【數(shù)控技術(shù)】-CA普通車床的數(shù)控化改造-說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書題目：CA6136普通車床的數(shù)控化改造 整設(shè)計圖紙請聯(lián)系本人，參見豆丁備注。 HYPERLINK /lzj781219 /lzj781219 畢業(yè)生姓名： 專業(yè)：數(shù)控技術(shù)學號： 指導教師： 所屬系（部）：機械電子工程系二一三年五月前 言 畢業(yè)設(shè)計是高校教學中最后一個環(huán)節(jié)，它是在學生學習了一系列專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，并且在實習、實踐基礎(chǔ)上，利用自己所學知識，結(jié)合生產(chǎn)實際，在老師指導、幫助下，自行設(shè)計與解決實際問題的過程。它是學生四年大學課程的一次全面總結(jié)和綜合利用，通過畢業(yè)設(shè)計不僅可以鞏固所學的專業(yè)知識，而且可接觸實際，發(fā)現(xiàn)不足，開拓視野，在實踐中檢驗和豐富所學知識，增強分析和解

2、決問題能力，因此它是非常重要的一個環(huán)節(jié)。這次畢業(yè)設(shè)計中，我的設(shè)計題目是：CA6136數(shù)控車床改造。由于設(shè)計的需要，我仔細研究了總裝圖、零件圖，但在設(shè)計過程中，因自己經(jīng)驗不足，遇到了很多實際問題。所以我積極與設(shè)計指導老師溝通，在各位老師的全力幫助、指導下問題得到了全面解決，同時受到各位老師優(yōu)良工作品質(zhì)的影響，培養(yǎng)出了我緩中求穩(wěn)、虛心求教、實事求是、一絲不茍的工作作風，并樹立了明確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀和全局觀，為今后從事工作打下了良好的基礎(chǔ)通過畢業(yè)設(shè)計，我真正認識到理論和實踐相結(jié)合的重要性，并培養(yǎng)了我綜合運用所學理論知識和實際操作知識去理性的分析問題和解決實際工作中的一般問題的能力，使我建立了正確的設(shè)

3、計思想，掌握了數(shù)控設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法，并進一步鞏固、深化地吸收和運用了所學的基本理論知識和基本技能。還有，它提高了我設(shè)計計算、繪圖、編寫數(shù)控程序、數(shù)控機床操作、實際加工零件和正確使用技術(shù)資料、標準、手冊等工具書的獨立工作能力，更培養(yǎng)了我勇于創(chuàng)新的精神及嚴謹?shù)膶W風及工作作風。隨著社會主義建設(shè)與改革開放的深入，與在當前市場經(jīng)濟條件下激烈的競爭，一切企業(yè)必須進行深刻改革與創(chuàng)新，更對我們工程技術(shù)人員提出了嚴峻要求，我們不僅要有專業(yè)技術(shù)方面的能力，更要有經(jīng)濟頭腦，我們所設(shè)計與提供的產(chǎn)品，將是更為輕巧、靈便、美觀、經(jīng)濟的，所以我們在設(shè)計中要大膽革新，換新見解、新方案，緊密聯(lián)系所學知識，向最優(yōu)秀化靠

4、近。由于設(shè)計者水平、時間、資料有限，設(shè)計中錯誤在所難免，懇請各位老師指導。摘 要 針對現(xiàn)有常規(guī)CA6136普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設(shè)計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計過程，較詳盡地介紹了CA6136機械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計。關(guān)鍵詞: 數(shù)控機床; 單片機數(shù)控系統(tǒng); 機電傳動; 電子技術(shù) ; Abstract To remedy the defects of ordinary lather CA6136, a design of data processing system and its extend the

5、single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and machines usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。K

6、eyword : numerical control machine tool, single chip microcomputer system， mechanical and electrical transmission, electronic technology目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232235703 前 言1 HYPERLINK l _Toc232235704 摘 要1 HYPERLINK l _Toc232235705 第一章 概 述 PAGEREF _Toc232235705 h 1 HYPERLINK l _Toc2322357

7、06 第一節(jié) 設(shè)計目的 PAGEREF _Toc232235706 h 1 HYPERLINK l _Toc232235707 第二節(jié) 設(shè)計任務 PAGEREF _Toc232235707 h 1 HYPERLINK l _Toc232235708 第二章 數(shù)控機床發(fā)展概況 PAGEREF _Toc232235708 h 2 HYPERLINK l _Toc232235709 第一節(jié) 國內(nèi)數(shù)控機床的特點 PAGEREF _Toc232235709 h 3 HYPERLINK l _Toc232235710 第二節(jié) 國外數(shù)控機床狀況分析 PAGEREF _Toc232235710 h 3 HYP

8、ERLINK l _Toc232235711 第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展預測 PAGEREF _Toc232235711 h 4 HYPERLINK l _Toc232235712 第四節(jié) 對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 PAGEREF _Toc232235712 h 5 HYPERLINK l _Toc232235713 第三章 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc232235713 h 6 HYPERLINK l _Toc232235714 第一節(jié) 數(shù)控設(shè)備 PAGEREF _Toc232235714 h 6 HYPERLINK l _Toc232235715 第二節(jié) 數(shù)控技術(shù)

9、PAGEREF _Toc232235715 h 6 HYPERLINK l _Toc232235716 第三節(jié) 數(shù)控機床的原理 PAGEREF _Toc232235716 h 7 HYPERLINK l _Toc232235718 第四章 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設(shè)計10 HYPERLINK l _Toc232235722 第一節(jié) 傳動系統(tǒng)改裝設(shè)計與計算 PAGEREF _Toc232235722 h 10 HYPERLINK l _Toc232235723 一.橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算及校核 PAGEREF _Toc232235723 h 10 HYPERLINK l _Toc23223

10、5724 二縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算及校核 PAGEREF _Toc232235724 h 17 HYPERLINK l _Toc278584627 第五章 CA6136車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)24 HYPERLINK l _Toc278584628 第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)選型26 HYPERLINK l _Toc278584629 第二節(jié) 步進電動機的驅(qū)動器選型28 HYPERLINK l _Toc278584630 一驅(qū)動器選型28 HYPERLINK l _Toc278584631 二分配器30 HYPERLINK l _Toc278584632 三放大器30 HYPERLINK l _Toc2

11、78584633 四.系統(tǒng)連接30 HYPERLINK l _Toc278584634 第三節(jié)驅(qū)動器信號輸入輸出32 HYPERLINK l _Toc278584635 一信號輸入輸出34 HYPERLINK l _Toc278584636 二面板開關(guān)說明34 HYPERLINK l _Toc278584637 第六章CA6136電氣系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計36 HYPERLINK l _Toc278584638 第一節(jié)概述36 HYPERLINK l _Toc278584639 第二節(jié)電氣系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計37 HYPERLINK l _Toc278584643 第三節(jié) 強電柜的安裝與連接37 HYP

12、ERLINK l _Toc232235741 第七章 數(shù)控機床的安裝、調(diào)試、精度驗收38 HYPERLINK l _Toc232235742 第一節(jié) 機床的安裝、調(diào)試與精度驗收38 HYPERLINK l _Toc232235743 一機床總體安裝.40 HYPERLINK l _Toc232235744 二伺服系統(tǒng)的調(diào)試40 HYPERLINK l _Toc232235745 第二節(jié). 數(shù)控機床加工程序編制42 HYPERLINK l _Toc232235747 總結(jié)43 HYPERLINK l _Toc232235748 參考文獻44 HYPERLINK l _Toc232235749 致

13、 謝46第一章 概 述第一節(jié) 設(shè)計目的通過畢業(yè)設(shè)計，對C6316數(shù)控車床有了進一步的了解，對數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)有了新的認識，學習了系統(tǒng)地綜合運用所學的知識和技能解決實際工程問題的本領(lǐng)，鞏固和加深時所學知識的理解，并且通過畢業(yè)設(shè)計的實踐擴大和補充了知識，使認識提高到一個新的水平，通過畢業(yè)設(shè)計的實踐，培養(yǎng)了調(diào)查研究的習慣和工作能力，練習查閱資料和有關(guān)標準，查閱工具書或參考書，合理選擇設(shè)計計算公式，正確計算，并能以圖紙和說明書表達設(shè)計的思想和結(jié)果，通過畢業(yè)設(shè)計，不但提高了解決具體問題的獨立工作能力，具體動腦動手能力，而且建立了正確的設(shè)計和科研思想，加強了科學性，牢固樹立實事求是和嚴肅認真的工作態(tài)度。第二

14、節(jié) 設(shè)計任務一要求：將C6136車床改造成用MCS51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床。要求該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm. 橫向：0.005mm二設(shè)計參數(shù)：最大加工直徑：在床面上： 360mm在床鞍上： 200mm最大加工長度：1000mm快進速度：縱向：2.0m/min橫向：1.0m/min最大進給速度：縱向： 0.5m/min橫向： 0.25m/min代碼制：ISO脈沖分配方式：逐點比較法輸入方式：增量值，絕對值通用?？刂谱鴺藬?shù)：2最小指令值：縱向： 0.01mm/step橫向： 0.005mm/step刀具補償量

15、：099.99mm進給傳動鏈間隙補償量：縱向： 0.15mm橫向： 0.075mm自動升降速性能： 有三工作量： 機床改造總圖； 進給伺服系統(tǒng)一個坐標軸（縱向或橫向）的機械裝配圖： 單片機控制系統(tǒng)電路原理圖；設(shè)計計算說明書。 控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標準圖 機械部分設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 硬件電路部分設(shè)計說明 加工程序控制及說明第二章 數(shù)控機床發(fā)展概況1949年，美國帕森公司與美國空軍合作，研制了一種計算裝置，用于滿足日益復雜的飛機葉片的自動加工，于是，帕森公司首先提出了機床數(shù)字控制的概念。在半個世紀里，數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了電子管數(shù)控系統(tǒng)、晶體管數(shù)控系統(tǒng)、集成電路數(shù)控系統(tǒng)到微型計算機數(shù)控系

16、統(tǒng)（CNC）四個階段?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是20世紀70年代發(fā)展起來的機床控制新技術(shù)，它綜合了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)和機械制造技術(shù)，是先進制造技術(shù)的核心。而采用數(shù)控技術(shù)的典型產(chǎn)品數(shù)控機床是機電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車、石化、電子等支柱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要手段。從20世紀80年代開始，我國的數(shù)控機床在引進、消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了大量的開發(fā)工作，到1995年底，我國數(shù)控機床的可供品種已超過300種，其中數(shù)控車床占40%以上。第一節(jié) 國內(nèi)數(shù)控機床的特點一.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位 例如：全長33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”

17、期間國家重點建設(shè)項目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個工程的最關(guān)鍵部分，對加工軌道梁的精度提出了相當高的要求。前年年初，沈陽機床集團機床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個月、標的6200萬元在磁懸浮軌道專用數(shù)控機床項目公開招標中折掛，并于8月低將一次性驗收合格的8臺數(shù)控鏜銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑鏜加工中心已加工出軌道梁1100根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實現(xiàn)今年年底試車打下了良好了基礎(chǔ)。二. 數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高2001年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的

18、22.7%。三. 數(shù)控機床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破今年來通過政府的支持，數(shù)控機床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，如北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺；煙臺第二機床附件廠開發(fā)了為數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等30多個系列100多個品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。第二節(jié) 國外數(shù)控機床狀況分析一.國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床1998年世界機床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控化率達70%，我國為60%。目前世界數(shù)控機床消費額趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設(shè)備為主。二.國外數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)化隨著

19、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門（人、財、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)

20、網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。以FANUC和SIEMENS為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)，為數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展預測一. 數(shù)控機床推廣應用逐步由經(jīng)濟型為主普及型為主轉(zhuǎn)變據(jù)預測分析，到2006年我國機床的數(shù)控化率為9.5%10.36%，到2010年將達到16.5%19.27%。經(jīng)濟型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長，高級型的需求緩慢增長。二. 數(shù)控

21、金切機床的構(gòu)成比逐漸趨于合理數(shù)控機床工序集中的加工特點，將使具有復合功能的高效數(shù)控機床的需求增長，這將導致數(shù)控機床擁有量和市場消費量中各類數(shù)控機床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機床構(gòu)成比。三. 數(shù)控機床的應用由單機向單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展目前歐、美、日等國應用DNC已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機床銷售量的30%以上。而我國FMC、FMS和FML的擁有量不足50套，相當于日本80年代的水平，占數(shù)控機床消費額不到5%。四. 出口前景良好1998年及前幾年我國機床工具的出口額徘徊在5億美元左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟復蘇和我國出口多極化市場的形成和鞏固，以及我國加入WTO，今后幾年我國

22、機床出口將實現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預計到2006年出口創(chuàng)匯可達到12億美元。第四節(jié) 對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考一. 戰(zhàn)略考慮我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯”。我們以資源。環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，

23、而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，多我國實現(xiàn)禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。二. 發(fā)展戰(zhàn)略從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調(diào)市場需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機（如量大面廣的數(shù)控技術(shù)、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵

24、設(shè)備等）帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、買得掉”為目標，按國家意志實施攻關(guān)，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。第三章 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀第一節(jié) 數(shù)控設(shè)備近年來我國企業(yè)的數(shù)控機

25、床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、

26、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等，出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。第二節(jié) 數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，有什么勞動資料生產(chǎn)” 。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用的數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水

27、平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：（1）機械制造技術(shù)；（2）信息處理、加工、傳輸技術(shù)；（3）自動控制技術(shù)；（4）伺

28、服驅(qū)動技術(shù)；（5）傳感器技術(shù)；（6）軟件技術(shù)等。第三節(jié) 數(shù)控機床的原理一數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制（Numerical ControlNC），簡稱為數(shù)控，是一種自動控制技術(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)字控制是相對于模擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的控制量是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點，如可用不同的字長表示不同精度的信息，可對數(shù)字化信息進行邏輯運算、數(shù)學運算等復雜的信息處理工作，特別是可用軟件來改變信息處理的方式或過程，而不用改動電路或機械機構(gòu)，從而使機械設(shè)備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機械運動的軌跡控制和機械系統(tǒng)

29、的開關(guān)量控制，如機床的控制、機器人的控制等。數(shù)字控制的對象是多種多樣的，但數(shù)控機床是最早應用數(shù)控技術(shù)的控制對象，也是最典型的數(shù)控化設(shè)備。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information ProcessingIFIP）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床作了如下定義：數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。定義中所提的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動輸入載體上事先給

30、定數(shù)字量，并將其譯碼，在進行必要的信息處理和運算后，控制機床動作和加工零件。最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計算機的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control）簡稱CNC。CNC系統(tǒng)是由計算機承擔數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控系統(tǒng)。由于計算機可完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。二數(shù)控機床的組成數(shù)控機床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分組成，如圖3-1所示 圖

31、3-1 數(shù)控機床的組成（一）信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機床加工一個零件所必需的各種信息，如零件加工位置數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等，以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。常用的信息載體有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等，并通過相應的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機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，或通過竄行口將計算機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)可能還包括一套自動編程機或者CAD/CAM系統(tǒng)。由這些設(shè)備實現(xiàn)編制程序、輸入程序、輸入數(shù)據(jù)以及顯示、模擬顯示、存儲和打印等功能。（二）計算機數(shù)控系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息

32、，經(jīng)計算和處理后去控制機床的動作。它由硬件和軟件組成。硬件除計算機外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機、CRT、鍵盤、棉板、機床接口等。光電閱讀機是輸入系統(tǒng)程序和零件加工程序；CRT供顯示和監(jiān)控用；鍵盤用于輸入操作命令及編輯、修改程序段，也可輸入零件加工程序；操作面板可供操作人員改變操作方式、輸入整定數(shù)據(jù)、啟停加工等；機床接口是計算機和機床之間聯(lián)系的橋梁，機床接口包括伺服驅(qū)動接口及機床輸入/輸出接口。伺服驅(qū)動接口主要是進行數(shù)/模轉(zhuǎn)化，以及對反饋元件的輸出進行數(shù)字化處理并記錄，以供計算機采樣；機床輸入/輸出接口是用于處理輔助功能。軟件由管理軟件和控制軟件組成。管理軟件主要包括輸入輸出、顯示、診斷等程

33、序；控制軟件包括譯碼、刀具補償、速度控制、插補運算、位置控制等部分組成。數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為：1.機床主運動，包括主軸的啟動、停止、轉(zhuǎn)向和速度選擇等 ；2.機床的進給運動，如點位、直線、圓弧、循環(huán)進給的選擇，坐標方向進給速度的選擇等；3.刀具的選擇和刀具的補償（長度、半徑）；4.其它輔助運動，如各種輔助操作，工作臺的鎖緊和松開，工作臺的旋轉(zhuǎn)與分度和冷卻泵的開、停等。（三）伺服系統(tǒng) 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機構(gòu)和機床移動部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設(shè)備運動。伺服電動機可以是步進電機、電液馬達、直流伺服電機或交流伺服電機。（四）機床它是用于完成各種切削加工的機

34、械部分，是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但也做了很多改進和提高，它的主要特點是：1.由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸和伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短；2.為了適應數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較?。?.更多的采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導軌等；4.不少數(shù)控技術(shù)還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床各種效率。（五）計算機控制系統(tǒng)的工作原理1.輸入 輸入給數(shù)控系統(tǒng)的有零件加工程序、控制參數(shù)和補償數(shù)據(jù)等。 2.譯碼 輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點、終點、直線還是圓弧等）、要求的加工速度以及其它的輔助

35、信息（換刀、換檔、冷卻液開關(guān)等）。計算機依靠譯碼程序來識別這些符號，將加工程序翻譯成計算機內(nèi)部能識別的語言。3.數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補償、速度計算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運動的問題。加工速度的確定也是一個工藝問題。數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保證這個編程速度的可靠實現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個程序中實現(xiàn)。4.插補 即根據(jù)給定的曲線類型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點、終點以及速度，在起點和終點之間進行數(shù)據(jù)點的密化。計算機數(shù)控系統(tǒng)的插補功能主要由軟件來實現(xiàn)，目前主要有兩類插補方法：一是脈沖增量插補，它的特點是每次插補運算結(jié)束產(chǎn)生一個進給脈沖；二是數(shù)字增量插補，它的特點是插

36、補運算在每個插補周期進行一次，根據(jù)指令進行速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段。5.伺服控制 將計算機送出的位置進給脈沖或進給速度指令，經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺服電機（步進電機或交、直流伺服電機）的轉(zhuǎn)動，從而帶動機床工作臺移動。第四章數(shù)控車床總體改造方案及機械制造設(shè)計第一節(jié) 傳動系統(tǒng)改裝設(shè)計與計算 一.橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算及校核（一）確定系統(tǒng)的脈沖當量 根據(jù)數(shù)控機床精度要求確定脈沖當量0.005mm/setp（二） 計算切削力橫切端面 查綜合作業(yè)指導書P13頁式中車床床身上加工最大直徑 橫切端面時主切削力可取縱切時的式中 走刀方向的切削力（N） 垂直走刀方向的切削力（N） （三）滾珠絲杠的設(shè)計、計算

37、、選型1.滾珠絲杠副傳動的特點：1)傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副傳動的效率為=0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍（滑動絲杠效率為0.20.4）。因此，功率消耗只相當于常規(guī)絲杠螺母副的1/41/3。2)給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。3) 啟動力矩小，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高，同步性好。4) 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主傳動。5)磨損小，使用壽命長，精度保持好。6) 不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于重力的作用，下降時當傳動切斷后，不能立刻停止運動，

38、故常需添加制動裝置。2.滾珠絲杠副的精度與代號根據(jù)機械工業(yè)部標準滾珠絲杠副精度的規(guī)定，滾珠絲杠副按其使用范圍及要求分為六個等級，即C,D,E,F,G,H級，C級精度最高，其余一次逐級降低各種類型數(shù)控機床對滾珠絲杠副精度的要求如表4-2表4.1 滾珠絲杠 副精度要求表機 床 種 類坐 標 方 向XYZW開環(huán)系統(tǒng)數(shù)控壓力機標準級標準級數(shù)控繪圖機標準級標準級數(shù)控車床標準級精密級標準級數(shù)控磨機精密級精密級數(shù)控線切割機精密級精密級數(shù)控鉆床標準級普通級標準級數(shù)控銑床標準級標準級標準級數(shù)控鏜床精密級精密級精密級標準級數(shù)控坐標鏜床精密級超精密級精密級超精密級精密級超精密級精密級自動換刀數(shù)控機床精密級超精密級精

39、密級超精密級精密級超精密級標準級坐標鏜床、螺紋磨床精密級超精密級精密級超精密級精密級超精密級精密級普通機床、通用機床普通級普通級普通級 滾珠絲杠副的精度包括各元件的精度和裝配后的綜合精度，其中包括導程誤差，絲杠大徑對螺紋軸線的徑向圓跳動，絲杠和螺母表面粗糙度，由預加載荷時螺母安裝端面對絲杠螺紋軸線的圓跳動，有預加載荷時螺母安裝端面對絲杠螺紋軸線的徑向圓跳動以及滾珠絲杠公稱直徑尺寸變動量等。在開環(huán)數(shù)控機床和其他精度機床中，滾珠絲杠的精度直接影響定位精度和隨動精度。對于閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機床，絲杠的制造誤差使得它在工作時負載分布不均勻，從而降低承載能力和接觸剛度，并使預緊力和驅(qū)動力矩不穩(wěn)定，因此傳動精

40、度始終是滾珠絲杠的最重要的質(zhì)量指標。1.計算進給牽引力橫向進給選為三角型或綜合導軌 參考機床設(shè)計手冊.26.2-2；6.2-3表 查閱綜合作業(yè)指導書P22頁 式中：，切削分力（） G移動部件的重量（N） 表1-1查得橫向溜板及刀架重力800N 滑動導軌摩擦系數(shù)，隨導軌形式而不同 取=0.15-0.18 K考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù) 取K=1.152.計算最大動負載C 選用滾珠絲桿導軌 參考機床設(shè)計手冊.3P185-P210 查閱綜合作業(yè)指導書P22頁 式中：L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位 n絲杠轉(zhuǎn)速（r/min） 為最大切削條件下進給速度，可取最高進給速度的1/2-1/3 取 絲杠導程（mm） 初選=5

41、mm T為使用壽命（h）,對于數(shù)控機床取15000h 運轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.53.滾珠絲杠螺母副的選型查閱綜合作業(yè)指導書附表-2，可采用WD2505外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動負載為9700N,精度等級按表3-17選為級。4.傳動效率計算 式中：螺旋升角，WD2505 摩擦角取 滾動摩擦系數(shù)0.003-0.004 5.剛度驗算橫向進給絲桿支承方式圖所示，最大牽引力1121.1N,支承間距350mm，因絲桿長度較短，不需預緊螺母及軸承預緊。圖計算如下: 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)查閱綜合作業(yè)指導書圖4-4,根據(jù)1121.1N,D=25mm查出可

42、算出： 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖3-5得系列列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量因進行了預緊 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形采用推力球軸承8104查閱機床設(shè)計手冊.表5.9-137,d=20mm,滾動體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13綜合以上幾項變形量之和：定位精度6.穩(wěn)定性校核計算臨界負載(N) 式中:E材料彈性模量() I截面慣性矩() L絲桿兩軸承端距離(cm) 絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡支為2.00 一般=2.5-4.0,所以 此滾珠絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 （四）齒輪傳動比計算1.橫向進給齒輪箱傳動比計算 已確定橫向脈沖當量，滾珠直徑導程=5mm, 初選

43、步進電動機步距角可計算傳動比: 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級齒輪降速。因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2: 傳動齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)Z24402025分度圓d=mz48804050齒頂圓52844454齒根圓43753545齒寬(6-10)m20中心距6445二縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算及校核（一）切削力計算 由機床設(shè)計手冊可知，切削功率 （4-1） 式中 N電機功率，查機床說明書，N=4kW； 主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7取K進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。 則： =40.650.96=2.496 kW 又因為 （

44、4-2） 所以 式中 v切削線速度，取v=100m/min。主切削力 =61202.496/100=152.76（kg f）=1527.6（N） 由金屬切削原理可知，主切削力 （4-3）查表得： =188kgf/=1880MPa =1 =0.75 =1則可計算如表4-1所示： 表4.1 計算結(jié)果222333f（mm）0.20.30.40.20.30.4112515241891168722872837 當=1520N時，切削深度=2mm，走刀量=0.3mm，以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。 從機床設(shè)計 手冊中可得知，在一般外圓車削時： =（0.10.6） =（0.150.7） （4-4）取： =0.

45、5Fz=0.51527.6=763.8N =0.6Fz=0.61527.6=916.5N1.綜合導軌車床絲杠的軸向力： （4-5）式中 K=1.15， =0.150.18，取為0.16。則 P=1.15763.8+0.16（1527.6+800） =1250.8N2. 強度計算： 壽命值 （4-6） （4-7） 取工件直徑 D=80mm，查表得 =15000h 則： =10001000.3/3.14806=20r/min =602015000/=18最大動負載 Q= （4-8）查表得： 運轉(zhuǎn)系數(shù) =1.2 硬度系數(shù) =1則 Q=1.211250.8=3933.6N 根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇

46、滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FB系列，滾珠絲杠直徑選為32mm，型號為FB326-5-，其額定動載荷是10689N，所以強度足夠用。3.效率計算： 根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： （4-9）式中 摩擦角=10 螺旋升角=325則 =0.9534. 剛度驗算： 滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量 （4-10）式中 =6mm=0.6cm； E=20.6滾珠絲杠截面積 則 滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量很小，可忽略，即：。所以：導程變形總誤差為 查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15m/m，故剛度足夠。5.穩(wěn)定性驗算： 由于機床原絲杠直徑為3

47、2mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題，不在驗算。（三） 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算1.有關(guān)齒輪計算傳動比 故取 =32 =40m=2mm b=20mm =20 2. 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量： =3.所需轉(zhuǎn)動力矩計算：快速空載啟動時所需力矩 +最大切削負載時所需力矩 +快速進給時所需力矩 + 式中 空載啟動時折算到電機軸上的加速力矩； 折算到電機軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； 切削時折算到電機軸上的加速度力矩； 折算到電機軸上的切削負載力矩。 （4-11）

48、當時 當時 =12.40824.88/9.60.025=0.1286 N.m=1.286kgf.cm當=0.8 =0.16時 =1.223=12.23當=0.9時預加載荷Po=1/3則： =76.30.6/23.140.81.25=7.297kgf.cm=72.97N.cm所以，快速空載啟動所需力矩 =21.5+1.223+0.462=23.185kgf.cm=231.85N.cm切削時所需力矩： =1.286+1.223+0.462+7.297 =10.268kgf.cm=102.68N.cm快速進給時所需力矩 =1.223+0.462=1.685kgf.cm=16.85N.cm由以上分析計

49、算可知：所需最大力矩發(fā)生在快速啟動時，第五章 CA6136車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)選型數(shù)控系統(tǒng)是機床的核心，在選擇時要對其性能、經(jīng)濟性及維修服務等進行綜合考慮。數(shù)控系統(tǒng)主要有3種類型：步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)；異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；交，直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 其中步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的

50、位移精度較低。但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。我國國內(nèi)使用的數(shù)控系統(tǒng)基本上分為兩大類：一類是從國外引進技術(shù)制造的產(chǎn)品，如日本FANUC公司生產(chǎn)的FANUC-0iMate、德國西門子公司SINUMERIKDMT-802系列；另外一類是在引進、吸收的基礎(chǔ)上研制、開發(fā)、生產(chǎn)的數(shù)控裝置，如華中數(shù)控系列，GSK系列，南京華興等。對比國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)：國外產(chǎn)品在性能、可靠性、使用壽命上占有很大優(yōu)勢，但價格很高，使得改造成本提高。國內(nèi)產(chǎn)品雖然大轉(zhuǎn)矩、大功率伺服電機的能力沒有國外產(chǎn)品強大，但也能滿足我們的要求，而且綜合成本低。最終我們將數(shù)控系統(tǒng)的選擇定位在國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)上，其

51、中南京華興數(shù)控設(shè)備有限責任公司生產(chǎn)的WA310M數(shù)控系統(tǒng)是一款能滿足以上要求的數(shù)控系統(tǒng)，所以我們選擇這款專門為中國數(shù)控機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型CNC控制系統(tǒng)。WA310M是南京華興數(shù)控設(shè)備有限責任公司集十多年數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗，在原有多代成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，推出的新一代高性能車床用數(shù)控系統(tǒng)，如圖5.1所示。系統(tǒng)采用超大規(guī)?？删幊屉娐贩桨福哂懈叩募庸た刂破焚|(zhì)和系統(tǒng)升級空間。該系統(tǒng)具有強大的控制功能，可控制數(shù)字式交流伺服單元和三相細分步進驅(qū)動器。系統(tǒng)的電子齒輪功能可與任意螺距絲桿直連，螺距補償功能使機床的精度檢驗大為簡化，并提高機床的綜合精度，強大的參數(shù)功能使系統(tǒng)具有很強的適應性。系統(tǒng)可控制數(shù)字式交

52、流伺服驅(qū)動器及三相細分步進驅(qū)動器；系統(tǒng)的電子齒輪功能使得系統(tǒng)可與任意螺距絲杠直聯(lián)；螺距補償功能使機床的精度檢驗大為簡化；顯示采用7.4英寸液晶屏彩色顯示，具有加工零件圖形實時跟蹤顯示以及坐標字符顯示的功能，界面設(shè)計更為豐富人性化；圖形模擬功能更為強大，具有三維立體模擬和二維平面模擬顯示的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用整體式工程塑料壓模件，造型美觀；便捷的U盤接口，可實現(xiàn)U盤與系統(tǒng)間的程序互存，以及系統(tǒng)在現(xiàn)場升級功能和直接進行U盤DNC加工的功能。圖5.1 WA310M數(shù)控系統(tǒng)表5-1 WA310M車床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)WA310M車床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)1適用機床4軸車床2用戶存儲區(qū) 配512K電子盤，121個程序3編

53、程尺寸 99999.999mm4分辨率 0.001MM5最大移動速度 60m/min(1MPPS)6插補軌跡 直線、圓弧、螺紋、快速定位7輸入/輸出 32路/24路，所有I/0口功能均有參數(shù)定義，用戶可設(shè)置、修改I/O口功能8編程方式 ISO代碼、鍵盤、RS232串行錄入、USB接口定義9快速速度范圍 1mm/min 15m/min10電子齒輪 16位：16位11螺距補償 160點/軸，24軸12軟件限位 每軸可任意設(shè)定區(qū)間13參考區(qū) 刀具、系統(tǒng)參數(shù)、螺紋、位參數(shù)等14操作方式 自動、手動、步進、MDI、單段/連續(xù)、暫停、手脈、串行或USB下DNC加工15顯示界面 具有同步字符顯示功能和圖形界

54、面16系統(tǒng)升級 通過U盤或串行口可在現(xiàn)場進行系統(tǒng)升級，無須打開機箱17進給倍率設(shè)置 16擋撥段開關(guān)，倍率范圍5%300%18主軸倍率設(shè)置 16擋撥段開關(guān)，倍率范圍5%300%19模態(tài)指示燈 指示當前操作狀態(tài)20圖形模擬 三維立體和二維平面圖形模擬第二節(jié)步進電動機的驅(qū)動器選型一驅(qū)動器選型根據(jù)設(shè)計方案，主傳動的主軸電動機驅(qū)動保持原有設(shè)備。X、Z進給傳動的設(shè)計已在第2章完成，已確定了滾珠絲杠的型號、步進電機的型號等，本節(jié)主要選擇三個軸向進給傳動步進電機的驅(qū)動器。步進電機的驅(qū)動器主要由環(huán)形分配器和功率驅(qū)動電路兩個部分組成，功率驅(qū)動電路將環(huán)形分配器輸出的微弱電流進行放大，滿足步進電機的驅(qū)動，因此選擇步進

55、電機驅(qū)動器的良好性能是保證普通銑床數(shù)控化改造的精度之一。常見的步進電機驅(qū)動器的功率驅(qū)動電路有五種，其中細分驅(qū)動電路是通過控制繞組中的電流數(shù)值來調(diào)整步進電機步距角的大小，控制精度高。根據(jù)第2章已選擇的進給傳動選擇的步進電機分別為：110BYG550A、110BYG550C。查閱相關(guān)資料以及產(chǎn)品可知，南京華興數(shù)控設(shè)備有限公司的WD5HN5系列五相混合式步進電機驅(qū)動器，高速高轉(zhuǎn)矩輸出。采用先進的五H橋IGBT驅(qū)動電路，鎖定無電磁噪音；信號輸入方式靈活：單/雙脈沖控制、脈沖前/后沿走步均可；輸入信號經(jīng)光電隔離和數(shù)字濾波器處理后，抗干擾性極高；撥碼開關(guān)直接設(shè)定整步/半步運行方式；封閉結(jié)構(gòu)，外部風冷，尤其

56、適合惡劣環(huán)境中使用等優(yōu)點。表5-2 WD5HN5驅(qū)動器技術(shù)參數(shù)供電電源單相80V+15%，50、60HZ。容量200VA/軸輸出電流34.5A/相驅(qū)動方式PWM斬波、半流鎖定配套電機110、130BYG五相十線混合式步進電動機勵磁方式五相十拍（0.72度）/五相二十拍（0.36度）綜合以上產(chǎn)品特點和技術(shù)參數(shù)，步進電機110BYG 550A、110BYG 550C的驅(qū)動器選擇為：南京華興數(shù)控設(shè)備有限公司的WD5HN5系列五相混合式步進電機驅(qū)動器，電氣安裝尺寸如圖5.2所示。圖5.2 WD5HN5驅(qū)動器安裝尺寸二分配器環(huán)形分配器的作用是把來自于加減速電路的一系列進給脈沖指令，轉(zhuǎn)換成控制步進電動機定

57、子繞組通電、斷電的電平信號，電平信號狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進給脈沖的數(shù)量及方向?qū)?。如對于三相三拍步進電動機，若“1”表示通電，“0”表示斷電，A，B，C是其三相定子繞組，則經(jīng)環(huán)形分配器后，每來一個進給脈沖指令，A，B，C應按（100）（010）（001）（100）的順序改變一次。環(huán)形分配器有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種形式。硬件環(huán)形分配器是由觸發(fā)器和門電路構(gòu)成的硬件邏輯線路。實際上現(xiàn)在市場上已經(jīng)有集成度高、抗干擾性強的PMOS和CMOS環(huán)形分配器芯片供選用。下面主要介紹用計算機軟件實現(xiàn)脈沖序列分配的軟件環(huán)形分配器。下面是基于查表法的軟件環(huán)形分配器的程序設(shè)計方法，本次銑床改造我們采用五相

58、混合式步進電機。如圖3.3所示為三坐標步進電動機伺服進給系統(tǒng)框圖。x向y向和z向步進電動機的五相定子繞組分別為A1、B1、C1、D1、E1相,A2、B2、C2、D2、E2相和A3、B3、C3、D3、E3相，分別經(jīng)各自的放大器、光電耦合器與計算機的PIO（并行輸入/輸出接口）的PA0PA14相連。環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表如表5-3和表5-4所示。表中的內(nèi)容即是步進電動機的勵磁狀態(tài)，與接口接線緊密相關(guān)。圖5.3 三坐標步進電動機伺服進給系統(tǒng)框圖查表法的關(guān)鍵是根據(jù)步進電動機當前勵磁狀態(tài)和要求的正向或反向運轉(zhuǎn)的要求，如何從表中找到相應單元地址，并取出地址的內(nèi)容輸出。當然要用查表程序中用的基址（表格首址）

59、加索引值（序號）的方法。正轉(zhuǎn)時，只要步進電動機當前狀態(tài)序號不是表底序號，序號加1就是一下狀態(tài)的序號：若是表底序號，需要將表底序號修改成表首序號。反轉(zhuǎn)時，須判斷當前序號是不是表首序號，若不是表首序號則序號減1；若是表首序號，需要將表首序號修改成表底序號。表5-3 X向步進電動機環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表表5-4 Z向步進電動機環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表三放大器從環(huán)形分配器來的進給控制信號的電流只有幾毫安，而步進電動機的定子繞組需要幾安培電流。因此，需要對環(huán)形分配器來的信號進行功率放大，以提供幅值足夠、前后沿較好的勵磁電流。常用的有單電壓供電功放電路和雙電壓供電功放電路。這里我們選擇雙電壓供電功放電路。雙

60、電壓供電功率放大器又稱高低電壓供電功放器，如圖5.4所示為高低壓供電定時切換電路的工作原理。該電路包括功率放大級（由功率管Vg，Vd組成）、前置放大器和單穩(wěn)延時電路。二級管VDd是用作高低壓隔離的，VDg和Rg是高壓放電回路。高壓導通時間由單穩(wěn)延時電路整定，通常為100600s，對功率步進電動機可達幾千微秒。當環(huán)形分配器輸出高電平時，兩只功率放大管Vg，Vd同時導通，電動機繞組以+80V電壓供電，繞組電流按L/（Rd+r）的時間常數(shù)向電流穩(wěn)定值ug/（Rd+r）上升，當達到單穩(wěn)延時時間時，Vg管截止，改由+12V供電，維持繞組額定電流。若高低壓之比為ug/ud，則電流上升率也提高ug/ud倍，