機(jī)電一體化數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、 . . . - 1 - / 30數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動信息程序所指定的順序自動執(zhí)行操作的過程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。它的優(yōu)點(diǎn)很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴。由于我國現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動化程度低,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個問題,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠與絲杠以與安裝座,配上滾珠絲杠與相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動的步進(jìn)電

2、機(jī)與減速箱安裝在車床的床尾,不占據(jù)絲杠空間。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆除橫向絲杠換上滾珠絲杠,由步進(jìn)電機(jī)帶動?？傮w設(shè)計(jì)方案:CJK6140 車床主軸轉(zhuǎn)速部分保留圓機(jī)床的手動變速功能。車床的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。最后,根據(jù)已知條件對縱向橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。關(guān)鍵詞：運(yùn)動信息，滾珠絲杠，步進(jìn)電機(jī)CJK6140CJK6140 NCNC LathesLathes VerticalVertical FeedFeed SystemSystem DesignDesignABSTRACTABSTRACTNumerical Control (NC) is any machining proc

3、ess in which the operations are executed automatically in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over co

4、nventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional . . . machine is used widely. So if the machines are re

5、placed, there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The reformation of the tool movement: we demolish the current smooth leading, leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevan

6、t position. The reformation of the horizontal mechanism: we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And Stepper motor drives the screw. The overall master design: the spindles gearshift of the CA6140 mechanism controlled by the former operating lever. The moving of the

7、 vertical table and the horizontal table is drove by the ball screw, which is drove by the Stepper motors. The last, we design the vertical and horizontal mechanism on the basis of known numbers.)KEYWORDSKEYWORDS: :tool movement，conventional machines，Stepper motor . . . - 3 - / 30目 錄CJK6140 數(shù)控車床縱向進(jìn)給

8、系統(tǒng)設(shè)計(jì) I摘要 IABSTRACTII第一部分緒論 1第二部分設(shè)計(jì)方案的確定 32.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 32.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 32.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 42.4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5第三部分機(jī)械設(shè)計(jì) 63.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 63.2 切削力的計(jì)算 63.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 73.3.1 求軸向力 73.3.2 計(jì)算絲杠動載荷 Cj73.3.3 絲杠效率計(jì)算 83.3.4 校核 83.4 齒輪箱減速器設(shè)計(jì)部分 93.4.1 傳動比 i93.4.2 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 93.4.3 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：113.4.4 設(shè)計(jì)計(jì)算：123.5 其他機(jī)械設(shè)計(jì)部分

9、 123.5.1 減速箱最小輸出軸的計(jì)算 123.5.2 軸承的選擇 133.6 步進(jìn)電機(jī)的選擇 133.6.1 計(jì)算減速器的傳動比 I133.6.2 計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量 133.6.3 確定步進(jìn)電機(jī)動力參數(shù) 14第四部分?jǐn)?shù)控設(shè)計(jì) 174.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路 174.1.1 基本硬件組成 174.1.2 硬件配套與基本結(jié)構(gòu) 17 . . . 4.1.3 接口線路 184.1.4 光電隔離電路 194.1.5 功率放大器 194.1.6 輔助電路 194.2 軟件設(shè)計(jì) 19第五部分使用說明 255.1 概述 255.2 主要技術(shù)參數(shù) 255.3 主要功能 255.4 安裝調(diào)整步驟 255.5 機(jī)

10、床使用步驟簡述 255.6 維護(hù)和保養(yǎng) 26第六部分結(jié)束語 27參考文獻(xiàn) 28 . . . - 1 - / 30第一部分 緒 論隨著微電子、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展與應(yīng)用，精密機(jī)械技術(shù)與這些前沿學(xué)科的相互滲透，使機(jī)械系統(tǒng)向著高技術(shù)集成系統(tǒng)的方向發(fā)展。這是當(dāng)今機(jī)械科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。機(jī)械工程學(xué)科正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展，而數(shù)控機(jī)床便是此領(lǐng)域中的一個典型發(fā)展方向。隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，改行頻繁。目前，機(jī)械零件加工中單件、小批量加工約占 80%，因此對加工設(shè)備不僅要求具有高的加工精度和生產(chǎn)效率，而且還要具備有相當(dāng)?shù)摹叭嵝浴?，既靈活、通用、能迅速適應(yīng)加

11、工零件的變更。數(shù)控機(jī)床較好地解決了形狀復(fù)雜、精密、小批、多變的零件的加工問題。它具有適應(yīng)性強(qiáng)，較高的加工精度，穩(wěn)定的加工質(zhì)量和高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。所以，數(shù)控機(jī)床是一種靈活而高效的自動化機(jī)床。隨著電子、自動化、計(jì)算機(jī)和精密測試等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位將變得越來越重要了。數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。經(jīng)改造后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行改造,以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動橫向進(jìn)給運(yùn)動、縱向進(jìn)給運(yùn)動以與刀架的快速換刀,使傳動系統(tǒng)變得十分簡單，傳動鏈大大縮短,傳動件數(shù)減少,從而提高

12、機(jī)床的精度。設(shè)計(jì)中，我們對有關(guān)數(shù)控機(jī)床與數(shù)控改造的相關(guān)書籍、刊物進(jìn)行大量閱讀,收集了很多資料,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況，數(shù)控機(jī)床的組成與其工作原理，擴(kuò)大了我們的知識面。機(jī)床計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是本世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的機(jī)床控制新技術(shù)。它綜合了計(jì)算機(jī)、自動控制、電器控制、測量技術(shù)、機(jī)械制造等領(lǐng)域的最新成就、使機(jī)器工具發(fā)展到新的水平。計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床具有精度高，加工周期短，適應(yīng)性強(qiáng)等一系列的優(yōu)點(diǎn)。特別對于中小批生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件加工尤為合適。因而在機(jī)械、航空、造船、動力等行業(yè)中得到了廣泛地運(yùn)用。此外，數(shù)控技術(shù)也在繪圖機(jī)械、坐標(biāo)測量機(jī)、激光于火焰切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是

13、相續(xù)出現(xiàn)的自動換刀數(shù)控機(jī)床（即加工中心 Machining Center） 、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（即計(jì)算器群控系統(tǒng)，DCN, Direct Numerical Control） 、自適應(yīng)控制系統(tǒng)（AC, Adaptive Control） 、柔性控制系統(tǒng) (FMS, Flexible Manufacturing System)、計(jì)算器集成（綜合）制造系統(tǒng) (CIMS, Computer Integrated Manufacturing System)等、進(jìn)一步說明，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為組成現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) (CAD)、制造 (CAM)、檢驗(yàn) (CAT) 于生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn) . . .

14、 過程自動化的基本設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機(jī)床電機(jī)的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件； 在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工； 2. 加工精度高；3. 生產(chǎn)效率高；4. 減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件

15、；5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益；6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。 我國是一個機(jī)床大國，有三百多萬臺普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的普與應(yīng)用，

16、數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC 技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國經(jīng)濟(jì)資源有限，國家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動化程度，比較符合我國的國情。 1984 年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普與。所以說，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有

17、典型性和實(shí)用性。第二部分 設(shè)計(jì)方案的確定利用微機(jī)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向（Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架?？傮w方案的論證 對于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對機(jī)床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。 . . . - 3 - / 302.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求 CA6140 車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)。其本質(zhì)是根據(jù)輸入的

18、數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，從而得到較理想的運(yùn)動軌跡，然后輸入到執(zhí)行部件，加工出所需的零件。按照這一原理，數(shù)控系統(tǒng)可分為開環(huán)數(shù)控和閉環(huán)系統(tǒng)。所謂閉環(huán)控制系統(tǒng)，即指對所加工的零件隨時進(jìn)行檢測并輸入（反饋）到控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)加工時所帶來的誤差。其主要采用反饋檢測裝置與交流變頻控制，因此功率較大，精密很高。但也由于采用交流變頻伺服系統(tǒng)和反饋檢測裝置，因而其造價(jià)十分高，結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，其穩(wěn)定性也不十分理想。由于以上特點(diǎn)，閉環(huán)控制系統(tǒng)常用于要求精密加工機(jī)床、單件生產(chǎn)，即整機(jī)生產(chǎn)之中。其控制系統(tǒng)框圖如下圖所示：速度反饋伺服電機(jī)位置反饋位置比較電路指令+-速度控制 電路圖 1-1 控制系統(tǒng)框圖2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造

19、設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)指令、經(jīng)過控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號，輸送到步進(jìn)電機(jī)，使伺服裝置轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過減速齒輪和絲桿螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有外部的位置反饋回路與速度反饋回路。因此不必使用位置速度測量裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與高增益放大器等高性能器件。 . . . 因此，使設(shè)備投資顯著降低，系統(tǒng)簡單可靠，與機(jī)床間的組配也十分方便，即結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，可靠性高、制造成

20、本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。在中小型機(jī)床的速度、精度要求不十分高的場合，得到了廣泛的應(yīng)用。下面是開環(huán)控制系統(tǒng)框圖：開環(huán)控制框圖開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大的情況下多采下步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素： 1）時鐘頻率和字長與被控對象的運(yùn)動速度和精度密切相關(guān)； 2）可擴(kuò)展存儲器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； 3）I/O 口擴(kuò)展的能力。控制系統(tǒng)采用單 CP

21、U 形式分為處理數(shù)據(jù)。CPU 采用 8031 芯片使用廣泛，功能強(qiáng)大，性能好，價(jià)格便宜。它包括一個微處理器，一個 128 字節(jié)的片數(shù)據(jù)存儲器，4 個 8 位的I/O 接口（其中 P1，P2，P3 是準(zhǔn)雙向口，P0 是三態(tài)雙向口） ，另外還為用戶留一個擴(kuò)展區(qū)。控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下：8031 通過 I/O 口擴(kuò)展一片 8255 接口芯片實(shí)現(xiàn)空運(yùn)轉(zhuǎn)，自動，手動轉(zhuǎn)換，回零，換刀，超程的按鍵功能。還通過 P0 口和 P2 口與一塊 74LS373 地址鎖存器擴(kuò)展了兩片 16K的 ROM 接口，兩片 16K 的 RAM 來作為開發(fā)程序的存儲器。8031 通過 P0 口擴(kuò)展了一片8279 接口芯片來實(shí)現(xiàn)鍵

22、盤輸入和電路顯示的功能。通過 P1 口經(jīng)過光耦合隔離電路TLP521-4 來消除電路干擾，并實(shí)現(xiàn) X，Z 向正反轉(zhuǎn)與連續(xù)啟動的功能，通過功率放大電路實(shí)現(xiàn) S，T，M 等備用功能。兩步進(jìn)電機(jī)經(jīng) 一塊 74LS373 直接與 P0 口相連。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。主要包括主模塊，子程序模塊和定時中斷模塊。主模塊主要完成初始化和監(jiān)控。初始化包括 PIO，CTC 的初始化。監(jiān)控主要包括鍵盤的管理和顯示管理，可調(diào)用原監(jiān)控程序中的鍵盤管理和顯示管理子程序。功能子模塊包括+X，-X，+Z，-Z，與 STOP 功能子模塊，并可調(diào)用圓監(jiān)控程序中的許多子程序。中斷模塊包括急停中斷模塊，報(bào)警中斷模塊等。 . . .

23、 - 5 - / 302.4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動原理：步進(jìn)電機(jī)通過消隙齒輪箱將轉(zhuǎn)矩輸出同時放大，以帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。絲杠轉(zhuǎn)動，使絲杠螺和絲杠螺母座水平移動，由于絲杠螺母座與工作臺通過拖板固聯(lián)，因而絲杠螺母座水平移動也迫使工作臺沿機(jī)床導(dǎo)軌水平移動。通過對步進(jìn)電機(jī)在工作時所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩和最高啟動頻率的計(jì)算，并參照反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指示表，選擇所用的步進(jìn)電機(jī)為 110BF-1 型。由于脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖與滾珠絲杠基本導(dǎo)程之間滿足關(guān)系：I=，其中 I 為電機(jī)輸出p0LPL360軸與絲杠之間的傳動比，為電動機(jī)的步矩角，計(jì)算出 I 是不等于 1 的，I 為齒輪的嚙合，同時電機(jī)輸

24、出的轉(zhuǎn)矩?zé)o法直接帶動絲杠工作，因此對其放大，這是加齒輪箱的一個目的。為了使機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，齒輪箱采用一級傳動。通過計(jì)算和校核，選擇齒輪箱的主動小齒輪的齒數(shù)=32，從動件的齒數(shù)為 40，其模數(shù)為 2.0mm，為了防止1Z進(jìn)給系統(tǒng)在正常工作時出現(xiàn)齒輪被卡死和空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，進(jìn)一步提高傳動的精度，則必須對齒輪箱進(jìn)行消隙。其方法是：采用雙片齒輪錯齒法，將從動輪做成兩片，其中一片固定在軸上，另外一片為動片，兩者之間裝上周向彈簧，彈簧力使兩片齒輪的輪廓分別與主動輪的輪廓貼緊，從而消除了齒輪間的間隙，避免了卡死與空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象出現(xiàn)。通過對絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算和對剛度，強(qiáng)度，壓桿穩(wěn)定性的校核，選擇絲杠的公稱直徑為 25

25、mm，基本導(dǎo)程為 6mm,精度為 3 級。滾珠絲杠的預(yù)加負(fù)載方式為變位導(dǎo)程單螺母自預(yù)緊，可實(shí)現(xiàn)螺母的拉伸或壓縮的受力方式，其調(diào)整方法是：取下滾珠螺母，精確測量原裝鋼球的直徑，然后根據(jù)螺母的力的需要，從新更換裝入若干大數(shù)微米的鋼球。它具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸簡單的特點(diǎn)，并能避免雙螺母形位誤差的影響。對于螺母副我們采用了調(diào)整墊片的方法進(jìn)行預(yù)緊。我們通過改變墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。消除它們之間的間隙和施加預(yù)緊力。在工作中不能隨意的去調(diào)整。加工過程中，為了保護(hù)絲杠不受鐵屑的磨損和冷卻液的腐蝕，加防護(hù)板。同時，為了防止灰塵和鐵屑碎片等雜物進(jìn)入滾珠絲杠的軌道中，避免出現(xiàn)滾珠卡死或傳動精度大大降低的現(xiàn)象，

26、我們采用防塵護(hù)罩的保護(hù)形式。機(jī)床導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的綜合形式。這種導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)有：接觸剛度大，不易磨損以與承載能力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)等。第三部分 機(jī) 械 設(shè) 計(jì)3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動滾珠絲杠采用外插管變螺距型滾珠絲杠副，他的優(yōu)點(diǎn)是螺母的軸向尺寸小，而預(yù)加載荷消除間隙，他仍安裝在原絲杠的位置，采用固定，由于滾珠絲杠的磨擦系數(shù)小，從而使縱向進(jìn)給剛度增大，縱向進(jìn)給的減速機(jī)構(gòu)采用齒輪減速，并用 . . . 雙片齒輪消齒法消除間隙，縱向齒輪和溜板箱上均加外罩，以保證機(jī)床原外觀，得到美化機(jī)床的外觀，在溜板箱上裝上了縱向快速進(jìn)給與

27、急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時的操作需要和遇到以外情況時緊急處理需要。已知條件： 最大回轉(zhuǎn)直徑 400mm 最大車削直徑 400mm 最大工件長度 1000mm 工作臺量 W=80kgf 時間常數(shù)為 T=25ms 滾珠絲杠的導(dǎo)程 L0=6mm 行程 S=1000mm 脈沖當(dāng)量 =0.01mm/step 步距角 =0.75/step 快速進(jìn)給速度 Vmax=5m/min 主功率 P=7.5KW 最大切削直徑 D=80mm3.2 切削力的計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，切削功率Nc=nk式中：N電動機(jī)功率，有同類型 C6140 車床可知，N 為 7.5kw。主傳動系統(tǒng)總功率，一般為 0.60.7，取 =0.6

28、5。k進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 k=0.96。則：Nc=7.50.650.96=4.68kw又因?yàn)椋篘c=Fzv/6120所以Fz=6120Nc/v取切削速度 V=100m/min. 則：Fz=2864.16N由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，車外圓時FX=(0.10.6)zF Fy=(0.150.7)zF 取 FX=0.5，F(xiàn)z=1432.08N Fy=1718.58 N（Fz 為主切削力，F(xiàn)x 為走刀抗力，F(xiàn)y 為吃刀抗力） . . . - 7 - / 303.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠在工作 過程中受軸向負(fù)載使?jié)L珠和滾道面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力。對于滾道型面的一點(diǎn)是交變接觸應(yīng)力，在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)

29、常一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，使 其產(chǎn)生疲勞損傷，這是它的主要破壞形式。因此在設(shè)計(jì)時必須保證它在一定的軸向力作用下回轉(zhuǎn) 10 度轉(zhuǎn)后滾道上雖然受滾珠壓力但不發(fā)生點(diǎn)（a）先確定最大動載荷 Q（b）由 Q 在滾珠絲杠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中選出相應(yīng)尺寸系列的最大動載荷 Q 近似值，初選幾個型號。（c）由工作要求、結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式等條件下選出合適的 d l0 R 等一型號。（d）然后列出主要參數(shù)，計(jì)算傳動效率，剛度驗(yàn)算穩(wěn)定性 3.3.1 求軸向力由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知：P=KFx+fw(Fz+W)式中 K=1.15,fw=0.150.18，取 0.16, W 為工作臺的重量,由圖初估取 800N則 P=1.15132.9

30、+0.16(2864.16+800)=2233.16N3.3.2 計(jì)算絲杠動載荷 Cj（a）強(qiáng)度計(jì)算壽命值:Li=60NiTi/106，Ni=1000vf/(DL0)，取工件直徑 D=100，絲杠導(dǎo)程 L0=6，Ni絲杠轉(zhuǎn)速為 15.92r/min。由知，使用壽命系數(shù) T 一般取 15000h，因此 Li=60NiTi/106=14.3，（b）求 Cj由6-16 式可知：Cj=3LKfkhP其中：Kf載荷系數(shù)，一般取(1.21.5)取，1.2 Kh硬度系數(shù)，取 1.0則 Cj=7154.3N，根據(jù) Cj，選取滾珠絲杠，考慮其功能選漢江機(jī)床廠 2506-3 型特性參數(shù)：公稱直徑外徑導(dǎo)程導(dǎo)程角精度

31、系數(shù)動載量25mm24.5mm6mm4223 級11670N因?yàn)椋?512.1N11670N . . . 所以，絲桿強(qiáng)度足夠。3.3.3 絲杠效率計(jì)算由公式知:S=tm/tm(+4)S螺旋升角,=422摩擦角, =10所以，經(jīng)計(jì)算得 S =0.965。3.3.4 校核 剛度校核滾珠絲桿受工作載荷 P 的作用而引起導(dǎo)程 L0的變化是 L1。其值按式 6-19 計(jì)算L1=EAPL0其中，E彈性模量，取 21106N/cm2A滾珠絲桿截面積 A=(d0/2)2=4.71則 L1=12.610cm 4.7110216 . 02 .207166滾珠絲桿受扭矩引起導(dǎo)程變化 L2很小,可以忽略，即 L0=L

32、1。導(dǎo)程變形的總誤差 為=L=2110m/m0100L6查表 12-1-19 知:3 級精度,1m 長的絲杠的螺距為 21106m,故剛度足夠。 穩(wěn)定校核由中的歐拉公式知：FK=2EI/(l2)式中，F(xiàn)K長壓桿臨界失穩(wěn)時的臨界負(fù)載；E彈性模量,取 21106N/cm2；I截面慣性矩,單位 cm4，對實(shí)心圓柱體 I=1.77cm2；d41l工作長度取 1m；絲杠軸端系數(shù) =12/3,取 1。則經(jīng)計(jì)算，得: FK=36648N。 . . . - 9 - / 30Nk= FK /p=36648/2071.2=17.69。一般Nk=2.54，對于水平絲杠考慮重量影響，Nk取 4。 NkNk因此,絲杠穩(wěn)

33、定。3.4 齒輪箱減速器設(shè)計(jì)部分3.4.1 傳動比 i i=361L式中，步距角,取 0.750；p脈沖當(dāng)量，取 0.01/脈沖。i=1.2501. 0361675. 0閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高,為了提高傳動的平穩(wěn)性,減小沖擊振動,以齒數(shù)多一些為好,小齒輪的齒數(shù)可取 Z =2040,本設(shè)計(jì)選擇 Z =3211I=, Z =i Z =321.25=4012ZZ21即 Z =32，Z =4012選擇材料為 45#鋼，調(diào)質(zhì)，六級精度。3.4.2 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a)進(jìn)行計(jì)算，即：d 2.32t 13221) 1(HEtdZTK1) 確定公式各計(jì)算數(shù)值(1)選擇載荷系數(shù) K

34、 =1.3T(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1T =95.510 ,1511nPP N =4.32KW,1cn =1041.7R/min10maxLiV625. 15000則 T 3.9610 Nmm16(3)由表 10-7 選取齒輪寬度系數(shù)d . . . =0.5(1+),取的規(guī)定值 0.60d1dbda=0.5(1+1.25)0.60=0.675d(4)由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)：Z =189.8MP(鍛鋼)Ea21 (5)由圖 10-21d 按齒面硬度查得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600 MP1lima大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550 MP2lima(6)由式 1013 計(jì)算

35、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160n1j1Lh=601041.71(2830010)=3.0109n1小齒輪的轉(zhuǎn)速；j1齒輪每轉(zhuǎn)一圈時同一齒面嚙合的次數(shù)，取 1；Lh齒輪的工作壽命（單位為 h）,取 15000。設(shè)計(jì)的齒輪的工作壽命為 10 年，一年工作 300 天，一天工作 8 小時，2 班制，j 0.8，則：2N160 n j L 601041.70.8（2830010）2.410922h(7)由圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.88，0.91HN2HN(8)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力取失效率為 1，安全系數(shù) S1，由式（1012）得： 528MpH1SKHLIMHN11160088. 0 =495

36、MpH2SKHLIMLIM2215509 . 02)計(jì)算：(1)計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d ,代入H中較小的值，則：t 1d 2.32 63t 13221) 1(HEtdZTK(2)計(jì)算圓周速度 V：V3.43m/s10006011ndt(3)計(jì)算齒寬 bb=dd=0.67563=42.525t 1(4)計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) m =2t11zdt3263齒高 h=2.25 mt=2.252=4.5 . . . - 11 - / 30b/h=9.455 . 4525.42 (5)計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù) V=3.43m/s，6 級精度，由圖 10-8 查得動載荷系數(shù) K =1.06V由表 10

37、-3 查得 K=K=1.0，由表 10-2 查得使用系數(shù) K =1；HFA由表 10-4 查得 6 級精度，小齒輪相對支承非對稱分布時：K=1.12+0.18（1+0.6）+0.2310bH2d2d3=0.675,b=42.525dK1.234. b/h=9.45, 查得 10-13:K=1.1 7 所以載荷系數(shù)HFK=K K KK=1.308AVHH按照實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由式 10-10ad =d=63.131t 13tKK(6)計(jì)算模數(shù) MM=1.9711zdt3.4.3 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由式 10-5 得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的公式為：MM=1.9711zdt（1）由圖 10

38、20查得小齒輪的彎曲疲勞極限：1FE500Mpa，2FE380Mpa（2）由圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K1FN，K2FNK1FN0.85， K2FN0.88（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù) S1.4 303.57MpaF1SKFEFN112238.83MpaFSKFEFN22（4）計(jì)算載荷系數(shù) K：KK K KK11.0611.171.2402AVFF（5）查取齒形系數(shù)：由表 105 可查得，Y2.52，Y2.401Fa2Fa（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)：由表 105 可查得：Y1.625，Y1.671Sa2Sa . . . （7） 計(jì)算大、小齒輪的，并且加以比較：FSaFa

39、YY小齒輪：0.01349FSaFaYY57.303625. 152. 2大齒輪：0.01678FSaFaYY86.23817. 140. 2大齒輪的數(shù)值大，取大值3.4.4 設(shè)計(jì)計(jì)算：M1.33mm01678. 032675. 01096. 32402. 1224對比計(jì)算結(jié)果，由齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要是彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)M1.97，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 M2.0，按照接觸強(qiáng)度算得分度圓直徑 d1=63.13,Z =31.56532111md0

40、. 213.63Z =iZ =321.25=4021這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。齒輪參數(shù)取值如下：參數(shù)Zmbad外圓直徑大齒輪40220208084小齒輪322202064683.5 其他機(jī)械設(shè)計(jì)部分3.5.1 減速箱最小輸出軸的計(jì)算取每級齒輪傳動效率（包括軸承效率在）c=0.97,則 PZ=Pc=4.320.97=4.19KWn =833.4 R/minZin125. 17 .1041由式 15-2 得 dA,03zZnP即：d= A。min03zZnP由機(jī)械手冊查表 15-3 得 45 鋼，調(diào)質(zhì)淬火后 A0取 112。

41、. . . - 13 - / 30經(jīng)過計(jì)算，得：d=112=19mmmin34 .83319. 4輸出選取 d19mm 即可。min3.5.2 軸承的選擇已知絲杠的動載荷 Cj=7154N=7.154KN，所以選擇軸承如下：名稱型號國標(biāo)號Cj0C角接觸軸承36204 型GB292-8311.2KN7.46KN圓錐滾子軸承7204E 型GB297-8426.8KN18.2KN所以以上的兩種類型，動、靜載荷均大于 7.154KN,故所選軸承符合要求。3.6 步進(jìn)電機(jī)的選擇參考文獻(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，選擇過程分以下幾個小節(jié)介紹。3.6.1 計(jì)算減速器的傳動比 II=pp360步進(jìn)電機(jī)步距角，=0.75；

42、P絲杠導(dǎo)程，P=6mm；p工作臺脈沖當(dāng)量，p=0.01mm；經(jīng)計(jì)算，得 I=1.25。3.6.2 計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量齒輪、絲杠等的轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算不易精確計(jì)算，可將其等效成圓柱體來近似計(jì)算。圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量 J（Kgcm2）的計(jì)算公式：J=(5-7)324ld其中，材料密度，kg/cm3 取=7.8103kg/m3d傳動件的等效直徑 ml傳動件軸向長度 m總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 Je(Kgm2)Je=Jz1+() W22iJsJz 4180p2其中，Jz1,Jz2電機(jī)軸和絲杠軸上齒輪的轉(zhuǎn)動慣量，Kgm2；Js絲杠轉(zhuǎn)動慣量，Kgm2； . . . m工作臺質(zhì)量，Kg。按公式（5-7）首先分別計(jì)算各傳動件的

43、轉(zhuǎn)動慣量，其中齒輪的等效直徑取分度圓直徑d1=80mm,d2=64mm,絲杠的等效直徑為 24.5mmJz1=6.3 10(Kg)3202. 0)08. 0(108 . 7434m2Jz2=5.04(Kg)3202. 0)064. 0(108 . 743410m2Js=2.76(Kg)321)0245. 0(108 . 743410m2按公式（5-8）得總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量Je=Jz1+()W/g=11.75910( Kg)22iJsJz p18024m23.6.3 確定步進(jìn)電機(jī)動力參數(shù)（1）電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：作用在步進(jìn)電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T 按照下式公式計(jì)算：公式計(jì)算：T=（J +J ）

44、+,meiFFPwu2)(iPF2)1 (200其中，J 電機(jī)軸自身轉(zhuǎn)動慣量（Kg） ；mm2電機(jī)啟動或制動時的角速度 rad/s ；2F作用在工作臺上的摩擦力，N；uF作用在工作臺上的其它外力，N；W伺服傳動鏈的總效率；F滾動絲杠螺母副的預(yù)緊力，N0滾動絲杠螺母副未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 0.90初選 J =1.010 Kg，=0.2（導(dǎo)軌摩擦因數(shù)） ，最大軸向力為m3m2F=2071.2Nmaxw并要求空載啟動時間t=30ms,最大進(jìn)給速度為 V=5m/minmax則步進(jìn)電機(jī)軸上的總慣量 J：J=J +J =1.010+1.175910=2.175910 Kgem333m2空載啟動時，電

45、機(jī)軸上的慣量轉(zhuǎn)矩為：（）T =T =J=J=3.95 (Nm)jtVmaxtLiV0max2 . . . - 15 - / 30設(shè) F =F/3=207.2/3=690.4N0maxw則電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為 T ：（）T =0.125（ Nm）iPF2)1 (20025. 18 . 014. 32)9 . 01 (4 .690006. 02（）工作臺上的最大軸向載荷折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T：WT=1.98（ Nm） ，WiPFw2max25. 18 . 014. 322 .2071006. 0（）于是空載時電動機(jī)上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TqT =T +T +T =3.95+0.125+0.08=

46、4.155(Nm),qj0（其中 T =0.08 (Nm)）.0iFP6)1 (2025. 18 . 014. 36)9 . 01 (006. 096.13212（2）電機(jī)最大的靜轉(zhuǎn)矩確定初選步進(jìn)電機(jī)采用三相六節(jié)拍通電控制方式：表 5-1，T T之間的比例關(guān)系如q1s下：電機(jī)相數(shù)33445566運(yùn)行節(jié)拍3648510612Tq/T1s0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866根據(jù)前面所得的 T 、T ，按照表 5-1 空載啟動時需要電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩T為：1sq1ST=T /0.866=4.155/0.866=4.80 N1Sq最大負(fù)載下工作時所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩

47、 T2S：T=T /（0.30.5）=（0.125+0.08+1.98）/（0.30.5）=7.284.37（N ）2S1T max(T,T)S1S2ST =7.3( N)S（3）步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 f：maxf=8333.3HZmaxpV60max01. 0605000綜合考慮：查機(jī)械手冊選用 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)，能滿足其需要。電機(jī)參數(shù)如下表；型號110BF003相數(shù) . . . 額定電壓80V額定電流6A步距角0.750最大靜扭矩800 Nmm運(yùn)行頻率7000Step/S空載啟動頻率1500Step/S回轉(zhuǎn)直徑110mm長度160mm軸徑11mm第四部分 數(shù)控設(shè)計(jì)4.1 數(shù)控系

48、統(tǒng)硬件電路4.1.1 基本硬件組成任何一個數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件才能有效的運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)，其性能好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作組成。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成： 主控器 即中央處理單元 CPU； 總線包括數(shù)據(jù)總線（DB） 、地址總線（AB）和控制總線（CB） ； 存儲器包括只讀可編程存儲器和隨機(jī)讀寫存儲器； I/O 口即輸入/輸出接口電路。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心。其作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分正常工作。存儲用于存放系統(tǒng)軟件（即程序）以與運(yùn)動過程中的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交

49、換的橋梁。三總線則是 CPUI 與存儲器、接口以與其它各種轉(zhuǎn)換電路連接的紐帶，是 CPU 與各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。除此之外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號變換電路。如下圖所示為數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。其中 CPU、存儲器與 I/O 接口是任何一個數(shù)控系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)，其于部分并非所有數(shù)控系統(tǒng)都具備。其一類機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可能只包括其中的一部分或幾部分。通常，CPU 通過 I/O 接口連接得人機(jī)交換外設(shè)是鍵盤、打印機(jī)、磁帶記錄儀等通訊接口：訊號變換電路是 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換、光電隔離、功率放大等，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)與控制對象之間的訊號匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路。這兩部分可根據(jù)

50、控制系統(tǒng) . . . - 17 - / 30的要求選擇： CPU存儲器ROM、RAMI/O 接口信號變頻外設(shè)控制對象由于 MCS-51 系列單片機(jī)在我國機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用普遍，其配套芯片廉價(jià)、普與通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的需要。本次 C6140的改造以 MCS-51 系列單片機(jī)中的 6031 芯片作為中心控制系統(tǒng)。4.1.2 硬件配套與基本結(jié)構(gòu) 本數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是采用 8031 為 CPU 的 8 位微型專用計(jì)算機(jī)。它包括一個微處理器，一個 123 字節(jié)的片數(shù)據(jù)存儲器，4 個 8 位的 I/O 接口（其中 P1，P2，P3 是準(zhǔn)雙向口，P0 是三態(tài)雙向口） ，

51、此外還有為用戶留一個擴(kuò)展區(qū)。8031 通過 I/O 口擴(kuò)展一片 8255 接口芯片實(shí)現(xiàn)空運(yùn)轉(zhuǎn)、自動、手動轉(zhuǎn)換、回零、換刀超程的按鍵功能，還通過 P0 口和 P2 口與一塊 74LS373 地址所存器擴(kuò)展了兩片 16K 的ROM（27128） 、兩片 16K 的 RAM（62128）來作為開發(fā)程序的存儲器。8031 通過 P0 口擴(kuò)展了一片 8279 接口芯片來實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和電路顯示的功能。通過 P1 口經(jīng)光耦和隔離電路 TLP521-4 來消除電路干擾，并實(shí)現(xiàn) X、Z 向正反轉(zhuǎn)與連續(xù)啟動的功能。通過功率放大電路實(shí)現(xiàn) S、T、M 等備用功能。兩步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一塊 74LS373 直接與 PO 口相連

52、。具體結(jié)構(gòu)參考電路控制原理圖。4.1.3 接口線路微機(jī)與機(jī)床的連接如下圖：8031 單片機(jī)光電隔離接口電路驅(qū)動放大X 向步進(jìn)電機(jī) . . . 微機(jī)與機(jī)床的連接 它通過光電隔離接口板將兩者信號聯(lián)系起來，光電隔離接口主要是為防止干擾與電平相配合。 機(jī)床拖板的運(yùn)動是通過軟件的插補(bǔ)控制與環(huán)形分配器，由 PIO 口的輸出信號控制X、Z 向兩個步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。主軸起停，刀架轉(zhuǎn)位等輔助動作都是通過譯碼后由 PIO 口輸出相應(yīng)的電信號執(zhí)行相應(yīng)的動作。螺紋車削由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的主軸脈沖與螺頭脈沖分別輸入 CTC 口與 PIO 口來控制進(jìn)給。4.1.4 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖信號經(jīng)過功率放大

53、器后控制步進(jìn)電機(jī)勵磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果輸出信號與功率放大器直接相連，將會引起強(qiáng)電流干擾。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路。4.1.5 功率放大器功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源線路簡單，但效率不高，所以選用雙電源型。雙電源采用高低壓供電電路。由于我國目前步進(jìn)電機(jī)的功率放大器已經(jīng)由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床電路時只需要步進(jìn)電機(jī)的容量大小進(jìn)行選擇，所以不在進(jìn)行計(jì)算。驅(qū)動放大Y 向步進(jìn)電機(jī)主軸脈沖發(fā)生器主動機(jī)冷卻系統(tǒng)刀架限位開關(guān) . . . - 19 - / 3

54、04.1.6 輔助電路 為了防止機(jī)床行程越界，所以在機(jī)床上裝有行程控制開關(guān)。為了防止意外，裝有急停按鈕。由于這些開關(guān)都裝在機(jī)床上，距控制箱較近，容易產(chǎn)生電器干擾。為了避免這種情況的發(fā)生，在電路和接口之間實(shí)行光電隔離。4.2 軟件設(shè)計(jì)改造后的 CJK6140 數(shù)控機(jī)床，主要控制功能由軟件實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。主要包括主模塊、子程序模塊和定時中斷模塊。主模塊主要完成初始化和監(jiān)控。初始化包括 PIO、CTC 的初始化。監(jiān)控主要包括鍵盤管理和顯示管理，均可調(diào)用原監(jiān)控程序中的子程序。功能子程序包括+X、-X、+Y、-Y 與 STOP 功能子程序，并可調(diào)用監(jiān)控程序中的子程序。中斷模塊包括急停中斷模

55、塊、報(bào)警中斷模塊等。（1） CJK6140 數(shù)控車床主要的技術(shù)參數(shù)與功能數(shù)控裝置：計(jì)算機(jī)型號 8031插補(bǔ)方式 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)坐標(biāo)數(shù) 二坐標(biāo) 數(shù)據(jù)形式 增量、絕對值與混合使用輸入方式 手動鍵盤輸入或磁帶機(jī)一次輸入Z 向脈沖當(dāng)量 0.01/脈沖X 向脈沖當(dāng)量（直徑上） 0.01/脈沖單行程段最大圓弧半徑 5m傳動系統(tǒng)間隙補(bǔ)償量 0255 脈沖程序段顯示數(shù) 9999數(shù)控裝置機(jī)能設(shè)置：（a）準(zhǔn)備機(jī)能 G：G00 快速進(jìn)給G01 直線插補(bǔ)G02 圓弧插補(bǔ)（順時針）G03 圓弧插補(bǔ)（逆時針）G04 延時G32 切削圓柱螺紋G33 切削錐螺紋G50 坐標(biāo)設(shè)定G90 直線切削循環(huán) . . . G90 錐度切

56、削循環(huán)G92 圓柱切削螺紋循環(huán)G93 錐螺紋切削循環(huán)G94 1/4 凸圓循環(huán)G95 1/4 凹圓循環(huán)（b）補(bǔ)助機(jī)能：M00 程序暫停M02 程序終止M03 主軸正轉(zhuǎn)M04 主軸反轉(zhuǎn)M05 主軸停止M08 冷卻液開M09 冷卻液關(guān)C刀具的選擇機(jī)能 T：T 后跟兩位數(shù)，第一位為 14 表示刀號。第二位為 16 表示刀具補(bǔ)償開關(guān)順序號。D進(jìn)給速度選擇機(jī)能 F：F 后面跟四位數(shù)，表示脈沖/轉(zhuǎn)E坐標(biāo)指令：X 橫向絕對坐標(biāo)值Z縱向絕對坐標(biāo)值V 橫向增量值W 縱向增量值I 圓弧起點(diǎn)相對于圓心在 X 向坐標(biāo)值K 圓弧起點(diǎn)相對于圓心在 Y 向坐標(biāo)值F循環(huán)次數(shù)指令 J：J 后跟的數(shù)碼為自動循環(huán)次數(shù)可在 19 中選

57、擇（2） 軟件結(jié)構(gòu)：加工零件的程序通過手動鍵盤輸入或磁帶輸入，以固定的格式存入規(guī)定地址的存儲區(qū)，啟動控制后，首選取第一段加工程序的指令并通過譯碼將各類指令分別存入相應(yīng)的單元。如，M，T 等指令直接譯碼輸出使機(jī)床執(zhí)行各類輔助動作：G 指令或坐標(biāo)指令則分別存入相應(yīng)的單元以備插補(bǔ)運(yùn)算，用以控制 X 向和 Z 向的拖板運(yùn)動。插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束依次取下一段加工程序，這樣，直到加工零件程序取完。（3） 鍵盤管理模塊的程序設(shè)計(jì)：鍵盤是數(shù)控機(jī)床最常用的輸入設(shè)備，它由排列矩陣的一系列按鍵開關(guān)組成。鍵盤 . . . - 21 - / 30有兩種基本的類型：全編碼鍵盤和非編碼鍵盤。全編碼鍵盤每按下一個鍵，其鍵盤功能由硬件

58、邏輯自動提供被按鍵的代碼，并能產(chǎn)生一選通脈沖同志 CPU。但這種鍵盤的價(jià)格昂貴，一般系統(tǒng)很少應(yīng)用。非編碼鍵盤僅僅提供鍵盤的行和列矩陣，其他全部工作由軟件來完成，所以非編碼鍵盤是最便宜的微機(jī)輸入設(shè)備，本次車床改造就選用此種設(shè)備。要實(shí)現(xiàn)鍵盤的識別，產(chǎn)生與被按鍵對應(yīng)的編碼，消除鍵接觸時的抖動干擾等功能，鍵盤程序必須依次執(zhí)行以下步驟：1）掃描鍵盤，判斷有無鍵合上2）獲取合上鍵的行、列信號3）由行、列特征識別合上鍵的含義4）根據(jù)鍵的特征進(jìn)行分類5）分類處理考慮到大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)都采用 BCD 碼輸入數(shù)據(jù)。因此，只需要用 09 作為鍵即可。而 AF 可設(shè)置為專門的命令鍵。程序框圖見圖紙，具體程序如下：KEY

59、BD：ORG0100HMOVA，#00H；00H 為空格符（不顯示）MOVR1，#OFEH；段選碼輸出口地址送 R1MOVR1，A；關(guān)閉顯示器MOVR1，#OFDH；行信號輸出口的地址送 R1MOVR1，A；使行信號全為MOVR1，#OFBH；列信號輸入口地址送 R1MOVA，R1；取列信號到累加器XRLA，#OFFH；判斷是否有鍵合上JZKEYBD；無鍵合上、再檢查MOVRS，#OEH；有鍵合上、調(diào)延時程序D15ms：ACALLDIMS；DJNZR5，D15MS；MOVR2，#OFEH；為掃描第一行作準(zhǔn)備MOVR0，#OFDH；列信號輸出口地址送 R0MOVR1，#OFBH；列信號輸入口地址送 R1KEYB1：MOVA，R2；逐行掃描MOVRO，A；MOVA，R1；讀入列信號 . . . MOVR3，A；列信號暫存在 R3CJNEA，OFEH；有鍵合上，轉(zhuǎn)鍵譯碼KEYB2：MOVA，R2；MOVA，為掃描下一行做準(zhǔn)備MOVR2，A；XLRA，#OEFH；檢查是否各行都掃描了一次JZNKEYB1，未掃描完一次繼續(xù)AJMPKEYBD；進(jìn)行新一輪掃描KEYB2：MOVA，R2；CPLA；獲得行信號特征字MOV06H，A；特征字暫存單元MOVA，R3；CPLA獲得列信號特征字MOV07H，A；特征字暫存單元MOVR4，#00H；查找次數(shù)初值MOVDPTR，#KEYB2；置查表起