C6140臥式車床橫向進給系統(tǒng)

1、1/ 28溝命/孑/家屛挾垮院COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY HNUT課程設(shè)計說明書課程名稱：機械制造自動化技術(shù)設(shè)計題目：C6140臥式車床橫向進給系統(tǒng)數(shù)控化改造設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：0804學(xué)生姓名：羅巍學(xué)號:0812110432指導(dǎo)教師：吳吉平湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院教務(wù)部制2018 年 12 月 19 日2/ 28數(shù)控系統(tǒng)課程設(shè)計C6140 普通臥式車床數(shù)控化改造之橫向進給系統(tǒng) X）軸設(shè)計目錄第一章緒論3b5E2RGbCAP1.1、數(shù)控機床的產(chǎn)生3p1EanqFDPw1.2、數(shù)控機床的發(fā)展3DXDiTa9E3d1.3、我國數(shù)控機床的發(fā)展簡況

2、4RTCrpUDGiT1.4、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢45PCzVD7HxA1.5、數(shù)控機床改造的意義5jLBHrnAILg第二章、車床橫向進給系統(tǒng)存在的問題分析6xHAQX74J0X2.1常見改進方案及存在問題6LDAYtRyKfE第三章、機械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案7Zzz6ZB2Ltk3.1、主傳動系統(tǒng)的改造方案7dvzfvkwMI13.2、安裝電動卡盤7rqyn14ZNXI3.3、進給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案8EmxvxOtOco第四章、進給傳動部件的計算和選型9SixE2yXPq54.1、脈沖當(dāng)量的確定96ewMyirQFL4.2切削力的計算9kavU42VRUs4.3、滾珠絲杠螺母副的的計算和選型

3、橫向）9y6v3ALoS89第五章、繪制進給傳動機構(gòu)的裝配圖14M2ub6vSTnP第六章、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計150YujCfmUCw第七章、步進電動機驅(qū)動電源的選用17eUts8ZQVRd第八章、控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計18sQsAEJkW5T第九章、結(jié)論24GMsIasNXkA第十章心得體會25TIrRGchYzg第十一章參考資料277EqZcWLZNX第一章 緒論隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁 改型，普通機床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機床應(yīng)運而生。這種新型機床具有 適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電 子計算機、自動控制、伺

4、服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成 果，是今后機床控制的發(fā)展方向。lzq7IGf02E1.1 、數(shù)控機床的產(chǎn)生數(shù)控機床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工 直升機槳葉輪廓用檢查樣板的加工機床任務(wù)時，提出了研制數(shù)控機床的初始設(shè) 想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室合作，開始從事數(shù)控 機床的研制工作。并于1952年試制成功世3/ 28界上第一臺數(shù)控機床實驗性樣機。 這 是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進和 自動編程研究，于1955年進入實用階段。一直到20世紀50年代末，由于價格 和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)

5、。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控 系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機床，其中多 數(shù)是鉆床、沖床等點位控制的機床。數(shù)控技術(shù)不僅在機床上得到實際應(yīng)用，而 且逐步推廣到焊接機、火焰切割機等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴展應(yīng)用范圍。zvpgeqJ1hk1.2 、數(shù)控機床的發(fā)展自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機床以來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。NrpoJac3v1第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。

6、第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強的程 序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實現(xiàn)的。這些數(shù) 控系統(tǒng)的通用性很強，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機床的控制要 求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù) 控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，

7、功能也更加 完善。1nowfTG4KI近年來，微電子和計算機技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機械 制造的各個領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計算機直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計算機 集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機床為基礎(chǔ)，它們 代表著數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢。fjnFLDa5Zo1.3 、我國數(shù)控機床的發(fā)展簡況我國從1958年由北京機床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機床，并試制 成功第一臺電子管數(shù)控機床。從1965年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到60年代末和70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機等獲得成功。與此同 時，還開展了數(shù)控加工平面零件自動編程的研究。1972-197

8、9年是數(shù)控機床的生 產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(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、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機床研 制成功；數(shù)控升降臺銑床和數(shù)控齒輪加工機床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場。從80年 代初開始，隨著我國開放政策的實施，先后從日本、美國、德國等國家引進先 進的數(shù)控技術(shù)。上海機床研究所引進美國GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)等。在引 進、消化、吸收國外先進技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機床研4/ 28究所又開發(fā)出BSO3經(jīng)濟型 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。 進而推動了我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展， 使我國數(shù)控機床在品種上、

9、 性能上以 及水平上均有了新的飛躍。我國的數(shù)控機床已跨入一個新的發(fā)展階段。tfnNhnE6e51.4 、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢從數(shù)控機床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動化是 數(shù)控機床的重要發(fā)展趨勢。對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度，還 要求具有進入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。HbmVN777sL在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國的SIEMENS和美國的A-B公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高 性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微機處理機、 標準總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容

10、量擴大到1MB以上，機床分辨率 可達0.1微M，高速進給可達100m/min,控制軸數(shù)可達16個，并采用先進的電 裝工藝。V7l4jRB8Hs在驅(qū)動系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動已由模擬式向數(shù)字式 方向發(fā)展，以運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) 字集成元件所取代，從而克服了零點漂移、溫度漂移等弱點。83lcPA59W91.5 、數(shù)控機床改造的意義數(shù)控機床改造在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始 迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟、市場和生產(chǎn)上的原 因。我國是擁有300多萬臺機床的國家。而這些機床又大多是多年累積生產(chǎn)的 通用機床，

11、不論資金和我國機床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我 國現(xiàn)有一部分普通機床實現(xiàn)自動化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫 切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在 微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。 在機床改造中引入微機的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進性，同時，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案，有較 大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費用低，一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格 僅為全功能數(shù)控裝置的1/3至1/5，用戶承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實例 可以證明，投入使用后，確實成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了 顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。因此，我國提出從大力推廣

12、經(jīng)濟型數(shù)控這一中間技術(shù)的 基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和 生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時，它還可以作為全功 能數(shù)控機床應(yīng)用的準備階段，為今后使用全功能數(shù)控機床，培養(yǎng)人才，積累維 護、使用經(jīng)驗，而且也是實現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)朝機電一體化的方向過 渡的主要內(nèi)容之一。mZkklkzaaP5/ 28第二章、車床橫向進給系統(tǒng)存在的問題分析C6140車床橫向進給系統(tǒng)在連續(xù)的使用過程中，由于磨損等原因，使絲杠 與絲母間隙過大，產(chǎn)生軸向竄動，影響進給精度。通過調(diào)整可消除絲杠與絲母 間的間隙，但實踐證明，這種調(diào)整方法只消除了絲母的磨損間隙，而沒有消除

13、 絲杠的磨損間隙。如果按絲杠磨損較大部位調(diào)整絲母，則在絲杠磨損較小部位 可能因間隙過小而使進給手柄轉(zhuǎn)動太沉。AVktR43bpw經(jīng)過長期的觀察和實踐，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的機床都在很大程度上存在著進給 機構(gòu)精度因磨損而嚴重下降的問題。普通車床的橫向進給機構(gòu)因其使用頻繁且 承受很大的切削力，所以，磨損程度較其它機床嚴重，如果能夠有效地解決車 床的進給精度問題對其它類似的機構(gòu)都有指導(dǎo)意義。ORjBnOwcEd幾十年來，國內(nèi)外車床一直采用上述的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作者在使用過程中必 須經(jīng)常進行調(diào)整，并把這項工作列入一級保養(yǎng)內(nèi)容。因此，增加了工人的勞動 強度，降低了設(shè)備 的 利用率 ， 即使這 樣也不能很 好地保 證

14、設(shè)備的精2MiJTy0dTT2.1常見改進方案及存在問題針對普通車床橫向進給機構(gòu)的進給精度問題國內(nèi)外專家多采用以下三種解 決方案。1.在中修或項修過程中，更換新的橫向進給絲母。必要時，對橫向進給絲 杠進行修復(fù)，然后再配作絲母，這種辦法并沒有從根本上解決橫向定位精度問 題。機床只是在修復(fù)后最初階段能夠保障橫向進給精度，數(shù)月后就進人反復(fù)調(diào) 整階段.而且加大了維修成本。gIiSpiue7A2.有的專家試圖用改進橫向進給絲杠支承結(jié)構(gòu)或減小絲杠變形的方法來解 決問題。這種方案僅提高了絲杠的剛度， 雖然能夠間接地減緩絲杠和絲母的磨 損， 但仍然沒有從實質(zhì)上解決問題。這種方法的缺點是改造的成本和維修費用 很

15、大。uEh0U1Yfmh3.80年代中期，隨著電子技術(shù)的進步與發(fā)展，國內(nèi)外的專家們紛紛采用數(shù) 控或數(shù)顯技術(shù)對機床進行改造。采用數(shù)控技術(shù)改善機床進給機構(gòu)精度，尤其是 采用閉環(huán)控制，很好地解決了進給精度問題。但是這種技術(shù)改造成本太高，一 般企業(yè)無法承受。采用數(shù)顯技術(shù)改善機床進給精度的實例在國內(nèi)比較多，雖然 這種方案比數(shù)控技術(shù)改造投資小，但考慮到投資收益比，也不適合普通車床這 類造價較低的設(shè)備改造，一般企業(yè)僅把這項技術(shù)應(yīng)用于精、大、稀設(shè)備的改 造，最常見的是造價幾十萬元的鏜銑床改造。IAg9qLsgBX度。6/ 28第三章、機械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案3.1 、主傳動系統(tǒng)的改造方案臥式車床進行數(shù)控化改造時

16、，一般可保留原有的主傳動機構(gòu)和變速操縱機 構(gòu)，這樣減少改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。WwghWvVhPE提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用24速的多速 電機和單速主電動機；當(dāng)多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控 制主軸實現(xiàn)無級變速工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于70HZ,原頻率可以不更換，但所選變頻器得功能應(yīng)比電動機大）。asfpsfpi4k其中，當(dāng)采用有級變速時，可選用浙超力電機有限公司生產(chǎn)的YD系列7.5KW的三湘異步電動機,實現(xiàn)24檔變速；當(dāng)采用無級變速時,應(yīng)加裝交流 變頻器,推動F1000G00 75T3B,適配7.5

17、KW電動機,生產(chǎn)廠家為煙臺惠 豐電子有限公司。ooeyYZTjj13.2 、安裝電動卡盤為了提高加工效率,工件的夾緊與松開采用電動卡盤,選用呼和浩特機床 附件總廠生產(chǎn)的電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊與松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控 制。BkeGuInkxI安裝自動回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度,實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序,將車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn),選用常州市宏達機床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD4BCK6140型四工位立式電動機,自動換刀需要配置相應(yīng)的電路,由數(shù)控系統(tǒng)完 成。PgdO0sRlMo螺紋編碼器的安裝方法 螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時,需要配7/ 28置主軸脈沖發(fā)生器

18、為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動3cdXwckm15當(dāng)中，改造后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是24mm，Z向的進給脈沖當(dāng)量是半脈沖，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一傳輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于24mm/（0.01mm脈沖=2400脈沖。考慮到編碼器的輸出有相位差為90的A、B相信號，可將A、B經(jīng)邏輯運算獲得2400個脈沖一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器 的線數(shù)可降到1200線A、B信號）。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時不亂 扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個得零位脈沖Z。h8c52WOngM基于上述要例選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的

19、同步軸，安裝螺紋的編碼器。2）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電機與同步帶減速箱總 成。3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在床鞍的下面安裝縱向滾珠絲 杠的螺母座與螺母座托架。4）拆除四方刀架與小滑板總成，在中滑板上方安裝四工式電動刀架。5） 拆除中滑板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段長216mm,見書后插頁圖6-2）鋸斷保留，拆掉刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠 絲杠副。XVauA9grYP6）將橫向進給步進電機通過法蘭座安裝到中滑板后部的床鞍上，并與滾 珠絲杠的軸頭相連。7）拆去三杠絲杠、光杠與操作杠），更換絲杠的右支承。 改造后的橫向進給系統(tǒng)如后插頁6-2。壓+5V

20、，每轉(zhuǎn)輸出1200個A/B脈沖與一個Z脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑15mm,生產(chǎn)廠家為長春光機數(shù)顯技術(shù)有限公司。v4bdyGious螺紋編碼器同常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將 編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但它堵住了主 軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在主軸箱的后端，屮同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼同步齒形帶與主軸連接起來，需用無間隙柔性聯(lián)速。J0bm4qMpJ9一般盡量裝在與主軸對傳動比為1:1的要注意的是編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采 的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編n計方案寸器通過的最高許口、轉(zhuǎn)3.3、進給系統(tǒng)的改8/ 28第四章、

21、進給傳動部件的計算和選型縱、橫向進給的計算和選型主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計算切削力、選擇 滾珠絲杠螺母副、設(shè)計減速箱、選擇步進電動機等。以下詳細介紹橫向進給機 構(gòu)。bR9C6TJscw4.1、脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，X方向橫向）的脈沖當(dāng)量為脈沖為Sx=0.005mm/脈 沖。4.2 切削力的計算以下是橫向切削力的詳細計算過程。設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，Sb=650MPa。選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15;刀具幾何參數(shù)為：主偏角kr=60。，前角。=10。，刃傾角入s= -5。；切削 用量為：背吃刀量ap=3mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度Vc=105m/min。pN9LBDdtr

22、d查表，得：CFc=2795,XFC=1.0,yFC=0.75, nFC=-0.15。查表，得：主偏角Kr的修正系數(shù)KKrFC=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半 徑的修正系數(shù)值均為1.0。DJ8T7nHuGT由經(jīng)驗公式：Fc=CPXFCfyFcVcnFckFc4-1）算得主切削力Fc=2673.4N。有經(jīng)驗公式FC：FF：FP=1:0.35:0.4,算得橫向進給切削力FF= 935.69 N,背向力FP= 1069.36 N。4.3、滾珠絲杠螺母副的的計算和選型橫向）= 1.4670 0.2(26802 1072 600)(4-3選3型查2閱3【機電一體化設(shè)計手冊】，可選用WL20051列2

23、.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲桿副，額定動載荷為8800N，可滿足 要求，選定精度為3級。QF81D7bvUA剛度的驗算先畫出此橫向進給滾珠絲桿支撐方式草圖，最大進給率引力為 間距L=450mm；絲桿螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負荷的1/3.4B7a9QFw9h1)絲杠的拉伸或壓縮變形量，根據(jù)Fm =2023N，D 20mm，查出=4.210，可算出：L門丄1450 =4.2 10450 =1.89 10 mm(4-5由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿又進行了預(yù)拉緊，故其拉壓剛度 可以提高4倍。其實際變形量12-y4= 0.47 10 mm2滾珠與螺紋滾道間接觸變形 。查【機電一體化設(shè)

24、計手冊】相關(guān)圖表，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量y ix6iFA8xoXQ=8.5 10”mm因為進行了預(yù)緊，故113 3、2 Q8.5 10丄4.25 10 mm223)支撐滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形飛因為施加預(yù)緊力，故11OO3 e9.4 10=4.7 10 mm22綜合以上幾項變量之和：、=、；、2、3=(4.7 4.25 4.7) 10”(4-6=0.001365mm2023)0 vs1000 0.3 0.5門202空s30r/min2)計算最大動負載5DO60 n T 60 30 15000L6-二-c-= 271062023，支撐10/ 28顯然此變形量已大于定位精度要

25、求，應(yīng)該采用相應(yīng)的措施修改設(shè)計，但因 橫向溜板受空間限制，不宜再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦11/ 28力，從而減小最大牽引力，重新計算如下：wt6qbkCyDEFm=1.4 Fyf(Fz2FxG)(4-7=1155N式中：E-絲桿材料彈性模量，對剛E=20.6 10-6I-截面慣性矩，絲桿截面慣性矩匸二d1464l-絲桿兩支撐端距離fz-絲桿的支撐方式系數(shù)，查表知fz=2.00對于本設(shè)計：27 82 14N(4-10Flnk 67.7(4-11綜上所所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求，不會產(chǎn)生失穩(wěn)。4.4、步進電動機的計算與選型橫向)1)計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量jeq

26、已知：滾珠絲桿的公稱直徑d0= 40mm， 總長帶接桿)l = 1560mm， 導(dǎo)程Ph= 6mm， 材料密度p=7.85 10；kg/cm3;橫向移動部件總重量G=1300N;同步帶減速箱大帶輪寬帶28mm， 節(jié)徑54.57mm， 孔徑30mm， 輪轂外景42mm， 寬度14mm； 小帶 輪寬度28mm，結(jié)晶45.48mm，孔徑19mm，輪轂外徑29mm，寬度12mm；傳 動比i =1.2?？梢运愕酶鱾€零部件的轉(zhuǎn)動慣量如下具體計算過程從略)：滾珠 絲桿的轉(zhuǎn)動慣量js= 30.78kg cm2；床鞍折算到絲桿上的轉(zhuǎn)動慣量jw=1.21kg cm2小帶輪的轉(zhuǎn)動慣量jz1= 0.95kg cm2；

27、大帶輪的轉(zhuǎn)動慣量js2= 1.99kg cm2。在設(shè)計減速箱時，初選的橫向步進電動機型號130BYG5501，從 表中查得該 型號電動 機轉(zhuǎn)自的轉(zhuǎn)動慣 量j33kg cm2。Kp5zH46zRk則加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：jeq= jmjz1jwjs/i 57.55kg cm24-12)fZ二2El6464Z=78214N12/ 281)快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩Teql可知，Teql包括三部分：快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的13/ 28附加摩擦轉(zhuǎn)矩To。因為滾

28、珠絲杠副傳動效率很高，可知，T0相對于Tamax和Tf很小，可以忽略不計。則有：Yl4HdOAA61Teq| =Tamax，Tf4-13)根據(jù)式4-13)，考慮縱向傳動鏈的總效率n，計算快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：2Jeqnm1Tamax4-14)60tn式中nm對應(yīng)橫向空載最快移動速度的步進電機最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min；ta步進電機由靜止到加速至所需要的時間，單位時間s。其中:a-橫向步進電機步距角，為72;S-橫向脈沖當(dāng)量，本例S=0.005mm/脈沖。將以上各值代入式4-15),算得nm=1200r/min。設(shè)步進電機由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時間ta=0.41s，

29、橫向傳動鏈總效率n=0.7；則由式60匯0.4江0.7可知，移動部件運動時，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為:TfFcG)Ph4-17)f2二i式中一導(dǎo)軌的摩擦因素，滑動導(dǎo)軌取0.06。Fc垂直方向的工作負載，空載時取0;n橫向傳動鏈總效率，取0.7。則由式2二0.7 1.2最后由式4-20，求得快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)矩所承受的負載轉(zhuǎn)矩為:Twql =TamaxTf =2.82N.m4-19)2)最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩Teq2，可知，Teq2包nmvmax -3600、式中Vmax其中，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩T1計算。本設(shè)計中在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知進

30、給方向的最大工作載荷R =.935.69N,則有:15/ 28N m 06N m（4-21Fe=2673.4N情況下，移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：FCG Ph0.16 2673.4 13000.006 “TiN m：0.72N m2兀W2兀x0.7x1.2（4-22求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：Teq2二TtTf=1.78N m4-23）經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩：Teq= maxTeq1,Teq2=2.82N m 對于前面預(yù)選的130BYG5501型步進電動機，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)Tjmax= 20Nm,可見完全滿足要求。5

31、01nNvZFisHz1333Hz。從130BYG5501的運行矩頻特性圖6-4可以 看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf17Nm,遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78Nm,滿足要求。jW1viftGw92） 最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定橫向最快空載移動速度Vmax=3000mm/min,求出 電機對應(yīng)的運行頻率fmaxf=3000/（60X0.005Hz=10000Hz。查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=3.8 Nm,大于快速空載起動時的負載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82Nm,滿足要求。xS0DOYWHLP3） 最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度V

32、max=3000mm/min,對應(yīng)電動機的運行頻率？max=10000Hz。查表可知130BYG5501的極限運行頻率為20000Hz,可見沒有超出上限。LOZMkIqI0w4） 起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=57.55kg.cm,電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33kg.cm,查表可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載起動頻率？q=1800Hz。則由式可以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻 率為：E836L11DO5T= FfPh935.69x0.0061= 2二i一2二0.7 1.2再計算承受最大工作負載16/ 28ZKZUQsUJed1087 Hz上式說明,，要想保證步

33、進電動機起動時不失歩,須小于1087Hz。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選的很低，通常只有100HZ即100脈沖/S）。dGY2mcoKtT綜上所述，本設(shè)計中橫向進給系統(tǒng)選用130BYG5501步進電動機，可以滿足設(shè)計要求。第五章、繪制進給傳動機構(gòu)的裝配圖在完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進電動機的計算、選型后，就可以著 手繪制進給傳動機構(gòu)的裝配圖了。在繪制裝配圖時，需要考慮以下問題：rCYbSWRLIA1了解原車床的詳細結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、床鞍、中滑板、刀架 等的結(jié)構(gòu)尺寸。2根據(jù)載荷特點和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結(jié)構(gòu)， 以及軸承的預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式。3考慮各部件之間

34、的定位、連接和調(diào)整方式。例如：應(yīng)保證絲杠兩端支承 與螺母座同軸，保證絲杠與機床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座、支承座在安裝面上的 連接與定位，同步帶減速箱的安裝與定位，同步帶的張緊力調(diào)節(jié)，步進電動機 的聯(lián)接與定位等。FyXjoFIMWh4考慮密封、防護、潤滑以及安全機構(gòu)等問題。例如：絲杠螺母的潤滑、防塵防鐵屑保護、軸承的潤滑及密封、行程限位保護裝置等。TuWrUpPObX5在進行各零部件設(shè)計時，應(yīng)注意裝配的工藝學(xué)，考慮裝配的順序，保證 安裝、調(diào)試和拆卸的方便。6注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如：制圖標準，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注，重要配合尺4-26)任

35、何時候的起動頻率都必17/ 28第六章、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計根據(jù)人任務(wù)書的要求，設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件電路時主要考慮以下功能：1）接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示。2）接收控制面板的開關(guān)與按鈕信號。3）接收車床限位開關(guān)信號。4）接收螺紋編碼器信號；5）接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架刀位信號；6）控制X、Z向步進電動機的驅(qū)動器；7）控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；8）控制多速電動機，實現(xiàn)主軸有級變速；9）控制交流變頻器，實現(xiàn)主軸無級變速；10）控制切削液泵起動/停止；11）控制電動卡盤的夾緊與松開；12）控制電動刀架的自動選刀；13）與PC機的串行通信。寸的標注，裝配技術(shù)要求、標題欄等7qWAq9jPqE1

36、8/ 28圖6-1為控制系統(tǒng)的原理框圖。CPU選用ATMEL公司的8位單片機19/ 28AT89S52;由于AT89S52本身資源有限，所以擴展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存儲器，存放系統(tǒng)底層程序；擴展了一片SRAM芯片6264用作數(shù)據(jù)存儲器，存放用戶程序；鍵盤與LED顯示采用8279來管理；輸入/輸 出口的擴展選用了并行接口8255芯片，一些進/出的信號均做了隔離放大；模 擬電壓的輸出借助與DAC0832;與PC機的串行通信經(jīng)過MAX233芯片。IIVIWTNQFkyhUQsDgRTI圖6-1控制系統(tǒng)原理框圖20/ 28第七章、步進電動機驅(qū)動電源的選用本例中X向步進電動機的型號

37、為110BYG5802，Z向步進電動機的型號為130BYG5501，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團公司。這兩種電動機除了外形尺寸， 步距角和輸出轉(zhuǎn)矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為5相混合式，5線輸出， 電動機供電電壓DC120310V,電流5A。這樣，兩臺電動機的驅(qū)動電源可用同 一型號。在此，選擇合肥科林數(shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻調(diào) 壓型步進驅(qū)動器，型 號為BD5A。它與控 制系統(tǒng)的連接如圖7-1所示。MdUZYnKS8I21/ 28圖 7-1 BD5A 驅(qū)動器與控制系統(tǒng)連接第八章、控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計1存儲器與I/O芯片地址分配根據(jù)地址譯碼器U4V74LS138）的連接情況，可以算出

38、主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配，如表8-1所示。09T7t6eTno表8-1主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配+5VX方向(PB6)X永沖(PB7)L220vN廠|rxApVayEMZ+5V方向脈沖LNPE保護接地22/ 28器件名稱地址選擇線A15-片內(nèi)地地址編碼23/ 28A0)址單兀數(shù)62640008k0000H1FFFH82550011，1111, 1111,43FFCH3FFFH82790101,1111,1111,11125FFEH5FFFHDAC08320111,1111,1111,111117FFFH2.控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序系統(tǒng)設(shè)有7檔功能可以相互切換，分別是“編輯”

39、、“空刀”、“自 動”、“手動1”、“手動2”、“手動3”和“回零”。選中某一功能時，對 應(yīng)的指示燈點亮，進入相應(yīng)的功能處理。系統(tǒng)監(jiān)控管理程序流程圖如圖8-1e5TfZQIUB53. 8255芯片初始化子程序B255 : MOV DPTR,#3FFFHMOVA,#10001001B。PA口輸出，MOVX DPTR, A。控制字被寫入MOVDPTR,#3FFCH。指向PA口MOVA, #OFFH。預(yù)置PA口全“MOVX DPTR, A。輸出全“1”到MOVDPTR,#3FFDH。指向PB口。指向8255的控制口地址PB口輸出，PC口輸入，均為方圖 8-1 監(jiān)控管理程序流程式024/ 28MOV

40、A, #OFFH。 預(yù)置PB口全“1”MOVX DPTR, A。 輸出全“1”到PB口RET8279芯片初始化子程序DPTR,#5FFFH。 指向8279的控制口地址清除FIFO與顯示RAM命令 命令字被寫入 。 從8279的控制口讀取8279的狀態(tài)字 測試顯示RAM有沒有被清除完畢。只有狀態(tài)RET8279控制LED顯示子程序設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為6BH，系統(tǒng)在指定的工作裝態(tài)下，需要顯示的字符段碼的編碼，事先存儲在CPU內(nèi)部RAM的6BH73H這9個字節(jié)中。已知8279的控制口地址為5FFFH,數(shù)據(jù)口地址為5FFEH,則顯示程序如下：SISOVACVQMDIR: MOV DPTR,#5FFFH

41、。 指向8279的控制口地址MOV A,#90H。 寫8279顯示RAM的命令MOVX DPTR, A。從顯示RAM的OOH地址開始寫，每寫一 次，顯示RAM的地址自動加1MOV R7，#09H。 顯示緩沖區(qū)的長度為9個字節(jié)。 從CPU的RAM中讀取顯示段碼的編碼PC與DTAB表格之間的偏移量MOVC A, A+PC查表，取出顯示段碼MOV DPTR,#5FFEH8279的數(shù)據(jù)口地址MOVX DPTR, A送到8279顯示RAM中指定的字節(jié)INC RO。 寫8279的下一個顯示RAMDJNZ R7, DIRO循環(huán)9次，寫成9位顯示B270：MOVMOV A,#OCFH。MOVX DPTR, A

42、 WAIT:MOVX A, DPTRJB ACC.7，WAIT字的時，清除才結(jié)束MOV A,#08H。MOVX DPTR，AMOV A, #34H。MOVX DPTR, A編碼掃描，左入口，分頻系數(shù)取2016位字符顯示，雙鍵互鎖MOV R0，#6BH顯示緩沖區(qū)的首地址為6BHDIRO: MOV A,ROADD A, #05H25/ 28RET段碼DTAB: DB 6FHDB 0DAHDB 0BEHDB 0E7HDB 0A3HDB 0CBHDB 0D1HDB 0D3HDB 0DCHDB 0CEHDB 0DFHDB 21HDB 7BHDB 91HDB 19HDB 4BHDB 0DHDB 05HDB

43、 69HDB 01HDB 09HDB 20HDB 7AHDB 90HDB 18HDB 4AHDB 0CHDB 04HDB 68HDB 00HDB 08H字符 編碼；F 0001。X 0203。Z 0405。U 0607。W 0809。- 0A。0 0B。1 0C。2 0D。3 0E。4 0F。5 10。6 11。7 12。8 13。9 14。0. 15。1. 16。2. 17。3. 18。4. 19。5. 1A。6. 1B。7. 1C。8. 1D。9. 1E26/ 28;根據(jù)系統(tǒng)需要編制字庫當(dāng)需要顯示一組字符時，首先給顯示緩沖區(qū)的6 B H 7 3 H這9個 字 節(jié) 賦值，然后調(diào)用DIR子程序

44、即可。例如，要顯示“X1234.56”，程序如下：GXRw1kFW5sMOV6BH,#02H。 “X”的一半MOV6CH,#03H。 “X”的另一半MOV6DH,#0AH。-MOV6EH,#0CH。1MOV6FH,#0DH。2MOV70H,#0EH。3MOV71H,#19H。4MOV72H,#10H。5MOV73H,#11H。6CALLDIR。 向8279的顯示RAM寫數(shù)顯示緩沖區(qū)CPU內(nèi)部RAM):6BH)6CH)6DH)6EH)6FH)70H)71H)72H)73H)| | | |UT|REx49Xj9顯示字符：X- 12 34.568PQN3NDYyP| | | |mL|PVzx7ZNw

45、字符編碼：02H03H0AH0CH 0DH 0EH19H 10H11HAHP35hB02d8279管理鍵盤子程序 如插圖所示，當(dāng)矩陣鍵盤有鍵按下時，8279既向CPU的INT1申請中斷，CPU隨即執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從8279的FIFO中讀取鍵值，程序如下：NDOcB141gTCLR EX1。 關(guān)CPU的INT1中斷MOV DPTR，#5FFFH。 指向8279控制口地址MOV A，#01000000B； 準備讀8279FIFO的命令MOVX DPTR, A； 寫入8279控制口MOV DPTR,#5FFEH。 指向8279數(shù)據(jù)口地址MOVX A，DPTR； 讀出鍵值CJNE A,#KEY0，N

46、EXT0。 依次進行判別JMP -KEY0。 對應(yīng)鍵進行處理NEXT0：CJNE A,#KEY1，NEXT1JMP -KEY1NEXT0：CJNE A,#KEY2，NEXT227/ 28JMP -KEY2NEXT2:7. D/A電路輸出模擬電壓程序如插圖 所示， 當(dāng)CPU執(zhí)行 寫指 令時， 只要選 中7FFFH這 個地址，DAC0832與741組成的D/A轉(zhuǎn)換電路即可輸出直流電壓。程序如下:1zOk7Ly2vAMOV DPTR, #7FFFH；指向DAC0832口地址MOV A, #DATA；準備輸出的數(shù)字量00H0FFHMOVX DPTR，A；輸出直流電壓010V8.步進電動機的運動控制順序

47、 步進電動機的運動控制采用的是硬環(huán)分，其走步程序包括勻速與升降速 兩種，詳細的設(shè)計思路見第四張第四節(jié)。9.電動刀架的轉(zhuǎn)位控制程序電動刀架的轉(zhuǎn)位包括控制刀架電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，以及4個刀位 信號的識別，具體程序參考本章第二節(jié)。10.主軸、卡盤與切削液泵的控制程序車床主軸的控制，就是控制主電動機的正/反/停，以及自動變速；電動卡盤 需要控制其夾緊與松開；切削液泵需要控制它的起/停。這些程序都非常簡單， 對于某個動作的控制，只要從輸出接口芯片的某個引腳輸出一個電平信號即 可。fuNsDv23Kh現(xiàn)以主軸正轉(zhuǎn)為例，從書后插頁圖6-7可以看出，主軸的正轉(zhuǎn)由8255的PA0來控制，當(dāng)用低電平信號來控

48、制主軸正轉(zhuǎn)時，程序如下:tqMB9ew4YXMOVDPTP，#3FFCH;8255PA口地址MOVXA，DPTR;讀出PA口鎖存器內(nèi)容CLRACC. 0；修改MOVXDPTR，A;置PAO=O,直流繼電器K+閉合，主軸正轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的軟件還包括兩坐標直線和圓弧的插補程序、直螺紋和錐螺紋的 插補程序，另外還有串行通信程序等。由于這些軟件的設(shè)計工作量都比較大，課程設(shè)計時一般不要求編制詳細的程序清單。HmMJFY05dE28/ 28第九章、結(jié)論經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定 性。其改造涉及到機械、電氣、計算機等領(lǐng)域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng) 工程。在進行數(shù)控改造時，應(yīng)

49、該做好改造前的技術(shù)準備。 改造過程中， 機械修 理與電氣改造相結(jié)合， 先易后難、 先局部后全局。ViLRaIt6sk29/ 28第十章 心得體會這次課程設(shè)計中,我所從事設(shè)計的課題是經(jīng)濟型數(shù)控車床主傳動機構(gòu)設(shè)計 此類數(shù)控車床屬于經(jīng)濟型中檔精度機床，這類機床的傳動要求采用手動與電控 雙操縱方式，在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)電控變速?？傮w的設(shè)計方案就是對傳動方案進 行比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，對箱體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括軸和齒輪的設(shè)計、校30/ 28核等。9eK0GsX7H1為什么要設(shè)計此類數(shù)控車床呢？因為隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國 制造業(yè)領(lǐng)域涌現(xiàn)出了許多私營企業(yè)，這些企業(yè)的規(guī)模普遍不大，沒有太多的資 本。一些全功能數(shù)控系統(tǒng)，其功能雖然豐富，但成本高，對于這些中小型企業(yè) 來說購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對原有機床進行改造，進 行數(shù)控化、自動化，以提高生產(chǎn)效率。我國機床工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是機床擁有量 大、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，突出的任務(wù)就是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的 生產(chǎn)面貌，使之盡可能提高自動化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動強度，提高 經(jīng)濟效益。我國是擁有300多萬臺機床的國家，而這些機床又大量是多年累積 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廠的能力都