數(shù)控機床設(shè)計說明書范本

1、78/78數(shù)控機床設(shè)計講明書學(xué) 院：機械學(xué)院專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班 級：機自071 學(xué) 號：072003110123 學(xué)生姓名： 張海明指導(dǎo)教師：趙先鋒 2011年 1 月 5 日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201203067摘 要 PAGEREF _Toc201203067 h 2第HYPERLINK l _Toc2012030681章 前言 PAGEREF _Toc201203068 h 2第HYPERLINK l _Toc2012030692章 數(shù)控車床設(shè)計概述6第HYPERLINK l _Toc2012030703章課程設(shè)計的目的

2、8第HYPERLINK l _Toc2012030714章 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 PAGEREF _Toc201203071 h 8HYPERLINK l _Toc2012030724.1主切削力及其切削分力計算9HYPERLINK l _Toc2012030734.2導(dǎo)軌摩擦力的計算10HYPERLINK l _Toc2012030744.3計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力11HYPERLINK l _Toc2012030754.4確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)11HYPERLINK l _Toc2012030764.5滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算12HYPERLINK l _Toc2

3、012030774.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核17HYPERLINK l _Toc2012030784.7計算機械傳動的剛度19HYPERLINK l _Toc2012030794.8驅(qū)動電機的選型與計算22HYPERLINK l _Toc2012030804.9機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 PAGEREF _Toc201203080 h 26HYPERLINK l _Toc2012030814.10機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 PAGEREF _Toc201203081 h 27HYPERLINK l _Toc2012030824.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號 PAGEREF _T

4、oc201203082 h 28第HYPERLINK l _Toc2012030835章 數(shù)控機床操縱系統(tǒng)設(shè)計31HYPERLINK l _Toc2012030845.1硬件電路設(shè)計內(nèi)容31HYPERLINK l _Toc2012030855.2設(shè)計步驟31HYPERLINK l _Toc2012030865.3軟件電路設(shè)計要緊內(nèi)容 PAGEREF _Toc201203086 h 31HYPERLINK l _Toc2012030875.4軟件設(shè)計37HYPERLINK l _Toc2012030885.5進給伺服系統(tǒng)概述47HYPERLINK l _Toc201203090總結(jié)與體會50摘

5、要當(dāng)今世界HYPERLINK ./dianzijixie/電子技術(shù)迅速HYPERLINK ./fazhan/進展，微處理器、微型HYPERLINK ./pc/計算機在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛HYPERLINK .應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的進展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個差不多要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、操縱及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動操縱技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學(xué)HYPERLINK ./科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能

6、化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向進展。關(guān)鍵字：機電一體化的基礎(chǔ) 差不多組成要素 特點 進展趨勢第一章 前言一、當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備進展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)進展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國對外開放進一步深化的新環(huán)境下 ,進展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了進展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是進展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最差不多的裝備 ,又是當(dāng)今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行操縱的技術(shù) ,而數(shù)控

7、裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋專門多領(lǐng)域。（一）、數(shù)控技術(shù)的進展趨勢。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的進展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備進展的趨勢來看 ,其要緊研究熱點有以下幾個方面:(1)、 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。從 EMO

8、2001 展會情況來看 ,高速加工中心進給速度可達 80m/ min ,甚至更高 ,空運行速度可達 100m/ min左右。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,差不多采納以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。在加工精度方面 ,近 10 年來 ,一般級數(shù)控機床的加工精度已由 10m提高到 5m ,周密級加工中心則從 35m ,提 高到 11.5m同時超周密加工精度已開始進入納米級 0.1m 。為了實現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的進展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。(2) 、5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速進展采納 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加

9、工 ,可用刀具最佳幾何形狀進行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等緣故 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的進展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床 含 5 面加工機床 的進展。(3) 、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)進展的要緊趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率

10、和加工質(zhì)量方面的智能化 ,如加工過程的自適應(yīng)操縱 ,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋操縱、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識不負載自動選定模型、自整定等。數(shù)控系統(tǒng)開放化差不多成為數(shù)控系統(tǒng)的以后之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)確實是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)能夠在統(tǒng)一的運行平臺上 ,面向機床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的專門應(yīng)用和技訣竅集成到操縱系統(tǒng)中 ,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮亮個性的名牌產(chǎn)品。目前開放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工

11、具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際聞名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求 ,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向進展的趨勢。（二）、對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)進展的差不多可能我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的進展歷程大致可分為三個時期：第一時期從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式進展時期。在現(xiàn)在期 ,由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的進展較為緩慢。第二時期是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進技術(shù) ,消化

12、汲取 ,初步建立起國產(chǎn)化體系時期。在現(xiàn)在期 ,由于改革開放和國家的重視 ,以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善 ,我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三時期是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進入市場競爭時期?？v觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的進展歷程 ,特不是通過 4 個 5 年打算的攻關(guān) ,總體來看取得的成績依舊不小。（三）、對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化進展的戰(zhàn)略考慮(1) 、戰(zhàn)略考慮。我國是制造大國 ,在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量同意前端而不是后端的轉(zhuǎn)移 ,因此 ,我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)

13、是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)進展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全看 ,西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì) ,對我國實現(xiàn)禁運和限制 ,“東芝事件”和“考克斯報告”確實是最好的例證。(2)、進展策略。從我國差不多國情的角度動身 ,以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導(dǎo)向 ,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo) ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)進展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化進展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容 ,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式進展。強調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端

14、產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的進展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就可不能有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就可不能有價值低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;因此 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。第二章 數(shù)控車床設(shè)計概述用數(shù)控機床加工零件時，首先應(yīng)加工零件的幾何信息和工藝信息變成加工程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置的處理和運算，按各坐標(biāo)軸的重量送到各軸的驅(qū)動電路，通過轉(zhuǎn)換和放大進行伺服電動機的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進

15、行反饋操縱，使刀具和工件及其他輔助裝置嚴格地按照加工程序規(guī)定的順序和參數(shù)有條不紊地運作，從而加工出零件的全部輪廓。 數(shù)控機床具有專門好的柔性，當(dāng)加工對象變換時，只需重新編制加工程序即可，原來的程序可存儲備用，不必像組合機床那樣需要針對新加工零件重新設(shè)計加床，致使生產(chǎn)預(yù)備時刻過長。經(jīng)濟型數(shù)控車床，關(guān)于保證和提高被加工零件的精度，要緊依靠兩方面來實現(xiàn)：一是系統(tǒng)的操縱精度；二是機床本身的機械傳動精度。數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)，由于必須對進給位移的位置和速度同時實現(xiàn)自動操縱。因此，數(shù)控車床與一般臥式車床相比應(yīng)具有有更好的精度以確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控改造對機械傳動系統(tǒng)的要求為：（1)

16、盡量采納低摩擦的傳動副。如滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。（2)選用最佳的降速比，為達到數(shù)控機床所要求的脈沖當(dāng)量，使運動位移盡可能加速達到跟蹤指今。（3)盡量縮短傳動鏈以及用預(yù)緊的方法提高傳動系統(tǒng)的剛度。（4)盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差。如采納消除間隙的聯(lián)軸節(jié)和消除傳動齒輪間隙的機構(gòu)等。（5)盡景滿足低振動和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳動精度高高、運動平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動元件。 從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國內(nèi)大多數(shù)的情況，可采納更換滾珠絲杠來代替原機床上的T型絲杠。也可對原車床上T型絲杠加以修復(fù)，但現(xiàn)在必須相應(yīng)修配與與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提

17、高配合精度。般講來如原車床的工作性能良好精度尚未降低，則應(yīng)盡量保留機床的傳動系統(tǒng)。使改造后的數(shù)控車床同時具有微機操縱和原機床操作的雙重功能。如原車床使用時刻較長運動部件磨損嚴峻除了對導(dǎo)軌精度進行修復(fù)外還應(yīng)將傳動部件拆除或更換，以確保改造后車床的傳動精度。 數(shù)控機床一般由操縱介質(zhì) 數(shù)控裝置 伺服系統(tǒng)和機床組成如圖2.1圖2.1數(shù)控機床的組成電動機的選擇 (1)依照機械的負載特性和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。(2)依照負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力額啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動機功率應(yīng)留有余量

18、，負荷率一般取0.80.9。(3)依照使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的愛護措施，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。(4)依照企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對功率因素的要求，確定電動機的電壓等級和類型。(5)依照生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的要求，以及機械減速機構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價格、維護等等因素。電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇由于不同的機床要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動態(tài)剛度，振動抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實際使用需要是緊密相關(guān)的?？偟膩碇v，選擇主軸驅(qū)動系統(tǒng)將在價格與性能之間

19、找出一種理想的折衷。表1簡要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動系統(tǒng)的性能。下面將對各種交流主軸系統(tǒng)進行對比、分析。表1.1 理想主軸驅(qū)動系統(tǒng)性能項目內(nèi)容高性能低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩寬恒功率范圍,并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩高旋轉(zhuǎn)精度高動態(tài)響應(yīng)高加減速,起制動能力具有強魯棒性,能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化高效率,低噪聲低價格低購買價格,低維護價格,低服務(wù)價格通用要求耐用性,可維護性,安全可靠性感應(yīng)電機交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零幾個kW到上百kW，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機床上。 第三章 課程設(shè)計的目的數(shù)控機床課程設(shè)計是一個重要的時刻性教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合的運用所學(xué)的理論知識，獨立

20、進行的設(shè)計訓(xùn)練，要緊目的：通過設(shè)計，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的差不多組成及其想怪知識，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算及選用的方式通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電機的工作原理、計算操縱方法與操縱驅(qū)動方式培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思想鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻資料及撰寫科技論文的能力第四章 X軸設(shè)計計算4.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號1.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=410*400*50重量:按重量=體積

21、*材料比重估算為: = Y向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導(dǎo)軌(含電機)重量為夾具及工件重量:約200NX-Y工作臺運動部分總重量為:立式數(shù)控銑床工作臺（X軸）設(shè)計1概述1.1技術(shù)要求工作臺、工件和夾具的總重量=865kg（所受的重力W=8000N），其中，工作臺的質(zhì)量=327kg（所受的重力=5000N）；工作臺的最大行程=880mm；工作臺快速移動速度=15000；工作臺采納貼塑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動摩擦系數(shù)=0.15,靜摩擦系數(shù)=0.2；工作臺的定位精度為20，重復(fù)定位精度為12；機床的工作壽命為20000h（即工作時刻為10年）機床采納株洲伺服電機，額定功率=11，機床采納端面銑刀進行強力切

22、削，銑刀直徑D=125mm，主軸轉(zhuǎn)速n=8000，切削狀況如表2-1所示表2-1數(shù)控銑床的切削狀況切削方式進給速度/時刻比例/(%)備注強力切削0.610主電動機滿功率條件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速進給1510空載條件下工作臺快速進給1.2總體方案設(shè)計為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案。工作臺工作面尺寸（寬度長度）確定為520mm1200mm。工作臺的導(dǎo)軌采納矩形導(dǎo)軌，在與之相配的動導(dǎo)軌滑動面上貼聚四氟乙烯（PT-FE）導(dǎo)軌板。同時采納斜鑲條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面的間隙，在背板上通過設(shè)計偏心輪結(jié)構(gòu)來消除導(dǎo)軌背面與背板的間隙，并在與工作臺導(dǎo)軌相接觸的斜鑲條接觸面上和背板

23、接觸面上貼塑。對滾珠絲桿螺母副采納預(yù)緊措施，并對滾珠絲桿進行預(yù)拉伸。采納伺服電機驅(qū)動。采納膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動機與滾珠絲桿直連。2設(shè)計計算2.1主切削力及其切削分力計算（1）計算主切削力。依照已知條件，采納端面銑刀在主軸計算轉(zhuǎn)速下進行強力切削（銑刀直徑D=125mm）時，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動機的全部功率。現(xiàn)在，銑刀的切削速度為若主傳動鏈的機械效率，按式可計算主切削力；機床主軸的計算轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速全部功率時的最低切削速度，；機床主傳動系統(tǒng)的傳動功率，一般取。（2）計算各切削分力。依照表22可得工作臺縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分不為表22 工作臺工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗比

24、值切削條件比值對稱端銑不對稱端銑逆銑順銑端銑圓柱銑、立銑、盤銑和成形銑2.2導(dǎo)軌摩擦力的計算（1）按式計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力?，F(xiàn)在，動摩擦系數(shù)，、主切削力的垂向切削分力（N）和橫向切削分力（N）；W坐標(biāo)軸上移動部件的全部重量（包括機床夾具和工件的重量，N）；摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式不同而不同，關(guān)于帖塑導(dǎo)軌，=0.15；關(guān)于滾動直線導(dǎo)軌，=0.01；鑲條緊固力（N）,其推舉值可查表23得鑲條緊固力=2500N，則=0.15(8000+2500+159.75+92.49)N=1612.8N表23 鑲條緊固力推舉值導(dǎo)軌形式主電動機功率/kw7.5111518貼塑滑動導(dǎo)軌50080015002000

25、250030003500滾動直線導(dǎo)軌254075100125150175按式,計算在吧切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力。=0.15（8000+2500）N=1575N=0.2(8000+2500)N=2100N2.3計算滾珠絲桿螺母副的軸向負載力（1）按式， 主切削力的縱向切削力=（62.26+1612.8）N=1675.1N（2）按式N計算最小軸向負載力=1612.8N2.2.4滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算1）確定滾珠絲桿的導(dǎo)程依照已知條件，取電動機的最高轉(zhuǎn)速，則由式得：2)計算滾珠絲桿螺母副得平均轉(zhuǎn)速和平均載荷（1）估算在各種切削方式下滾珠絲桿的軸向載荷。將強力切削時的軸向載荷定為最

26、大軸向載荷，快速移動和鉆鏜定位時的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削(粗加工)和精細切削（精加工）時，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷、分不可按下列公式計算：，并將計算結(jié)果填入表24。表24 數(shù)控銑床滾珠絲桿的計算切削方式軸向載荷/N進給速度/()時刻比例/()備注強力切削1675.110一般切削（粗加工）2082.1230精細加工（精加工）1821.8650快移和定鏜定位1612.810計算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速（3）按式計算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速。按式計算滾珠絲桿螺母副的平均載荷。3)確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動載荷（1）按預(yù)定工作時刻估算。查表25得在和性質(zhì)系數(shù)。已知初步選擇的滾珠絲

27、桿的精度等級為2級，查表26得精度系數(shù)。查表27得可靠性系數(shù)，額定壽命則由式得表25 載荷性質(zhì)系數(shù)載荷性質(zhì)無沖擊（專門平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或振動11.21.21.51.52表26精度系數(shù)精度等級1、2、34、5710 表27可靠性系數(shù)可靠性/()90959697989910.620.530.440.330.21因?qū)L珠絲桿螺母副將實施預(yù)緊，因此可按式估算最大軸向載荷。查表28得欲加動載荷系數(shù)，則表28 欲加動載荷系數(shù)欲加載荷類型輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載（3）確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動載荷。取以上兩種結(jié)果的最大值，即=7087.54）按精度要求確定同意的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)（1）依照定位精度和重復(fù)定

28、位精度的要求估算同意的滾珠絲桿的最大軸向變形。已知工作臺的定位精度為20，重復(fù)定位精度為12，依照公式重復(fù)定位精度和定位精度以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得，取上述計算結(jié)果的較小值，即。（2）估算同意的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)。本機床工作臺（X）軸滾珠絲桿螺母副的安裝方式擬采納兩端固定式。滾珠絲桿螺母副的兩個固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度（1.21.4）行程+（2530）取L=1.4行程+30=（1.4880+3010）mm=1532mm,又=2180N，由式得（5）初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號依照計算所得的、，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾

29、珠絲桿螺母副FFZD5010-3,其公稱直徑、差不多導(dǎo)程、額定動載荷和絲桿底徑如下：，,，故滿足式，的要求。由式確定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力計算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補償值和預(yù)拉伸力按式計算目標(biāo)行程補償值目標(biāo)行程補償值；溫度變化值（），一般情況下為23；絲桿的線膨脹系數(shù)（1/）,一般情況下為；滾珠絲桿副的有效行程。已知溫度變化值，絲桿的線膨脹系數(shù)，滾珠絲桿副的有效行程=工作臺行程+安全行程+2余程+螺母長度 =（880+100+220+147）mm=1227mm,故(2)按式計算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力。已知滾珠絲桿螺紋底徑,滾珠絲桿的溫度變化值，則8)確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)格型號（1）按

30、式計算軸承所承受的最大軸向載荷。計算軸承的預(yù)緊力計算軸承的當(dāng)量軸向載荷(4)按式計算軸承的差不多額定動載荷。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速,軸承所受的當(dāng)量軸向載荷,軸承的差不多額定壽命。軸承的徑向載荷和軸向載荷分不為 因為，因此查表29得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Y=0.54，故表29 載荷系數(shù)組合列數(shù)2列3列4列承載列數(shù)1列2列1列2列3列1列2列3列4列組合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1.91.432.331.172.332.53Y0.540.770.350.890.350.26X0.920.920.920.020.020.920.920.920.92Y1.01.01.

31、01.01.01.01.01.01.0(5)確定軸承的規(guī)格型號因為滾珠絲桿螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，因此選用角接觸球軸承組背對背安裝，以組成滾珠絲桿兩端固定的支承形式。由于滾珠絲桿的螺紋底徑為44.3mm，因此選擇軸承的內(nèi)徑為40mm，以滿足滾珠絲桿結(jié)構(gòu)的需要。在滾珠絲桿的兩個固定端均選擇國產(chǎn)角接觸球軸承兩件一組背對背安裝，組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號為760308TNI/P4DFB,尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為40mm90mm23mm，選擇脂潤滑。該軸承的預(yù)載荷能力為5600N，大于計算所得的軸承預(yù)緊力=2647.25N.并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1500r/min,等于滾珠絲桿的最

32、高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。該軸承的額定動載荷為=50000N，而該軸承在20000h工作壽命下的差不多額定動載荷=39597.89N,也滿足要求。2.3工作臺部件的裝配圖設(shè)計將以上計算結(jié)果用于工作臺部件的裝配圖設(shè)計（見本課程設(shè)計插頁圖1）。本課程設(shè)計后插頁圖2為工作臺零件圖，插頁圖3為滑鞍零件圖。滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗本工作臺的滾珠絲桿支承方式采納預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓，因此，不存在壓桿補穩(wěn)定問題。滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗依照以上的計算可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度=1117.5mm。已知彈性模量，材料密度，重力加速度，安全系數(shù)。查參考文獻表

33、2-44得。滾珠絲桿的最小慣性矩為滾珠絲桿的最小截面積為故可由式得 本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500，遠遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗滾珠絲桿螺母副的壽命，要緊是指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲桿在相同的條件下回轉(zhuǎn)時，其中90不發(fā)生疲勞剝落的情況下運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速查參考文獻附錄A表A-3得滾珠絲桿的額定動載荷，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)，滾珠絲桿的軸向載荷,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速,由式，得， 一般來講，在設(shè)計數(shù)控機床時，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時刻壽命故滿足要求。 傳動系統(tǒng)的剛度計算傳動系統(tǒng)的剛度計算(1)計算滾珠絲桿的拉壓剛度。本工作臺的絲桿支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠

34、絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時時，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度，可按式計算： 當(dāng)或時（即滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端位置時），滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度，可按式計算：（2）計算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度。已知軸承接觸角，滾動體直徑，滾動體個數(shù)Z=16，軸承的最大軸向工作載荷,查參考文獻表2-45、2-46得計算滾珠與滾道的接觸剛度查參考文獻附錄A表A-3得滾珠與滾道的接觸剛度，額定載荷，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，故由式得計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度。由式得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為故。由式得進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為故。滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)

35、剛度計算由以上計算可知，扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離已知剪切模量，滾珠絲桿的底徑。由式得 驅(qū)動電動機的選型與計算計算折算到電動機軸上的負載慣量（1）計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。已知滾珠絲杠的密度，由式得（2）計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動量。（3）計算折算到電動機軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量。已知機床執(zhí)行部件（即工作臺、工件、夾具）的總質(zhì)量，電動機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸上移動的距離,則由式得（4）由式計算加在電動機軸上總的負載轉(zhuǎn)動慣量。計算折算到電動機軸上的負載力矩（1）計算切削負載力矩。已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負載力，電動機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，進給傳動系統(tǒng)總效率，由式得（2）計算摩擦負載力矩已

36、知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負載力（即為空載時的導(dǎo)軌摩擦力），由式得（3）計算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負載力矩。已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力滾珠絲杠螺母副的差不多導(dǎo)程，滾珠絲杠螺母副的效率，由式得計算坐標(biāo)軸折算到電動機軸上的各種所需的力矩（1）計算線性加速力矩已知機床執(zhí)行部件以最快速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速，電動機的轉(zhuǎn)動慣量，坐標(biāo)軸的負載慣量，進給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，加速時刻，由式得 （2）計算階躍加速力矩。已知加速時刻，由式得（3）計算坐標(biāo)軸所需的折算到電動機軸上的各種力矩。按式計算線性加速時空載啟動力矩。按式計算階躍加速時空載啟動力矩。按式計算快進力矩。按式計算工進力矩。選擇驅(qū)動電動機

37、的型號選擇驅(qū)動電動機的型號依照以上計算和查參考文獻表2-47，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的型交流伺服電動機為驅(qū)動電動機。要緊技術(shù)參數(shù)如下:額定功率3kw；最高轉(zhuǎn)速3000；額定力矩12；轉(zhuǎn)動慣量；質(zhì)量。交流伺服電動機的加速力矩一般為額定力矩的5-10倍。若按5倍計算，則該電動機的加速力矩為60，均大于本機床工作臺的線性加速時所需 的空載啟動力矩以及階躍加速時所需的驅(qū)動力矩，因此，不管采納何種加速方式，本電動機均滿足加速力矩要求。該電動機的額定力矩為12，均大于本機床工作臺快進時所需的驅(qū)動力矩以及工進時所需的驅(qū)動力矩，因此，不管是快進依舊工進，本電動機均滿足驅(qū)動力矩要求。（2）慣量匹配驗算。為了

38、使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理 的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足式而在本設(shè)計中，故滿足慣量匹配要求。 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析計算絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，而滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量（其中、分不是機床執(zhí)行部件的質(zhì)量（）和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量（），則計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為已知絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則由以上計算可知，絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。計算傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析計算機

39、械傳動系統(tǒng)的方向死區(qū)已知進給傳動系統(tǒng)的最小綜合拉壓剛度，導(dǎo)軌的靜摩擦力，則由式得即故滿足要求。計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差由式得 即故滿足要求。計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差（1）計算由快速進給扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量。已知負載力矩，由以上計算得扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離，絲杠底徑，由式得由扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動滯后量將阻礙工作臺的定位精度。由式得 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號確定滾珠絲杠螺母副的精度等級本機床工作臺采納半閉環(huán)操縱系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求： 滾珠絲杠螺母副擬采納的精度等級為2級，查參考文獻表2-20得；查參考文獻表2-21得，當(dāng)螺紋長度為850

40、mm時，故滿足設(shè)計要求。確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號為FFZD5010-3-P2/15191000,其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：50mm,10mm；螺紋長度：1000mm；絲杠長度：1519mm；類型與精度：P類，2級精度。表71 2弧度內(nèi)行程變動量和任意300mm行程內(nèi)行程變動量（）精度等級123454567868121623表72 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和同意的行程變動量（單位：）有效行程/mm精度等級12345315668812121616232331540076981212181725254005008710101513201927265006309711

41、111614222130296308001081312181625233531800100011915132117292540331000125013101814241934294639第五章 數(shù)控機床操縱系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計5.1 設(shè)計內(nèi)容.按照總統(tǒng)方案以及機械結(jié)構(gòu)的操縱要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣操縱的結(jié)構(gòu)框圖；.選擇計算機或中央處理單元的類型；.依照操縱系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴展電路；.依照操縱對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴展接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；.選擇操縱電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號；.繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號

42、，管腳號及參數(shù)；.講明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進行詳細的原理講明和方案論證。5.2 設(shè)計步驟.確定硬件電路的總體方案。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：主操縱器。即中央處理單元CPU總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，操縱總線。存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU中央處理單元CPU存儲器RAM存儲器RAMROM外設(shè)：外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口輸入/輸出I/O接口信號變換信號變換操縱對象操縱對象.主操縱器的選擇系列單片機是集中，端口及部分等為一體的功能性專門強的操縱

43、器。只需增加少量外圍元件就能夠構(gòu)成一個完整的微機操縱系統(tǒng)，同時開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用芯片作為主控芯片。.存儲器擴展電路設(shè)計(）程序存儲器的擴展單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采納芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分不為k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時要考慮與時序的匹配。所能讀取的時刻必須大于所要求的讀取時刻。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴展用芯片。

44、單片機規(guī)定0口提供為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，因此為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低位的地址信息，一般采納芯片作為地址鎖存器，并由發(fā)出同意鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 P1.7 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 A12 A8 2764A7A0 D7 D0譯碼電路譯碼電路GG74LS372擴展2764電路框圖 (）數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于內(nèi)部只有字節(jié)，遠不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采納6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計

45、選用芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。其擴展電路如下所示： P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 A12 A8A7 6264 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0譯碼電路GG74LS372擴展6264電路框圖 (）譯碼電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送。故要進行片選操縱。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采納統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜。可采納線選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片

46、選線差不多上高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。關(guān)于和容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采納全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設(shè)計采納全地址譯碼法的電路分不如下圖所示：（4）存儲器擴展電路設(shè)計8031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。該設(shè)計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機的外存儲器擴展電路，單片機外存儲器擴展電路如下：（5）擴展電路設(shè)計(a).通用可編程接口芯片單片機共有個位并行接口，但供用戶使用的只

47、有1口及部分3 口線。因此要進行口的擴展。與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設(shè)備，能夠完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采納行列式鍵盤，即用口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器要緊有和。下圖所示為采納接口治理的鍵盤，顯示器電路。它有鍵和位顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及顯示器的字位操縱共用一個口，即共用的P口進行操縱，鍵盤的行線由口擔(dān)任，顯示器的字形操縱由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4步進

48、電機驅(qū)動電路設(shè)計(1）脈沖分配器步進電機的操縱方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計采納集成脈沖分配器YB013。采納YB013硬件環(huán)行分配器的步進電機接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后操縱步進電機的勵磁繞組。假如將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如下：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率專門小，遠不

49、能滿足步進電機的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需依照步進電機容量選擇功率放大器。本設(shè)計選用功率放大器。5其它輔助電路設(shè)計（）的時鐘電路單片機的時鐘能夠由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體能夠在.之間任意選擇，耦合電容在pF之間，對時鐘有微調(diào)作用。采納外部時鐘方式時，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源。80318031XTAL1XTAL2時鐘電路（）復(fù)位電路單片機的復(fù)位差不多上靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在引腳上出現(xiàn)ms以上

50、的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后便從單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與復(fù)位要求一致時，能夠直接相連。當(dāng)晶振頻率選用z時，復(fù)位電路中取，取，取。有用復(fù)位電路圖如下所示：（）越界報警電路為了防止工作臺越界，可分不在極限位置安裝限位開關(guān)。利用光電耦合電路，將行程開關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至的口1.0。當(dāng)任何一個行程開關(guān)被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平?？衫密浖O(shè)計成查詢的方法隨時檢查有無越界信號。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至的外部中斷引腳（或），采納中斷方式檢查越界信號。數(shù)控系統(tǒng)軟件電路設(shè)計5.3 系統(tǒng)操

51、縱軟件的要緊內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的操縱程序來實現(xiàn)各種操縱功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的操縱軟件分為以下幾個部分：1、系統(tǒng)治理程序：它是操縱系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能要緊是同意操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到治理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。2、零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加源程序的任務(wù)。3、插補程序。依照零件加工源程序進行插補，分配進給脈沖。4、伺服操縱程序。依照插補運算的結(jié)果或操作者的命令操縱伺服電機的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。5、診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。6、機床

52、的自動加工及手動加工操縱程序。7、鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。5.4 軟件設(shè)計1.系統(tǒng)操縱功能分析數(shù)控X-Y工作臺的操縱功能包括：（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式操縱字。（2）、工作臺復(fù)位。開機后工作臺應(yīng)該自動復(fù)位，亦可手動復(fù)位。（3）、輸入和顯示加工程序。（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。（5）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應(yīng)該立即停止工作臺的運動，并顯示相應(yīng)的指示字符。（6）、工作臺的自動操縱。（7）、工作臺的手動操縱

53、。（8）、工作臺的聯(lián)動操縱。2.系統(tǒng)治理程序操縱 治理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入治理程序。其要緊功能是同意和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計治理程序時，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺的差不多操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位操縱，工作臺位置操縱，手動操作，緊急停機等。依照以上分析，設(shè)計治理程序流程圖如下所示：開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化加工程序輸入鍵按下？加工程序輸入鍵按下？機床復(fù)位 機床復(fù)位 N自動加工自動加工鍵按下？加工數(shù)據(jù)輸入 Y 自動加工自動加工鍵按下？加工數(shù)據(jù)輸入 N手動加工鍵按下？手動加工鍵按下？手動調(diào)整Y手動調(diào)整 N治理程序流程3.自動加工程序設(shè)計（

54、1）機床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位刀具快速進給加工退刀工作臺運動到下一位置；（2）計算機在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，操縱機床完成加工；（3）由以上分析，設(shè)計自動加工程序框圖如下所示： 入口零件坐標(biāo)地址指針零件坐標(biāo)地址指針讀零件坐標(biāo)讀零件坐標(biāo)調(diào)步進電機子程序調(diào)步進電機子程序工作臺移動到位刀具快進刀具快進加工加工快速退刀快速退刀零件坐標(biāo)地址指針加1零件坐標(biāo)地址指針加1N零件加工完成 零件加工完成Y 返回 4.步進電機操縱子程序設(shè)計步進電機的操縱包括速度，轉(zhuǎn)角及方向的操縱。步進電機在突然啟動或停止時，由于負載和慣性，會使電機失步，因此電機運行時有一個加，減速過程。通過確定進給脈沖數(shù)

55、和脈沖時刻間隔，即可實現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)角與速度的操縱。（1）時刻常數(shù)的確定在步進電機操縱程序中，利用單片機的定時器中斷，延時產(chǎn)生進給脈沖的時刻間隔。此間隔由送入定時器的時刻常數(shù)決定。時刻常數(shù)由下式計算：式中：T為脈沖時刻間隔（ms）；為單片機機器周期（s），在時鐘為6MHz時，=2s。（2）步進電機加，減速進給脈沖及脈沖時刻間隔的確定設(shè)步進電機加，減速方式為直線加，減速。要使步進電機不失步，應(yīng)滿足：式中：為步進電機啟動力矩；為負載力矩；為慣性力矩。由步進電機=3.92N.m，取步進電機的加速啟動力矩則使步進電機不失不的慣性力矩步進電機角加速度又式中：為上升到步進電機最高頻率所需時刻，因此有：加速脈

56、沖個數(shù)：確定加減脈沖個數(shù)都為54個又因為：因此脈沖時刻結(jié)合能夠算出對應(yīng)各脈沖時刻的計數(shù)器時刻常數(shù)。 EPROM存儲器中，時刻常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個時刻常數(shù)占據(jù)兩個字節(jié)，低位地址存放時刻常數(shù)低8位，高位地址存放時刻常數(shù)高8位。在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計數(shù)器N0，N1，N2。以計數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過程是否結(jié)束的標(biāo)志。步進電機操縱程序框圖如下所示：步進電機操縱子程序：開始開始中斷初始化中斷初始化設(shè)時刻常數(shù)地址指針設(shè)時刻常數(shù)地址指針首地址指向1000H加速加速減速 脈沖計數(shù)器賦初值恒速送時刻常數(shù)至計數(shù)器中送時刻常數(shù)至計數(shù)器中中斷N中斷返 回開中斷啟動定時器Y

57、返 回開中斷啟動定時器 步進電機操縱中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序入口送時刻常數(shù)送時刻常數(shù) 步進電機進一步步進電機進一步N0=0？N0=0？時刻常數(shù)地址指針加1N1=0？時刻常數(shù)地址指針加1N1=0？N1N1N1-1N0N0N0-1N2=0？關(guān)中斷時刻常數(shù)地址指針加1關(guān)中斷時刻常數(shù)地址指針加1N2N2N2-1中斷返回 5.編語言程序設(shè)計（1）內(nèi)存地址分配 加速脈沖數(shù)計數(shù)器N0地址設(shè)為20H；恒速脈沖數(shù)計數(shù)器N1低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址位22H；減速脈沖數(shù)計數(shù)器N2地址位23H。加速，減速，恒速脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)地址位24H，高位字節(jié)地址位25H；步進電機進給操縱子程序FEED首

58、地址位0E80H。每調(diào)用一次該程序，步進電機按規(guī)定方向進給一步。（2）程序清單N0 EQU 20H ;加速N1L EQU 21H ;恒速N1H EQU 22H N2 EQU 23H ;減速NL EQU 24H ;脈沖總數(shù)寄存器NH EQU 25HDS EQU 26H ；地址指針偏移量FEED EQU 0E80HORG 0E00H0E00 758160 START： MOV P，#60H0E03 758901 MOV TMOD，#01H ；設(shè)計數(shù)器工作方式為1，16位定時器0E06 75201B MOV N0，#01A4H ；設(shè)N0為3200E09 75231B MOV N2， #1A4H0E0

59、C E520 MOV A ， N0 ；計算2XN00E0E 23 RL A0E0F F8 MOV R0， A0E10 C3 CLR C ；計算N1=N-2N00E11 E524 MOV A， NL0E13 98 SUBB A， R00E14 F521 MOV N1L， A0E16 E525 MOV A， NH0E18 9400 SUBB A，#00H0E1A F522 MOV N1H，A0E1C 901000 MOV DPTR， #1000H ；設(shè)時刻常數(shù)指針初值為1000H0E1F 752600 MOV DS， #00H ；設(shè)地址偏移量初值為00H0E22 93 MOVC A, A+DPTR

60、 ；從EPROM中讀時刻常數(shù)0E23 F58A0E25 0526 INC DS0E27 E526 MOV A，DS0E2 93 MOVC A，A+DPTR 0E2A F58C MOV TH0，A0E2C 0526 INC DS0E2E D2AF SETB EA ；開中斷同意0E30 D2A9 SETB ET0 ；同意定時器0中斷0E32 D28C SETB TR0 ；啟動定時器0開始計算0E34 20AFFD WAIT：JB EA，WAIT ；中斷同意返回0E37 22 RET中斷服務(wù)程序： ORG 000BH000B 02F00 LJMP 0F00H0F00 93 MOVC A，A+DPTR