普通車床數(shù)控改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………</p><p>　　Abstract…………………………………………</p><p>　　前言………………………………………………</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p

2、><p>　　§1 數(shù)控機(jī)床的概念，組成，特點(diǎn)…………………</p><p>　　§2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀……………………</p><p>　　§3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的…………………………………</p><p>　　§4 設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法…………………………………</p><p&

3、gt;　　第二章 微型數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定</p><p>　　§1 畢業(yè)論文的要求和內(nèi)容…………………………</p><p>　　§2 總體方案的確定…………………………………</p><p>　　第三章、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　§1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量及切削力的確定………………

4、…</p><p>　　§2 切削力的計(jì)算……………………………………</p><p>　　§3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型………</p><p>　　§4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算…………………………</p><p>　　§5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用…………………………</p>

5、<p>　　第四章、微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　§1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容………………………</p><p>　　§2 80C51單片機(jī)及其擴(kuò)展…………………………</p><p>　　第五章 數(shù)控機(jī)床的零件加工程序</p><p><b>　　第六章 心得與體會(huì)</b>

6、</p><p><b>　　第七章 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　附表：混合式步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)資料</p><p><b>　　普通車床數(shù)控改造</b></p><p>　　——用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為500mm普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)</p><p>　　摘要：了

7、解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)控是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)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,如可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)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(dòng)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(gè)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。總體設(shè)計(jì)方案：在普通車床上采用適合現(xiàn)場實(shí)

8、時(shí)控制的80C51單片機(jī)為控制器，以運(yùn)行特性好、可靠性高的步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控、車床、改造、80C51單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；</p><p>　　Abstract:Numerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automa

9、ticallu 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 mach

10、ines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly </p><p>　　Key word: Numeric

11、al Control、machining、improvement、single-chip computer 80C51、step motor；</p><p><b>　　前   言</b></p><p>　　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)

12、展要求。     本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行改造,以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及刀架的快速換刀,使傳動(dòng)系統(tǒng)變得十分簡單，傳動(dòng)鏈大大縮短,傳動(dòng)件數(shù)減少,從而提高機(jī)床的精度。     設(shè)計(jì)中，我們對(duì)有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(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)床的組成及其工作原

13、理，擴(kuò)大了我們的知識(shí)面。     隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。</p><p><b>　　第一章 緒論</b&

14、gt;</p><p>　　§1 數(shù)控機(jī)床的概念及組、特點(diǎn)</p><p><b>　　1．?dāng)?shù)控機(jī)床的概念</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的機(jī)床控制技術(shù)。數(shù)字控制（Numerical Control，簡稱NC）是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。</p>

15、;<p>　　數(shù)控機(jī)床（NC Machine）就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)、通信技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。</p><p>　　國家信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information Processing，簡稱IFIP）第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下

16、定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。</p><p><b>　　2．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床的種類很多，但任何一種數(shù)控機(jī)床都是由控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)和機(jī)床本體等若干基本部分組成，如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1

17、 數(shù)控機(jī)床的組成</p><p><b>　?。?）控制介質(zhì)</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，不需要操作工人直接操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對(duì)工件位移信息，因此，控制介質(zhì)就是將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)

18、有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤和USB接口介質(zhì)等?？刂平橘|(zhì)上記載的加工信息要經(jīng)過輸入裝置傳送給數(shù)控裝置，常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器和USB接口等。</p><p>　　除了上述幾種控制介質(zhì)外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接輸入程序和數(shù)據(jù)。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其他

19、計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信（如局域網(wǎng)），將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。</p><p><b>　?。?）數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)。它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床進(jìn)給并加工零件。數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置4部分組成，如圖1-2所示。</

20、p><p>　　輸入裝置接受由穿孔帶閱讀機(jī)輸出的代碼，經(jīng)識(shí)別與譯碼之后分別輸入到各個(gè)相應(yīng)的寄存器，這些指令與數(shù)據(jù)將作為控制與運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)?？刂破鹘邮茌斎胙b置的指令，根據(jù)指令控制運(yùn)算器與輸入裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種操作（如控制工作臺(tái)沿某一坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)、主軸變速和冷卻液的開關(guān)等）以及控制整機(jī)的工作循環(huán)（如控制閱讀機(jī)的啟動(dòng)或停止、控制運(yùn)算器的運(yùn)算和控制輸出信號(hào)等）。</p><p>　　運(yùn)算器接受

21、控制器的指令，將輸入裝置送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運(yùn)算，并不斷向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于加工復(fù)雜零件的輪廓控制系統(tǒng)，運(yùn)算器的</p><p>　　圖1-2 數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)</p><p>　　重要功能是進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。所謂插補(bǔ)運(yùn)算就是將每個(gè)程序段輸入的工件輪廓上的某起始點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送入運(yùn)算器，經(jīng)過運(yùn)算之后在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)密化”，并按控制器的指令向輸出裝置

22、送出計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　輸出裝置根據(jù)控制器的指令將運(yùn)算器送來的計(jì)算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的坐標(biāo)軸，使機(jī)床完成刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　目前均采用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置。微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元（CPU）又稱微處理器，是一種大規(guī)模集成電路。它將運(yùn)算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計(jì)算機(jī)中，輸入與輸出電路采用大規(guī)模集成電路，即所謂的I/O

23、接口。微型計(jì)算機(jī)擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲(chǔ)介質(zhì)，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤存儲(chǔ)器等。存儲(chǔ)器可分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）兩種類型，前者用于存放系統(tǒng)的控制程序，后者存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工作參數(shù)或用戶的零件加工程序。微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的工作原理與上述硬件數(shù)控裝置的工作原理相同，只是前者采用通用的硬件，不同的功能通過改變軟件來實(shí)現(xiàn)，因此更為靈活與經(jīng)濟(jì)。</p><p><b>　?。?/p>

24、3）伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床本體的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或使執(zhí)行部分動(dòng)作，以加工出符合要求的工件。指令信息是脈沖信息的體現(xiàn)，每個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。機(jī)械加工中一般常用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖，目前所

25、使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一般為0.001mm/脈沖。</p><p>　　伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，它的好壞直接影響著數(shù)控加工的速度、位置、精度等。伺服機(jī)構(gòu)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置，隨數(shù)控系統(tǒng)的不同而不同。開環(huán)系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)常用步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)；閉環(huán)系統(tǒng)常用寬調(diào)速直流電機(jī)和電液伺服驅(qū)動(dòng)裝置等。</p><p><b>　　（4）輔助控制系統(tǒng)</b></p>

26、<p>　　輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。它接受數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)變速、刀具選擇交換、輔助裝置動(dòng)作等指令信號(hào)，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件，以完成各種規(guī)定的動(dòng)作。此外，有些開關(guān)信號(hào)經(jīng)過輔助控制系統(tǒng)傳輸給數(shù)控裝置進(jìn)行處理。</p><p><b>　?。?）機(jī)床本體</b></p>

27、<p>　　機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由機(jī)床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各種運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、床鞍、主軸等）所組成。它是完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。其具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸與伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度和耐磨性。</p><

28、p>　　更多采用了高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。</p><p>　　與傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局，傳動(dòng)系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很多變化。這些變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，因此，必須建立數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的新概念。</p><p><b>　　數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)</b></p>

29、;<p>　　1信息輸入 2數(shù)控裝置 3 伺服驅(qū)動(dòng)裝置 逐點(diǎn)比較法步驟</p><p>　　和檢測反饋裝置 4機(jī)床本體 5機(jī)電接口 1判別2進(jìn)給3 計(jì)算4 比較</p><p>　　分類 位置檢測裝置：要求</p><p>　　按運(yùn)動(dòng) 1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

30、 1受外界因素影響要小 長期保持精度 </p><p>　　2直線控制數(shù)控機(jī)床 2能滿足速度和精度的要求</p><p>　　3輪廓控制的數(shù)控機(jī)床 3 結(jié)構(gòu)簡單成本低</p><p>　　按伺服系統(tǒng)類型 > 感應(yīng)同步器 工

31、作原理 </p><p>　　1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 在激磁繞組上加一定的幅值 一定頻率的激</p><p>　　2閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 磁電壓時(shí)候 在感應(yīng)繞組上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電</p><p>　　3半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 壓 感應(yīng)電壓的頻率與激磁電壓相同 但

32、它的</p><p>　　按工藝方法 幅值隨滑尺相對(duì)于定尺的位移 成渝線函數(shù)規(guī)</p><p>　　1金屬切削類 律變化 當(dāng)滑尺移動(dòng)一個(gè)截距2T 感應(yīng)電壓的</p><p>　　2金屬成型類和特種加工 相位變化一個(gè)周期2π

33、 因此通過測量感應(yīng)</p><p>　　按功能 電壓的大小 推算出滑尺相對(duì)定尺的位移</p><p>　　1中央處理單元 >光柵構(gòu)成 </p><p>　　2分辨率和進(jìn)給速度 1 光源 2透鏡 3

34、標(biāo)尺光柵4 指示光柵 5光</p><p>　　3多軸聯(lián)動(dòng)功能 敏元件：將光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)6 檢測線路：</p><p>　　4顯示功能 5通訊功能 進(jìn)一步處理信號(hào)</p><p>　　CNC裝置的主要功能 >光柵工作原理&

35、lt;/p><p>　　1控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2準(zhǔn)備功能 當(dāng)兩塊柵距相同的光柵 彼此傾斜一定角度</p><p>　　3插補(bǔ)功能 4主軸速度功能 重疊放置 在光源的照射下 由于擋光效應(yīng)</p><p>　　5進(jìn)給功能 6補(bǔ)償功能 7固定循環(huán)加工功能 產(chǎn)生一系列明暗相間的條紋 成為莫爾條紋</p>

36、<p>　　8輔助功能 9字符圖形顯示功能 利用他的以下特性 可以測距 測速和鑒向 </p><p>　　10程序編制功能 11 輸入輸出和通訊 1當(dāng)用于平行光來照射光柵時(shí) 透過莫爾條</p><p>　　12自診斷功能 紋的光強(qiáng)分布近似于余弦函數(shù)規(guī)律</p>&

37、lt;p>　　CNC裝置的特點(diǎn) 2莫爾條紋移動(dòng)與光柵移動(dòng)相對(duì)應(yīng)</p><p>　　1 靈活性大 2通用性強(qiáng) 3可靠性高 當(dāng)光柵相對(duì)一個(gè)柵距d 莫爾條紋則在</p><p>　　4 可以實(shí)現(xiàn)豐富復(fù)雜的功能 5 使用維修方便 其垂直方向上移動(dòng)一個(gè)寬度w</p><p>　　6易于實(shí)

38、現(xiàn)機(jī)電一體化 3莫爾條紋具有放大作用</p><p>　　CNC裝置的體系結(jié)構(gòu) >光柵信號(hào)處理過程</p><p>　　1主從結(jié)構(gòu) 2多主結(jié)構(gòu) 3 分布式結(jié)構(gòu) 1在莫爾條紋的移動(dòng)方向上 開4個(gè)窗口 </p><p>　　CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

39、 ABCD 彼此相距W/4 透過4個(gè)窗口的</p><p>　　1 CNC 裝置的軟件硬件的界面 光強(qiáng)的變化近似預(yù)先函數(shù)規(guī)律</p><p>　　2 系統(tǒng)軟件的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)類型 2利用光敏元件 將回路光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成</p><p>　　3多任務(wù)并行處理

40、 四路相位彼此相差π/2 的交變電壓信號(hào)</p><p>　　UA UB UC UD </p><p>　　3利用差動(dòng)放大電路將四路交變電壓信號(hào) 頻率則可以測出光柵尺的移動(dòng)速度</p><p>　　轉(zhuǎn)換成兩路相位彼此相差π/2交變電壓 根據(jù)兩路方波信號(hào)彼此超前或滯后</p>

41、<p>　　信號(hào) UA UB 關(guān)系則可以鑒別出光柵尺的移動(dòng)方向</p><p>　　4通過整形將兩路交變電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成 利用信頻可以提高光柵的分辨率</p><p>　　兩路方波信號(hào)VA VB</p><p>　　5方波信號(hào)變化一個(gè)周期則表示 光柵尺</p>

42、;<p>　　移動(dòng)了一個(gè)柵距d 利用方波信號(hào)變化的 </p><p>　　伺服電機(jī) 控制信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大電路</p><p>　　三環(huán)控制 電流速度位移</p><p><b>　　對(duì)伺服系統(tǒng)的要求 </b></p><p>

43、;　　1 精度高：定位精度 輪廓 2穩(wěn)定性好</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　1電脈沖代表角位移2脈沖數(shù)代表角位移</p><p>　　3脈沖頻率代表轉(zhuǎn)速4通電順序代表轉(zhuǎn)向</p><p><b>　　步距角</b></p><p>　　α

44、=360°/mz </p><p>　　A→B→C→A 單三拍通電</p><p>　　AB→BC→CA→AB 雙三拍通電</p><p>　　A→AB→B→BC→C→CA→A 三相六拍</p><p><b>　　主要特征</b></p><p>　　1步距和轉(zhuǎn)角誤差 2最大靜扭矩&l

45、t;/p><p>　　3啟動(dòng)頻率 4連續(xù)運(yùn)行頻率</p><p><b>　　5頻矩特性</b></p><p>　　§2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀</p><p>　　高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要發(fā)展方向。</p><p>　　

46、數(shù)控技術(shù)的問世已有40多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來的一門綜合性新型學(xué)科。技術(shù)發(fā)展的需要對(duì)21 世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。</p><p>　　一、個(gè)性化的發(fā)展趨勢</p><p>　　1.高速化、高精度化、高可靠性</p><p>　　高速化：提高進(jìn)給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。 </p><p>　

47、　高精度化：其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，因?yàn)樯唐肥苄阅軆r(jià)格比的約束。</p><p><b>　　2.復(fù)合化</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化的發(fā)展，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車、銑、鉆、攻絲、絞孔和擴(kuò)孔等多種操作工序，從而提高了機(jī)床的效率和加工精度

48、，提高生產(chǎn)的柔性。</p><p><b>　　3.智能化</b></p><p>　　智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。</p>&

49、lt;p><b>　　4.柔性化、集成化</b></p><p>　　當(dāng)今世界上的數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段車間獨(dú)立制造島FA)、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是

50、各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　　二、個(gè)性化是市場適應(yīng)性發(fā)展趨勢</p><p>　　當(dāng)今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產(chǎn)品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級(jí)，用戶的個(gè)性化要求日趨強(qiáng)烈，專業(yè)化、專用化、高科技的機(jī)床越來越得到用戶的青睞。</p><p>　　三、開放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢</p>

51、<p>　　新一代數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)核心是開放性。開放性有軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)的開放式系統(tǒng)，采用模塊化，層次化的結(jié)構(gòu)，并通過形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口。</p><p>　　為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究， 數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)

52、控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年的一個(gè)新的焦點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)。</p><p>　　§3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們理論

53、聯(lián)系實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的重要步驟，它系統(tǒng)的檢驗(yàn)了我們是否是合格的畢業(yè)生。它通過對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定，進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)以及數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，使我們綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子和微機(jī)的知識(shí),進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)了我們具有加工編程能力，初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機(jī)電方面技術(shù)問題的能力。</p><p>　　§4

54、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：</p><p>　　微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)方案的擬定：（1）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定（2）伺服系統(tǒng)的選擇。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定。（4）計(jì)算機(jī)的選擇。2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)方案的確定。（2）確定脈沖當(dāng)量。（3）滾珠絲杠螺母副的選型。（4）滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型。（5）進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算。（6）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用。（7）設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)

55、一個(gè)坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖。（8）設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一張或兩張零件圖。3、微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：（1）控制系統(tǒng)方案的確定及框圖繪制。（2）MCS-51系列單片機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用。（3）I/O接口電路及譯碼電路的設(shè)計(jì)。（4）設(shè)計(jì)繪制一臺(tái)數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖。4、數(shù)控加工程序的編制：（1）零件工藝分析及確定工藝路線。（2）選擇數(shù)控機(jī)床設(shè)備。（3）確定對(duì)刀點(diǎn)。（4）選擇刀具。（5）確定切削用量。（6）編制加工

56、程序。5、直線的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)軟件程序流程框圖的繪制</p><p>　　第二章 微型數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定：</p><p>　　§1、畢業(yè)論文的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求）</p><p><b>　　1.課題名稱：</b></p><p>　　用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400

57、毫米普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)</p><p>　　2.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　最大加工直徑（mm）： 在床身上：500 在床鞍上：260</p><p>　　最大加工長度（mm）： 750 ---- 1000 </

58、p><p>　　溜板及刀架重量（N）： 縱向：1100 橫向：550 </p><p>　　刀架快移速度（m/min）： 縱向：2 橫向：1 </p><p>　　最大進(jìn)給速度（m/min）： 縱向：0.6 橫向：0.3

59、</p><p>　　最小分辨率 （mm）： 縱向：0.01 橫向：0.005</p><p>　　定位精度（mm）： 0.025</p><p>　　主電機(jī)功率（KW）： 5.5 </p><p>　

60、　起動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 30</p><p><b>　　設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1）CNC系統(tǒng)的主CPU既可采用8031單片機(jī)也可用系統(tǒng)機(jī)。</p><p>　　2）兩個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既查采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)也可用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　3）所編的零件加工程序應(yīng)

61、符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。既可用手工也可用UG等軟件編程。</p><p>　　4）所繪制的機(jī)械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　5）所編寫的軟件應(yīng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯編和通訊等。</p><p>　　6）說明書應(yīng)簡明扼要、計(jì)算準(zhǔn)確、條理清楚、圖文并茂并全部用計(jì)算機(jī)打印后裝訂成冊</p><p>　　

62、§2、總體方案的確定</p><p>　　1、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方試與伺服系統(tǒng)的選擇： 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

63、緊湊。對(duì)于簡單的應(yīng)用場合，MCS-51系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片80C51外擴(kuò)一片EPROM就能滿足功能的要求，對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場合，可以利用MCS-51的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用LCD液晶顯示器顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。</p>

64、<p>　　3、為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠，為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　系統(tǒng)總體方案框圖見圖（1）</p><p>　　第三章、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算：</p><

65、p>　　伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖等?，F(xiàn)分述如下：</p><p>　　§1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量及切削力的確定</p><p>　　脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、銑床常采用的脈沖當(dāng)量是0.01~0.005mm/脈沖

66、,根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量：縱向：0.01mm/step；橫向：0.005mm/step</p><p>　　§2 切削力的計(jì)算</p><p><b>　　1、縱車外圓：</b></p><p>　　主切削力FZ（N）由經(jīng)驗(yàn)公式（1）估算：</p><p>　　…………………………式（1）</p

67、><p>　　而……………………………………………式（2）</p><p><b>　　取，則，</b></p><p><b>　　取，則進(jìn)給抗力</b></p><p>　　X向和Y向根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（3）（4）確定</p><p>　　…………………………………………式（3）&

68、lt;/p><p>　　…………………………………………式（4）</p><p>　　則得： 2、橫切端面：</p><p>　　主切削力可取縱切的一半，即此時(shí)走刀抗力，吃刀抗力依然按上述經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算：</p><p><b>　　則得： </b></p><p>　　&

69、#167;3、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型</p><p>　　（一）縱向進(jìn)給絲杠：1 . 計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切屑時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。本次設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌，則按以下公式確定：</p><p>　　……………………………………式（5）</p>

70、;<p>　　式中：K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取K=1.15</p><p>　　—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15~0.18，取=0.16</p><p>　　G—溜板及刀架重力，由已知G=1000N</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　2 . 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q&

71、lt;/p><p>　　選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬（）轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，計(jì)算如下： ……………………………………………式（6）</p><p>　　………………………………………式（7） …………………………………………式（8）</p>

72、<p>　　式中：—為滾珠絲杠導(dǎo)程,初選絲杠導(dǎo)程Lo=6mm；</p><p>　　Vs-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,此處為0.3m/min; T-使用壽命,按15000h; fw-運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw =1.2~1.5;此處取fw=1.2； L-壽命以轉(zhuǎn)為1單位.</p><p><b>　　則：

73、</b></p><p>　　3 . 滾珠絲杠螺母副的選型：</p><p>　　查閱《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中附表1，可采用W1L2506外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動(dòng)負(fù)載為1310N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(jí)(大致相當(dāng)于老表準(zhǔn)E級(jí))</p><p>　　4 . 傳動(dòng)效率計(jì)算

74、 η=tanγ/tan(γ+φ)式中：γ—螺旋升角,W1L2506的螺旋升角γ=4°22′ φ—摩擦角取10′滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003~0.004則：η=tanγ/tan(γ+φ) =tan4°22′/tan(4°22′+10′)=0.96</p><p><b>　　5 . 剛度校核</b></p><p>　　先畫出

75、此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（2）所示：</p><p>　　圖（2）縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖</p><p>　　則： …………式（9）</p><p>　　支承間距L=1160mm，最大軸向力為2316N，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3。</p><p>　?。?）、絲杠的拉伸或壓縮變形量</p

76、><p>　　，，，……式（10）</p><p><b>　　對(duì)剛：</b></p><p>　　………………………式（11）</p><p><b>　　絲杠導(dǎo)程的變化量：</b></p><p><b>　　………式（12）</b></p>

77、<p>　　總長度L=1160mm，絲杠上的變形量，由于兩端均采用推力球軸承，則值：</p><p>　?。?）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：</p><p><b>　　由</b></p><p>　　承載滾珠數(shù)量……………………………………式（13）</p><p>　　由于對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊力

78、為軸向載荷的1/3，則變形：</p><p>　?。?）滾珠絲杠總的彈性變形量：</p><p><b>　　根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：</b></p><p>　　……………………………………………………………………式（14）</p><p><b>　　則可得：</b></p><p

79、><b>　?。?）定位誤差</b></p><p><b>　　所以，滿足要求。</b></p><p>　?。ǘM向進(jìn)給絲杠：</p><p>　　1 . 計(jì)算進(jìn)給軸向力</p><p>　　橫向?qū)к墳殡p燕尾形，有如下計(jì)算式：</p><p>　　…………………

80、………………………式（15）</p><p>　　式中：K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取K=1.4；</p><p>　　—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：取=0.2；</p><p>　　G—溜板及刀架重力，由已知G=500N則代入已知得：</p><p>　　2 . 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q</p><p>　　計(jì)算如下

81、： ……………………………………………………………………………式（6）</p><p>　　………………………………………………………………………式（7） …………………………………………………………………………式（8）</p><p>　　式中：—為滾珠絲杠導(dǎo)程,初選絲杠導(dǎo)程Lo=6mm；</p><p>　　Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度,可取最高進(jìn)

82、給速度的1/2~1/3,此處為0.3m/min; T—使用壽命,按15000h; fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw =1.2~1.5;此處取fw=1.2； L—壽命以轉(zhuǎn)為1單位.</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　3 . 滾珠絲杠螺母副的選型：</p><p>　　查閱《數(shù)控機(jī)床

83、系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中附表1，可采用W1L2005外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動(dòng)負(fù)載為8800N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(jí)(大致相當(dāng)于老表準(zhǔn)E級(jí))</p><p>　　4 . 傳動(dòng)效率計(jì)算 η=tanγ/tan(γ+φ)式中：γ—螺旋升角,W1L2005的螺旋升角γ=4°30′ φ—摩擦角取10′滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003

84、~0.004則：η=tanγ/tan(γ+φ) =tan4°30′/tan(4°30′+10′)=0.964</p><p><b>　　5 . 剛度校核</b></p><p>　　先畫出此橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（3）所示：</p><p>　　圖（3）、橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖</p>

85、<p><b>　　則………式（9）</b></p><p>　　支承間距L=530mm，最大軸向力為1919N。</p><p>　　（1）、絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p><b>　　根據(jù)：，，，</b></p><p>　　對(duì)剛：，總長度L=1160mm，絲杠上的變形量：&

86、lt;/p><p>　?。?）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：</p><p><b>　　由，</b></p><p>　　由于對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向載荷的1/3，則變形：</p><p>　?。?）滾珠絲杠總的彈性變形量：</p><p><b>　　根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：<

87、/b></p><p>　　………………………………………………………………式（14）</p><p><b>　　則可得：</b></p><p><b>　?。?）定位誤差</b></p><p>　　顯然，變形量已大于定位精度（0.02mm）要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板限制，

88、不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌（），減小摩擦力，從而減小軸向力，根據(jù)式（16）重新計(jì)算如下：</p><p><b>　　此時(shí)的變形量為：</b></p><p><b>　　則定位誤差為：</b></p><p>　　仍不能滿足精度要求0.02mm。如果將顧主絲杠再進(jìn)行預(yù)拉伸，則絲杠剛度可提高四倍，則定位誤差為：&

89、lt;/p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　?。ㄈ┛v向和橫向滾珠給絲杠副幾何參數(shù)：</p><p><b>　　其幾何參數(shù)見表1</b></p><p>　　§4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　　1. 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 (縱向

90、進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算)（1）,已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量,滾珠絲杠導(dǎo)程,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.9°,可計(jì)算出傳動(dòng)比i ………………………………式（17）可選定齒輪齒數(shù)為: </p><p>　　由齒輪傳動(dòng)比i=2/3，可以選定齒輪齒數(shù)為: =24和=36或=28和 =42，初選=28和=42的齒輪。有關(guān)參數(shù)如表2。</p><p>　　2 .

91、 齒輪齒數(shù)及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　計(jì)算出傳動(dòng)比i后,降速級(jí)數(shù)決定采用一對(duì)齒輪降速,因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大,一般?。?1~2,數(shù)控車床,銑床?。?2,此設(shè)計(jì)中取ｍ=2。為了消除齒輪側(cè)隙，此作業(yè)中采用雙片齒輪。</p><p>　　§5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用</p><p>　?。ㄒ唬┛v向機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)選型：1 . 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T

92、m ………………………………式（18） </p><p>　　式中: —脈沖當(dāng)量 (mm/step);—進(jìn)給牽引力 (N);= —步距角,初選雙拍制為0.9°;2 . 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)=1.475N.m，參考同類機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　3. 等效

93、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　JM=10Kg?cm2.</p><p><b>　　代入上式:</b></p><p><b>　　4. 電機(jī)力矩計(jì)算</b></p><p>　　機(jī)床在不同的工作情況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：</p><p>　?。?）快

94、速空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩MQ</p><p>　　在快速空載啟動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：</p><p>　　將前面數(shù)據(jù)代，各式中符號(hào)相同入。</p><p>　　nmax=vmax/δp×θb/360°=500r/min</p><p>　　啟動(dòng)加速時(shí)間ta =30ms</p><p&g

95、t;　　Mamas=J∑?ε=J×﹙2π?nmax×10-2)/60ta=634.5N?cm</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩Mf：</p><p>　　Mf=F0L0/2πηi=94N·m</p><p><b>　　附加摩擦力矩M0；</b></p><p>　　M0= F0

96、L0/2πηi·(1－η0²)=153N·cm</p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計(jì)：</b></p><p>　　MQ= Mamas＋M\f＋M0=881.5N·cm</p><p>　?。?） 快速移動(dòng)時(shí)所需的力矩M\K</p><p>　　M\K= M\f＋M0=247N

97、·cm</p><p>　?。?） 最大切削時(shí)所需的力矩M切</p><p>　　M切= M\f＋M0＋M1= M\f＋M0＋FxL0/2πηi=94＋153＋2513×0.6／2π×0.8×1.25=487N·cm</p><p>　　從上面計(jì)算可以看出MQ、MK、M切，，三種情況下，以快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩最大，

98、以此項(xiàng)為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　查的：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，λ= M切/ Mjmas=0.951</p><p>　　最大靜力矩Mjmas=881.5/0.951=927N</p><p>　　按此最大靜轉(zhuǎn)矩從附表查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m大于所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩，可最為初選型號(hào)，但還需要進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩

99、頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　5. 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)的頻率和切削時(shí)的工作頻率</p><p>　　fk=1000vmax/60δp=1000×2/60×0.01=3333Hz</p><p>　　ft=1000vt/60δp=1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p

100、>　　可查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800Hz，運(yùn)行頻率為8000Hz，再從圖2—7查出進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。從圖2—7看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，f起=2500Hz,M=100N·cm遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所需要的空載啟動(dòng)力矩（881.5N·cm），直接使用會(huì)出現(xiàn)失步，所以必須采用升降速控制，半啟動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)，啟動(dòng)力矩可提高588.4 N·cm然后在電路上

101、采用高低壓電路，還可以將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻完全可滿足要求。</p><p>　　5、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖</p><p>　　在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫機(jī)械裝配圖。見附圖（一）</p&

102、gt;<p>　　例如，雙片齒輪采用周向彈簧調(diào)整消隙法：</p><p>　　如圖（5）所示，采用了可調(diào)拉力彈簧調(diào)整間隙。在兩個(gè)薄片齒輪1和2上分別裝上耳座3和8，彈簧4的一端鉤在耳座3上，另一端鉤在耳座8的螺釘7上。用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長度即可調(diào)整彈簧的彈力，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2的左、右齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)間隙。

103、 </p><p>　?。?圖5） 雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法</p><p>　　1、2-薄片齒輪 3、8-耳座 4-彈簧 5-調(diào)節(jié)螺母 6-鎖緊螺母 7-螺釘</p><p>　　（二）橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算與選型</p><p>　　1 .

104、計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm =1.411N?m</p><p>　　2. 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)=1.411N.m，參考同類機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　3. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　JM=10Kg?cm2.</p><p><b>　　代入上式:</b>

105、</p><p><b>　　4. 電機(jī)力矩計(jì)算</b></p><p>　　機(jī)床在不同的工作情況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：</p><p>　?。?）快速空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩MQ</p><p>　　在快速空載啟動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：</p><p>　　將前

106、面數(shù)據(jù)代，各式中符號(hào)相同入。</p><p>　　nmax=vmax/δp×θb/360°=500r/min</p><p>　　啟動(dòng)加速時(shí)間ta =30ms</p><p>　　Mamas=J∑?ε=J×﹙2π?nmax×10-2)/60ta=634.5N?cm</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩

107、擦力矩Mf：</p><p>　　Mf=F0L0/2πηi=94N·m</p><p><b>　　附加摩擦力矩M0；</b></p><p>　　M0= F0L0/2πηi·(1－η0²)=153N·cm</p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計(jì)：</b>&

108、lt;/p><p>　　MQ= Mamas＋M\f＋M0=881.5N·cm</p><p>　?。?） 快速移動(dòng)時(shí)所需的力矩M\K</p><p>　　M\K= M\f＋M0=247N·cm</p><p>　?。?） 最大切削時(shí)所需的力矩M切</p><p>　　M切= M\f＋M0＋M1= M\f

109、＋M0＋FxL0/2πηi=94＋153＋2513×0.6／2π×0.8×1.25=487N·cm</p><p>　　從上面計(jì)算可以看出MQ、MK、M切，，三種情況下，以快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩最大，以此項(xiàng)為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　查的：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，λ= M切/ Mjmas=0.951</p><p&

110、gt;　　最大靜力矩Mjmas=881.5/0.951=927N</p><p>　　按此最大靜轉(zhuǎn)矩從附表查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m大于所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩，可最為初選型號(hào)，但還需要進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　5. 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí)的頻率和切削時(shí)的工作頻率</p><p>　　fk=1

111、000vmax/60δp=1000×2/60×0.01=3333Hz</p><p>　　ft=1000vt/60δp=1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p>　　可查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800Hz，運(yùn)行頻率為8000Hz，再從圖2—7查出進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。從圖2—7看出，當(dāng)步

112、進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，f起=2500Hz,M=100N·cm遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所需要的空載啟動(dòng)力矩（881.5N·cm），直接使用會(huì)出現(xiàn)失步，所以必須采用升降速控制，半啟動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)，啟動(dòng)力矩可提高588.4 N·cm然后在電路上采用高低壓電路，還可以將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻完全可滿足要求。&

113、lt;/p><p>　　5、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖</p><p>　　在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫橫向機(jī)械裝配圖。見附圖（二）</p><p>　　第四章、微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　§1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p>&

114、lt;p>　　(一)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ),也是軟件編制的前提,數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：</p><p>　　1、繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖。機(jī)床硬件電路由五部分組成：</p><p>　　主控

115、制器，即中央處理單元CPU。</p><p>　　總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。</p><p>　　存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　接口，即輸入/輸出接口電路。</p><p>　　外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。</p><p>　　2、選擇中央處理單元CPU的類型<

116、;/p><p>　　CPU的種類很多，在此處選擇MCS——51系列單片機(jī)中的80C51，因?yàn)槠浼啥雀?，穩(wěn)定性、可靠性好，體積小，而且有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功能，外圍擴(kuò)展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展電路來構(gòu)成較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　3、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)</p><p>　　存儲(chǔ)器擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展兩部分。分別選擇兩片2

117、764和一片6264來擴(kuò)展16K的內(nèi)存。</p><p>　　4、I/O接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用I/O接口芯片，步進(jìn)電機(jī)伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計(jì)（如復(fù)位、掉電保護(hù)等）。經(jīng)考慮，選擇8255為I/O接口芯片，液晶顯示控制器LR—104VRAM來控制LCD。圖中的急停開關(guān)應(yīng)采用那種按下去之后不會(huì)彈起、直到再次啟動(dòng)后操作者用手動(dòng)拔出的

118、按鈕，此處由于表達(dá)方式的限制，僅以普通按鈕表示。</p><p>　?。ǘC(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)軟件。</p><p>　　1、軟件設(shè)計(jì)步驟分為以下幾步：</p><p>　　據(jù)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能，能制定出軟件技術(shù)要求；</p><p>　　將