C616車床數(shù)控系統(tǒng)改造

1、C616車床數(shù)控系統(tǒng)改造作者:日期:畢業(yè)論文目：C616車床數(shù)控系統(tǒng)改造系: 業(yè): 名:指導(dǎo)教師:2014年3月1日目錄 TOC o 1-5 h z 摘 要1關(guān)鍵詞1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第1章緒論2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1。1普通機(jī)床數(shù)控化改造概述 2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 數(shù)控改造的意義 2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn) 3 HYPERL

2、INK l bookmark14 o Current Document 第2章數(shù)控機(jī)床的原理及分類 3數(shù)控機(jī)床的一般原理 3數(shù)字控制的基本概念 3 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 數(shù)控機(jī)床的組成 4 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 。1信息載體4 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 2。1.2.2計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)5 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 。 3伺服系統(tǒng)5 HYPERLINK l boo

3、kmark27 o Current Document 2。1。2.4 機(jī)床5 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 62。2.1 輸入6 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 。 2 譯碼6.3數(shù)據(jù)處理62。2。4 插補(bǔ)6。5伺服控制6 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document .6管理程序7 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類 72。3.1開環(huán)控制系統(tǒng)72半閉環(huán)控制系

4、統(tǒng)82。3。3閉環(huán)控制系統(tǒng)8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 第3章C616機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案 9 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3。1機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案要求 9 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3。2C616車床的數(shù)控改造主要包括以下兩個(gè)方面 93。2。1機(jī)械部分改造 9 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 3.2。2電氣控制系統(tǒng)改造 9 HYPERLINK l bookmark63

5、o Current Document 第4章機(jī)械部分改造10 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì) 1 0 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 0 1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 0 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 4。1.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算11。 1 切削力計(jì)算 1 1。 2滾珠絲杠設(shè)計(jì)及計(jì)算 134.1。2.2。1強(qiáng)度計(jì)算1 34.1。2。2.2效率計(jì)算1 34.1。2。2.3剛度驗(yàn)算1 44.1。2。2.4穩(wěn)

6、定性驗(yàn)算14 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 4.1。2。3齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1 44o 1.2 o 3o 1有關(guān)齒輪計(jì)算1 .2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算154。1。2。3。3所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 1 5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 4.2橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì) 1 7 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 4.2.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 7 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 4

7、.2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 174.2.2 。 1切削力計(jì)算 1 84.2。2。2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 184。 強(qiáng)度計(jì)算1 84.2 0 2.2 0 2 效率計(jì)1 84.2.2 。2。3剛度驗(yàn)算1 94。2。2。2.4穩(wěn)定性驗(yàn)算1 94。2。2。3齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 1 94.2 0 20 3.1有關(guān)齒輪計(jì)算1 94。2。2。3.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1 94。2。2。3。3所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 20 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 第5章機(jī)床導(dǎo)軌改造21 HYPERLINK l bookmark81 o Current Documen

8、t 第6章 電氣系統(tǒng)改造226。1步進(jìn)電機(jī)的選擇226.1。1 步 進(jìn) 電 機(jī) 選 用 的 基本 原則226。1.1.1 步矩角 a 精度226.1 。1。3 轉(zhuǎn)矩2 26。1.1.4啟動(dòng)頻率23 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document C616縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 23C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 236。2 數(shù) 控 裝 置 硬 件 設(shè)計(jì)246。2.1數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 24。2。2 單 片 機(jī) 的 選擇25.2.3存儲(chǔ)器的選擇25 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 6

9、。2。4 I/O 接口電路25 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 6。2。5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 26 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 6.3數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 第7章總結(jié)29第8章致謝30參考文獻(xiàn)31C616機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造摘要：本文主要是將傳統(tǒng)的 C616車床的電氣控制系統(tǒng)改造成為數(shù)字控制的開 環(huán)控制系統(tǒng)。隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來(lái)越高，對(duì)機(jī)械加工設(shè) 備的加工精密程度也要求越來(lái)越高。而在中國(guó)的

10、機(jī)械加工設(shè)備的車床中，普 通車床占了很大比例.這已經(jīng)越來(lái)越制約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于 價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人 .所以對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造具有很 大的意義。本文在搜索、查閱和研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床的數(shù)控改造技 術(shù)進(jìn)行了研究和分析，描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)改造過程主要對(duì)車床 機(jī)械部分和電氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，從而達(dá)到所要求的數(shù)控機(jī)械性能。關(guān)鍵詞：C616車床，數(shù)控改造，單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)第一章緒論1。1普通機(jī)床數(shù)控化改造概述機(jī)床的數(shù)控改造，就是在普通機(jī)床上增加計(jì)算機(jī)控制裝置，使其具有一 定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。它是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要提出， 并隨著機(jī)

11、床行業(yè)以及技術(shù)的不斷進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的，它的內(nèi)容是應(yīng)用成熟的 數(shù)控技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的局部結(jié)構(gòu)進(jìn) 行改造，并安裝上新部件、新裝置、新附件，用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床工作，提高 機(jī)床的技術(shù)性能指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到數(shù)控機(jī)床的水平 .然而，機(jī)床的數(shù)控改造不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，現(xiàn)代的數(shù) 控技術(shù)，特別是加工中心，無(wú) 論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng) 系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型 等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu). 因止匕，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使 普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)

12、盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。1。2數(shù)控改造的意義數(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。1。2。1可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、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)雜的曲線或曲面 .1.2 o 2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37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)

13、化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了 “柔性自動(dòng)化”1.2 o 3加工零件的精度高，尺寸分散度小 ，使裝配容易，減少修配.1。2.4實(shí)現(xiàn)多工序的集中加工，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。5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。因此,機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造后降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力減少了 工件的機(jī)床更換次數(shù)，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).1。3數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)減少投資額、交貨期短.同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60% 80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低.特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯.一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用的1/3,交貨期短。但有些特殊情況，

14、如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高23倍,與購(gòu)置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資 50 %左右。1。3.2機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都 是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量 好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。3熟悉了解設(shè)備、便于操作維修。購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是 否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外, 由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí) 問短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

15、1.3.4可充分利用現(xiàn)有的條件?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。1。3。5可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地 提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率 ，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今 水平的機(jī)床。第2章數(shù)控機(jī)床的原理及分類2。1數(shù)控機(jī)床的一般原理2.1 o 1數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制(Numerical Control -NC),簡(jiǎn)稱為數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技 術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)字控制是相對(duì)于模 擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的控 制量是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如

16、可用不同的字長(zhǎng)表 示不同精度的信息，可對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算等復(fù)雜的信息 處理工作，特別是可用軟件來(lái)改變信息處理的方式或過程，而不用改動(dòng)電路 或機(jī)械機(jī)構(gòu)，從而使機(jī)械設(shè)備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡控制和機(jī)械系統(tǒng)的開關(guān)量控制，如機(jī)床的控制、機(jī)器人的 控制等.數(shù)字控制的對(duì)象是多種多樣的，但數(shù)控機(jī)床是最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的控制對(duì) 象,也是最典型的數(shù)控化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝 備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟( International Federation of Information ProcessingIFIP )第五技術(shù)委員

17、會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼 或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序.定義中所提的程序控制系統(tǒng),就是數(shù)控系統(tǒng)(Numerical Control System)。 數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)輸入載體上事先給定數(shù)字量，并將其譯碼，在進(jìn)行必要的信息處理和運(yùn)算后，控制機(jī)床動(dòng)作和加工零件。最初的數(shù)控系統(tǒng)是 由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng).隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，硬件數(shù)控系 統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(Computer Numerical Control ) 簡(jiǎn)稱CNC.CN保統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控

18、系統(tǒng).由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來(lái)確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提 高。2。1。2數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺 服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成，如圖 1-1所示圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成 信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床加工一個(gè)零件所必需的各種 信息，如零件加工位置數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的 機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等，并通過相應(yīng) 的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中.數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤

19、將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入 到數(shù)控系統(tǒng)。高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)可能還包括一套自動(dòng)編程機(jī)或者CAD/CAMK統(tǒng)。由這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)編制程序、輸入程序、輸入數(shù)據(jù)以及顯示、模擬顯示、存儲(chǔ) 和打印等功能.2。1。2。2計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來(lái)的加工信 息，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作.它由硬件和軟件組成.硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機(jī)、CRT鍵盤、棉板、機(jī)床接口等。光電閱讀機(jī)是輸入系統(tǒng)程序和零件加工程序 ；CRT供顯示和監(jiān)控用；鍵盤用于輸入 操作命令及編輯、修改程序段，也可輸入零件加工程序；操作面板可供操作人員改變操作方

20、式、輸入整定數(shù)據(jù)、啟停加工等；機(jī)床接口是計(jì)算機(jī)和機(jī)床之 間聯(lián)系的橋梁，機(jī)床接口包括伺服驅(qū)動(dòng)接口及機(jī)床輸入/輸出接口 .伺服驅(qū)動(dòng)接口主要是進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)化，以及對(duì)反饋元件的輸出進(jìn)行數(shù)字化處理并記錄， 以供計(jì)算機(jī)采樣；機(jī)床輸入/輸出接口是用于處理輔助功能。軟件由管理軟件 和控制軟件組成。管理軟件主要包括輸入輸出、顯示、診斷等程序；控制軟 件包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等部分組成.數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：2。1.2。2.1機(jī)床主運(yùn)動(dòng)，包括主軸的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向和速度選擇 等；2.1。2。2.2機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如點(diǎn)位、直線、圓弧、循環(huán)進(jìn)給 的選擇，坐標(biāo)方向進(jìn)給速度的選擇等；2

21、.1。2。2。3刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償（長(zhǎng)度、半徑）；2。1。2.2.4其它輔助運(yùn)動(dòng)，如各種輔助操作，工作臺(tái)的鎖緊和 松開，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)與分度和冷卻泵的開、停等。2。3伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng).伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。2。1.2。4 機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：2。1。2。4.1由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸和伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；4。2為了

22、適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；2。1.2.4。3更多的采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；2。1.2。4。4不少數(shù)控技術(shù)還采用了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床各種 效率。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理2.2 o 1輸入輸入給數(shù)控系統(tǒng)的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等.2.2.2譯碼輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線還是圓弧等） 、要求 的加工速度以及其它的輔助信息（換刀、換檔、冷卻液開關(guān)等）。計(jì)算機(jī)依靠譯 碼程序來(lái)識(shí)別這些符號(hào)，將加工程序翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言。2。2。3數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半

23、徑補(bǔ)償、速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什 么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問題。加工速度的確定也是一個(gè)工藝問題.數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保 證這個(gè)編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個(gè)程序中 實(shí)現(xiàn)。o 4插補(bǔ)即根據(jù)給定的曲線類型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及速度， 在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化 .計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能主要由軟件 來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前主要有兩類插補(bǔ)方法：一是脈沖增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是每次插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)給脈沖；二是數(shù)字增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是插補(bǔ)運(yùn)算在每個(gè)插補(bǔ) 周期進(jìn)行一次，根據(jù)指令進(jìn)行速度計(jì)算出一個(gè)微小的直線數(shù)據(jù)段。2。2.5伺服控制將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，

24、經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺 服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)或交、直流伺服電機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。2.2.6管理程序當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開始插補(bǔ)時(shí)，功能程序即著手準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、譯 碼、數(shù)據(jù)處理。即由它調(diào)用各個(gè)功能子程序，且保證一個(gè)數(shù)據(jù)段加工過程中將 下一個(gè)程序段準(zhǔn)備就緒.一旦本數(shù)據(jù)段加工完成，即開始下一個(gè)數(shù)據(jù)段的插補(bǔ)加 工.整個(gè)零件加工就是在這種周而復(fù)始的工程中完成。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，為了便于了解和研究，可以從不同的角度對(duì)其分類.可以按伺服系統(tǒng)的控制方式，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡 ，數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類。 一般地，按伺服系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分類。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它是

25、數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，按其 控制原理可分為以下三類。2。3。1 開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loop Control System ）典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖12所示，是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng).對(duì)于數(shù) 控裝置發(fā)來(lái)的每一個(gè)進(jìn)給脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路放大并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距（即一個(gè)固定的角度，如1.5o），再經(jīng)減速齒輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，并通過絲杠螺母副 傳東工作臺(tái)的移動(dòng)。可以看出工作臺(tái)的移動(dòng)量與進(jìn)給脈沖的數(shù)量成正比 .顯然這 種開環(huán)系統(tǒng)的精度完全依賴于步進(jìn)電機(jī)的步距精度及齒輪、絲杠的傳動(dòng)精度。它沒有測(cè)量反饋矯正措施，所以對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床往往不能滿足要求，但開 環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試容易、造價(jià)低，在數(shù)控機(jī)床的發(fā)

26、展過程中占有一定的 重要地位，現(xiàn)在仍普遍采用.數(shù)控裝S放大r 步進(jìn)電視減速會(huì)輪 絲杠螺母工作臺(tái)圖12開環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖2.3。2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)(Semiclosed Loop ControlSystem)如圖1-3所示，采用裝在絲杠上的角位測(cè)量絲杠或電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量間接地 測(cè)量工作臺(tái)的移動(dòng)量。它的優(yōu)點(diǎn)就是不論工作臺(tái)位移的長(zhǎng)短，角位移測(cè)量元件 制成360可循環(huán)使用圖1-3半閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖半閉環(huán)的意思就是用絲杠（或電機(jī)軸）的轉(zhuǎn)動(dòng)量與數(shù)控裝置的命令相比較（閉環(huán)），而另一部分絲杠螺母工作臺(tái)的位移量不受閉環(huán)控制（開環(huán)） ，故稱為 半閉環(huán)。顯然，從理論上講，半閉環(huán)的精度低于閉環(huán)，但半閉環(huán)調(diào)試方便，穩(wěn)定

27、 性好，角位移的測(cè)量元件簡(jiǎn)單、價(jià)廉，所以配備傳動(dòng)精度較高的齒輪、絲杠的 半閉環(huán)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。2.3。3 閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed Control System )如圖14所示，采用直線位移測(cè)量元件，測(cè)量機(jī)床移動(dòng)部件工作臺(tái)（主軸 箱）的位置并將測(cè)量結(jié)果送回與數(shù)控裝置命令的移動(dòng)量相比較，二者不相等而有 差值時(shí)，將此差值放大外控制伺服電機(jī)帶工作太繼續(xù)移動(dòng)；直至測(cè)量值與命令 值相等差值為零或接近于零時(shí)停止移動(dòng)。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取 決于測(cè)量工作臺(tái)的精度，但實(shí)際上機(jī)床的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)裝置以及傳動(dòng)間隙等非線 形因素都會(huì)影響精度，嚴(yán)重的還會(huì)使閉環(huán)伺服系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。W裝置比較裝置放

28、大何服 電機(jī)I減速齒輪絲杠螺母工作臺(tái),測(cè)量裝置圖1 4閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖第3章C616機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案3.1機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造方案要求C616機(jī)床數(shù)控改造，在考慮具體數(shù)控改造方案時(shí)，基本原則是在滿足使 用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本C616車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件 加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度 的主軸變速，刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變刀位并完成選擇刀具，加工螺紋時(shí)應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)1個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?這些工作就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象。根據(jù)C616車床

29、有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為：采 用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級(jí)齒輪減速 后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。3。2 C616車床的數(shù)控改造主要包括以下兩個(gè)方面3.2.1機(jī)械部分改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不作變動(dòng)，橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母 副替換進(jìn)給軸原有的普通絲桿副，由電動(dòng)刀架代替普通刀架。3.2 o 2電氣控制系統(tǒng)改造。伺服控制采用開環(huán)控制，在機(jī)械部分改造完成后，采用 8031單片機(jī)作為 數(shù)控系統(tǒng)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。具改造后結(jié)構(gòu)原理示息圖如圖31所小.單片微型機(jī)圖3-1 C616型車床的數(shù)控化改造結(jié)構(gòu)

30、原理圖數(shù)控改造主要完成以下內(nèi)容：3。2.2.1數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)X、Z兩軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；3。2。2.2將手動(dòng)刀架拆除換成電動(dòng)刀架；3。2。2.3拆除絲杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；3。2。2。4在主軸后端加一主軸編碼器，以便加工螺紋。改造過程中，只保留機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部 撤除。帶之以滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)，用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)。總體改 造如圖3 2所示。圖32 C616普通車床的數(shù)控改造第4章機(jī)械部分改造縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造.即拆掉原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱，利用原機(jī)床進(jìn)給箱 的安裝孔和銷釘孔安裝內(nèi)有步進(jìn)電機(jī)

31、和一對(duì)齒輪的箱體，將原來(lái)的普通絲杠改 換成滾珠絲杠螺母副?？v向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板 箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。對(duì)車床 改造來(lái)說，外觀不必像產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的那么高，而從改造方便，實(shí)用方面來(lái)考慮。 一般都把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端，如圖4-1所示。圖4-1縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造方案示意圖4。1.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)重量：W=750N時(shí)間常數(shù)：T=28ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0 =8mm行程：S =700mm脈沖當(dāng)量：6 p=0.01mm/step步距角:=00 75o/step快速進(jìn)給速度

32、：Vmax =2.5m/min4。1.2.1切削力計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率Nc N K c(41)式中 N 電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N=4kVy-主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7取 0.65K-進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0。96。因此：Nc=4X0o 65X0o 96=2.496 kWc TOC o 1-5 h z 又因?yàn)镹c FzV/6120(42)所以Fz 6120Nc/v式中 v 切削線速度，取 v=100m/min。主切削力Fz=6120X 2.496/100=152。76(kg f)=1527.6(N)由金屬切削原理可知，主切削力Fz Cfz pXFZ fYFZKFZ(4

33、3)查表得：CFz =188kgf/ m2=1880MPaXFz =1YFz =0.75KFz =1則可計(jì)算Fz如表3-1所示：表4-1Fz計(jì)算結(jié)果p (mm)222333f ( mrm0。20.30.40。20.30.4Fz(N)112515241891168722872837當(dāng)FZ=1520N時(shí)，切削深度 p=2mm走刀量f =0。3mm以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可得知，在一般外圓車削時(shí)：Fx=(0.1 0。6) FzFy= (0.15 0。7) Fz(4-4)?。篎x=0.5Fz=0.5 X1527。6=763。8NFy=0o 6Fz=0o 6X 1527.6=916。

34、5N4。1。2.2滾珠絲杠設(shè)計(jì)及計(jì)算 綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： TOC o 1-5 h z P KFx f (Fz w(4-5)式中 K=1 。 15, f =0O 15-0o 18,取為 0.16。WJ P=1 。 15X763.8+0.16(1527.6+800)=1250。 8N2。1強(qiáng)度計(jì)算壽命值L 60nTi/106(4_6)ni n主 f/Lo 1000vf/ DLo(4-7)取工件直徑 D=80mm ,查表得Ti=15000hM：ni=1000X 100X 0.3/3 。 14X 80X6=20r/min6Li=60X 20X15000/10 =18最大動(dòng)負(fù)載q= yLPfW

35、fH(48)查表得：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fW=1.2硬度系數(shù) 3 =1M Q=V18 X 1.2 X 1X 1250.8=3933o 6N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載 Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào).4。 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：tg /tg()(4-9)式中摩擦角 =10，螺旋升角 =3o25 /則tg3 25 /tg(3 25 10)=0o 9534.1.2 。2.3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L1PL0/EF(410)式中Lo =6mm=0 6cm；E=20.6X 106 N / cm2滾珠絲杠截面積F (d/2)2(2.8031/ 2)2 3.14貝U

36、L11250.8 0.6/20.6 106 (2.8031/2)2 3.145.9 10 6cm滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小，可忽略，即：LL,。所以，導(dǎo)程變形總誤差A(yù)為：100 L/L0 100 5.9 10 6/0.6 9.8 m/m查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差(1m長(zhǎng))為15仙m/m故剛度足夠。2.2.4穩(wěn)定性驗(yàn)算由于機(jī)床原絲杠直徑為小32mm支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題，不 再驗(yàn)算.4。2。3齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算4.2.3 o 1有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比iLo /360 p 0.75 6/360 0.01 1.25故取 乙=32 Z2 =40m=2mm b=20mm =2

37、0od1 m乙 2 32 64mmd2 mZ2 2 40 80mmda1d1 2ha 68mmda2 d2 2ha 84mm4。2.3。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：4.67N.cmJi (180 p/ )2W (180 0.01/3.14 0.755)2 80 0.467kgcm2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：_4_4_4_422Js7.8 10 4D4L7.8 10 43.24100 8.1789kg.cm281.789N.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JZ1 7.8 1 0 4 6.44 2 2.61 7kg.cm2 26.17N.cm2JZ2 7.8 10 4 84 2 6.39kg.c

38、m2 63.9N.cm2電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略.因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J 1/i2(Js Jz2) Jz1 J1 1/1.252(8.1789 6.39) 2.617 0.46722=12.408kg.cm2 124.08N.cm24。2。3。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M Mamax+Mf+Mo最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩MMM Mat + M f + Mo+Mt快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M Mf + Mo式中Mamax-空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩；M f 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；Mo 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；M at 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；Mt

39、折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩.Ma Jn 10 4/9.6T(4-11)當(dāng) n nmax 時(shí)M a maxM anmax vmaxi/L0 2000 1.25/6 416.7r/minMamax 12.408 416.7 10 4 /9.6 0.025 2.15N.m 21.5kgf.cm當(dāng) n nt 時(shí) M a M atnt n主 fi/L0 100vfi / DL0 1000 100 0.3 1.25/3.14 80 624.88r / minMat =12。408X24.88 X 10 4/9.6 X 0.025=0.1286 N 。m=l 286kgf。 cmM fFoLo/2 i f

40、WL/2 i當(dāng)=0.8 f =0.16 時(shí)=1.223Mf 0.16 80 0.6/2 3.14 0.8 1.25kgf.cm=12.23 N .cm當(dāng)0=0。9時(shí)預(yù)加載荷Po=1/3Fx則： 2、_2、Mo FxLo(10 )/6 i 76.38 0.6(1 0.92)/6 3.14 0.8 1.25=0.462kgf.cm 4.62N.mMt FxLo/2 i =76o 3 X 0.6/2 X3.14X0.8X1。25=7.297kgf.cm=72。 97No cm所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M Mamax Mf M。=21。 5+1。223+00 462=23.185kgf。cm=231.

41、85N cm切削時(shí)所需力矩：M Mat Mf Mo Mt=1。286+1.223+0.462+7。297=10.268kgf。 cm=102 68N= cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M M f Mo=1。 223+0o 462=1.685kgf。cm=16 85N= cm由以上分析計(jì)算可知： 所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，Mmax 23.185kgf.cm 231.85N.cm4。2橫向(X向)進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu) 也保留，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。4.2.1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)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一

42、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，提高轉(zhuǎn)動(dòng)精度。4。2。2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，所用到的公式不在詳細(xì)說明，只 計(jì)算結(jié)果。已知條件：工作臺(tái)重量：W=30kgf=300N時(shí)間常數(shù)：T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0 =4mmE旋行程：S =190mm脈沖當(dāng)量：6 P=0。005mm/step步品 E 角：=0.75 o/step快速進(jìn)給速度：Vmax=1m/min4。2.2.1切削力計(jì)算橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3,取1/2 ,則切削力約為縱向的1/2。Fz =

43、1/2 X 152.76=76.38kgf=763.8N在切斷工件時(shí)：Fy 0.5Fz0.5 76.38 38.19kgf cm 381.9N 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算4。2。2.2。1強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：P KFY f (FZ W)(4-12)取 K=1.4 f =0.2WJ P=1。4X38.19+0.2 (76。38+30)=74。74kgf=747。4N壽命值Li 60niTi/106 60 15 15000/106 13.5最大動(dòng)負(fù)載Q=3LifWfHP 3.13.5 1.2 1 74.74 213.55kgf2135.5N根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如

44、，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為小20mm型號(hào)為FC1B20X45-E2左，其額定動(dòng)負(fù)荷為5393N,所以強(qiáng)度足夠用。4.2.2。 2.2 效率計(jì)算螺旋升角 =3o38 ,摩擦角 =10，則傳動(dòng)效率由公式（2-9）得tg3 38 /tg（3 3810） 0.9564。2.2。2.3剛度驗(yàn)算由公式（410）得滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量L尸 74。74X 10X 00 4X4/3。14X20.6 X 106 X 1.76192= 5.96 X 10 6 cm滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小，可忽略，即： LLi所以，導(dǎo)程變形總誤差為A=10

45、0A L/Lo=100 X 5.96 X 10 6/0.4=14。 9 m/m查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15仙m/m，故剛度足夠。4.2。2.2.4穩(wěn)定性驗(yàn)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。4。2.2。3齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 o 1有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比iLo/360 p 0.75 4/360 0.005 5/3 1.67故取Z1 18 Z2 30m 2mm b 20mm a =20odi 36 mmd2 60mmda1 40mm da2 64mm48mm4。2。2

46、。3.2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Jt (180 p/)2W (180 0.005/3.14 0.75)2 30 1/100 0.0439kg.cm2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js 7.8 10 4 24 50 0.624kg.cm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 TOC o 1-5 h z _4 _42JZ1 7.8 10 4 3.64 2 0.262kg.cm244_ 2Jz2 7.8 1062 2.022kg.cm電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此，總的慣量22_21/i2(Js Jz2) Jz1 Jt (3/5) 2(0.624 2.022) 0.262 0.0439 1.258kg.cm24.2.

47、2.3.3所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算nmax vmaxi/Lo 1000 5/ 3/4 416.7r/minMa max Jnmax 10 4/9.6T 1.258 416.7 10 4/9.6 0.025 0.2184N .m 2.23kgf.cm a max maxnt n主 fi/Lo 1000vfi / DLo 1000 100 0.15 5/3.14 60 4 3 33.17r/min0.0174N.m 0.1775kgf.cmMat 1.258 33.17 10 4/9.6 0.025MfF0L0/2 ifWL0/2 i 0.2 30 0.4 3/2 3.14 0.8 50.287kgf.c

48、m 0.028N.m 2_2_Mo FvLo(1o2)/ 6 i 38.19 0.4 3(1 0.92)/ 6 3.14 0.8 5 0.116kgf.cm 0.011N.m0.8 5 1.824kgf.cm 0.179N.mMt FyLo/2 i 38.19 0.4 3/2 3.14所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩cmM M amax M f a maxiM =2.23+0.287+0o 116=2.633kgf。cm=26.33N。切削時(shí)所需力矩:M MatatM f Mo Mt=01774+0.287+0.116+1.824=2.40kgf.cm=24。04No cm快速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩:M M

49、 f Mo=0.287+0.116=0.403kgfo cm=4 03N.cm以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)Mamax 2.633kgf.cm 26.33N.m第5章機(jī)床與軌改造臥式車床上的運(yùn)動(dòng)部件，如刀架、工作臺(tái)都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動(dòng)的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性， 直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用性能。數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，因而運(yùn)動(dòng)靈活輕便，低速運(yùn)行時(shí)不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象.精度高，但價(jià)格貴。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控一般不使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，尤

50、其是數(shù)控改造，若使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，將太大增加機(jī)床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動(dòng)導(dǎo)軌。滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。普通機(jī)床的導(dǎo)軌一般 是鑄鐵-鑄鐵或鑄鐵一淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動(dòng)平穩(wěn)性和定 位精度，為克服滑動(dòng)導(dǎo)軌的上述缺點(diǎn)，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修整 后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動(dòng)靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象； 耐磨性、抗咬傷能力強(qiáng)、加工性和化學(xué)性能穩(wěn)定；且有良好的自潤(rùn)滑性和抗 振性，加工簡(jiǎn)單，成本低.目前應(yīng)用較多的聚四氟乙稀（PTEE）貼塑

51、軟帶，如美國(guó)生產(chǎn)的 Twrcite B 和我國(guó)生產(chǎn)的TSF軟帶材料，此種軟帶厚度為0.8 mm、1.6 mm、3。2 nlm等幾種規(guī)格?？紤]到承載變形，直選用厚度小的規(guī)格；如果考慮到加工余量，選 用厚度為1。6 nlm為宜.貼塑軟帶粘貼工藝非常簡(jiǎn)單，可直接粘結(jié)在原有的滑動(dòng)導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形 式的限制，各種組合形式的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘結(jié)。 粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對(duì)金屬導(dǎo) 軌面進(jìn)行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長(zhǎng)度放大34 mm,切下貼塑軟帶.金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)，加壓固化，待其完全固化 后進(jìn)行修整加工.作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進(jìn)行磨、銃、刮研、開油槽、 鉆孔等加工，以滿

52、足裝配要求。第6章電氣系統(tǒng)改造6。1步進(jìn)電機(jī)的選擇6。1.1步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的 現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題, 實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇 原則介紹如下：6。1.1.1 步矩角a步矩角應(yīng)滿足:mn/i式中 i-傳動(dòng)比；mn 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。 精度步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，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實(shí)用。所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足Qm i s式中Qm-步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的

53、角度誤差。 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)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的 要求，必須考慮：?jiǎn)?dòng)力矩一般啟動(dòng)力矩選取為：Mq Ml n/0.30.5qL0式中Mq電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩；Ml0 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。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。 4啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(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)滿足ftfopop mft極限啟動(dòng)頻率f0P m-一要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。6。1.2 C616縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定Mq ML /0.4

54、 23.185 10/0.4 579.625N.cm qL0為滿足最小步矩要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知:Mq / Mim 0.866所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：Mim M a /0.866 579.625/0.866 669.31N.cm步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率fmax Vmax/60 p 2000/60 0.01 3333.3Hz I I laxI I laxp綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。6。1.3 C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定Mq MLo /0.4 2.633 10/ 0.4 65.825N.cm qo仍選用三相六拍工作方式，查表知：Mq

55、/Mim 0.866所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：Mim Ma/0.866 65.825/ 0.866 76.01N.cm步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率fmax Vmax / 60 p 1000/ 60 0.005 3333.3Hz I I laxI I laxp為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要 求.6。2數(shù)控裝置硬件設(shè)計(jì)6.2.1數(shù)控系統(tǒng)硬件組成任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件電路和軟件程序兩部分組成。硬件主要由 單片機(jī)、車床以及輔助電路構(gòu)成.硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其控制性能的好壞， 直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控 系統(tǒng)的硬件電路概括起

56、來(lái)由以下四部分組成。6。2.1。1中央處理單元（CPU）;6。2.1.2 總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB、地址總線（AB）和控制總線（CB）;6。2。1。3存貯器：包括只讀可編程存貯器（ROM和隨機(jī)讀寫存貯器（RAM;1.4 I/O 輸入/輸出接口電路.其中CPU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.存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是CPUf存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPUt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)硬件框圖如圖6-1所示.圖6-1數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖.2單片機(jī)的選擇M

57、CS-51系列單片微機(jī)是美國(guó)Intel公司在MCS-48系列單片微機(jī)基礎(chǔ)上推 出的產(chǎn)品，它的集成度很高，是集片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)輸入/輸出部件和CPUT 一體的優(yōu)良的單片機(jī)系統(tǒng)，其配置芯片價(jià)廉普及性、通用性強(qiáng) ，制造和維修 方便，完全能夠滿足數(shù)控車床的需要 .所以用MCS-51組成的中央處理器作為 C616改造后的數(shù)控系統(tǒng).在MCS-51系列單片機(jī)產(chǎn)品型號(hào)中，8031芯片內(nèi)無(wú) ROM適用于需擴(kuò)展 ROM 8031屬8位單片機(jī)，它是集 CPU I/O端口及部分RAM?為一體的控制 器，具有價(jià)格低、功能全、體積小、編程靈活性大、開發(fā)手段齊全、硬件資 源豐富等特點(diǎn)。適用于可在現(xiàn)場(chǎng)修理和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)

58、用場(chǎng)合，其價(jià)格 比8051、8751低，非常適合在我國(guó)使用。8031芯片內(nèi)部具有128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器 RAM內(nèi)部地址為00HH7FH, CP叫片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯器有很豐富的操作指令，通過直接尋址或間接尋址方式進(jìn)行 訪問。這128個(gè)字節(jié)單元可作為數(shù)據(jù)緩沖器、堆棧和工作寄存器。8031為40引腳的雙列直插式器件，有4個(gè)雙向8位I/O 口(P。0 80)。P0.0 口和P20作為 地址總線使用。16位地址總線由P0.0 口經(jīng)地址鎖存器 74LS373提供低8位 (A0 %)。高8位(A8 A5)由P2 口直接提供。8位數(shù)據(jù)總線由 口提供。 這樣數(shù)據(jù)總線與地址總線共用，ALE為地址鎖存允許,當(dāng)送低8位地

59、址時(shí)，使ALE 有效并鎖存到74LS373,當(dāng)送數(shù)據(jù)時(shí)使ALE無(wú)效.。3存儲(chǔ)器的選擇CPU部分采用8031芯片。由于8031片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，需要有外部程 序存儲(chǔ)器的支持，外接一片 6264 (8KX8)芯片來(lái)擴(kuò)展8031的RAM存貯器。 8031是一個(gè)無(wú)ROM/EPROM的單片機(jī)，必須擴(kuò)展程序存貯器，存放控制程序， 所以外接了 2片2764(8K 乂 8)芯片，1片74LS373地址鎖存器和一片 74LS138 譯碼器.6。2。4 I/O 接口電路由于8031只有P1 口和P3 口部分能提供用戶作為I/O 口使用，不能滿足輸 入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路，系統(tǒng)擴(kuò)展了二片8

60、155作為I/O接口芯片.I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的：8155(2)芯片PA0- PA7作為顯示器段選信號(hào)，是輸出；PB0- PB7是顯示器的選為信號(hào)，是輸出； PC0- PC56根線是鍵盤掃描輸入，8155 (1)芯片的(I/O)/M弓I腳8031芯片的P2。 0,因?yàn)槭褂?155 (1)的I/O 口，故P2。0為高電平。8155(1)芯片PA0- PA5 為面板上的選擇開關(guān)，設(shè)有編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)、回零等；PBO- PB7為兩個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)及回零輸入、急停等；PC0- PC3控制刀架的運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)。8031 本身提供給用戶使用的輸入、輸出口線不夠，只有 P1 口和部分P3 口