CK6125型半閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控車床設計 畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計摘 要ck6125數(shù)控車床由主傳動系統(tǒng)，進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。設計中首先進行總體方案的確定，畫出簡易的傳動系統(tǒng)圖，根據(jù)給定的設計參數(shù)對主傳動和進給系統(tǒng)中的主要傳動件進行了校驗計算。進給系統(tǒng)由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠實現(xiàn)進給?？刂葡到y(tǒng)是由cpu、鍵盤，顯示，變頻器，脈沖發(fā)生器和電機驅(qū)動部分組成。ck6125通過三相異步電動機加變頻器來實現(xiàn)無級調(diào)速。最后進了技術經(jīng)濟分析得出設計生產(chǎn)該產(chǎn)品是經(jīng)濟合理的。關鍵詞：數(shù)控 車床 設計abstractck6125 cnc lathe is made up by three parts ,that is main transmission syst

2、em, feeding system and control system . in the design scheme for the first, draw the simple transmission system graph, according to the design parameters of a transmission and the main transmission system into the calibration calculation. feeding system by stepping motor drive the ball screw realize

3、 feed.control system consists of cpu, keyboard, display, inverter, pulse generator and motor driving part. ck6125 through the three-phase asynchronous motor with frequency converter to realize stepless speed .finally into the technical and economic analysis of the design and production of the produc

4、t is reasonable in economy .keywords: the numerical controllathedesign目錄第一章 緒 論1第二章 總體方案設計22.1設計參數(shù)22.2總體方案的確定22.3 基本參數(shù)的確定22.3.1運動參數(shù)22.3.2動力參數(shù)32.4傳動原理3第三章 傳動系統(tǒng)設計73.1齒輪設計73.2軸的初步確定103.3切削力的計算113.4滾珠絲杠的設計計算123.4.1縱向絲杠的設計123.4.2橫向(床鞍)進給絲杠設計143.5 步進電機選擇153.5.1 縱向步進電機選擇153.5.2 橫向步進電機選擇16第四章 校核174.1鍵的校核174

5、.2軸的校核174.3軸承的校核20第五章 電器原理圖的設計225.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本硬件組成225.2 步進電機的控制225.2.1 步進電機的工作原理225.2.2 步進電機的控制225.3鍵盤、顯示器接口電路225.3.1鍵盤接口電路235.3.2 顯示器接口電路245.4 光電編碼器工作原理245.5 變頻器255.5.1變頻器的工作原理255.5.2 變頻器控制方式26第六章 技術經(jīng)濟分析286.1 提高技術經(jīng)濟價值：286.2 機械零件的設計286.3 結(jié)構(gòu)的設計28總 結(jié)30參考文獻31附錄132致 謝33i長春理工大學畢業(yè)設計第一章 緒 論據(jù)了解，2001年中國機床產(chǎn)值已進入世

6、界前10名的第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。我國近幾年數(shù)控機床雖然發(fā)展較快，但與國際先進水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應變能力差。 隨著電子技術和自動化技術的發(fā)展，數(shù)控技術的應用越來越廣泛。以微處理器為基礎，以大規(guī)模集成電路為標志的數(shù)控設備，已在我國批量生產(chǎn)、大量引進和推廣應用，它們給機械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，并帶來很

7、大的效益。但同時，由于它們的先進性、復雜性和智能化高的特點，在維修理論、技術和手段上都發(fā)生了飛躍的變化。隨著科學技術不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也越來越快，數(shù)控機床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。高性能：隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強，數(shù)控機床也實現(xiàn)多臺集中控制，甚至遠距離遙控。高精度：數(shù)控機床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。高速度：數(shù)控機床各軸運行的速度將大大加快。高柔性：數(shù)控機床的柔性化將向自動化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應輔機集成柔性制造系統(tǒng)。模塊化：數(shù)控機床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。機床

8、工業(yè)被稱之為裝備工業(yè)，裝備工業(yè)又是技術密集、技術更新速度十分快的行業(yè)，數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵設備，一個國家數(shù)控機床的產(chǎn)量和技術水平在某種程度上就代表這個國家的制造業(yè)水平和競爭力。面對入世和世界經(jīng)濟一體化的進程，我們必須在新一輪經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整中找準自己的位置，加快發(fā)展、更新的頻率，用限普增數(shù)來加快集約化進程，促進裝備工業(yè)的發(fā)展，參與世界經(jīng)濟競爭?？s小與世界先進水平的差距。 第二章 總體方案設計方案設計主要是確定機床的總體結(jié)構(gòu)，傳動原理以及基本的運動動力參數(shù)。2.1設計參數(shù)設計任務給出各項指標如下：1加工對象：45號鋼2主軸轉(zhuǎn)速：502000rad/min3工作臺行程：x450mm z130mm

9、4脈沖當量：0.015異步電機驅(qū)動2.2總體方案的確定ck6125型數(shù)控車床的主要參數(shù)：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 250mm；最大工件長度 500mm；最小設定單位 x軸0.001mm z軸0.001mm；回轉(zhuǎn)刀架工位數(shù) 4 ；主電機功率 3.0kw；機床凈重 1200kg 。主要特點：ck6125數(shù)控車床的導軌耐磨性好，精度高，主軸采用變頻無級調(diào)速控制，可自動完成對零件的內(nèi)外柱面、端面、任意錐面、圓弧面及公英制螺紋切削等工序連續(xù)加工。2.3 基本參數(shù)的確定通過主軸孔最大棒料直徑床身寬度經(jīng)濟合理的工件或刀具直徑按照以下幾種經(jīng)驗公式估定 2.3.1運動參數(shù)可通過類比實驗和計算等方法綜合確定 、為經(jīng)

10、濟加工切削速度和經(jīng)濟合理的工件或刀具直徑。、是機床的最低、最高轉(zhuǎn)速，其中常用經(jīng)濟加工切削速度硬質(zhì)合金刀2.4傳動原理此次設計的ck6125只用于精加工和半精加工,初步確定主軸箱部分為六級變速（手動），用一個三聯(lián)齒輪和二聯(lián)齒輪來實現(xiàn)六級變速，而后用傳動比為一比一的齒輪帶動脈沖發(fā)生器，采用雙速電機，異步電機的同步轉(zhuǎn)速為1000rad/min其實際轉(zhuǎn)速為960rad/min，可得車床有32=6級變速。而對其的選擇方案有兩種，如下所述：方案一：采用結(jié)構(gòu)式：，其，故合適。 方案二：采用結(jié)構(gòu)式：，其，大于8，故不合適。對方案一和方案二進行比較，方案一遠優(yōu)于方案二（因為方案二不合理），故選用方案一。再根據(jù)方

11、案二畫出其轉(zhuǎn)速圖。其轉(zhuǎn)速圖如下：圖2-1 轉(zhuǎn)速圖如上圖可知皮帶輪的降速比為：，由此可知皮帶的降速比也合適，故此方案可行。再就是縱向和橫向進給是靠絲杠來實現(xiàn)的，絲杠用步進電機來帶動。因為脈沖當量小于0.01。所以在步進電機和絲杠之間我們用傳動比為1：1的齒輪帶來連接。大帶輪與帶輪軸連接采用卸荷方式，可以使大帶輪的重量不壓在軸上，減輕了軸的負荷，使傳動更平穩(wěn)。主軸箱內(nèi)有兩對滑移齒輪，把它們分別放在第一二根軸上，將第一二根軸做成花鍵軸，使整體結(jié)構(gòu)更緊湊，更合理。主軸與脈沖發(fā)生器連接采用齒輪一比一傳動，這樣方便計算主軸轉(zhuǎn)一圈時絲杠進給量。縱、橫向進給系統(tǒng)選擇的步進電機步距角都為0.36，縱向進給的最小

12、進給量為0.002，橫向進給的最小進給量為0.01，所以必須通過減小步距角來實現(xiàn)這個最小進給量。減小步距角可以通過同步齒形帶傳動來減小，選擇齒輪傳動來減小步距角。傳動要求:1）傳動原理主要滿足設計任務所給出的精度要求。 2) 應當在保證精度的情況下盡量使結(jié)構(gòu)簡單。3) 主軸的轉(zhuǎn)速范圍為502000rpm，采用雙速電機傳動,然后采用手動六級調(diào)速,從而實現(xiàn)502000rpm的轉(zhuǎn)速范圍.4) 脈沖當量為0.01毫米/分鐘，若采用較高級數(shù)的步進電機，通過齒輪減速來帶動絲杠就可以達到，并且結(jié)構(gòu)簡單，在該處還沒有傳動誤差，可以使電控部分的結(jié)構(gòu)及程序編制更為簡單。5) 主傳動系統(tǒng)需要一個變速電機通過帶輪帶動

13、主軸，從而完成主傳動運動。進給部分也相對簡單，當一個脈沖信號傳給步進電機時，步進電機轉(zhuǎn)過一個相應的步進角，通過一個一級或二級減速器將動力傳遞給絲杠完成工作臺（刀架）橫、縱向進給運動。另外，反饋系統(tǒng)保證更高的精度可以增加。6) 進給部分采用滾珠絲杠副有如下特點：1）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，精度高；2）有可逆性；3）磨損小，壽命長；但制作困難，要求自身精度高。所以，采用滾珠絲杠副優(yōu)點相對較多，比較合理。滾珠絲杠的循環(huán)方式采用外循環(huán)方式，這種方式制造加工比較容易，經(jīng)濟性好。表2-1 設計參數(shù) 第三章 傳動系統(tǒng)設計3.1 齒輪設計設計齒輪的輸入功率是2.77kw小齒輪的轉(zhuǎn)速=585/min齒數(shù)比 =95

14、/18=3.40工作壽命15年（設每年工作300天），兩班制。1 選齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）按傳動方案選用直齒圓柱齒輪傳動。2）速度不是很高，選用7級精度（gb1009588）。3)材料的選擇。由機械設計1表101選小齒輪的材料是40c(調(diào)質(zhì))，硬度280hbs大4)齒輪的材料為45鋼 (調(diào)質(zhì))，硬度為240hbs，二者材料硬度差40hbs。5）選小齒輪的齒數(shù)=18大齒輪的齒數(shù)=95。6）以下計算全都根據(jù)機械設計1上有關圖表；公式。2 按齒面接觸強度設計由設計計算公式機械設計1（109a）進行試算，即1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)=1.3（2）計算小齒輪傳遞的扭矩=9

15、550000p/ =95500002.70/585.67=44076n（3）由表機械設計1107選取齒寬系數(shù)=1（4）由表機械設計1106查的材料的彈性影響系數(shù)=189.8（5）由表機械設計11021d查按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 =600；大齒輪的接觸疲勞強度極限=550；（6）由式機械設計11013計算應力循環(huán)的次數(shù)（7）由圖機械設計11019查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.94； =0.98則其功率為30.96=2.88，確定軸的計算轉(zhuǎn)速主軸r/min 則主軸速度取=171r/min計算轉(zhuǎn)速傳遞全功率 所以得r/min r/min按式機械設計1（152）初步估算軸的最小直徑，選軸的

16、材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，據(jù)機械設計1153取于是得：第二根軸：齒輪和軸的傳動效率是則其功率為 ，按式機械設計1（152）初步估算軸的最小直徑，選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)機械設計1153取于是得：3.3切削力的計算以下公式，數(shù)據(jù)根據(jù)機床切削手冊獲得7：切削速度的計算公式加工材料碳素結(jié)構(gòu)鋼 =650mpa外圓縱車，刀具yt15，車刀刀桿尺寸b*h（mm） 16*25，工件直徑d=40mm， 車削深度3mm， 進給量。f=0.40.5(mm/r)(0.70), 耐用度t=120min，修正系數(shù)=0.87，=1.03，=0.89 車削力及主車削功率主車削力 n徑向車削力 n走刀力（軸向力） n

17、車削時消耗的功率加工材料：結(jié)構(gòu)鋼及鑄鋼=650mpa 刀具材料 硬質(zhì)合金分別為三個分力計算中，當實際加工條件與所求的經(jīng)驗公式的條件不符合時，各種因素對切削力的修正系數(shù)積代入車削速度車削力車削深度不大，形狀不復雜的輪廓時理論車削減少10%15%，車削時消耗的功率而實際進給量f=0.37 ap=2.8。實際fz=1882.8n3.4滾珠絲杠的設計計算3.4.1縱向絲杠的設計絲杠傳動取等效載荷 =2141n，螺桿有效行程lm=500mm，等效轉(zhuǎn)速 =400r/min,要求使用壽命，螺桿材料9mn2v,滾道硬度5860hrc解：1） 計算載荷fc = kfkhk1fm = 1.21.01.22141

18、= 3083.04n2) 求必需的額定動載荷 ca= 3) 選擇滾珠絲杠的型號和主要尺寸根據(jù)ca=10173.2n選取型外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的不襯套的雙螺母滾珠絲杠副，循環(huán)圈數(shù)：2.51 ，額定動載荷c=1970kgf， 偏心距0.068 名義直徑mm， 絲杠外徑的d=39mm ，螺母配合外徑d=80mm ，兩個圓螺母厚度=20mm，螺距t=8，螺旋升角 。螺旋導程角： 4) 穩(wěn)定性驗算因螺桿適中，應驗算螺桿的不穩(wěn)定性，臨界載荷為 e 螺桿材料的彈性模量 e = 2.06105n/mm2ia 螺桿危險截面的軸慣性矩 長度系數(shù) 按一端固定一端鉸支 = 0.7l1 絲杠螺紋全長 l1 = lu+2l

19、e = 1000 故2.54 通過。5） 剛度驗算按最不利情況考慮，即在螺距（應為導程）內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為： mm式中： = = 1457.92n (式中磨擦系數(shù)f按0.0025計，當量磨擦角 = 840)剪切彈性模量 g = 8.33104 n/mm2則 = =0.0541m每米螺桿長度上的螺距的彈性變形6） 計算效率 = = 0.768 (式中)3.4.2橫向(床鞍)進給絲杠設計絲杠傳動取等效載荷 =1166n，螺桿有效行程lm=240mm，等效轉(zhuǎn)速 =10r/min,要求使用壽命，螺桿材料9mn2v,滾道硬度5860hrc解

20、：1）計算載荷fc = kfkhk1fm = 1.21.01.21166 = 1679n2) 求必需的額定動載荷 ca= 3) 選擇滾珠絲杠的型號和主要尺寸根據(jù)ca=3490n選取 型外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的不襯套的雙螺母滾珠絲杠副，循環(huán)圈數(shù)：2.51，額定動載荷c=1420kgf ，偏心距0.056， 名義直徑mm ，絲杠外徑的d=29mm ，螺母配合外徑d=68mm ，兩個圓螺母厚度=20mm，螺距t=6，螺旋升角 。螺旋導程角： 4) 穩(wěn)定性驗算因螺桿適中，應驗算螺桿的不穩(wěn)定性，臨界載荷為 e 螺桿材料的彈性模量 e = 2.06105n/mm2ia 螺桿危險截面的軸慣性矩 長度系數(shù) ，按一

21、端固定一端鉸支 = 0.7l1 絲杠螺紋全長 l1 = lu+2le = 240+220 =280 故2.54 通過。5）剛度驗算按最不利情況考慮，即在螺距（應為導程）內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為：mm式中： = = 927.89n (式中磨擦系數(shù)f按0.0025計，當量磨擦角v = 840)剪切彈性模量 g = 8.33104 n/mm2則 =0.121m每米螺桿長度上的螺距的彈性變形6）計算效率 (式中)3.5 步進電機選擇3.5.1 縱向步進電機選擇螺桿轉(zhuǎn)動，螺母作直線運動螺旋上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 即 步進電機選130bf5-1.5/0.75

22、，相數(shù)5 ，=110v靜態(tài)電流10a，保持轉(zhuǎn)矩12.74n.m總體尺寸：3.5.2橫向步進電機選擇同理上面的步驟得步進電機選110bf，相數(shù)3 ，=110v 保持轉(zhuǎn)矩8.3n.m總體尺寸：第四章 校核4.1鍵的校核縱向絲杠上中間軸的普通圓頭平鍵11。軸徑29mm，傳動轉(zhuǎn)矩為1.47n.m，整個齒輪組的寬度b50mm，載荷穩(wěn)定。（1）選擇鍵的類型：選a型普通平鍵（）確定鍵的尺寸：查的可選鍵的尺寸為（）擠壓強度：取k=h/2 l=l-b,則工件表面的擠壓應力為（）（）剪強度：由公式得切應力為4.2軸的校核計算齒輪受力齒輪直徑：大輪 小輪 軸上的功率= 2.7kw 轉(zhuǎn)速n = 585r/min 校核

23、床頭箱內(nèi)第根軸。轉(zhuǎn)矩 作用在齒輪上的力ft , fa作用在齒輪上的力ft , fa齒輪分度圓直徑 所以兩齒輪的扭距 軸的彎矩圖扭矩圖如下按照第三強度理論，則由公式可得許用應力值 經(jīng)校核強度符合要求114.3軸承的校核選用軸承代號如下表我們選縱向絲杠左側(cè)深溝球軸承6305進行校核11一直電機轉(zhuǎn)速n=1480r/min，軸承徑向載荷=1166n軸向載荷無，軸徑d=25mm，軸承預期使用壽命=5000h，可靠度為50%。脂潤滑。校核步驟：查機械零件設計手冊第18章表18.7得e=0.081=0.18e表4-7 軸承型號 查表可得x=0.50,y=2.0基本額定動載荷17200n2961n則選用該軸承

24、可以滿足壽命要求。第五章 電器原理圖的設計5.1 數(shù)控系統(tǒng)的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)控系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞直接影響到整個系統(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)的硬件電路概括起來有以下幾個部分組成：（）中央處理單元cpu。（）總線。包括數(shù)據(jù)總線（db）、地址總線（ab）和控制總線（cb）。（）存貯器。包括可擦除存貯器（eeprom）和隨機存貯器（ram）。（）i/o輸入/輸出接口電路。其中cpu是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路的協(xié)調(diào)工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應用中所需的各種數(shù)據(jù)。i/o接口是系統(tǒng)與外界進行信

25、息交換的橋梁。總線則是cpu與存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是cpu與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如下圖所示：5.2 步進電機的控制5.2.1 步進電機的工作原理步進電機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電磁元件。定子上安排了六個磁極，相對的兩個磁極上放置著同一相勵磁繞組，而轉(zhuǎn)子上沒有，只有四個凸極，a、b、c、d組成，當s1接通，s2，s3斷開，a相建立磁場，轉(zhuǎn)子力求以磁路最大來取向，轉(zhuǎn)子齒與定子a相磁極對齊，即轉(zhuǎn)子a、c齒的軸線與定子a相磁極軸線重合。當s1，s3斷開，s2接通，轉(zhuǎn)子b、d齒的軸線與定子b相磁極軸線重合。依次類推s1s2s3s1循環(huán)接通，轉(zhuǎn)子以一定的

26、布距角旋轉(zhuǎn)，改變輸入電流方向，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)即s1s3s2s1。5.2.2 步進電機的控制 步進電機是手脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，已防止電源串路。具體控制電路如圖所示。5.3鍵盤、顯示器接口電路鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機對話的外圍設備，鍵盤可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計算機運行時的狀態(tài)數(shù)據(jù)。鍵盤接口電路常使用8155接口芯片。8155芯片內(nèi)部含有一個256字節(jié)的靜態(tài)ram，兩個8位并行口pa和pb，一個6位并行口pc，工作方式可由程序設置，另外還有一個14位計數(shù)器，可以對輸入脈

27、沖進行減法計數(shù)。引腳timer in為定時器時鐘輸入端，由外圍輸入時鐘脈沖；引腳timer out為定時器輸出端。定時器起動后，能對輸入端的脈沖進行計數(shù)，當減法計數(shù)器減至零時，在timer out端輸出一個脈沖信號14。ad0ad7是地址、數(shù)據(jù)線，因為芯片內(nèi)部含有地址鎖存器，故既能傳遞地址信息，又能傳遞數(shù)據(jù)信息。5.3.1鍵盤接口電路下圖是鍵盤接口電路5。8155和8031單片機可以直接連接。因電路中的8155只作為并行接口使用，不使用內(nèi)部存儲器，故io/m引腳直接經(jīng)電阻r接高電平。8155的地址、數(shù)據(jù)線和8031單片機的p0口直接連接，由8031單片機的地址鎖存信號ale控制實現(xiàn)分時信息傳遞

28、。片選信號端接74ls138譯碼器輸出線y4端口，當y4為低電平時，選中該8155芯片。鍵盤排成5行8列矩陣，總共40個鍵。pc0pc4是5根行線，pa0pa7是8根列線，在列線與行線的交叉點上安裝有按鍵。pa口的8根列線按一定時間間隔輪流輸出低電平。當掃描到某一列線上時，若無鍵按下，則行線都是高電平；若有一個鍵按下時，交叉點上對應的行線變?yōu)榈碗娖?。這個低電平信號被計算機捕獲后，根據(jù)此鍵對應的行線和列線的位置，計算機可以判斷出鍵值，完成一次鍵輸入掃描工作。圖5-1 鍵盤連接電路圖5.3.2 顯示器接口電路led顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式，本設計中使用的是靜態(tài)顯示器，顯示器由7位led顯

29、示管組成，后面6位是七段數(shù)碼顯示器，用以顯示數(shù)據(jù)。最左邊是十六段米字型顯示器，可以顯示字符n、g、m、s、t、f以及x、y、z、v、w字符等。圖 5-2 顯示連接電路圖顯示器要顯示的字符或數(shù)字信息直接由8031單片機的p0口輸出，并鎖存在相應的鎖存器74ls373中，74ls373中鎖存的信息直接加在顯示器上顯示出字符或數(shù)字。米字顯示管有16段，故其數(shù)據(jù)信息用兩個鎖存器。電路中74ls154芯片是4線16線譯碼器，工作原理和74ls138譯碼器相似。74ls154譯碼器的輸入端接8031單片機的p2.0p2.3端口，輸出端y0y8用作各鎖存器的選通信號。5.4 光電編碼器工作原理光電編碼器，是

30、一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出600個脈沖，五線制。其中兩根為電源線，三根為脈沖線(a相、b相、z)。電源的工作電壓為 （+5+24v）直流電源。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信號。工作原理:當光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動時a、b兩根線都產(chǎn)生脈

31、沖輸出,a、b兩相脈沖相差90度相位角，由此可測出光電編碼器轉(zhuǎn)動方向與電機轉(zhuǎn)速。如果a相脈沖比b相脈沖超前則光電編碼器為正轉(zhuǎn),否則為反轉(zhuǎn).z線為零脈沖線,光電編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖.主要用作計數(shù)。a線用來測量脈沖個數(shù),b線與a線配合可測量出轉(zhuǎn)動方向.n為電機轉(zhuǎn)速 n=nd測-nd理例如:我們車的速度為1.5m/s,輪子的直徑220mm，c=d*pi，電機控制在21.7轉(zhuǎn)/秒,根據(jù)伺服系統(tǒng)的指標, 設電機轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分,故可求得當nd=21.7*60=130轉(zhuǎn)/分時，光碼盤每秒鐘輸出的脈沖數(shù)為：pd=130600/60=1300個脈沖當測出的脈沖個數(shù)與計算出的標準值有偏差時,可根據(jù)電壓

32、與脈沖個數(shù)的對應關系計算出輸出給伺服系統(tǒng)的增量電壓u，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換，再計算出增量脈沖個數(shù)，等下減去。 當運行時間越長路線越長，離我們預制的路線偏離就多了。這時系統(tǒng)起動位置環(huán)，通過不斷測量光電編碼器每秒鐘輸出的脈沖個數(shù)，并與標準值pd（理想值）進行比較，計算出增量p并將之轉(zhuǎn)換成對應的d/a輸出數(shù)字量，通過控制器減少輸個電機的脈沖個數(shù)，在原來輸出電壓的基礎上減去增量，迫使電機轉(zhuǎn)速降下來，當測出的p近似為零時停止調(diào)節(jié)，這樣可將電機轉(zhuǎn)速始終控制在允許的范圍內(nèi)。5.5 變頻器近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調(diào)速越來越被工業(yè)上所采

33、用。如何選擇性能好的變頻其應用到工業(yè)控制中，是我們專業(yè)技術人員共同追求的目標。下面結(jié)合作者的實際經(jīng)驗談談變頻器的工作原理和控制方式。5.5.1變頻器的工作原理 各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均200v/60hz（50hz）或100v/60hz（50hz）。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（dc）。然后再把直流電（dc）變換為三相或單相交流電（ac），我們把實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。 變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻

34、器的家電產(chǎn)品中不僅有電機（例如空調(diào)等），還有熒光交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式位：n60 f(1s)/p (1)式中n異步電動機的轉(zhuǎn)速；f異步電動機的頻率；s電動機轉(zhuǎn)差率；電動機極對數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在050hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。5.5.2 變頻器控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380650v，輸出功率為0.75400kw，工作頻率為0400hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。（）1u/f=c的正弦脈

35、寬調(diào)制（spwm）（）控制方式電壓空間矢量（svpwm）（）控制方式矢量控制（vc）方式（）直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）方式（）矩陣式交交控制方式圖 5-3 經(jīng)濟型數(shù)控機床控制結(jié)構(gòu)框圖第六章 技術經(jīng)濟分析6.1 提高技術經(jīng)濟價值：(1)進一步改善和簡化設計，減少零件數(shù)目，提高標準化、通用化程度；(2)采用廉價材料；(3)改善毛坯、零件加工、裝配等工藝性，合理選擇精度、公差和配合以及其他技術條件；(4)改善生產(chǎn)、經(jīng)營管理制度。再以上四個方面中，改善設計最為重要。6.2 機械零件的設計本篇畢業(yè)設計論文主要對ck6125型數(shù)控機床進行了分析設計。在設計的過程中，在保證零件在強度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性、

36、溫升等方面都滿足的條件下，盡量采用廉價材料，并且對于我所設計的機械零件盡量采用“三化”即標準化，系列化，通用化。6.3 結(jié)構(gòu)的設計結(jié)構(gòu)設計是設計工作中重要的內(nèi)容，好的結(jié)構(gòu)設計可以對技術經(jīng)濟產(chǎn)生非常大的影響。本篇畢業(yè)設計論文對ck6125型數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)設計上充分的考慮了以下方面：(1) 功能的合理布置和布局。(2) 采用了比較短的傳動鏈和比較簡單的結(jié)構(gòu)。(3) 科學的劃分了部件。(4) 零件間力的平衡，力流的合理傳遞與閉鎖。(5) 系統(tǒng)或零件本身的等強度設計(6) 變形協(xié)調(diào)原理的應用及其計算(7) 穩(wěn)定性原則的應用(8) 考慮與強度因素有關的結(jié)構(gòu)改善措施(9) 考慮與熱因素有關的結(jié)構(gòu)設計(10

37、) 考慮與摩擦磨損因素有關的結(jié)構(gòu)設計(11) 考慮與腐蝕因素有關的結(jié)構(gòu)設計在考慮上面這些結(jié)構(gòu)設計的基礎上既可以滿足設計需要又可以最大限度技術和經(jīng)濟在人類進行物質(zhì)生產(chǎn)、交換活動中始終并存，是不可分割的兩個方面。兩者互相促進又相互制約。技術具有強烈的應用性和明顯的經(jīng)濟目的性，沒有應用價值和經(jīng)濟效益的技術是沒有生命力的。而經(jīng)濟的發(fā)展必須依賴于一定的技術手段，世界上不存在沒有技術基礎的經(jīng)濟發(fā)展。技術與經(jīng)濟的這種特性使得它們之間有著緊密而不可分割的聯(lián)系。本次畢業(yè)設計的是經(jīng)濟型數(shù)控車床，車削技術在機床工業(yè)上的應用越來越重要。本品參考價格為20萬元.（參考數(shù)控機床的應用）因為一個機床廠不可能只生產(chǎn)一種機床，

38、種類多了則一種機床的生產(chǎn)數(shù)量就不能太多，要根據(jù)生產(chǎn)能力和市場要求來設定生產(chǎn)規(guī)模。根據(jù)魯南機床廠的生產(chǎn)能力假設如下：平均一年的的生產(chǎn)能力為20臺，再不出現(xiàn)產(chǎn)品積壓和供不應求的情況下，一年的毛利潤為400萬元。一臺機床需要2個步進電機，每個1300元左右；每臺變頻調(diào)速電機1臺，單價8000元左右；每臺絲杠兩個單價2000元左右；編碼器1臺，單價1600左右；導軌兩臺總計2萬元左右；所需要的各種軸承、螺釘、螺栓總計需要200元； 所需要的鋼材，灰鑄鐵（包括原料費用，加工成品所需要的費用）總計需要8萬元左右（下面有北京05年6月份部分價格表5-1）。增值稅稅率為17%這樣每臺機器制造成本大約需要12萬

39、元（已除去經(jīng)營費用、運輸費用、存儲費用以及管理費用的），成本費用1.5萬元（包含運輸、保管、存儲等費用）。工人工資按每人1500元/月但是每個工人還要生產(chǎn)其他產(chǎn)品，這樣一年本產(chǎn)品在工人的工資上總計除去10萬元，則可得成本=12*1.17-8*0.17/1.17-4*0.17/1.17=11.902萬元純利潤:400-20*（2*0.13+0.8+2*0.2+0.16+2+0.02+8）-10/20*（1-33%）=5.37萬元（其中還要除去個人所得稅33%的稅款）利潤還是相當可觀的，而且本機器制造簡單，體積小占用空間少，便于運輸，非常適合私人開的各種小工廠，銷路在近幾年非常的好總 結(jié) 本文設計

40、的ck6125型數(shù)控車床，完成了主運動系統(tǒng)及縱橫向進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計任務。合理的選擇了主電機及步進電機，設計了相應的控制系統(tǒng)，并對主要傳動件進行了設計或校驗計算。該機床采用手動二檔變速，檔內(nèi)變頻調(diào)速設計，操作方便結(jié)構(gòu)簡單?？刂葡到y(tǒng)采用高低壓恒流驅(qū)動電路來驅(qū)動步進電機，使進給系統(tǒng)運行平穩(wěn)、安全、可靠，實用性強。參考文獻1 濮良貴，紀名剛. 機械設計m.北京：高等教育出版社.2001,1003742 張新義. 經(jīng)濟型數(shù)控機床m. 北京：機械工業(yè)出版社.1993,1021583 吳祖育. 數(shù)控機床m. 上海：上海科學技術出版社.1989,78964 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機床使用操作技術m. 北京：國防工業(yè)出版社.2002,1462545 李忠文. 實用電機控制電路m. 北京：化學工業(yè)出版社.2003,1321766 李佳. 數(shù)控機床及應用m. 北京：清華大學出版社.2001,33787 吉林工學院. 金屬切削機床設計（上冊）m. 上海：上?？茖W技術出版社.1979,1021348 機床設計手冊編寫組. 機床設計手冊（2零件設計，上