C6140臥式車床橫向進給系統(tǒng)

1課程設計說明書C6140臥式車床橫向進給系統(tǒng)專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級：0804湖南工業(yè)大學科技學院教務部制數(shù)控系統(tǒng)課程設計C6140普通臥式車床數(shù)控化改造之橫向進給系統(tǒng)(X)軸設計 31.1、數(shù)控機床的產生 31.2、數(shù)控機床的發(fā)展 31.3、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況 41.4、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 41.5、數(shù)控機床改造的意義 4第二章、車床橫向進給系統(tǒng)存在的問題分析 62.1常見改進方案及存在問題 6第三章、機械系統(tǒng)的改造設計方案 73.1、主傳動系統(tǒng)的改造方案 73.2、安裝電動卡盤 73.3、進給系統(tǒng)的改造與設計方案 8第四章、進給傳動部件的計算和選型 94.1、脈沖當量的確定 94.2切削力的計算 94.3、滾珠絲杠螺母副的的計算和選型(橫向) 9第五章、繪制進給傳動機構的裝配圖 第六章、控制系統(tǒng)硬件電路設計 第七章、步進電動機驅動電源的選用 第八章、控制系統(tǒng)的部分軟件設計 第九章、結論 第十章心得體會 第十一章參考資料 3第一章緒論隨著社會生產和科學技術的迅速發(fā)展，機械產品日趨精密復雜，且需頻繁改型，普通機床已不能適應這些要求，數(shù)控機床應運而生。這種新型機床具有適應性強、加工精度高、加工質量穩(wěn)定和生產效率高等優(yōu)點。它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密測量和新型機械結構等多方面的技術成果，是今后機床控制的發(fā)展方向。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時，提出了研制數(shù)控機床的初始設想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學院伺服機構實驗室合作，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，由于價格和技術原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應用，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)控技術不僅在機床上得到實際應用，而且逐步推廣到焊接機、火焰切割機等，使數(shù)控技術不斷的擴展應用范圍。1.2、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、計算機技術、自動控制和精密測量等相關技術的發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經歷了五個發(fā)展階段。第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構成的專用數(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)。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)模或超大規(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，光纜通信技術應用于數(shù)控裝置中，4使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來，微電子和計算機技術的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機械制造的各個領域中，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系統(tǒng)均是以數(shù)控機床為基礎，它們代表著數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢。1.3、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況我國從1958年由北京機床研究所和清華大學等首先研制數(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。1972-1979年是數(shù)控機床的生產和使用階段。例如：清華大學研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領域開始研究與應用；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供應市場。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。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、吸收國外先進技術基礎上，北京機床研究所又開發(fā)出BSO3經濟型數(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)控技術的發(fā)展，使我國數(shù)控機床在品種上、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。1.4、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢從數(shù)控機床技術水平看，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)的適應能力。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產廠家，諸如日本的FANCU,德國的SIEMENS和美國的A-B公司，產品都向系列化、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構，內存容量擴大到1MB以上，機床分辨率可達0.1微米，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在驅動系統(tǒng)方面，交流驅動系統(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。1.5、數(shù)控機床改造的意義5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年代已經開始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術、經濟、市場和生產上的原因。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的通用機床，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)有設備技術改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術改造機床，正是適應了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術與傳統(tǒng)技術相結合的基礎上。在機床改造中引入微機的應用，不但技術上具有先進性，同時，在應用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案，有較大的通用性與可調性。而且所投入的改造費用低，一套經濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3至1/5,用戶承擔的起。從若干單位成功應用的實例可以證明，投入使用后，確實成倍地提高了生產效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術經濟效益。因此，我國提出從大力推廣經濟型數(shù)控這一中間技術的基礎上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國的經濟水平、教育水平和生產水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。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、使用經驗，而且也是實現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機械制造技術朝機電一體化的方向過渡的主要內容之一。6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，產生軸向竄動，影響進給精度。通過調整可消除絲杠與絲母間的間隙，但實踐證明，這種調整方法只消除了絲母的磨損間隙，而沒有消除絲杠的磨損間隙。如果按絲杠磨損較大部位調整絲母，則在絲杠磨損較小部位可能因間隙過小而使進給手柄轉動太沉。經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精度因磨損而嚴重下降的問題。普通車床的橫向進給機構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都有指導意義。幾十年來，國內外車床一直采用上述的傳統(tǒng)結構，操作者在使用過程中必須經常進行調整，并把這項工作列入一級保養(yǎng)內容。因此，增加了工人的勞動強度，降低了設備的利用率，即使這樣也不能很好地保證設備的精度。2.1常見改進方案及存在問題針對普通車床橫向進給機構的進給精度問題國內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，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。機床只是在修復后最初階段能夠保障橫向進給精度，數(shù)月后就進人反復調整階段.而且加大了維修成本。2.有的專家試圖用改進橫向進給絲杠支承結構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，但仍然沒有從實質上解決問題。這種方法的缺點是改造的成本和維修費用很大。3.80年代中期，隨著電子技術的進步與發(fā)展，國內外的專家們紛紛采用數(shù)控或數(shù)顯技術對機床進行改造。采用數(shù)控技術改善機床進給機構精度，尤其是采用閉環(huán)控制，很好地解決了進給精度問題。但是這種技術改造成本太高，一般企業(yè)無法承受。采用數(shù)顯技術改善機床進給精度的實例在國內比較多，雖然這種方案比數(shù)控技術改造投資小，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備改造，一般企業(yè)僅把這項技術應用于精、大、稀設備的改造，最常見的是造價幾十萬元的鏜銑床改造。7第三章、機械系統(tǒng)的改造設計方案臥式車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣減少改造的工作量。主軸的正轉、反轉和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉速，可用2~4速的多速電機和單速主電動機；當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比電動機大)。其中，當采用有級變速時，可選用浙超力電機有限公司生產的YD系列7.5KW的三湘異步電動機，實現(xiàn)2~4檔變速；當采用無級變速時，應加裝交流變頻器，推動F1000——G0075T3B,適配7.5KW電動機，生產廠家為煙臺惠豐電子有限公司。3.2、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的電動三爪自定心卡盤。卡盤的夾緊與松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。安裝自動回轉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，選用常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司生產的LD4B——CK6140型四工位立式電動機，自動換刀需要配置相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。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，需要配置主軸脈沖發(fā)生器為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動。當中，改造后的車床能夠加工的最大螺紋導程是24mm,Z向的進給脈沖當量是半脈沖，所以螺紋編碼器每轉—傳輸出的脈沖數(shù)應不少于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經邏輯運算獲得2400個脈沖(一轉內),這樣編碼器的線數(shù)可降到1200線(A、B信號)。另外，為了重復車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉一個得零位脈沖Z?；谏鲜鲆x擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05VO-15-壓+5V,每轉輸出1200個A/B脈沖與一個Z脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑15mm,生產廠家為長春光機數(shù)顯技術有限公司。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8編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結構簡單，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，一般盡量裝在與主軸同步旋轉的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為1:1的同步齒形帶與主軸連接起來，需要注意的是編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性聯(lián)結，且車床主軸的最高轉速不允許超過編碼器的最高許用轉速。3.3、進給系統(tǒng)的改造與設計方案1)拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，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。6)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。9第四章、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：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設計減速箱、選擇步進電動機等。以下詳細介紹橫向進給機構。4.1、脈沖當量的確定根據(jù)設計任務的要求，X方向(橫向)的脈沖當量為脈沖為δx=0.005mm/4.2切削力的計算以下是橫向切削力的詳細計算過程。設工件材料為碳素結構鋼，δb=650MPa;選用刀具材料為硬質合金YT15;刀具幾何參數(shù)為：主偏角k=60°,前角r?=10°,刃傾角λs=-5°;切削用量為：背吃刀量ap=3mm,進給量f=0.6mm/r,切削速度ve=105m/min。查表，得：主偏角K,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。算得橫向進給切削力Fp=935.69N,背向力Fp=1069.36N。4.3、滾珠絲杠螺母副的的計算和選型(橫向)(1)計算進給率引力Fm橫向導軌為燕尾型，計算如下：=1.4×670+0.2(2680+2×10(2)計算最大動yyWL20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預緊滾珠絲桿副，額定動載荷為8800N,可滿足要求，選定精度為3級。(4)傳動效率η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2023,支撐間距L=450mm;絲桿螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的1/3.由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿又進行了預拉緊，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ,。查【機電一體化設計手冊】相關圖表，W因為進行了預緊，故3)支撐滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形δ因為施加預緊力，故綜合以上幾項變量之和：=0.001365mm顯然此變形量已大于定位精度要求，應該采用相應的措施修改設計，但因橫向溜板受空間限制，不宜再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力，重新計算如下：=1155N(6)壓桿穩(wěn)定性校核計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk(6)壓桿穩(wěn)定性校核式中：E-----絲桿材料彈性模量，對剛E=20.6×10-?I------截面慣性矩，絲桿截面慣性矩4.4、步進電動機的計算與選型(橫向)直徑d?=40mm,總長(帶接桿)1=1560mm,導程p?=6mm,材料密度p=7.85×103kg/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€零部件的轉動慣量如下(具體計算過程從略):滾珠絲桿的轉動慣量j。=30.78kg·cm2;床鞍折算到絲桿上的轉動慣量j。=1.21kg·cm2小帶輪的轉動慣量j=0.95kg·cm2;大帶輪的轉動慣量j?=1.99kg·cm2。在設計減速箱時，初選的橫向步進電動機型號130BYG5501,從表中查得該型號電動T=Tmax+T根據(jù)式(4-13),考慮縱向傳動鏈的總效率η,計算快速空載起動時折算到電t?——步進電機由靜止到加速至所需要的時間，單位時間s。式中v——橫向空載最快移動速度，任務書指定為3000mm/min;將以上各值代入式(4-15),算得n=1200r/min=0.7;則由式(4-14)求得：可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為：則由式(17),得：最后由式(4-20,求得快速空載起動時電動機轉矩所承受的負載轉矩為：TqFTmax+T2.82N.Ta=T+TTa=T+T其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩T1‘計算。本設計中在對滾珠絲杠進行計算的壓滾珠絲杠進行計算的壓再計算承受最大工作頁載Fe=2615.4N}I肓況下，移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩掛求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩：經過上述計算后，得到加在步進電動機轉軸上的最大等效負載轉矩：K=4,則步進電動機的最大靜轉矩應滿足：T;max≥4T=4×2.82N·m=11.28N-m(4-25)對于前面預選的130BYG5501型步進電動機，由表可知，其最大靜轉Tjimax=20N·m,可見完全滿足要求。(4)步進電動機的性能校核1)最快工進速度時電動機輸出轉矩校核任務書給定橫向最快工進速度Vmx=400mm/min,脈沖當量δ=0.005mm/脈沖，求出電機對應的運行頻率fmaxr=400/(60×0.01)Hz≈1333Hz。從130BYG5501的運行矩頻特性圖6-4可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉矩Tmaxf≈17N·m,遠遠大于最大工作負載轉矩Teq2=1.78N·m,滿足要求。2)最快空載移動時電動機輸出轉矩校核任務書給定橫向最快空載移動速度0.005)Hz=10000Hz。查得，在此頻率下，電動機的輸出轉矩Tmx=3.8N·m,大于快速空載起動時的負載轉矩Tq?=2.82N·m,滿足要求。3)最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度130BYG5501的極限運行頻率為20000Hz,可見沒有超出上限。4)起動頻率的計算已知電動機轉軸上的總轉動慣量J=57.55kgcm,電動機轉子自身的轉動慣量Jm=33kg.cm,查表可知電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載起動頻率fa=1800Hz。則由式可以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率上式說明，要想保證步進電寸候的起動頻率都必須小于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)。綜上所述，本設計中橫向進給系統(tǒng)選用130BYG5501足設計要求。步進電動機，可以滿第五章、繪制進給傳動機構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的裝配圖了。在繪制裝配圖時，需要考慮以下問題：1)了解原車床的詳細結構，從有關資料中查閱床身、床鞍、中滑板、刀架等的結構尺寸。2)根據(jù)載荷特點和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結構，以及軸承的預緊和調節(jié)方式。3)考慮各部件之間的定位、連接和調整方式。例如：應保證絲杠兩端支承與螺母座同軸，保證絲杠與機床導軌平行，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，同步帶的張緊力調節(jié)，步進電動機的聯(lián)接與定位等。4)考慮密封、防護、潤滑以及安全機構等問題。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。5)在進行各零部件設計時，應注意裝配的工藝學，考慮裝配的順序，保證安裝、調試和拆卸的方便。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，重要配合尺寸的標注，裝配技術要求、標題欄等。第六章、控制系統(tǒng)硬件電路設計根據(jù)人任務書的要求，設計控制系統(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與按鈕信號；3)接收車床限位開關信號；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向步進電動機的驅動器；7)控制主軸的正轉、反轉與停止；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。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AT89S52;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機的串行通信經過MAX233芯片。復合電路晶振電路M芯片M芯片并行芯片2隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大隔離放大X向步進電動機Z向步進電動機刀架電動機主軸電動機卡盤電動機切削液泵電動機刀架刀位信號限位開關信號鍵盤與顯示口芯片8279串行接口芯片單片機D/A轉換芯螺紋光柵信號交流變頻器主軸電動機MAX23操作面板開關/按鈕信號圖6-1控制系統(tǒng)原理框圖第七章、步進電動機驅動電源的選用本例中X向步進電動機的型號為110BYG5802,Z向步進電動機的型號為130BYG5501,生產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DC120~310V,電流5A。這樣，兩臺電動機的驅動電源可用同一型號。在此，選擇合肥科林數(shù)控科技有限責任公司生產的五相混合式調頻調壓型步進驅動器，型號為BD5A。它與控制系統(tǒng)的連接如圖7-1所示。+5V+5Vo方向脈沖AB方向脈沖ABCX脈沖(PB7)DENo—N保護接地PE保護接地PEO圖7-1BD5A驅動器與控制系統(tǒng)連接第八章、控制系統(tǒng)的部分軟件設計根據(jù)地址譯碼器U4(74LS138)的連接情況，可以算出主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配，如表8-1所示。表8-1主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配器件名稱地址選擇線(A15-A0)址單元數(shù)地址編碼H4212.控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序進入相應的功能處理。系統(tǒng)監(jiān)控管理程序流程圖如圖8-1。統(tǒng)上電復位統(tǒng)上電復位工作狀態(tài)選擇回零?Y回零處理手動?Y自動處理編輯處理空刀處理編輯?空刀?自動?圖8-1監(jiān)控管理程序流程3.8255芯片初始化子程序B255:MOVMOVDPTR,#3FFFH;指向8255的控制口地址均為方式0MOVXMOVDPTR,#3FFCHMOVA,#OFFHMOVXMOVDPTR,#3FFDHMOVA,#OFFHMOVXRET8279芯片初始化子程序MOVMOVXWAIT:MOVXDPTR,#5FFFHA,#OCFHA,@DPTRACC.7,WAIT有狀態(tài)字的時，清除才結束MOVA,#08H雙鍵互鎖MOVX@DPTR,AMOVA,#34HMOVX@DPTR,ARET控制字被寫入;預置PA口全“1”輸出全“1”到PA口;預置PB口全“1”輸出全“1”到PB口指向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;編碼掃描，左入口，16位字符顯示，分頻系數(shù)取208279控制LED顯示子程序設顯示緩沖區(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內部RAM的6BH~73H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：DIR:MOVDPTR,#5FFFH;指向8279的控制口地址MOVA,#90H;寫8279顯示RAM的命令MOVX;從顯示RAM的OOH地址開始寫，每寫一次，顯示RAM的地址自動加1MOVR0,#6BHMOVR7,#09H;顯示緩沖區(qū)的首地址為6BH;顯示緩沖區(qū)的長度為9個字節(jié)DIRO:MOVA,@RO;從CPU的RAM中讀取顯示段碼的編碼MOVCA,#05HA,@A+PCR7,DIRO;送到8279顯示RAM中指定的字節(jié);寫8279的下一個顯示RAM;循環(huán)9次，寫成9位顯示DTAB:DBDBDBDBDBDBDBDBDBDB段碼字符ZUW023456789編碼DBDB4AHDBDBDBDBDB;根據(jù)系統(tǒng)需要編制字庫當需要顯示一組字符時，首先給顯示緩沖區(qū)的6BH~73H這9個字節(jié)賦值，然后調用DIR子程序即可。例如，要顯示“X—1234.56”,程序如下：MOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVCALL6BH,#O2H6CH,#03H6DH,#OAH6EH,#0CH70H,#OEH71H,#19H72H,#10H73H,#11HDIR“X”的一半“X”的另一半2:;向8279的顯示RAM寫數(shù)(6BH)(6CH)(6DH)(6EH)(6FH)(70H)(71H)(72H)(73H)6字符編碼：02H03HOAH0CHODHOEH19H8279管理鍵盤子程序如插圖所示，當矩陣鍵盤有鍵按下時，8279既向CPU的INT1申請中斷，CPU隨即執(zhí)行中斷服務程序，從8279的FIFO中讀取鍵值，程序如下：CLREX1MOVDPTR,#5FFFH;指向8279控制口地址MOVA,#01000000B;準備讀8279FIFO的命令MOVX@DPTR,A;寫入8279控制口MOVDPTR,#5FFEH;指向8279數(shù)據(jù)口地址MOVXA,@DPTR;讀出鍵值CJNEA,#KEY0,NEXTO;依次進行判別JMP-KEY0;對應鍵進行處理NEXTO:CJNEJMPNEXT0:CJNEJMPA,#KEY1,NEXT1-KEY1A,#KEY2,NEXT2-KEY27.D/A電路輸出模擬電壓程序如插圖所示，當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轉換電路即可輸出直流電壓。程序如下：MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#DATA;準備輸出的數(shù)字量00H~0FFHMOVX@DPTR,A;輸出直流電壓0~10V8.步進電動機的運動控制順序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，詳細的設計思路見第四張第四節(jié)。9.電動刀架的轉位控制程序電動刀架的轉位包括控制刀架電動機的正轉、反轉與停止，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?，F(xiàn)以主軸正轉為例，從書后插頁圖6-7可以看出，主軸的正轉由8255的PA0來控制，當用低電平信號來控制主軸正轉時，程序如下：MOVMOVXCLR主軸正轉DPTP,#3FFCHA,@DPTRACC.0@DPTR,A第九章、結論經過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經濟性、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，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局。第十章心得體會這次課程設計中，我所從事設計的課題是經濟型數(shù)控車床主傳動機構設計。此類數(shù)控車床屬于經濟型中檔精度機床，這類機床的傳動要求采用手動與電控雙操縱方式，在一定范圍內實現(xiàn)電控變速?？傮w的設計方案就是對傳動方案進行比較，繪出轉速圖，對箱體及內部結構進行設計，包括軸和齒輪的設計、校核等。為什么要設計此類數(shù)控車床呢?因為隨著我國國民經濟的不斷發(fā)展，我國制造業(yè)領域涌現(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，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)生產規(guī)模小，突出的任務就是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產面貌，使之盡可能提高自動化程度，保證加工質量，減輕勞動強度，提高經濟效益。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的通用機床，自動化程度低，要想在近幾年內用自動和精密設備更新現(xiàn)有機床，不論是資金還是我國機床廠的能力都是辦不到的。因此，普通機床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經濟水平、教育水平和生產水平，已成為我國設備技術改造主要方法之一。目前，我國經濟型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了幾十種簡易數(shù)控系統(tǒng)，有力地促進了我國數(shù)控事業(yè)的發(fā)展。經濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的生產實際，我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能地降低價格。經濟型數(shù)控車床有許多優(yōu)點。1)其降格便宜，且性能價格比適中，與進口標準數(shù)控車床相比，前者