CA6140車床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定

微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 i i 1 3 3 4第二章CA6140車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 5 5 5 6 通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開始控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)動(dòng)控制和精密測(cè)量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制近年來，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容：系加工、公英制螺紋加工等功能，由于在銑削加工中有確定的函數(shù)關(guān)系，即刀具以給定的速率相對(duì)于工位系統(tǒng)，因?yàn)辄c(diǎn)位控制系統(tǒng)要求工件相對(duì)于刀具移本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，因閉環(huán)控制系大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，采用連續(xù)控制系統(tǒng)和步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，調(diào)試和維修都比較容易。為為盡量消除傳動(dòng)間隙，可設(shè)法調(diào)整傳動(dòng)齒輪的中心距以機(jī)微機(jī)功率放大功率放大上拖板一臺(tái)CA6140普通車床改造成微機(jī)數(shù)控車床，采用MCS-51進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力計(jì)算，確定伺服電機(jī)在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算傳動(dòng)和導(dǎo)向元件z=0.6734001.5=5360ZXYF=536030.25=1340XF=536030.4=2144Y主切削力F'(N)可取縱切的1/2.Z1ZZ此時(shí)走刀抗力為F'(N),吃刀抗力為F'(N).仍按上述比例粗略計(jì)算:F':F':F'=1:0.25:0.4F'=268030.25=670YF'=268030.4=1072X滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計(jì)算和確定其他滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，參考書[1]中的圖4-4所示。我們?cè)诖诉x用槽的兩端鉆出通孔，同螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。它的優(yōu)點(diǎn)滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊本設(shè)計(jì)采用雙螺母螺紋式預(yù)緊結(jié)構(gòu)，它通過移。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較緊湊，工作可靠，滾道磨損時(shí)mF=1340NXZK=1.15f'=0.16F(N)=KF+f'(F+G)=1.1531340+0.163(5360+1000)=2559N式中K—考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù),綜合導(dǎo)軌取K=1.15;f'--滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.15～0.18;2.計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載c轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該c=3LfF0式中L滾珠絲杠導(dǎo)程,初選L=6㎜;sf--運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取f=1.2～1.5;0fwFm=31.232559=10799N查閱附錄A表3,可采用WL3506外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副,1列2.511滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形；滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變及軸承支座的變形。最后一種常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度131331500=1.6310-531500=2.4310-211'=δ=0.6310-22QQ22cQQ232注意,此公式中F單位應(yīng)為kgfm30.0076=0.0038㎜根據(jù)以上計(jì)算:滾珠絲杠兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核.F'=1072NXF'=670NYF=2680NZf'=0.2F'=1.43F'+f'(F+2F'+G=1.43670+0.23(2680+231072+600)≈2023N2.計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載c0c=3LfF'=32731.232023=7283N11查圖4-6，根據(jù)F'=2023N,D=20㎜,查出δ/L3L=4.2310—5450=1.89310—2㎜Q3QQ考慮到進(jìn)行了預(yù)緊,故1綜合以上幾項(xiàng)變形之和:22+3=度的要求,應(yīng)該采取響應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì),因橫向溜板空間的限制,不宜再加大滾珠絲杠的直徑,估采用貼塑導(dǎo)軌見效摩擦力,從而減小最大牽引力.重新計(jì)算如下:F=1.4F+f(F+2F+G)—5L—5L2+3=此變形量仍不能滿足,如果將滾珠絲杠再經(jīng)過預(yù)拉伸,剛度還可提高四倍,則變形量可控制在要求的范圍之內(nèi).2+3=4計(jì)算臨界負(fù)載F(N)K式中E---材料彈性模量,鋼:E=20.63106N/㎝2;I---截面慣性矩絲杠:I=d14,d1為絲杠內(nèi)徑;L---絲杠兩支承端距離(㎝);f---絲杠支承方式系數(shù),從表4-13中查出，一端固定,一端簡(jiǎn)支f=2.00ZZd14=31.67884=0.3899㎝4mK其幾何參數(shù)如下:110RqeYd1dZDD1qd3°7’4°33’可選定齒輪齒數(shù)為:2處可采用兩級(jí)齒輪降速:Z=24、Z=40、Z=20、Z=25af軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分別計(jì)算各種工況下所需的等效式中J---步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（㎏2㎝2）;MsM22s2J/J=10/36.474=0.274MΣ（1）快速空載起動(dòng)力矩M起。M起=Mamax+Mf+M0ppaa=636.6N2㎝折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩M：f附加摩擦力矩M：0M起=Mamax+Mf+M0=636.6+94+153=881.5N2㎝（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快f0M快=M+M=94+153=247Nf0（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切=375N2㎝從上面的計(jì)算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，λ=最大靜力矩M=881.5/0.951=927N2㎝。jmaxpp床所要求的空載起動(dòng)力矩（881.5Ncm）直接使用將會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，已經(jīng)確定了滾珠絲杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母來的滾動(dòng)絲杠，并在大溜板的后面安裝橫向齒輪根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬5.外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器及光電輸入機(jī)等。見RAM器此外還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速應(yīng)包括接口芯片的選擇，步進(jìn)電機(jī)控制電路，1201PPPPPPPRD（串行輸入口）XTD（串行輸出口）X01T0TT0T1（3）ALE：ALE是地址鎖存使能信號(hào)。作為地址鎖存允許時(shí)高電平有標(biāo)識(shí)符B0IETOMDTL0TL1TL2RLDHRLDL程序狀態(tài)字堆棧指針數(shù)據(jù)指針（包括DPH和DPL）中斷優(yōu)先級(jí)控制允許中斷控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載串行數(shù)據(jù)線控制地址操作碼反映了指令的功能，助記符代表了指令的操以是地址。也就是說操作數(shù)指定了參與操作的數(shù)或來作定時(shí)器（實(shí)際是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)算）或外CTCTCTX沖源，一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器。計(jì)數(shù)器對(duì)兩個(gè)脈計(jì)數(shù)器的基本功能是對(duì)是如脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，至于其外接什么樣的脈沖源。當(dāng)脈沖源為時(shí)鐘振蕩器（等用作“計(jì)數(shù)器”時(shí)，寄存器在其對(duì)應(yīng)的外輸入端T0或T1有一個(gè)“1→0”的跳變時(shí)MCS-51系列單片提供5個(gè)中斷源。配備兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。兩個(gè)為INT,INT輸入外部中斷請(qǐng)求，低電平有效，兩個(gè)為片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T和T溢出中斷請(qǐng)求TF和TF；一3INT0T0INT10123400器周期的有、第一個(gè)ALE有效信號(hào)也不再出現(xiàn)。而當(dāng)RD（或WR）有效時(shí)，在P總線0據(jù)端輸入要存儲(chǔ)的信息，數(shù)據(jù)引腳處于數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入D狀態(tài)。編程時(shí)PGMIN讀編程檢驗(yàn)編程禁止讀編程檢驗(yàn)編程禁止讀編程檢驗(yàn)編程禁止讀編程檢驗(yàn)編程禁止讀編程檢驗(yàn)編程禁止VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV任意VVVV任意VV任意V任意VV任意V任意VVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV任意VVV任意VV任意任意DDINDDDINDDDINDDVVDINDVV任意任意DDIND表表3-374LS373真值表DHLXHHLELLLHLL——低電平X——不穩(wěn)定0001操作方式2操作方式2任意任意任意任意任意任意V中中V任意VV任意VVVV讀VVDVVVV寫VVVVDIN輸出禁止VVVV輸出禁止VVVV需要擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配(1)程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址。2常用于規(guī)模較小的系統(tǒng)，即擴(kuò)展的芯片不是太多譯碼器，可節(jié)省硬件，減少成本。缺點(diǎn)是可尋址對(duì)于容量較大的系統(tǒng)，擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片線時(shí)，就需要用這種全地址譯碼的方法。它將低位位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片G111111111G2A0G0其它狀態(tài)A0010101Y7111111101Y6111111011Y5111110111Y111101111Y3111011111Y2110111111Y1101111111Y0011111111TIMERINTIMEROUTIO/M含義地址、數(shù)據(jù)線定時(shí)輸入定時(shí)輸出IO/RAM口選擇ALEVV含義存讀寫復(fù)位地I/O口AA3AA6×××××AA3AA6××××××A5××××××AA4××××××20命令狀態(tài)寄存器（命令/狀態(tài)口）×××××狀態(tài)寄存器和命令寄存器公用一個(gè)地址，命令時(shí)器引腳TIMEIN和TIMEOUT。TIMEIN為定時(shí)之間。計(jì)數(shù)器的起動(dòng)和停止有命令寄存器的最器。如果加到各段陽極的代碼不同，則顯示器將會(huì)gfede段選碼000111111100000110201011011301001111401100110501101101601111101700000111801111111901101111A01110111b01111100c00111001d01011110E01111001F01110001P011100111100100000000000通常顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪每一位來說，每隔一段時(shí)間亮一次，顯示器的亮度和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可顯示器的掃描過程。計(jì)算機(jī)以人眼不能分辨的速度鍵盤是由若干個(gè)按鍵作成的開關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單在此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，采用步進(jìn)電機(jī)