c6132車床的改造(包括圖紙)大學(xué)畢設(shè)論文

PAGEPAGE2機械電子工程畢業(yè)設(shè)計（綜合作業(yè)）指導(dǎo)老師：購買后及時與我聯(lián)系，會將圖紙及時發(fā)到購買者qq郵箱。專業(yè)：班級：姓名：目錄1．緒論21．1數(shù)控機床的分類21．2數(shù)控機床的優(yōu)點31．3數(shù)控機床發(fā)展動向41．4數(shù)控改造的優(yōu)點51．5數(shù)控機床改造的必要性51．5．1微觀看數(shù)控改造的必要性和迫切性61．5．2宏觀看數(shù)控改造的必要性和迫切性62．C6132車床的改造72．1數(shù)控機床改造的設(shè)計步驟72．2設(shè)計方案的確定82．392．4步進電機的選擇182．5數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計21結(jié)論381．緒論1.1數(shù)控機床的分類目前，數(shù)控機床品種齊全，規(guī)格繁多，可從不同角度和按照多種原則進行分類。1.按工藝用途分類1）金屬切削類數(shù)控機床如：數(shù)控車床﹑數(shù)控銑床﹑數(shù)控鉆床﹑數(shù)控磨床﹑數(shù)控鏜床以及加工中心等等。2）金屬成型類數(shù)控機床如：數(shù)控折彎機﹑數(shù)控彎管機﹑數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機等。3）數(shù)控特種加工以及其它類型數(shù)控機床如：數(shù)控線切割機﹑數(shù)控電火花加工機床﹑數(shù)控激光切割機床﹑數(shù)控火焰切割機床等。2.按控制的運動的方式分類1）點位控制數(shù)控機床這類數(shù)控機床的數(shù)控裝置只要求精確地控制運動部件從一個坐標點移動到另一個坐標點的定位精度。這類數(shù)控機床主要有數(shù)控鉆床﹑數(shù)控鏜床﹑數(shù)控測量機﹑數(shù)控沖剪床等等。2）直線控制數(shù)控機床這類數(shù)控機床不僅要求具有準確的定位功能，而且還要保證從一點到另一點之間移動的軌跡是一條直線。這類數(shù)控機床包括有數(shù)控車床﹑數(shù)控鏜銑床﹑加工中心等。3）輪廓控制的數(shù)控機床這累數(shù)控機床的控制裝置能同時控制兩個或兩個以上的坐標軸，并具有插補功能。對位移和速度進行嚴格的不間斷的控制，即可以曲線或曲面零件。3.按伺服系統(tǒng)的類型分類1）開環(huán)控制數(shù)控機床數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號是單向的，這類數(shù)控機床沒有檢測反饋裝置，其精度主要取決于驅(qū)動器件和電機的性能。它適合于精度﹑速度要求不高的場合。2）閉環(huán)控制數(shù)機床采用閉環(huán)控制的數(shù)控機床可以消除由于傳動部件中制造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響，從而達到很高的加工精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整都有較大困難度，設(shè)計和調(diào)整的不好，很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。3）半閉環(huán)控制數(shù)控機床大多數(shù)數(shù)控機床采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于采用高分辨率的測量元件，可以獲得比較滿意的速度和精度，半閉環(huán)控制系統(tǒng)介于開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)之間。4.按照功能水平分類可將數(shù)控機床分為高﹑中﹑低檔三類。1．2數(shù)控機床的優(yōu)點(1)具有高度柔性

在數(shù)控機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機床。因此，數(shù)控機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準備周期，節(jié)省了大量工藝設(shè)備的費用。

(2)加工精度高

數(shù)控機床的加工精度，一般可達到0.005～0.1mm，數(shù)控機床是按數(shù)字信號形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床定位精度比較高。

(3)加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠

加工同一批零件，在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。

(4)生產(chǎn)率高

數(shù)控機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削，數(shù)控機床目前正進入高速加工時代，數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。

(5)改善勞動條件

數(shù)控機床加工前經(jīng)調(diào)整好后，輸入程序并啟動，機床就能自動連續(xù)的進行加工，直至加工結(jié)束。操作者主要是程序的輸入、編輯、裝卸零件、刀具準備、加工狀態(tài)的觀測，零件的檢驗等工作，勞動強度極大降低，機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外，機床一般是封閉式加工，即清潔，又安全。

(6)利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化

數(shù)控機床的加工，可預(yù)先精確估計加工時間，所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機床使用數(shù)字信號與標準代碼為控制信息，易于實現(xiàn)加工信息的標準化，目前已與計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）有機地結(jié)合起來，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。1．3數(shù)控機床發(fā)展動向在實際應(yīng)用中，環(huán)保概念的引入，使得數(shù)控機床的使用概念也發(fā)生著巨大變化。比如，方便操作、簡化維修、自我故障修復(fù)功能、減少能源消耗、降低機床本身對工廠的污染和排放已經(jīng)成為有些工廠和行業(yè)對數(shù)控機床的基本要求。高柔性、高精度、高效率、復(fù)合化、數(shù)字化、環(huán)保應(yīng)該是數(shù)控機床技術(shù)創(chuàng)新的方向。除了機床行業(yè)之外，數(shù)控技術(shù)還應(yīng)用在其他部門，產(chǎn)生了各種數(shù)控設(shè)備。最初，人們考慮的是在一臺設(shè)備上如何提高自動化程度。例如，增加控制坐標軸的個數(shù)，如多軸數(shù)控系統(tǒng)（目前世界上的數(shù)控系統(tǒng)，最多控制的軸數(shù)是24軸）。又如，在一臺設(shè)備上實現(xiàn)多工序自動控制，“加工中心”就是一臺多工序數(shù)控機床，在一臺機床上，可以實現(xiàn)車、銑、鉆、鏜、攻絲等多種功能。后來，人們發(fā)現(xiàn)電子計算機處理數(shù)據(jù)的速度比數(shù)控設(shè)備的加工速度快，利用一臺計算機可控制多臺數(shù)控設(shè)備，即我們習(xí)慣稱之為群控系統(tǒng)或直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC）。當(dāng)前，國內(nèi)外在數(shù)控裝置、機床結(jié)構(gòu)等的研究與開發(fā)方面不斷取得成果，其水平和功能也日益提高和完善，出現(xiàn)了新的發(fā)展特點。從數(shù)控系統(tǒng)方面看，主要有：（1）主控機向著多位的微處理機化發(fā)展。（2）數(shù)控裝置向著集成化和智能化的方向發(fā)展。（3）數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。（4）數(shù)控編程更加圖形化和自動化。（5）數(shù)控系統(tǒng)更加可靠和宜人化。在數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)方面，一是其驅(qū)動裝置正向著交流和數(shù)字化的方向發(fā)展；二是機床本體部分的設(shè)計和制造不斷選用新的材料；三是其加工刀具等輔助工具的材料引人注目。1．4數(shù)控改造的優(yōu)點(1)減少投資額、交貨期短同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50％左右。(2)機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。(3)熟悉了解設(shè)備、便于操作維修購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。(4)可充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。(5)可以采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當(dāng)今水平的機床。1．5數(shù)控機床改造的必要性數(shù)控機床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機床的應(yīng)用也受到其它條件的限制。1)機床價格昂貴，一次性投資巨大，對于中小企業(yè)是心有余而力不足。2)目前，各企業(yè)都有大量的普通車床，完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且替代下的機床閑置起來又會造成浪費。3)在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。4)通用數(shù)控機床對具體生產(chǎn)有多于功能。5)要較好的解決上述問題，應(yīng)走不通機床數(shù)控改造之路，在國外已發(fā)展成為一個新興的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營者們業(yè)務(wù)。從美國、日本等工業(yè)優(yōu)化國家的經(jīng)驗看，機床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中占有26%的機床經(jīng)過改造，中小企業(yè)則是74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控改造業(yè)務(wù)。我國是擁有300多萬臺機床的國家，而這些機床有大量是多年累積生產(chǎn)的通用機床、自動化程度低，要想在近幾年里內(nèi)用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機床，不論是資金還是我國機床制造廠的能力都是辦不到的。因此，普通機床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。

1．5．1微觀看數(shù)控改造的必要性和迫切性微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求做出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(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)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。1．5．2宏觀看數(shù)控改造的必要性和迫切性宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(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)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。2．C6132車床的改造2．1數(shù)控機床改造的設(shè)計步驟將普通機床改造為數(shù)控機床，是一項技術(shù)性很強的工作，必須根據(jù)加工對象的要求和工廠實際情況，確定切實可行的技術(shù)改造方案，搞好機床的改造設(shè)計。其改造設(shè)計的一般過程如下：對加工對象進行分析，確定工藝方案被加工工件既是機床改造的依據(jù)，又是機床改造后的對象。不同形狀，不同技術(shù)要求的工件，其加工方法就不同，對機床的要求也不相同。例如，對于圓柱形的零件可車削、外圓磨等方法加工，而平面則一般用銑削，平面磨等方法加工；對精度、表面粗糙度要求一般的外圓柱表面，常用車削加工；而精度高和表面粗糙度要求低時則要在外圓磨床上加工。在工藝分析基礎(chǔ)上，繪制工序圖，初步選定切削用量、刀具運動路線，計算（或估算）生產(chǎn)率。然后計算切削力及切削功率，從而計算出進給系統(tǒng)需要的功率和力矩等。這是選擇方案及驅(qū)動不見的依據(jù)，目前多用類比法或測定法完成。2.分析被改造機床，確定被改造機床的類型改造機床和設(shè)計機床是不一樣的，機床設(shè)計是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，對機床的整機進行設(shè)計，然后將機床的各組零件、部件逐一的制造，裝成機床；而機床改造則是圍繞模態(tài)某臺機床進行工作，不僅要考慮機床本身的結(jié)構(gòu)的改造，還要考慮工藝系統(tǒng)中得刀具、夾具及其它輔具的改進，以滿足生產(chǎn)需要。在制定機床改造方案時，可先根據(jù)制定的工藝方案，初步選定被改造機床的類型，然后對被選定的機床進行認真的分析，了解被改造機床的技術(shù)規(guī)格，技術(shù)狀況，各部聯(lián)系尺寸等，分析機床強度和剛度，分析被改造機床能否適應(yīng)改造要求以及經(jīng)濟性等。最后確定被改造機床的型號。3.擬定技術(shù)措施，制定改造方案根據(jù)加工對象的要求和被改造機床的實際情況，擬定應(yīng)采取的措施，制定出機床的改造方案，選用外構(gòu)件時，一定要保證質(zhì)量。在擬定技術(shù)措施，制定改造方案的過程中，應(yīng)充分進行技術(shù)經(jīng)濟分析，力求使改造的機床不僅能滿足技術(shù)性能的要求，還要獲得最佳的經(jīng)濟效益，使技術(shù)先進性與經(jīng)濟的和理性較好的統(tǒng)一起來。4.設(shè)計或選用數(shù)控裝置在滿足加工零件要求的同時，盡量使設(shè)計的數(shù)控裝置功能強，穩(wěn)定可靠，通用性好，價格低，或選用國內(nèi)生產(chǎn)較好的專用數(shù)控裝置。5.進行機床改造的技術(shù)設(shè)計6.繪制機床改造的工作圖7.整機安裝調(diào)試以上各步，并非一成不變，而是要根據(jù)實際情況，相互穿插，有時要反復(fù)進行，直至達到改造要求為止。2．2總體設(shè)計方案的確定C6132普通車床主要用于中、小型軸類，盤類以及螺紋零件的加工。這些零件加工工藝要求機床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：控制主軸正反軸轉(zhuǎn)和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速，刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀具自動改變四個刀位完成選擇刀具，冷卻泵、潤滑的啟停。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)C6132普通車床有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為：采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。如圖2-1所示。對機床改造的部位是：拆掉手動刀架和小刀架裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲杠、光杠進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋用。確定機械部分改造總體方案為:1）縱向進給機構(gòu)的改造：采用一級齒輪減速,縱向齒輪箱和絲杠全部加防護罩.拆除原機床的進給箱,利用原機床進給箱的安裝孔和銷孔安裝步進電動機減速齒輪箱,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置,兩端采用原固定方式,這樣可減少改造工作量,由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠所以縱向進給機構(gòu)整體剛性優(yōu)于以前。2）橫向進給機構(gòu)改造：保留原手動機構(gòu),用于調(diào)整操作,原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留,步進電動機,齒輪箱體安裝在中滑板的后側(cè)。3）縱、橫向進給機構(gòu)都采用了一級齒輪減速，并用雙片齒輪錯齒法消除間隙，雙片齒輪間加彈簧自動消除間隙。圖2-1數(shù)控改造的總體方案示意圖2.3橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算1．橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單，一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和車床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度，如圖2-1所示。2.橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似，所用到的公式不在詳細說明，只計算結(jié)果。已知條件：工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算）時間常數(shù)T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程mm左旋行程S=190mm脈沖當(dāng)量步距角快速進給速度（1）切削力計算橫向進給量為縱向的1/2～1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2在切斷工件時：（2）滾珠絲杠設(shè)計計算剛度計算：對于燕尾型導(dǎo)軌：取K=1.4=0.2則壽命值最大動負載根據(jù)最大動負荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。選用W2505型滾珠絲杠，滿足剛度要求。效率計算：螺旋升角，摩擦角則傳動效率剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載P引起的導(dǎo)程的變化量滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：所以導(dǎo)程變形總誤差為查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15，故剛度足夠。4）穩(wěn)定性驗算：由于選用滾珠絲杠的直徑與原直徑相同，而支撐方式由原來的一端固定,一端懸掛。變一端固定，一端徑向支撐，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。（3）齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比故取=18=30=2mmb=20mma=20°=36mm=60mm=40mm=64mma=48mm2）轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量這算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量絲杠轉(zhuǎn)動慣量齒輪的轉(zhuǎn)動慣量電動機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略，因此，總的轉(zhuǎn)動慣量3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算n主/L所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)距：切削時所需力矩：快速進給時所需轉(zhuǎn)距：從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)速發(fā)生在快速啟動時，2．4步進電機的選擇2.4.1步進電機選用的基本原則合理選用步進電機是比較繁雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用的步進電機最基本的原則介紹如下：1.步距角步距角應(yīng)滿足：≤式中——傳動比；——系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。2.精度步進電機的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用。所選的步進電機應(yīng)滿足：≤式中△——步進電機的積累誤差；——系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部分允許的角度誤差。3．轉(zhuǎn)矩為了使步進電機正常運行（不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：1）啟動力矩一般啟動力矩選取為：≥式中——電動機啟動力矩；——電動機靜負載力矩。根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表2-2所示。為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。表2-2步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表運行方式相數(shù)33445566拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.8662）在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機的運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電動機的轉(zhuǎn)動慣量一起的慣性距之和。3）啟動頻率由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：≥式中極限啟動頻率；要求步進電機最高啟動頻率。2.4.2步進電機的選擇1.C6132橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距為：步進電機最高工作效率綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。2.5數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計2.5.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩步份組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地進行。機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下四部分：中央處理單元CPU?？偩€。包括數(shù)據(jù)總線（DB），地址總線（AB）,控制總線(CB).存儲器。包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器。I/O輸入/輸出接口電路。存儲器RAM存儲器RAMROMROMCPUI/O接口信號變換控制對象外設(shè)圖2-2數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖由于8031CPU以及MCS-51系列單片機在我國機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價廉，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟型數(shù)控車床改造的需要。CA6140數(shù)控改造以MCS-51系列中的8031CPU組成的單片機作為數(shù)控控制系統(tǒng)。2.5.2單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計（一）MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)特點1212345678910111213141516171819204039383736453433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST-UPPRXD，P3.0TXD，P3.1INT0，P3.2INT1，P33T0，P3.4T1，P3.5WR，P3.6RW，P3.7XTAL1XTAL2VSS8031VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/UPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0圖2-38031單片機引腳8031MCS-51系列單片機是目前8位微機中性能價格比最佳，應(yīng)用較多的系列產(chǎn)品。8031片內(nèi)無ROM或EPROM，使用時必須配置外部的程序存儲器EPROM，其可存址64KB的外部程序存儲器和64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器。8031的引腳如圖2-3。其引腳功能可分為三部分：（1）I/O口線P0P1P2P3共四個8位口（2）控制口線(片外取址控制)ALE(地址鎖存控制)(片外存儲選擇)(下位控制)（3）電源及時鐘VCCVSSXTAL1/XTAL2其應(yīng)用特性為:1)I/O口線不能都用作用戶I/O線。其它可完全為用戶使用的I/O口線,只有P1口以及部分作為第一功能使用的P3口。2）I/P口的驅(qū)動能力。P0口可驅(qū)動8個TTL門電路，P1，P2，P3則只能驅(qū)動4個TTL門電路。P口是雙重功能口，其引腳功能如下：引腳名引腳號功能VCC40主電源輸入線，一般為+5VVSS40接地電平P0口39-328位雙向I/O口，也是訪問外存儲器的低位地址和數(shù)據(jù)總線。在編程和檢驗時用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出P1口1-88位雙向I/O口，在編程和檢驗時，用于接受低位地字節(jié)P2口21-288位雙向I/O口，在訪問外存儲器時，輸出高位字節(jié)，在編程和校驗時，它也能接受高位地址和控制信號。P3口10-178位雙向I/O口，實現(xiàn)第二功能時，必須在相應(yīng)的輸出鎖存器里寫入“1”RST/VPP9從低到高（約3V）的跳變使8031復(fù)位。若VCC降到低于規(guī)定值，而VPP規(guī)定值范圍（約5V）內(nèi)，則VPP將為RAM提供備電源30提供地址鎖存允許輸出信號。在訪問外存儲器時，鎖存低位地址字節(jié)，在進行EPROM編程時，接受編程脈沖輸入。29程序存儲允許輸出信號。訪問內(nèi)程序存儲時，不激發(fā)。31低電平時，8031執(zhí)行外程序存儲器的指令。高電平時，當(dāng)PC小于4KB時，8031執(zhí)行片內(nèi)ROM/EPROM，該腳也接收21V的EPROM編程電壓。18振蕩器的高增益放大器輸入，接晶振或外總電源。19振蕩器的放大輸出，或接收外振蕩器信號。4個并列引口P0，P1，P2，P3提供了32根I/O線。芯片內(nèi)每個口由一個鎖存器（特殊功能寄存器P到P），一個輸出驅(qū)動器和二個輸入緩沖器組成?？?和口2的輸出驅(qū)動器以及口0的輸入緩沖器用于訪問外部存儲器，此時，口0分別輸出外部低位地址，讀/寫數(shù)據(jù)。而口2輸出外部存儲器高位地址。口3的每一根線可執(zhí)行第二功能：引腳第二功能P3.0RXD（串引輸入口）P3.1TXD（串引輸出口）P3.2INT0（外部中斷）P3.3INT1（外部中斷）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器）（二）MCS-51系列（8031）單片機系統(tǒng)及擴展1．8031的應(yīng)用系統(tǒng)8031內(nèi)部不帶ROM，需外接EPROM作為外部程序存儲器。又因為8031在外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時地址的低8位信息及數(shù)據(jù)信息分時送出，故還需采用一片74LS373來鎖存低8位地址信息。這樣二片2764及一片74LS373組成一個計算機應(yīng)用系統(tǒng)。8031芯片本身的連接除(31)必須接地來表明選擇外部存儲器外,還必須有復(fù)位時訊電路.在此系統(tǒng)中有P1,P3口可作用戶I/O口使用。74LS373為地址鎖存器,如圖所示.74LS373是常三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器.當(dāng)三態(tài)門的使能信號為低電平時,三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài),允許1Q—8Q輸出；當(dāng)OE端為高電平是，三態(tài)門斷開，輸出端是高陰狀態(tài)。74LS373用于地址鎖存器時，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號OE為低電平，并且G輸入端為高電平時，鎖存器輸出狀態(tài)（1Q—8Q）和輸入端狀態(tài)（1D—8D）相同；當(dāng)G端從高電平返回到低電平時，輸入端（1D—8D）的8位數(shù)據(jù)鎖入門位鎖存器中。2764是8K8位紫處線擦除可編程只讀存儲器，單一±5V電源供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時間最大為250ns,2764為28腳雙列直插式封裝，其管腳功能為：A0～A12——13位地址線，可寄存8K字節(jié)D0～D7——8位數(shù)據(jù)線——片選信號——輸出允許信號VPP——編程電源VCC——電源（+5V）GND——接地信號當(dāng)8031在訪問外部程序存儲器時，P2口輸出高8位地址；P0口分時傳送低8位地址和指令字節(jié)，在ALE為高電平時，P0輸出的地址有效，并由ALE的下降沿鎖存到地址鎖存器中，此時外部程序存器選通信號線出現(xiàn)低電平，先通相應(yīng)的外部EPROM存儲器；相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（O0—O7）上，輸入到P0口，CPU將指令字節(jié)讀入指令寄存器。外部程序存儲器選用2片8K8位的2764EPROM。監(jiān)控程序各功能模塊程序放在一片2764EPROM內(nèi)，另一片EPROM芯片用于存放常用零件的加工程序。這樣做的好處是更換零件加工程序時，只需更換一塊芯片即可。2.8031的數(shù)據(jù)存儲器的擴展在8031單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，最常用的靜態(tài)RAM（數(shù)據(jù)存儲器）芯片有6116（2K8）和6264（8K8）兩種。與動態(tài)RAM相比，靜態(tài)RAM無須考慮為保持數(shù)據(jù)而設(shè)置的刷新電路，故擴展電路比較簡單，但由于靜態(tài)RAM通過有源電路來保持存儲器中的數(shù)據(jù)。因此，要消耗較多功率，價格也較貴。6264是8KX8的靜態(tài)隨機存儲芯片。它是采用CMOS工藝制作，由單一±5V電源的供電，額定功率為200mV，典型存儲時間為200ns。數(shù)據(jù)線完全相同，讀寫控制線用WR，RD，但要考慮的問題比程序存儲器涉及的問題多，如I/O擴展的統(tǒng)一編址問題。擴展6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器電路，6264芯片管腳1是空腳，不用接線。6264芯片管腳功能如下:A0～A12——址線,可寄址8K字節(jié)D0～D7——8位雙向數(shù)據(jù)線——片選信號——片選信號——寫允許信號——電源（+5V）GND——接地信號3.8031輸入/輸出口的擴展在使用單片機的實時控制系統(tǒng)中，往往需要通信的外部設(shè)備或控制對象比較多，單片機本身的I/O口無法滿足要求，因而需要擴展I/O口。用戶可以把MCS-51的64KB數(shù)據(jù)存儲地址空間的一部分（例如0DH～FFH）作為外部I/O地址空間。CPU像訪問外部RAM單元一樣讀寫擴展I/O口。常用的I/O的接口電路是通用的可編程并行8位接口芯片（8155）。在數(shù)控系統(tǒng)硬件電路中，8031的I/O擴展接口電路，8155的數(shù)據(jù)總線（地址）AD0～AD7與8031的P0口通過地址寄存器連接以交換信息。8155的通道選擇信號線A0和A1與74LS373的低位地址線A0與A1相連，8031地址線的28端口（P27）經(jīng)74LS138譯碼器接到8155的片選信號CE、RD/WR和RESET信號線分別與8031的相應(yīng)引腳相連。8155芯片為40引腳雙列直插式封裝、單一+5V電源供電。8155具有3個可編程I/O，其中2個口（A和B）為8位口，1個口（C）為6位口。此外還有256單元的RAM和1個14位計數(shù)結(jié)構(gòu)的定時器/計數(shù)器。要接口信號引腳在與單片機接口方面，8155提供如下信號：1）AD7～AD0為地址數(shù)據(jù)復(fù)合線2）ALE為地址鎖存器信號，除進行AD7～AD0的地址鎖存控制外，還用于把片選信號和IO/M等信號進行鎖存。3）為讀選通信號4）為寫選通信號5）CE為片選信號6）為I/O與片內(nèi)RAM選擇信號。8155內(nèi)部的I/O與RAM是分開編址的，因此，要使控制信號進行區(qū)分。=0，對片內(nèi)RAM進行讀寫，=1，對I/O進行讀寫。7）RESET為復(fù)位信號。8155以600ns的正脈沖進行復(fù)位,復(fù)位后A,B,C口均為輸入方式。（2）I/O及工作方式8155的3個I/O口，分別是PA，PB，PC。其中PA和PB都是8位通用輸入輸出口，主要用于數(shù)