普通CA6140車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造,普通,ca6140,車床,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控,改造 桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校2008屆畢業(yè)論文 目錄 1.緒論 1 2.設(shè)計(jì)要求 3 2.1總體方案設(shè)計(jì)要求 3 2.2設(shè)計(jì)參數(shù) 4 2.3.其它要求 6 3. 車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 7 3.1.滾珠絲桿 7 3.2導(dǎo)軌副 7 3.3安裝電動(dòng)卡盤 7 3.4脈沖發(fā)生器 7 4.進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 4.1 機(jī)械部分的改造 8 4.2進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 9 4.3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 10 4.3.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 10 4.3.2縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇雨校核步驟 10 4.3.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 14 4.3.4齒輪有關(guān)計(jì)算 16 4.3.4（1）縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 16 4.3.4 (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 20 5. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 23 5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則 23 5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折 24 6.主軸交流伺服電機(jī) 24 6.1機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的確定 26 6.2主軸的變速變速范圍 26 6.3初選主軸電機(jī)的型號(hào) 27 6.4主軸電機(jī)的校核 27 7. 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 28 7.1控制系統(tǒng)的功能要求 28 7.2硬件電路的組成 28 7.3設(shè)計(jì)說明 31 8．安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 31 8.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 31 8.2滾珠絲杠螺母副的選擇 32 8.3滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 32 8.4聯(lián)軸器的安裝 32 8.5主軸脈沖發(fā)生器的安裝 32 結(jié)論 35 參考文獻(xiàn) 36 CA6140機(jī)床輸出軸 機(jī)械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號(hào) CA6140機(jī)床 零件圖號(hào) 圖1 產(chǎn)品名稱 CA6140機(jī)床 零件名稱 輸出軸 共 2 頁(yè) 第 1 頁(yè) 材 料 牌 號(hào) 45 毛 坯 種 類 棒料 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 1 備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 準(zhǔn)終 單件 1 備料 180X250 2 熱處理 退火 熱處理爐 3 粗、精車面 粗車各圓柱面留半精車、精車余量以及左端面 CA6140 4 粗、精車面 粗車φ176外圓柱面 倒角 普車 5 粗車外圓柱面 倒角 普車 6 熱處理 調(diào)質(zhì) 熱處理爐 7 半精車左端園 半精車左端各圓柱面到要求 數(shù)控床 8 精車左端臺(tái)階 精車左端臺(tái)階到要求并倒角 數(shù)控床 9 鉆孔 鉆φ30的底孔，車φ104，車φ80孔留鏜孔余量 數(shù)控床 10 鉆孔 鉸φ80孔到要求，倒角 數(shù)控床 11 倒角 倒角到要求 數(shù)控床 12 銑孔 銑φ50、鉆、擴(kuò)、鉸φ20到要求 數(shù)控銑床 13 銑鍵槽 銑鍵槽到要求 數(shù)控銑床 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 14 去毛刺 去毛刺 15 檢驗(yàn) 檢驗(yàn) 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 姓名 劉千毓 日 期 學(xué)號(hào) 200803420141 日期 2011.05  桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 共 29 頁(yè) 1緒論 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,增加了功能,提高了性能,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu).較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問題。能獲得穩(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)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；（2）目前，各企業(yè)都有大量的普通機(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(huì)造成浪費(fèi)；（3）在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需；（4）通用數(shù)控機(jī)床對(duì)某一類具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余功能。 要較好的解決上述問題，應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門業(yè)務(wù)。目前，國(guó)外已發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)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)控化改造，中小企業(yè)則達(dá)74%。在美國(guó)有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國(guó)是擁有300多萬臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動(dòng)化程度低。要想在近幾年用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的，因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國(guó)設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對(duì)工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。 普通車床（如C616，C618，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。 對(duì)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)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)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。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。 2設(shè)計(jì)要求 2.1總體方案設(shè)計(jì)要求 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 （1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，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)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS—51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦 小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 總體方案設(shè)計(jì)圖如下圖（2）所示： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖（3）所示： 2.2設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 現(xiàn)列出CA6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)： 名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm 工件最大直徑 在刀架上 210mm 頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm 宋制螺紋 mm 1---12(20種) 加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2---24(20種) 模數(shù)螺紋 mm 0.25---3(11種) 徑節(jié)螺紋 t/m 7---96(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14---1580r/min 縱向級(jí)數(shù) 64 進(jìn)給量 縱向范圍 0.028---6.33mm/r 橫向級(jí)數(shù) 64 橫向范圍 0.014---3.16mm/r 滑板行程 橫向 320mm 縱向 650;900;1400;1900mm 最大行程 140mm 刀架 最大回轉(zhuǎn)角 ±90° 刀杠支承面至中心的距離 26mm 刀杠截面B×H 25×25mm 頂尖套莫氏錐度 5# 尾座 橫向最大移動(dòng)量 ±10mm 外形尺寸 長(zhǎng)×寬×高 2418×1000×1267mm 圓度 0.01mm 工作精度 圓柱度 200:0.02 平面度 0.02/φ300mm 表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm 主電動(dòng)機(jī) 7.5kw 電動(dòng)機(jī)功率 總功率 7.84kw 改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 最大加工長(zhǎng)度 1000mm 快進(jìn)速度 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min 最大切削進(jìn)給速度 縱向 0.5m/min 橫向 0.25m/min 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 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(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 2 脈沖當(dāng)量 縱向 0.01mm/脈沖 橫向 0.005mm/脈沖 機(jī)床定位精度 ±0.015mm 刀具補(bǔ)償量 0mm---99.99mm 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 0.15mm 橫向 0.075mm 自動(dòng)升降速性能 有 2.3.其它要求 （1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量 ，以降低成本 縮短改造周期。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正 安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板 刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案： 掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。 進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成 絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部分。 溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操 作按鈕。 橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺 母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。 刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。 3.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示： 3.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī) 床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量fp為0.01mm/step。橫向脈沖當(dāng)量為fp=0.005mm/step。 3.2.2縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇雨校核步驟 （1）最大工作荷載計(jì)算 滾珠絲杠的工作載荷Fm（N）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲 杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。 由于原普通CA6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式3-1計(jì)算 工作載荷的大小。 Fm=KFL+f’(Fv+G) （3-1） 1）車削抗力分析 車削外圓時(shí)的切削抗力有Fx﹑Fy﹑Fz，主切削力Fz與主切削速度方向一致 垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力Fy與縱向進(jìn)給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力Fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。 縱切外圓時(shí)，車床的主切削力Fz可以用下式計(jì)算： Fz=CFzαPXFzfyFzVnFz KFz （3-2） =5360(N) 由《金屬切削原理》知： Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 （3-3） 得 Fx=1340(N) Fy=2144(N) 因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷F1﹑Fv和Fc與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系。 因此，作用在進(jìn)給托板上的載荷可以按下式求出： 托板上的進(jìn)給方向載荷 F1=Fx=1340(N) 托板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N) 托板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N) 因此，最大工作載荷 Fm=KFL+f’(Fv+G) =1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8) =1790.68(N) 對(duì)于三角形導(dǎo)軌K=1.15, f’=0.03～0.05,選f’=0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G是 縱向﹑橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向﹑橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg. （2）最大動(dòng)載荷C的計(jì)算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷Ca選用，可用式3-4計(jì)算： C=fmm （3-4） L為工作壽命，單位為10r，L=60nt／10;n為絲杠轉(zhuǎn)速（r／min）,n=1000v／L0;v為 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m／min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3;L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得L0=12mm;fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)有沖擊振動(dòng)，所以取fm=1.5. V縱向=1.59mm/r×1400r/min=2226mm/min n縱向=v縱向×1/2/L0=2226×1/2/12=92.75r/min ∴ L=60nt/106=60×92.75×15000/106=83.5 則 C=fmFm =×1.5×1790.68=11740（N） 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca不得小于最大載荷C;因此有 Ca＞C=11740N 另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2～3. 初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為型CD63×8-3.5-E型，主要參數(shù)為 Dw=4.763mm,Lo=8mm,dm=63mm,λ=2o19 ’，圈數(shù)×列數(shù)3.5×1 （3）縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為η η=tgλ/tg(λ+φ)=tg2o19 ’/tg(2o19 ’+10’)=92% （3-5） 2）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。 1 絲杠的拉壓變形量δ1 δ1=±Fml/EA （3-6） =±1790.68×2280/20.6×10×π×(31.5)2 =0.0064mm 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2 采用有預(yù)緊的方式， 因此用公式 δ2=0.0013× （3-7） =0.0013×2 =0.0028mm 在這里 Fyj =1/3Fm=1/3×1790.68=597N Z=πdm/Dw=3.14×63/4.763=41.53 Z∑=41.53×3.5×1=145.36 絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm，故所選絲杠合格。 3）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失 去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為Fk Fk=fz2EI/L2 （3-8） 式中：E為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼E=20.6×104Mpa；I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面I=πdl4/64(mm4)(dl為絲杠的底徑)；L為絲杠的最大工作長(zhǎng)度（mm）；fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-1查得。 表3-1： 方式 兩端端自由 一端固定一端自由 兩端固定 兩端簡(jiǎn)支 Fz 0.25 2.0 4.0 1.0 由Fk=fzπ2EI/L2 且fz==2.0, E=20.6×104Mpa, I=πdl4/64mm4,L=2800mm為絲杠的長(zhǎng)度 由于I=πdl4/64 =π(63-5.953)4/64 =3.14×57.0474/64 =519614mm Fk=2×3.142×20.6×104×519614/28002 =276276 Nk=276276/1875 =149>>4 所以絲杠很穩(wěn)定。 3.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 （1）型號(hào)選擇 1）最大工作載荷計(jì)算 由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k=1.4 f’=0.05,F1為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷， Fl=2141N,Fv=5360N,Fc=1340N,G=60kg,t=15000h, 最大工作載荷：Fm=kF1+f’(Fv+2Fc+G) =1.4×2144+0.05(5360+2×1340+9.8×75) =3440.4N 2）最大動(dòng)載荷的計(jì)算 V橫=1400r/min×0.79mm/r=1106mm/min n橫絲=v橫×1/2/L0縱=1106×1/2/4=138.25r/min L=60nt/=60×138.25×15000/106=124.43 C=fmFm =×1.5×3440.4=25763.7N ∴初選滾珠絲杠型號(hào)為：CD50×6-3.5-E 其基本參數(shù)為Dw=3.969mm,λ=2o11’,L0=6mm,dm=50mm,圈數(shù)×列數(shù)×3.5×1 (2) 橫向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率η計(jì)算 η==tgλ/tg(λ+φ)=tg2o11 ’/tg(2o11 ’+10’)=93% 2) 剛度驗(yàn)算 1. 絲杠的拉壓變形量 δ1=±Fm×L/EA=±3440.4×320/20.6×104×π×252=±0.0027mm 2.滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 δ2=0.0013× =0.0013×2 =0.0070mm 在這里Fyj=Fm/3=3352.6/3=1118N Z=πdm/Dw=3.14×50/3.969=39.56 Z∑=39.56×3.5×1=138.48 絲杠的總變形量 δ=δ1+δ2=0.0027+0.0070=0.0097mm<0.015mm 查表知E級(jí)精度允許的螺距誤差為0.015mm，故所選絲杠合格 （3）滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)： 數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用1---5級(jí)精度的滾珠絲杠，1---5級(jí) 度絲杠的行程公差數(shù)值如表（2）所示： 項(xiàng)目 符號(hào) 有效行程lm/mm 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 目標(biāo)行程公差 ep ＜315 6 8 12 16 23 315~400 7 9 13 18 25 400~500 8 10 15 20 27 500~630 9 11 16 22 30 行程變動(dòng)量公差 Vmp ＜315 6 8 12 16 23 315~400 6 8 12 17 25 400~500 7 10 13 19 26 500~630 7 11 14 21 29 任意300mm內(nèi)行程變動(dòng)量 V300p 6 8 12 16 23 2πrad內(nèi)行程變動(dòng)量 V2πp 4 5 6 7 8 表（2）滾珠絲杠行程公差/μm 3.2.4齒輪有關(guān)計(jì)算 (1)縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1）有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知： 工作臺(tái)重量：W=80kgf=800N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=12mm 步距角: α=0.75°/step 脈沖當(dāng)量: δp=0.01mm/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min 所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比 i====2.5 （3-9） 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=32 , Z2=40 ,模數(shù)m=2mm 齒寬 b=20mm 壓力角α=20° 齒輪的直徑 d1=mz1=2×32=64mm d2=mz1=2×40=80mm dα2=d1+2ha*=68mm dα2=d2+2ha*=84mm 兩齒輪的中心矩 a= = =72mm 2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J1=W()2= ( )2 ×80×=0.467kg.cm2 （3-10） 對(duì)材料為鋼的圓柱形零件,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算: J=7.8×10-4D4L kg.cm2 （3-11） 式中 D---圓柱形零件的直徑,cm L---零件的軸向長(zhǎng)度,cm 所以,絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J1=7.8×10-4+D4L1=7.8×10-4×3.24×140.3=11.475 kg.cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: =7.8×10-4×6.44×2=2.617 kg.cm2 =7.8×10-4×84×2=6.39 kg.cm2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可忽略。 因此，折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=(1/i2)（JS+Jz2）+Jz1+J1=(1/2.52)（11.475+6.39）+2.617+0.467=5.942 kg.cm2=59.42N. cm2 絲杠名義直徑/mm 導(dǎo)程/mm 1m長(zhǎng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm2 絲杠名義直徑/mm 導(dǎo)程/mm 1m長(zhǎng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm2 20 4 0.94 50 10 35.76 5 0.84 12 31.98 25 5 2.24 60 8 81.58 6 2.00 10 78.02 30 5 4.91 12 74.96 6 4.47 70 8 157.35 35 5 9.26 10 150.47 6 8.72 12 145.13 8 8.30 80 10 263.49 40 5 16.29 12 255.84 6 15.45 90 10 420.31 8 15.18 12 392.75 45 6 26.13 100 12 649.56 8 24.54 16 615.16 10 22.63 20 562.44 50 6 39.75 120 20 1233.93 8 37.64 24 1144.60 表(3)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+Mo 式中, Mamax---空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩; Ma---折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩; Mf---折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩; Mo---由絲杠預(yù)緊所引起,折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩; Mat---切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩; Mt---折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩; Ma=×10-4N.m （3-12） 式中, J---轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, kg.cm2 n---絲杠轉(zhuǎn)速,r/min T---時(shí)間常數(shù),s 當(dāng)n=nmax時(shí) Ma=Mamax nmax===416.7 r/min Mamax= ×10-4=2.49N.m 當(dāng)n=nt時(shí), Ma=mat nt====24.88 r/min Mat= ×10-4=0.0616N.mMf== N.cm （3-13） 式中 f’---導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) nt---切削加工時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min; w---移動(dòng)不見的重量，N; Lo---絲杠導(dǎo)程，cm; i---傳動(dòng)比； η--- 傳動(dòng)效率。 當(dāng) η=0.8 f’=0.16時(shí)， Mf= = 12.23 N.cmMo=(1-) （3-14） 式中， ηo---絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，取0.9 FO---預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的1 / 3，即FP / 3 則 Mo==×(1-0.92)=8.108N.cm Mt===128 N.cm 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo=103+12.23+8.108=123.338 N.cm 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt=6.16+12.23+8.108+128=151.42 N.cm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+Mo=12.23+8.108=20.338 N.cm 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩Mamax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) Mmax=123.338 N.cm (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1)有關(guān)齒輪計(jì)算，由前面的條件可知： 工作臺(tái)重量：W=30kgf=300N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 滾珠絲杠的導(dǎo)程: Lo=4mm 步距角: α=0.75°/step 脈沖當(dāng)量: δp=0.005mm/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=1m/min 所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動(dòng)比 i====1.67 齒輪的有關(guān)參數(shù)選取如下: Z1=18 , Z2=30 ,模數(shù)m=2mm 齒寬 b=20mm 壓力角α=20° d1=36mm d2=60mm da1 =40mm da2=64mm a=48mm 2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J1=W()2= ( )2 ×30×=0.0439 kg.cm2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: Js=7.8×10-4×24×50=0.624 kg.cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: =7.8×10-4×3.64×2=0.262 kg.cm2 =7.8×10-4×64×2=2.022 kg.cm2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,可忽略。 因此，折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=(1/i2)（JS+Jz2）+Jz1+J1=()2（0.624+2.022）+0.262+0.0439=1.258 kg.cm2=12.58N. cm2 3)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 nmax===416.7 r/min Mamax= ×10-4=0.2184N.m=2.18kgf.cm nt====33.17 r/min Mat= ×10-4=0.0174N.m=0.174 kgf.cm Mf== = =0.287kgf.cm=0.028N.m Mo==×(1-0.92) =0.649kgf.cm =0.065N.m Mt===10.242kgf.cm =1.024 N.m 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+Mo=2.18+0.287+0.065=2.532kgf.cm =25.32 N.cm 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+Mo+Mt=0.174+0.287+0.649+10.242=11.352kgf.cm=113.52 N.cm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+Mo=0.287+0.649 =0.936kgf.cm = 9.36N.cm 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩Mamax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) Mmax=2.532 kgf.cm =25.32 N.cm （3）繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選型，完成齒輪傳動(dòng)比計(jì)算后 可以著手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。 在繪制機(jī)械裝配圖時(shí)，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況以及伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu) 與原機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的一些問題。 1）了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。 2）根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號(hào)，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號(hào)。 3）減速齒輪的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，確定齒輪側(cè)隙的調(diào)整方法，在滿足裝配工藝的前提下，合理設(shè)計(jì)齒輪箱結(jié)構(gòu)。 4） 考慮各部位間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進(jìn)電機(jī)在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。 5）考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問題。例如，絲杠螺母的潤(rùn)滑、防塵、防鐵屑保護(hù)、軸承的潤(rùn)滑及密封、齒輪的潤(rùn)滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。 6）在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。 此外，注意繪制裝配圖時(shí)的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布 置及圖形畫法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。 4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則 合理選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下： 4.1.1步距角α 步距角應(yīng)滿足 α ≤ （4-1） 式中， i---傳動(dòng)比 αmin---系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角 4.1.2精度 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足： △θm≤i [△θs] （4-2） 式中， △θm ---步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 [△θs]---系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。 4.1.3轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件 a. 起動(dòng)力矩。一般選取為 Mq≥MLo/0.3-0.5 （4-3） 式中，Mq---電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩 MLo---電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩 根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（4）所示，表中MJM為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜載矩，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。 運(yùn)行方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg/Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 表（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)、拍數(shù)啟動(dòng)力矩表 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。 4.1.4啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此，相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足： Ft≥[fop]m (4-4) 式中，ft---極限啟動(dòng)頻率， [fop]m---要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。 4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折 4.2.1 CA6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq==308.35 N.cm 為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm==356.06 N.cm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： fmax==3333.3 HZ 綜合考慮，查步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能滿足使用要求。 4.2.2CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq==63.3 N.cm 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm==73.09 N.cm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： fmax==3333.3 HZ 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能滿足使用要求。 5主軸交流伺服電機(jī) 5.1主軸的變速范圍 主軸能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍Rn， 即Rn=nmax/nmin,數(shù)控機(jī)床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化 很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于Nmax=1800 nmax=14 Nmax/nj=2nj/min (5-1) 則nj==113r/min 這里nj為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為： Rn= nmax /nj =1800/113=15.9 (5-2) 主軸電機(jī)的功率是：7.5kw 5.2初選主軸電機(jī)的型號(hào) 選主軸電機(jī)的型號(hào)為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為1HP6167-4CB4，連續(xù)負(fù)載PH/KW=14.5，間隙負(fù)載（60%）/kw=17.5kw,短時(shí)負(fù)載（20min）/kw=19.25kw,額定負(fù)載n/r.min-1=5000,最大轉(zhuǎn)速nmax/ r/min=8000，額定轉(zhuǎn)矩277N.m,慣性矩0.206/kg.m2晶體管PWM變頻器型號(hào)為6SC6058-4AA02 5.3主軸電機(jī)的校核 電動(dòng)機(jī)恒恒功率調(diào)速范圍： Rn= nmax/nmin =8000/5000 =16 所以所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。 6微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 6.1控制系統(tǒng)的功能要求 （1）z向和x向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制 （2）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制 （3）螺紋加工控制 （4）行程控制 （5）鍵盤及顯示 （6）面板管理 （7）其他功能：光電隔離、功率放大、報(bào)警、急停、復(fù)位。 6.2硬件電路的組成： 后面所畫大圖采用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下： （1）CPU采用8031芯片； （2）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2764兩片，6264一片； （3）擴(kuò)展可編程接口芯片8155兩片； （4）地址鎖存器，譯碼器個(gè)一個(gè)； （5）鍵盤電路，顯示電路； （6）光電隔離電路，功率放大功率； （7）越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路； （8）面板管理電路。 6.3設(shè)計(jì)說明 （1）CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128字節(jié)，因此，擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器2764兩片（16KB），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264（8KB）一片。8031的I/O口也不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了兩片8155可編程接口芯片。 （2）采用74LS138三--—八譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。2764（1）、2764（2）、6264、8155（1）和8155（2）的片選信號(hào)分別接到譯碼器的Y0~Y4,74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2.5、P2.6、P2.7。 （3）由于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.A，74LS373地址鎖存器在選通信號(hào)ALE在高電平時(shí)直接傳送8031P0口低8位地址，當(dāng)ALE在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低8位地址鎖存器，此時(shí)，P0口可用來向片外傳送讀寫數(shù)據(jù)。 （4）接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接及設(shè)計(jì)說明如下： 8155（2）PA.0~PA.7輸出的指令脈沖通過光電隔離電路和功率放大電路直接驅(qū)動(dòng)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的共八相繞組。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配器方式，雖然運(yùn)行速度慢一些，但可以省去兩個(gè)硬件環(huán)形分配器，電路比較簡(jiǎn)單，由于步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組需和一個(gè)I/O接口相連，以便與控制寄存器中某一指定相位對(duì)應(yīng)，因此，占用的I/O口數(shù)量較多。 8155（2）的PC.0~PC.5作為顯示器位選信號(hào)，顯示器的段選信號(hào)則由8031的P1.0~P1.7發(fā)出，8155的PB.0~PB.3是鍵盤掃描輸入。 行程限位報(bào)警信號(hào)+Z,-Z,+X,-X分別通過8155（2）的PB.4,PB.5,PB.6,PB.7提出中斷請(qǐng)求，根據(jù)不同的中斷口可以直接識(shí)別行程的方向，此時(shí)相應(yīng)的紅燈報(bào)警。 8155小的PC.0~PC..3接自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架（四方刀架），自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時(shí)，由PC.0~PC..3發(fā)出換位信號(hào)，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)指定的刀位。刀架夾緊后，即發(fā)出回答信號(hào)，表示已完成換刀過程，可以進(jìn)行切削加工。換刀回答信號(hào)經(jīng)8155（1）的PB.5輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開始進(jìn)給。 8155（1）PA.0~PA.5接控制面板上的控制開關(guān)，設(shè)有編輯空運(yùn)行、自動(dòng)、手工（I）、手工（II）、回零等選著方式。 8155（1）PB.0~PB.4接控制面板上的按鈕開關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)、暫停、單段運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、急停等操作功能。 加工螺紋時(shí)，與車床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)出螺紋加工信號(hào)和零位螺紋信號(hào)，螺紋加工信號(hào)送入8031的T0，通過設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時(shí)的縱向進(jìn)給量，從而加工出不同螺距的螺紋，零位螺紋信號(hào)送入8155（1）的PB6,用來防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。 （5）系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及I/O接口芯片地址編碼見表（5） （6）操作面板設(shè)計(jì)方案之一見圖（5）： 芯片 接74LS138引腳 地址選擇線 片內(nèi)地址單元（字節(jié)） 地址編碼 2746（1） Y0 000X XXXX XXXX XXXX 8K 0000H~1FFFH 2746（2） Y1 001X XXXX XXXX XXXX 8K 2000H~3FFFH 6264 Y2 010X XXXX XXXX XXXX 8K 4000H~5FFFH 8155（1） RAM Y3 0111 1110 XXXX XXXX 256 7E00H~7EFFH I/O Y3 0111 1111 1111 1XXX 6 7FF8H~7FFDH 8155（2） RAM Y4 1001 1110 XXXX XXXX 256 9E00H~9EFFH I/O Y4 1001 1111 1111 1XXX 6 9FF8H~9FFDH 表(5)芯片地址編碼 7車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 7.1.滾珠絲桿 滾珠絲桿必須采用三點(diǎn)支承形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置可放在絲杠的任一端，由于拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速齒輪，也可在滾珠絲桿的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在絲杠托架處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速箱。 7.2導(dǎo)軌副 為減少運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，滑板和刀架移動(dòng)部件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶 7.3安裝電動(dòng)卡盤 為了提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工效率，還可考慮用電動(dòng)三爪自定心卡盤裝置，這種裝置也可與數(shù)控裝置的信號(hào)電路相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、松開，提高加工過程的自動(dòng)化程。 7.4脈沖發(fā)生器 改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控車床需要自動(dòng)化加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件，目的是用來檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所加工螺紋的螺距值進(jìn)行處理。 8安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 8.1滾珠絲杠螺母副的選擇： 滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。因此在進(jìn)行設(shè)備改造時(shí)，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇合適以后再?zèng)Q定被改造設(shè)備的 其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。 8.2滾珠絲杠螺母副的調(diào)整： 利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時(shí)，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的1 / 3為宜。在 實(shí)際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于0.01mm，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝置預(yù)緊的判斷標(biāo)準(zhǔn)。 8.3聯(lián)軸器的安裝： 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。 8.4主軸脈沖發(fā)生器的安裝： 主軸脈沖發(fā)生器的的引出軸按比例1：1無間隙柔性連接傳動(dòng)，連接后應(yīng)保證兩者都有很好的同步性，安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃件，不能隨意敲打碰撞，使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速。 結(jié)論 這次課題設(shè)計(jì)總計(jì)費(fèi)時(shí)一個(gè)多月，剛開始時(shí)不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，終于知道了該怎么做。接下來塞選出一系列有價(jià)值的資料，與同組同學(xué)不斷的討論、向老師請(qǐng)教，終于完成了設(shè)計(jì)。 在做設(shè)計(jì)的過程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來，做到了學(xué)以致用，還學(xué)會(huì)了查資料，除此之外，我還懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性，知道了集體的力量！ 當(dāng)然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識(shí)的不全面，所學(xué)的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。 同時(shí)，做設(shè)計(jì)也是磨練決心與毅力的過程，面對(duì)復(fù)雜冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，打印長(zhǎng)篇的論文，我也想過放棄，但想到它的意義我就又堅(jiān)持了下來。做完了后，有一種豁然開朗的感覺，內(nèi)心激動(dòng)無比，經(jīng)過了這次設(shè)計(jì)以后，我有信心，我也堅(jiān)信只要努力、堅(jiān)持，我們就能走好人生的每一步。 參考文獻(xiàn) 1.吳振彪主編《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》中國(guó)人民大學(xué)社.2000. 2.余英良主編《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例》機(jī)械工業(yè)出版社.1997 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