目錄.第一章緒論 71.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史 71.2 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 81.2.1 數(shù)控技術(shù)狀況 81.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 9第二章 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 10第三章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的和方法 12第四章 數(shù)控改造對進(jìn)給系統(tǒng)的要求 12第五章 參數(shù)的計(jì)算 135.1 已知技術(shù)參數(shù) 135.2 主切削力的計(jì)算 .135.3 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算與導(dǎo)軌的選型 .16第六章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 17第七章 橫向減速齒輪的設(shè)計(jì) 187.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .187.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .197.2.1 計(jì)算總傳動(dòng)比 .197.4 齒輪的潤滑 .20第八章 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇 218. 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 218.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 228.3 估計(jì)工作臺質(zhì)量及工作臺承重 .228.4 確定絲杠的等效負(fù)載 .228.5 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 .23第九章 典型零件的加工 25結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 27摘要數(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)床閑置起來又會造成浪費(fèi)；（3）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)急需；（4）通用數(shù)控機(jī)床對某一類具體生產(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)。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。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、及橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計(jì)、典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料文獻(xiàn)翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，解決工程實(shí)際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。在設(shè)計(jì)中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進(jìn)性，完成三張 A0圖紙。最后，完成硬件連接設(shè)計(jì)，編制典型零件的車削程序，撰寫說明書。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字 PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。關(guān)鍵詞：畢業(yè)設(shè)計(jì)，CA6140 橫向進(jìn)給的數(shù)控改造的目的，CA6140 橫向進(jìn)給的數(shù)控改造的方法，主切削力的計(jì)算。類型：設(shè)計(jì)報(bào)告。ABSTRACTCompared with ordinary CNC machine tools, increased the function, improve the performance, simplified structure. Better solve complex shape, precision and small batch and shape changeable parts processing problem. Enjoy stable processing quality and productivity, its used more widely, but the application of numerical control by other also restricted conditions: (1) nc machine tools is expensive, one-time investment huge heart, and small and medium-sized enterprises is often powerful insufficient; (2) at present, various enterprises have a lot of ordinary with numerical control machine tools, completely replace impossible, and replace the machine idle under it would cause waste; (3) at home, ordering new nc machine tools delivery cycle generally longer, often cannot satisfy the production need; (4) general to one kind of CNC machine production project have extra specific functions.To better solve the above problem, should take the road of general machine tool CNC transformation. The transformation is conventional machine tools in ordinary machine computer numerical control devices, making increased its have certain ability to realize the automation rated the processing technology of the target.The advantages of numerical control machine reconstruction: (1) the transformation idle equipment, can play the function of machine after reforming and original new function, improve the use value of the machine tool, can increase the use of fixed assets efficiency; (2) adapt to many varieties, small batch parts production; (3) automation improves, professional and strong, high machining accuracy, high production efficiency; (4) reduce the operating level to workers of requirements; (5) nc reconstruction expenses low, economy; (6) nc transformation period is short, can meet production needs.At present numerical control machine tool in our country and transformation of the market very big development space, now China's machine to numerical control rate of less than 3 per cent. Use ordinary machining out of poor quality, product widespread few varieties, low class, the high cost, delivery, thereby in long the international and domestic markets, lack of competitiveness of an enterprise directly affect product, market, benefits and affect the enterprise survival and development, so we must make great efforts to improve the rate of nc machine tools.This design is the content of the general scheme design machine tools and overall layout diagram plotting, and transverse servo agency theory calculation, structural design and drawing assembly drawing, a typical part drawing, nc system (hardware connection diagram) design, a typical part of the numerical control turning processing programming and foreign material document translation, and writing the graduation design papers.Design is to foster comprehensive use of basic knowledge and professional knowledge, ability of solving engineering problems, enhance comprehensive quality and innovative ability, is the professional engineering and technical and scientific research work in basic training, make engineering drawing, data processing and foreign literature reading, programming, manuals and other basic skill training and improving, get the design thought, cultivate correct seriously scientific attitude, strengthen teamwork spirit.In the design, first by visiting and access, etc the working principle of about the system, function and structure characteristics. Choose appropriate algorithm, according to the calculated results accessible handbook, draw relevant structure or parts. In drawing rendering, make full use of the software's advanced, complete three zhang A0 drawings. Finally, complete hardware connection design, preparation of typical parts of a turning procedure, the specification.As microelectronics technology, computer technology and servo control technology development of CNC servo system, high speed and precision are beginning to use full digital servo system. Make servo control technology from simulation method, mixing way towards digital mode. By position, velocity, and current constitute three-ring feedback all digital, software processing digital PID, use agile, flexible good. Digital servo system USES a lot of new control technology and improve performance measures, make servo control precision and quality is greatly increased.KEY WORDS: graduation design, CA6140 traverse numerical control the purpose of the reform, the CA6140 traverse, the method of numerical transformation calculation of main cutting force.Dissertation Type:design report.第一章緒論1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史1949 年美國帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。1952 年第一代數(shù)控系統(tǒng)電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20 世紀(jì) 50 年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，1965 年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970 年，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng)小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計(jì)算機(jī)以其無法比擬的性能價(jià)格比滲透各個(gè)行業(yè)，1974 年，第五代數(shù)控系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。綜上所述，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎 5 年左右時(shí)間就更新?lián)Q代一次 1。數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程，1990 年日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá) 75，美國達(dá) 701，德國達(dá) 57。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過 15 萬臺，品種超過 1500 多種 2。1.2 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1.2.1 數(shù)控技術(shù)狀況目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時(shí)期，也是由封閉型向開放型過渡的時(shí)期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)(包括核心技術(shù))，已達(dá)到國際先進(jìn)水平。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)技術(shù)對我們已不再是難題，0.1 當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非m圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于 PC 機(jī)的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能既可作為獨(dú)立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機(jī)床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高，MPBF 值可以在 15000h 以上。同時(shí)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過 60%。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ) 1。我國進(jìn)行改革開放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進(jìn)的機(jī)床制造國家進(jìn)行技術(shù)交流，并通過引進(jìn)技術(shù)，到 80 年代初，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化階段，1991 年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率為 143，到 1997 年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率為 245。目前，我國數(shù)控機(jī)床(包括經(jīng)濟(jì)型機(jī)床)品種約有 500 個(gè) 2。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設(shè)計(jì)、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機(jī)械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準(zhǔn)停不好；安全性較差，軟硬件保護(hù)功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計(jì)方面不規(guī)范，不符合國標(biāo)，比如使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機(jī)床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設(shè)計(jì)思想；程序設(shè)計(jì)方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不規(guī)范，邏輯性不強(qiáng)，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進(jìn)行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標(biāo)牌線號不清，圖紙與實(shí)物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機(jī)床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品種生產(chǎn)困難。而國外數(shù)控車床無論是設(shè)計(jì)水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。機(jī)械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設(shè)計(jì)有專門的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)規(guī)范合理，配套件齊全，標(biāo)牌標(biāo)示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術(shù)的應(yīng)用及時(shí)領(lǐng)先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低 3 。1.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。為了滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。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)床閑置起來又會造成浪費(fèi)；（3）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)急需；（4）通用數(shù)控機(jī)床對某一類具體生產(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)。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。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。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。第二章 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)字控制，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成。1. 信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床上加工一個(gè)零件所必需的各種信息，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級的數(shù)控系統(tǒng)可能還包含一套自動(dòng)編程機(jī)或者 CAD/CAM 系統(tǒng)。2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。它由硬件和軟件組成。硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機(jī)、CRT、鍵盤、面板、機(jī)床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償、其它輔助運(yùn)動(dòng)等。3. 伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。4. 機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動(dòng)鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機(jī)床還采用了刀庫和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床工作效率 1。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自CNC 裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。這些軸有的帶動(dòng)工作臺，有的帶動(dòng)刀架，通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強(qiáng)電與弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個(gè)既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當(dāng)高的技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，的確是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示：由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面：可逆運(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。伺服系統(tǒng)對伺服電機(jī)的要求：1） 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如 0.1r /min 或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 4-6 倍而不損壞。3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受 4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在 0.2s 以內(nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字 PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。圖 1.1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第三章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的和方法本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、及橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計(jì)、典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料文獻(xiàn)翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，解決工程實(shí)際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。在設(shè)計(jì)中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進(jìn)性，完成三張 A0圖紙。最后，完成硬件連接設(shè)計(jì)，編制典型零件的車削程序，撰寫說明書。第四章 數(shù)控改造對進(jìn)給系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對象，被加工件的最后輪廓精度和加工精度都會受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，對進(jìn)給系統(tǒng)中的傳動(dòng)裝置和元件要求具有高的壽命，高的剛度，無傳動(dòng)間隙，高的靈敏度和低摩擦阻力的特點(diǎn)，如導(dǎo)軌必須具有較小的摩擦力，耐磨性要高，所以一般采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和減磨滑動(dòng)導(dǎo)軌等。當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了提高轉(zhuǎn)換效率，保證運(yùn)動(dòng)精度，滾珠絲杠螺母副被廣泛使用。為了提高位移精度，減少傳動(dòng)誤差，對采用的各種機(jī)械部件首先保證它們的加工精度，其次采用合理的預(yù)緊來消除軸向傳動(dòng)間隙，所以在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛采用各種間隙消除措施，但是采用預(yù)緊等各種措施后仍然可能留有微量間隙。此外由于受力的作用后產(chǎn)生彈性變形，也會產(chǎn)生間隙，所以在進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)仍需由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖指令進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。綜合而言，在設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分注意減少摩擦阻力、提高傳動(dòng)精度和剛度、消除傳動(dòng)間隙、減少運(yùn)動(dòng)部件慣量。1、減少運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力：摩擦阻力主要來自絲杠螺母和導(dǎo)軌；對其進(jìn)行滾動(dòng)化是重要措施。2、提高傳動(dòng)精度和剛度：（1）保證進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母、蝸輪蝸桿和支承結(jié)構(gòu)的加工精度，提高傳動(dòng)精度和剛度。（2）在進(jìn)給鏈中加入減速齒輪或同步帶傳動(dòng)，減小脈沖當(dāng)量，從設(shè)計(jì)角度提高傳動(dòng)精度。（3）采用預(yù)緊消除傳動(dòng)件間隙，提高傳動(dòng)精度。3、減少慣量：高速運(yùn)轉(zhuǎn)零件的慣量影響伺服系統(tǒng)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性。第五章 參數(shù)的計(jì)算5.1 已知技術(shù)參數(shù)橫向最大行程（X 軸）180 mm；工作進(jìn)給速度為 1 8000mm/min；:橫向快速進(jìn)給速度：8 m/min；刀架估計(jì)質(zhì)量：150kg；滑板的估計(jì)尺寸（長 寬 高）：400mm 200mm 80mm；材料選為 HT200。5.2 主切削力的計(jì)算切削力的大小可用各種測力儀測得，也可用實(shí)驗(yàn)得出的近似公式計(jì)算：PZXYZCtsk(2.1)vPZhPZk料(2.2) PZXYZvhPZtskk料 (公 斤 力 )(2.3)式中 系數(shù)。決定于工件材料和加工方法，在一定的切削條件PZC（v、s、t 固定）下， 為一常數(shù)。 大表示工件材料的加工性差； 小PZPZCPZC表示工件材料的加工性好。k總的修正系數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具幾何形狀等。Error! No bookmark name given.分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具vPZhPZk料磨損限度對 P 的修正系數(shù)。、 指數(shù)。一般情況下 。這說明吃刀深度對切削力的影XYPZXY響要比走刀量對切削力的影響大。下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。這些系數(shù)在下列條件下制定：刀片材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼， ， ， ， ，后刀面磨損275/b公 斤 力 毫 米 50/v米 分 4510限度 ，切削時(shí)不用冷卻液，車削外圓。0.91h:毫 米它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關(guān)手冊中查得。表 2.1系 數(shù) 及 指 數(shù)工件材料 PZCPZXPZY結(jié)構(gòu)鋼 167 10 075修 正 系 數(shù)b40 50:50 60 60 70:70 80 80 90:90 100工 件材 料 =PZk料 084 090 095 10 104 109v= 50 100 200 300 400 500切 削速 度 =vPZ10 090 082 077 074 071主 偏角= 30° 45° 60° 70° 90°=PZk108 10 094 094 089= +20° +10° 0° -10° -20°前 角=PZ090 10 11 12 13h= 09 1.2:1.5 2.0:后刀面磨損限度 =hPZk1.0 1.05切削功率是切削時(shí)在切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。當(dāng)切削速度為已知時(shí)，切削功率可用下式計(jì)算：10260ZZPvNkw切 削(2.4)在校驗(yàn)機(jī)床選用的電動(dòng)機(jī)功率時(shí)應(yīng)使k切 削 過 電 機(jī)(2.5)式中 機(jī)床電動(dòng)機(jī)名義功率（千瓦） ；N電 機(jī)機(jī)床效率（一般齒輪機(jī)床 =0.7 0.8） ；:電動(dòng)機(jī)超載時(shí)容許的系數(shù)（一般 =1.25） 57。k過 k過如表 2.1，取其中各參數(shù)的最大值進(jìn)行估算：取 =167， =1.0， ，PZCPZX0.75PZY=1.09， =1.08， =1.3， =1.05， =0.9k料 kkhPZvPZk取切深 t=5mm，進(jìn)給量 s=0.3mm/r則由公式(2.3) ： 0.7516319.081.35489.7ZN公 斤 力(2.6):1:0.2548:90XYFZ而 切削功率：取切削速度為 105m/min，由公式(2.4)(2.5)得:4.518.462Nk切 削8.407512.96Nk切 削電 機(jī) 過取 Nk切 削5.3 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算與導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌是進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)的要素之一，機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上決定于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而數(shù)控機(jī)床對于導(dǎo)軌有著更高的要求：如高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)；低速進(jìn)給時(shí)不爬行；有高的靈敏度；能在重載下長期連續(xù)工作；耐磨性高；精度保持性要好。導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求：1）良好的導(dǎo)向精度，包括運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)直線性和圓運(yùn)動(dòng)的真圓性。2）良好的精度保持性，即能夠長期保持原始精度。3）足夠的剛度，由于導(dǎo)軌承受很大負(fù)載，故必須使摩擦副具有良好的摩擦特性。對于一般的滑動(dòng)導(dǎo)軌，因其靜摩擦力較大如果啟動(dòng)力不足以克服靜摩擦力，這時(shí)被傳動(dòng)的工作臺不能立即運(yùn)動(dòng)，作用力使一系列傳動(dòng)元件（如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、齒輪、絲杠及螺母等）產(chǎn)生彈性變形，儲存了能量。當(dāng)作用力超過靜摩擦力時(shí)，工作臺突然向前運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力變?yōu)閯?dòng)摩擦力數(shù)值明顯減小，工作臺產(chǎn)生很大加速度，由于慣性會使工作臺沖過預(yù)定位置。為了提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，目前普遍使用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌因其良好的動(dòng)、靜摩擦特性和耐磨性大有取代滾動(dòng)導(dǎo)軌之勢。（一）滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安排滾動(dòng)件，使兩導(dǎo)軌面之間形成滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)小。動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，所需功率小，精度好，無爬行。滾動(dòng)導(dǎo)軌由標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌塊構(gòu)成，裝拆方便，潤滑簡單。這是一種滾動(dòng)體循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌。移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體沿封閉軌道作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)體為滾珠或滾柱。（二）貼塑導(dǎo)軌這是一種金屬對塑料的摩擦形式，屬滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌。導(dǎo)軌-滑動(dòng)面上貼有一層抗磨軟帶，導(dǎo)軌的另一滑動(dòng)面為淬火磨削面。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物的高分子復(fù)合材料。塑料導(dǎo)軌剛度好，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差值小，耐磨性好，無爬行，減振性好。軟帶應(yīng)粘貼在機(jī)床導(dǎo)軌到的短導(dǎo)軌面上，。圓形導(dǎo)軌應(yīng)粘貼在下導(dǎo)軌面上。粘帖時(shí)，先用清洗劑（如丙酮、三氯乙烯和全氯乙烯）徹底清洗被粘貼導(dǎo)軌面，切不可用酒精或汽油，因?yàn)樗鼈儠诒磺逑幢砻媪粝乱粚颖∧?，不利于粘結(jié)。清洗后用干凈的白色擦布反復(fù)擦拭，直到擦不出污跡為止。然后將配套的膠粘劑（如 101、212、502 等）用油灰刀分別涂在軟帶和導(dǎo)軌粘結(jié)面上，為了保證粘結(jié)可靠，被貼導(dǎo)軌面應(yīng)沿縱向涂抹，而塑料軟帶的粘結(jié)面沿橫向涂抹。粘貼時(shí)，從一端向另一端緩慢擠壓，以利趕跑氣泡，粘貼后在導(dǎo)軌面上施加一定壓力加以固化。為保證粘結(jié)劑充分?jǐn)U散和硬化，室溫下，加壓固化時(shí)間應(yīng)為 24h 以上。粘貼好的導(dǎo)軌面還要進(jìn)行精加工，如開油槽、刮研磨削、研磨等。注意在局部修整時(shí)，切不可用砂紙，以防砂粒脫落嵌進(jìn)塑料導(dǎo)軌中，破壞導(dǎo)軌。局部修整時(shí)，要用刮刀。與粘貼導(dǎo)軌配對的金屬導(dǎo)軌，硬度在 160HBS 以上，表面粗糙度在Ra3.2um-Ra0.8um。有時(shí)為了使其對軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面加工成 0.5-lmm 深的凹槽。第六章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用 8031CPU 作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)。外接一片 2764EPROM，作為監(jiān)控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片 6264RAM 用于存放需要隨機(jī)修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對擴(kuò)展芯片進(jìn)行尋址，采用 74LS138 譯碼器完成此功能。 8279 作為系統(tǒng)的輸入輸出口擴(kuò)展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255 接步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配器，分別并行控制 X 軸和 Z 軸的步進(jìn)電機(jī)。另外，還要考慮機(jī)床與單片機(jī)之間的光電隔離，功率放大電路等。8031 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 各引腳功能簡要介紹如下：1、源引腳 VSS：電源接地端。VCC ：5V 電源端。2、輸入/輸出（I/O）口線 8031 單片機(jī)有 P0、P1、P2 、P3 4 個(gè)端口，每個(gè)端口 8 根 I/O 線。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲器時(shí)，P0 口用來輸出低 8 位并行數(shù)據(jù)，P2 口用來輸出高 8 位地址，P3 口除可作為一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向并行口外，還具有第二功能，各引腳第二功能定義如下： P3.0 RXD：串行數(shù)據(jù)輸入端。 P3.1TXD：串行數(shù)據(jù)輸出端 P3.2 INT0：外部中斷 0 請求信號輸入端。 P3.3 INT1：外部中斷 1 請求信號輸入端。 P3.4 T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入端 P3.5 T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入端 P3.6WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。 P3.7RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 在進(jìn)行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置 1。 3、信號控制線 RST/VPD：RST 為復(fù)位信號線輸入引腳，在時(shí)鐘電路工作以后，該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，完成一次復(fù)位操作。 8031 單片機(jī)采用兩種復(fù)位方式：一種是加電自動(dòng)復(fù)位，另一種為開關(guān)復(fù)位。 ALE/PROG：ALE 是地址鎖存允許信號。它的作用是把 CPU 從 P0 口分時(shí)送出的低 8 位地址鎖存在一個(gè)外加的鎖存器中。 ：外部程序存儲器讀選通信號。當(dāng)其為低電平時(shí)有效。VPP：當(dāng) EA 為高電平且 PC 值小于 0FFFH時(shí) CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。當(dāng) EA 為低電平時(shí)，CPU 僅執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。 XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時(shí)必須接地； XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出，使用外部震蕩器時(shí)，接收外圍震蕩信號； （2）片外三總線結(jié)構(gòu) 單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，常常要擴(kuò)展外部存儲器、I/O 口等。單片機(jī)的引腳，除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘輸入以及用戶 I/O 口外，其余的引腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的，這些引腳構(gòu)成了三總線形式：1、地址總線 AB 地址總線寬度為 16 位。因此，外部存儲器直接尋址范圍為 64KB。由 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供16 位地址總線的低 8 位地址（A7 A0 ） ，P2 口直接提供高 8 位地址（A15 A8） 。2、數(shù)據(jù)總線 DB 數(shù)據(jù)總線寬度為 8 位，由 P0 口提供。3、控制總線 CB 控制總線由第二功能狀態(tài)下的 P3 口和 4 根獨(dú)立的控制線 RST、EA、ALE 和 PSEN 組成。8255A 可編程并行 I/O 口擴(kuò)展芯片 8255A 可編程并行 I/O 口擴(kuò)展芯片可以直接與 MCS 系列單片機(jī)系統(tǒng)總線連接，它具有三個(gè) 8 位的并行 I/O 口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢傳送或中斷傳送方式完成 CPU 與外圍設(shè)備之間的信息交換。8255A 的結(jié)構(gòu)及引腳功能：1、8255A 的結(jié)構(gòu)， 其中包括三個(gè) 8 位并行數(shù)據(jù) I/O 端口，二個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀/寫控制邏輯電路和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部分功能介紹如下： （1） 三個(gè) 8位并行 I/O 端口 A、B、C ，A 口：具有一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器?？删幊虨?8 位輸入、或 8 位輸出、或 8 位雙向寄存器。B 口：具有一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8 位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/ 輸出。C 口：具有一個(gè)8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，C 口可分作兩個(gè) 4 位口，用于輸入或輸出，也可作為 A 口和 B 口選通方式工作時(shí)的狀態(tài)控制信號。 （2） 工作方式控制電路，A、B 兩組控制電路把三個(gè)端口分成 A、B 兩組，A 組控制 A 口各位和 C 口高四位，B 組控制 B 口各位和 C 口低四位。兩組控制電路各有一個(gè)控制命令寄存器，用來接收由CPU 寫入的控制字，以決定兩組端口的工作方式。也可根據(jù)控制字的要求對 C 口按位清“0”或置“1”。 （3）讀/寫控制邏輯電路，它接收來自 CPU 的地址信號及一些控制信號，控制各個(gè)口的工作狀態(tài)。 （4）數(shù)據(jù)總線緩沖器，它是一個(gè)三態(tài)雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，以實(shí)現(xiàn) CPU 和 8255A 之間信息的傳送。第七章 橫向減速齒輪的設(shè)計(jì)同軸式二級圓柱齒輪減速器。故只要對本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論證。本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：減速器橫向尺寸較小，兩大吃論浸油深度可以大致相同。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大，中間軸較長、剛度差，中間軸承潤滑較困難。7.1 電動(dòng)機(jī)的選擇1.因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式 Y（IP44）系列的電動(dòng)機(jī)。2電動(dòng)機(jī)容量的選擇1） 工作機(jī)所需功率 Pw Pw3.4kW2） 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 PdPw/ 0.904 Pd3.76kW3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 nd（i1i2in ）nw 初選為同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min 的電動(dòng)機(jī).4電動(dòng)機(jī)型號的確定由表查出電動(dòng)機(jī)型號為 Y132M1-6,其額定功率為 4kW，滿載轉(zhuǎn) 960r/min.7.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)7.2.1 計(jì)算總傳動(dòng)比由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 nm 和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 nw 可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為：inm/nw nw38.4 i25.142合理分配各級傳動(dòng)比由于減速箱是同軸式布置，所以 i1i2 。因?yàn)?i25.14，取 i25，i1=i2=25 速度偏差為 0.5%5%，所以可行。 各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩項(xiàng) 目 電動(dòng)機(jī)軸 高速軸 I 中間軸 II 低速軸 III 鼓輪,轉(zhuǎn)速（r/min）7.2.2 傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算1 選精度等級、材料及齒數(shù)1） 材料及熱處理:選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。2） 精度等級選用 7 級精度；3） 試選小齒輪齒數(shù) z120，大齒輪齒數(shù) z2100 的；4） 選取螺旋角。初選螺旋角 14°2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)因?yàn)榈退偌壍妮d荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值(2) 計(jì)算載荷系數(shù) K已知載荷平穩(wěn)，所以取 KA=1根據(jù) v=0.68m/s,7 級精度，動(dòng)載系數(shù) KV=1.11；KH 的計(jì)算公式和直齒輪的相同，故 KH=1.12+0.18(1+0.6×1 )1×1 +0.23×10 67.85=1.42,KF=1.36,KH=KH=1.4。故載荷系數(shù)K=KAKVKHKH=1×1.03×1.4×1.42=2.05(3) 計(jì)算模數(shù) m=3.747.2.3 確定計(jì)算參數(shù)(1) 計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKFKF=1×1.03×1.4×1.36=1.96,螺旋角影響系數(shù) Y0.88 (2)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)z1=z1/cos =20/cos 14 =21.89 z2=z2/cos =100/cos 14 =109.47(3) 查取齒型系數(shù)得 YFa1=2.724；Yfa2=2.172(4) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 105 查得 Ysa1=1.569；Ysa2=1.798(5) 計(jì)算FF1=500Mpa F2=380MPa KFN1=0.95 KFN2=0.98F1=339.29Mpa F2=266MPa7.2.4 幾何尺寸計(jì)算(1) 計(jì)算中心距z1 =32.9，取 z1=33 z2=16 a =255.07mm 圓整后取 255mm(2)按圓整后的中心距修正螺旋角 =arcos =13 5550”(3) 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑d1 =85.00mm d2 =425mm(4) 計(jì)算齒輪寬度b=dd1 b=85mm B1=90mm，B2=85mm7.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以大齒輪為例。因齒輪齒頂圓直徑大于 160mm，而又小于 500mm，故以選用腹板式為宜。其他有關(guān)尺寸參看大齒輪零件圖。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算,擬定輸入軸齒輪為右旋II 軸：1初步確定軸的最小直徑 d 34.2mm2求作用在齒輪上的受力Ft1= =899N Fr1=Ft =337N Fa1=Fttan=223N；Ft2=4494N Fr2=1685N Fa2=1115N3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1） 擬定軸上零件的裝配方案i. I-II 段軸用于安裝軸承 30307，故取直徑為 35mm。ii. II-III 段軸肩用于固定軸承，查手冊得到直徑為 44mm。iii. III-IV 段為小齒輪，外徑 90mm。iv. IV-V 段分隔兩齒輪，直徑為 55mm。v. V-VI 段安裝大齒輪，直徑為 40mm。vi. VI-VIII 段安裝套筒和軸承，直徑為 35mm。2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1. I-II 段軸承寬度為 22.75mm，所以長度為 22.75mm。2. II-III 段軸肩考慮到齒輪和箱體的間隙 12mm，軸承和箱體的間隙 4mm，所以長度為16mm。3. III-IV 段為小齒輪，長度就等于小齒輪寬度 90mm。4. IV-V 段用于隔開兩個(gè)齒輪，長度為 120mm。5. V-VI 段用于安裝大齒輪，長度略小于齒輪的寬度，為 83mm。6. VI-VIII 長度為 44mm。4 求軸上的載荷66 207.5 63.5 Fr1=1418.5N Fr2=603.5N查得軸承 30307 的 Y 值為 1.6 Fd1=443N Fd2=189N因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪旋向都是左旋。 故：Fa1=638N Fa2=189N5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1） 判斷危險(xiǎn)截面由于截面 IV 處受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險(xiǎn)截面2） 截面 IV 右側(cè)的截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為由于軸選用 40cr，調(diào)質(zhì)處理.7.4 齒輪的潤滑采用浸油潤滑，由于低速級周向速度為，所以浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，取為35mm。一、滾動(dòng)軸承的潤滑由于軸承周向速度為，所以宜開設(shè)油溝、飛濺潤滑。二、潤滑油的選擇齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設(shè)備，選用 L-AN15 潤滑油。三、密封方法的選取選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實(shí)現(xiàn)密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM， （F）B70-90-10-ACM 。軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。第八章 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇滾珠絲杠的工作原理：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)把它們套裝在一起時(shí)形成螺旋通道，并且滾道內(nèi)填滿滾珠。當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動(dòng)，按照滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式兩種方式。外循環(huán)式螺母旋轉(zhuǎn)槽的兩端由回珠管連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。內(nèi)循環(huán)方式帶有反向器，返回的滾珠經(jīng)過反向器和絲杠外圓之間返回。滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)：在傳動(dòng)時(shí)，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動(dòng)摩擦，所以具有很多優(yōu)點(diǎn)：1）傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高可達(dá) 92-98，是普通絲杠傳動(dòng)的 2-4 倍。摩擦力小。因?yàn)閯?dòng)、靜摩擦系數(shù)相差小，因而傳動(dòng)靈敏，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易產(chǎn)生爬行，隨動(dòng)精度和定位精度高。使用壽命長。滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其滾道表面淬火硬度高達(dá) 60-62HRC，表面粗糙度值小，另外，因?yàn)槭菨L動(dòng)摩擦，故磨損很小。4）經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度。5）反向運(yùn)動(dòng)時(shí)無空行程，可以提高軸向運(yùn)動(dòng)精度。滾珠絲杠螺紋副的缺點(diǎn)：因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在各類中、小型數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠。但是滾珠絲杠也有如下缺點(diǎn)；l）制造成本高。不能實(shí)現(xiàn)自鎖。由于其摩擦系數(shù)小不能自鎖，當(dāng)用于垂直位置時(shí)，為防止因突然停斷電而造成主軸箱下滑，必須加有制動(dòng)裝置。8. 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為 ，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)1i速為 ，則絲杠導(dǎo)程為：max150/innrmaxhvP(3.1)，取38105.hP6hP8.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速/minhvrP(3.2)由公式(3.2),最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速： 3max810./min6hvnrP最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速： mini10.67/inhv