數(shù)控銑床的改造.doc

畢業(yè)設(shè)計論文第一章 概述1.1 課題研究的背景必要性 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜、而且產(chǎn)品的生產(chǎn)周期短、改型頻繁。這不僅對機床設(shè)備提出精度與效率的要求提出了通用性與靈活的要求。特別是航空、造船、武器、模具生產(chǎn)等精密加工的零件具有精度高、形狀復(fù)雜、經(jīng)常變動的特點。因此機械產(chǎn)品部件的生產(chǎn)設(shè)備機床也相應(yīng)的提出了高性能、高精度化的要求。利用計算機控制數(shù)控機床進行加工使得零件的加工變得十分的方便、快速，很大程度上節(jié)約了人力和物力的使用，使得工業(yè)自動化程度更高。但是許多企業(yè)由于資金等方面的約束不能及時引進先進數(shù)控機床，這樣制約了生產(chǎn)率的提高，不利于自動化程度的提高。因此各種機床的數(shù)控改造開發(fā)成為眾多專業(yè)技術(shù)人員研究的一。數(shù)控，用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，其對零件的加工相比普通機床有著很多的優(yōu)點：（1）自動化程度高，勞動強度低。（2）加工精度、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。（3）對零件加工的適應(yīng)性強，靈活性好，能加工形狀復(fù)雜的零件。（4）加工生產(chǎn)率高。（5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。（6）對加工對像的適應(yīng)性強。并且目前在機械行業(yè)中，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)品更新周期越來越短，中小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來越大，對機械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求也在不斷地提高與推進。所以普通機床越來越難以滿足加工的要求，同時由于技術(shù)水平的提高，數(shù)控機床的價格在不斷下降，因此，數(shù)控機床在機械行業(yè)中的使用將越來越普遍，而對原有普通機床的數(shù)控化改造也應(yīng)是越來越廣泛，依照設(shè)計任務(wù)本設(shè)計對X53K立式銑床進行了數(shù)控化改造。 1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程 隨著計算機技術(shù)應(yīng)用到機床上，機械產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上不再依賴于機床操作者的操作水平，能實現(xiàn)復(fù)雜零件的加工。 近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段、六代的發(fā)展。（1） 硬件數(shù)控階段50年代至70年代初期，計算機的運算速度低，不能適應(yīng)對機床進行實時控制的要求，人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成機床專用的計算機，作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代：1) 1952年開始的第一代電子管元件。2）1959年開始的第二代晶體管元件。3) 1965年開始的第三代小規(guī)模集成電路。（2） 軟件數(shù)控階段 軟件數(shù)控階段也叫計算機數(shù)控(CNC)階段，是數(shù)控系統(tǒng)的第二階段(1970年現(xiàn)在)，這個階段同樣經(jīng)歷了三代：1)1970年開始的第一代小型計算機。2)1974年開始的第二代微處理器。3)1990年以后的第三代PC機。 從1970年開始，通用小型計算機業(yè)己出現(xiàn)，并成批生產(chǎn)，它比專用計算機成本低，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)進入CNC階段。1971，產(chǎn)生了微處理器，1974年，微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，1990年，PC機的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機生產(chǎn)批量大，價格便宜，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)從此進入基于PC的階段。 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了幾十年來的發(fā)展，到了20世紀(jì)70年代后期，才從根本上解決了可靠性低、價格昂貴、應(yīng)用不便等關(guān)鍵問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床也是在70年代末80年代初才開始得到大規(guī)模應(yīng)用和普及的。1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著計算機技術(shù)及信息處理的發(fā)展,數(shù)控技術(shù)未來發(fā)展的趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）開放式、低成本、高可靠性 PC機所具有的人機界面將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)，遠程通訊診斷和維修將更加普遍。 （2）高速化、高精度數(shù)控系統(tǒng)高速處理并計算出伺服電機的移動量，并要求伺服電機能高速度地做出反應(yīng)，為使在極短的時間內(nèi)達到高速度和高速度下實現(xiàn)高定位精度，必須具備高加減速和高精度的位置檢測系統(tǒng)和伺服品質(zhì)。 （3）智能化 1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)、數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 數(shù)控系統(tǒng)能檢測加工過程中的一些重要信息并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，使機床處于最佳工作狀態(tài)。 2)引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工、故障診斷將熟練工人和專家的經(jīng)驗、加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （4）網(wǎng)絡(luò)化 通過網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成一個整體的系統(tǒng)解決方案，通過網(wǎng)絡(luò)高速傳輸數(shù)據(jù)，進行整體化、一元化管理。 （5）直線交流伺服系統(tǒng) 直線交流伺服系統(tǒng)是21世紀(jì)數(shù)控機床不可缺少的功能部件。目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強研究，開發(fā)和推廣應(yīng)用。1.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，己形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術(shù)的進步，數(shù)控機床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早己成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。較著名的控制系統(tǒng)有:日本 FANUC系列、Mitsubishi系列、OKUMA系列、SODICK系列、日立系列、德國SIEMENS系列、DECKEL系列、Heidenhain系列、HELLER系列、美國ALLEN-BRADLEY (AB)系列、CINCINNANTI系列、法國Num系列、意大利FIDIA系列、西班牙FAGOR系列、瑞士的AG系列、國產(chǎn)系列等。 在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們將機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，己形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司己在中國開辦公司。在日本機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大限工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 趕上計算機體系結(jié)構(gòu)前進的步伐、加快數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)速度，已成為數(shù)控發(fā)展的最主要趨勢。以第四代計算機的工程結(jié)構(gòu)和微電子工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有微機的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開放型、嵌入式的柔性數(shù)控系統(tǒng)，使之既適合加工復(fù)雜零件、分立式機床用的數(shù)控系統(tǒng)的組成，又適合未來自動化升級時功能可擴展的要求。 我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下3個特征:(1)高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。如華中I型等數(shù)控系統(tǒng)，都具有多軸聯(lián)動功能，快速進給速度在1.67m/s以上，具有較強的通信、管理功能。(2)普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。如北京機床研究所的BS91系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般配有CRT顯示器，可配置直流和交流司服驅(qū)動，24軸聯(lián)動。(3)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。比較典型的有南京大方的JWK系列。我國是機床生產(chǎn)大國，又是使用大國。數(shù)控機床是機械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，我國的數(shù)控機床在機床產(chǎn)品中的比例總體水平低。但是我國是發(fā)展中國家，許多企業(yè)財力薄弱，不可能花費大量的資金添置許多全新的數(shù)控機床，但是大量的通用機床不可能全部淘汰。 因此，把普通機床改造為數(shù)控機床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途徑，機床改造花費少，改造針對性強，時間短，改造后的機床大多能克服原機床的缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高。 1.5主要研究內(nèi)容和意義1.5.1課題的主要研究內(nèi)容總述自80年代中期起，我國有些企業(yè)就陸續(xù)引進了一些當(dāng)時在國內(nèi)外處于領(lǐng)先地位的數(shù)控機床，這些設(shè)備在這些企業(yè)的生產(chǎn)中都發(fā)揮了很大的作用。幾十年來雖然我國的數(shù)控技術(shù)得到了快速發(fā)展，但由于原有數(shù)控大國數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是國內(nèi)各方面條件的限制，使得我國的數(shù)控技術(shù)發(fā)展還處于相對被動、落后的處境。比如由于資金限制和加工需要的局限性等，許多企業(yè)選擇對原有機床進行改造。就這一問題，現(xiàn)以X53K立式銑床數(shù)控化改造為例淺述一種銑床數(shù)控化改造的思路：在保持機床原有結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)等方面的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進行相對簡易的改造，加上數(shù)控系統(tǒng)，使改造后的機床能夠具備正常數(shù)控銑床的功能?；谝陨纤伎急菊n題研究的內(nèi)容如下：（1）課題名稱：基于X53K立式銑床的數(shù)控化改造說明 （2）課題的總體要求：將銑床改造成用MCS-51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控銑床，步進電機開環(huán)控制，要求具有直線和圓弧插補功能。機械部分要求計算，硬件電路部分要求用8031作CPU，控制系統(tǒng)中要求包括擴展程序存儲器、擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口芯片、譯碼電路及鍵盤、顯示等外設(shè)、硬件電路要求包括3個坐標(biāo)系統(tǒng)。對軟件系統(tǒng)部分進行簡要的說明。1.5.2 機床改造各系統(tǒng)設(shè)計的思路按照課題設(shè)計的總體要求，結(jié)合實際情況。我們必須全面考慮機械部分和伺服系統(tǒng)部分各方面的改造，并協(xié)調(diào)好各部分設(shè)計的配合?，F(xiàn)各系統(tǒng)部分的主要改造思路如下： (1)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計采用點位控制，用步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，調(diào)試和維修都比較容易。內(nèi)循環(huán)更換為滾珠絲杠螺母副，內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整用雙螺母滾珠絲杠螺母副，齒輪箱裝有三個齒輪。（2）進給傳動系統(tǒng)設(shè)計縱向、橫向、垂向進給箱齒輪全部拆除，拆縱向、橫向、垂向進給手柄，在該處將手輪軸通過一對減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進電機相連。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使改造后的機床的機械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。改造后的X53K銑床定位精度、重復(fù)定位精度都將得到很大提高。（3）將原來機床橫向進給手輪，刻度盤及前面的護蓋拆去，將螺桿換成NL3005滾珠絲桿，仍利用原來的一對圓錐滾子軸承，齒輪箱體直接裝在升降臺上。為了將步進電機裝在升降臺右側(cè)，齒輪箱體的后面，以便工人操作，必須加大絲桿中心與電機軸的中心距。（4）數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計 采用高性能價格比的MCS-51系列單片機擴展系統(tǒng)。CPU采用8031單片機控制系統(tǒng)。同時考慮到8031內(nèi)部只有128B的數(shù)據(jù)存儲器也遠不能滿足控制的要求。故擴展了16KB程序存儲器由兩片2764組成，又擴展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器。8031芯采用模塊化設(shè)計方案，從總體上分為人機界面模塊、坐標(biāo)進給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)。利用變頻調(diào)速的原理，設(shè)計主軸的無級變頻調(diào)速系統(tǒng)；通過插補算法，實現(xiàn)步進電機的準(zhǔn)確定位以便達到工件的精確度；通過鍵盤和顯示模塊，實現(xiàn)程序的編輯和顯示；通過其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)機床功能的數(shù)控化。 1.5.3 課題研究的相關(guān)參數(shù)及改造機床的功能分析（1）銑床數(shù)控化改造的相關(guān)參數(shù)銑床數(shù)控化改造應(yīng)用參數(shù)主要包括銑床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計數(shù)控進給系統(tǒng)所需的參數(shù)。主要參數(shù)如下:數(shù)控化改造參數(shù)：工作臺尺寸：4001600mm工作臺行程：縱向：880mm工作臺及夾具工作重力：縱向：3500N工作臺進給速度：縱向：1.4m/min主電機功率：10KW起動加速時間：30ms定們精度：0.01mm代碼制：ISO輸入方式：增量值、絕對值通用控制坐標(biāo)數(shù)：3最小指令值：0.010.005/脈沖自動升降速性能：有控制系統(tǒng)用CPU ：8031單片機 （2） 改造后的數(shù)控銑床功能分析根據(jù)設(shè)計要求，改造后的數(shù)控銑床應(yīng)具有以下功能:1） 可以實現(xiàn)程序的編輯和存儲功能。2） 可以在平面或空間范圍內(nèi)按設(shè)定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運行。3） 可以實現(xiàn)數(shù)值的任意設(shè)定并顯示。4） 可以實現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報警。5) 可以實現(xiàn)與上位機的通訊。1.5.4 課題研究完成的主要內(nèi)容(1) 數(shù)控銑床常識1) 數(shù)控銑床的主要系統(tǒng)組成及工作原理。2) 數(shù)控銑床的加工范圍及分類。3) 數(shù)控銑床的主要功能。4）數(shù)控銑床的選用。（2）X53K立式銑床簡介1） X53K立式銑床的概述及部分結(jié)構(gòu)圖。2) X53K立式銑床的結(jié)構(gòu)特點。（3） 計算機數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)1) 計算機數(shù)控系統(tǒng)簡介。2) 計算機數(shù)控系統(tǒng)組成及其控制對象。（4）步進電機和用微機控制下的步進電機的原理以及兩者的對比（5）銑床改造中應(yīng)注意的問題及總結(jié)1）銑床數(shù)控化改造中應(yīng)注意的問題。2）銑床數(shù)控化改造總結(jié)。（6）銑床數(shù)控化系統(tǒng)改造的總體要求總體方案和框圖的擬定1）銑床數(shù)控化改造的總體要求。2）系統(tǒng)總體方案的確定。3）系統(tǒng)總體方案框圖。（7）進給機床進給伺服系統(tǒng)機械部分計算1）工作臺外形尺寸及重量估算。2）鉆削計算。3）銑削力計算。4）滾動導(dǎo)軌的參數(shù)確定。5）滾珠絲杠的設(shè)計計算。6）步進電機的選用。7）確定齒輪傳動比及模數(shù)和有關(guān)尺寸。8）設(shè)計繪制縱橫向進行機構(gòu)裝配圖。（8）微機數(shù)控系統(tǒng)硬件部分1）控制系統(tǒng)的功能。2）CPU和存儲器。3）I/O接口電路。4）控制線及其他輔助電路。（9）數(shù)控系統(tǒng)軟件部分簡介1）數(shù)控系統(tǒng)軟件部分概述。2）步進電動機程序設(shè)計的主要任務(wù)的介紹。 （10）工作總結(jié)與展望1）工作總結(jié)。 2）課題展望。1.5.5機床數(shù)控化改造的意義舊機床數(shù)控化系統(tǒng)改造具有多方面的意義:首先，對原有機床進行升級改造，使機床“起死回生”,增加了機床的使用壽命，拓展了機床的適用范圍，提高了機床的加工性能。再有，由于是對原有機床進行的改造，使企業(yè)節(jié)省了成本，減少了機床廢棄的浪費；使本企業(yè)的原有操作人員更容易加快熟悉其全部的操作流程。由此可見，對原有機床進行數(shù)控化改造，對資金和技術(shù)要求相對較低。對像我國這樣的發(fā)展中國家的企業(yè)具有深遠的意義。1. 6本章小結(jié)本章節(jié)首先介紹了數(shù)控技術(shù)的背景發(fā)展歷程，進而分析了數(shù)控技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及未來趨勢，最后介紹了研究的主要內(nèi)容和意義。第2章 銑床簡介和計算機控制概述2.1 數(shù)控銑床概述2.11數(shù)控銑床組成及工作原理數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者的加工工藝相同，結(jié)構(gòu)也有些相似，但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動加工機床，所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有較大區(qū)別。數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)等幾大部分組成：(1) 主軸箱 包括主軸箱體和主軸傳動系統(tǒng)，用于裝夾刀具并帶動刀具旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速范圍和輸出扭矩對加工有直接影響。(2) 進給伺服系統(tǒng) 由進給電機和進給執(zhí)行機構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進給速度實現(xiàn)刀具和工件之間的相對運動，包括直線進給運動和旋轉(zhuǎn)運動。(3) 控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運動控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機床進行加工。(4) 輔助裝置 如液壓、氣動、冷卻和潤滑系統(tǒng)和排屑、防護等裝置。(5) 機床基礎(chǔ)件 通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個機床的基礎(chǔ)和框架。數(shù)控銑床加工過程示意圖如下： 圖 2-1數(shù)控銑床加工過程示意圖2.1.2 數(shù)控銑床加工范圍及分類數(shù)控銑床主要能銑削平面、溝槽和曲面，還能加工復(fù)雜的型腔和凸臺。數(shù)控銑床主軸安裝銑削刀具，在加工程序控制下，安裝工件的工作臺沿著X、Y、Z三根坐標(biāo)軸的方向運動，通過不斷改變銑削刀具與工件之間的相對位置，可加工出符合圖紙要求的工件。數(shù)控銑床的分類：(1）根據(jù)主軸位置布置分類：根據(jù)主軸位置布置的不同，數(shù)控銑床可分為立式數(shù)控銑床和臥式數(shù)控銑床等。(2）按系統(tǒng)功能分類：按系統(tǒng)功能的不同，數(shù)控銑床可分為經(jīng)濟型數(shù)控銑床、全功能數(shù)控銑床、高速數(shù)控銑床和龍門數(shù)控銑床等。2.1.3 數(shù)控銑床的主要功能數(shù)控銑床的主要功能有：（1） 平面直線插補功能；（2） 空間直線插補功能；（3） 平面圓弧插補功能；（4） 逼近圓弧插補功能；（5） 孔加工固定循環(huán)功能。2.1.4 數(shù)控銑床的選用對于加工不同情況的零件，需選用不同的數(shù)控銑床?，F(xiàn)相關(guān)選擇方法如下：（1）根據(jù)被加工零件的尺寸選擇 規(guī)格較小的升降臺式數(shù)控銑床，其工作臺寬度多在400mm以下，它最適宜中小零件的加工和復(fù)雜形面的輪廓銑削任務(wù)。規(guī)格較大的如龍門式銑床，工作臺在500600mm以上，用來解決大尺寸復(fù)雜零件的加工需要。（2）根據(jù)加工零件的精度要求選用我國已經(jīng)制定了數(shù)控銑床的精度標(biāo)準(zhǔn)，其中數(shù)控立式銑床升降臺銑床已有專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其直線運動坐標(biāo)的定位精度為0.04/300mm，重復(fù)定位精度為0.025mm,銑圓0.035mm。實際上，機床出廠精度均有相當(dāng)?shù)膬淞浚葒覙?biāo)準(zhǔn)的允許差值大約壓縮20%左右。因此，從精度選擇來看，一般的數(shù)控銑床即可滿足大多數(shù)零件的加工需要。對于精度要求比較高的零件，則應(yīng)考慮選用精密型的數(shù)控銑床。（3）根據(jù)加工零件的加工特點來選擇對于加工部位是框形平面或不等高的各級臺階，選用點位直線系統(tǒng)的數(shù)控銑床即可。如果加工部位是曲面輪廓，應(yīng)根據(jù)曲面的幾何形狀決定選擇兩坐標(biāo)聯(lián)動和三坐標(biāo)聯(lián)動的系統(tǒng)。也可根據(jù)零件加工要求，在一般的數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，增加數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這時機床的系統(tǒng)為四坐標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)，也可以加工螺旋槽、葉片零件等。（4）根據(jù)零件的批量或其他要求選擇對于大批量的零件加工，可采用專用銑床。如果是中小批量而又是經(jīng)常周期性重復(fù)投產(chǎn)的話，那么采用數(shù)控銑床是非常合適的，因為第一批量中準(zhǔn)備好的夾具、程序等可以存儲起來重復(fù)使用。從長遠考慮，自動化程度高的銑床代替普通銑床，減輕勞動者的勞動量提高生產(chǎn)率的趨勢是不可避免的。 22 X53K立式銑床簡介2.2.1 概述及部分結(jié)構(gòu)圖（1）X53K立式銑床是一種具有廣泛用途的通用銑床，該機床由端面銑刀及各種成型銑刀來加工多種類型的零件。并且該型號機床一般都具備足夠的功率和較廣的調(diào)速范圍（主軸轉(zhuǎn)速和進給量），因此，可以充分利用硬質(zhì)合金刀具來進行高速銑削。X53K立式銑床外形圖如圖 2-2所示。 圖 2-2 X53K立式銑床外形圖（2）相關(guān)參數(shù)如表 2-1 所示。表2-1 X53K立式銑床的相關(guān)參數(shù)機床參數(shù)名稱單位數(shù)值或數(shù)值范圍主軸端面至工作臺距離mm35-500主軸中心線到床身垂直導(dǎo)軌的距離mm450主軸孔錐度7:24主軸孔徑mm29主軸安裝刀桿直徑mm32-50主軸安裝刀桿直徑mm30-1500立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度。+45主軸軸轉(zhuǎn)向移動距離mm85工作臺工作面（寬度長度）mm400X1600縱向（手動/機動）mm900/880橫向（手動/機動）mm315/300垂向（手動/機動）mm385/365縱向工作臺進給范圍（18級）m/min23.5-1180橫向工作臺進給范圍（18級）m/min15-786垂向工作臺進給范圍（18級）m/min8-394縱向工作臺快速移動速度m/min2300垂向工作臺快速移動速度m/min770橫向工作臺快速移動速度m/min1540電機總?cè)萘縦w13.125外形尺寸（長寬高）mm2556x2159x2258重量kg4250（3）利用UG三維軟件對組成銑床的各部分進行繪制，通過上面的方法建立的數(shù)控銑床幾何模型如圖 2-3所示。圖 2-3數(shù)控銑床幾何模型我們首先對銑床進行拆分，將在數(shù)控機床加工中的一些輔助結(jié)構(gòu)進行省略而只保留一些重要的部分。一般數(shù)控銑床的基本組成包括:床身、主軸、工作臺(X軸、Y軸、Z軸)、刀具等部分。下圖是銑床的一個簡單的結(jié)構(gòu)劃分圖:圖2-4銑床的簡單結(jié)構(gòu)劃分圖（4）銑頭簡介機床的銑頭是機床結(jié)構(gòu)中較靈活的部件之一，它各方面的參數(shù)性能的好壞將直接影響其所加工工件的精度高低、質(zhì)量好壞。1）銑頭的三維模型如圖2-5所示。圖 2-5 用UG三維設(shè)計的立式銑頭裝配圖2）立銑頭局剖圖如圖 2-6所示。1-法蘭盤 ；2-鐵絲； 3-軸承； 4-半圓環(huán)； 5-M6螺釘；6-擋油環(huán)； 7-主軸圖 2-6 立銑頭局部圖2.22 結(jié)構(gòu)特點 X53K立式銑床的結(jié)構(gòu)特點主要有:(1) 機床結(jié)構(gòu)剛性好,能承載重負荷切削。(2) 機床主軸電機功率高,變速范圍廣，充分發(fā)揮刀具效能.可進行高速切削。(3) 機床易磨損鑄鐵采用釩鈦耐磨鑄鐵,重要的傳動零件采用優(yōu)質(zhì)合金鋼保證機床的耐用性和穩(wěn)定性。(4) 機床有完善的潤滑系統(tǒng)。2.3 計算機數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)23.1 計算機數(shù)控系統(tǒng)的概念及構(gòu)成 計算機控制系統(tǒng)是建立在計算機控制理論的基礎(chǔ)上的一種以計算機為手段的控制系統(tǒng)。若計算機是微型機，則稱微型機控制系統(tǒng)。由模擬控制系統(tǒng)構(gòu)成計算機控制最直接的方法是將圖中的模擬控制器轉(zhuǎn)化為計算機，再配以A/D, D/A等，即可構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)。這也是計算機控制系統(tǒng)與模擬控制系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系。如圖2-7、圖2-8所示。圖 2-7模擬控制系統(tǒng)圖 2-8 計算機控制系統(tǒng) 2.3.2 計算機控制系統(tǒng)的特點及組成（1） 計算機控制系統(tǒng)的基本特點: 1) 出入計算機的信號均為二進制數(shù)字信號，因此需要D/A, A/D。 2)控制信號通過軟件加工處理，充分利用計算機的運算、邏輯判斷和記憶能力，因此，改變控制算法只要改變程序而不會改動硬件電路。（2） 計算機系統(tǒng)控制的組成：1) 被控制對象a. 生產(chǎn)過程b. 檢測元件c. 執(zhí)行機構(gòu)2) 計算機組成a. 主機、外設(shè)、接口、I/O通訊。b. 系統(tǒng)軟件: 系統(tǒng)軟件是指幫助人們使用和管理計算機的一些軟件，如一些高級語界時編譯系統(tǒng)等。c. 應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件是指用戶自己編制的為完成具體任務(wù)的一些程序，如數(shù)據(jù)處理、控制算法、報警、事故處理等程序。2.4 步進電機和用微機控制下的步進電機的對比2.4.1 典型的步進電機控制系統(tǒng)及特點 典型的步進電機控制系統(tǒng)如圖2-9所示。 圖 2-9 步進電機控制系統(tǒng)的組成步進電機控制主要是由步進控制器、功率放大器及步進電機組成。步進控制器是由緩沖寄存器、環(huán)行分配器、控制邏輯及正、反轉(zhuǎn)控制門等組成。它的作用就是能把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)行脈沖，以便控制步進電機，并能進行正、反向控制。功率放大器的作用是把控制器輸出的環(huán)行脈沖加以放大，以驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。 在這種控制方式中，由于步進控制器線路復(fù)雜、成本高，因而限制了它的應(yīng)用。2.4.2 用微型機控制的步進電機及工作原理如果采用計算機控制系統(tǒng)，由軟件代替章節(jié)2.4.1講述的步進控制器，則問題將大大簡化，這不僅簡化了線路，降低了成本，而且可靠性也大大提高。所以在數(shù)控化系統(tǒng)改造中我們我們通常采用微型計算機控制。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-10所示。圖 2-10 用微型機控制步進電機原理圖用微型機控制的步進電機與典型的步進電機的區(qū)別主要在于用微型機代替了步進控制器，并且用微機控制采用的是細分驅(qū)動的方式。因此，微型機的主要作用是把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。每當(dāng)步進電機脈沖輸入線上得到一個脈沖，它便沿著轉(zhuǎn)向控制線信號所確定的方向走一步。只要負載是在步進電機允許的范圍之內(nèi)，那么，每個脈沖將使電動機轉(zhuǎn)動一個固定的步距角度，根據(jù)步距角度的大小和實際走的步數(shù)，只要知道初始位置，便可知道步進電機的最終位置。2.5 銑床改造中應(yīng)注意的問題及總結(jié)2.5.1 銑床數(shù)控化改造中應(yīng)注意的問題a. 應(yīng)盡量保留銑床的手動功能，以便操作人員對刀及調(diào)整機床。b. 改造前先測出絲杠傳動間隙，并在編程時予以補償，改造后應(yīng)測出有關(guān)參數(shù)，如最大實載切削速度、最大背刀吃刀量等，作為編程時參考依據(jù)。c. 應(yīng)盡量消除齒輪副和絲杠副的間隙，齒輪全部采用雙片薄齒輪錯齒法消除嚙合間隙。也可采用軟件補償進給量的方法消除。d. 銑床工作臺重，而且銑削力也較大，垂直絲杠要配備較大功率的驅(qū)動電動機，要在工作臺上加配重或平衡液壓缸來平衡。e. 滾動絲杠沒有自鎖能力，垂直坐標(biāo)不能鎖住，工作臺會自動下降，可采用超越離合器和摩擦離合器產(chǎn)生制動達到自鎖。2.5.2 銑床數(shù)控化改造總結(jié)普通銑床數(shù)控化改造，實質(zhì)就是在普通銑床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)，其目的是使原機床具有一定的柔性，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，解決復(fù)雜零件的加工問題。用單片機擴展系統(tǒng)將普通銑床改造為經(jīng)濟型銑床，簡便易行，能保證零件的加工精度，對復(fù)雜零件尤其是對弧面和曲面的加工效果顯著。2.6 本章小結(jié)本章節(jié)首先介紹了數(shù)控銑床的組成、工作原理等關(guān)于數(shù)控銑床的相關(guān)知識和X53K立式銑床的參數(shù)、部分部件圖及其結(jié)構(gòu)特點，進而對計算機數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)和步進電機原理作了大概介紹，最后闡述了普通銑床數(shù)控化改造中應(yīng)注意的問題及總結(jié)。第3章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的總體方案3.1 數(shù)控銑床改造設(shè)計總體要求3.1.1數(shù)控銑床改造設(shè)計主要考慮因素數(shù)控銑床改造設(shè)計主要考慮以下四方面因素:(1)經(jīng)濟性 既然是用于普通銑床的數(shù)控化改造，因此，必須充分考慮系統(tǒng)的成本，這是保證達到系統(tǒng)包括數(shù)控系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)及機械傳動系統(tǒng)等設(shè)計目的關(guān)鍵。(2)方便性 數(shù)控系統(tǒng)的方便性主要反映在系統(tǒng)的人機界面。人機界面應(yīng)當(dāng)對用戶友好，對此系統(tǒng)應(yīng)從以下幾個途徑來體現(xiàn):1) 漢化按鍵，方便各種層次的操作者使用。2) 輸入、檢索、修改盡量一體化。即輸入時可以檢索、修改，檢索時可以修改、輸入，并且自動顯示程序段號。3)快速檢索，即能對程序進行上下翻頁顯示。(3)實用性 經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計不應(yīng)追求功能的大而全，應(yīng)以實用為原則。一般的機械加工只要能具有以下功能即可滿足需要:1）直線、圓弧插補。2）插補速度要充分考慮被改造機床本身的內(nèi)在素質(zhì)，如剛性、抗震性、耐磨性等，不宜過高。3）速度銜接技術(shù)，即速度升/降速控制。速度銜接技術(shù)可以保證系統(tǒng)在加工過程中實現(xiàn)2段程序間的速度平滑連接，從而避免造成加工刀痕，保證精度。4）變頻調(diào)速。5）加工程序的掉電保護能力。(4)可靠性 由于數(shù)控系統(tǒng)工作環(huán)境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。32數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬定及框圖3.2.1 系統(tǒng)總體方案的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，決定采用點位控制，用步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，調(diào)試和維修都比較容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平衡性，采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件，此工作臺采用滾珠絲杠螺母副和液動導(dǎo)軌，為盡量消除傳動間隙，可設(shè)法調(diào)整傳動齒輪的中心距以消除齒側(cè)間隙，計算機系統(tǒng)采用高性能價格比的MCS-51系列單片機擴展系統(tǒng)。3.2.2 系統(tǒng)總體方案框圖圖 3-1 系統(tǒng)總體方案圖3.3 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算3.3.1 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算包括的內(nèi)容X53K立式銑床數(shù)控化改造機械系統(tǒng)設(shè)計主要包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算，絲杠螺母副的設(shè)計計算、一些基本部件相關(guān)計算和傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算。（1） 基本部件相關(guān)計算主要有工作臺的外形尺寸及重量的計算、鉆銑削力的計算以及滾動導(dǎo)軌參數(shù)的計算等。（2） 絲杠螺母副的設(shè)計計算包括縱向、橫向、垂向絲杠螺母副的選用。 (3) 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算包括步進電機選型、減速齒輪副的設(shè)計計算。(4) 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算主要是齒輪的相關(guān)參數(shù)計算選擇。3.3.2 基本部件相關(guān)計算基本部件相關(guān)計算如下:a.工作臺外形尺寸及重量估算1) 縱向：X=1600mm2) 工作加工范圍：縱向：X=880mm3) 工作臺及夾具工件策略：Gx=3500N 4) 橫向：Z=4005) 工作加工范圍：橫向：Z=300mm6) 工作臺及夾具工件策略：Gz=5500Nb. 鉆削計算7) Pz1=GFdfK8) 查得：CF=304.11,XF=1,YF=0.8,KF=1取f=0.005mm/r9) 則：Pz1= 304.1140.051=111Nc. 銑削力的計算根據(jù)簡明銑工手冊，對高速鋼圓柱銑刀，切削力的計算公式:式中:C系數(shù)，其值取決于切削條件和工作材料，當(dāng)工件為碳鋼時，查簡明銑工手冊，可得其值。ap- 銑削寬度（銑刀每轉(zhuǎn)一個齒間角時，工件與銑刀的相對移動量)ae - 背吃刀量z - 銑刀齒數(shù)d0- 刀直徑n 銑刀轉(zhuǎn)數(shù)xF、 yF 、uF 、 wF-公式中各個系數(shù)的指數(shù)。KFC- 切削條改變時，切削力的修正指數(shù)，其中參數(shù)按實際加工過程中平均銑削條件為標(biāo)準(zhǔn)來選擇?，F(xiàn)走刀抗力計算如下：Pz2=9.8122.6aafdtapz a=0.05d(銑凸輪) 銑削接觸弧深af=0.1mm/z 每齒進給量銑刀直徑：dT=12銑削深度：aP=8銑刀齒數(shù)：z=3Pz2=9.8122.620.11283=217查表得：PH/PF=1,則走刀抗力PH=PF=217Nd.滾動導(dǎo)軌的參數(shù)確定導(dǎo)軌形式：在原有滑動導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上，采用貼塑處理，摩擦特性好，耐磨性好，減振特性好等特點，且工藝較簡單。3.3.3絲杠螺母副的相關(guān)計算（1）滾珠絲杠的設(shè)計計算滾珠絲桿的負荷包括銑削力及運動部件的重量所引起的進給抗力。應(yīng)按銑削時情況計算。1）最大動負荷Q的計算：Q=fw P運轉(zhuǎn)系數(shù)fw=2，壽命值， 式中： L 壽命 ，以10轉(zhuǎn)為一單位 n 絲杠轉(zhuǎn)速（r/min） Vs 為最大切前力條件下的進給速度（m/min）可取最高進給速度的1/2 1/3縱向: Vs=0.6m/min L0 絲杠導(dǎo)程（mm） T 為使用壽命（h）,對于數(shù)控機床取15000h; fw 運轉(zhuǎn)系數(shù)， 初選絲杠螺距L0=6mm，得絲杠轉(zhuǎn)速n為：=60r/min所以L=54 X向絲杠牽引力：Px=Pz2+1.414fGx =217+1.4140.0013500=222N式中: f 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取0.01所以最大動負荷：X向：Q=fwP=2229N查表取滾珠絲杠直徑d0=30,選用滾珠絲杠螺母副的型號為NL3005型，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊。（見下表）表 3-1滾珠絲杠螺母幾何參數(shù)計算名稱符號計算公式和結(jié)果/mm螺紋滾道公稱直徑d30螺距t6接觸角 45鋼球直徑d 3.969螺紋滾道法面半徑R 2.064螺桿偏心距eE=(R-dq/z)sin=0.045螺紋升角=arctg=32螺桿直徑dD=d-0.2d=29.5螺桿內(nèi)徑dd= d+2e-2R=26.8螺桿接觸直徑dzd= d- dcos=27.8螺母螺母螺紋外徑DD=60螺母內(nèi)徑D1D1= 502)傳動效率的計算=0.96式中 摩擦角 約等于10 螺紋升角3）剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載P引起的導(dǎo)程L0的變化量為 L=式中: L1 在工作負載P作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（mm）； P 工作負載，即進給牽引力（N）； L0 滾珠絲杠導(dǎo)程（mm）； E 材料彈性模數(shù)（N/mm）,對鋼為20.610N/mm; F 滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）X向： P=222N. L0=5mm, E=20.610 N/mm F=R=5.638cm所以L1=1.2710cm絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)的變化量L2很小，可忽略所以導(dǎo)程總誤差=L100/ L0=2.53m/m查表知E級精度的絲杠允許誤差1.5m，故剛度足夠。3.3.4 步進電機的選用 步進電機控制系統(tǒng)方案比較及論證步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。(1) 永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度。(2) 反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 (3) 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度，而五相步進角一般為0.72度。步進電機有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。（1）步進電機的步距角：對步進電機施加一個脈沖信息，步進電機就回轉(zhuǎn)一個固定的角度。因為系統(tǒng)分辨率為0.01mm，所以取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量=0.01mm/step初選步進電機步距角b=1.5（2）步進電機啟動轉(zhuǎn)距的計算 設(shè)步進電機等效負載轉(zhuǎn)矩為T，負載力為P，根據(jù)能量守恒原理,電機所做的功與負載力做的功有如下關(guān)系：T=Ps 式中: 電機轉(zhuǎn)角； s 移動部件的相應(yīng)位移； 機械傳動效率若取=1.5，則s=,p=pH+(G+P)所以T=PH+（G+P）式中： pH 銑削時走刀抗力（N）；G 移動部件重量（N）；P 與策略方向一致的切削力（N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.005； 步進電機的步距角；T 電機軸負載轉(zhuǎn)距（Ncm）。代入數(shù)據(jù)得：T=10.45N估算起動轉(zhuǎn)矩：Tq=Ncm=34.8N.cm對工作方式為三相六拍的步進電機，=0.866；可求出最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=46.4(3)步進電機的最高起動頻率fmax及運行頻率fg計算fmax=2333Hzfg=1000Hz（4）確定步進電機型號 綜合考慮，并參考機電一體化技術(shù)手冊和機電綜合設(shè)計指導(dǎo)，根據(jù)以上計算，選出130BF001型電機可以滿足要求，因為加工材料為青銅，切削力小，故不再進行校核計算。尺寸如下圖：圖 3-2 130BF001型電機尺寸圖3.3.5 確定齒輪傳動比及模數(shù)和有關(guān)尺寸因為步進電機中距角=1.5，滾珠絲杠螺距離t=5mm,要實現(xiàn)脈沖當(dāng)量p=0.01mm/step，在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一級齒輪降速傳動，降速傳動比：I=0.48（選Z1=24，Z2=50）因傳遞的扭矩較小，取模數(shù)m=2,齒輪有關(guān)尺寸如下表：表 3-2 齒輪相關(guān)尺寸關(guān)系式 ZZ Z 24 50 d=mz 48 100 d=d+2m 52 104 d=d-21.25 43 95 B=(36 )mm 10 10 a=74在X53K立銑上(見圖3-3)，裝上傳動軸II及滾比掛輪裝置ABCD。當(dāng)橫向絲桿I由走刀機構(gòu)帶動時，經(jīng)齒輪傳至軸B.滾比掛輪ABCD，而使分度頭回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)工件齒形的展成運動。當(dāng)工作臺橫向移動d (d為工件分度圓直徑)距離，分度頭應(yīng)轉(zhuǎn)一周。其傳動系統(tǒng)及軸齒輪參數(shù)如下圖： 圖 3-3 X53K立式銑床的傳動系統(tǒng)圖3.3.6 縱橫向進行機構(gòu)裝配圖（1）經(jīng)過計算,本設(shè)計采用130BF001型步進電機，內(nèi)循環(huán)NL3005滾珠絲杠副，齒輪箱中裝有三個齒輪Z1=24，Z2=52，Z3=25，模數(shù)m=2。內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整的雙螺母滾珠絲杠副,NL4006.（2） 齒輪箱體在工作臺的右側(cè),設(shè)計中將一對齒輪水平放置(圖中沒畫出),避免箱體高工作臺面影響工人操作.步進電機裝在齒輪箱蓋14上,為了保證電機與滾珠絲杠平衡度,在裝配之前,應(yīng)將端蓋14與箱體11用螺釘堅固后打銷孔.在上鏜床,在一次裝夾中鏜出100H8和68H8兩個孔,再將端蓋坼下,進行裝配。（3） 將原回轉(zhuǎn)臺8中的錐齒輪,滑動螺母等零件去掉，將回轉(zhuǎn)臺稍作加工，裝入滾珠螺母，再裝調(diào)左端的絲杠支架和右端的箱體11，使?jié)L珠絲杠與導(dǎo)軌平行，滾珠絲杠帶動工作臺運行靈活，無阻滯現(xiàn)象，再堅固螺釘，并打定位銷。（4） 在水平面內(nèi)應(yīng)使絲杠中心線距導(dǎo)軌的距離盡量小，否則將會產(chǎn)生顛復(fù)力矩，增大摩擦力使運動不平穩(wěn)。此外設(shè)計中常見的錯誤是為了在大齒輪端面與箱壁的矩，任意加長電機伸出軸這是不允許的。如果齒輪端面與箱壁矩離太小，不便于裝配，可以用加長齒輪輪轂的方法來解決。（5） 本圖的消隙齒輪，是采用兩個薄片齒輪，中間開有三個月牙形的槽放入壓簧，并用三個內(nèi)六角螺釘固定（MM和NN）。這種消隙齒輪的裝配順序是：首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)過一個齒距，使雙片齒輪對齊，彈簧29受壓，上緊螺釘26裝入箱體后，將螺釘26松開，彈簧40將雙片齒輪沿周向錯開，以消除與齒輪23的側(cè)隙，此時再將螺釘26上緊。設(shè)計時彈簧兩端用削扁的銷子壓住。（6）將原來機床橫向進給手輪，刻度盤及前面的護蓋拆去，將螺桿換成NL3005滾珠絲杠，仍利用原來的一對圓錐滾子軸承，齒輪箱體直接裝在升降臺上。為了將步進電機裝在升降臺右側(cè)，齒輪箱體的后面，以便工人操作，必須加大絲桿中心與電機軸的中心距，故此設(shè)計中采用齒數(shù)為52的中間介輪。因Z=52齒輪直徑較大做成雙片齒輪，用以消除齒側(cè)間隙。箱體上的電機止口孔100，中間軸軸承外圈孔42，及與升降臺上寂位座圈7作止口配合的孔75，是在鏜床上一次鏜出，其也中心距分別是770.023與760.023，裝配時將箱體止口孔75H8裝在定位座圈4上，則保證了滾珠絲桿上裝的齒輪8（Z=25，m=2）與箱體中問軸上的齒輪10（Z=52,m=2）的中心距，使齒輪能正確嚙合。旋塞件4是為了旋下后，能從孔中伸進內(nèi)六角桿，用來松緊介輪上的3個螺釘，使消隙齒輪錯齒，以消除上下齒輪與之嚙合的側(cè)隙。(具體見裝配圖)3.4 數(shù)控系統(tǒng)硬件部分電路的設(shè)計3.4.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個數(shù)控系統(tǒng)都有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，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由四部分組成：（1） 中央處理單元CPU；（2） 總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線(AD)、控制總線（CB）；（3） 存儲器。包括只讀可編程存儲器和隨即讀寫存儲器；（4） I/O輸入/輸出接口電路。該控制的組成如下：存儲系統(tǒng)主控制器 鍵盤 顯示器電機接口圖3-4 控制系統(tǒng)圖主控器：單片機存儲器：EPROM RAMI/O接口：鍵盤、顯示及步進電機系統(tǒng)總體確定后，進行各部分設(shè)計 3.4.2控制系統(tǒng)的功能（1） X向、Y向、Z向的進給伺服運動；（2） 鍵盤顯示；（3） 面板管理；（4） 行程控制；(5) 其他功能、例如光隔離電路、功率放大電路、紅綠燈顯示。3.4.3 CPU和存儲器控制系統(tǒng)的主控微機是Intel公司的MCS-51系列的8031單片機。MCS-51系列單片機采用40引腳雙列且插式封裝。其引腳分配和邏輯符號見圖3-5。(1) 8031單片機的主要特性如下：圖3-5 MCS-51單片機的引腳分配及邏輯符號1） 8位CPU；2） 12MHz-12MHz的外部晶振選擇范圍，內(nèi)部有時鐘電路；3） 16根I/0口線；4） 64K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間；5） 12個16位定時計數(shù)器，四種工作方式；6） 5個中斷源，2個優(yōu)先級別；7） 1個全雙工串行口；8） 片內(nèi)有布爾處理器；9） 片內(nèi)有128字節(jié)RAM；10） 片內(nèi)有213個用戶尋址單元。(2) 選用8031單片機為系統(tǒng)主機，而不用TP801單片機。主要考慮因素如下: a. 集成度高8031單片機將構(gòu)成微型計算機的基本單元，如CPU,數(shù)據(jù)存儲器、定時計數(shù)器、輸入輸出口和時鐘電路等集成在一個單一的芯片上。而TP801構(gòu)成一個完整微機需用不同邏輯功能的多個芯片組裝。 b. 體積小 8031單片機的大小與Z80CPU芯片一樣大，且僅有40個引腳。 c. 可靠性高 8031單片機屬于工業(yè)用品，而Z80CPU屬于商用品，8031比ZSOCPU高一個級別。另外，單片機的總線大部分集成在芯片內(nèi)，不易受干擾。而TP801多個芯片的三總線連接是暴露在外部，易于受干擾或斷線。所以8031 的可靠性高。 d. 尋