畢業(yè)設(shè)計（論文）-CA6140普通車床經(jīng)濟型數(shù)控改造（全套圖紙）

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1、目 錄 I 目目 錄錄 摘 要 Abstract.2 1 緒論.3 1.1 引言.3 1.2 機床數(shù)控改造的目的.4 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā).5 1.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展.5 1.3.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.6 1.4 數(shù)控改造的必要性.6 1.5 數(shù)控機床改造的優(yōu)點.7 1.6 數(shù)控機床改造的設(shè)計步驟.8 1.7 CA6140 的數(shù)控改造.9 1.7.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇.9 1.7.2 CPU 和存儲器 10 1.7.3 I/O 接口電路.11 目 錄 II 1.7.4 其它部件的選擇.11 2 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算.13 2.1 縱向進給系統(tǒng)得設(shè)計計算（裝配圖 2）13 2.

2、1.1 選擇脈沖當量：.13 2.1.2 計算切削力：.13 2.1.3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型：.15 2.1.4 齒輪及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計算：.16 2.2 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算：.18 2.2.1 切削力計算：.19 2.2.2 滾珠絲杠設(shè)計計算：.19 2.2.3 齒輪及設(shè)計的有關(guān)計算：.21 2.2.3 步進電機的選擇：.22 2.3 自動刀架的設(shè)計.24 2.3.1 刀架的抬起：.24 2.3.2 刀架的回轉(zhuǎn)和選位.25 2.3.2 刀架的下降定位和壓緊.26 2.3.3 減速機構(gòu)的設(shè)計計算.26 2.3.3 蝸桿傳動的設(shè)計計算.30 2.3.4 螺旋升降裝置得設(shè)計計算.33 3

3、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.38 3.1 概述.38 3.2 8088 微處理器控制系統(tǒng)設(shè)計39 3.2.1 主要技術(shù)特性及硬件配置.39 3.2.2 存儲空間的分配.39 3.2.3I/O 地址分配39 3.2.4 單片機部分電路設(shè)計圖如圖紙所示.39 3.2.5 光電隔離電路.39 3.2.6 功率放大電路.40 目 錄 III 3.2.7 其他輔助電路.41 4 軟件設(shè)計部分.42 4.1 概述.42 4.2 總體方案設(shè)計.42 4.3 插補方法的確定.43 4.4 進給控制字 FCW 的設(shè)置 45 4.5 環(huán)行分配器的子程序.45 附 錄 .46 附 錄 .52 致 謝57 參考文獻58 摘

4、 要 近 20 年來.我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床走過了引進技術(shù)、消化吸收和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè) 化的歷程。目前.數(shù)控機床己經(jīng)成為機床行業(yè)的新的經(jīng)濟增長點.發(fā)展迅速,正方興 未艾。 應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對 C A 6140 普通車床進行自動化和精密化的改裝，改裝技術(shù)主 要為:在車床上附加數(shù)控裝置和執(zhí)行元件，選擇合適的機床伺服系統(tǒng)和計算機系統(tǒng) 等.結(jié)果表明:經(jīng)改造后的機床完全能實現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動 控制，提高了原機床的生產(chǎn)效率，降低了勞動強度采用數(shù)控技術(shù)改造的有效途徑. 術(shù)對企業(yè)原有機床進行改造，即發(fā)展經(jīng)濟型的數(shù)控機床是當前工礦企業(yè)的成功之 路。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：車床 數(shù)控技術(shù) 技術(shù)改造 Abstrac

5、t 2 Abstract In the recent 20 years.Our country numerical control technology and the numerical control engine bed passed through the introduction technology, the digestion have absorbed and realize the industrial production course. At present.Numerical control engine bed oneself after becomes the en

6、gine bed profession the new economical point of growth.Develops rapidly,Is being on the rise. The application numerical control technology 6140 conventional lathes carries on automated and the precision re-equipping to C the A, the re-equipping technology mainly is:Attaches the numerical control ins

7、tallment and the functional element on the lathe, chooses the appropriate engine bed servosystem and the computer system and so on.The result indicated that,Definitely can realize the processing outer annulus, the taper, the thread, the end surface after the transformation engine bed and so on the a

8、utomatic control, enhanced the original engine bed production efficiency, reduced the labor intensity to use the numerical control technology to carry on the transformation to the enterprise original engine bed, namely the development economy numerical control engine bed was the current industry and

9、 mining enterprise engine bed technological transformations effective way. KeyWords：Lathe; Numerical control technology;Technological transformations 緒論 3 1 緒論 1.1 引言 提高數(shù)控車床的可靠性已成為當前數(shù)控車床制造企業(yè)自身生存和發(fā)展的關(guān)鍵。 在市場競爭日趨激烈的情況下,只有那些可靠性高的數(shù)控車床才能受到用戶的青睞。 數(shù)控車床是否可靠成為廣大用戶選購數(shù)控車床的重要標準。我國數(shù)控機床近年來 在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域都有較快的發(fā)展,但與工業(yè)發(fā)達國家

10、相比,仍存在較大差距。數(shù)控 技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。我國數(shù)控技術(shù)的研究應(yīng)用水平還很低, 嚴重制約著我國制造水平的提高。發(fā)展民族數(shù)控事業(yè)是迫在眉睫的大事。 隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn) 品的更新?lián)Q代也不斷加速，因此對機床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且 應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機床的產(chǎn)生，隨著電子 技術(shù)，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床迅速的發(fā)展起來。 從第一臺數(shù)控機床（1952 年 美國）問世至今，機床的數(shù)控化率在不斷的提 高。世界各工業(yè)國家已普遍生產(chǎn)和應(yīng)用，日本生產(chǎn)機床的數(shù)控化率在 1988 年就已 達到 70

11、%。 我國從開放搞活以來，加快了數(shù)控機床技術(shù)的引進，促使我國的機床數(shù)控技 術(shù)的普及和發(fā)展。當前普遍應(yīng)用的微型計算機數(shù)控機床，它綜合了電子技術(shù)、計 算機技術(shù)、自動化技術(shù)、測量技術(shù)和機械制造等方面的最新成果，是一種靈活高 效的自動化機床，是機電一體化的典型產(chǎn)品之一。各大企業(yè)不斷設(shè)置數(shù)控機床擴 大再生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備。數(shù)控機床的普及率不斷提高，這種情況下，普通機床 的數(shù)控改造是否必要可從以下幾點說明。 數(shù)控機床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問題，能夠 穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是應(yīng)用數(shù)控機床還是受到其他條件的限 制。 數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大，對中小企業(yè)常是力不從心。

12、 目前各企業(yè)都有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且 替代的機床閑置起來又造成浪費。 國內(nèi)訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)需要。 緒論 4 通過數(shù)控機床對具體生產(chǎn)有多余功能。 要較好地解決上述問題，應(yīng)走普通車床數(shù)控改造之路，從一些工業(yè)化國的經(jīng) 驗者，機床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機床占有較大比例。如：日本的大 企業(yè)中有近 30%的機床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則是 70%以上。在美國有許多數(shù)控 專業(yè)化公司為世界各地提供機床數(shù)控改造服務(wù)。我國作為機床大國-為了提高機床 的數(shù)控化率對普通機床進行數(shù)控改造不失為一種良策。一些發(fā)達國家如德國、美 國、 日本等就非常重視對

13、舊機床的改造， 而且已形成了一個完善的產(chǎn)學研結(jié)合 的改造體系。 由于技術(shù)的不斷進步，機床改造已成為一個永恒的課題。 我國應(yīng) 在這方面加大宣傳力度， 走出一條適合我國國情的機床的數(shù)控改造之路。機床數(shù) 控改造節(jié)省資金，同購置新機床相比一般可節(jié)省 6080的費用，大型及特殊 設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的 1/3 即使將原機床的結(jié) 構(gòu)進行徹底改造升級， 也只需花費購買新機床 60的費用， 并可以利用現(xiàn)有地 基。性能穩(wěn)定可靠， 因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而 影響精度。機床經(jīng)數(shù)控改造后， 即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高 3-7 倍。對復(fù)雜零件而言，

14、 難度越高， 功效提高得越多。 且可以不用或少用工 裝，不僅節(jié)約了費用，而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。因此，普通機床的數(shù)控不但 存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小企業(yè)更是如此。 1.2 機床數(shù)控改造的目的 設(shè)備是企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)和實現(xiàn)經(jīng)營目標的物質(zhì)基礎(chǔ)。設(shè)備的技術(shù)性能 和技術(shù)狀態(tài)不但直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，還關(guān)系工時、材料和能源的有效利用， 同時對企業(yè)的經(jīng)濟效益也會產(chǎn)生深遠影響。設(shè)備的技術(shù)改造和更新直接影響企業(yè) 的技術(shù)進步、產(chǎn)品開發(fā)和市場開拓。因此，從企業(yè)產(chǎn)品更新替代、發(fā)展品種、提 高質(zhì)量、降低能耗，提高勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益的實際出發(fā)，進行充分的技術(shù)分 析，有針對性的用新技術(shù)改造和更新現(xiàn)有設(shè)備，是

15、提高企業(yè)素質(zhì)和市場競爭力的 一種有效方法。 據(jù)全國工業(yè)普查的統(tǒng)計資料介紹，截止到 2000 年底，數(shù)量較多涉及面較寬的 金屬加工機床的擁有量約為 384 萬臺，其中役齡在 6 15 年約為 153. 2 萬臺，約 占 39. 9%，役齡在 16a 以上約為 133. 7 萬臺，約占 34. 8%。這表明我國工業(yè)制造 緒論 5 業(yè)的裝備，乃至各行各業(yè)的設(shè)備仍有相當大數(shù)量比較落后，有待改造或更新。鑒 于此，采用數(shù)控技術(shù)對普通機床進行數(shù)控改造，尤其適合我國機床擁有量大，生 產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展 1.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展 第二次世界大戰(zhàn)后，美國為革新飛機制造業(yè)中用

16、于仿形機床的靠模和樣件的 加工設(shè)備，開始研制新型機床。1952 年，美國帕森斯公司Parsons Co.)與麻省 理工學院伺服機構(gòu)實驗室(Serve Mechanics Laboratory of TheMassachusetts Institute of Technology)合作，研制成功第一代數(shù)控系統(tǒng)。用于三坐標立式銑 床。其插補裝置采用脈沖乘法器，整個控制裝置由真空管組成。1959 年，晶體管 元件問世，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印制板電路，從此數(shù)控系統(tǒng)進入第二代。 1965 年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，由于其體積較小，功耗低，抗干擾能力較強， 使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到進一步提高，數(shù)控系統(tǒng)

17、發(fā)展到第三代。上述三代數(shù)控系 統(tǒng)均為硬接線數(shù)控系統(tǒng)，稱為普通數(shù)控系統(tǒng)(NC)o 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn) 了以小型計算機替代專用硬接線裝置，以控制軟件實現(xiàn)數(shù)控功能的計算機數(shù)控系 統(tǒng)(CNC)，使數(shù)控系統(tǒng)進入第四代。1970 年前后，美國英特爾(Intel)公司首先開 發(fā)和使用了四位微處理器，1974 年美、日等國首先研制出以微處理器為核心的數(shù) 控系統(tǒng)，由于中、大規(guī)模集成電路的集成度和可靠性高、價格低廉，所以微處理 器數(shù)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。這就是微機數(shù)控系統(tǒng)，從而使數(shù)控系統(tǒng)進入了第五 代?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)為了進一步擴展功能，增強實時控制能力和可靠性，常采用多 微處理器結(jié)構(gòu)，如 SIEMENS 公

18、司的 SINUMERIK 840D 和日本 FANUC 公司 FANUC of 系列等。由多個微處理器構(gòu)成功能模塊，各功能模塊之間的互連與通信，或采用 共享總線結(jié)構(gòu)，或采用共享存貯器結(jié)構(gòu) 1.3.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1、向高速度、高精度發(fā)展 緒論 6 現(xiàn)代機床數(shù)控系統(tǒng)多采用 32 位 CPU 和多 CPU 并行技術(shù)，使運算速度得了很大 的提高。與高性能數(shù)控系統(tǒng)相配合，現(xiàn)代數(shù)控機床采用了交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺 服電機的位置、速度和電流環(huán)都實現(xiàn)了數(shù)字化。數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動軸數(shù)多達 9 個， 使機床可以加工較復(fù)雜的空間線型或型面。 2、可靠性的提高 由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的模塊化、通用化和標準化，便于組織批

19、量生產(chǎn)，故可保 證產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大量采用大規(guī)模集成電路，采用專用芯片及混合式集 成電路，提高了集成度，減少了元器件數(shù)量，提高了可靠性。 3、采用自動程序編制技術(shù) 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)利用其自身很強的存貯及運算能力，(如 SINUMERIK 840DCPU 采 用 Pent iumIII 處理器)把很多自動編程功能植入數(shù)控系統(tǒng)。在一些新型的數(shù)控系 統(tǒng)中，還裝入了小型工藝數(shù)據(jù)庫，使得數(shù)控系統(tǒng)不僅具有在線零件程序編制功能， 而且可以在零件程序編制過程中，根據(jù)機床性能，工件材料及零件加工要求，自 動選擇最佳刀具及切削用量。 4、具有更高的通信功能 為了適應(yīng)自動技術(shù)的進一步發(fā)展，適應(yīng)工廠自動化的規(guī)模越來

20、越大的要求， 為了滿足不同廠家不同類型數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)需要，現(xiàn)代機床數(shù)控系統(tǒng)的通信功能 不斷加強，不少系統(tǒng)具有遠程診斷功能和 Ethernet interface 接口。實現(xiàn)遠程通 訊功能。美國通用汽車公司在 1983 年提出的制造自動化協(xié)議(MAP-Manufacture Automation Protocol)是眾多通信標準中發(fā)展最快的一個。MAP 的主要特點是提 供以開放性為基礎(chǔ)的局部網(wǎng)絡(luò)，使來自許多廠房的設(shè)備可以通過相同的通信協(xié)議 而相互連接，由于 MAP 的出現(xiàn)，推動了通信標準化的進程。 1.4 數(shù)控改造的必要性 數(shù)控機床可以較好地解決形狀復(fù)雜，精密，小批及多變零件的加工問題。能 夠穩(wěn)

21、定加工和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機床的應(yīng)用也受到其他條件的限制。 1 數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大，對中小企業(yè)常是心有余而力不足。 2 目前，個企業(yè)都是大量的普通機床，完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而 且替代下的機床閑置起來有會造成浪費。 緒論 7 3 在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。 4 通用數(shù)控機床對具體生產(chǎn)有多余功能。 要較好地解決上述問題，應(yīng)走普通車床數(shù)控改造之路，在國外已發(fā)展成為一 個新興的工業(yè)部門，早在 60 年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這們業(yè)務(wù)。 從美國，日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看，機床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機 床占有較大比例。如日

22、本的大企業(yè)中有 26%的機床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則是 74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控改造業(yè)務(wù)。我國是擁有 300 萬臺機床的國家，而這些機床又大量是多年累計生產(chǎn)的通用機床，自動化程 度低，要想在近幾年內(nèi)用自動化和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機床，不論是資金還是我國 機床制造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(jīng)濟水平，教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之 一。 1.5 數(shù)控機床改造的優(yōu)點 數(shù)控機床改造一般是指對普通機床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置， 從而使機床具有數(shù)控加工能力。其改造的優(yōu)點有： 1 從提高資本效率出發(fā)，改造閑

23、置設(shè)備，能發(fā)揮機床的原有功能和改造后的 新增功能，提高機床的使用價值。 2 適應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)。 3 自動化程度高，專業(yè)性強，加工精度高，生產(chǎn)效率高。 4 降低對工人技術(shù)水平的要求。 5 數(shù)控改造費用低，經(jīng)濟性好。 6 數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需 1.6 數(shù)控機床改造的設(shè)計步驟 將普通機床改造為數(shù)控機床，是一項技術(shù)性很強的工作，必須根據(jù)加工對象 的要求和工廠實際情況，確定切實可行的技術(shù)改造方案，搞好機床的改造設(shè)計。 其改造設(shè)計的一般工程如下 1 對加工對象進行工藝分析，確定工藝方案，被加工工件既是機床改造的依 據(jù)，又是機床改造后加工的對象。不同形狀，不同技術(shù)要求工件，其加工方法就

24、 緒論 8 不同，對機床的要求也不相同。例如，對于圓柱形狀的零件可用車削，外圓磨等 方法加工，而平面則一般用銑削，平面磨等方法加工；對精度，表面粗糙度要求 一般的外圓柱表面，常用車削加工；而精度高和表面粗糙度要求低時則要在外圓 磨床上加工。在工藝分析基礎(chǔ)上，繪制工序圖，初步選定切削用量，刀具運動路 線，計算生產(chǎn)率。然后計算切削力及切削功率，從而計算出進給系統(tǒng)需要的功率 和力矩等。這是選擇方案及驅(qū)動部件的依據(jù)，目前多用類比法或測定法完成。 2 分析被改造機床，確定被改造機床類型 ，改造機床和設(shè)計機床是不同的 ，機床設(shè)計是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，對機床的整機進行設(shè)計，然后將機床的各組成零， 部件逐一地制造

25、，最后裝成機床，而機床改造則是圍繞某臺機床進行工作，不僅 要考慮機床本身結(jié)構(gòu)的改造，還要考慮工藝系統(tǒng)中的刀具，夾具及其它輔具的改 進，以滿足生產(chǎn)的需要。在制定機床改造方案時，可先根據(jù)指定的工藝方案，初 步選定被改造機床的類型，然后對被選定的機床進行認真分析，了解被改造機床 的技術(shù)規(guī)格，技術(shù)狀況，各部聯(lián)系尺寸等，分析機床強度和剛度，分析被改造機 床能否適應(yīng)改造要求以及經(jīng)濟性等。最后確定被改造機床的型號。 3 擬定技術(shù)措施，制定改造方案 根據(jù)加工對象的要求和被改造機床的實際情 況，擬定應(yīng)采取的措施，指定出機床的改造方案，選用外購件時，一定要保證質(zhì) 量。在擬定技術(shù)措施，指定改造方案的過程中，應(yīng)充分進

26、行技術(shù)經(jīng)濟分析，力求 改造的機床不僅能滿足技術(shù)性能的要求，還要獲得最佳的經(jīng)濟效益，使技術(shù)的先 進性與經(jīng)濟性較好地統(tǒng)一起來。 4 設(shè)計或選用數(shù)控裝置 在滿足加工零件要求的同時，盡量使設(shè)計的數(shù)控裝 置功能強，穩(wěn)定可靠，通用性好，價格低，或選用國內(nèi)生產(chǎn)較好的專用數(shù)控裝置。 5 進行機床改造的技術(shù)設(shè)計 6 繪制機床改造的工作圖。 7 整機安裝調(diào)試。 數(shù)控機床在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,但數(shù)控機床一次性投資較大,對機 床進行數(shù)控化改造不失為一良策。闡述了 CA6140 普通數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)的改 進及機床控制系統(tǒng)的改造, 主要介紹了對 CA6 14 0 車床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造 ,主 要包括縱向、橫向

27、進給系統(tǒng)及刀架的改造 ,CA6 14 0 車床主軸轉(zhuǎn)速部分保留原車 床的手動變速功能。改造簡單易行 ,可降低勞動強度 ,提高生產(chǎn)效率. 緒論 9 1.7 CA6140 的數(shù)控改造 本設(shè)計任務(wù)是對 CA6140 普通車床進行數(shù)控改造。利用微機數(shù)控系統(tǒng)改造縱、 橫向進給系統(tǒng)，進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量 0.01mm/脈沖，橫向為 0.005mm/脈 沖。驅(qū)動元件采用直流步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠 1.7.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 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(wù)等進 行綜合考慮，盡量選用名牌產(chǎn)品。 根據(jù)被改機床的結(jié)構(gòu)、 性能及被加工零件的 精度來選擇數(shù)控系統(tǒng)。 既要功

28、能相匹配，又要盡量減少過剩的數(shù)控功能。 這樣 一方面可避免資金浪費，另一方面也可避免因數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜而增加的故障率。 目前數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型：步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)；異步電機或直流 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)， 其伺服驅(qū)動裝置主要是步進電 機、 功率步進電機、 電液脈沖馬達等。該系統(tǒng)位移精度較低， 但結(jié)構(gòu)簡單、 調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強、 對環(huán)境室溫要求不高， 易改裝成功。 適用于精度要求一般的中小型機床的改造，也是目前數(shù)控改造中應(yīng) 用最為廣泛的一種。 異步電機或直流電機拖動光

29、柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制 精度高，但在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜， 工作量大，成本也高， 調(diào)試困難， 一般不采用。 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)， 其精度介 于前二者之間，結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單，適用于控制精度要求較高的大、 中型機床的改造。 總體方案確定為用一個完全緩沖的 8088 微處理器對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪減速，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱橫向 進給運動。示意圖如圖 1 所示。 緒論 10 圖 1.1 總體方案 在一個大的系統(tǒng)中，總線必須經(jīng)過緩沖，這是因為 8086/8088 微處理器只能 驅(qū)動 10 個負載，而大系統(tǒng)常

30、常有更多的負載。由于設(shè)計的是經(jīng)濟型車床的改造， 所以在考慮具體的方案時，其本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減 少改動量，以降低成本。 8088 微處理器在數(shù)控改造應(yīng)用較普通，各種應(yīng)用軟件較多，系統(tǒng)開發(fā)較容易， 且其價格低廉，抗干擾性強，可靠性高，速度快，指令系統(tǒng)的效率高，體積小， 最適宜用來開發(fā)簡易和小型專用的數(shù)控裝置。 1.7.2 CPU 和存儲器 由于 8088 微處理器是無片內(nèi)程序存儲器,需要擴展外部程序存儲器,同時, 8088 微處理器內(nèi)部只有 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器,也不能滿足控制系統(tǒng)的要求,故擴 展了兩片 2764 的程序存儲器和一片 6264 數(shù)據(jù)存儲器。8088 微

31、處理器的 A0-A19 和 D0-D7 用來傳送外部存儲器的地址和數(shù)據(jù),一個經(jīng)過完全緩沖的 8088 微處理器， 有 8 個地址引腳 A15-A8，使用的是 74LS244 八緩沖器；8 個數(shù)據(jù)總線引腳 D7- D0，使用的是 74LS245 雙向總線緩沖器；控制總線信號 IO/M，RD，WR，使用的是 74LS244 緩沖器。一個經(jīng)過完全緩沖的 8088 系統(tǒng)，需要兩片 74LS244，一片 74LS245 和兩片 74LS373。74LS245 的方向由 DT/R 信號控制，由 DEN 信號允許和 禁止。8088 微處理器的 A8-A15 和 74LS373 送出的八位地址共同組成 16

32、位地址, 緒論 11 2764 和 6264 芯片都是 8KB,需要 13 根地址線,A0A12 接 8088 微處理器的 13 根地 址總線,系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片 2764 芯片片選信號 CE 分別接 74LS138 譯碼器 的 Y0 和 Y1,系統(tǒng)復(fù)位后程序從 0000H 開始執(zhí)行。6264 的片選信號 CE 也接 74LS138 譯碼器的 Y2，8088 微處理器控制信號 M/IO 接 2764 的 OE 引腳,讀寫控制 信號 WR 和 RD 分別接 6264 芯片的 WE 和 OE,以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。 1.7.3 I/O 接口電路 由于 8088 微處理器的 I/O 接口

33、使用不能滿足輸入輸出口的需求,因而系統(tǒng)擴 展了兩片 8155 可編程輸入輸出接口電路。8155 的片選信號 CE 分別接 74LS138 的 Y3 和 Y4,74LS138 譯碼器的三個輸入端 A、B、C 分別接到 8088 微處理器的 A13、A14、A15。I/O 接口與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的:8155(1)芯片的 PA0PA5 為 面板上的選擇開關(guān);PB0PB7 是各種運行的點動控制;PC0PC3 發(fā)出刀位信號,控制 刀架電機回轉(zhuǎn),到達指定的刀位,刀架夾緊之后,發(fā)出換刀回答信號,經(jīng) 8155(1)的 PB5 輸入計算機,控制刀架開始進給。8155(2)芯片的 PA0PA7 為 Z、X 向

34、電機輸出 驅(qū)動脈沖,PB0PB3 是鍵盤掃描輸入,PB4PB7 的輸出是 X!Y 向的限位控制,PC0PC5 是顯示器的位選信號,顯示器的段選信號由 8088 微處理器的 D0-D7 控制。 1.7.4 其它部件的選擇 直流步進電動機參照金屬切削機床設(shè)計簡明手冊選取。滾珠絲杠選取 FC 系列，江漢機床廠的產(chǎn)品樣本。為內(nèi)循環(huán)雙螺母墊片預(yù)進，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單， 裝卸方便、剛度高。 縱向進給機構(gòu)的改造。拆除原機床的進給箱和溜板箱，在原機床進給箱處安 裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，采用原固定方式。 橫向進給機構(gòu)改造。拆除原手動機構(gòu)，用于微進給和機床刀具對零件操作， 原有的支承結(jié)構(gòu)也保留。步進

35、電機、齒輪箱體安裝在機床后側(cè)。 縱橫向進給機構(gòu)都采用了一級齒輪（調(diào)隙齒輪傳動）減速，調(diào)隙齒輪（可調(diào) 拉彈簧式）用于消除齒輪傳動中的間隙，以提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的驅(qū)動精度。 在原溜板箱處安裝縱、橫向快速進給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機床調(diào)整時的 操作需要和遇到意外情況時的緊急處理需要。CA6140 數(shù)控改造的總體方案示意圖 緒論 2 加工工件圖紙 數(shù)控程序的編制 手工輸入 計算機 磁帶 控制計算機 功率放大器 步進電機 變速箱 步進電機 變速箱 車床 尾座 工件 或 圖 1.2 普通車床數(shù)控改造的總體方案 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 13 2 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 2.1 縱向進給系統(tǒng)得設(shè)計計算（裝配

36、圖 2） 工作臺重量：80kg 時間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm 行程：L=1200 mm 脈沖當量：=0.018mm/step 步距角：=0.75/step 快速進給速度： =2m/min max V 加工最大直徑：=400 mm 加工最大長度：1000 mm 溜板及力架重力：800N 刀架快段速度：2.4 m/min 最大進給速度：0.6 m/min 主電機功率：7.5KW 起動加速時間：30 ms 機床定位精度0.015 mm 2.1.1 選擇脈沖當量： 根據(jù)機床精度要求確定，縱向 0.01mm/步。 2.1.2 計算切削力： 縱車外圓; 由文獻可知切削功率=Nk 式中：

37、 c N N電動機功率 7.5KW 主動系統(tǒng)總功率一般為 0.60.7 取 =0.65 K進給系統(tǒng)功率系數(shù)：取 0.96 =NK=7.50.650.96=4.68Kw c N 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 14 又因= 有=6120 c N 6120 VFz z F V Nc 式中 V切削速度取 100m/min 主切削力=61204.68/100=286.416kgf=2806.88N z F 由參考文獻三可知，主切削力 ZZ FZ Y Z x pFz KFfFaCF 查表: =188kgf mm Z F C XFz=1 YFZ=0.75 KTfz=1 則可計算如下表: (mm) p a 2223

38、33 F(mm)0.20.30.40.20.30.4 Fz(kgf) 112.5152.4189.1168.7228.7283.7 當=283.7 kgf 時，切削深度=3mm，走刀量 f=0.4 mm，此參數(shù)作為下 z F p a 邊計算用，由參考文獻三得一般外圓車削時 =(0.10.6) =(0.150.7) x F z F y F z F =0.5 =0.5286.416=143.208 kgf=1403.44 N x F z F =0.6 =0.6286.416=171.8496 kgf=1684.1 N y F z F 橫切端面： 主切削力（kgf）可取縱切的 1/2 z F = 1

39、/2=143.208 kgf=1403.44 N z F z F 取=0.6 =0.6143.208=85.9248 kgf=842.06 N x F z F =0.5=0.5143.208=71.604 kgf=701.72 N y F z F 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 15 2.1.3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型： 縱向進給絲杠 計算進給率引力（N） m F 縱向進給為綜合導(dǎo)軌=K+f（+G） m F x F z F 式中 K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)綜合導(dǎo)軌取 K=1.15 f滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 0.150.18，取 0.16 G溜板及力架重力：800 N =K+f(+ G)=1.15140

40、3.44+0.16(2806.88+800)=2191.06 N m F x F z F 計算最大的負載 C C= fwL1/3 其中 m F 10 60 nT l 0 1000 l v n s 其中 L0滾珠絲杠導(dǎo)軌。 初選 L0=6 mm Vs最大切削力 F 的進給速度可取最高進給速度的（1/21/3）， 此外 Vs=0.6m/min。 T使用壽命 按 15000h 運轉(zhuǎn)系數(shù)。按一般運轉(zhuǎn)取 f w=1.21.5。 w f L壽命以 106轉(zhuǎn)為 1 單位。 N=1000Vs/ L0=10000.60.5/6=50r/min L=60nT/10=605015000/10=45 Q= Fm fw

41、L1/3=451/31.22191.06=9352.04 N 滾珠絲杠螺母副的選型。 根據(jù)最大動負荷 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如。滾珠絲杠參照 江漢機床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為 30mm，型號為BFC1 ,其額定動載荷是 10689N,所以強度足夠用。 21 54*20EBFC 傳動效率計算 螺旋升角 2 44 )tan( tan =0.94 )10442tan( 442tan )tan( tan 0 0 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 16 剛度計算： 滾珠絲杠受工作負載 Fx 引起的導(dǎo)程 L0 的變化量 L1= Fm Fm/E F 其中：在工作負載 Fx 作用下引起每一導(dǎo)程

42、的變化量 mm） 1 L 工作負載即進給率引力 N m F 滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm） 0 L E材料彈性模數(shù)對鋼 E 為 20.6104（N/ mm2） S滾珠絲杠截面積（內(nèi)徑）（mm2） S=（d/2）2 d=d0+2e-2Rs=36.3789 S=（d!/2）2=(36.379/2) 2 3.14=10.38mm 其中=（0.510.56）=1.836 S R w P e=0.707(-)=0.025 S R 2 W D 故 L = =2191.060.6/20.610610.38=6.142810-6cm EF LFm 0 滾珠絲杠受扭轉(zhuǎn)引起的導(dǎo)程變化量 = + 很小，忽略不計。 2 L

43、2 L 2 0 L 所以 L= += 1 L 2 L 1 L = =100/0.66.142810-6=10.238m 0 100 L L 查表知 E 紋精度絲杠允許誤差 15m 10.238m15m 剛度夠 穩(wěn)定性校核： 滾珠絲杠兩端用推力球軸承，支承基本不變，穩(wěn)定性不存在問題。 2.1.4 齒輪及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計算： 設(shè)計計算公式均來自參考文獻三 縱向傳動有關(guān)齒輪計算，傳動比 i =0.756/3600.01=1.25 p L i 360 0 滾珠絲杠導(dǎo)程 步距角 脈沖當量 0 L P 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 17 故取 =32 =40 m=2mm b=18 =20 =m=64mm 1 Z 2

44、 Z 1 d 1 Z = mZ2=80mm =+2ha*=68mm =84mm 2 d 1 d 1 d 2 d =d1-2hf=59mm =75mm d=+/2=72mm 1f d 2f d 1 d 2 d 轉(zhuǎn)動慣量的計算 ()工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 =(180p/) 2W=（1800.001/3.140.75）280=0.468kgfcm2 1 J ()絲杠轉(zhuǎn)動慣量 =7.81044.04150.0=29.95kgcm2 2 J ()齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 =7.81046.441.8=2.355kgcm2 3 J =7.81048.041.8=5.75kgcm2 4 J ()電機轉(zhuǎn)動慣

45、量很小可以忽略 總的轉(zhuǎn)動慣量為 J J=1/22（J2+J4）+J1+J3=1/1.252（29.95+5.75）+2.355+0.468=22.586kgcm2 3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算 快速空載啟動時所需力矩 M 起 =+ 起 M maxa M F M 0 M 最大切削負載時所需力矩 M=+ at M F M 0 M t M 快速進給時所需力矩 M= Mf+ 0 M 式中 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩 maxa M 折算到電機軸上的摩擦力力矩 F M 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力力矩 0 M 切削時折算到電機軸上的加速度力矩 at M 折算到電機軸上的切削負載力矩 t

46、 M =Jn/9.6T10-4Nm a M 當 n=時， = max n a M maxa M = =20001.25/6=416.7r/min max n 0 max L iv =22.586416.7/9.60.02510-4=40.0138kgfcm maxa M 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 18 當 n=時， s-導(dǎo)程 6mm t n ata MM =10001000.41.25/3.14806=33.17r/min 0 l fn n i t 主 =22.5833.17/9.60.02510-4=0.3112Nm=3.175kgfcm at M i WLf i LF M f 22 0 ,

47、00 當 =0.8，f=0.16 時 =0.16800.6/23.140.825=1.223kgfcm f M )1 ( 2 2 0 00 0 i LP M =0.9，預(yù)加載荷,則 0 x FP 3 1 0 =143.2080.6(1-0.92)/63.140.81.25=0.866kgfcm i LF M x 6 )1 ( 2 00 0 =143.2080.6/23.140.81.25=13.68kgfcm i LF M x t 2 0 所以，快速空載啟動所需力矩 M= + + =40.0138+1.223+0.866=42.10kgfcm maxa M f M 0 M 切削時所需力矩 M=

48、 + + + =3.175+1.223+0.866+13.68=18.95kgfcm at M f M 0 M t M 快速進給時所需力矩： M=+=1.223+0.866=2.089kgfcm f M 0 M 從以上數(shù)據(jù)分析，所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動時。 cmNcmkgfM. 0 . 421.10.42 max 2.2 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算： 由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似。所用的公式不在詳細說明 工作臺重量：30kg 時間常數(shù) ：T=25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 19 行程：L=226mm 脈沖當量：p=0.005mm/step 步距角：

49、=0.75/step 快速進給速度： =1m/min max V 加工最大直徑：210mm 刀架快移速度：1.2m/min 最大進給速度：0.3m/min 主電機功率：7.5kw 2.2.1 切削力計算： 橫向進給量為縱向的 1/31/2，取 1/2。則切削力約為縱向的 1/2 =1/2286.416kgf=143.208kgf z F 在切斷工件時=0.6=0.6143.208=85.925kgf Y F z F =0.5=0.5143.208=71.604kgf x F z F 2.2.2 滾珠絲杠設(shè)計計算： 強度計算 對于燕尾型導(dǎo)軌 P=k+f(+W+2) x F z F Y F 取 k

50、=1.4 f=0.2 則 Fm=1.471.604+0.2(143.2+30+285.925)=169.26kgf n=1000 =30r/min 0 L Vcs X 壽命值：L=60ntT/10 6 則 L=60nT/106=603015000/106=27 Q=271/31.2169.26=609.33=5971.4N 根據(jù)最大動負荷 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如。滾珠絲杠參照 江漢機床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為 25mm，型號為BFC1 左,其額定動載荷是 7596N,所以強度足夠用。 21 54*25EBFC 效率計算 螺旋開角 r=339 摩擦角 =10 數(shù)據(jù)參數(shù)

51、的選擇及其計算 20 =tgr/tg(r+)=tg339/tg(339+10)=0.956 剛度驗算 橫向絲杠支撐方式如下圖 4，最大牽引力為 169.25kgf,支撐間距 L=450mm 圖 2.1 橫向絲杠支撐圖 滾珠絲杠受工作負載 P 引起的導(dǎo)程 L0 的變化量為： d=+2e-2=25+20.020.650.707-20.520.65=21.96mm 0 d s R 其中 L0=5mm E=20.6106N/cm2 EF PL L 0 1 F=（d/2）2=3.79cm2 =169.259.80.5/20.61063.79 =10.6210-6 1 L 滾珠絲杠受扭距引起的導(dǎo)稱變化量很

52、小，可以忽略，故 =21.3m/m 1 L L 1 三級精度絲杠允許誤差為 15m，所以剛度不夠，滾珠絲杠直徑亦不加大， 采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則 Q=1.471.6+0.04（143.208+30+285.925）=114.5kgf L=114.059.80.5/20.61063.79=7.1610-6 =7.1610-6/0.5=14.32m/m 此時剛度夠用 穩(wěn)定性計算 由于選用的絲杠直徑和以前機床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存 在問題。 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 21 2.2.3 齒輪及設(shè)計的有關(guān)計算： 傳動比：i=s/3600.005=0.755/3600.005=

53、2.08 取 Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm =20 d1=48mm d2=100mm d1=52mm d2=104mm df1=43mm df1=95mm d=74mm (1)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 =（1800.005/3.140.75）230=0.0438kgfcm2 2 J 絲杠轉(zhuǎn)動慣量 =7.8-42.5445=1.37kgcm2 S J 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 =7.8-44.842=0.828 kgcm2 1z J =7.8-41042=15.6 kgcm2 2z J 電動機轉(zhuǎn)動慣量忽略，總轉(zhuǎn)動慣量 J=1/22（JS+JZ2）+ JZ1+ J

54、S =1/2.082（1.371+15.6）+0.8281+0.0438 =4.79kgcm2 (2)所需轉(zhuǎn)動力矩計算 = =10002.08/5=416r/min max n 5 i v = =4.7941610-4/9.60.025=0.83Nm=8.47kgfcm max M T Jn 6 . 9 max = =10001000.152.08/3.14805=24.84 r/min 0 L fn n t t 主 0 1000 DL Vfi =4.7924.8410-4/9.60.025=0.0495 Nm=0.506 kgfcm at M = =FWS/2i=0.2300.5/23.14

55、0.82.08=0.287 kgfcm f M i LF 2 00 =85.9250.5（1-0.92）/23.140.82.08=0.781 kgfcm)1 ( 6 2 0 0 0 i LF M Y 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 22 =85.9250.5/23.140.82.08=4.111 kgfcm i LF M y t 2 0 快速空載起動所需轉(zhuǎn)矩 = + +=8.47+0.287+0.781=9.538 kgfcm 啟 M maxa M f M 0 M 切削時所需轉(zhuǎn)矩 = +M+ +=0.506+0.287+0.781+4.111=5.685 kgfcm 切 M at M 0 M t M

56、 快速進給時所需轉(zhuǎn)矩 = =0.287+0.781=1.068kgfcm 快 M 0 MM f 從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時 =9.538kgfcm=95.38N.cm maxa M 2.2.3 步進電機的選擇： （一） 步進電機選用的基本原則 合理選用步進電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際 工作情況，經(jīng)過分析才能正確選擇。現(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下： 1 步距角 a 步距角應(yīng)滿足： i mn 式中 i-傳動比 -系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。 mn 2 精度 步進電機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

57、后，轉(zhuǎn)子的實際轉(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用。所選用的步進電機應(yīng)滿足 iQm 式中 -步進電機的積累誤差； m -系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部分允許的角度誤差。 s 3 轉(zhuǎn)距 為了使步進電機正常運行（不失步，不越步），正常啟動并滿足對 轉(zhuǎn)速度的要求，必須考慮： 1） 啟動力矩 一般啟動力矩選取為： 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 23 5 . 03 . 0 0 l q M M 式中 -電動機啟動力矩 q M -電動機靜負載力矩。 0L M 根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表 7-2 所示。為步進電機 im M 的最大靜轉(zhuǎn)距，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的，如表 7-3，表 7-4

58、，表 7-5 所示。 表在參考文獻三 347 P 2） 在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜栽力矩 與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性距之和。 4 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降 低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足； opt ff 式中 -極限啟動頻率； t f -要求步進電機最高啟動頻率。 mp f 0 （二） 步進電機的選擇 1 CA6140 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 cmN M M I q .125.685 4 . 0 10*405.27 4 . 0 0 為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查

59、表知： =0.866 所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距為： imq MM im M cmN M Mim.14.791 866 . 0 125.685 866 . 0 0 步進電機最高工作頻率 Hz v f p 3 . 3333 1 . 0*60 2000 60 max max 綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要求。 2 CA6140 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 cmN M M L q .825.65 4 . 0 10*633 . 2 4 . 0 0 電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知： 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 24 866 . 0 im q M M 所以，步進電機最大

60、靜轉(zhuǎn)距為： im M cmN M M q im .01.76 866 . 0 825.65 866 . 0 步進電機最高工作頻率 HZ v f p 3 . 3333 05 . 0 *60 1000 60 max max 為了便于設(shè)計和采購，仍然選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要 求 2.3 自動刀架的設(shè)計 經(jīng)濟型數(shù)控車床一般都配有四工位自動回轉(zhuǎn)刀架,它是據(jù)微機數(shù)控系統(tǒng)改造傳 統(tǒng)機床設(shè)備的需要,同時兼顧刀架機床上能夠獨立控制的需要而設(shè)計的?，F(xiàn)有自動 回轉(zhuǎn)刀,其結(jié)構(gòu)主要有插銷式和端齒盤式。由于刀架生產(chǎn)廠家無一標準,因此,結(jié)構(gòu)、 尺寸各異。由于目前使用較多的是端齒盤式四工位自動刀架

61、,所以就選用端齒盤式 四工位自動刀架。 從自動轉(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自 動完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動作。下面依次討論刀 架要完成上述過程的設(shè)計原理。 2.3.1 刀架的抬起： 利用螺紋傳動將旋轉(zhuǎn)運動變成軸向直線運動，從而達到抬起刀架的目的，在 這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。在刀架的抬起過程中要防止刀架轉(zhuǎn) 動這可通過設(shè)計一個帶有斜面的粗定位銷和定位銷槽的配合來完成，并使斜面間 摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，大于上述轉(zhuǎn)動摩擦力矩。 2.3.2 刀架的回轉(zhuǎn)和選位 刀架由一個微電機通過傳動系統(tǒng)來帶動刀架的轉(zhuǎn)動，軸線是豎直的而轉(zhuǎn)速比 起微電機來

62、要慢的多，由于電機空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動軸 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 25 線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動比較適合于這場合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動的 動作原理是：當?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r由一個正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動刀架轉(zhuǎn)動，因 此刀架的抬起運動和轉(zhuǎn)動由同一傳動系統(tǒng)來先后完成。 刀架轉(zhuǎn)過一定角度后要選位看一看轉(zhuǎn)到這個位置的刀具是否符合加工要求， 這一切是由于微機程序來實現(xiàn)具體的說當?shù)都苻D(zhuǎn)動此位置時程序自動地將改位置 的編碼與所需刀具編碼加以比較，若相同，該刀具就選定此位，否則再移動，重 復(fù)上述過程。 每次轉(zhuǎn)過的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來確定由于設(shè)計的四工位刀架，每 次轉(zhuǎn) 360/4=9

63、0；對于五方刀架，每次轉(zhuǎn) 360/5=72；對于六方刀架，每次轉(zhuǎn) 360/6=60 度。刀架編碼位數(shù)也各不相同。對于四方刀架，由兩位二進制數(shù)即可表 示完全，四個刀位編碼分別為 00，01，10，11。對于五方刀架，必須由三位二進 制數(shù)表示，即 000，001，011，110，111。六方刀架編碼為 000，001，011，100，110，111。刀架編碼信號的發(fā)出，是由于裝在隨刀架一起 轉(zhuǎn)動的微機電源開關(guān)來實現(xiàn)的。微機開關(guān)的觸頭朝外，它的開頭狀態(tài)由一個內(nèi)表 面凸輪來控制。凸輪實際上是只有一定半徑差的兩個內(nèi)圈弧表面。微動開關(guān)觸頭 與小半徑差的兩個內(nèi)圓弧表面接觸，開關(guān)便接通；與大半徑內(nèi)圓弧表面接觸

64、，開 關(guān)便中斷與此對應(yīng)的信號分別是 0 和 1。所需要的微動開關(guān)數(shù)目，等于編碼的位 數(shù)。即四方刀架有兩個微動開關(guān)，五方和六方刀架各有三個微動開關(guān)。另外，刀 架編碼信號并非刀架轉(zhuǎn)到此位置時才發(fā)出，而是提前發(fā)出的。刀具的選位位置由 一個粗定位開關(guān)來控制的。當?shù)都苻D(zhuǎn)到某個刀位時，粗定位開關(guān)發(fā)信號，停轉(zhuǎn)， 微機進行編碼比較，根據(jù)比較結(jié)果，或刀架選定此位，或繼續(xù)轉(zhuǎn)動。粗定位開關(guān) 的通斷控制也是由一個類似于表面凸輪的定位槽來完成。 2.3.2 刀架的下降定位和壓緊 刀架選定位置后，斜面插入斜面槽中，使之粗定位。然后微機控制使微電機 反轉(zhuǎn)由于斜面銷的棘輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)，只是下降，再由精定位元件來精定 位。 精定位元件有若干中，常采用錐形定位銷定位，但是，如果只用一個定位銷 定位，那么刀架的定位精度和定位剛度都不滿足。若用多個定位銷定位，定位銷 孔的位置精度要求極高，加工難度較大。相比之下，端面齒盤定位的優(yōu)點較為明 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計算 26 顯。端面齒盤來精定位齒盤齒廓部分的形狀精度可