將普通臥式車(chē)床(C616)改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床

序言經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是我國(guó)80年代科技開(kāi)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價(jià)格廉價(jià)，用它來(lái)改造車(chē)床，投資少、見(jiàn)效快，成為我國(guó)“七五〞、“八五〞重點(diǎn)推廣的新技術(shù)之一。十幾年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改良完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。由于這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，該技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)還將是我國(guó)機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對(duì)于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問(wèn)題通過(guò)改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師根本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)和根底理論知識(shí)，獨(dú)立解決本專(zhuān)業(yè)一般工程技術(shù)問(wèn)題的能力，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不只反映了設(shè)計(jì)的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。本說(shuō)明書(shū)分為概述、設(shè)計(jì)內(nèi)容、總結(jié)三局部，分別介紹了此次設(shè)計(jì)任務(wù)將普通臥式車(chē)床〔C616〕改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床；有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床改造總體方案確定及框圖、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計(jì)計(jì)算及校核、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、加工程序編制；主要是對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心得。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，得到了指導(dǎo)老師和各位老師及同學(xué)的大力支持和熱心幫助，在此表示謝意由于作者水平有限，書(shū)中難免有疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。目錄第一章概述設(shè)計(jì)目的----------------------------------------------------------------------3設(shè)計(jì)任務(wù)----------------------------------------------------------------------4第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容總體方案確定及框圖-------------------------------------------------------5機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計(jì)計(jì)算及校核-------------------------7C616經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)---------------21數(shù)控機(jī)床加工程序編制----------------------------------------------------22第三章總結(jié)設(shè)計(jì)體會(huì)------------------------------------------------------------------------25參考資料------------------------------------------------------------------------26第一章概述1.設(shè)計(jì)目的通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)了系統(tǒng)地綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決實(shí)際工程問(wèn)題的本領(lǐng)，穩(wěn)固和加深時(shí)所學(xué)知識(shí)的理解，并且通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐擴(kuò)大和補(bǔ)充了知識(shí)，使認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，培養(yǎng)了調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力，練習(xí)查閱資料和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，查閱工具書(shū)或參考書(shū)，合理選擇設(shè)計(jì)計(jì)算公式，正確計(jì)算，并能以圖紙和說(shuō)明書(shū)表達(dá)設(shè)計(jì)的思想和結(jié)果，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但提高了解決具體問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，具體動(dòng)腦動(dòng)手能力，而且建立了正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)了科學(xué)性，牢固樹(shù)立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。2.設(shè)計(jì)任務(wù)：(1)要求：將C616車(chē)床改造成用MCS—51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。要求該車(chē)床有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm.橫向：0.0(2)設(shè)計(jì)參數(shù)：最大加工直徑：在床面上：32在床鞍上：175最大加工長(zhǎng)度：1000快進(jìn)速度：縱向：2.4橫向：1.2最大進(jìn)給速度：縱向：0.8橫向：0.4代碼制：ISO脈沖分配方式：逐點(diǎn)比擬法輸入方式：增量值，絕對(duì)值通用?？刂谱鴺?biāo)數(shù)：2最小指令值：縱向：0.01mm橫向：0.005mm/step刀具補(bǔ)償量：0~99.99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量：縱向：0.15mm橫向：0.075mm自動(dòng)升降速性能：有(3)工作量：①機(jī)床改造總圖；②進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸〔縱向或橫向〕的機(jī)械裝配圖：③單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖；④設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。Ⅰ控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標(biāo)準(zhǔn)圖Ⅱ機(jī)械局部設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明Ⅲ硬件電路局部設(shè)計(jì)說(shuō)明Ⅳ加工程序控制及說(shuō)明第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容1.總體方案確實(shí)定及框圖(1)、總體方案確實(shí)定①系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床應(yīng)具有定位、直線(xiàn)插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低本錢(qián)，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS—51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)局部、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。③機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿。為了保證一定的傳動(dòng)精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。(2)、設(shè)計(jì)方案①系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式確實(shí)定數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/直線(xiàn)系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)②伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，沒(méi)有反應(yīng)電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向送的。指令發(fā)出后，不再反應(yīng)回來(lái)，故稱(chēng)開(kāi)環(huán)控制。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動(dòng)部件上的檢測(cè)反應(yīng)元件，用來(lái)檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或位流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而是用檢測(cè)元件出驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺(tái)實(shí)際的位移量，也有反應(yīng)回路，其性能介于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。③執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式確實(shí)定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：Ⅰ盡量采用低磨擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。Ⅱ盡量肖除傳動(dòng)間隙。例如采用隙齒輪等。Ⅲ提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。④計(jì)算機(jī)的選擇微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾局部組成。(3)繪制總體方案框圖〔圖1〕圖１2.機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計(jì)計(jì)算及校核(1)確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量根據(jù)數(shù)控機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量0.005mm(2)計(jì)算切削力橫切端面查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》P13頁(yè)式中——車(chē)床床身上加工最大直徑橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)的式中——走刀方向的切削力〔N〕——垂直走刀方向的切削力〔N〕(3)滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、選型①計(jì)算進(jìn)給牽引力橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).2》6.2-2；6.2-3表查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》P22頁(yè)式中：，，——切削分力〔Ｎ〕G——移動(dòng)部件的重量〔N〕表1-1查得橫向溜板及刀架重力800N——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同取=0.15-0.18K——考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)取K=1.15②計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C選用滾珠絲桿導(dǎo)軌參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3》P185-P210查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》P22頁(yè)式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位n——絲桿轉(zhuǎn)速〔r/min〕——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3取——絲桿導(dǎo)程〔mm〕初選=5mmT——為使用壽命〔h〕,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000h——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取③滾珠絲桿螺母副的選型查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》附表Ａ-2，可采用WD2505外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為9700N,精度等級(jí)按表3-17選為３級(jí)。④傳動(dòng)效率計(jì)算式中：——螺旋升角，WD2505——摩擦角取滾動(dòng)摩擦系數(shù)⑤剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖２所示，最大牽引力958.97N,支承間距Ｌ＝350mm，因絲桿長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。圖２計(jì)算如下:Ⅰ絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》圖3-4,根據(jù)＝958.97N,D=25mm查出可算出：Ⅱ滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖3-5得Ｗ系列１列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量因進(jìn)行了預(yù)緊Ⅲ支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形采用推力球軸承8104查閱《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).２》表5.9-137,d=20mm,滾動(dòng)體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：〈定位精度>⑥穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載(N)式中:E——材料彈性模量()I——截面慣性矩()L——絲桿兩軸承端距離(cm)——絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支為2.00一般=2.5-4.0,所以>>此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。⑦橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù)(其參數(shù)如表1〕表1.WD2505滾珠絲杠幾何參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)關(guān)系式WD2505螺紋滾道公稱(chēng)直徑25導(dǎo)程5接觸角鋼球直徑3.175滾道法面半徑R1.651偏心距e0.045螺紋升角螺桿外徑d24.365內(nèi)徑21.788接觸直徑21.83螺母螺紋直徑D28.212內(nèi)徑25.635(4)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算①橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=5mm,初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比:考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速。因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2:傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)Z24402025分度圓d=mz48804050齒頂圓52844454齒根圓43753545齒寬(6-10)m20中心距6445②橫向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型Ⅰ初選步進(jìn)電機(jī)a計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》P22頁(yè)式中:——脈沖當(dāng)量，取——進(jìn)給牽引力(N)——步距角，初選雙拍制為——電機(jī)—絲桿傳動(dòng)效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為b估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的平安系數(shù)來(lái)估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N)c計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩查表3-22如取五相十拍，那么d計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動(dòng)頻率式中:——最大切削進(jìn)給速度——最大快移速度——脈沖當(dāng)量，取e初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出90BF004最大靜轉(zhuǎn)矩為245N>可以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)床進(jìn)行類(lèi)比的要求。決定采用90BF004，但從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》P24頁(yè)查出，步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為4000Hz,滿(mǎn)足空載時(shí)(3333.33Hz)的要求。Ⅱ校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。ⅰ等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對(duì)齒輪降速時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算:式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——絲桿導(dǎo)程(cm)G——工件及工作臺(tái)重量(N)G=800(N)a齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下:對(duì)于鋼材，式中:M——圓柱體質(zhì)量D——圓柱體直徑(cm)L——圓柱體長(zhǎng)度或原長(zhǎng)(cm)鋼材的密度為因此根本滿(mǎn)足慣量匹配的要求。b電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算:1〕快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算如下：式中:——快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩——空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩——由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩在采用絲桿螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計(jì)算：式中:——傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——電機(jī)最大角速度——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速——運(yùn)動(dòng)部件最快速度——脈沖當(dāng)量——步進(jìn)電機(jī)的步距角——運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間(s)起動(dòng)加速時(shí)間=30(ms)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩式中:——導(dǎo)軌的摩擦力(N)——垂直方向的切削力(N)G——運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15——齒輪降速比——附加摩擦轉(zhuǎn)矩:式中:——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N)——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)——滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取上述三項(xiàng)合計(jì):2〕快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩3〕最大切削負(fù)載時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩式中:——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩從上面計(jì)算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。從表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)為那么最大靜轉(zhuǎn)矩為:從表3-23查出90BF004最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿(mǎn)足此項(xiàng)要求。Ⅲ校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333.33Hz,切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1666.7Hz從表3-23中查出90BF004型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)膱D3-15，3-16查出90BF004不進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖3所示:當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，90BF004型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿(mǎn)足要求。(6)進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是畫(huà)出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖，用以表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及計(jì)算結(jié)果，進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)：①橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計(jì)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以從俯視圖看出，橫向進(jìn)給的齒輪箱和步進(jìn)電機(jī)裝在床鞍后面，滾珠絲桿也需用蓋板保護(hù)。橫向進(jìn)給的手柄可以撤除也可保存，將原機(jī)的方刀架撤除，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)程序，自動(dòng)轉(zhuǎn)位、夾緊。從總圖中可以看到帶動(dòng)刀架回轉(zhuǎn)的微型電機(jī)、齒輪箱?？傮w圖上還畫(huà)出此車(chē)床上加工螺紋的部件光電編碼器在數(shù)控車(chē)床上，利用光電編碼器裝在主軸或主軸箱中與主軸保持一定傳動(dòng)比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)滾珠絲桿，使刀架進(jìn)給一定的螺距。而附錄E中光電編碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過(guò)彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連。因伸出軸不可能與彈性聯(lián)軸器孔的尺寸完全一致，故還要設(shè)計(jì)一個(gè)中間過(guò)渡套?？刂泼姘迳嫌袛?shù)碼顯示，按鍵、各種指示燈及開(kāi)關(guān)，注意設(shè)計(jì)時(shí)要與硬件電路圖一致。②進(jìn)給伺服系統(tǒng)的裝配圖經(jīng)過(guò)計(jì)算，橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用90BF004型步進(jìn)電機(jī)。經(jīng)過(guò)二對(duì)齒輪減速，齒輪齒數(shù)。齒輪模數(shù)m=2,滾珠絲桿直徑為mm,滾珠絲桿螺母選用的是外循環(huán)溝槽式墊片調(diào)隙WD2505。進(jìn)行應(yīng)保證足夠應(yīng)考慮以上問(wèn)題Ⅰ設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的行程，C616經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，在床面上加工最大尺寸為360mm，橫向進(jìn)給行程至少為185mm，圖中設(shè)計(jì)了兩對(duì)減速齒輪，減小了齒輪箱體的高度，使橫向拖板運(yùn)動(dòng)時(shí)，防塵蓋11不致和箱體上蓋4干預(yù)，從圖中可以看出橫向拖板12最大運(yùn)動(dòng)距離為200mm，另外還需注意從橫向拖板裝刀架的中心到主軸中心的距離必須大于等于行程與方刀架見(jiàn)方及刀頭伸出度之和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，主軸中心與床身中心并不重合，C616車(chē)床此尺寸為5mm。C616車(chē)床刀架見(jiàn)方為220230，刀頭伸出長(zhǎng)度為30Ⅱ滾珠絲桿與橫向?qū)С痰钠叫卸葢?yīng)小于0.05mm，為到達(dá)此要求，可在鏜床上對(duì)床鞍兩邊的裝軸承孔在一次裝卡中鏜出。Ⅲ為保證滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)輕快靈活，無(wú)阻滯現(xiàn)象，必須使?jié)L珠螺母與兩端軸承同軸。在本設(shè)計(jì)中，滾珠螺母14與橫向拖板12之間裝有一墊片，通過(guò)水平面內(nèi)滾珠螺母，在垂直面內(nèi)與兩端支承同軸，在通過(guò)內(nèi)六角螺釘20的過(guò)孔，調(diào)整水平面內(nèi)滾珠螺母與兩端支承同軸，調(diào)整好以后，打入定位銷(xiāo)21。Ⅳ滾珠絲桿左右各采用一對(duì)徑向軸承，在右端又采用一對(duì)止推軸承，以承受軸向力。當(dāng)絲桿受到向右的軸向力時(shí)，通過(guò)絲桿臺(tái)階傳給止推軸承15動(dòng)圈，經(jīng)鋼珠傳給止推軸承15不動(dòng)圈，再通過(guò)擋圈，一對(duì)徑向軸承16的外圈傳給法蘭盤(pán)再傳到床鞍上。絲桿受到向左的軸向力通過(guò)絲桿右端的圓螺母?jìng)鹘o止推軸承的動(dòng)圈鋼珠，經(jīng)不動(dòng)圈傳給法蘭盤(pán)、床鞍，此處必注意絲桿所受的軸向力必須傳到床鞍等固定體上。另外，要注意止推軸承不動(dòng)圈和軸頸之間必須畫(huà)出間隙。Ⅴ雙片消隙齒輪的中間開(kāi)有三個(gè)月牙形的槽放入壓簧，并用三個(gè)內(nèi)六角螺釘固定〔A-A斷面和E-E斷面〕，這種消隙齒輪的裝配順序:首先將雙片齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，使雙片齒輪的齒對(duì)齊，彈簧40受壓，上緊螺釘29，裝入箱體后將螺釘29松開(kāi)，彈簧40將雙片齒輪沿周向錯(cuò)開(kāi)，以消除與齒輪43的間隙，此時(shí)在將螺釘29上緊〔因而在設(shè)計(jì)時(shí)，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，彈簧兩端用削扁的銷(xiāo)子41壓住〕此設(shè)計(jì)中應(yīng)注意箱體中留足夠的扳手空間，雙片齒輪5用二個(gè)六角螺釘固緊，六角扳手可以齒輪箱體上端面伸入〔端蓋拆下〕，六角螺釘和滾珠絲桿在軸向留有足夠的空間，但此空間也不宜留得過(guò)大，以免加大箱體尺寸，雙片齒輪8采用三個(gè)開(kāi)槽螺釘緊固。螺絲刀需從箱體左面孔中伸入〔拆去端蓋3〕。Ⅵ90BF004型步進(jìn)電機(jī)軸為平鍵，為防止運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中齒輪25從電機(jī)上松動(dòng)滑出，在齒輪25的輪轂上裝一頂絲27，〔電機(jī)軸上鉆一小窩〕并用鉛絲在頂絲口處與齒輪輪轂纏住以防松。3.C616經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)附錄H圖H-1是用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用8031作CPU，擴(kuò)展了兩片2764芯片、一片6264芯片、兩片8155可編程并行I/O接口。①控制系統(tǒng)的功能Z向和X向進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鍵盤(pán)顯示自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制螺紋加工控制面板控制行程控制其他功能報(bào)警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。②CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口CPU采用8031芯片，選用6MHz晶體振蕩器。它的作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址共用。16位地址線(xiàn)由經(jīng)地址鎖存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE為地址鎖存允許。為低電平時(shí)選通外部存儲(chǔ)器〔EPROM〕，相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線(xiàn)〔〕上，輸入到口，8031將指令讀入。RESET為復(fù)位控制，當(dāng)RESET輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)，8031被初始化復(fù)位，在復(fù)位有效期向ALE、PSEN也輸出高電平。當(dāng)RESET輸入端返回低電平后，CPU從O地址開(kāi)始執(zhí)行程序?！补试O(shè)計(jì)中一定有一片2764芯片連到74LS138的〕設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。另外，兩片8155的RESET也與8031的RESET管腳相連，它們可同時(shí)復(fù)位。8031的是片內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出中斷申請(qǐng)，由主軸后面的光電編碼器輸入。當(dāng)車(chē)床車(chē)螺紋時(shí)，主軸光電編碼器向8103發(fā)出進(jìn)給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個(gè)零位螺紋信號(hào)，輸入8155(1)的，用以防止車(chē)螺紋亂扣。8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以及報(bào)警等。其中PA口為輸入口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)I，手動(dòng)和回零。PB口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動(dòng)、暫停、單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀答復(fù)，當(dāng)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號(hào)，開(kāi)始執(zhí)行進(jìn)給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號(hào)。PC口是輸出口，控制自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架四個(gè)刀位的選刀。用于報(bào)警顯示，系統(tǒng)正常工作時(shí)，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以及鍵盤(pán)，顯示電路。其中為輸出口，用于控制Z向、X向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，Z向步進(jìn)電機(jī)為五相，X向?yàn)槿?。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤(pán)顯示電路為46鍵和6位顯示器。作為鍵盤(pán)的6條列線(xiàn)，是鍵盤(pán)掃描線(xiàn)，是輸出口。接行線(xiàn)作為鍵盤(pán)輸入口。是6位數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)，8031的口是數(shù)碼顯示器的段選信號(hào)。接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在Z向或X向越程時(shí)，即向計(jì)算機(jī)輸入此信號(hào)，使進(jìn)給系統(tǒng)停止。3、存儲(chǔ)器及I/O口芯片地址分配〔表3〕表3數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)芯片地址分配芯片接74LS138引腳地址選擇線(xiàn)片內(nèi)地址單元地址編碼2764(1)000xxxxxxxxxxxxx8K0000H-1FFFH2764(2)001xxxxxxxxxxxxx8K2000H-3FFFH6264010xxxxxxxxxxxxx8K4000H-5FFFH8155(1)I/O66100H-6105H8155(2)I/O68100H-8105H4.數(shù)控機(jī)床加工程序編制編制如下列圖軸類(lèi)零件的車(chē)削加工程序。加工內(nèi)容包括粗精車(chē)端面、倒角、外圓、錐度、圓角、退刀槽和螺紋加工等。其左端25mm為夾緊用，可先在普通車(chē)床上完成車(chē)削。該零件采用棒料毛坯，由于加工余量大，在外圓精車(chē)前采用粗車(chē)循環(huán)指令去切除大局部毛坯余量，留有單邊0.2mm余量。選用第一參考點(diǎn)為換刀點(diǎn)。使用刀具為：外圓粗車(chē)刀、外圓精車(chē)刀、切槽刀和螺紋車(chē)刀。參考程序：O0006;程序號(hào)；N10G92X200.0Z350.0;設(shè)置工件坐標(biāo)系；N15G28U0W0;返回參考點(diǎn)；N20S1000T0101M03M08;主軸正轉(zhuǎn)，調(diào)用01號(hào)粗車(chē)刀，翻開(kāi)冷卻液；N25G00X87.0Z290.1;快速走到粗車(chē)右端面起點(diǎn)〔87.0,290.1〕；N30G95G01X-1..6W0F0.3;粗車(chē)右端面，車(chē)削進(jìn)給速度0.3mm/r；N35G00X105.0Z300.0;快速走到外圓粗車(chē)循環(huán)起點(diǎn)；N40G71U1.0R1.0;粗車(chē)循環(huán)，每次車(chē)削深度1.0mm，每次退刀1.0mm；N45G71P50Q100U0.4W0.2F0.3S800;留粗車(chē)余量X向0.4mm，Z向0.2mm；N50G00X87.0F0.15;快速走到車(chē)削起點(diǎn)，精車(chē)進(jìn)給0.15mm/r；N55G42G01X48.0Z290.0;刀具右偏；N60W-60.0;精車(chē)48外圓；N65X50.0;精車(chē)臺(tái)階端面；N70X60Z160.0;精車(chē)錐面；N75X65.0;精車(chē)臺(tái)階端面；N80W-80.0;精車(chē)65外圓；N85G02X75.0W-5.0R5.0;精車(chē)R5內(nèi)圓角；N90X85.0;精車(chē)端面；N95Z25;精車(chē)85外圓；N100G40.0;取消刀補(bǔ)；N105G28U0W0;返回參考點(diǎn)；N110G50S1500;限制主軸最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，G50指令可做鉗位用；N115G96S20T0202;指定恒定切削速度，調(diào)用02號(hào)精車(chē)刀，02號(hào)刀補(bǔ)；N120G70P50Q100;粗車(chē)后精車(chē)；N125G00X87.0Z290.0;回退到精車(chē)端面快速運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn)；N130X50.0;快速走到精車(chē)端面的工進(jìn)點(diǎn)；N135G01X-2.0;精車(chē)右端面；N140G28U0W0;返回參考點(diǎn)；N145T0303;調(diào)用03號(hào)切槽刀，03號(hào)刀補(bǔ)；N150G00X51.0Z230.0;刀具快速運(yùn)動(dòng)到切槽起點(diǎn)；N160G01X45.0F0.15;切槽；N165G00X60.0;切槽刀退出；N170G28U0W0;返回參考點(diǎn)；N175G97S1500T0404;取消恒定切削速度，批定主軸轉(zhuǎn)速，調(diào)用04號(hào)螺紋車(chē)刀；N180G01X50.0Z293.0;快速運(yùn)動(dòng)到螺紋車(chē)削起始點(diǎn)；N185G76P31260Q0.1R0.1;復(fù)合螺紋加工循環(huán)；N190G76X45.8W-63.5P1.7Q0.85F2.0;復(fù)合螺紋加工循環(huán)；N195G28U0W0M05M09;主軸停，關(guān)閉冷卻液；N200M30;程序結(jié)束第三章總結(jié)1.設(shè)計(jì)體會(huì)我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一個(gè)最大的體會(huì)就是理論上很簡(jiǎn)單的東西，當(dāng)你要試圖去實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它是那么的難，追其根本原因在于，以前動(dòng)手太少了。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們每個(gè)學(xué)生在校三年來(lái)所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)