中央廣播電視大學(xué)畢業(yè)論文題目C6163型車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化年級13秋學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師論文完成日期2015年11月南京廣播電視大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文，作業(yè)）課題審批表教學(xué)單位蓋章江寧電大專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生類別開放本科課題名稱C6163型車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計填報時間2015年9月1日課題內(nèi)容簡介擬應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對C6163普通車床進行自動化和精密化改造，改造技術(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。1C6163型車床改造概述包括數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展史、數(shù)控機床分析、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢。2C6163型車床改造設(shè)計方案伺服系統(tǒng)機械部分的計算、滾珠絲桿螺母副的計算與選型、步進電機的計算,校核與選型等。3C6163型車床系統(tǒng)硬件電路設(shè)計單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計、硬件電路的組成、數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計等。4C6163型車床系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計單片機控制系統(tǒng)編程與調(diào)試、數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計。5結(jié)論經(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，可實現(xiàn)可手動、機動操作，操作簡單，使用方便，價格低廉，其性能價格比適中；而且還能解決復(fù)雜零件的加工精度控制問題，節(jié)約大量工裝費用，減輕工人的勞動強度，提高工人素質(zhì)。指導(dǎo)教師姓名黃波參加學(xué)生姓名朱媛媛指導(dǎo)教師意見結(jié)合課堂所學(xué)的知識，綜合運用于具體的生產(chǎn)實踐中，選題得當(dāng)，符合大綱要求，同意按照此課題審批表撰寫論文。簽名黃波市校審核意見審核部門蓋章年月日摘要（江寧電大機械設(shè)計制造及其自動化朱媛媛1332101250388）運用數(shù)控技術(shù)對C6163車床進行自動化和精密化的改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終達到比較理想的狀態(tài)。其中主要對伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等方面做了詳細的計算和設(shè)計。改造結(jié)果經(jīng)過改造后的機床能夠達到所需要的加工精度，提高了原來機床的生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。采用數(shù)控技術(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(dāng)前工礦企業(yè)機床技術(shù)改造的有效途徑。關(guān)鍵詞C6163車床數(shù)控改造經(jīng)濟型目錄第一章概論211數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展史212機床數(shù)控化改造的必要性2第二章設(shè)計方案221總體方案的確定222橫向進給伺服系統(tǒng)機械部分計算與校核實例323縱向進給伺服系機械部分計算與校核13第三章數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計231數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成232單片機控制系統(tǒng)的簡介233C6163經(jīng)濟型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計3結(jié)束語2參考文獻31致謝32第一章概論11數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展史1946年世界上第一臺電子計算機誕生了，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。計算機與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具比起來，有了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)中期，隨電子技術(shù)的發(fā)展，自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計算機的出現(xiàn)，為自動化技術(shù)帶來了新的概念，隨后將計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。12機床數(shù)控化改造的必要性121微觀看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。1可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。2可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。3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“4可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。5擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。122宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有19，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也說明了機床數(shù)控化改造的必要性。機床改造的效益分析提高機床數(shù)控化效率有兩個途徑一是購買新的數(shù)控機床；二是對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大，經(jīng)濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設(shè)備的先進性和數(shù)控化率是一個極其有效和使用的途徑，采用第二種方法有以下的優(yōu)點減少了投資和交貨的期限。同購置新的數(shù)控機床相比，一般可以節(jié)省60到80的費用，改造的費用大大減低。B機械的穩(wěn)定性可靠機床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，減少了鑄鐵件生產(chǎn)時對環(huán)境的污染。C熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修，購買的新設(shè)備，事先很難前面了解機床的結(jié)構(gòu)性能，以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機床在使用和維修方面的培訓(xùn)時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。D可以充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機時重新構(gòu)筑新基，同時工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。F可更好的因地制宜合理篩選功能購買現(xiàn)成的通用型機床，往往對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個專用的特殊功能，而采用改造方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法將某些部件設(shè)計改造成專用的數(shù)控機床。E可及時采用最新技術(shù)，充分利用社會資源由于技術(shù)進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床方面的改造，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，等等例子說明有一大批社會資源，可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術(shù)來提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改造成當(dāng)今水平的機床。第二章設(shè)計方案21總體方案的確定211系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補、順圓和逆圓插補、暫停、循環(huán)加工公英螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。212計算機系統(tǒng)根據(jù)機床要求，采用8位微機。由于MCS51系列單片機具有集成度高，可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、性能價格比高等特點，決定采用MCS51系列的8031單片機擴展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進電機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實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。213機械傳動方式為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一定的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。214運動方式的確定數(shù)按系統(tǒng)運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。由于C6163車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本次設(shè)計采用連續(xù)控制系統(tǒng)。215系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)過比較，由于C6163車床加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。216機構(gòu)傳動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動裝置時，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點1盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。2盡量消除傳動間隙。3提高系統(tǒng)剛度。217微機的選擇微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲器擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅(qū)動電路、檢測電路等幾部分組成。218總體方案框圖圖21總體方案22橫向進給伺服系統(tǒng)機械部分計算與校核實例221計算切削力橫切端面（3151MAX670DFZ）式中車床床身上加工最大直徑橫切端面時主切削力可取縱切MAXZF時的ZF21ND63105946370651AX294YXZ式中走刀方向的切削力（N）垂直走刀方向的切削力（N）YFNFX46105932750Y284222桿螺母副的設(shè)計、計算與選型1計算牽引力橫向進給選為三角型或綜合導(dǎo)軌（32）GFFKZXM式中，切削分力（）XFYZG移動部件的重量（N）表11查得橫向溜板及刀架重力500N滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同取F015018FK考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)取K115NGFFZXM982075312970461592計算最大動負載C選用滾珠絲桿導(dǎo)軌（33）OSMWLVNTFF1063式中L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位6N絲桿轉(zhuǎn)速（R/MIN）為最大切削條件下進給速度，可取最高進給速度的1/2SV1/3取MIN/5012S絲桿導(dǎo)程（MM）初選6MMOLOLT為使用壽命（H）,對于數(shù)控機床取15000H運轉(zhuǎn)系數(shù)，查表314一般取1215WFMIN/3865010RLVNOS7510386106NTLNFFCMW1369827533螺母副的選型查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書附表2，可采用WD3006外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列25圈，其額定動負載為9700N,精度等級按表317選為3級。4傳動效率計算（34）TAN式中螺旋升角，WD300638摩擦角取滾動摩擦系數(shù)00030004019710TANTA5剛度驗算橫向進給絲桿支承方式圖所示，最大牽引力208798N,支承間距350MM，因絲桿長度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。圖22傳動原理圖計算如下絲桿的拉伸或壓縮變形量MM1查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖34,根據(jù)208798N,D30MM查出MF可算出5108LL3510823108C滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖35得系列列25圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量QMQ54因進行了預(yù)緊MQ25412D支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形3采用推力球軸承5204查閱機床設(shè)計手冊表59137,D20MM,滾動體直徑5556MM,數(shù)量Z13QDMZFMC057315698207052323綜合以上幾項變形量之和定位精度833216穩(wěn)定性校核計算臨界負載N（35）KF2LEIFZK式中E材料彈性模量2/CMNI截面慣性矩4L絲桿兩軸承端距離CM絲桿支承方式系數(shù)，從表315中查出，一端固定，一端ZF簡支為200ZF12478641CMDINLEIFFZK49182635062一般2540,所以NKFN此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。7橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù)見表1表1223齒輪傳動比計算已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程6MM,SETPMP05OL初選步進電動機步距角可計算傳動比7I46360OBPLI考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級齒輪降速。32,0,45,181824323ZZI因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2傳動齒輪幾何參數(shù)224橫向步進電機的計算，校核和選型1初選步進電機A計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩（36）MTBPMFT236式中脈沖當(dāng)量，取PSETPP05進給牽引力NM步距角，初選雙拍制為B7電機絲桿傳動效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為94082、NFTBMPM67940980752273636B估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩QT根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩NCMMTQT503Q一般橫向進給伺服系統(tǒng)取0405CMNTMQ1869407C計算最大靜轉(zhuǎn)矩AXJT查表322如取五相十拍，則9510MAXJQTCNTQJ89175069MAXD計算步進電機運行頻率和最高啟動頻率EFKFPSEVF601PKFMAX式中最大切削進給速度SV最大快移速度MAX脈沖當(dāng)量，取PSETPMP05HZVFPSE716601FPK35MAX根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表323中查出150BFG2815最大靜MAXJT轉(zhuǎn)矩為245NCM可以滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床有可能使用較大的切削用量，MAXJT應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進電機，以留有一定余量，另一方面與國內(nèi)同類型機床進行類比的要求。決定采用150BFG2915，但從綜合作業(yè)指導(dǎo)書P24頁查出，步進電機最高空載啟動頻率為4000HZ,滿足空載時333333HZ的要求。KF2校核步進電機轉(zhuǎn)矩前面所述初選步進電機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初選后，應(yīng)該進行校核計算。A等效轉(zhuǎn)動慣量計算計算簡圖見圖2，根據(jù)表324，經(jīng)二對齒輪降速時，傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算2CMKGJ242321OSLGGJZJZJ式中齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量321、321、2CMK齒輪的轉(zhuǎn)動慣量4J42CMK絲桿轉(zhuǎn)動慣量SG絲桿導(dǎo)程CMOLG工件及工作臺重量NG500NB齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算表324所示圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式如下對于鋼材，341078LDJ式中M圓柱體質(zhì)量KGD圓柱體直徑CML圓柱體長度或原長CM鋼材的密度為CMKG510872434318021078CMKGLDJ223519243343078470251781CKGLDJ2434361MSS因此242321OSLGGJZJZJ222267509861975083905180CMKG基本滿足慣量匹配的要求。C電機轉(zhuǎn)矩計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算快速空載起動轉(zhuǎn)矩1M在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算如下OFAMX式中快速空載起動轉(zhuǎn)矩CN空載起動時折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩AXCMN折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩FMC由于絲桿預(yù)緊時折算到電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩OCMN在采用絲桿螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計算CMN2AX2MAXMAX106106TNJNJMPBUN30AAX式中傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量J2CMKG電機最大角速度2SRAD電機最大轉(zhuǎn)速MAXNMIN運動部件最快速度UI脈沖當(dāng)量PSETP步進電機的步距角B運動部件從停止到起動加速到最大快進速度所需時間SATMIN6741053610MAXARUNPB起動加速時間30MSTCMNTNJMAA0613602716022MXMX折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩FMILFOF2NGZO68950312970251ZI式中導(dǎo)軌的摩擦力NOF垂直方向的切削力NZG運動部件的總重量N導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取015FF齒輪降速比I傳動鏈總效率，一般可取0708CMNILFMOF6927580269附加摩擦轉(zhuǎn)矩21OPOIL式中滾珠絲桿預(yù)加負荷，一般取，為進給牽引力NPOFMF31滾珠絲桿導(dǎo)程CML滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取O90OCMNILFMOPO4390125809731222上述三項合計COFA21346971MX快速移動時所需轉(zhuǎn)矩2CMNMOF25346927最大切削負載時所需要的轉(zhuǎn)矩3ILFOYFTOF2式中折算到電機軸上的切削負載轉(zhuǎn)矩TCMNILFMOYT48672580912從上面計算看出、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為校核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。從表322查出，當(dāng)步進電機為五相十拍時為9510MAXJQM則最大靜轉(zhuǎn)矩為CMNMJ07149523MAX從表323查出150BFG2815最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜CN轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。D校核步進電動機起動矩頻特性和運行矩頻特性前面已經(jīng)計算出機床最大快移時，需步進電機的最高起動頻率為KF333333HZ,切削進給時所需步進電機運行頻率為16667HZEF從表323中查出150BFG2815型步進電機允許的最高空載起動頻率為4000HZ，運行頻率為16000HZ，再從圖315，316查出150BFG2815步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性如下圖所示當(dāng)快速運動和切削進給時，150BFG2815型步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性可以滿足要求。23縱向進給伺服系機械部分計算與校核231計算切削力主切削力F（N）按經(jīng)驗公式估算51MAX670DZ走刀方向的切削分力（N）車床身上加工最大直徑（MM）630MMAXMAXD1059463（N）1551MAX630760FZ102504XY走刀方向的切削力垂直走刀方向的切削力Y025264866NXFZ04423785NY232絲桿螺母副的計算和造型1計算進給牽引力縱向進給選為綜合導(dǎo)軌。參考表622，623兩表機床設(shè)計手冊3查書綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22GFFKZXM在正常情況下考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K115滑動導(dǎo)軌磨擦系數(shù)015018F溜板及刀架重力查綜合作業(yè)指導(dǎo)書表11，取800NGG115264866016423785500217594NGFFKZXM2計算最大動負載CC3LWF106NT0LVS參考機床設(shè)計手冊3P185P210選用滾珠絲桿導(dǎo)軌式中滾珠絲桿導(dǎo)程。初選0ML80為最大切削力條件下的進給速度，可取最高進給速度的1/21/3SV取1M/MINS使用壽命（H），對于數(shù)控機車取15000H0T運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取1215（查表314綜合作業(yè)指導(dǎo)取WF為12壽命以轉(zhuǎn)為1單位L60絲桿轉(zhuǎn)速R/MINN12501VS81136TL61502C1951257MWFF33滾珠絲桿螺母副的選型可采用WD6008外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副，1列25圈，其額定功動負載為18200（N），精度等級按表綜合作業(yè)指導(dǎo)書表317選為3級。4傳功效率計算TAN/R式中R螺旋升角，WD6008R2530磨擦角取10滾動磨擦系數(shù)00030004910253TANTAR5剛度驗算先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖如A圖所示，最大牽引力217594N。支承L1500MM，絲桿螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負荷1/3。絲杠的拉伸或壓縮變形量1圖25絲桿傳動圖查綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖34，根據(jù)217594N,MFMD60查出105可算出50L0651051500MM0975102MM1由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量MM為11/40975102/20244102MM1滾珠與螺紋滾道間接觸變形2查綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖35，W系列1列25圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量Q60MQ因進行預(yù)緊1/21/26030M2支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形3采用D8208型推力球軸承，35MM,滾動體直徑635MM,滾動體數(shù)量1DQDZ18,MZDFQMC095618356290052322注意此公式中單位應(yīng)為N因施加預(yù)緊力，故根據(jù)以上計算因為查表達11綜合作業(yè)指導(dǎo)書定位精度為0016穩(wěn)定性校核滾珠絲桿兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。7縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù)表22WD6008滾珠絲桿副幾何參數(shù)233齒輪傳動比計算已知縱向進給脈沖當(dāng)量001MM/STEP,滾珠絲桿導(dǎo)程8MM，初選步進電0L動機步距角，可計算出傳動比075II036LBP脈沖當(dāng)量（MM/STEP）P滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（MM）0L步進電機的步距角B3/8I036P8751因為可進定齒輪齒數(shù)為/24/64I1Z224，64因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)M取2，則有關(guān)參數(shù)如下表所示見表32表22傳動齒輪幾何參數(shù)234進電機的計算和選型1初選步進電機計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩MTMTBPF236脈沖當(dāng)量（MM/STEP）取001MM/STEPPP進給牽引力（N）取217594NMMF步距角，初選雙拍制為B075電機絲桿的傳動效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，分別為098、099、099和094。NCMMTBPF2363618295470980751434216算步進電機啟動轉(zhuǎn)矩根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機啟動轉(zhuǎn)矩MTQT/0305QTM一般縱向進給伺服系統(tǒng)的安全系數(shù)取0304/0418236/044559NMMQTM計算最大靜扭矩查綜合作業(yè)指導(dǎo)書表322，如取五相十拍，則0951MAXJQT/09514559/095147939NMMMAXJTQ計算步進電機運行的頻率和最高起動頻率4KFHZEFPSV6017160HZKF32MAXP式中最大切削進給速度M/MIN,1M/MINSVSV最大快移速度M/MIN,2M/MINMAXMAX脈沖當(dāng)量,001MM/STEPPP根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩47939NMM在表323中查出130BF001AXJT最大靜扭矩為931N47939N可以滿足要求，但從表中看出130BF001步進電機最高空載起動頻率為3000HZ，不能滿足3333HZ的要求，此項指標(biāo)可暫KF不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。2校核步進電機轉(zhuǎn)矩前面所初步電機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進行校核計算。有效轉(zhuǎn)動慣量計算計算簡圖如前（A）所示，根據(jù)綜合作業(yè)指導(dǎo)書表324，傳動系統(tǒng)計算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算JJM121ZSGG20L步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（）2CMK矢輪Z1Z2的轉(zhuǎn)動慣量（）12滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣車（）SJ2G參考同類型機床，初步反應(yīng)式步進電機BF1，作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量I42W2800468KGCM2468NCM2P1807501438齒輪轉(zhuǎn)動慣量J17810448428281KGCM28281NCM2J2781041284253678KGCM2絲桿傳動慣量J3781046414014152KGCM214152NCM2電機轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量J3J2J1J421I141525368046882812513052KGCM213052NCM21所需轉(zhuǎn)動力矩計算?？焖倏蛰d啟動所需力矩AFAMMX最大切削力負載時所需力矩TOFF式中空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩MAXM折算到電機軸上的摩擦力矩F由于絲桿預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩O切削時折算到電機軸上的加速度力矩AF折算到電機軸上的切削負載力矩TMMNTJNA41069當(dāng)時，MXNAXMIN/5678/20MAXARLIVOKGFCNM315697134AX當(dāng)時，TNATM618801432510LFDVIFITMKGFNAT0256983NIWFIFMF20當(dāng)，時，81FNCM76302843260F10NILPM當(dāng)時，預(yù)加載荷則9030XFCMNCKGF372270681469520CMCMFKILFMXT4837203280所以，快速空載啟動所需力矩CMNCKGFAF0634063427063MX0快速進給時所需力矩CMNCKGFMF06106123760切削時所需力矩TFATM074832763150CMNCKGF9894由以上分析計算可知所需最大力矩發(fā)生快速啟動時，所以選擇型號MAXC340AXWD6008校核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。已計算出機床最大快移時需步進電機的最高起動頻率為3333HZ，切削KF進入時所需步進電機運行頻率為13333HZ。EF從綜合作業(yè)指導(dǎo)書表323中查出型步進電機允許的最高空BF1160載起動頻率為3000HZ，運行頻率為16000HZ，再從綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖315，316查出BF1160步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當(dāng)步進電機起動時，時，,不能滿足此HZF250CMNM10機床所要求的空載起動力矩222916NCM。直接使用則會施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開降進控制用軟件實現(xiàn)，將起動頻率到1000HZ起動轉(zhuǎn)矩可增高到5884NCM，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，可將電機輸出轉(zhuǎn)矩擴大一倍左右。當(dāng)快速運動和切削進給時，BF1160型步進電機運行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求圖26第三章數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計31數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控機床的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件就能發(fā)揮作用。機床數(shù)控機床的硬件電路概括起來有以下四部分組成中央處理單元CPU。CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心。總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB）地址總線（AB）和控制總線（CB）。存儲器。包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器。I/O輸入輸出接口電路?？偩€則是CPU與存儲器，接口以及其它轉(zhuǎn)換的紐帶，是CPU與部分電路進行交換和通訊的必由之路。圖41數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖32單片機控制系統(tǒng)的簡介1向和X向進給伺服系統(tǒng)運動2鍵盤顯示3自動轉(zhuǎn)位刀架控制4螺紋加工控制5面板控制6行程控制7其他功能報警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。321硬件電路的組成采用MCS5系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下A采用8031作CPUB擴展了兩片2764芯片、一片6264芯片C兩片8155可編程并行I/O接口。DCPU、存儲器及I/O接口33C6163經(jīng)濟型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計軟件流程圖啟動速度控制鍵盤輸入中斷服務(wù)處理調(diào)整定時器定時常數(shù)脈沖輸出控制電機位置控制單進/連動正轉(zhuǎn)絕對位置減1絕對位置加1越界停機報警步數(shù)減1步數(shù)0停機重裝定時常數(shù)退出加速/減速控制正轉(zhuǎn)絕對位置減1絕對位置加1越界停機報警加速加速步數(shù)減1級步數(shù)減1恒速級步數(shù)0加速一級計算級步數(shù)加速步數(shù)0指針指向恒速減速步數(shù)減1級步數(shù)減1級步數(shù)0減速一級計算級步數(shù)停機恒速步數(shù)減1恒速步數(shù)0指針指向恒速減速一級計算級步數(shù)減速步數(shù)0重裝定時常數(shù)退出直線圓弧插補程序設(shè)計在電機設(shè)備中，執(zhí)行部件如果要實行平行斜線和圓弧曲線的路經(jīng)運動，必須通過兩個方向運動的合成來完成。在數(shù)控機床中，這是由X、Y兩個方向運動的工作臺，按照插補控制原理來實現(xiàn)的。在這里只以直線插補程序設(shè)計為例1逐點比較法用逐點比較法進行直線插補計算，沒走一步，都需要以下四個步驟偏差判別判別偏差FM0或FM0，從而啊決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算公式。坐標(biāo)進給根據(jù)直線所在象限及偏差符號，決定沿X、Y、X、Y的哪個方向進給。偏差計算進給每一步，計算新的加工偏差。終點判別進給每一步后，終點計數(shù)器減1，若為0，表示到達終點停止插補不為0，則返回到第一步繼續(xù)插補。終點計算判別可用兩個方向的坐標(biāo)植來判別，也可以由一個方向的坐標(biāo)植來判別。當(dāng)XEYE，可用X方向的總步數(shù)XE作為終點判別的依據(jù)，如動點X等于終點XE則停止。當(dāng)XEYE，則用Y方向走的總步數(shù)YE作為終點判別的依據(jù)。由此，第一象限直線插補程序的算法如下A判別FM是大于0還是小于0。B若FM0，則想X方向輸出一進給脈沖，計算新的偏差FMFMYE，并修改動點坐標(biāo)為XX1；若FM0則向Y方向輸出一進給脈沖，計算新偏差FMFMXE，并修改動點坐標(biāo)為YY1。C終點判別若XXE（YYE），則停止插補運算。否則轉(zhuǎn)入第一步，重復(fù)上述步驟。2程序設(shè)計設(shè)計程序時，在RAM數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點坐標(biāo)值XE，YE，動點坐標(biāo)值X、Y，偏差FM。對8位機，一般可用2字節(jié)，而行程較大時則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長度和精度的要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進行初始化，如置初始值、X、Y向步進電機初態(tài)（控制字）。插補程序所用的內(nèi)存單元如下電機正反轉(zhuǎn)控制字為逐點比較法直線插補框圖如下圖32直線插補框圖D1D0為X向電機控制位。D01運行，DO0停止；D11正轉(zhuǎn)，D10反轉(zhuǎn)。D3D2為Y向電機控制位。D21運行，D20停止；D31正轉(zhuǎn)，D30反轉(zhuǎn)。第一象限的直線插補程序如下ORG2000HMAINMOVSP，60H；LP4MOV28H，0C8H；XEMOV29H，0C8H；YEMOV2AH，00H；XMOV2BH，00H；YMOV2EH，00H；FMOV70H，7AHLP3MOVA，2EHJBACC7，LP1MOVA，70HSETBACC0CLRACC2MOV70H，A；置電機正反轉(zhuǎn)控制字為0B，X方向進給LCALLMOTR；調(diào)步進電機的控制子程序，X方向進給一步LCALLDELAYMOVA，2EHSUBBA，29H；FYEINC2AH；X1AJMPLP2LP1MOVA，70HSETBACC2CLRACC0；置電機正反轉(zhuǎn)控制字為0E，Y方向進給LCALLMOTR；調(diào)步進電機的控制子程序，Y方向進給一步LCALLDEALAYMOVA，2EHADDA，28HCJNEA，2AH，LP3；XEXRET雖然本設(shè)計中有一些缺點，但這些缺點都不會影響設(shè)計要求，并且都可以達到設(shè)計任務(wù)中的要求。結(jié)束語我國的機床數(shù)控化在近十年來有了很大的發(fā)展，而普通機床的數(shù)控化改造后在滿足完成同樣的加工任務(wù)的前提下，可大大降低技術(shù)改造的投資經(jīng)費，在實際中得到廣泛應(yīng)用?；趯6163型車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計過程中，我認為普通機床的數(shù)控改造具有很多的優(yōu)點、必要性及其良好的發(fā)展趨勢。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，可實現(xiàn)可手動、機動操作，操作簡單，使用方便，價格低廉，其性能價格比適中；而且還能解決復(fù)雜零件的加工精度控制問題，節(jié)約大量工裝費用，減輕工人的勞動強度，提高工人素質(zhì)。增強了企業(yè)的競爭能力。參考文獻1郝忠軍綜合作業(yè)指導(dǎo)書M北京機械部工程師進修大學(xué)電氣學(xué)院出版社，19952張君安機電一體化系統(tǒng)設(shè)計M北京兵器工業(yè)出版社，199783任為民電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計M北京中央廣播電視大學(xué)出版社，19824陳嬋娟數(shù)控車床設(shè)計M上?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，20065張建民機電一體化系統(tǒng)設(shè)計M南京高等學(xué)校機械工程出版社，19806伍宏常用機械設(shè)備及電氣控制M廣東廣東科技出版社，20017姜培剛機電一體化系統(tǒng)設(shè)計M北京機械工業(yè)出版社，20038嚴升數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動M北京國防工業(yè)出版社，19969戴曙金屬切削機床設(shè)計M北京機械工業(yè)出版社，198L10趙永成機械制造