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哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 C616 車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)改造 院 系 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 姓 名 王政海 指導(dǎo)教師 張寶海 系 主 任 陶福春 2013 年 5 月 8 日 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 I 摘要 介紹普通C616車(chē)床的數(shù)控改造 因?yàn)槲覈?guó)多年積累了大部分的普通機(jī) 床 自動(dòng)化程度低 想要短期內(nèi)大量更換新機(jī)床 是不現(xiàn)實(shí)的 為了節(jié)省 資金 提高生產(chǎn)效率 所以要對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造 采用MCS 51系列單片機(jī)控制經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)進(jìn) 給系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工 原理為 根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案 通過(guò) 單片機(jī)控制 轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào) 經(jīng)放大電路后驅(qū)動(dòng)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī) 通過(guò)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)刀架縱向 橫向兩個(gè)方向的進(jìn)給 以完成工件的加工 數(shù)控改裝后的車(chē)床在縱向和橫向具有圓弧和直線(xiàn)插補(bǔ)功能 該車(chē)床有 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 具有切削螺紋的功能 改造后車(chē)床可以加工出各種形狀的 復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件 并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車(chē)削 從而提高了生產(chǎn)效率和加工精 度 也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工 關(guān)鍵詞 數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 II 目 錄 摘要 I 第 1 章 緒論 1 1 1 課題背景 1 1 2 數(shù)控改造的必要性 1 1 3 設(shè)計(jì)任務(wù) 2 第 2 章 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定 3 2 1 設(shè)計(jì) 任務(wù) 3 2 2 總體設(shè)計(jì)方案確定 3 第 3 章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明 5 3 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下 5 3 2 確定脈沖當(dāng)量 5 3 3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 3 3 1 已知條件 5 3 3 2 切削力計(jì)算 6 3 3 3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 6 3 3 4 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 8 3 4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 3 4 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 3 4 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算 10 3 5 步進(jìn)電機(jī)的選擇 14 3 5 1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 14 3 5 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 16 第 4 章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路 設(shè)計(jì) 18 4 1 繪制系統(tǒng)電氣控 制結(jié)構(gòu)框圖 18 4 2 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 4 2 1 8031 單片機(jī)的基本 特性 19 4 2 2 8031 芯片引腳功能 19 4 3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 20 4 3 1 8031 與 EPROM 的連接 20 4 3 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 20 4 3 3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 21 4 4 I O 接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 21 4 4 1 I O 接口電路 21 4 4 2 輔助電路設(shè)計(jì) 22 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 III 4 5 繪制微機(jī)控制電路原理圖 24 4 5 1 控制系統(tǒng)的功能 24 4 5 2 采用軟件環(huán)形分配圖 24 4 5 3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的控制 24 4 5 4 螺紋加工控制 24 4 5 5 地址編碼 24 結(jié)論 26 參考 文獻(xiàn) 27 致謝 28 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 1 1 課題背景 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)量的不斷 提高 產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快 因此對(duì)機(jī)床不僅要求具有較高的精度 和生長(zhǎng)率 而且應(yīng)能迅速的適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換 我國(guó)生產(chǎn)的需要促使了 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 隨著電子技術(shù) 特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控車(chē)床迅 速發(fā)展起來(lái) 我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái) 而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 34 萬(wàn)臺(tái) 即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3 近 10 年來(lái) 我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0 6 0 8 萬(wàn)臺(tái) 年產(chǎn)值約為 18 億元 機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6 我國(guó) 機(jī)床役齡 10 年以上的占 60 以上 10 年以下的機(jī)床中 自動(dòng) 半自動(dòng)機(jī)床 不到 20 FMC FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)更屈指可數(shù) 美國(guó)和日本自動(dòng)和半 自動(dòng)機(jī)床占 60 以上 可見(jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn) 加工 裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床 而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床 用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長(zhǎng) 從而在國(guó)際 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力 直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn) 品 市場(chǎng) 效益 影響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控 化率 1 2 數(shù)控改造的必要性 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性 而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù) 控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線(xiàn) 曲面等復(fù)雜的零件 由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力 可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬 時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量 因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線(xiàn)或曲面 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化 而且是柔性自動(dòng)化 從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床 提高 3 7 倍 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力 可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái) 然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 數(shù)控機(jī)床只要更換 一個(gè)程序 就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化 從而使單件和小批生產(chǎn)得以 自動(dòng)化 故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動(dòng)化 加工零件的精度高 尺寸分散度小 使裝配容易 不再需要 修配 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 2 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中 減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn) 擁有自動(dòng)報(bào)警 自動(dòng)監(jiān)控 自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能 因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng) 時(shí)間無(wú)人看管加工 由以上五條派生的好處 如 降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 節(jié)省了勞動(dòng)力 一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床 減少了工裝 縮短了新產(chǎn)品試制周期和生 產(chǎn)周期 可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等 1 3 設(shè)計(jì)任務(wù) 本課題是將普通 C616 車(chē)床改造 MCS 51 系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控車(chē)床 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制 縱向和橫向具有圓弧和直線(xiàn)插補(bǔ)功能 該車(chē)床有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 具有切削螺紋的功能 1 4 本章小結(jié) 本章主要介紹了論文的課題背景 數(shù)控改造的必要性以及設(shè)計(jì)任務(wù) 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 3 第 2 章 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定 2 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) C616 普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造 利用 MCS 51 系列單 片機(jī)對(duì)縱向橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制 縱向脈沖當(dāng)量為 0 01mm 脈沖 橫向脈沖當(dāng)量為 0 005 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 刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 設(shè)計(jì)參數(shù)如下 最大加工直徑 在床面上 320mm 在床鞍上 175mm 最大加工長(zhǎng)度 700mm 快進(jìn)速度 縱向 2 0m min 橫向 1 2m min 最大切削進(jìn)給速度 縱向 0 5mm min 橫向 0 25mm min 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量 絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 2 最小指令數(shù) 縱向 0 01mm 脈沖 橫向 0 005mm 脈沖 刀具補(bǔ)償量 0 99 99mm 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 0 15mm 橫向 2 5mm 自動(dòng)升降速性能 有 2 2 總體設(shè)計(jì)方案確定 由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 所以在考慮具體方案時(shí) 基本原則是在滿(mǎn)足 使用要求的前提下 對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少 以降低成本 因?yàn)楦脑旌筌?chē)床具有定位 直線(xiàn)插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ) 順逆插補(bǔ) 暫停 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 4 循環(huán)加工 公制螺紋車(chē)削等加工功能 故應(yīng)采用連續(xù)控制系統(tǒng) 考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高 為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 降低 成本 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制 因?yàn)?MCS 51 系列單片機(jī)具有集成度高 可靠性好 功能強(qiáng) 速度 快 抗干擾能力強(qiáng) 性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn) 決定采用 MCS 51 系列 8031 單片 擴(kuò)展系統(tǒng) 為保證一定的傳動(dòng)精度和平衡性 盡量減小摩擦力 選用滾珠絲杠螺 旋副 車(chē)床數(shù)控改造的總體方案見(jiàn)圖 2 1 功 率 放 大 器控 制 計(jì) 算 機(jī)磁 帶計(jì) 算 機(jī)手 工 輸 入數(shù) 控 程 序編 制加 工 工 件圖 紙 或步 進(jìn) 電 機(jī)變 速 箱車(chē) 床 工 件 變 速 箱 圖 2 1 數(shù)控改造的總體方案示意圖 2 3 本章小結(jié) 本章主要介紹了 C616 的數(shù)控改造設(shè)計(jì)任務(wù)以及確定了整體設(shè)計(jì)方案 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 5 第 3 章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下 溜板重量 800N 刀架重量 300N 刀架快進(jìn)速度 縱向 2m min 橫向 1 2m min 最大進(jìn)給速度 縱向 0 5mm min 橫向 0 25mm min 主電機(jī)功率 7 5KW 啟動(dòng)加速時(shí)間 26ms 機(jī)床定位精度 0 015mm 3 2 確定脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量 縱向 0 01mm 步 橫向 0 005mm 步 3 3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 3 1 已知條件 工作臺(tái)重量 W 80kgf 800N 根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 時(shí)間常數(shù) T 25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 6mmoL 行程 S 640mm 脈沖當(dāng)量 0 01 stepp 步距角 0 75 step 快速進(jìn)給速度 2m minmaxV 3 3 2 切削力計(jì)算 由 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 可知 切削功率 7 3 1 KN c 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 6 式中 N 電機(jī)功率 查機(jī)床說(shuō)明書(shū) N 4kW 主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率 一般為 0 6 0 7 取 0 65 K 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù) 取 K 0 96 則 2 496kW0 654 c 又因?yàn)?3 2 1 FNzc 所以 3 3 zc 式中 v 切削線(xiàn)速度 取 v 100m min 主切削力 1527 6N kgf102 496 zF 由 金屬切削原理 可知 主切削力 3 4 ZzFpKfYX CZ 查表得 188kgf 1880MPaZF2m 1 0 75 1ZZF 則可計(jì)算 如表 3 1 所示 z 表 3 1 計(jì)算結(jié)果z mmp 2 2 2 3 3 3 f mm 0 2 0 3 0 4 0 2 0 3 0 4 NzF1125 1524 1891 1687 2287 2837 當(dāng) 1520N 時(shí) 切削深度 2mm 走刀量 0 3mm 以此參數(shù)z p f 做為下面計(jì)算的依據(jù) 從 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 中可得知 在一般外圓車(chē)削時(shí) 7 0 1 0 6 0 15 0 7 3 5 XFzFz zF 取 0 5 0 5 1527 6 763 8Nz 0 6 0 6 1527 6 916 5NY 3 3 3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 三角或綜合導(dǎo)軌機(jī)床的軸向力 3 6 W f FKPZX 式中 1 15 0 15 0 18 取為 0 16Kf 則 1 15 763 8 0 16 1527 6 800 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 7 3 3 3 1 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值 3 7 6ii10nLT 3 8 0主i Dvff 取工件直徑 D 80mm 查表得 15000hi 則 2r min683 14 ni 1052Li 最大動(dòng)負(fù)載 3 9 HW3ifPQ 查表得 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 1 2 硬度系數(shù) 1f Hf 則 6N25 8 18 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 Q 的值 可選擇滾珠絲杠的型號(hào) 滾珠絲杠參照漢江 機(jī)床廠(chǎng)的產(chǎn)品樣本選取 系列 滾珠絲杠直徑選為 型號(hào)為BFC 32m 32 6 5 其額定動(dòng)載荷式 10689N 所以強(qiáng)度夠用 BFC12E 3 3 3 2 效率計(jì)算 根據(jù) 機(jī)械原理 的公式 絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 為 8 3 10 tan 式中 摩擦角 螺旋升角 10 253 則 0 9 1 t 3 3 3 3 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 3 11 EFL 01 式中 6mm 0 6cm0 26N cm2 滾珠絲杠截面積 3 14 80 d 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 8 則 mc105 93 42 80120 665 L61 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 很小 可忽略 即 L 所以 L 1 導(dǎo)程變形總誤差 為 L10 9 8 105 66 查表知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差 1m 長(zhǎng) 為 15 故剛度m 足夠 3 3 3 4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于機(jī)床原絲杠直徑為 現(xiàn)選用的滾珠絲杠的直徑為 30m32 支承方式不變 所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題 3 3 4 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 3 3 4 1 有關(guān)齒輪的計(jì)算 傳動(dòng)比 1 250 367 Lip0 故取 32 401ZZ m 2mm b 20mm 20 4m2d 82 6ha1a 720 2 3 3 4 2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 22p1 cm0 468kg0 753148W 80 J 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3 1 LD7 44s 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 9 22cm14 75Nc1 475kg 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2Z c6 17N 6kg 0 8J 242 3939 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略 因此 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2221Zs cm45 9Nc14 59kg0 468763 7J Ji1J 3 3 4 3 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 3 12 0maxMf 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 3 13 tft 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 3 14 0f 式中 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 maxM 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 f 由于絲杠預(yù)緊所引起 折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩 0 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 at 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 mN109 6TJ4n a 當(dāng) 時(shí) maxn aMmx 16 7r in 25Liv0a 0 64194max 當(dāng) 時(shí) tn t 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 10 24 8r min6803 14 5Lf D10vfnii主t N0 259648Mat ii Wf Ff 當(dāng) 0 8 0 16 時(shí) m123 0 583 14260 f LP20i0 M 當(dāng) 0 9 時(shí)預(yù)加載荷 則 0 XF31 2508 46 9 71200 ix 0 0462N m 3 120 ixtLM 0 7297N m 所以 快速空載啟動(dòng)所需力矩 m2 7405N 4621 30ax f 切削時(shí)所需力矩 1 0587 296360 MtMtfa 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 m6N 0 4 f 由以上分析計(jì)算可知 所需最大力矩 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)axM2 7405 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 11 3 4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 4 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單 一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減 速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠 使刀架橫向運(yùn)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上 用法蘭 盤(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái) 以保證其同軸度 提高傳動(dòng)精度 3 4 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類(lèi)似 所用到的公式不再詳細(xì)說(shuō) 明 只計(jì)算結(jié)果 已知條件 工作臺(tái)重 W 300N 時(shí)間常數(shù) T 25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 4mm 左旋0L 行程 S 190mm 脈沖當(dāng)量 0 005mm stepp 步距角 0 75 step 快速進(jìn)給速度 1m minmaxv 3 4 2 1 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的 1 2 1 3 取 1 2 則切削力約為縱向的 1 2763 8N152 Fz 在切斷工件時(shí) 1 9 0 zy 3 4 2 2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 1 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌 3 15 W f FKPzy 取 K 1 4 f 0 2 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 12 則 74 N30 2 7683819P 壽命值 513 051066 iiTnL 最大動(dòng)負(fù)載 2 N74 23PfQHW3i 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載 Q 的值 可選擇滾珠絲杠的型號(hào) 例如 滾珠絲杠參 照漢江機(jī)床廠(chǎng)的產(chǎn)品樣本選取 系列 滾珠絲杠公稱(chēng)直徑為 BFc1 m30 型號(hào)為 左 其額定負(fù)荷 5393N 所以強(qiáng)度夠用 215430EBFc 2 效率計(jì)算 螺旋升角 摩擦角 8 10 則傳動(dòng)效率 0 956 38tan ta 3 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 cm105 961 702 63 1447EFL 201 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 很小 可忽略 即 L 所以 導(dǎo)程變形總誤差為1L 14 9 05 964L0 查表知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差 1m 長(zhǎng) 為 故剛度足5m 夠 4 穩(wěn)定性計(jì)算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同而支承方式由原來(lái)的一端 固定 一端懸空 變?yōu)橐欢斯潭?一端徑向支承 所以穩(wěn)定性增強(qiáng) 故不 再驗(yàn)算 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 13 3 4 2 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 1 有關(guān)齒輪計(jì)算 1 第一對(duì)齒輪 傳動(dòng)比 1 67350 3647 Lip0 故取 64ma52d8 4z11 20 84mdb0za2 2 第二對(duì)齒輪 傳動(dòng)比 i 4ma26d za143 20 b 2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 22pI cm0 439N13 14058W 180 J 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 24s c9 37 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 24z43 242z1 cm0 37N2 07 8J6 8 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 14 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略 因此 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 22Iz1s cm10 78N0 439 826 39 453J Ji1J 2Iz43s2 c195 70 439 7 JJiJ 3 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 416 7r min30maxa Livn m0 39N10 259694aax T JM7r in63410 Dvfifin主t 7 259673 at 0 28N5 31400 if WLiFf m 1 9 68 9 1 6200 My 025 34 iyt 所以 快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 378N 10 287 90famx 切削時(shí)所需力矩 m0 42 4 tfat MM 快速進(jìn)給時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 15 m0 43N 160 2870 Mf 從以上計(jì)算可知 最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) m0 378Nmax M 3 5 步進(jìn)電機(jī)的選擇 3 5 1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題 需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的 實(shí)際工作情況 經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇 現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的 原則介紹如下 3 5 1 1 步距角 步距角應(yīng)滿(mǎn)足 3 16 i mn 式中 傳動(dòng)比 i 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)不見(jiàn)的最小轉(zhuǎn)角 mn 3 5 1 2 精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步距誤差或積累誤差衡量 積累誤差是指轉(zhuǎn)子從 任意位置開(kāi)始 經(jīng)過(guò)任意步后 轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值 用積累誤差衡量精度比較使用 所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足 Q i Q 3 17 式中 Q 步進(jìn)電機(jī)的積累誤差 Q 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差 3 5 1 3 轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行 不失步 不越步 正常啟動(dòng)并滿(mǎn)足對(duì)轉(zhuǎn) 速的要求 必須考慮 1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 一般啟動(dòng)力矩選取為 3 18 5 0 3LqM 式中 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩 qM 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 16 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩 0LM 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù) 啟動(dòng)力矩選取如表 3 2 所示 為步j(luò)mM 進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的 如表 3 3 所示 2 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜 載力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 引起的慣性矩之和 表 3 2 步進(jìn)電機(jī)相數(shù) 拍數(shù) 啟動(dòng)力矩表 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6運(yùn)行 方式 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12jmgM 0 5 0 866 0 707 0 707 0 809 0 951 0 866 0 866 表 3 3 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo) 主要技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào) 步距角 最 大 靜 轉(zhuǎn)矩 N cm 最高空 載啟動(dòng) 頻率 step s 運(yùn)行頻率 step s 相 數(shù) 電壓 V 相電 流 A 110BF003 0 75 1 5 800 1500 7000 3 80 6 3 5 1 4 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低 因此 相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿(mǎn)足 3 19 moptf 式中 極限啟動(dòng)頻率 tf 要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率 mop 3 5 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 3 5 2 1 C616 縱向進(jìn)給電機(jī)的確定 cm685 12N0 427 0 LqM 為滿(mǎn)足最小步距要求 電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式 查表知 0 866jmgM 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 17 所以 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 為 jmMcm791 4N0 8652 qjm 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 3 Hz axa p vf 綜合考慮 查表選用 110BF003 型直流步進(jìn)電機(jī) 能滿(mǎn)足使用要求 3 5 2 2 C616 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)的確定 cm65 82N0 4123 MLq 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式 查表知 jmq 所以步進(jìn)電機(jī)選擇最大轉(zhuǎn)矩 為 j c76 0182560 qjm 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 3 Hz 5axa p vf 綜合考慮 選用 110BF003 型直流步進(jìn)電機(jī) 能滿(mǎn)足使用要求 3 6 本章小結(jié) 本章主要介紹了縱向進(jìn)給系統(tǒng)和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠 的設(shè)計(jì)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的選擇 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 18 第 4 章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 4 1 繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基 礎(chǔ) 其性能的好壞 直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能 有了硬件 軟件才能 有效的運(yùn)行 機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由五部分組成 1 處理單元 CPU 2 總線(xiàn) 包括數(shù)據(jù)總線(xiàn) DB 地址總線(xiàn) AB 和控制總線(xiàn) CB 3 存儲(chǔ)器 包括制度可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器 4 I O 輸入 輸出接口電路 5 外圍設(shè)備 如鍵盤(pán) 顯示器及光電輸入機(jī)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)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作 存儲(chǔ)器 用于存放系統(tǒng)軟件 應(yīng)用程序和運(yùn)行所需要的各種數(shù)據(jù) I O 接口是系統(tǒng) 和外界進(jìn)行信息交換的橋梁 總線(xiàn)則是 CPU 與存儲(chǔ)器 接口以及其他轉(zhuǎn) 換電路聯(lián)接的紐帶 是 CPU 與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路 數(shù)控系統(tǒng)硬件如圖 4 1 存 儲(chǔ) 器RAMOCPUI 接 口 信 息交 換 控 制對(duì) 象外 設(shè) 圖 4 1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 由于 MCS 51 系列單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍 其 配套芯片價(jià)廉 普及性 通用性強(qiáng) 制造和維修方便 完全可以滿(mǎn)足我國(guó) 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 19 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的需要 所以選用 MCS 51 系列單片機(jī)為控制裝置 4 2 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) MCS 51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品 8031 8051 和 8751 三種型號(hào)的引腳完全相同 僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異 8031 片內(nèi)無(wú) ROM 適用于需擴(kuò)展 ROM 可在現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合 其價(jià)格低 使用靈活 非常適合在我國(guó)使用 此次設(shè)計(jì)使用的是 8031 芯 片 見(jiàn)圖 4 2 4 2 1 8031 單片機(jī)的基本特性 1 CPU 為 8 位 2 16 根地址總線(xiàn) 與 I O 線(xiàn)共用 可直接尋址 64KB 64KB 程序存 儲(chǔ)器 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 3 32 根并行 I O 線(xiàn) 分為 4 個(gè) 8 位 I O 口 4 I O 端口和片外存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址 I O 尋址靈活 5 2 個(gè) 16 位定時(shí) 計(jì)數(shù)器 6 片內(nèi)有 128B 7 具有一個(gè)全雙工串行 I O 8 具有 5 個(gè)中斷源 配備兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 9 內(nèi)部有時(shí)鐘振蕩器 10 有一個(gè)一位布爾處理器 具有很強(qiáng)的布爾處理能力 4 2 2 8031 芯片引腳功能 8031 芯片具有 40 根引腳 功能分四類(lèi) 3 4 2 2 1 電源線(xiàn) 電源線(xiàn)有 2 根 編程和正常操作時(shí)的電源 接 5V cV 接電平 s 4 2 2 2 晶振 晶振 2 根 振蕩器的反向放大器接入 使用外部振蕩器時(shí)必須接入 1XTAL 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 20 振蕩器輸入的反向放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入 當(dāng)2XTAL 使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部振蕩信號(hào) 4 2 2 3 I O 口 I O 口共有 四個(gè) 8 位口 32 根口線(xiàn) 功能如下 3210P 1 口 雙向 8 位三態(tài) I O 口 與地址總線(xiàn)低 8 位分時(shí)工作 0 2 口 準(zhǔn)雙向通用 I O 帶上拉電路 在 EPROM 編程期間 用1 輸入低 8 位地址 1P 3 口 準(zhǔn)雙向 I O 帶上拉電路 口可以作為通用的并行 I O 使2 2P 用 又可作為外部存儲(chǔ)器的地址總線(xiàn) 高 8 位 當(dāng) CPU 訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器 時(shí) 由 口輸出高 8 位地址碼 4 口 準(zhǔn)雙向雙動(dòng)功能 I O 口 其使用方法同 口 帶上拉電路 3 1 第一功能 作為通用 I O 口 第二功能 串行輸入口 RXDP 0 3 串行輸出口 T1 外部中斷 0 輸入線(xiàn) 02 3 IN 外部中斷 1 輸入線(xiàn) 1 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 0 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入線(xiàn) 04 3 P 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 1 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入線(xiàn) 15 T 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通脈沖輸出線(xiàn) WR 6 3 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通脈沖輸出線(xiàn) D7 9823987654211456100P 0RST VPDX INOWTALXVSCEPGP 圖 4 2 MCS 51 雙列直插封裝方式的引腳 3 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 21 4 2 2 4 控制線(xiàn) 1 程序存儲(chǔ)器的使能引腳 是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) PSEN 低電平有效 從外部程序存儲(chǔ)器取數(shù)時(shí) 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)二次有效 2 內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇控制端 當(dāng) 腳為高電平時(shí) VA EA CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令 當(dāng) 腳為低電平時(shí) CPU 僅執(zhí)行外部EA 程序存儲(chǔ)器的指令 因?yàn)?8031 芯片沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 所以 必須接 地 3 地址所存信號(hào) 編程脈沖輸入信號(hào) PROGLE 4 復(fù)位 備用電源端 輸入 低電平有效 DVST 4 3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 4 3 1 8031 與 EPROM 的連接 EPROM 低 8 位地址線(xiàn) 經(jīng)地址鎖存器與 8031 口相連 高 8 位70 A0P 地址線(xiàn) 直接與 8031 的 口相連 由于 8031 的 口是分時(shí)輸出低158 A2P 8 位地址和數(shù)據(jù) 故要外接地址鎖存器 74LS373 并由 CPU 發(fā)出的地址 允許鎖存信號(hào) ALE 的下降將地址信息鎖存入地址鎖存器中 如外接存儲(chǔ) 器芯片內(nèi)有地址鎖存器 存儲(chǔ)器的 8 位數(shù)據(jù)線(xiàn) 與 8031 芯片 口直連 單片機(jī)規(guī)定指令70 D0P 碼和數(shù)據(jù)都是由 口讀入 數(shù)位對(duì)應(yīng)相連即可 0P 8031 芯片的 PSEN 與 EPROM 的 OE 端相連 8031 芯片的 EA 接地 CPU 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器命令 8031 芯片的 ALE 接主地址鎖存器 74LS373 的 G 引腳 8031 與 EPROM 連接如圖 4 3 4 3 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 單片機(jī) CPU 與 R 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接方式和程序存儲(chǔ)器連接大致相同 唯控制器線(xiàn)的連接不同 RAM 讀入信號(hào) OE 分別于 8031 芯片的 RD 引腳相連 RAM 的寫(xiě)輸入信號(hào) WE 于 8031 芯片 引腳相連 7 3P 6 3P 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 22 4 3 3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 2764 芯片是一種高速 容量為 的 EPROM 存儲(chǔ)器電路讀出時(shí)間8 k 為 250ns 2764 為 28 線(xiàn)元件 其中 為 13 位地址線(xiàn) 為 8120 A70 D 位數(shù)據(jù)線(xiàn) CE 為片選信號(hào)線(xiàn) 低電平有效 OE 為數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)線(xiàn) 低電平有效 PGM 為編程脈沖輸入線(xiàn) 為主電源線(xiàn) 為編程電源CVPV 線(xiàn) 6264 芯片式 的 RAM 存儲(chǔ)器電路 集成度很高 其中 為8 k 120 A 13 位地址線(xiàn) 輸入地址與內(nèi)部 8K 字節(jié)的單元對(duì)應(yīng) 位 8 位數(shù)據(jù)線(xiàn) 70 CE 為片選信號(hào)線(xiàn) OE WE 為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn) 都是低電平有效 對(duì)于容量較大的系統(tǒng) 擴(kuò)展的外部芯片較多 芯片所需的片選信號(hào)利 用地址線(xiàn)時(shí) 就需要用全地址譯碼的方法 它將低地址作為片內(nèi)地址 而 用譯碼器對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼 譯碼器輸出的地址選擇線(xiàn)作片選線(xiàn) 圖 4 3 8031 與 EPROM 連接示意圖 4 4 I O 接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 4 4 1 I O 接口電路 1 8031 芯片 8031 芯片共有四個(gè) 8 位并行 I O 口 但可供用戶(hù)使用的只有 口和部1P 分 口 因此在大部分應(yīng)用分流中都需擴(kuò)展 I O 芯片 常用的外用接口芯3P 片為 8155 是可編程的 RAM 擴(kuò)展接口電路 256 個(gè) RAM 系統(tǒng)單元 2 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 23 個(gè) 8 位接口 1 個(gè) 6 位口 1 個(gè) 14 位定時(shí)計(jì)數(shù)器 2 8155 芯片可直接和 MCS 51 系列單片機(jī)連接 不需要任何外加邏 輯電路 通常用 口的高 8 位地址線(xiàn)作為 8155 芯片的片選信號(hào)及 IO M 的2P 選擇信號(hào) 將 8031 的 與 8155 芯片 IO M 引腳相連 若 是高電平 0 0 2P 則 8155 用來(lái)作接口 若 是低電平 則使用 8155 內(nèi)部 256 字節(jié)的 2 RAM 由于 8155 芯片內(nèi)部有地址鎖存器 所以 8031 的 ALE 端可以和 8155 的 ALE 端直連 利用 8031 的 ALE 的信號(hào)下降沿鎖存 8031 口送出0 的低 8 位地址信息 若要求 8155A 口 B 口工作在基本狀態(tài) C 口為基本輸入狀態(tài) 不要求 中斷申請(qǐng) 不啟動(dòng)定時(shí)器 則其控制它為 00000011B 03H 初始化程序如下 MOV DPTR 2100H 命令地址寄存器 DPTR MOV A 03 控制字 03H A MOV DPTR A 控制字 命令寄存器 4 4 2 輔助電路設(shè)計(jì) 4 4 2 1 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中 脈沖信號(hào)經(jīng)功放后控制步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組 由 于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高 電流較大 如果將信號(hào)與功率放大器直 接相連 將會(huì)引起強(qiáng)電干擾 輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作 重則導(dǎo)致 計(jì)算機(jī)和接口電路損壞 所以 一般在接口電路與功率放大器之間都要接 上隔離電路 采用的光電耦合電路如圖 4 4 輸 入 輸 出 圖 4 4 光電耦合電路 4 4 2 2 功率放大電路 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 24 功率放大電路分為單電源和雙電源型 單電源型線(xiàn)路簡(jiǎn)單 但功率不 高 所以選用雙電源型 在功率放大器導(dǎo)通初始 全導(dǎo)通 并使脈431V 沖變壓器 B 的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流 使 導(dǎo)通 高壓電源 通2HE 過(guò) 為步進(jìn)電機(jī)某一相繞組供電 使其電流上升沿變陡 同時(shí) 出2V1 D 于反向偏置 將低壓 與繞組 切斷 經(jīng)過(guò) 時(shí)間后脈沖電流消失 使nEALbt 截至 高壓電源與繞組之間被切斷 通過(guò) 為繞組 供電 提nED1AL 供所需的額定電流 通過(guò)調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和 可改變高壓供電的時(shí)4R 間寬度 bt 圖 4 5 功率放大電路 由于我國(guó)目前步進(jìn)電機(jī)的功率放大器已由生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品 在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床電路時(shí)只需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的容量大小進(jìn)行選擇 所以不再 進(jìn)行計(jì)算 功率放大電路見(jiàn)圖 4 5 4 4 2 3 8031 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生 內(nèi)部方式和外部方式 內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部震蕩電路在 引腳上外接定時(shí)元1XTAL2 件如圖 4 6 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 25 圖 4 6 8031 內(nèi)部時(shí)鐘方式 4 4 2 4 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的 因?yàn)樯想娕c按鈕復(fù)位組合 在 上電瞬間 RC 電路充電 RESET 引腳端出現(xiàn)正脈沖 只要 RESET 端保持 10ms 以上高電壓 就能使單片機(jī)有效復(fù)位 見(jiàn)圖 4 7 圖 4 7 8031 復(fù)位電路 4 4 2 5 報(bào)警電路 為了防治工作臺(tái)越界 可分別在極限位安裝限位開(kāi)關(guān) 這是采用中斷 方式 利用 8031 的外部中斷 只要有任何一個(gè)行程開(kāi)關(guān)閉合 即工0INT 作臺(tái)在某一方向上越界 均能產(chǎn)生中斷信號(hào) 為了便于觀察 設(shè)置紅0IT 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 26 綠燈指示 正常時(shí)為綠燈亮 報(bào)警時(shí)紅燈亮 兩燈均由一個(gè) I O 口輸出 4 5 繪制微機(jī)控制電路原理圖 4 5 1 控制系統(tǒng)的功能 1 Z 向 X 向的進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)功能 2 鍵盤(pán)顯示 3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制 4 螺紋加工控制 5 面板控制 6 行程控制 7 其他功能 報(bào)警電路 復(fù)位電路 隔離電路 功率放大電路 4 5 2 采用軟件環(huán)形分配圖 步進(jìn)電機(jī)采用軟件環(huán)形分配器 雖運(yùn)行速度沒(méi)有硬件環(huán)形分配器快 但可以省掉兩個(gè)硬環(huán)分配芯片 且電路簡(jiǎn)單 4 5 3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的控制 當(dāng)需要自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架時(shí) 由 8155 1 的 發(fā)出刀位信號(hào) 控C30P 制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn) 到達(dá)制定的刀位 刀架夾緊后發(fā)出換刀回答信號(hào) 經(jīng) 8155 1 的 輸入計(jì)算機(jī) 控制刀架開(kāi)始進(jìn)給 B5P 4 5 4 螺紋加工控制 當(dāng)加工螺紋時(shí) 由與主軸相連的光電脈沖器發(fā)出螺紋信號(hào) 分別送入 8031 的 和 8155 1 的 通過(guò)設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)來(lái)加工不同螺距0TB6P 螺紋 零件螺紋信號(hào)是防止螺紋亂扣 4 5 5 地址編碼 地址編碼如表 4 1 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 27 表 4 1 控制電路地址編碼 芯片進(jìn)址編碼芯片 接 74LS138 引腳 地址選擇線(xiàn) 片內(nèi)地址 單元 地址編碼 2764 1 Y0 000X XXXX XXXX XXXX 8K 0000H 1FFFH Y1 001X XXXX XXXX XXXX 8K 2000H 3FFFH2764 2 Y2 010X XXXX XXXX XXXX 8K 4000H 5FFFH RAM Y3 0111 1110 XXXX XXXX 256 7E00H 7EFFH8155 1 I O Y3 0111 1111 1111 1XXX 6 7FF8H 7FF0H RAM Y4 1001 1110 XXXX XXXX 256 9E00H 9WFFH8155 2 I O Y4 1001 1111 1111 XXXX 6 9FF8H 9FF0H 4 6 本章小結(jié) 本章主要介紹了 C616 車(chē)床數(shù)控改造數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 單片 機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 I O 接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 28 結(jié)論 畢業(yè)論文是專(zhuān)科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論和實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì) 通過(guò)這次比較完整的對(duì) C616 車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 我擺脫了單純 的理論學(xué)習(xí)狀態(tài) 和實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)合鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí) 解決實(shí)際問(wèn)題的能力 通過(guò)本次對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 我可以更深刻充分的了解到數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)與必要性 普通車(chē)床數(shù)控改造后擁有了自己的伺服進(jìn)給系統(tǒng) 橫向進(jìn)給 縱向進(jìn) 給更加穩(wěn)定 減少了操作人員素質(zhì)帶來(lái)的人為誤差 機(jī)床的數(shù)控裝置可以 對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的位移 熱變形等導(dǎo)致的誤差 確定自己的脈沖當(dāng)量 通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償而獲得很高且穩(wěn)定的加工精度 提高了同批零件的 一致性 提高加工精度 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選擇時(shí) 通過(guò)計(jì)算布距角 精度 轉(zhuǎn)矩等確定正確的步 進(jìn)電機(jī) 保證車(chē)床的正常工作 軟件方面選用 MCS 51 系列單片機(jī)為控制裝置 由于 MCS 51 系列 單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍 其配套芯片價(jià)廉 普及性 通用性強(qiáng) 制造和維修方便 完全可以滿(mǎn)足我國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的需要 普通車(chē)床數(shù)控管改造后極大的提高生產(chǎn)效率及工件的精度與加工的穩(wěn) 定性 更易操作節(jié)省勞動(dòng)成本 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 29 參考文獻(xiàn) 1 張新義 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 338 357 2 董玉紅 數(shù)控技術(shù) 高等教育出版社 2004 156 178 3 張毅剛 MCS 51 單片機(jī)原理及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2004 4 顧維邦 金屬切削機(jī)床概論 機(jī)械工業(yè)出版社 1995 35 92 5 邱宣懷 機(jī)械設(shè)計(jì) 第四版 高等教育出版社 1997 11 398 6 余英良 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 32 46 7 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 第三冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1986 8 鄭文緯 機(jī)械原理 第七版 高等教育出版社 1997 153 228 9 劉躍南 機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 76 137 10 李洪 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999 11 Guk Chan Han Dong I1 Kim Hyo Gyu Kim Kibeom Nam Byeong Kap Choi and Sung kwun Kim A High Speed Machining Algorithm for CNC Machine Tools Samsung Electronics Co Ltd Suwon City KOREA 1999 pp 1493 1497 12 F J Lin P H Shieh and P H Shen Robust recurrent neural network sliding mode control for the X Y table of a CNC machine IEEE Proc Control Theory Appl vol 153 No 1 January 2006 哈爾濱理工大學(xué)專(zhuān)科生畢業(yè)論文 30 致謝 本文是在論文指導(dǎo)老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的 老師以其嚴(yán)謹(jǐn) 求實(shí)的治學(xué)態(tài)度 高度的敬業(yè)精神 兢兢業(yè)業(yè) 孜孜以求的工作作風(fēng)和大 膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響 在此次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我也學(xué)到了 許多有關(guān)設(shè)計(jì)方面的知識(shí) 對(duì)其現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)有了很大的了解 通過(guò)這次數(shù)控改造設(shè)計(jì) 本人在多方面能力都得到了提高 通過(guò)這次 課程設(shè)計(jì) 綜合運(yùn)用了本專(zhuān)業(yè)所學(xué)課程的理論知識(shí)和結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn) 行一次數(shù)控改造設(shè)計(jì) 通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)從而培養(yǎng)和提高了自己的獨(dú)立工作能 力 鞏固與擴(kuò)充課程所學(xué)的內(nèi)容 掌握改造設(shè)計(jì)的方法和步驟 掌握改造 設(shè)計(jì)的基本的技能 懂得了從分析所要設(shè)計(jì)的零件功能入手 確定改造方 案 提高了計(jì)算能力 繪圖能力 熟悉了相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn) 同時(shí)對(duì)各科相 關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí) 獨(dú)立思考的能力也有了提高 并提高了查閱 設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)的能力 熟悉了設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中 體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)改造的能力以及綜合運(yùn)用知 識(shí)的能力 體會(huì)了學(xué)以致用 突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情 從中發(fā)現(xiàn)自 己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié) 從而加以彌補(bǔ)