論文（設(shè)計(jì)）選題的來源、目的與意義：數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機(jī)床大國，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不但提高了機(jī)床的加工精度，擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍，提高了生產(chǎn)率，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，減少對(duì)工夾具的投資和數(shù)量，而且適合我國的國情。設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容：本設(shè)計(jì)是利用數(shù)控裝置對(duì)C620型普通機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)。縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為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，導(dǎo)軌用貼塑導(dǎo)軌，主軸與脈沖發(fā)生器連接等，將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改裝為用單片機(jī)控制的能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。進(jìn)度計(jì)劃（進(jìn)度時(shí)間、主要工作內(nèi)容）：4月2 日——4月9日：查閱、收集相關(guān)資料，了解相關(guān)內(nèi)容，初步確定改造方案。4月10日——4月15 日：針對(duì)改造方案，分析計(jì)算，確定所需部件，并不斷完善。4月16日——5月10日：機(jī)械部分繪圖。5月11日——5月15日：單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、繪圖。5月16日——5月20日：整理相關(guān)數(shù)據(jù)、資料，書寫設(shè)計(jì)說明書。5月21日——6月10日：翻譯相關(guān)的英文資料，檢驗(yàn)各項(xiàng)工作，打印說明書，論文答辯。主要參考文獻(xiàn)：[1]周開勤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社,2001.1[2]文懷興,夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.6[3]卜文峰.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 .5[4]濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2003.4[5]郝忠軍,雷曉鈴.綜合作業(yè)指導(dǎo)書[M].機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院，1995.4[6]明興祖.數(shù)控機(jī)床與系統(tǒng)[M].北京：中國人民大學(xué)出版社, 2000.10[7]王永章.機(jī)床的數(shù)控技術(shù)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.1[8]楊文龍主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安西安電子科技大學(xué)出版社, 2003.4論文（設(shè)計(jì)）工作起訖日期：年 4 月 2 日 至 年 6月 10 日指導(dǎo)教師（簽名） 院長/主任（簽名）本科生論文（設(shè)計(jì)）題 目 普通車床 C620 的數(shù)控改造 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 撰寫日期： 年 6 月 10 日論文（設(shè)計(jì)）選題的來源、目的與意義：數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機(jī)床大國，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不但提高了機(jī)床的加工精度，擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍，提高了生產(chǎn)率，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，減少對(duì)工夾具的投資和數(shù)量，而且適合我國的國情。設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容：本設(shè)計(jì)是利用數(shù)控裝置對(duì)C620型普通機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)?？v向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為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，導(dǎo)軌用貼塑導(dǎo)軌，主軸與脈沖發(fā)生器連接等，將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改裝為用單片機(jī)控制的能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。進(jìn)度計(jì)劃（進(jìn)度時(shí)間、主要工作內(nèi)容）：4月2 日——4月9日：查閱、收集相關(guān)資料，了解相關(guān)內(nèi)容，初步確定改造方案。4月10日——4月15 日：針對(duì)改造方案，分析計(jì)算，確定所需部件，并不斷完善。4月16日——5月10日：機(jī)械部分繪圖。5月11日——5月15日：單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、繪圖。5月16日——5月20日：整理相關(guān)數(shù)據(jù)、資料，書寫設(shè)計(jì)說明書。5月21日——6月20日：翻譯相關(guān)的英文資料，檢驗(yàn)各項(xiàng)工作，打印說明書，論文答辯。主要參考文獻(xiàn)：[1]周開勤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社,2001.1[2]文懷興,夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.6[3]卜文峰.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 .5[4]濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2003.4[5]郝忠軍,雷曉鈴.綜合作業(yè)指導(dǎo)書[M].機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院，1995.4[6]明興祖.數(shù)控機(jī)床與系統(tǒng)[M].北京：中國人民大學(xué)出版社, 2000.10[7]王永章.機(jī)床的數(shù)控技術(shù)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.1[8]楊文龍主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安西安電子科技大學(xué)出版社, 2003.4論文（設(shè)計(jì)）工作起訖日期：年 4 月 2 日 至 年 6月 18 日指導(dǎo)教師（簽名） 院長/主任（簽名）3論文（設(shè)計(jì)）英文翻譯翻譯題目 仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展 學(xué) 院專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師 本科設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告書姓名： 論文題目：普通車床 C620 的數(shù)控改造 指導(dǎo)教師 職 稱 教授 學(xué) 位 題目來源 □ 指導(dǎo)教師科研項(xiàng)目 □? 指導(dǎo)教師推薦選題 □ 學(xué)生自選 □ 其它題目類別 □? 工程設(shè)計(jì) □ 工程技術(shù)研究 □ 軟件開發(fā) □ 理論研究 □綜合【選題意義、研究現(xiàn)狀及可行性分析】意義：隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此，對(duì)機(jī)床的要求不僅要具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且還要能適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀：我國存在大批普通機(jī)床，普而通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，利用數(shù)控系統(tǒng)改造機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率,提高舊設(shè)備利用率，是十分有效的途徑?？尚行苑治觯汉唵螌?shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0 01 至 0 02ｍｍ ，已能滿足普通零件的精度要求。而且普通車床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)成熟，適合我們國情。【研究的主要問題和重點(diǎn)、難點(diǎn)、設(shè)計(jì)工作所需試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件】普通車床數(shù)控化改造關(guān)鍵在于選用連續(xù)控制系統(tǒng)。由于本機(jī)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)。在該系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向傳送的，輸入裝置把信號(hào)輸給數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算后分配出指令脈沖，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)無位置和速度檢測(cè)裝置，因此，它的精度主要由步進(jìn)電機(jī)的步距角和與之相連的絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度決定。【進(jìn)度安排】2008 年 3 月 25 日 - 2008 年 4 月 6 日 論證、開題2008 年 4 月 7 日 - 2008 年 4 月 20 日 外文翻譯、撰寫文獻(xiàn)綜述、匯報(bào)討論；2008 年 4 月 21 日 - 2008 年 5 月 11 日 撰寫論文寫作大綱、中期檢查；2008 年 5 月 12 日 - 2008 年 5 月 25 日 寫作初稿2008 年 5 月 26 日 - 2008 年 6 月 8 日 修改、定稿、打印2008 年 6 月 9 日 - 2008 年 6 月 13 日 答辯【指導(dǎo)教師意見】 （有針對(duì)性地說明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋?同意提交開題論證 □修改后提交 □不同意提交（請(qǐng)說明理由）指導(dǎo)教師簽字： 劉軍 年 月 日 【系意見】□同意開題 □修改后開題 □不同意開題（請(qǐng)說明理由）系主任簽字： 年 月 日【學(xué)院意見】□同意開題小組意見 □不同意開題小組意見（請(qǐng)說明理由） □其它（請(qǐng)說明）院長或主管院長簽章： 年 月 日 摘 要這次設(shè)計(jì)主要是將一臺(tái)C620型普通車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)，由于定位精度高，所以縱、橫向?qū)к壘捎觅N塑導(dǎo)軌，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠，同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，傳動(dòng)齒輪采用雙片錯(cuò)齒消隙齒輪，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)。為了保證加工螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?，主軸用脈沖發(fā)生器通過波紋管聯(lián)接，并將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)用單片機(jī)控制，是其成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。因?yàn)镸CS—51系列的單片機(jī)具有集成度高、可靠性高、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?？刂葡到y(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)，顯示器采用數(shù)碼管，以顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。為了達(dá)到機(jī)床要求的分辨率，傳動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠。設(shè)計(jì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床具有定位、直線插補(bǔ)、順逆圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，改造，滾珠絲杠AbstractThis design mainly is transforming an ordinary C620 lathe into an economy numerical control, because the accuracy is high, the lead rail uses plastic lead rail; the transmission system uses the ball screw. At the same time, we can carry on the pre-stretch to the guide screw and use double gears in the transmission gear to enhance the transmission rigidity and the elimination gap. The driving parts use ball screw. When processing thread, the main axle transfers a revolution, the tool holder must moves a pitch or lead of the thread, the main axle and the pulse generator link together through a corrugated pipe. A Single Chip Microcomputer controls the longitudinal and crosswise feeding system, so it will because an open-loop servo system which can move independently.The numerical control system uses the MCS-51 series 8031 Single Chip Microcomputer to expand the system. Because the MCS-51 series Single Chip Microcomputer have high integration rate, high reliability, strong function, quick speed, and strong anti-jamming ability and so on .The control system is made up of the microcomputer part, the keyboard and the monitor, the I/O interfaces and the light electricity isolation electric circuit. The system processing procedure and control orders are controlled by keyboard, the monitor realized process data and the information of machine tools with figures tube. In order to realize the resolving power, transmission system use stepper motor to drive the ball screw after being decreased.After the transformation design , the economy numerical control machine has the localization , the straight line inserts , inserts along the counter circular arc , function suspension ,circulation processing , male inch thread processing and so on .The processing quality is stable and reliable . Components processing compatibility and the automation are strengthened.Keyword: lathe， numerical control ， alteration ， ball screw 1目 錄引言 31 概述 41.1 設(shè)計(jì)的目的 .41.2 設(shè)計(jì)任務(wù) .41.3 設(shè)計(jì)的必要性 .41.3.1 數(shù)控改造目的 .41.3.2 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn) .52 總體方案設(shè)計(jì) 52.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 .52.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) .52.3 機(jī)械傳動(dòng)方式 .52.3.1 縱向滾珠絲杠 62.3.2 橫向滾珠絲杠 62.3.3 總體方案 73 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 73.1 縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng) 83.1.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 Fm(N) 83.1.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷 C93.1.3 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率計(jì)算 103.1.4 剛度驗(yàn)算 103.1.5 穩(wěn)定性校核 113.2 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng) .113.2.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力 11mF?3.2.2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C.123.2.3 選擇滾動(dòng)絲杠螺母副 .123.2.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 .133.2.5 剛度驗(yàn)算 133.2.6 穩(wěn)定性校核 .153.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 .1623.3.1 縱向進(jìn)給齒輪 箱傳動(dòng)比計(jì)算 163.3.2 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 .163.4 步進(jìn)電機(jī)的選型 .173.4.1 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) .173.4.2 橫向步進(jìn)電機(jī) .213.4.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)頻率和工作時(shí)的頻率 244 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)置 .244.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 244.2 選擇 CPU 的類型 .254.3 74LS138 CPU 和存儲(chǔ)器 .264.4 I/O 接口電路 264.5 軟件環(huán)行分配器 .274.6 控制系統(tǒng) .274.7 其它輔助電路 .28參考書目 29致 謝 30外文翻譯 313引言 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是我國加入ＷＴＯ以后，企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變、競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要更換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。而且我國存在大批普通機(jī)床，利用數(shù)控系統(tǒng)改造機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率,提高舊設(shè)備利用率，推廣機(jī)電一體化技術(shù)的重要手段。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能;另一方面是簡單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0 01 至 0 02ｍｍ ，已能滿足普通零件的精度要求。普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的改造目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠，以盡可能低的故障率運(yùn)轉(zhuǎn)。普通車床應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。1 概述1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)地綜合運(yùn)用知識(shí)和技能解決實(shí)際工程問題的本領(lǐng)，鞏4固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并且在設(shè)計(jì)過程中擴(kuò)大和補(bǔ)充了知識(shí)面，使對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)調(diào)查研究的習(xí)慣和能力，練習(xí)查閱資料，合理選擇計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，建立正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)科學(xué)性，牢固樹立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)將一臺(tái)普通 C620 車床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，利用微機(jī)對(duì)縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采用直流步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠，設(shè)計(jì)控制電路圖。1.3 設(shè)計(jì)的必要性隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此，對(duì)機(jī)床的要求不僅要具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且還要能適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世至今，世界上主要的工業(yè)化國家的數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入批量生產(chǎn)。隨著我國加入 WTO，我國數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展顯得更加迫切和需要。這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控改造十分必要，可以從以下幾點(diǎn)說明：1.3.1 數(shù)控改造目的數(shù)控改造一般指對(duì)不同機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力。其改造的目的有以下幾點(diǎn)：(1)從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值；(2)為提高生產(chǎn)效率；(3)為適應(yīng)多品種，小批量零件的生產(chǎn)；(4)有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性；(5)為減小整個(gè)設(shè)備投資計(jì)劃。1.3.2 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)(1)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；(2)減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床生產(chǎn)效率；(3)降低工人技術(shù)等級(jí)的要求；(4)可充分利用原有機(jī)床設(shè)備，費(fèi)用低；5(5)數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇選用連續(xù)控制系統(tǒng)。由于本機(jī)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)。在該系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向傳送的，輸入裝置把信號(hào)輸給數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算后分配出指令脈沖，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)無位置和速度檢測(cè)裝置，因此，它的精度主要由步進(jìn)電機(jī)的步距角和與之相連的絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度決定。2.2 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)具有集成度高 ,成本低，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，運(yùn)用靈活，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用 MCS–51 系列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分，RAM、ROM、鍵盤及顯示器、I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作，采用數(shù)碼管顯示器顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。2.3 機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速后，再帶動(dòng)絲杠，為了保證一定的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。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)也要消除齒側(cè)間隙。2.3.1 縱向滾珠絲杠縱向滾珠絲杠的步進(jìn)電機(jī)可布置在機(jī)床的任意一端。拆除原機(jī)床縱向進(jìn)給部分的進(jìn)給箱，溜板箱，滑動(dòng)絲杠，光杠，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。這里選用 W1L4506 型外循環(huán)插管式滾珠螺母副。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，在絲杠的左端采用一對(duì)深溝球軸承和一對(duì)推力球軸承，在絲桿的右端采用一個(gè)深溝球軸承和一個(gè)推力球軸承。支承短軸與滾珠絲杠的右端通過聯(lián)軸套和減速器的輸出軸聯(lián)結(jié)起來。在絲杠托架上布置一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支承，減速箱固定在絲杠托架上。絲杠中間支承為滾珠螺母，其與床鞍直接聯(lián)結(jié)。這種改造6能減少改造工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給總體剛度增加。2.3.2 橫向滾珠絲杠橫向進(jìn)給部分也采用滾珠絲杠代替原來的滑動(dòng)絲杠，橫向齒輪減速箱和步進(jìn)電機(jī)一般都安裝在床鞍的右端，滾珠絲杠須用蓋板保護(hù)，并拆除原來的方刀架，換為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)程序自動(dòng)轉(zhuǎn)位、夾緊。電機(jī)經(jīng)兩對(duì)齒輪減速后傳動(dòng)滾珠絲杠螺母副，這里選用 W1L2505 型外循環(huán)插管式滾珠螺母副，滾珠絲杠左端支承采用一對(duì)深溝球軸承，右端采用一對(duì)深溝球軸承和一對(duì)推力球軸承。裝配時(shí)應(yīng)注意使齒輪箱體中的絲杠中心與床尾軸承座中心線安裝基面尺寸一致，以保證水平面內(nèi)絲杠與導(dǎo)軌平行。齒輪箱體在床身上安裝螺釘?shù)奈恢门c床尾軸承座螺釘在床身上的安裝位置也須根據(jù)床身的具體情況確定，以保證在垂直面內(nèi)絲杠與導(dǎo)軌平行。為保證滾珠絲杠傳動(dòng)平穩(wěn)、輕快，必須使?jié)L珠絲杠螺母座與絲杠兩端支承同軸，裝配時(shí)可以修磨墊片來保證螺母座在水平面內(nèi)與兩端支承同軸。垂直面內(nèi)的同軸度靠螺釘?shù)倪^孔來調(diào)整，調(diào)好后，打入銷釘。2.3.3 總體方案如圖 2-1：圖 2-1 總體方案框圖73 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)將一臺(tái) C620 普通車床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用 MCS-51 系列單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速控制功能。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下最大加工直徑： 在床面上 400mm在床鞍上 210mm加工最大長度： 1000mm溜板及刀架重力：縱向: 1000N 橫向: 600N刀架快進(jìn)速度： 縱向：2.4 m/min橫向：1.2 m/min最大進(jìn)給速度： 縱向：0.6 m/min橫向：0.3 m/min主電機(jī)功率： 7.5kw起動(dòng)加速時(shí)間： 30 ms機(jī)床定位精度： ±0.015 mm此機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算如下：1）脈沖當(dāng)量選取縱向：0.01 mm/脈沖橫向：0.005 mm/脈沖2）切削力的計(jì)算由于改造的是通用車床，所以切削力選擇的范圍如下(1)縱車外圓：主切削力 Fz(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估算：Fz=0.67D max=0.67×4001.5= 5360N5.1Dmax—車床床身上加工最大直徑按切削力各力比例Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4Fx=5360×0.25=1340NFy=5360×0.4=2144N8(2)橫向端面：主切削力 F z(N)可取縱切的 1/2'F z=1/2Fz=2680 N'此時(shí)走刀抗力 F y(N)，吃刀抗力為 F x(N)。仍按上述比例粗略計(jì)算：' 'F y=2680×0.25=670N'F x=2680×0.4=1072 N'(3)滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型滾珠循環(huán)選型：由于是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床，要考慮其性能價(jià)格比。因此，選用外循環(huán)插管式滾珠絲杠。3.1縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)3.1.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力F m(N) 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 Fx 以及溜板、刀架和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。C620 車床的兩條縱向?qū)к?，屬于綜合型導(dǎo)軌，因此，計(jì)算公式可確定如下：縱向： F =K×Fx +f ( Fz +G) m'=1.5×1340+0.16×(5360+1000)=2558.6NK—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌 K 取 1.5；f —滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，0.15~0.18 ，取 0.16；'G—溜板及刀架的重力，縱向 G=1000N。3.1.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷C選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定的軸負(fù)荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)10000 轉(zhuǎn)后，再它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即為該絲杠所承受的最大動(dòng)負(fù)載 C MFfL?3?061LVnTs??9L —壽命以 106 轉(zhuǎn)為 1 單位；n — 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速；L0—滾珠絲杠導(dǎo)程，L 0 取 6mm；T—為使用壽命，T=15000h ；Fω—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)， Fω=1.2；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, 此處取 Vs =0.6mm/s。所以 min/506.10rLVns ???466?TNFfCM8.1092532.433 ????查表得出滾珠絲杠螺母副 W1L4506 型外循環(huán)螺紋的雙螺母滾珠絲杠副，1 列 2.5圈，其額定動(dòng)載荷為 17100N,精度等級(jí)取 3 級(jí)。3.1.3 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率計(jì)算 93.0)126tan()t('''???????rr— 絲杠螺旋升角，W 1L4506 型 = ；?'26?—摩擦角，滾珠絲杠副其摩擦角約為 。'13.1.4 剛度驗(yàn)算縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖 3-1 所示：10圖 3-1 縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式最大牽引力為 2558.6N，支承間距=1500mm，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向力的 1/3,為 852.87N。(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量 δ 1 （mm）L=1500 mmFm=2558.6 N， D0=40 mm由表查得：δ L/L0=1.25×10-5δ=δ 0/L0×L =1.25×10-5×1500=1.875×10-2 mm由于采用推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可提高 4 倍，其實(shí)際變形量 δ 1 （mm）δ 1=1/4δ=1/4×1.875×10 -2=0.45×10-2 mm (2) 滾球與螺紋滾道間的接觸變形 δ 2（mm）此項(xiàng)在總變形中也占有較大的比重，查表知 1 列 2.5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 δ Q，δ Q=6.4μm,因進(jìn)行了預(yù)緊，其變形量可減少一半，δ 2=1/2δ Q=1/2×6.4=3.2 μm(3) 支承滾球絲杠的軸承的軸向接觸變形 δ 3（mm）采用 51207 型推力球軸承，滾動(dòng)體直徑 do =6.35 mm，滾動(dòng)體數(shù)量 Z=18， d=35 mm mZdFQmC 076.1835.620.052. 232 ??????因施加了預(yù)緊力，故δ 3=1/2δ c=1/2×0.0076=0.0038 mm根據(jù)以上計(jì)算δ=δ 1+δ 2+δ 3=0.0045+0.0032+0.0038=0.0115mmδ ，可以滿足要求?？紤]到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床有可能使用較大的切削maxTj用量，應(yīng)該選稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定的余量。另一方面，與國內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比，決定采用 150BF002 步進(jìn)電機(jī)。但從圖中看出， 150BF002 步進(jìn)電機(jī)最高起動(dòng)頻率為 2800Hz，不能滿足 (4000 Hz)的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可kf以采用軟件升降程序來解決。2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩cmNTqm???723.061.max7259.0.95.1qTj Ncm???19(1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡圖見圖 3-1，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( )可由下2cmkg?式計(jì)算：= JM+ J1+(Z1/Z2)2［(J 2+ Js)+G/g(L0/2π) 2］JM—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ( )；2cmkg?J1，J 2—齒輪 Z1、Z 2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( )；Js—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ( )。2?參考同類型機(jī)床初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 150BF002，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM=102cmkg?J1=0.78×10-3× ·l1=0.78×10-3×6.44×2=2.62 4d 2cmkg?J2= 0.78×10-3× ·l2=0.78×10-3×84×2=6.39 Js= 0.78×10-3×44×150=29.952 2ckg?G=1000N代入上式：= JM+ J1+(Z1/Z2)2［(J 2+ Js)+G/g(L0/2π) 2］=10+2.62+(32/40)2×［(6.39+29.952)+1000/9.8 ×( ) ］?6.02=36.475 2cmkg?考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題：J M/ J∑ =10/36.475=0.274基本滿足慣量匹配要求。(2) 電機(jī)力矩的計(jì)算a 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 M 起M 起 =Mamax+ Mf+ M0Mamax—空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩( )；cmN?Mf—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩( )；cN?M0—折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 2max2maxmax 1061026???? ????tnJtnJ???5307.1.4360axma?bVn??—電機(jī)最大角加速度（rad/s 2） ；??J??20—電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)；maxn—運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min） ；Vδ P—脈沖當(dāng)量（mm/步） ；θ b—步進(jìn)電機(jī)的步距角（°） ；t0—運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間（ s）代入上式得cmNMa ?????3.6103.605247.32mx?折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 ：f cilGfiLFzf ????? 2.975.1802)(.2)(00 ???F0—導(dǎo)軌的摩擦力 (N)；F —垂直方向的切削力 (N)；zG—運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)；—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；'fi — 齒輪降速比，按 i= 計(jì)算；12zη—傳動(dòng)鏈總效率，一般取 0.75~0.85。折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩 M0 ： cmNilFMp ???????? 482.159.068)9.01(25.82631)(2. 200???—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取 1/3 F ；0p m—傳動(dòng)總效率；一般可取 =0.7~0.85，此處取 0.8；?—滾珠絲杠的傳動(dòng)效率，一般取 0.9，此處取 0.9。0?0?以上三項(xiàng)合計(jì)： cNMfax ?????? 74982.15973.60起b 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩： cmf ?.482.15970快c 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M 切 cmNilFMxftf ????????? 7.2405.1802634.1597200 ???切21由上面的計(jì)算可以看出：M 起 ，M 快 和 M 切 三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。由資料查得當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)λ=M q / Mjmax=0.951最大靜力矩 Mjmax=749/0.951=787.6 cmN?由資料知 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩為 13.72 大于所需最大靜轉(zhuǎn)N?矩，可作為初選型號(hào)。圖 3-5 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性從圖 3-5 中看出 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為 2800Hz 運(yùn)行頻率為 8000Hz，有圖 3-5 知當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí) f 起 =2500Hz 時(shí)，M=100 ，cmN?遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所需要的空載起動(dòng)力矩（749 ） 。直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)cmN?象，所以必須采取升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)） ，將起動(dòng)頻率降到 1000Hz 時(shí)，起動(dòng)力矩可增加到 588.4 ，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸cmN?出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002 型步進(jìn)電機(jī)完全可以滿足要求。3.4.2 橫向步進(jìn)電機(jī)1) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算計(jì)算簡圖見圖 3-2 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)可由下式計(jì)算：).(2cmkgJ?f(Hz)M( )cmN?20001000196.1392.3588.1150BF002 起動(dòng)矩頻性特性 150BF002 運(yùn)行矩頻特性性f(Hz)M( )c?100005000490.3980.71225.888.8822?????????? ????????????????? 2042321 )()?LgGJzZJZJJ sMJM—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Js—滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J4—齒輪 Z4 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1、J 2、J 3、— 齒輪 Z1、Z 2、 Z3 的及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。參考同類型機(jī)床，初選步進(jìn)電機(jī) 130BF001，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM=4.7 2cmkg?82.0.41078.1078. 31431 ???????Ld 2cmkg?39622 9433?J 2cmkg?75010784643????s 2?NG6?????????? ???????????????? 2042321 )()5040?LgGJJJ sM ????????????? 22 )5.(8.965.97.8.96.82.74=8.4156 cmkg?考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)慣量匹配問題JM/ J∑∑ =4.7/8.4156=0.56，基本滿足慣量匹配要求。 2) 電機(jī)力矩計(jì)算(1)快速起動(dòng)空載力矩 M 起M 起 0maxf??Mamax—空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩( )；cmN?Mf—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩( )；cN?M0—絲杠折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩( )。?in50367.0.1236maxa rVnbP?????aa tnJ?? ??2mxx??23ε—電機(jī)最大角加速度（rad/s 2） ；—電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)；maxn—運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min） ；Vδ P—脈沖當(dāng)量（mm/步） ；θ b—步進(jìn)電機(jī)的步距角（°） ；t0—起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間 30μs。代入上式得 cmNMa ?????8.14603.65241.82mx?折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 cmNiLGFfiLZf ?????? 39.1258.02.)(.2)(200 ???314i??F = ( +G)0'f'zF0—導(dǎo)軌的摩擦力(N) ；—垂直方向的切削力(N) ；'zFG—運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N) ；—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；'fi — 齒輪降速比，按 。3142Zi??附加摩擦力矩 0M)(22031??????iLFmcmN??49.3).(8.0521231M???68.146快(2) 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 M 快cf ??9.34.9.30快(3)最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M 切M 切 cf??0240 25107.31.9.431.9.486.2xFL Ncmi???? ???????從上面計(jì)算可以看出：M 起 、M 快 和 M 切 中以空載起動(dòng)所需力矩最大，以此作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從表查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)， 951.0max?jq?最大靜力矩： cNj ??36.1549.08max按此最大靜力矩，從圖 3-6 中查出， 130BF001 型最大轉(zhuǎn)矩為 9.31 ，大于所需最大靜cN?轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。3.4.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)頻率和工作時(shí)的頻率 HzVfpk 405.62101max????─運(yùn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)給速度 ；ax ??min/─最大切削進(jìn)給速度 ；s ??in/─脈沖當(dāng)量 。p?步從圖 3-6 查出，130BF001 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為 3000Hz，不能滿足 (4000 Hz)的要求。此時(shí)空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不滿足kf此機(jī)床所需要求的空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)） ，將起動(dòng)頻率降到 1000Hz 時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可增加到 400 ，然后電路cmN?上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。240020001000392.33784.5f(Hz)M(N.cm) )M( )cmN?130BF001 型起動(dòng)矩頻特性196.1588.1M( )cmN?f(KHz)M(N.cm) )2 4490.3980.7130BF001 型運(yùn)行矩頻特性xing xing 性 xing 性6 8825圖 3-6 130BF001 型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，130BF001 步進(jìn)電機(jī)完全可以滿足要求。4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)置4.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。它有以下五個(gè)部分組成：(1)主控制器，即中央處理單元；(2)總線，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線；(3)存儲(chǔ)器，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器；(4)接口，即 I/O 接口電路；(5)外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器及光電輸入器等。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和協(xié)調(diào)控制各部分電路工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(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。總線則是 CPU 與存儲(chǔ)器，I/O 接口及其它轉(zhuǎn)換電路的聯(lián)接紐帶，是 CPU 與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。4.2 選擇 CPU 的類型在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU 的選擇應(yīng)考慮以下因素：(1)時(shí)鐘頻率和字長，該指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度；(2)可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量；(3)指令系統(tǒng)功能；(4)I/O 擴(kuò)展指令能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力；(5)開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。此外，還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)性26的要求?；诖?，采用 8031 單片機(jī)，它具有以下特點(diǎn)：(1)具有功能強(qiáng)的 8 位 CPU； (2)片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生器，每執(zhí)行一條指令的時(shí)間為 2 微秒或 1 微秒；(3)片內(nèi)有 128 字節(jié) RAM；(4)具有 21 個(gè)特殊功能寄存器；(5)可擴(kuò)展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器；(6)具有 4 個(gè) I/O 接口，32 根 I/O 線；(7)具有 2 個(gè) 16 位 T/C；(8)具有 5 個(gè)中斷源，配備 2 個(gè)終端優(yōu)先級(jí)；(9)具有 1 個(gè)全功能串行接口；(10)具有位尋址功能，使用邏輯計(jì)算。從上述特性可知，8031 芯片集成度高，功能強(qiáng)，適用與擴(kuò)展 ROM、現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合。它價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國使用。4.3 74LS138 CPU 和存儲(chǔ)器CPU 采用 8031 芯片，由于 8031 芯片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需要有外部程序存儲(chǔ)器的支持。同時(shí)，8031 內(nèi)部只有 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也遠(yuǎn)不能滿足控制系統(tǒng)的要求，故擴(kuò)展了 16KB 程序存儲(chǔ)器，由兩片 2764 組成，又?jǐn)U展了一片 6264 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8031 芯片的 和 用來傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)， 口傳送高 8 位地0P2 2P址， 口傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)，故采用 74LS373 地址鎖存器，鎖存低 8 位地址，0ALE 作為其選通信號(hào)，當(dāng) ALE 為高電平，鎖存器的輸出和輸入透明，即輸入的低8 位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn)，此時(shí)不需鎖存。當(dāng) ALE 從高電平變低電平，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低 8 位地址鎖存入地址鎖存器中，74LS373 的輸出不再隨輸入變化，這樣口就可以用來傳送讀寫的數(shù)據(jù)了。 8031 芯片的 口和 74LS373 送出的 口共組0P 2P0P成 16 位地址，2764 和 6264 芯片都是 8KB,需要 13 根地址線。 ~ 低 8 位接0A774LS373 芯片的輸出， ~ 接芯片的 ~ 。系統(tǒng)采用全地址譯碼， 2 片 27648A120.24.芯片片選信號(hào) 分別接 74LS138 譯碼器的 和 ,系統(tǒng)復(fù)位后程序從 0000H 開始CEY1執(zhí)行。6264 芯片的片選信號(hào) 接 74LS138 的 。 8031 芯片的 引腳接 27642PSEN的 ，以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫。由于 8031 芯片內(nèi)部無 ROM，故始終要選O外部程序存儲(chǔ)器，故其 必須接地。A274.4 I/O接口電路由于 8031 只有 口和 口部分能提供用戶作為 I/O 口使用，不能滿足輸入、1P3輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入、輸出接口電路。系統(tǒng)擴(kuò)展了 2 片 8155 可編程 I/O 接口芯片。74LS138 譯碼器有 3 個(gè)輸入 A、B 、C 分別接 8031 的 、5.P、 ，輸出 ~ ，低電平有效。74LS138 還有 3 個(gè)使用端，其中 2 個(gè)6.2P7.0Y7（ 和 ）為低電平，另一個(gè) 為高電平。只有當(dāng)端口處于有效電平時(shí)，輸AGB2 1G出才能產(chǎn)生，否則，輸出屬于高電平無效狀態(tài)。存儲(chǔ)器及 I/O 地址編碼見表 4-1。4.5 軟件環(huán)行分配器步進(jìn)電機(jī)采用軟件環(huán)行分配器。雖然運(yùn)行速度沒有硬件環(huán)行分配器快，但可以節(jié)省兩個(gè)硬件環(huán)行分配器專用芯片，且電路較簡單。由于 C620 普通車床縱向最大加工直徑為 400mm，規(guī)格較小，故 Z 向進(jìn)給系統(tǒng)采用 150BF002 型五相十拍工作方式， X 向進(jìn)給系統(tǒng)采用 130BF001 型五相十拍工作方式。由 8155（2）的 PA 口輸出，經(jīng)光電隔離電路，功率放大電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)4.6 控制系統(tǒng)當(dāng)需要自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀時(shí)，由 8155（1）的 ～ 發(fā)出換刀位信號(hào)，控0PC3制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)指定的刀位。刀架卡緊后，發(fā)出換刀回答信號(hào)，經(jīng) 8155（1）的 輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架進(jìn)給。當(dāng)加工螺紋時(shí)，5PB由與主軸相連的光電脈沖發(fā)生器發(fā)出螺紋信號(hào)和零位螺表 4-1 存儲(chǔ)器及 I/O 地址編碼芯片 接 74LS138 引腳 地址選擇線片 內(nèi)地 址單 元地址編碼2764（1） 0Y000××××××××××××× 8K 0000H-1FFFH2764（2） 1001××××××××××××× 8K 2000H-3FFFH6264 2001××××××××××××× 8K 4000H-5FFFHRAM 31 0 0 1 1 1 1 0×××××××× 256 7E00H-7EFFF8155（1） I/O 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1××× 6 7FF8H-7FFDHRAM 4Y1 0 0 1 1 1 1 0×××××××× 256 9E00H-9EFFH8155（2） I/O 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1××× 6 9FF8H-9FFDH28紋信號(hào)，分別送入 8031 的 和 8155（1）的 。通過設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)來加工0T6PB不同螺距的螺紋，零位螺紋信號(hào)防止螺紋亂扣。4.7 其它輔助電路此控制系統(tǒng)中設(shè)有報(bào)警電路、急停電路、復(fù)位電路、光電隔離電路、功率放大電路等。8155（1）的面板上設(shè)有選擇開關(guān) ～ ，分別為編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、0PA5手動(dòng) 1、手動(dòng) 2、回零方式。8155（2）上的 ～ 這 6 根線是鍵盤掃描輸入，C8155 芯片的 IO/M 引腳接 8031 芯片的 ， 為高電平。0.2.29參考書目[1]周開勤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社,2001.1[2]文懷興,夏田.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.6[3]卜文峰.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 .5[4]濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2003.4[5]郝忠軍,雷曉鈴.綜合作業(yè)指導(dǎo)書[M].機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院，1995.4[6]明興祖.數(shù)控機(jī)床與系統(tǒng)[M].北京：中國人民大學(xué)出版社, 2000.10[7]王永章.機(jī)床的數(shù)控技術(shù)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.1[8]楊文龍主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安西安電子科技大學(xué)出版社, 2003[9]戴曙.金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2[10]張琳娜.精度設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制[M].中國計(jì)量出版社, 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