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目 錄
前言 ························· 2
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
1 要求 ························· 3
2 設(shè)計(jì)參數(shù) ························· 3
3 工作量 ························· 4
4 設(shè)計(jì)依據(jù) ························· 4
第一章 設(shè)計(jì)方案
1 系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 ························· 5
2 伺服系統(tǒng)的選擇 ························· 5
3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 ························· 5
4 計(jì)算機(jī)的選擇 ························· 5
第二章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例
1 切削力的計(jì)算 ························· 6
2 滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型 ························· 6
3 齒輪傳動比的計(jì)算 ························· 6
4 步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 ······················· 11
第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
························ 18
第四章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
························ 20
第五章 機(jī)床的加工程序編
························ 23
設(shè)計(jì)體會 ························ 25
參考文獻(xiàn) ························ 26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(diǎn)推廣的新技術(shù)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(xiàng)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(fèi)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。
畢業(yè)設(shè)計(jì)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)。其目的培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨(dú)立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書不只反映了設(shè)計(jì)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)
本書在編寫過程中，得到了指導(dǎo)老師劉吉兆教授和各位老師及同學(xué)的大力支持和熱心幫助，在此表示謝意。
本設(shè)計(jì)在編寫過程中，由于本人水平有限，說明書中有一些錯誤和欠妥之處, 歡迎各位老師及同學(xué)提出意見和建議。
。
設(shè)計(jì)課題
1．要求：
將C618車床改造成用MCS—51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm. 橫向：0.005mm
2、設(shè)計(jì)參數(shù)：
最大加工直徑：
在床面上：360mm
在床鞍上：200mm
最大加工長度：750mm
快進(jìn)速度：
縱向：2.0m/min
橫向：1.0m/min
最大進(jìn)給速度：
縱向：0.5m/min
橫向：0.25m/min
代碼制：ISO
脈沖分配方式：逐點(diǎn)比較法
輸入方式：增量值.
絕對值通用?？刂谱鴺?biāo)數(shù)：2
最小指令值：
縱向： 0.01mm/step
橫向： 0.005mm/step
刀具補(bǔ)償量：0~99.99mm
進(jìn)給傳動鏈間隙補(bǔ)償量：
縱向： 0.15mm
橫向： 0.075mm
自動升降速性能： 有
3、工作量：
（1）、機(jī)床改造總圖；
（2）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個坐標(biāo)軸（縱向或橫向）的機(jī)械裝配圖：
（3）、單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖；
（4）、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
〈1〉、控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標(biāo)準(zhǔn)圖
〈2〉、機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明
〈3〉、硬件電路部分設(shè)計(jì)說明
〈4〉、加工程序控制及說明
4、設(shè)計(jì)依據(jù)
（1）系統(tǒng)的運(yùn)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(jì)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(diǎn)，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(shí)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。機(jī)功率放
（3）機(jī)械傳動方式
為實(shí)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)。
第一章．設(shè)計(jì)方案
1．系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定
數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。
2．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(shí)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(shí)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。
3．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(jì)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(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
（1）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。
（2）盡量肖除傳動間隙。例如采用隙齒輪等。
（3）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。
4．計(jì)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。
第二章．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例
1． 計(jì)算切削力
（1）縱車外圓
主切削力F（N）按經(jīng)驗(yàn)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）=360mm
=6830.5
：：=1：0.25：0.4
—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)
2． 滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和造型
3． （1）．縱向進(jìn)給絲桿
①計(jì)算進(jìn)給牽引力（N）
縱向進(jìn)給選為綜合導(dǎo)軌。參考表6.2—2，6.2—3兩表〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15
—滑動導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.15～0.18
—溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表1—1，取=800N
=1.151707.625+0.16(6830.5+1500)=3296.65(N)
②計(jì)算最大動負(fù)載C
C=
參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊.3》P185～P210 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌
式中：
—滾珠絲桿導(dǎo)程。 初選
—為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3
取=0.8m/min
—使用壽命（h），對于數(shù)控機(jī)車取 =15000h
—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.2～1.5（查表3—14《綜合作業(yè)指導(dǎo)》取為1.2
—壽命以 轉(zhuǎn)為1單位
—絲桿轉(zhuǎn)速r/min
133.33
120
C==19512.57
③滾珠絲桿螺母副的選型
查閱附錄A表A—2，可采用WD5006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動負(fù)載為18200（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(jì)算：
=
式中：
r—螺旋升角，WD5006 r=
—磨擦角取10’ 滾動磨擦系數(shù)0.003～0.004
⑤剛度驗(yàn)算
先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如A圖所示，最大牽引力3296.65N。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。
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)
=3296.65N,
查出10-5 可算出
==(0.65×10-5×1500)mm=0.975×10-2 mm
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(shí)際變形量(mm)為
=1/4=0.975×10-2/2=0.244×10-2mm
b.滾珠與螺紋滾道間接觸變形
查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-5，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量
=6.0μm
因進(jìn)行預(yù)緊
=1/2=1/2×6.0=3.0μm
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=6.35mm,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
=1/2×=1/2×0.009065=0.004528mm
根據(jù)以上計(jì)算
=＋＋=0.00244＋0.0030＋0.004528=0.009968<定位精度
因?yàn)椴楸磉_(dá)1-1《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為±0.01
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。
（2）、縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù)
WD5006滾珠絲桿副幾何參數(shù)
參數(shù)名稱
符號
關(guān)系式
WD5006
螺
紋
滾
道
公稱直徑
50
導(dǎo) 程
6
接觸角
2.183
鋼球直徑
3.969
滾道法面半徑
=0.52
2.064
偏心距
=(－
0.0030
螺紋升角
=
0.183
螺
桿
外 徑
=-(0.2～0.25)
49.2
內(nèi) 徑
=＋2－2
45.878
接觸直徑
=－Cos
46.034
螺
母
螺紋直徑
=－2＋2
54.122
內(nèi) 徑
=＋(0.2～0.25)
50.7938
3. 齒輪傳動比計(jì)算
(1)進(jìn)給齒輪箱傳比計(jì)算
已知縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量=0.01mm/step,滾珠絲桿導(dǎo)程=6mm，初選步進(jìn)電動機(jī)步距角，可計(jì)算出傳動比：
=
－脈沖當(dāng)量（mm/step）
－滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（mm）
－步進(jìn)電機(jī)的步距角
===0.8
因?yàn)榭蛇M(jìn)定齒輪齒數(shù)為
=/=32/40或20/25
=32 ，=40 或 =20 ，=25
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，又因進(jìn)給給運(yùn)動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，
則有關(guān)參數(shù)如下表所示：
傳動齒輪幾何參數(shù)
齒 數(shù)
32
40
分度圓
=
64
80
齒頂圓
=＋2
68
84
齒根圓
=－21.25
59
75
齒 寬
(6～10)
20
20
中心距
=(＋)/2
72
4.步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型
(1)縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)
① 初選步進(jìn)電機(jī)
a.計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩
=
－脈沖當(dāng)量（mm/step）取 =0.01mm/step
－進(jìn)給牽引力（N）取 =1890.65N
－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0.98、0.99、0.99和0.94。
=N.cm
b.算步進(jìn)電機(jī)啟動轉(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)啟動轉(zhuǎn)矩
=/0.3～0.5
一般縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)的安全系數(shù)取0.3～0.4
= /0.4=279.11/0.4=697.775N.mm
c.計(jì)算最大靜扭矩
查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-22，如取五相十拍，則==0.951
=/0.951=697.775/0.951=733.72N.mm
d.計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的頻率和最高起動頻率
=HZ
=HZ
式中：
－最大切削進(jìn)給速度m/min , =0.8m/min
－最大快移速度m/min, =2.4m/min
－脈沖當(dāng)量, =0.01mm/step
e.初步選電機(jī)型號
(1)根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩=733.72N.mm在表3-23中查出130BF001最大靜扭矩為931N>733.72N可以滿足要求，，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=3333HZ的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。
(2)核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩
前面所初步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。
①效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算
計(jì)算簡圖如前（a）所示，根據(jù)《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-24，傳動系統(tǒng)計(jì)算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 可由下式計(jì)算：
=＋＋[(＋)＋()]
—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（）
.—矢輪Z1Z2的轉(zhuǎn)動慣量（）
—滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣車（）
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=4.7（）
對于鋼材：
=0.78=
—圓柱體質(zhì)量kg。
—圓柱體直徑。
—圓柱體長度或厚度。
鋼材的密度為7.8×（）
=0.78=0.78（）
=2.62（）
=0.78=0.78（）
=6.39（）
=0.78
=1500mm=150cm =45mm=4.5cm
（）
—溜板及刀架重力取1500N。
代入公式可得：
=＋＋[(＋)＋()]
=4.7+2.62+[(6.39+39.952)+
=34.152（）
考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣車匹配問題：
/=4.7/34.152=0.1376
滿足慣量匹配的要求。
②電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
機(jī)床在不同的公況下，其所需轉(zhuǎn)矩是不同的，下面分別按個階段計(jì)算：
a. 快速進(jìn)給進(jìn)所需轉(zhuǎn)矩：
=＋＋
—快速空載起動轉(zhuǎn)矩
—空載起動時計(jì)算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩（N.cm）
—計(jì)算到電機(jī)軸上的磨擦轉(zhuǎn)矩。
—由于絲桿預(yù)緊里計(jì)算到電機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（N.cm）
采用絲杠螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩（N.cm）可用下式計(jì)算
==
將前面數(shù)據(jù)代入式中個符號意義同前
=r/min
起動加速時間 =25ms
—傳動系統(tǒng)計(jì)算到電機(jī)軸上的總等數(shù)轉(zhuǎn)動慣量
—電機(jī)最大角加速度
—電機(jī)最大轉(zhuǎn)速
—運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度(mm/min)
—步進(jìn)電機(jī)的步距角
—運(yùn)動部件從停止起加速到最大快進(jìn)速度所需時間（S）
—脈沖當(dāng)量（mm/step）
=34.152（）
=500 r/min
====548.63 N.cm
折算到電機(jī)軸上的磨擦轉(zhuǎn)矩
=
—絲桿導(dǎo)程=6mm=0.6cm
—導(dǎo)軌的磨擦力（N）
—垂直方向的切削力(N)
—運(yùn)動部件的總當(dāng)量
—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)
—齒輪降速比
—傳動連總效率，一般可取0.7~0.85，取0.8
則 ：
== N.cm
=135.30 N.cm
附加摩擦轉(zhuǎn)矩：
=
—滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取1/3，為進(jìn)給牽引力1890.65
=1/3=1098.88N
—滾珠絲桿導(dǎo)程（cm）：
=0.6cm
—滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率一般取>0.9 ，因此取0.92
==
=
=16.126 N.cm
上述三項(xiàng)合計(jì)：
=++=16.126+135.30+71.49=222.916N.cm
b. 快速移動時所需轉(zhuǎn)矩：
=+=86.66+9.25=95.91 （N.cm）
最大的切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩：
=++
—折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩
=N.cm
從上面計(jì)算可知，、和三種工況下，以快進(jìn)空載起動所需轉(zhuǎn)矩最大，即可以作為校核步進(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，
則最大轉(zhuǎn)矩為：
N.cm
查表3—23中130BF001型步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為931N.cm，大于所需最大轉(zhuǎn)靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足要求。
c.校核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。
已計(jì)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3333Hz，切削進(jìn)入時所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(yùn)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(yùn)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.cm,不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩222.916N.cm。直接使用則會施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開降進(jìn)控制〈用軟件實(shí)現(xiàn)〉，將起動頻率到1000Hz起動轉(zhuǎn)矩可增高到588.4N.cm，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?cái)U(kuò)大一倍左右。
當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時，130BF001型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求：
第三章．進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)者構(gòu)思，設(shè)計(jì)特點(diǎn)及計(jì)算結(jié)果一。進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)：
1．縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)：
在進(jìn)行縱向進(jìn)給飼服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，必須對整個機(jī)床的布局有所了解在附圖中給出了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的總圖，圖中細(xì)實(shí)線所畫為原機(jī)床未改造的部分，粗實(shí)線為改造設(shè)計(jì)部分。從圖中可以看出來，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C6136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(jì)算中，經(jīng)過計(jì)算的運(yùn)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(jì)一個中間過渡套。
2．進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖
經(jīng)過計(jì)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=50mm。滾珠絲杠螺母副先用的是外循環(huán)溝槽式墊片凋隙WD5006。
進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)，注意考慮以下問題：
（1）進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時，將原C6136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C6136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(jì)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(jì)時，在螺母座與彎板之間設(shè)計(jì)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(yùn)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?yàn)?30BF001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 這樣設(shè)計(jì)是不合理。但是在的設(shè)計(jì)箱體外形時，必須根據(jù)床身的具體形狀不可使箱身與床凹入之毛面干涉。
（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(jì)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：
a) 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(cái)將螺釘30上緊，在設(shè)計(jì)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。
第四章．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路圖
硬件電路是用MCS —51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)，給系統(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。
1、系統(tǒng)的功能
（1）.Z向和X向進(jìn)給伺服運(yùn)動。
（2）.鍵盤顯示。
（3）.自動轉(zhuǎn)位刀架控制。
（4）. 螺紋加工控制。
（5）.面板管理。
（6）.行程控制。
（7）. 其他功能，報(bào)警電路、急停電路、光隔離電路、功能電路等。
2、CPU存儲器及I/o接口
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(dú)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(shí)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。
3、I/O接口電路
由于8031只有P1口和P3口部分能提供用戶作為I/O口使用，不能滿足輸入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。從附錄H圖H—2可以看出，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8155和一片8255可編程I/O接口芯片。8155的片選信號CE接74LS138的Y0，8255芯片片選信號CS接到74LS138的Y2端。74LS138三—八譯碼器有三個輸入A、B、C分別接到8031的P2。5，P2。6、P2。7，輸出Y0~Y7 8個輸出，低電平有效。Y0~Y7對應(yīng)輸入A、B、C的000至111的8種組合，其中Y0對應(yīng)A、B、C為000，Y7對應(yīng)A、B、C為111。74LS138還有三個使能端，其中2個（GA和GB）為低電平使能，另一個G1為高電平使能。吸有當(dāng)使能端均處于有效電平時，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無效狀態(tài)。
I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的：8155芯片PA0~PA7作為顯示器段選信號輸出，PB0~PB7是顯示器的位選信號輸出，PC0~PC4 5根線是鍵盤掃描輸入。8155芯片的IO/M引腳接8031芯片的P2。0，因?yàn)槭褂?155的I/O口故P2。0高電平。
8255芯片PA0~PA6接X向、Y向和Z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出，PB0~PB7為三個方向的點(diǎn)動及回零輸入，PC0~PC5為面板上的選擇開頭是輸入，設(shè)有編輯、單步運(yùn)行、單段運(yùn)行、自動、手動I、手動II等方式。
系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及I/O接口芯片的地址編碼如表4—19所示：
X向，Y向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用YB015，3—2相通電五相十拍方式工作，故A0，A1引腳均接+5V，Z向步進(jìn)電機(jī)配件環(huán)形分配采用YB014，是以2—3相通電四相八拍方式工作。A0、A1接高電平。三個芯片的選通輸出控制E0分別接8255的PA0、PA3、PA5，清零R接8255的PA1，正、反轉(zhuǎn)控制端分別接8255的PA2、PA4、PA6，時鐘輸入端CP接8155芯片的TIMROUT，用以決定脈沖分配器輸出脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時不同的進(jìn)給速度，可給8155芯片的定時/計(jì)數(shù)器中設(shè)置不同的時間常數(shù)。
芯 片
接74LS138引腳
地址選擇線
片內(nèi)地址單元（B）
地址編碼
2764（1）
000xxxxxxxxxxxxx
8K
0000H~1FFFH
2764 (2 )
001xxxxxxxxxxxxx
8K
2000H~3FFFH
6264
001xxxxxxxxxxxxx
8K
2000H~3FFFH
8155
RAM
10011110xxxxxxxx
256
9E00H~9EFFH
I/O
1001111111111xxx
6
9FF8H~9FFDH
8255
01011111111111xx
4
5FFCH~5FFFH
4、其他輔助電路
此控制系統(tǒng)中設(shè)有越界報(bào)警和急停處理電路。+X+Y+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，這親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，+Y，+Z等一方向越界，則相應(yīng)的紅燈亮報(bào)警。
另外，還有上電和按鈕相結(jié)合的復(fù)位電路、光隔離電路和功率放大電路等。
第五章、機(jī)床的加工程序編制
如下圖所示，在圖中零件外圓85mm不加工，要求編制精加工程序。
程序如下：
00001
N001 G50 X200.0 Z350.0 T0101
N002 S630 M03
N003 G00 X41.8 Z292.0 M08
N004 G01 X48.34 Z289.0 F0.15
N005 Z227.0
N006 X50.0
N007 X62.0 W-60.0
N008 Z155.0
N009 X78.0
N010 X80.0 W-1.0
N011 W-19.0
N012 G02 W-60.0 I63.25 K-30.0
N013 G01 Z65.0
N014 X90.0
N015 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09
N016 M06 T0202
N017 S315 M03
N018 G00 X51.0 Z227.0 M08
N019 G01 X45.0 F016
N020 G04 U5.0
N021 G00 X51.0
N022 X200.0 Z350.0 T0200 M09
N023 M06 T0303
N024 S200 M03
N025 G00 X62.0 Z296.0 M08
N026 G92 X47.54 Z228.5 F1.5
N027 X46.94
N028 X46.54
N029 X46.38
N030 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09
N031 M05
N032 M30
設(shè)計(jì)體會
在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，一個最大的體會就是理論上很簡單的東西，當(dāng)你要試圖去實(shí)現(xiàn)的時候，你會發(fā)現(xiàn)它是那么的難，追其根本原因在于，以前動手太少了
在大學(xué)中缺少了實(shí)踐這個環(huán)節(jié)，一方面學(xué)的被動，一方面又沒有充分利用大學(xué)給予的條件，因?yàn)槊鎸蠋?，我總是找不出問題，面對圖書館的圖書，不知道看哪本才好。
三年的大學(xué)生活讓我受益菲淺，最重要的是培養(yǎng)了我吃苦耐勞的精神，腳踏實(shí)地的作風(fēng)，較強(qiáng)的社會工作能力。為了使自己能夠全方位的發(fā)展，更好的適應(yīng)這個日新月異的社會，在這幾學(xué)年中，我兢兢業(yè)業(yè)，努力學(xué)習(xí)，嚴(yán)格要求自己，不斷的提高自己各方面的素質(zhì)，爭取在人生的道路上更好的實(shí)現(xiàn)社會價值、人生價值和自我價值！
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們每個學(xué)生在校三年來所學(xué)知識與生產(chǎn)實(shí)踐技術(shù)所進(jìn)行的一次綜合性的全面考察；培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識解決實(shí)際問題的能力；它還為我們了解一般機(jī)械工程設(shè)計(jì)的基本思想打下良好的基礎(chǔ)；在設(shè)計(jì)方案的擬定,設(shè)計(jì)資料的收集,手冊，國標(biāo)選用，設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面，有一次較全面的鍛煉。對我們進(jìn)入社會具備一定獨(dú)立工作能力起了良好的作用,能較好的適應(yīng)工作。
經(jīng)過兩個月的時間，我對機(jī)械制造及自動化有了更深刻的了解，不僅回顧了以前所學(xué)的知識，還學(xué)到了許多以前沒有接觸過的新知識，對CAD和Word的應(yīng)用水平有了進(jìn)一步提高，也清楚了各種標(biāo)準(zhǔn)件的畫法，對數(shù)控技術(shù)，單片機(jī)，PLC的認(rèn)識有了進(jìn)一步的深化。
在此一并感謝指導(dǎo)老師劉吉兆教授和同學(xué)在這次設(shè)計(jì)中對我的熱心指導(dǎo)和幫助，通過本次設(shè)計(jì)使自己有一個綜合性的提高,達(dá)到了本次的設(shè)。
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