandlongitudinalfeedingsystem,openloopcontrolbysteppingmotordrivercomponents,lathe,throughthesteppermotordrivingballscrewrotation.Keywords：thecomputercontrols;servosystem;turnthekniferestround;automaticturning目錄1前言 12設(shè)計方案 32.1總體方案的確定 3系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 32.1.2計算機(jī)系統(tǒng) 32.1.3機(jī)械傳動方式 32.2系統(tǒng)運動方式的確定 32.3伺服系統(tǒng)的選擇 32.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 42.5計算機(jī)的選擇 42.6總體方案框圖繪制 43橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核 53.1計算切削力 53.2滾珠絲桿螺母副的設(shè)計、計算、選型 53.2.1計算進(jìn)給牽引力 53.2.2計算最大動負(fù)載C 63.2.3滾珠絲桿螺母副的選型 63.2.4傳動效率計算 73.2.5剛度驗算 73.2.6穩(wěn)定性校核 83.2.7橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) 93.3齒輪傳動比計算 103.4橫向步進(jìn)電機(jī)計算和選型 113.4.1初選步進(jìn)電機(jī) 113.4.2校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 123.5橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 173.5.1橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計 173.5.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖 184縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核 204.1計算切削 204.2滾珠絲桿螺母副的計算和造型 204.2.1計算進(jìn)給牽引力 20計算最大動負(fù)載C 214.2.3滾珠絲桿螺母副的選型 214.2.4傳功效率計算： 214.2.5剛度驗算 224.2.6穩(wěn)定性校核 23縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù) 234.3齒輪傳動比計算 244.3.1進(jìn)給齒輪箱傳比計算 244.4步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的計算和選型 254.4.1初選步進(jìn)電機(jī) 254.4.2校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 274.5縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 314.5.1縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計 32進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖 325微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 34硬件電路一般要求 34控制系統(tǒng)的組成及功能 345.2.1CPU、存儲器、I/O接口電路擴(kuò)展 34控制系統(tǒng)的功能 36步進(jìn)電機(jī)控制電路 36步進(jìn)電機(jī)開環(huán)驅(qū)動原理 36脈沖分配 37驅(qū)動電路 37其他輔助電路 386微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 396.1監(jiān)控程序 396.2直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計 39升降速處理軟件 416.4步進(jìn)電機(jī)的軟件控制及轉(zhuǎn)程序設(shè)計 437機(jī)床的加工程序編制 46致謝 49參考文獻(xiàn) 50附錄 511前言經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是我國80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價格便宜，用它來改造車床，投資少、見效快，成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術(shù)之一。數(shù)控機(jī)床與通用機(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、小批及形狀多變零件的加工問題，能夠獲得穩(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)控機(jī)床的應(yīng)用也受到其他條件的限制。數(shù)控機(jī)床價格昂貴，一次性投資巨大，對中小企業(yè)常是心有余而力不足。目前，各企業(yè)都有大量的通用機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會造成浪費。在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)需要。通用數(shù)控機(jī)床對某一類具體生產(chǎn)項目有多余功能。要較好地解決上述問題，通用機(jī)床數(shù)控化改造便是很好的對策。通用機(jī)床的數(shù)控化改造就在通用機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)開始時迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)。目前，在國外已發(fā)展成為一個新興的工業(yè)部門。從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則多達(dá)74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地?fù)?dān)供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國是擁有300多萬臺機(jī)床的國家，其中大部分都是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，如臥式車床和各種銑床等，自動化程度低，要想在近幾年來內(nèi)用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，通用機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。它適合中國的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。CA6132是金屬切削機(jī)床加工中比較常用的一類機(jī)床。屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電動機(jī)，車床通過步進(jìn)電動機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時，通過刀架的縱向和橫向移動，能加工出內(nèi)外圓柱面，圓錐面，端面，螺紋面等，借助于成型刀具，還能加工各種回轉(zhuǎn)表面。普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光桿或絲桿帶動縱溜板、橫溜板的移動。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進(jìn)行操作，刀架的縱向進(jìn)給運動和橫向進(jìn)給運動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造成為微機(jī)控制的，能獨立運動的進(jìn)給系統(tǒng)，刀架改造為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于切削過程中切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動運行，調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)查的回轉(zhuǎn)零件，并能實現(xiàn)多工序自動加工車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適合小批量多品種復(fù)查零件的加工。畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計說明書不只反映了設(shè)計的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。本說明書介紹了此次設(shè)計的任務(wù)，將普通臥式車床（C6132）改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床；有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造總體方案確定及框圖、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計、加工程序編制。

2設(shè)計方案2.1總體方案的確定2系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。2計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS—51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)、性能價格比高等特點，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。2機(jī)械傳動方式為實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一定的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。2.2系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。2.3伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或位流伺服電機(jī)驅(qū)動。半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是用檢測元件出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機(jī)械傳動裝置時，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點：Ⅰ盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。Ⅱ盡量消除傳動間隙。例如采用間隙齒輪等。Ⅲ提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。2.5計算機(jī)的選擇微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲器擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路、檢測電路等幾部分組成。2.6總體方案框圖繪制圖1總體方案框圖3橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核3.1計算切削力根據(jù)數(shù)控機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量mm/setp橫切端面查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P13頁式中——車床床身上加工最大直徑橫切端面時主切削力可取縱切時的 式中——走刀方向的切削力（N）——垂直走刀方向的切削力（N）3.2滾珠絲桿螺母副的設(shè)計、計算、選型3.2.1計算進(jìn)給牽引力橫向?qū)к墳檠辔残?，查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁式中：，，——切削分力（Ｎ）G——移動部件的重量（N）表1-1查得橫向溜板及刀架重力800N——滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同K——考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)取K=計算最大動負(fù)載C選用滾珠絲桿導(dǎo)軌參考《機(jī)床設(shè)計手冊.3》P185-P210查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位n——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3取——絲桿導(dǎo)程（mm）初選=5mmT——為使用壽命（h）,對于數(shù)控機(jī)床取15000h3滾珠絲桿螺母副的選型查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》附表Ａ-2，可采用WD2505外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動負(fù)載為9700N,精度等級按表3-17選為３級。3傳動效率計算式中：——螺旋升角，WD2505——摩擦角取3剛度驗算橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖2所示，最大牽引力958.97N,支承間距＝350mm，因絲桿長度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。計算如下:Ⅰ絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4,根據(jù)＝958.97N,D=25mm查出可算出：圖2橫向進(jìn)給絲桿支承方式Ⅱ滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖3-5得Ｗ系列１列圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量因進(jìn)行了預(yù)緊Ⅲ支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形采用推力球軸承8104查閱《機(jī)床設(shè)計手冊.２》表,d=20mm,滾動體直徑=,數(shù)量Z=13綜合以上幾項變形量之和：＜定位精度3穩(wěn)定性校核計算臨界負(fù)載(N)式中:E——材料彈性模量()I——截面慣性矩()L——絲桿兩軸承端距離(cm)——絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡支一般=2.5-4.0,所以>>此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。3橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù)其參數(shù)如表1表1WD2505滾珠絲杠幾何參數(shù)參數(shù)名稱符號關(guān)系式WD2505螺紋滾道公稱直徑25導(dǎo)程5接觸角鋼球直徑滾道法面半徑R偏心距e螺紋升角螺桿外徑d內(nèi)徑接觸直徑螺母螺紋直徑D內(nèi)徑3.3齒輪傳動比計算已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=5mm,初選步進(jìn)電動機(jī)步距角可計算傳動比:考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級齒輪降速。因進(jìn)給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2傳動齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)Z24402025分度圓d=mz48804050齒頂圓52844454齒根圓43753545齒寬(6-10)m20中心距64453.4橫向步進(jìn)電機(jī)計算和選型3.4.1初選步進(jìn)電機(jī)a計算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁式中:——脈沖當(dāng)量，取——進(jìn)給牽引力(N)——步距角，初選雙拍制為——電機(jī)—絲桿傳動效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為b估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩(N)c計算最大靜轉(zhuǎn)矩查表3-22如取五相十拍，則d計算步進(jìn)電機(jī)運行頻率和最高啟動頻率式中:——最大切削進(jìn)給速度——最大快移速度——脈沖當(dāng)量，取e初選步進(jìn)電機(jī)型號根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出90BF004最大靜轉(zhuǎn)矩為245N>可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比的要求。決定采用90BF004，但從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P24頁查出，步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動頻率為4000Hz,滿足空載時(3333.33Hz)的要求。3.4.2校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計算。Ⅰ等效轉(zhuǎn)動慣量計算計算簡圖見圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對齒輪降速時，傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算:式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量——齒輪的轉(zhuǎn)動慣量——絲桿轉(zhuǎn)動慣量——絲桿導(dǎo)程(cm)G——工件及工作臺重量(N)G=800(N)a齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式如下:對于鋼材，式中:M——圓柱體質(zhì)量D——圓柱體直徑(cm)L——圓柱體長度或原長(cm)鋼材的密度為因此基本滿足慣量匹配的要求。b電機(jī)轉(zhuǎn)矩計算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算:1）快速空載起動轉(zhuǎn)矩在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算如下：式中:——快速空載起動轉(zhuǎn)矩——空載起動時折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩——由于絲桿預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩在采用絲桿螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計算：式中:——傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量——電機(jī)最大角速度——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速——運動部件最快速度——脈沖當(dāng)量——步進(jìn)電機(jī)的步距角——運動部件從停止到起動加速到最大快進(jìn)速度所需時間(s)起動加速時間=30(ms)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩式中:——導(dǎo)軌的摩擦力(N)——垂直方向的切削力(N)G——運動部件的總重量(N)——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取——齒輪降速比附加摩擦轉(zhuǎn)矩:式中:——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N)——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)——滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取上述三項合計:2）快速移動時所需轉(zhuǎn)矩3）最大切削負(fù)載時所需要的轉(zhuǎn)矩式中:——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩從上面計算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。從表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時為則最大靜轉(zhuǎn)矩為:從表3-23查出90BF004最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。Ⅱ校核步進(jìn)電動機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性前面已經(jīng)計算出機(jī)床最大快移時，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動頻率為3333.33Hz,切削進(jìn)給時所需步進(jìn)電機(jī)運行頻率從表3-23中查出90BF004型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為4000Hz，運行頻率為16000Hz，再從圖3-15，3-16查出90BF004步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性如圖3所示。當(dāng)快速運動和切削進(jìn)給時，90BF004型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性可以滿足要求。圖3電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性3.5橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖，用以表達(dá)設(shè)計構(gòu)思、設(shè)計特點及計算結(jié)果，進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計。3.5.1橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以從俯視圖看出，橫向進(jìn)給的齒輪箱和步進(jìn)電機(jī)裝在床鞍后面，滾珠絲桿也需用蓋板保護(hù)。橫向進(jìn)給的手柄可以拆除也可保留，將原機(jī)的方刀架拆除，改裝自動回轉(zhuǎn)刀架，由計算機(jī)控制，根據(jù)程序，自動轉(zhuǎn)位、夾緊。從總圖中可以看到帶動刀架回轉(zhuǎn)的微型電機(jī)、齒輪箱。總體圖上還畫出此車床上加工螺紋的部件光電編碼器在數(shù)控車床上，利用光電編碼器裝在主軸或主軸箱中與主軸保持一定傳動比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈時，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入到計算機(jī)中，經(jīng)過計算機(jī)的運算控制步進(jìn)電機(jī)，帶動滾珠絲桿，使刀架進(jìn)給一定的螺距。而附錄E中光電編碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連。因伸出軸不可能與彈性聯(lián)軸器孔的尺寸完全一致，故還要設(shè)計一個中間過渡套?？刂泼姘迳嫌袛?shù)碼顯示，按鍵、各種指示燈及開關(guān)，注意設(shè)計時要與硬件電路圖一致。3.5.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖經(jīng)過計算，已知橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用90BF004型步進(jìn)電機(jī)。經(jīng)過二對齒輪減速，齒輪齒數(shù)。齒輪模數(shù)m=2,滾珠絲桿直徑為mm,滾珠絲桿螺母選用的是外循環(huán)溝槽式墊片調(diào)隙WD2505。進(jìn)行應(yīng)保證足夠應(yīng)考慮以上問題Ⅰ設(shè)計應(yīng)保證足夠的行程，C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，在床面上加工最大尺寸為320mm，橫向進(jìn)給行程至少為185mm，圖中設(shè)計了兩對減速齒輪，減小了齒輪箱體的高度，使橫向拖板運動時，防塵蓋11不致和箱體上蓋4干涉，從圖中可以看出橫向拖板12最大運動距離為200mm，另外還需注意從橫向拖板裝刀架的中心到主軸中心的距離必須大于等于行程與方刀架見方及刀頭伸出度之和，設(shè)計時應(yīng)注意，主軸中心與床身中心并不重合，C6132車床此尺寸為5mm。C6132車床刀架見方為220200，刀頭伸出長度為30mm左右。Ⅱ滾珠絲桿與橫向?qū)С痰钠叫卸葢?yīng)小于，為達(dá)到此要求，可在鏜床上對床鞍兩邊的裝軸承孔在一次裝卡中鏜出。Ⅲ為保證滾珠絲桿轉(zhuǎn)動輕快靈活，無阻滯現(xiàn)象，必須使?jié)L珠螺母與兩端軸承同軸。在本設(shè)計中，滾珠螺母14與橫向拖板12之間裝有一墊片，通過水平面內(nèi)滾珠螺母，在垂直面內(nèi)與兩端支承同軸，在通過內(nèi)六角螺釘20的過孔，調(diào)整水平面內(nèi)滾珠螺母與兩端支承同軸，調(diào)整好以后，打入定位銷21。Ⅳ滾珠絲桿左右各采用一對徑向軸承，在右端又采用一對止推軸承，以承受軸向力。當(dāng)絲桿受到向右的軸向力時，通過絲桿臺階傳給止推軸承15動圈，經(jīng)鋼珠傳給止推軸承15不動圈，再通過擋圈，一對徑向軸承16的外圈傳給法蘭盤再傳到床鞍上。絲桿受到向左的軸向力通過絲桿右端的圓螺母傳給止推軸承的動圈鋼珠，經(jīng)不動圈傳給法蘭盤、床鞍，此處必注意絲桿所受的軸向力必須傳到床鞍等固定體上。另外，要注意止推軸承不動圈和軸頸之間必須畫出間隙。Ⅴ雙片消隙齒輪的中間開有三個月牙形的槽放入壓簧，并用三個內(nèi)六角螺釘固定（A-A斷面和E-E斷面），這種消隙齒輪的裝配順序:首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)過一個齒距，使雙片齒輪的齒對齊，彈簧受壓，上緊螺釘，裝入箱體后將螺釘松開，彈簧將雙片齒輪沿周向錯開，以消除與齒輪的間隙，此時在將螺釘上緊（因而在設(shè)計時，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，彈簧兩端用削扁的銷子壓?。┐嗽O(shè)計中應(yīng)注意箱體中留足夠的扳手空間，雙片齒輪用二個六角螺釘固緊，六角扳手可以齒輪箱體上端面伸入（端蓋拆下），六角螺釘和滾珠絲桿在軸向留有足夠的空間，但此空間也不宜留得過大，以免加大箱體尺寸，雙片齒輪采用三個開槽螺釘緊固。螺絲刀需從箱體左面孔中伸入（拆去端蓋）。Ⅵ90BF004型步進(jìn)電機(jī)軸為平鍵，為防止運轉(zhuǎn)過程中齒輪從電機(jī)上松動滑出，在齒輪的輪轂上裝一頂絲，（電機(jī)軸上鉆一小窩）并用鉛絲在頂絲口處與齒輪輪轂纏住以防松。4縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核4.1計算切削主切削力F（N）按經(jīng)驗公式估算：—走刀方向的切削分力（N）—車床身上加工最大直徑（mm）=320m：：—走刀方向的切削力—垂直走刀方向的切削力=×0.25=958.825(N)=×0.4=1534.12(N)4.2滾珠絲桿螺母副的計算和造型4計算進(jìn)給牽引力——3兩表〈〈機(jī)床設(shè)計手冊.3〉〉查書《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22在正常情況下：—考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=—滑動導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.15～—溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表1—1，取=800N=1.15×958.825+0.17(3835.30+800)=1890.65(N)4計算最大動負(fù)載C參考《機(jī)床設(shè)計手冊.3》P185～P210選用滾珠絲桿導(dǎo)軌式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位n——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3取——絲桿導(dǎo)程（mm）初選=5mmT——為使用壽命（h）,對于數(shù)控機(jī)床取15000hr/min60==11102.47(N)4滾珠絲桿螺母副的選型查閱附錄A表A—2，可采用WD4506外循環(huán)墊片調(diào)隙雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動負(fù)載為17100（N），精度等級按表《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-17選為3級。4傳功效率計算：=式中：r—螺旋升角，WD4506r=—磨擦角取10’滾動磨擦系數(shù)4剛度驗算先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖4所示，最大牽引力。支承間距L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷1/3。圖4縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式a.絲杠的拉伸或壓縮變形量查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4，根據(jù)查出可算出由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量(mm)為b.滾珠與螺紋滾道間接觸變形查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-5，W系列1列圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量μm因進(jìn)行預(yù)緊c.支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形采用8107型推力球軸承，=35mm,滾動體直徑=,滾動體數(shù)量Z=18,注意此公式中單位應(yīng)為N因施加預(yù)緊力，故根據(jù)以上計算<定位精度因為查表達(dá)1-1《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為±4.2.6穩(wěn)定性校核滾珠絲桿兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。4縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù)表3表3WD4506滾珠絲桿副幾何參數(shù)參數(shù)名稱符號關(guān)系式WD4506螺紋滾道公稱直徑45導(dǎo)程6接觸角鋼球直徑滾道法面半徑偏心距=(－螺紋升角螺桿外徑=-(0.2～0.25)內(nèi)徑=＋2－2接觸直徑=－Cos螺母螺紋直徑=－2＋2內(nèi)徑=＋(0.2～0.25)4.3齒輪傳動比計算4進(jìn)給齒輪箱傳比計算已確定縱向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=6mm,初選步進(jìn)電動機(jī)步距角可計算傳動比:因為可進(jìn)定齒輪齒數(shù)為32/40或20/25，或，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》，又因進(jìn)給給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，則有關(guān)參數(shù)如表4所示：表4傳動齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)Z3240分度圓d=mz6480齒頂圓6884齒根圓5975齒寬(6-10)m2020中心距724.4步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的計算和選型4初選步進(jìn)電機(jī)a計算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁式中:——脈沖當(dāng)量，取——進(jìn)給牽引力(N)取——步距角，初選雙拍制為－電機(jī)－絲桿的傳動效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，分別為、、和。b估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩(N)c計算最大靜轉(zhuǎn)矩查表3-22如取五相十拍，則d計算步進(jìn)電機(jī)運行頻率和最高啟動頻率式中:——最大切削進(jìn)給速度=0.8 m/min——最大快移速度=/min——脈沖當(dāng)量，取e初步選電機(jī)型號根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩在表3-22中查出110BF004最大靜扭矩為可以滿足要求，考慮此經(jīng)濟(jì)型數(shù)按車床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該先稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定的余量，另一方面，與國內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比，決定采用130BF001步進(jìn)電機(jī)，但從表中看出130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動頻率為3000HZ，不能滿足=4000HZ的要求，此項指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。4.4.2校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所初步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進(jìn)行校核計算。Ⅰ等效轉(zhuǎn)動慣量計算計算簡圖見圖，根據(jù)《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-24，傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算:式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量——滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣量——絲桿導(dǎo)程(cm)=1500mmG——工件及工作臺重量(N)G=1500(N)參考同類型機(jī)床，初步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)130BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動量a齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式如下:對于鋼材，式中:M——圓柱體質(zhì)量D——圓柱體直徑(cm)L——圓柱體長度或原長(cm)鋼材的密度為代入公式可得：＋＋1.4]＋考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣車匹配問題：滿足慣量匹配的要求。b電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算:1）快速空載起動轉(zhuǎn)矩在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算如下：式中:——快速空載起動轉(zhuǎn)矩——空載起動時折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩——由于絲桿預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩在采用絲桿螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計算：式中:——傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量——電機(jī)最大角速度——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速——運動部件最快速度——脈沖當(dāng)量——步進(jìn)電機(jī)的步距角——運動部件從停止到起動加速到最大快進(jìn)速度所需時間(s)起動加速時間=30(ms)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩式中:——導(dǎo)軌的摩擦力(N)—絲桿導(dǎo)程(cm)=——垂直方向的切削力(N)G——運動部件的總重量(N)——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取7——齒輪降速比附加摩擦轉(zhuǎn)矩:式中:——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N)——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)=——滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取上述三項合計:2）快速移動時所需轉(zhuǎn)矩3）最大切削負(fù)載時所需要的轉(zhuǎn)矩式中:——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩從上面計算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時為則最大靜轉(zhuǎn)矩為:查表3—23中130BF001型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為931N，大于所需最大轉(zhuǎn)靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足要求。Ⅱ校核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性。已計算出機(jī)床最大快移時需步進(jìn)電機(jī)的最高起動頻率為4000Hz，切削進(jìn)入時所需步進(jìn)電機(jī)運行頻率為1333.3Hz。從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3—23中查出130BF001型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為3000Hz，運行頻率為16000Hz，再從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》〉圖3—15，3—16查出130BF步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時，=2500Hz時，=100N,不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩64454N，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，可將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩擴(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運動和切削進(jìn)給時，130BF001型步進(jìn)電機(jī)運行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求：如圖5圖5電機(jī)運行矩頻特性4.5縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖，用以表達(dá)，設(shè)計者構(gòu)思，設(shè)計特點及計算結(jié)果一。4縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，在原機(jī)床裝進(jìn)給箱的位置，將進(jìn)給箱拆除，裝伺服系統(tǒng)齒輪箱，在箱體的左面裝步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲桿右端軸承座仍裝在原機(jī)床滑動絲桿后軸承座處。滾珠絲桿裝有擋板，以防止切屑掉下?lián)p壞滾珠絲杠。將C6132床的溜板箱拆除，在滾珠螺母座前面有控制板，裝有急停，電源開關(guān)等幾個按鈕，便于工人操作。總圖上還必須畫出此車床上加工螺紋的部件光電編碼器在經(jīng)濟(jì)型數(shù)按車床上，利用光電編碼器裝在主軸或在主軸箱與主軸保持一定傳動比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈時，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入計算中，經(jīng)過計算的運算，控制步進(jìn)電機(jī)，帶功滾珠絲杠，使刀架進(jìn)給一定的螺距。而光電編碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連，因伸出軸不可能與彈性聯(lián)軸器的尺寸完全一致，故中間還要設(shè)計一個中間過渡套。4進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖經(jīng)過計算，已知此縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用130BF001型步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)過一對齒輪減速，齒輪系數(shù)=32。=40。模數(shù)m=2滾珠絲桿公稱直徑為=45mm。滾珠絲杠螺母副先用的是外循環(huán)溝槽式墊片凋隙WD4506。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)，注意考慮以下問題（1）進(jìn)行改造設(shè)計時，將原C6132車床進(jìn)給箱擠掉，利用原來的安裝基面安裝齒輪箱體45。因而必須注意齒輪箱體螺釘中心距的尺寸，應(yīng)保證箱的安裝螺釘和銷釘均在原來的安裝基礎(chǔ)面上，床尾的軸承座仍要裝在原C6132車床尾部軸承的加面上。（2）為保證滾珠絲杠與導(dǎo)軌平行設(shè)計時，應(yīng)注意使齒輪箱體的絲杠中心，與床尾軸承座中心線距安裝基面尺寸一致以保證水平面的絲杠與導(dǎo)軌平行。齒輪箱體在床身上的安裝螺釘?shù)奈恢门c車尾軸承座螺釘在床身上的安裝位置必須根據(jù)床身具體情況確定，以保證在垂直面內(nèi)絲桿與導(dǎo)軌平行。水平面內(nèi)的平行度達(dá)不到要求可刮研齒輪箱體或床尾軸承座的安裝基面，如垂直面內(nèi)平行度達(dá)不到要求，可安裝螺釘?shù)倪^孔進(jìn)行調(diào)整，調(diào)好后，插入定位銷。（3）保證滾珠絲杠轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，輕快，必須使?jié)L珠絲桿螺母座板定19與絲杠兩端支承同軸，設(shè)計時，在螺母座與彎板之間設(shè)計墊片58，裝調(diào)時可以修磨墊片來保證螺母座在平面內(nèi)與兩面端支承同軸，垂而直面內(nèi)的同軸，靠螺釘?shù)剡^孔來的調(diào)整，調(diào)好后，打入銷釘。（4）在水平面內(nèi)應(yīng)使絲杠中心線距軌的距離盡量小，否則將層產(chǎn)生顛復(fù)力矩，增大磨擦力，使運動不平穩(wěn)，利用床身的凹面，使齒輪箱體背面比安裝基面突出33mm。就使絲杠中心距安裝基面尺寸為42mm。不用此床身的凹入面，因為130BF001型步進(jìn)電機(jī)外圓直徑為φ130，就會使絲桿中心距安裝基面尺寸至少為645mm（5）步進(jìn)電機(jī)裝在箱體左側(cè)，利用短圓柱面中，在箱體上定位，由于是定位面，一定要在圖上標(biāo)注出孔的尺寸及配合。（6）設(shè)計中滾珠螺母副采用了墊片調(diào)整方式預(yù)緊，即用修磨墊片使?jié)L珠絲杠滾珠與兩個滾珠螺母擠緊，避免在反向失步消隙齒輪，是采用兩個薄片齒輪，中間開有三個月芽形的槽放入壓簧，并用三個內(nèi)六角螺釘固定，這種消隙齒輪的裝配順序是：首先將雙片只輪相對轉(zhuǎn)過一個齒輪，使雙片尖輪的齒輪的矢對齊，彈簧38受壓，上緊螺釘30裝入箱體后，將螺釘30松開，彈簧38將雙片齒輪沿用向錯開，消除與齒輪的側(cè)隙，此時財將螺釘30上緊，在設(shè)計時，箱壁上要留有可進(jìn)伸入六角搬手孔，彈簧兩端用削扁的銷子39壓住。（7）當(dāng)車床床鞍移動時，滾珠絲杠要受到軸向力，此軸向力由床身前端的兩個止推軸承承受，向左的軸向力通過擋圈21。止推軸承22，擋塊23，傳到齒輪箱體上，向右的軸向力則通螺母37，齒輪31，徑向軸承28，軸套27，擋圈26。到左邊的止推軸承22，經(jīng)擋塊23傳到端蓋24上，此端蓋與齒輪箱體用螺釘固連，繪圖注意止推軸承22的動圈和不動圈的畫法，與擋塊23接觸的一邊是不動圈，其內(nèi)孔和軸頸之間要畫出間隙。床尾部分的圓螺母2是用來對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，以增加絲杠的剛度，外側(cè)的圓螺母是鎖緊用的，由于旋轉(zhuǎn)螺母2進(jìn)行預(yù)拉伸時，端面磨擦力大，故要止推軸承5以上減小端面磨擦力。5微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計5.1硬件電路一般要求1.較完善的中斷系統(tǒng)。2.足夠的內(nèi)存。3.一定數(shù)量的輸入輸出通道（接口）。4.高可靠性。因此本設(shè)計中采用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用8031作CPU，擴(kuò)展了兩片2764芯片、一片6264芯片、兩片8155可編程并行I/O接口。5.2控制系統(tǒng)的組成及功能5CPU、存儲器、I/O接口電路擴(kuò)展(1)CPU采用8031芯片，由于8031片內(nèi)無程序存儲器，需要有外部程序存儲器的支持，同時8031內(nèi)部只有128B的數(shù)據(jù)存儲器，也遠(yuǎn)不能滿足控制系統(tǒng)的要求。故擴(kuò)展了16KB程序存儲器由兩片2764組成，又?jǐn)U展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器。8031芯片的P0和P2用來傳送外部存儲器的地址和數(shù)據(jù)，故要采用74LS373地址鎖存器，鎖存低8位地址，ALE作為其選通信號，當(dāng)ALE為高電平，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(dāng)ALE從高電平變低電平，出現(xiàn)下降沿時，低8位地址鎖存入地址鎖存器中，74LS373送出讀寫的數(shù)據(jù)了。8031芯片的P2口和74LS373送出的P0口共組成16位地址，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～P2.4。系統(tǒng)采用全地址譯碼，兩片2764芯片片選信號CE分別接74LS138譯碼器的Y0和Y1，系統(tǒng)復(fù)位以后程序從0000H開始執(zhí)行。6264芯片的片選信號CE1也接74LS138的Y1單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址（即允許地址重疊），8031芯片控制信號PSEN接2764的OE引腳，讀寫控制信號WR和RD分別接6264芯片的WE和OE，以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。由于8031芯片內(nèi)部沒有ROM故始終要選外部程序存儲器，故其EA必須接地。8031的是片內(nèi)的定時器/計數(shù)器溢出中斷申請，由主軸后面的光電編碼器輸入。當(dāng)車床車螺紋時，主軸光電編碼器向8103發(fā)出進(jìn)給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個零位螺紋信號，輸入8155(1)的，用以防止車螺紋亂扣。(2)I/O接口電路擴(kuò)展8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以及報警等。其中PA口為輸入口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運行、自動、手動I，手動和回零。PB口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動、暫停、單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當(dāng)自動轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號，開始執(zhí)行進(jìn)給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號。PC口是輸出口，控制自動刀架轉(zhuǎn)位四個刀位的選刀。用于報警顯示，系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)報警功能。8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。其中為輸出口，用于控制Z向、X向步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)，Z向步進(jìn)電機(jī)為五相，X向為三相。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤顯示電路為46鍵和6位顯示器。作為鍵盤的6條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤輸入口。是6位數(shù)碼顯示器的位選信號，8031的口是數(shù)碼顯示器的段選信號。接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在Z向或X向越程時，即向計算機(jī)輸入此信號，使進(jìn)給系統(tǒng)停止。(3)存儲器及I/O口芯片地址分配（表5）表5數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配芯片接74LS138引腳地址選擇線片內(nèi)地址單元地址編碼2764(1)000xxxxxxxxxxxxx8K0000H-1FFFH2764(2)001xxxxxxxxxxxxx8K2000H-3FFFH6264010xxxxxxxxxxxxx8K4000H-5FFFH8155(1)I/O66100H-6105H8155(2)I/O68100H-8105H5控制系統(tǒng)的功能Z向和X向進(jìn)給伺服系統(tǒng)運動鍵盤顯示自動轉(zhuǎn)位刀架控制螺紋加工控制面板控制行程控制其他功能報警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。5.3步進(jìn)電機(jī)控制電路5步進(jìn)電機(jī)開環(huán)驅(qū)動原理每輸入一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就完成一次進(jìn)給，其種類很多，在本設(shè)計中采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其工作原理是：數(shù)字脈沖信號控制定子磁極上的控制繞組，按一定順序通電，在定子和轉(zhuǎn)子的空隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn)。圖6步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖脈沖信號源——它是一個脈沖發(fā)生器，通常脈沖頻率連續(xù)可調(diào)，送到脈沖分配器的脈沖個數(shù)和頻率脈沖由控制信號進(jìn)行控制。脈沖發(fā)生器——將脈沖按一定順序送到功率放大器中進(jìn)行放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。功率放大器——將脈沖分配器送來的脈沖進(jìn)行放大，使步進(jìn)電機(jī)獲得必要的功率。步進(jìn)電動機(jī)——伺服系統(tǒng)的執(zhí)行原件，它帶動工作機(jī)構(gòu)，如減速裝置，絲桿，工作臺。5脈沖分配脈沖分配器是將控制脈沖按規(guī)定的通電方式分配到各相，該分配可由硬件電路實現(xiàn)也可由軟件完成．P1.0,P1.1,P1.2三位分別輸出時序脈沖．經(jīng)光電隔離，驅(qū)動放大使步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)，延時的長短決定了步進(jìn)電機(jī)運行一拍的時間，也就決定了的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。5驅(qū)動電路由微機(jī)按控制要求發(fā)出脈沖，并依次將脈沖分配給各相繞組,因其功率很小,電壓幅度不足5V,電流為mA級。必須經(jīng)過驅(qū)動器將信號電流放大到若干安培,才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。因此,步進(jìn)電動驅(qū)動器實際上是一個功率放大器。驅(qū)動器的質(zhì)量直接影響到步進(jìn)電機(jī)性能。驅(qū)動器的負(fù)載是電機(jī)繞組是強(qiáng)電感性負(fù)載。對驅(qū)動器的要求是:失真要小,有較好的前后沿和足夠的幅度,效率要高；工作可靠,安裝,調(diào)試和維修方便。此處采用主低壓驅(qū)動電路,其原理如圖7所示:下圖是一個La繞組的高低壓驅(qū)動電路，脈沖變壓器Tp組成的高低壓控制電路，無脈沖輸入時，T1,T2,T3,T4均截止，電動機(jī)繞組中無電流通過．電機(jī)不轉(zhuǎn)．有脈沖輸入時,T1,T2,T4飽和導(dǎo)通．在T2由截止到飽和期間，其集電極電流也就是脈沖變壓器的電流急速增加，在變壓器次級產(chǎn)生一個電壓，使T3導(dǎo)通．80V高壓經(jīng)高壓管T3加到繞組La上，圖7步進(jìn)電機(jī)高低壓驅(qū)動電路使電流迅速上升，經(jīng)過數(shù)百微秒，當(dāng)T2進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)后，Tp初級電流恒定，次級的感應(yīng)電流經(jīng)D2加到繞組La，維持La中的電流為恒定值，T1,T2,T3,T4又均截止，儲存在La中的能量通過18Ω電阻和二極管，18Ω的電阻作用是減少放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形后沿．由于采用了高低壓驅(qū)動，電流增長快電機(jī)的力矩和運行頻率都得到改善，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生反電勢，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降．5其他輔助電路此控制系統(tǒng)中設(shè)有越界報警和急停處理電路。+X，+Z方向的越界和急停信號經(jīng)或門引入8031的P3.2，中斷源INT0，同時又接到8031的P1口，采用硬件申請中斷軟件查詢的方法，這無論哪個方向越界都會引起中斷，在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢的辦法，便可確定是哪個方向越界，當(dāng)+X，+Z一方向越界，則相應(yīng)的紅燈亮報警。6微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件是為完成機(jī)電設(shè)備的各項功能而編制的，由于各種機(jī)電設(shè)備所完成的功能和控制方法不同，其軟件在結(jié)構(gòu)和規(guī)模上也不盡相同，以單片機(jī)為核心的數(shù)控微機(jī)控制系統(tǒng)軟件一般包括監(jiān)控塊，插補(bǔ)計算塊，步進(jìn)電機(jī)控制塊，誤差補(bǔ)償懷。6.1監(jiān)控程序監(jiān)控程序的作用是進(jìn)行人機(jī)對話和控制檢測系統(tǒng)運行狀態(tài)，監(jiān)控程序一般包括系統(tǒng)的初始化，命令處理循環(huán)，零件加工程序作業(yè)程序輸入，編程，控制分析執(zhí)行，以及系統(tǒng)自控。微機(jī)在執(zhí)行指令分析時，微機(jī)控制系統(tǒng)對輸入指令進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)操作，如數(shù)控系統(tǒng)中的M功能，G功能，F(xiàn)，S，T和國標(biāo)的識別功能等，其中G01是直線插補(bǔ)，G02是順時針圓弧插補(bǔ)，G03是逆時針圓弧插補(bǔ)功能等，M輔助功能主要是主軸的啟停，切削液的開關(guān)，工件夾緊松開，加工停止等，F(xiàn)功能規(guī)定進(jìn)給速度，S功能規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速，T功能規(guī)定加工刀具等。6.2直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(1)直線插補(bǔ)程序設(shè)計在機(jī)電設(shè)備中，執(zhí)行部件如要實現(xiàn)平面斜線和圓弧曲線的路徑運動，必須通過兩個方向的運動合成來完成，在數(shù)控機(jī)床中，這只是由X，Y方向運動的工作應(yīng)按照插補(bǔ)程序設(shè)計。用逐點比較法進(jìn)行直線插補(bǔ)計算，每走一步，都需要以下四個步聚：偏差判別：判別偏差或，從而決定拿個方向進(jìn)給和采用那個偏差計算公式。坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號，決定沿+X，+Y，-X，-Y的拿個方向進(jìn)給。偏差計算：進(jìn)給一步后，計算新的偏差。終點判別：進(jìn)給一步后，終止高計數(shù)器減1。若為零，表示達(dá)到終點停止插補(bǔ)；不為零，則返回第一步插補(bǔ)。終點判別可用兩個方向坐標(biāo)來判別。第一象限直線插補(bǔ)程序框圖如圖8所示。圖8逐點比較法直線插補(bǔ)框圖(2)圓弧插補(bǔ)程序的設(shè)計逐點比較法的圓弧的插補(bǔ)計算過程和直線插補(bǔ)的基本相同，也分：偏差判別，坐標(biāo)進(jìn)給，偏差計算，終點判別。不同點在：1偏差計算公式不僅與前一點偏差有關(guān)，還與坐標(biāo)有關(guān)。在進(jìn)行偏差計算時，還要進(jìn)行坐標(biāo)計算。2終點判別是以一個方向的坐標(biāo)為判別的，以加工步數(shù)多的方向的坐標(biāo)為終點判據(jù)。第一象限圓弧插補(bǔ)程序框圖如圖9所示。圖9第一象限圓弧插補(bǔ)程序框圖6.3升降速處理軟件在本設(shè)計中步進(jìn)電機(jī)運行頻率比較高，為使其不出現(xiàn)失步現(xiàn)象，不能采用突然啟動方式，通常要有一個加速過程，同樣電機(jī)從高速到停止要有個減速過程，以免產(chǎn)生過載。用微機(jī)實現(xiàn)加減速控制，可采用等加速控制和按照指數(shù)曲線控制方法。圖10是可加減速方法控制的輸出脈沖頻率波形：圖10步進(jìn)電機(jī)等加減速輸出脈沖頻率波形步進(jìn)電機(jī)在啟動過程中進(jìn)給脈沖頻率隨時間按線性變化，上升到一定頻率時停止變化，改為勻速進(jìn)給，在停止過程中，同樣給定勻減速變化直到步進(jìn)電機(jī)停止運轉(zhuǎn)，程序?qū)崿F(xiàn)這種方式比較容易。即在步進(jìn)電機(jī)的啟動和制動的變速過程中，微機(jī)每輸出一個狀態(tài)控制后的延時時間間隔按線性遞減或遞增變化，啟動進(jìn)給一定步數(shù)然后達(dá)到勻速狀態(tài)，此時時間保持不變，步進(jìn)電機(jī)等加速啟動，勻速運行，等減速停車控制的程序框圖如圖11所示。圖11步進(jìn)電機(jī)等加減速控制程序框圖6.4步進(jìn)電機(jī)的軟件控制及轉(zhuǎn)程序設(shè)計步進(jìn)電機(jī)的控制需要變頻信號源，環(huán)行分配器及功率放大等硬件。而變頻信號源.環(huán)行分配器可用軟件代替，并且還可以方便的實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制。圖示的單片機(jī)組成的三相步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖如圖12所示。8031的P1口低3位為輸出位，分別控制電機(jī)的A，B，C三相，由軟件實現(xiàn)環(huán)行分配器功能，P1.0，P1.1，P1.2分別輸出時序脈沖，經(jīng)光電隔離，驅(qū)動放大使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)控制的任務(wù)是：判別旋轉(zhuǎn)方向，依次送出控制源，根據(jù)運轉(zhuǎn)速度實現(xiàn)一定的延時，判斷是否結(jié)束，以上是以三相步進(jìn)電機(jī)為例介紹程序設(shè)計。設(shè)步進(jìn)電機(jī)總的運行步數(shù)為R4，轉(zhuǎn)向標(biāo)志存放在程序狀態(tài)存儲器，用戶標(biāo)志位F，（D5H）中，當(dāng)F為零時，電機(jī)正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)時P1口的輸出控制為：01H，03H，02H，06H，04H，05H存放在8031的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲單元20H-25H中，26H中存放結(jié)素標(biāo)志00H，在27H-20H的存儲單元內(nèi)存放反轉(zhuǎn)時P1口的輸出字：0HH，05H，04H，06H，02H，03H，ZAI20H單元內(nèi)存放標(biāo)志位00H。圖12步進(jìn)電機(jī)的控制原電路原理及控制字步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序如下：PUSHA;MOVR4,#N;