c6140的數(shù)控化改造大學(xué)論文

PAGEPAGE35重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目C6140的數(shù)控化改造專業(yè)姓名指導(dǎo)教師二O一六年三月九日目錄摘要 4Abstract: 5第一章概述 61.1我國(guó)數(shù)控車床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 61.2數(shù)控機(jī)床改造的意義 71.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及組成 71.4數(shù)控機(jī)床的分類 91.4.1按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類 91.4.2按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類 9第二章普通車床數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)方案 112.1普通車床數(shù)控化改造的任務(wù) 112.2設(shè)計(jì)方案參數(shù)的確定 112.3主要改造系統(tǒng)的選擇 122.4具體私服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械改造方案的確定 13第三章進(jìn)給私服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 153.1脈沖當(dāng)量的選擇 153.2切削力的計(jì)算 153.2.1縱向切削力的計(jì)算 153.2.2橫向切削力的計(jì)算 163.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算、選型 163.3.1縱向進(jìn)給絲杠 173.3.2橫向進(jìn)給絲杠 183.4滾珠絲杠的安裝、使用與保養(yǎng) 193.5傳動(dòng)比計(jì)算 203.6步進(jìn)電機(jī)選型 213.6.1步進(jìn)電機(jī)的選用原則 213.6.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 23第四章自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 264.1數(shù)控機(jī)床刀架的基本要求 264.2刀架的工作原理 264.3刀架的安裝 27第五章普通車床自動(dòng)化改造的單片機(jī)控制 295.1系統(tǒng)電路的組成 295.1.1CPU與存儲(chǔ)器 295.1.2接口電路 305.2單片機(jī)控制的系統(tǒng)電路 315.2.1存儲(chǔ)器擴(kuò)張電路 315.2.2面板操作鍵和功能選擇開關(guān) 335.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 35小結(jié) 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40摘要本論文設(shè)計(jì)說明書包括：概論、總體設(shè)計(jì)方案的擬定、主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇等幾個(gè)部分。改造后的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控控制，并且要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.01/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0.005/脈沖，刀架要是自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)切削螺紋。

關(guān)鍵字：數(shù)控改造進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠自動(dòng)刀架Abstract:Thisintroductionofthedesignincluded:Thedraw-upofthegeneraloutline,thedecisionandverifyofthetotaldesignalprojection,thereformsdesigntothepartsofthelordspreadstomove,thereformsdesigntothesystemofserveenters,thechoiceanddesigntotheknifewhichturnautomatically,andsoon.whiletheMotorcyclebeenreformed,thelordexercisesrealizetochangespeedautomatically.lengthways,horizontalentertoproceedtosystemthenumbercontrolsthecontrol,andrequesttoattainlengthwaysminimumsportunitas0.01mm/pulse,horizontalminimumsportunitas0.005mm/pulse,knifemustbetheautomaticcontrolaknifewhichisturningautomatically,anditisabletoslicethethreadautomatically.Keyword:Thenumbercontrolstoreformsthesystemofentersrollthebeadinsilkautomaticknife第一章概述隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是其代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無限大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。它是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床總擁有量中的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的主要品種之一，它在機(jī)械制造行業(yè)中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國(guó)的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。1.1我國(guó)數(shù)控車床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。我國(guó)數(shù)控車床從20世紀(jì)70年代初進(jìn)入市場(chǎng)，至今通過各大機(jī)床廠家的不斷努力，通過采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例。長(zhǎng)期以來，國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因是國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時(shí)中國(guó)在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面也比較落后，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)太少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。國(guó)外公司在中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)銷量中的80％以上是普通型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普通型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)跨越。同時(shí)，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國(guó)的自主設(shè)計(jì)、開發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。1.2數(shù)控機(jī)床改造的意義1.節(jié)省資金機(jī)床數(shù)控化改造和購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60％左右的資金，而且可以充分利用陳舊機(jī)床中可以再次利用的構(gòu)建和設(shè)備，以便節(jié)省資源。大型機(jī)床尤為明顯，一般的大型機(jī)床的改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的30％，即使將原機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的60％左右。2.性能穩(wěn)定、可靠因?yàn)樵瓩C(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長(zhǎng)期有效使用，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。3.提高生產(chǎn)效率機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍。1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及組成數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床自動(dòng)加工所需零件。與普通車床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：1.加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量;2.可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件;3.加工的零件改變時(shí)，一般只需改變程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；4.機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；5.機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；6.對(duì)操作人員和維修人員的技術(shù)素質(zhì)要求較高；數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四個(gè)部分組成，如圖1-1所示為數(shù)控機(jī)床的加工過程。 圖1-1數(shù)控機(jī)床的加工過程=1\*GB3①控制介質(zhì)：控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具運(yùn)行等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件切削加工；=2\*GB3②數(shù)控裝置：數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。包括硬件以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算，并向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按加工程序指令運(yùn)動(dòng)。=3\*GB3③伺服系統(tǒng)：伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成。一般說的數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制系統(tǒng)為數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向移動(dòng)。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)還有位置測(cè)量裝置，直接或間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對(duì)加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。=4\*GB3④機(jī)床本體：它是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。數(shù)控機(jī)床的本體與普通機(jī)床基本類似，不同之處是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機(jī)床的絲杠和齒條傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)簡(jiǎn)化了齒輪箱。它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。1.4數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類方式有很多很多，例如按工藝用途分類、按數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類等。下面我們只介紹常用的分類方式，如按數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類和按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類等。1.4.1按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡主要有三種形式：點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)、直線控制運(yùn)動(dòng)和連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)（輪廓控制運(yùn)動(dòng)）。=1\*GB3①點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件只能夠?qū)崿F(xiàn)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工工序。如數(shù)控鉆床、數(shù)按坐標(biāo)鏜床和數(shù)控彎管機(jī)等。=2\*GB3②直線控制直線控制的特點(diǎn)為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件不僅要實(shí)現(xiàn)從一個(gè)坐標(biāo)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)和定位，而且能實(shí)現(xiàn)平行于坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或控制兩個(gè)坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)斜線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。=3\*GB3③連續(xù)控制連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。它不僅要求控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)位置，而且要求控制整個(gè)加工過程每一點(diǎn)的速度和位移量，即要求控制運(yùn)動(dòng)軌跡。1.4.2按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。①開環(huán)控制系統(tǒng)即不帶位置反饋裝置的控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)，無位置測(cè)量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算，輸出指令脈沖控制步進(jìn)電機(jī)工作，如圖1-2所示，這種控制方式對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不檢測(cè)，無反饋控制信號(hào)，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單，但控制精度低，工作速度受到步進(jìn)電機(jī)的限制。圖1-2開環(huán)控制系統(tǒng)②閉環(huán)控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)大多數(shù)采用伺服電機(jī)，有位置測(cè)量元件和位置比較電路。如圖1-3所示，它是在機(jī)床最終的運(yùn)動(dòng)部件相應(yīng)位置上安裝檢測(cè)裝置，將直接測(cè)量到的位移或角位移值反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令的位移量進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件，使運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)格按實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)。這種控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機(jī)床的剛性好，對(duì)機(jī)床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復(fù)雜，而且設(shè)備的成本較高。圖1-3閉環(huán)控制系統(tǒng)③半閉環(huán)控制系統(tǒng)它是在開環(huán)控制伺服電動(dòng)機(jī)柱上裝有角位移檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)部件的位移反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入的指令進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件。如圖1-4所示，半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。圖1-4半閉環(huán)控制系統(tǒng)第二章普通車床數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)方案2.1普通車床數(shù)控化改造的任務(wù)本設(shè)計(jì)是對(duì)C6140普通車床的數(shù)控化改造。利用8031單片機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量0.005mm/脈沖。驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。2.2設(shè)計(jì)方案參數(shù)的確定根據(jù)C6140型普通車床的原始數(shù)據(jù)及數(shù)控改造設(shè)計(jì)要求，確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：最大加工直徑：車床身上:400mm車床鞍上：210mm最大加工長(zhǎng)度：1000mm快進(jìn)速度：縱向2.4m/min橫向1.2m/min最大切削進(jìn)給速度：縱向0.5m/min橫向0.25m/min脈沖當(dāng)量：縱向0.01mm/脈沖橫向0.005mm/脈沖脈沖分配方式：逐點(diǎn)比較法控制坐標(biāo)數(shù)：2機(jī)床定位精度：±0.015mm溜板及刀架重力：縱向：800N橫向：600N起動(dòng)加速時(shí)間：30ms主電機(jī)功率：7.5Kw2.3主要改造系統(tǒng)的選擇1.系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與私服系統(tǒng)的選擇由于改造后的數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。2.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇臥式車床的進(jìn)給絲杠都是滑動(dòng)絲杠，即絲杠與螺母之間的摩擦為滑動(dòng)摩擦。由于滑動(dòng)絲杠螺母副的摩擦大、轉(zhuǎn)動(dòng)效率低，在精度要求不高的情況下，可以仍用原機(jī)床的滑動(dòng)絲杠。若要求機(jī)床精度和被加工精度較高的情況下，應(yīng)將原機(jī)床的滑動(dòng)絲杠螺母副改換成滾珠絲杠螺母副?？紤]本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，選用滾珠絲杠螺母副代替原機(jī)床的滑動(dòng)絲杠螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇根據(jù)機(jī)床要求，本控制是選用8031單片機(jī)。8031單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等。4.步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)有慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它由步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。要想選擇一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，必須確定它的三大要素。在這里我們所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通常希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步距誤差小。但是，增大轉(zhuǎn)矩與快速運(yùn)行存在一定的矛盾，高性能與低成本相矛盾。因此在實(shí)際選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，要考慮各方面因素。首先要保證機(jī)床的定位精度，而脈沖當(dāng)量直接影響機(jī)床的定位精度。脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的定位精度越高，但機(jī)床的進(jìn)給速度就越小。為兼顧精度與速度的要求，應(yīng)在滿足精度的條件下，選擇盡可能大的脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量確定后，以此為依據(jù)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。5.自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。其結(jié)構(gòu)直接影響車床的切削性能和效率。臥式車床數(shù)控改造應(yīng)將原來機(jī)床的普通手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)換位刀架，本設(shè)計(jì)決定采用常州宏達(dá)數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4四工位螺旋轉(zhuǎn)位刀架。2.4具體私服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械改造方案的確定1.橫向進(jìn)給機(jī)械改造方案拆除原機(jī)床中托板絲桿，安裝滾珠絲桿，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時(shí)消除傳動(dòng)過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用二級(jí)傳動(dòng)，從動(dòng)輪采用雙薄片錯(cuò)位消除間隙。2.縱向進(jìn)給機(jī)械改造方案拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安置在原來的位置，兩端仍采用原固定方式。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時(shí)，彈簧彈力變小，起不到消除間隙的目的；當(dāng)負(fù)載小時(shí)，彈簧彈力又變大，則加速齒輪的磨損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的辦法消除間隙。縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩，以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效果，在溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的急停處理需要。第三章進(jìn)給私服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的計(jì)算與選型3.1脈沖當(dāng)量的選擇根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量為縱向：0.01mm/脈沖，橫向：0.005mm/脈沖（半徑）3.2切削力的計(jì)算3.2.1縱向切削力的計(jì)算由《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：切削功率：=N－電機(jī)功率N=7.5kw—主傳動(dòng)鏈的總效率取=0.90—進(jìn)給系統(tǒng)的功率系數(shù)取=0.96則：=7.5×0.90×0.96=6.48（）又因?yàn)椋?則：=—切削線速度，取v=100所以：=581.64（kgf）=5700（）由《金屬切削原理》可知：主切削力：=9.81查表得：=188=1=0.75=1當(dāng)=1495.2時(shí)，切削深度=2，走刀量=0.3以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)，從《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可知，在一般外圓切削時(shí)：=（0.1～0.6）=（0.15～0.7）當(dāng)參數(shù)取0.5時(shí)，=0.5=0.5×5700=2850（）當(dāng)參數(shù)取0.6時(shí)，=0.6=0.6×5700=3420（）3.2.2橫向切削力的計(jì)算主切削力（N）可取縱向的0.5倍則，=0.5FZ=0.5×5700=2850（N）此時(shí)走刀抗力為（N），吃刀抗力為（N）。按比例粗略計(jì)算：由于FZ/FX/FY=1/0.25/0.4因此，//=1/0.25/0.4則，=2850×0.25=712.5（N）=2850×0.4=1140（N）3.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算、選型滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想產(chǎn)品。它是由螺桿、螺母和滾珠組成。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器，是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。3.3.1縱向進(jìn)給絲杠⑴計(jì)算進(jìn)給牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)時(shí)的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型號(hào)有關(guān)。縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌=K+（+G）=1.15×2850+0.16×（5700+800）=4317.5（N）式中K—考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15；—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15—0.18；取0.16；G—溜板及刀架重力：G=800N⑵計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷CC=L=60×n×t/n=1000×/式中—滾珠絲桿導(dǎo)程，初選=6mm；—最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2—1/3），此處=0.6×1/3=0.2m/mint—使用壽命，按15000h；—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.2—1.5；L—壽命，以轉(zhuǎn)為一單位。n=1000/=1000×0.2/6=33r/minL=60×n×T/=60×33×15000/=30C==×1.2×4317.5=16061.1N⑶滾珠絲桿螺母副的選型查閱資料得，可用W1L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為16400N，精度等級(jí)按表4-15選為3級(jí)（大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級(jí)）。⑷傳動(dòng)效率計(jì)算==0.94式中γ—螺旋升角，W1L400bγ=2o44ˊφ—摩擦角，φ取10ˊ3.3.2橫向進(jìn)給絲杠⑴計(jì)算進(jìn)給牽引力橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下：=1.4×+(+2+)=1.4×712.5+0.2×(5700+2×1140+600)=2713.5（N）⑵計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷Cn=1000×/=1000×0.3×0.5/5=30L=60×n×t/=60×30×15000/106=27C==×1.2×2713.5≈9768.87N⑶選擇滾珠絲杠螺母副W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額定動(dòng)載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級(jí)。⑷傳動(dòng)效率計(jì)算==0.9653.4滾珠絲杠的安裝、使用與保養(yǎng)1.潤(rùn)滑為使?jié)L珠絲杠副能充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式主要有以下兩種：①潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1/3；②潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)如表3-1所示，但是隨行程、潤(rùn)滑油的種類、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請(qǐng)注意使用。表3-1潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)軸頸(mm)給油量(cc)4～80.0310～140.0515～180.0720～250.1028～320.1536～400.2545～500.3055～630.4070～1000.50100～1600.602.防塵滾珠絲杠副與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨損。因此，考慮有污物（切削碎削）進(jìn)入，必須采用防塵裝置（折皺保護(hù)罩、絲杠護(hù)套等），將絲杠軸完全保護(hù)起來。另外，如沒有異物，但有浮塵時(shí)可在滾珠螺母兩端增加防塵圈，可根據(jù)需要按編號(hào)規(guī)則選擇合適規(guī)格的型號(hào)。3.使用滾珠絲杠副在使用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)要在行程兩端配置限位，以避免螺母越程脫離絲杠軸而使?jié)L珠掉落。②滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動(dòng)時(shí)，必須防止傳動(dòng)停止或電機(jī)失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)。防逆?zhèn)鲃?dòng)方法可用蝸輪蝸桿傳動(dòng)、液壓式電器制動(dòng)器及超越離合器等。4.安裝滾珠絲杠副在安裝時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①滾珠絲杠副僅用于承受軸向負(fù)荷。徑向力、彎矩會(huì)使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等不良負(fù)荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機(jī)床時(shí)應(yīng)注意：ⅰ絲杠的軸線必須和與之配套導(dǎo)軌的軸線平行，機(jī)床的兩端軸承座與螺母座必須三點(diǎn)成一線；ⅱ安裝螺母時(shí)，盡量靠近支撐軸承；ⅲ同樣安裝支撐軸承時(shí)，盡量靠近螺母安裝部位。=2\*GB3②滾珠絲杠副安裝時(shí)，請(qǐng)不要把螺母從絲杠軸上卸下來。如必須卸下時(shí)，要使用輔助套，否則裝卸時(shí)滾珠有可能脫落。螺母裝卸時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：ⅰ輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1～0.2mm；ⅱ輔助套在使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩；ⅲ裝卸時(shí)，不可使過大力以免螺母損壞；ⅳ裝入安裝孔時(shí)要避免撞擊和偏心。3.5傳動(dòng)比計(jì)算1.縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程=6mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角為0.75。可計(jì)算出傳動(dòng)比i：i===0.8由i=Z1/Z2可選定齒輪齒數(shù)為：Z1=32，Z2=40，或Z1=20，Z2=252.橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75o。可計(jì)算出傳動(dòng)比ii===0.48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的有效行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速：i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照下表：齒數(shù)324024402025分度圓d=mz648048804050齒頂數(shù)da=d+2m688452844454齒根數(shù)df=d-21.25m597543753545齒寬(6--8)m202020202020中心距A=(d1+d2)/27264453.6步進(jìn)電機(jī)選型3.6.1步進(jìn)電機(jī)的選用原則

步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。因此，在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。

選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量與機(jī)床所要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。

合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確的選擇。⑴步進(jìn)電機(jī)步距角的選擇α步距角應(yīng)滿足：α≤式中i——傳動(dòng)比——系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角⑵步進(jìn)電機(jī)精度計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足?！鳌躨[△]式中△——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差。[△]——系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。⑶步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)距計(jì)算為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮；①啟動(dòng)力矩，一般啟動(dòng)力矩選取為≥式中——電機(jī)啟動(dòng)力矩——電機(jī)靜負(fù)載力矩②在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。⑷啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足：ft≥[fcp]m其中ft——極限啟動(dòng)頻率[fcp]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率3.6.2步進(jìn)電機(jī)的選擇⑴C6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定啟動(dòng)力矩：=當(dāng)參數(shù)為0.4時(shí)，=258.76/0.4=644.6(N·m)表3-2步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表運(yùn)行方式相數(shù)33445566拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表：查表3-2知/=0.866，所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：=/0.886=644.6/0.866=744.34(N·m)所以，步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率是：=2000/60×0.01=3333.3(HZ)綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)能滿足使用要求。⑵C6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定當(dāng)參數(shù)取0.4時(shí)，啟動(dòng)力矩為=4.2079/0.4=105.2(N·cm)電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表得/=0.866，所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：=105.2/0.866=121.5(N·cm)=1.215(N·m)步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率為=1000/60×0.005=3333.3(HZ)綜合考慮，查表選用110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)，能夠滿足使用要求。⑶110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)率110BF00330.758067.84（80）1500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式重量外徑長(zhǎng)度軸徑700046.06(4.7)0.37三相六拍611016011參考價(jià)原型號(hào)350BFG090811⑷110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)率110BF00430.753044.9（50）500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式重量外徑長(zhǎng)度軸徑700034.3(3.5)0.76三相六拍5.511011011參考價(jià)原型號(hào)350BFG09041111第四章自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)與選擇是普通車床數(shù)控化改造的關(guān)鍵，它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系列動(dòng)作。所以車床數(shù)控改造應(yīng)將原機(jī)床的普通手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。根據(jù)所加工零件的工藝要求及機(jī)床控制方式確定自動(dòng)刀架的刀位數(shù)和刀架類型。4.1數(shù)控機(jī)床刀架的基本要求數(shù)控車床的刀架是數(shù)控車床的主要組成部分，刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造水平。它和一個(gè)機(jī)床的加工精度也是密切相關(guān)的，所以我們?cè)趯?duì)機(jī)床進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)時(shí)，都對(duì)它的刀架的選擇和設(shè)計(jì)提出了很高的要求。所有要求基本如下所示：1.轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全；機(jī)床刀架轉(zhuǎn)位的準(zhǔn)確程度直接影響到它的加工精度，工作平穩(wěn)安全這也是對(duì)所有機(jī)械設(shè)備的基本要求，在這里也不必多說。2.按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時(shí)間短；刀架的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在一定意義上也決定了一個(gè)機(jī)床的工作效率，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)上也得重點(diǎn)考慮它的轉(zhuǎn)位路徑和轉(zhuǎn)位時(shí)間。3.重復(fù)定位精度高；4.防水，防屑，密封性能優(yōu)良；5.夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。4.2刀架的工作原理數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)和功能是否先進(jìn)、可靠，關(guān)鍵在于自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)。這里介紹一種已使用多年較成熟的自動(dòng)刀架，即常州宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠立式轉(zhuǎn)位刀架。圖4-1自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架工做原理圖自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架工作原理如圖4-1所示，微電機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器至渦輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母抬起刀架使定位用的端齒盤的上盤與下盤分開，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位。然后發(fā)出信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，完成刀架換位后，再進(jìn)行切削加工。其具體過程是：當(dāng)微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)后，刀架控制器中繼電器動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，螺桿升降機(jī)構(gòu)使上刀架上升。當(dāng)上刀架上升到一定高度時(shí)，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端的發(fā)信盤中對(duì)應(yīng)每個(gè)刀位都安裝一個(gè)霍爾元件，當(dāng)(1-電機(jī)；2-固定安裝絲杠；3-安全離合器；4-刀架)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷的向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號(hào)。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號(hào)與指令刀位信號(hào)相比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選的刀位。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷反靠在反靠盤上初定位。在活動(dòng)銷反靠作用下，螺桿帶動(dòng)上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架夾緊固定。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號(hào)，切斷電源，電機(jī)停轉(zhuǎn)，完成選刀過程。4.3刀架的安裝自動(dòng)刀架的安裝比較簡(jiǎn)單，只要把原機(jī)床上的原有刀架拆除，然后將自動(dòng)刀架安裝上即可。但需要注意兩個(gè)方面：1.自動(dòng)刀臺(tái)的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行；2.自動(dòng)刀臺(tái)與系統(tǒng)的連線建議這樣安裝：沿橫向工作臺(tái)右側(cè)面先走線到機(jī)床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走到系統(tǒng)。這樣走線的好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工的時(shí)候切削、冷卻液以及其他雜物與系統(tǒng)引線發(fā)生碰撞。圖4-3刀架的安裝尺寸該刀架安裝時(shí)，需先拆除原機(jī)床上的小拖板和原來的刀架，然后把自動(dòng)刀架置于中拖板上。此時(shí)，刀架高度應(yīng)使車刀前刀面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊片，調(diào)整其高度。然后，卸掉刀架電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇罩殼，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使上刀體相對(duì)于下刀體轉(zhuǎn)動(dòng)450左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中拖板固定，固定的時(shí)候應(yīng)注意，使刀架的兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進(jìn)給方向水平。第五章普通車床自動(dòng)化改造的單片機(jī)控制5.1系統(tǒng)電路的組成任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件組成是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響到系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。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：1.中央處理器CPU；2.總線，包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）；3.存儲(chǔ)器，包括只讀可編存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器；4.I/O輸入、輸出接口電路；其中，CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，是控制其它各部分協(xié)調(diào)工作的“大腦”，其作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件、應(yīng)用程序（監(jiān)控程序）和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。三總線則是CPU與存儲(chǔ)器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與外界進(jìn)行信息交換的必由之路。5.1.1CPU與存儲(chǔ)器中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，因此，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。

程序存儲(chǔ)器(ROM)：

8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。

定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：

8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。

并行輸入輸出(I/O)口：

8051共有4組8位I/O口(P0、

P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。

中斷系統(tǒng)：

8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別可供選擇。

時(shí)鐘電路：

8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但是8051單片機(jī)需外置振蕩電容。5.1.2接口電路1.輸出接口：輸出接口就是單片機(jī)和伺服電機(jī)PWM功率放大器的接口。2.輸入接口：(1)速度反饋接口此接口主要由運(yùn)算放大器N5及00809A/D轉(zhuǎn)換器組成。(2)組成有源低通濾波器，抑制測(cè)速放電機(jī)由于系統(tǒng)的微振而產(chǎn)生的高頻噪聲；(3)組成放大倍數(shù)小于1的放大器，將測(cè)速電機(jī)的輸出信號(hào)；（-30V——+30V）壓縮在±5V之間，以便0809轉(zhuǎn)換。(4)位置反饋接口位置檢測(cè)元件用光電碼器，用來檢測(cè)角位移；(5)位置給定接口位置給定和測(cè)速發(fā)電機(jī)共用一個(gè)0809A/D轉(zhuǎn)換器。5.2單片機(jī)控制的系統(tǒng)電路5.2.1存儲(chǔ)器擴(kuò)張電路存儲(chǔ)器擴(kuò)張電路如下圖所示，EPROM用來存儲(chǔ)控制程序，RAM用來存儲(chǔ)加工程序。為了保證RAM在掉電時(shí)加工數(shù)據(jù)不丟失，電路中還設(shè)計(jì)了掉電保護(hù)電路。圖5-2存儲(chǔ)器擴(kuò)張電路下面簡(jiǎn)單介紹一下所用到的芯片的原理與框圖Ⅰ27128EPROM芯片27128有8根數(shù)據(jù)線，即D0-D7，8192×8（＝8388600）個(gè)存儲(chǔ)單元，需要13根地址線（A0-A12）。27128可執(zhí)行讀出和寫出兩個(gè)操作。本設(shè)計(jì)中，這兩種操作都用到了，其擴(kuò)張單片機(jī)的內(nèi)存容量，這相當(dāng)于寫入；在工作中，加工零件時(shí)需從中讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。在27128中，最重要的是OE、CE兩條信號(hào)線。CE即為使用地址線劃定27128的存儲(chǔ)單元所在存儲(chǔ)空間的區(qū)域。此時(shí)CE有效。當(dāng)CE＝0時(shí)，可從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，這可用CPU的MREQ和RD信號(hào)控制。Ⅱ6264RAM芯片6264為靜態(tài)RAM，下圖5-4為其管腳圖。它是一種CMOS工藝制作的芯片，由單一＋5V電源供電，額定功耗為200uW，典型存取時(shí)間為200ns，28線雙列直插式扁平封裝，地址線增加了兩根，即A0-A12，有兩個(gè)片選端CE1，CE2。Ⅲ74LS373鎖存器74LS138為八D鎖存器（3S，鎖存允許輸入有回環(huán)特性）。373的輸出端Q0~Q7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，Q0~Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q0~Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。引出端符號(hào)：為數(shù)據(jù)輸入端OE為三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE為鎖存允許端Q0~Q7為輸出端Ⅳ掉電保護(hù)電路為了在外部電源斷電的情況下，存儲(chǔ)在靜態(tài)RAM6264中的零件加工程序不被丟失，所以需要外加掉電保護(hù)電路。下面就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的掉電保護(hù)電路。(=6V)。圖5-3掉電保護(hù)電路5.2.2面板操作鍵和功能選擇開關(guān)面板操作鍵和功能選擇開關(guān)面板操作鍵與8031的P1口接口電路如下圖所示。圖中為手動(dòng)操作進(jìn)給鍵，分別完成人工操作的的進(jìn)給。運(yùn)行時(shí)按下此鍵，可中斷程序的運(yùn)行。是一個(gè)兩位開關(guān)，用于單段連續(xù)控制，置于“單段”位置時(shí)，每運(yùn)行一個(gè)程序段就暫停，只有按下啟動(dòng)鍵，才能繼續(xù)運(yùn)行下一個(gè)程序段。單段工作方式一般用于檢查輸入的加工程序。置于“連續(xù)”位置時(shí)，程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行。圖5-4功能選擇開關(guān)接線圖功能選擇開關(guān)為一個(gè)單刀8擲波段開關(guān)，它與系統(tǒng)8255的PA口相連，如下圖所示，用于編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、回零、手動(dòng)、通信等功能的選擇；圖5-5面板操作鍵和功能選擇開關(guān)接線圖編輯方式用于加工程序的輸入、檢索、修改、插入和刪除等操作；空運(yùn)行方式啟動(dòng)加工程序后，只執(zhí)行加工指令，對(duì)M.S.T指令則跳過不執(zhí)行，且刀具以設(shè)定的速度運(yùn)行。這種方式主要用于檢查加工程序，而不用于加工。自動(dòng)方式只有在這種方式下，才可以按啟動(dòng)鍵實(shí)行加工。在編輯狀態(tài)下輸入程序并檢查無誤后，將置于自動(dòng)方式，再按下啟動(dòng)鍵，認(rèn)定當(dāng)前刀具為起點(diǎn)位置，開始執(zhí)行加工程序。手動(dòng)方式用于加工前對(duì)刀或進(jìn)行簡(jiǎn)單加工。該方式共有三種選擇，分別對(duì)應(yīng)與不同的進(jìn)給速度。回零方式使刀架沿X軸、Y軸回到機(jī)械零點(diǎn)。通信方式該方式中包括系統(tǒng)與盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)及上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊、轉(zhuǎn)存等操作。5.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是功率放大,它將光電隔離電路送來的弱信號(hào)經(jīng)過功率放大,變成較強(qiáng)的電信號(hào),直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的的工作過程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計(jì)者的要求完成一定的控制過程，使功率放大器按照要求的規(guī)律驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。簡(jiǎn)單的控制過程可以用各種邏輯電路來實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)為線路復(fù)雜、控制方案改變困難，自從微處理器問世以來，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。各種單片機(jī)、微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和普及，為設(shè)計(jì)價(jià)格低廉的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器提供了條件。本論文步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用光電耦合電路再經(jīng)過功率放大后控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。(1)光電耦合電路為了防止強(qiáng)電干撓及其它干撓信號(hào)通過I/O接口控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干撓信號(hào)的產(chǎn)生，