C6140普通車床數(shù)控化改造設計方案

.專業(yè).專注..專業(yè).專注..專業(yè).專注.C6140普通車床數(shù)控化改造設計方案有11.34萬臺，這說明我國機床數(shù)控化率不到3%。我們大多數(shù)制造業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工設備大多數(shù)是傳統(tǒng)機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質量差、品種少、成本高等缺點，因此這些產(chǎn)品在國際、國市場上缺乏競爭了，這直接影響了企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須提高機床的數(shù)控化率。對于我國的實際情況，大批量的購置數(shù)控機床是不現(xiàn)實也是不經(jīng)濟的，只有對現(xiàn)有的機床進行數(shù)控改造。數(shù)控改造相對于購置數(shù)控機床來說，能充分發(fā)揮設備的潛力，改造后的機床比傳統(tǒng)機床有很多突出優(yōu)點，由于數(shù)控機床的計算機有很高的運算能力，可以準確的計算出每個坐標軸的運動量，加工出較復雜的曲線和曲面。其計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記憶和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可以實現(xiàn)另一工件的加工，從而實現(xiàn)“柔性自動化”。改造后的機床不象購買新機那樣，要重新了解機床操作和維修，也不了解能否滿足加工要求。改造可以精確計算出機床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，操作和維修方面培訓時間短，見效快。另外，數(shù)控改造可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新機那樣需要重新構筑地基，還可以根據(jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和檔次，將機床改造成當今水平的機床。數(shù)控技術改造機床是以微電子技術和傳統(tǒng)技術相結合為基礎，不但技術上具有先進性，同時在應用上比其他傳統(tǒng)的自動化改造方案有較大的通用性和可用性，且投入費用低，用戶承擔得起。由于自投入使用以來取得了顯著的技術經(jīng)濟效益，已成為我國設備技術改造中主要方向之一，也為我國傳統(tǒng)機械制造技術朝機電一體化技術方向過渡的主要容之一。第一節(jié)設計任務1.1題目：C6140普通車床數(shù)控化改造設計1.2任務將一臺C6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床。主要技術指標如下：床身上最大加工直徑400mm;最大加工長度1000mm；（3）X方向（橫向）的脈沖當量0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）x0.01mm/脈沖；z（4）X方向最快移動速度v 2500mm/min，Z方向為xmax v 6000mm/min；xmax（5）X方向最快工進速度v 400mm/min，Z方向為xmaxfv 700mm/min；xmaxf（6）X方向定位精度0.01mm，Z方向0.02mm；可以車削柱面、平面、錐面與球面等；安裝螺紋編碼器，可以車削公/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導程24mm；安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)控制自動選刀；自動控制主軸的正轉、反轉與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號；自動控制冷卻泵的啟/停;安裝電動卡盤，系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開；縱、橫向安裝限位開關；數(shù)控系統(tǒng)可與PC機串行通信；顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用ISO數(shù)控代碼。第二節(jié)總體方案的確定總體方案應考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、進給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進給傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。1．普通車床數(shù)控化改造后應具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。2．普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應結構簡化，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。3．根據(jù)技術指標中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，決定選用MCS-51系列的8位單片機作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機具有功能多、速度快、抗干擾能力強、性/價比高等優(yōu)點。4．根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉換電路、串行接口電路等，還要選擇步進電動機的驅動電源以及主軸電動機的交流變頻器等。5．為了達到技術指標中的速度和精度要求，縱、橫向的進給傳動應選用摩擦力小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動間隙提高傳動剛度，滾珠絲杠的螺母應有預緊機構等。6．計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需要減速齒輪副，且應有消間隙機構。7．選擇四工位自動回轉刀架與電動卡盤，選擇螺紋編碼器等。第三節(jié)機械系統(tǒng)的改造設計方案3.1主軸系統(tǒng)的改造方案對普通機床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣可以減少機械改造的工作量。主軸的正轉、反轉和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉速，可用2~4速的多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于70Hz，原來的電動機可以不更換，但所選變頻器的功率應比電動機大）。改造C6140車床時，若采用有級變速，可選用超力生產(chǎn)的YD系列7.5kW變級多速三相異步電動機，實現(xiàn)2~4檔變速；若采用無級變速，應加裝交流變頻器，推薦型號為：F100-G0075T3B,適配7.5kW電動機，生產(chǎn)廠家為惠豐電子。3.2安裝電動卡盤為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，選用呼和浩特附件總廠生產(chǎn)的KD11250型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊與松開由數(shù)控系。3.3換裝自動回轉刀架為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉刀架，選用市宏達機床數(shù)控設備生產(chǎn)的LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換刀需要配置相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。3.4螺紋編碼器的安裝方案螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸信號的反饋元件，它與車床主軸同步。改造后的車床能夠加工的最大螺紋導程是24mm，Z向的進給脈沖當量是0.01mm/脈沖，所以螺紋編碼器每轉一轉輸出的脈沖數(shù)應不少于24mm/(0.01mm/脈沖）2400脈沖。考慮到編碼器的輸出有相位差90的A、B相信號，可用A、B異或后獲得2400個脈沖（一轉），這樣編碼器的線數(shù)可降到1200線（A、B信號）。另外，為了重復車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉一個的零位脈沖Z?；谏鲜鲆?，選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電壓+5V，每轉輸出1200個A/B脈沖與1個Z脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑15mm，生產(chǎn)廠家為光機數(shù)顯技術。螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結構簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為1:1的同步齒形帶與主軸連接起來。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床組、主軸的最高轉速不允許超過編碼器的最高許用轉速。3.5進給系統(tǒng)的改造與設計方案拆除掛輪架所有齒輪，在此主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與同步帶減速箱總成。（3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜板上方安裝四工位立式刀架。拆除橫溜板下的滑動絲桿螺母副，將滑動絲桿靠刻度盤一段（長216mm，見圖一）鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。將橫向進給步進電動機通過法蘭安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。改造后的橫向、縱向進給傳動系統(tǒng)分別見附圖一和附圖二。第四節(jié)進給傳動部件的計算和選型縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設計減速箱、選擇步進電動機等。4.1脈沖當量的確定根據(jù)設計任務要求，X方向（橫向）的脈沖當量為0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）為0.01mm/脈沖。x z4.2切削力的計算（1）縱向切削力算設工件為碳素結構鋼，650MPa；選用刀具材料為硬質合金bYT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角k60，前角10，刃傾角5； r 0 s切削用量為：背吃刀量3mm，進給量f0.6mm/r，切削速度pv105m/min。c查表得：G2795，x1.0，y0.75，n0.15；主偏角KFc FC Fc Fc r的修正系數(shù)K 0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)KrFc值均為1.0。由經(jīng)驗公式：FCxFcfyFcVnFcK，算得主切削力F2673.4N;C F p c F cc c由經(jīng)驗公式：F:F:F1:0.35:0.4，算得縱向進給切削力F935.69N, c f p f背向力F1069.36N。P（2）橫向切削力計算橫向主切削力為縱向的一半，所以橫向主切削力1F'F1336.7Nc2c由經(jīng)驗公式F:F:F1:0.35:0.4,求得橫向進給切削力F467.85N，c f p f背向力F534.68N。p4.3滾珠絲杠螺母副的計算和選型1.縱向：(1)工作載荷F的計算m已知移動部件總重量G1300N；車削力F2673.4，F(xiàn)1069.36N，F(xiàn)935.69N。根據(jù)FF，F(xiàn)F，F(xiàn)的對應關P f z c y p x f系，可得：F2673.4N，F(xiàn)1069.36N，F(xiàn)935.69N。 z y x選用矩形-三角形組合滑動導軌，查表，取K1.15，0.16，代入FKF(FG),得工作載荷F1712N. m x z m(2)最大動載荷F的計算Q設本車床Z向在承受最大切削力條件下最快的進給速度v0.8m/min，初選絲杠基本導程P6mm，則此時絲杠轉速hn1000v/P133r/min。h取滾珠絲杠的使用壽命T15000h，代入L60nT/106,得絲杠壽0命系數(shù)L119.7(單位為：106r）。0查表，取載荷系數(shù)f1.15，再取硬度系數(shù)f1，代入式 W HF3LffF，求得最大動載荷F3LffF9703N。Q0W H m Q0W H m初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷，查表，選擇啟東潤澤機床附件生產(chǎn)的FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm，基本導程為6mm，雙螺母滾珠總圈數(shù)為32圈6圈，精度等級取4級，額定動載荷為132000N，滿足要求。傳動效率的計算將公稱直徑d40mm，基本導程P6mm，代入 0 harctan[P/(d)]，得絲杠螺旋升角244'。將摩擦角10'，代入 h 0tan/tan()，得傳動效率94.2%。剛度的驗算1）縱向滾珠絲杠的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，見圖二。固定端采取一對推力角接觸軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為a1497mm；鋼的彈性模量E2.1105MPa；查表得滾珠直徑D3.9688mm，算得絲杠底徑WFaMa2d公稱直徑d滾珠直徑D36.0312mm。忽略式m中2 0 W 1 ES 2IE的第二項，算得絲杠在工作載荷F作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量mFa/(ES)0.01197mm。m根據(jù)公式Z(d/D)3，求得單圈滾珠數(shù)目Z29,該型號 0 W絲杠為雙螺母，滾珠總圈數(shù)為326，則滾珠總數(shù)量Z296174。滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力FF/3571N。則由式 YJ mF0.0013 m ,求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量103DFZ2/10 W YJ0.00117mm。因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實變形量可減小一半，取0.000585mm。將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對 1 2 總 1 2應跨度1497mm）0.012555mm12.555m。由表知，4級精度滾珠絲總杠任意300mm軸向行程行程的變動量允許16m，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量只有12.555m，可見絲杠剛度足總夠。(6)壓桿穩(wěn)定性校核f2EI根據(jù)式Fk F計算失穩(wěn)時的臨界載荷F。查表取支承k Ka2 m k系數(shù)f2；由絲杠底徑d36.0312，求得截面積慣性矩 k 2Id4/6482734.15mm2；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安2裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式f2EIFk F，得臨界載荷F51012N,遠大于工作載荷F(1712N)，k Ka2 m k m故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4.4同步帶減速箱的設計為了滿足脈沖當量的設計要求和增大轉矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負載慣量盡可能地減小，傳動鏈中常采用減速傳動。C6140車床縱向減速箱選用同步帶傳動。設計同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳動的功率P；主動輪轉速n和傳動比i；傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。1根據(jù)改造經(jīng)驗，C6140車床縱向步進電動機的最大靜轉矩通常在15~25Nm之間選擇。初選電動機型號為130BYG5501,五相混合式，最大靜轉矩20Nm，十拍驅動時步距角為0.72。傳動比的確定已知電動機的步距角0.72，脈沖當量0.01mm/脈沖，zP滾珠絲杠導程P6mm，代入式ih算得傳動比i1.2h 360主動輪最高轉速n 由縱向床鞍的最快動速度v 6000mm/min，得出主動輪 的最高轉速n(v /)/3601r/min。 1 zmax z（3）確定帶的設計功率Pd預選的步進電動機在轉速為1200r/min時，對應的步進脈沖頻率為f1200360/(60)1200360/(600.72)Hz10000Hz。當max脈沖頻率為10000Hz時，電動機的輸出轉矩約為3.8Nm，對應的輸出功率為PnT/9.5512003.8/9.55W478W。取OUTP0.478kW，K1.2,代入式PKP，得出 A d AP1.20.478kW0.574kW.4）選擇帶型和節(jié)距pb根據(jù)帶的設計功率P0.574kW和主動輪最高轉速dn1200r/min，選取同步帶的型號為L型節(jié)距p9.525mm。 1 b確定小帶輪齒數(shù)z和小帶輪節(jié)圓直徑d 1 1pz取z15，則小帶輪節(jié)圓直徑db145.48mm。當n達到 1 1 1dn601000 最高轉速1200r/min時，同步帶速度為v 112.86m/s，沒有超過L型帶的極限速度35m/s。確定大帶輪齒數(shù)z和大帶輪節(jié)圓直徑d 2 2大帶輪齒數(shù)ziz18，節(jié)圓直徑did54.57mm。 2 1 2 1初選中心距a、帶的節(jié)線長度L、帶的齒數(shù)z 0 0p b初選中心距a1.1(dd)110.06mm，圓整后取a110mm。 0 1 2 0 (dd)2 則帶的節(jié)線長度為L2a(dd)1 2377.33mm。查 0p 021 2 4a0表選取標準節(jié)線長度L381mm，相應齒數(shù)z40。 p b計算實際中心距aLL 實際中心距aap 0p111.835mm。 0 2校驗帶與小帶輪的的嚙合齒數(shù)zmz pzzent[1b1(zz)]7，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。m 222a2 1此處ent表示取整。計算基準額定功率P0所選型號同步帶在基準寬度下所允許傳遞的額定功率：(Tmv2)v Pa ，式中T表示帶寬為b時的許用工作壓力，查 0 1000 a s0表得T244.46N；m表示帶寬為b時的單位長度的質量，查表 a s0得m0.095kg/m；v表示同步帶的帶速，由上述（5）知v2.86m/s。代入式子算得P0.697kW.0確定實際所需同步帶寬度bsPbb(d)1/1.14，式中b表示選定型號的基準寬度，查表s s0KP s0z0得b25.4mm；K表示小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查表得K1。由 s0 z z上式算得b21.42mm，再根據(jù)表選取標準帶寬b25.4mm。 s s帶的工作能力驗算b根據(jù)式P(KKTsmv2)v103，計算同步帶額定功率P的zw bs0精確值：式中K為齒寬系數(shù)：K(b/b)1.141。經(jīng)計算得 w w s s0P0.697kW,而P0.574kW,滿足PP。因此，帶的工作能力合d d格。4.5步進電動機的計算與選型（1）計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量Jeq已知：滾珠絲杠的公稱直徑d40mm，總長（帶接桿）0l1560mm，導程P6mm，材料密度7.85103kg/cm3；縱向h移動部件總重量G1300N；同步帶減速箱大帶輪寬度28mm，節(jié)徑54.57mm，孔徑30mm，輪轂外徑42mm，寬度14mm；小帶輪寬度28mm，節(jié)徑45.48mm，孔徑19mm，輪轂外徑29mm，寬度12mm；傳動比i1.2。將上述數(shù)據(jù)代入公式，可得出：滾珠絲杠的轉動慣量J30.78kgcm2；床鞍折算到絲杠上的轉動慣量SJ1.21kgcm2；小帶輪的轉動慣量J0.95kgcm2，大帶輪的 W z1轉動慣量J1.9kgcm2。在設計減速箱時，初選的縱向步進z2電動機型號為130BYG5501，查表得該型號電動機轉子的轉動慣量J33kgcm2。則加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量m為：JJJ(JJJ)/i257.55kgcm2。（2）算在進動轉上的等效負載轉矩Teq分快速空載起動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。1）快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩T由式TTTT，可知T包括三部分：快速載起 eq1 amax f 0 eq1 動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩T 、移動部件運amax動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩T、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩T。為滾珠絲杠副傳動0FP 效率很高，根據(jù)式TYJh(12)可知，T相對于T 和T很02i00amaxf小，可以忽略不計。則有：TTT（4-1） eq1 amax f2Jn根據(jù)式T Jeqm，考慮縱向傳動鏈的總效率amax eq 60ta，計算快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉 2Jn 1矩：T eqm（4-2）式中n表示對應縱向空載amax 60t ma最快移動速度的步進電動機最高轉速，單位為r/min；t表a示步進電動機由靜止到加速至n轉速所需的時間，單位為mvs。其中：nmax（4-3）式中v表示縱向空載最m360 max快移動速度，任務書指定為6000mm/min；表示縱向步進電動機步距角。為0.72；表示縱向脈沖當量，為0.01mm/脈沖。將以上各值帶入式（4-3），算得n1200r/mmin。m設表示步進電動機由靜止到加速至n轉速所需時間mt0.4s，縱向傳動鏈總效率0.7；則由式（4-2）求得：a 257.551041200 FPTNm2.58Nm，由式T摩h可amax600.40.7 f2i知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為：(FG)P T c h（4-4）式中表示導軌的摩擦因數(shù)，滑動 f 2i導軌取0.16；F表示垂直方向的工作載荷，空載時取0；表c示縱向傳動鏈總效率，取0.7。則由式（4-4）得：0.16(01300)0.006TNm0.24Nm，最后由式（4-1），f 20.71.2求得快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為：TTT2.82Nm(4-5)eq1amaxf2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩Teq2由式TTTT可知，T包括三部分：折算到電 eq2 t f 0 eq2動機轉軸上的最大工作負載轉矩T、移動部件運動時折t算到電動機轉軸上的摩擦轉矩T、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉T。T相對于T和T很 0 0 f t小，可以忽略不計。則有：TTT（4-6） eq2 t f其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩TtFP由式Tfh計算，本例中在對滾珠絲杠進行計算的時t2i候，已知進給方向的最大工作載荷F935.69N,則有：f FP 935.690.006Tfh Nm1.06Nmt2i20.71.2FP再由式T摩h計算承受最大工作負載f2i（F2673.4N）情況下，移動部件運動時折算到電動機c轉 軸 上 的 摩 擦 轉 矩 : (FG)P 0.16(2673.41300)0.006TchNm0.72Nmf2i20.71.2最后由式（4-6），求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承的負載轉矩：TTT1.78Nm（4-7） eq2 t f經(jīng)上述計算后，得到加在步進電動機轉軸上的最大等效負載轉矩：Tmax{T,T}2.82Nm（4-7） eq eq1 eq2（3）步進電動機最大靜轉矩的選定考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓降低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟布，甚至堵轉。因此，根據(jù)Teq來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K4，則步進電動機的最大靜轉矩應滿足： T 4T42.82Nm11.28Nm（4-8） jmax eq對于前面預選的130BYG5501型步進電動機，查表可知，其最大靜轉矩T20Nm，可見完全滿足式（4-8）要求。jmax（4）步進電動機的性能校核1）最大工進速度時電動機輸出轉矩校核 任務書給定縱向最快工進速度v 700mm/min，脈沖當量maxfv0.01mm/脈沖，由式f maxf求出電動機對應的運行頻率maxf 60 f 700/(600.01)Hz1167Hz。在此頻率下，電動機的輸出轉maxf 矩T 17Nm，遠遠大于最大工作負載轉矩T1.78Nm，滿maxf eq2足要求。2）最快空載移動時電動機輸出轉矩校核任務書給定縱向最快空載移動速度v6000mm/min，由式maxvfmax，求出電動機對應的運行頻率max60f6000/(600.01)Hz10000Hz。查表得，此頻率下，電動機的max輸出轉矩T3.8Nm，大于快速空載起動時負載轉矩T2.82Nm滿足要求。eq1最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度v6000mm/min，對應的電動機運行頻max率f10000Hz。查表可知130BYG550的極限運行頻率為max20000Hz，可見沒有超出上限。起動頻率的計算已知電動機轉軸上的總轉動慣量J57.55kgcm2，電動機轉eq子自身的轉動慣量J33kgcm2，查表可知電動機轉軸不帶任何mf負載時最高空載起動頻率f1800Hz。由式f q ，可q L 1Jeq/Jm以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率為：f1087Hz，L上式說明，要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于1087Hz。實際上，在采用軟件升降頻率時，起動頻率選得很低，通常只有100Hz(即100脈沖/s)。綜上所述，縱向進給系統(tǒng)選用130BYG550步進電動機，可以滿足要求。4.6同步帶傳遞效率的校核分兩種工作情況，分別進行校核。（1）快速空載起動電動機從靜止到加速至n1200r/min，由式（4-5）可知，m同步帶傳遞的負載轉矩T2.82Nm，傳遞的功率為PnT/9.5512002.82/9.55W54.3W。meq1（2）最大工作負載、最快工進速度由式（4-7）可知，帶需要傳遞的最大工作負載轉矩T1.78Nm，任務書給定最快工進速度v700mm/min，對應 eq2 maxf 電動機轉速n (v /)/360140r/min。傳遞的功率為 maxf maxf zPT/9.551401.78/9.55W26.1W。eq2可見，兩種情況下同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額定功率0.697kW。因此，選擇的同步帶功率合格。第五節(jié)繪制進給傳動機構的裝配圖在完成滾珠絲杠螺母副和步進電機的計算選型后可以著手繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖。在繪制機械裝配圖時，還應認真的考慮與具體結構設計有關的一些問題。（1）了解原機床的詳細結構，從有關資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結構尺寸。（2）根據(jù)載荷特點和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號，軸承座的結構以及軸承預緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號?？紤]各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。箱上的聯(lián)接與定位等?？紤]密封、防護、潤滑以及安全機構等問題。在進行各零部件結構設計時，應注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。第六節(jié)控制系統(tǒng)硬件電路設計根據(jù)任務書的要求，設計控制系統(tǒng)的硬件電路時主要考慮以下功能：接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示；接收操作面板的開關與按鈕信號；接收車床限位開關信號；接收螺紋編碼器信號；接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架刀位信號；控制X、Z向步進電動機的驅動器；控制主軸正轉、反轉與停止；控制多速電動機，實現(xiàn)主軸有級變速；控制交流變頻器，實現(xiàn)主軸無級變速；控制切削液泵起動/停止；控制電動卡盤的夾緊與松開；控制電動刀架的自動選刀；與PC機的串行通信。圖（2）為控制系統(tǒng)的原理框圖。CPU選用ATMEL公司的8位單片機AT89S52；由于AT89S52本身資源有限，所以擴展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存儲器，存放系統(tǒng)底層程序；擴展了一片SRAM芯片6264用做數(shù)據(jù)存儲器，存放用戶程序；鍵盤與LED顯示采用8279來管理；輸入/輸出口的擴展選用了并行接口8255芯片，一些進/出的信號均做了隔離放大；模擬電壓的輸出借助于DAC0832;與PC機的串行通信經(jīng)過MAX233芯片。數(shù)控系統(tǒng)的操作面板布置如圖（1）所示。面板設置了48個微動按鈕，三個船形開關，一只急停按鈕，顯示器包括1組數(shù)碼管和77只發(fā)光二極管。交流變主軸電動隔離放X向步進電動隔離放隔離放隔離放隔離放隔離放隔離放隔離放Z向步進電動刀架電動機主軸電動機卡盤電動機切削液泵電刀架刀位信限位開關信SRAM芯片6264復位電晶振電EPROM芯片W27C5CPUAT89S52單片機鍵盤與顯示接口芯片串行接口芯片MAX23并行接口芯片8255D/A轉換芯片螺紋光柵信操作面板開關/按鈕主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配，如下表所示：器器件名稱地址選擇線（0~15AA）片地址單元數(shù)地址編碼6264,,,0008KFFFHH1~0000825511,1111,1111,00114FFFHFFCH3~38279111,1111,1111,01012FFFHFFEH5~5DAC08321111,1111,1111,01111FFFH7控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序系統(tǒng)設有7檔功能可以相互切換，分別是“編輯”、“空刀”、“自動”、“手動1”、“手動2”、“手動3”和“回零”。選中某一功能時，對應的指示燈點亮，進入相應的功能處理?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程見圖（3）。系統(tǒng)上電CPU、8255、8279等工作狀態(tài)編編輯處回回零處N自自動處N手手動處N空空刀處NN圖（3）8255芯片初始化子程序B255:MOVDPTR，#3FFFH；指向8255的控制口地址MOVA，#10001001B；PA口輸出，PB口輸出，PC口輸入，均為方式0MOVXDPTR，A；控制字被寫入MOVDPTR，#3FFCH；指向PA口MOVA，#0FFH；預置PA口全“1”MOVXDPTR，A；輸出全“1”到PA口MOVDPTR，#3FFDH；指向PB口MOVA，#0FFH；預置PB口全“1”MOVXDPTR，A；輸出全“1”到PB口RET4.8279芯片初始化子程序B279:MOVDPTR，#5FFFH；指向8279的控制口地址MOVA，#0CFH；清除FIFO與顯示RAM命令MOVXDPTR，A；命令字被寫入WAIT:MOVXA，DPTR；從8279的控制口讀取8279的狀態(tài)字JBACC.7，WAIT；測試顯示RAM有沒有被清除完畢。只有狀態(tài)字的D7=0，清除才結束MOVA，#08H；編碼掃描，左入口，16位字符顯示，雙鍵互鎖MOVXA，DPTRMOVA，#34H；分頻系數(shù)取20MOVXDPTR，ARET5.8279控制LED顯示子程序設顯示緩沖區(qū)的首地址為6BH，系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下，需要顯示的字符段碼的編碼，事先存儲在CPU部的RAM的6BH~73H這9個字節(jié)中。已知8279的控制口地址為5FFFH，數(shù)據(jù)口地址為5FFEH，則顯示程序如下：DIR:MOVDPTR，#5FFFH；8279的控制口地址MOVA，#90H；寫8279顯示RAM的命令MOVXDPTR，A；從顯示RAM的00H地址開始寫，每寫一次，顯示RAM的地址自動加1MOVR0，#6BH；顯示緩沖區(qū)的首地址為6BHMOVR7，#09H；顯示緩沖區(qū)的長度為9個字節(jié)MOVDPTR，#5FFFH；8279的數(shù)據(jù)口地址DIR0:MOVA，R0；從CPU的RAM中讀取顯示段碼的編碼ADDA，#05H；PC與DTAB表格之間的偏移量MOVCA，A+PC；查表，取出顯示段碼MOVXDPTR，A；送到8279顯示RAM中指定的字節(jié)INCR0；寫8279的下一個顯示RAMDJNZR7，DIR0；循環(huán)9次，完成9位顯示RET；段碼字符編碼DTAB:DB6FH；F00-01DB0DAHDB0BEH；X02-03DB0E7HDB0A3H；Z04-05DB0CBHDB0D1H；U06-07DB0D3HDB0DCH；W08-09DB0CEHDB0DFH；-0ADB21H；00BDB7BH；10CDB91H；20DDB19H；30EDB4BH；40FDB0DH；510DB05H；611DB69H；712DB01H；813DB09H；914DB20H；0.15DB7AH；1.16DB90H；2.17DB18H；3.18DB4AH；4.19DB0CH；5.1ADB04H；6.1BDB68H；7.1CDB00H；8.1DDB08H；9.1E……；根據(jù)系統(tǒng)需要編制字庫當需要顯示一組字符時，首先給顯示緩沖區(qū)的6BH~73H這9個字節(jié)賦值，然后調(diào)用DIR子程序即可。例如，要顯示“X-1234.56”，程序如下：MOV6BH，#02H；“X”的一半MOV6CH，#03H；“X”的另一半MOV6DH，#0AH；-MOV6E，#0CH；1MOV6FH，#0DH；2MOV70H，#0EH；3MOV71H，#19H；4.MOV72H，#10H；5MOV73H，#11H；6CALLDIR；向8279的顯示RAM寫數(shù)……顯示緩沖區(qū)（CPU部RAM）：(6BH)(6CH)(6DH)(6EH)(6FH)(70H)(71H)(72H)(73H)|||||||||顯示字符：X-1234.56|||||||||字符編碼：02H03H0AH0CH0DH0EH19H10H11H6.8279管理鍵盤子程序如圖三所示，當矩陣鍵盤有鍵按下時，8279即向CPU的INT1申請中斷，CPU隨即執(zhí)行中斷服務程序，從8279的FIFO中讀取鍵值，程序如下：