c616數(shù)控車床改造設(shè)計(jì)及典型零件數(shù)控編程設(shè)計(jì)說(shuō)明書[帶圖紙]

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀[1]2</p><p>　　1.1.1 數(shù)控設(shè)備2</p><p>　　1.1.2 數(shù)控技術(shù)2</p><p>　　1.1.3

2、對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考3</p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況[2]4</p><p>　　1.2.1 數(shù)控機(jī)床的一般原理4</p><p>　　1.2.2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類8</p><p>　　1.2.3 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)[1]10</p><p>　　1.2.4 國(guó)外數(shù)控機(jī)床

3、狀況分析[1]10</p><p>　　1.2.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)[1]11</p><p>　　1.3 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容12</p><p>　　1.3.1 本文的選題12</p><p>　　1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容12</p><p>　　2 機(jī)械部分改造12</p>&l

4、t;p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案的確定12</p><p>　　2.2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)22</p><p>　　3 電氣部分改造25</p><p>　　3.1步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則[4]25</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇

5、[4]26</p><p>　　3.2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定26</p><p>　　3.2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定27</p><p>　　3.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.3.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成[4]27</p><p>　　3.3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的

6、設(shè)計(jì)[11]28</p><p>　　3.5 功率放大電路[4]31</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：33</b></p><p><b>　　附 錄34</b></p><p><b>　　5 軟件編程34</b></p><p>&

7、lt;b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀[1]</p><p>　　1.1.1 數(shù)控設(shè)備</p><p>　　近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用

8、。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。</p><p>　　2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)2

9、4.06億美元，比上年增長(zhǎng)27.3%。</p><p>　　近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等，出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。</p><p>　　1.1.2 數(shù)控技術(shù)</p><p>　　裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程

10、度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，有什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)” 。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用的數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)

11、多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)

12、為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：（1）機(jī)械制造技術(shù)；（2）信息處理、加工、傳輸技術(shù)；（3）自動(dòng)控制技術(shù)；（4）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；（5）傳感器技術(shù)；（6）軟件技術(shù)等。</p><p>　　1.1.3 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考</p><p><b>　　一 、戰(zhàn)略考慮</b><

13、/p><p>　　我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源。環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。</p><p>　　我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)

14、重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定；其次從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，多我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。</p><p><b>　　二 、發(fā)展戰(zhàn)略</b></p><p>　　從我

15、國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)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(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。</p><p>　　強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控技術(shù)、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重

16、點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)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(jī)、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(wèn)題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。</p><p>　　在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、買得掉”為目標(biāo)，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，以

17、解決國(guó)家之急需。</p><p>　　在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況[2]</p><p>　　1949年，美國(guó)帕森公司與美國(guó)空軍合作，研制了一種計(jì)算裝置，用于滿足日益復(fù)雜的飛機(jī)葉片的自動(dòng)加工，于是，帕森公司首先提出

18、了機(jī)床數(shù)字控制的概念。在半個(gè)世紀(jì)里，數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了電子管數(shù)控系統(tǒng)、晶體管數(shù)控系統(tǒng)、集成電路數(shù)控系統(tǒng)到微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）四個(gè)階段。</p><p>　　現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的機(jī)床控制新技術(shù)，它綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心。而采用數(shù)控技術(shù)的典型產(chǎn)品——數(shù)控機(jī)床是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車、石化、電子等支柱產(chǎn)

19、業(yè)現(xiàn)代化的重要手段。</p><p>　　從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在引進(jìn)、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的開發(fā)工作，到1995年底，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的可供品種已超過(guò)300種，其中數(shù)控車床占40%以上。</p><p>　　1.2.1 數(shù)控機(jī)床的一般原理</p><p>　　一 、數(shù)字控制的基本概念</p><p>　　數(shù)字控制（N

20、umerical 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(guò)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

21、“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。</p><p>　　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(shuō)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 Processing——IFIP）第

22、五技術(shù)委員會(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。</p><p>　　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)

23、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。CNC系統(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(guò)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。</p><p>　　二、 數(shù)控機(jī)床的組成</p>

24、;<p>　　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 </p><p>　　圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成</p><p><b>　　1. 信息載體</b></p><p>　　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

25、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(guò)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將加工信息直接輸入，或通過(guò)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/CAM系統(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。</p><p>　　2.

26、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　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式、輸入整定數(shù)據(jù)、啟停加工等；

27、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：</p><p>　?。?）

28、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 ；</p><p>　　（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；</p><p>　?。?）刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償（長(zhǎng)度、半徑）；</p><p>　?。?）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。</p>&

29、lt;p><b>　　3. 伺服系統(tǒng) </b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　4. 機(jī)床</b></p><p>　　它是用于完成

30、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：</p><p>　?。?）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；</p><p>　?。?）為了適應(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?。?lt;/p><p>　

31、?。?）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；</p><p>　?。?）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。</p><p>　　三、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　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。 </p><p>　　2.譯碼 輸入的程序段含有

32、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。</p><p>　　3.數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(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(wèn)題。加工速度的確定也是一個(gè)工藝問(wèn)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

33、個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　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。</p><p

34、>　　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，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)。</p><p>　　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(guò)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

35、就是在這種周而復(fù)始的工程中完成。</p><p>　　1.2.2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類</p><p>　　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?？梢园此欧到y(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。</p><p>　　伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，按其控制

36、原理可分為以下三類。</p><p>　　1.開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loop Control System）</p><p>　　典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-2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(guò)絲杠螺母副傳東工作臺(tái)的移動(dòng)?？梢钥闯龉ぷ髋_(tái)的移動(dòng)量與

37、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)展過(guò)程中占有一定的重要地位，現(xiàn)在仍普遍采用。</p><p>　　圖1-2 開環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2. 半閉環(huán)控制系統(tǒng)（Semi-closed Loop Con

38、trol System）</p><p>　　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)量元件制成可循環(huán)使用。</p><p>　　圖1-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖</p><p>　　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

39、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。</p><p>　　3.閉環(huán)控制系統(tǒng)（Closed Control System）</p><p>　　如圖1-4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)

40、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。</p><p>　　圖1-4 閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖</p><p>

41、　　1.2.3 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)[1]</p><p>　　1.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位</p><p>　　例如：全長(zhǎng)33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對(duì)加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。前年年初，沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個(gè)月、標(biāo)的6200萬(wàn)元在磁懸

42、浮軌道專用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開招標(biāo)中折掛，并于8月低將一次性驗(yàn)收合格的8臺(tái)數(shù)控鏜銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑鏜加工中心已加工出軌道梁1100根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實(shí)現(xiàn)今年年底試車打下了良好了基礎(chǔ)。</p><p>　　2. 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高</p><p>　　2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床產(chǎn)

43、值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。</p><p>　　3. 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破</p><p>　　今年來(lái)通過(guò)政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)；煙臺(tái)第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等30多個(gè)系列100多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)

44、品。</p><p>　　1.2.4 國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析[1]</p><p>　　1.國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床</p><p>　　1998年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70%，我國(guó)為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額趨勢(shì)已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。</p&

45、gt;<p>　　2.國(guó)外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已為必然的趨勢(shì)和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問(wèn)題。從另一角度來(lái)看，目前流行的ERP即工廠信息化對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，僅僅局限于通常的管理部門（人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信

46、息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問(wèn)題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代制造工廠來(lái)說(shuō)，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無(wú)阻。</p><p>　　以FANUC和SIEMENS為代表的數(shù)控系統(tǒng)生

47、產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國(guó)外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。</p><p>　　1.2.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)[1]</p><p>　　1. 數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主普及型為主轉(zhuǎn)變</p><p>　　據(jù)預(yù)

48、測(cè)分析，到2006年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為9.5%～10.36%，到2010年將達(dá)到16.5%～19.27%。經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長(zhǎng)，高級(jí)型的需求緩慢增長(zhǎng)。</p><p>　　2. 數(shù)控金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理</p><p>　　數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點(diǎn)，將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求增長(zhǎng)，這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場(chǎng)消費(fèi)量中各類數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比不同于

49、傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)成比。</p><p>　　3. 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展</p><p>　　目前歐、美、日等國(guó)應(yīng)用DNC已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機(jī)床銷售量的30%以上。而我國(guó)FMC、FMS和FML的擁有量不足50套，相當(dāng)于日本80年代的水平，占數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額不到5%。</p><p><b>　　4. 出口前景良好</b>

50、;</p><p>　　1998年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額徘徊在5億美元左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和鞏固，以及我國(guó)加入WTO，今后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2006年出口創(chuàng)匯可達(dá)到12億美元。</p><p>　　1.3 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1.3.1 本文的選

51、題</p><p>　　對(duì)C616型車床進(jìn)行數(shù)控化改造</p><p>　　1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容</p><p><b>　　1.機(jī)械部分改造</b></p><p><b>　　2.電氣部分改造</b></p><p>　　3.軟件設(shè)計(jì)（編程）</p>&

52、lt;p><b>　　2 機(jī)械部分改造</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　利用數(shù)控裝置對(duì)縱橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，對(duì)C616普通車床進(jìn)行技術(shù)改造就可以組成一個(gè)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制下的自動(dòng)加工。改造后的車床把車床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離開來(lái)。主電機(jī)的作用

53、僅僅是帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，而刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則是由步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)車床的縱橫絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。其改造后結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 C616型車床的數(shù)控化改造結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　操作時(shí)，根據(jù)零件的加工工藝，按數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)定的方式編制零件的加工程序，通過(guò)數(shù)控裝置上的鍵盤輸入微機(jī)，微機(jī)對(duì)加工程序處理后發(fā)出一系列脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，按規(guī)

54、定的方向、速度和位移量，完成刀架縱橫兩個(gè)方向的進(jìn)給，使車刀實(shí)現(xiàn)直線或圓弧的切削。在加工螺紋時(shí)，通過(guò)主軸脈沖發(fā)生器發(fā)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而加工出各種標(biāo)準(zhǔn)螺紋。換刀時(shí)，微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)，刀架控制箱繼電器動(dòng)作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)，將上刀體上升至一定位置，帶動(dòng)刀體旋轉(zhuǎn)到所選刀位，然后定位，完成換刀動(dòng)作。[20]</p><p>　　2.2機(jī)械部分改造[4]</p><p>　　2.2.1縱

55、向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 縱向進(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(shuō)，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2-2所示。</p><p>　　圖2-2 數(shù)控改造的總體方案示意圖<

56、;/p><p>　　2. 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：</p><p>　　工作臺(tái)重量： W=750N</p><p>　　時(shí)間常數(shù)： T=28ms </p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =8mm</p><p>　　行程：

57、 S =700mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量: δp=0.02mm/step </p><p>　　步距角： =0.75º/step</p><p>　　快速進(jìn)給速度： =2.5m/min</p><p>　　(1) 切削力計(jì)算

58、由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 N——電機(jī)功率，查機(jī)床說(shuō)明書，N=4kW；</p><p>　　——主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7取</p><p>　　K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。</p><p&g

59、t;　　則： =4×0.65×0.96=2.496 kW</p><p>　　又因?yàn)?（2-2）</p><p>　　所以 </p><p>　　式中 v——切削線速度，取v=100m/min。</p><p&

60、gt;　　主切削力 =6120×2.496/100=152.76（kg f）=1527.6（N）</p><p>　　由《金屬切削原理》可知，主切削力</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　查表得： =188kgf/㎡=1880MPa</p><p>　　=1 =0.7

61、5 =1</p><p>　　則可計(jì)算如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 計(jì)算結(jié)果</p><p>　　當(dāng)=1520N時(shí)，切削深度=2mm，走刀量=0.3mm，以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。</p><p>　　從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可得知，在一般外圓車削時(shí)：</p><p>　　=（0.1～0.6）

62、 =（0.15～0.7） （2-4）</p><p>　　取： =0.5Fz=0.5×1527.6=763.8N</p><p>　　=0.6Fz=0.6×1527.6=916.5N</p><p>　　(2) 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　A.滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn)：&

63、lt;/p><p>　　1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副傳動(dòng)的效率為=0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高3～4倍（滑動(dòng)絲杠效率為0.2～0.4）。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/4～1/3。</p><p>　　2)給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。</p><p>　　3) 啟動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)

64、平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高，同步性好。</p><p>　　4) 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主傳動(dòng)。</p><p>　　5)磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持好。</p><p>　　6) 不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于重力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。</

65、p><p>　　B.滾珠絲杠副的精度與代號(hào)</p><p>　　根據(jù)機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)《滾珠絲杠副精度》的規(guī)定，滾珠絲杠副按其使用范圍及要求分為六個(gè)等級(jí)，即C,D,E,F,G,H級(jí)，C級(jí)精度最高，其余一次逐級(jí)降低</p><p>　　各種類型數(shù)控機(jī)床對(duì)滾珠絲杠副精度的要求如表2-2</p><p>　　表2-2 滾珠絲杠 副精度要求表</p&g

66、t;<p>　　滾珠絲杠副的精度包括各元件的精度和裝配后的綜合精度，其中包括導(dǎo)程誤差，絲杠大徑對(duì)螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng)，絲杠和螺母表面粗糙度，由預(yù)加載荷時(shí)螺母安裝端面對(duì)絲杠螺紋軸線的圓跳動(dòng)，有預(yù)加載荷時(shí)螺母安裝端面對(duì)絲杠螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng)以及滾珠絲杠公稱直徑尺寸變動(dòng)量等。</p><p>　　在開環(huán)數(shù)控機(jī)床和其他精度機(jī)床中，滾珠絲杠的精度直接影響定位精度和隨動(dòng)精度。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，絲杠的制造

67、誤差使得它在工作時(shí)負(fù)載分布不均勻，從而降低承載能力和接觸剛度，并使預(yù)緊力和驅(qū)動(dòng)力矩不穩(wěn)定，因此傳動(dòng)精度始終是滾珠絲杠的最重要的質(zhì)量指標(biāo)。</p><p>　　C.綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中 K=1.15， =0.15～0.18，取為0.16。</p>&

68、lt;p>　　則 P=1.15×763.8+0.16（1527.6+800）</p><p><b>　　=1250.8N</b></p><p><b>　　1) 強(qiáng)度計(jì)算：</b></p><p>　　壽命值 </p><p><b>　　

69、（2-6）</b></p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　取工件直徑 D=80mm，查表得 =15000h</p><p>　　則： </p><p>　　=1000×100×0.3/3.14×80×6=20r/m

70、in</p><p>　　=60×20×15000/=18</p><p>　　最大動(dòng)負(fù)載 Q= （2-8）</p><p>　　查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) =1.2 硬度系數(shù) =1</p><p>　　則 Q=×1.2

71、×1×1250.8=3933.6N</p><p>　　根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取FB系列，滾珠絲杠直徑選為Φ32mm，型號(hào)為FB32×6-5-，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　2) 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：</p>

72、<p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　式中 摩擦角=10ˊ 螺旋升角=3º25ˊ</p><p><b>　　則 =0.953</b></p><p>　　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</p><p><b&g

73、t;　　（2-10）</b></p><p>　　式中 =6mm=0.6cm；</p><p><b>　　E=20.6×</b></p><p>　　滾珠絲杠截面積 </p><p><b>　　則 </b></p><p>　　滾珠絲杠受扭

74、矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：。所以：</p><p><b>　　導(dǎo)程變形總誤差Δ為</b></p><p>　　查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15µm/m，故剛度足夠。</p><p>　　4）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 由于機(jī)床原絲杠直徑為φ32mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題，不在驗(yàn)算。</p>

75、<p>　　(3) 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算</p><p><b>　　1) 有關(guān)齒輪計(jì)算</b></p><p><b>　　傳動(dòng)比 </b></p><p>　　故取 =32 =40</p><p>　　m=2mm b=20mm =20º

76、</p><p><b>　　2) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</b></p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣

77、量很小可忽略。</p><p>　　因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　3) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：</p><p>　　快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩</p><p><b>　　++</b></p><p>　　最

78、大切削負(fù)載時(shí)所需力矩</p><p><b>　　+++</b></p><p><b>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</b></p><p>　　+ </p><p>　　式中 ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩；</p><p>

79、;　　——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；</p><p>　　——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；</p><p>　　——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　　——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>&

80、lt;b>　　當(dāng)時(shí) </b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí) </b></p><p>　　=12.408×24.88×/9.6×0.025=0.1286 N.m=1.286kgf.cm</p><p>　　當(dāng)=0.8 =0.16時(shí)</p><p>　　

81、=1.223=12.23</p><p>　　當(dāng)=0.9時(shí)預(yù)加載荷Po=1/3則：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=76.3×0.6/2×3.14×0.8×1.25=7.297kgf.cm=72.97N.cm</p><p>　　所以，快速空載啟動(dòng)所需

82、力矩</p><p>　　=21.5+1.223+0.462=23.185kgf.cm=231.85N.cm</p><p><b>　　切削時(shí)所需力矩：</b></p><p>　　=1.286+1.223+0.462+7.297</p><p>　　=10.268kgf.cm=102.68N.cm</p>

83、<p><b>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</b></p><p>　　=1.223+0.462=1.685kgf.cm=16.85N.cm</p><p>　　由以上分析計(jì)算可知：</p><p>　　所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，</p><p>　　2.2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p>

84、<p>　　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，如圖2-2所示。</p><p>　　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(shuō)明，只計(jì)算結(jié)果。</p>

85、<p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　工作臺(tái)重量： W=30kgf=300N</p><p>　　時(shí)間常數(shù)： T=25ms </p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =4mm左旋</p><p>　　行程： S =19

86、0mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量: δp=0.005mm/step </p><p>　　步距角： =0.75º/step</p><p>　　快速進(jìn)給速度： =1m/min</p><p>　　(1) 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/2～1/3，取1/2，則切削力約為

87、縱向的1/2。</p><p>　　=1/2×152.76=76.38kgf=763.8N</p><p><b>　　在切斷工件時(shí)：</b></p><p>　?。?）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1)強(qiáng)度計(jì)算： 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：</p><p><b>　　（2-1

88、2）</b></p><p>　　取K=1.4 =0.2</p><p>　　則 P=1.4×38.19+0.2（76.38+30）</p><p>　　=74.74kgf=747.4N</p><p>　　壽命值 </p><p><b>　　最大動(dòng)負(fù)載&l

89、t;/b></p><p>　　Q=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，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠公稱直徑為φ20mm，型號(hào)為20×4-5-E2左，其額定動(dòng)負(fù)荷為5393N，所以強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　2) 效率計(jì)算： 螺旋升角=3º38ˊ，摩擦角=10ˊ</p><p>　　則傳動(dòng)效率由

90、公式（2-9）得 </p><p>　　3) 剛度驗(yàn)算：由公式（2-10）得滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 =74.74×10×0.4×4/3.14×20.6××=5.96×cm</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：所以，導(dǎo)程變形總誤差為</p><p>

91、;　　Δ=100ΔL/Lo=100×5.96×/0.4=14.9μm/m</p><p>　　查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15μm/m，故剛度足夠。</p><p>　　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ǎ欢藦较蛑С?，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。</p><

92、;p>　　(3) 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算</p><p><b>　　1)有關(guān)齒輪計(jì)算</b></p><p><b>　　傳動(dòng)比 </b></p><p><b>　　故取</b></p><p><b>　　α=20º</b></p&

93、gt;<p><b>　　2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</b></p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 </b></p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此，

94、總的慣量</p><p>　　3) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩</p><p>　　=2.23+0.287+0.116=2.633kgf.cm=26.33N.cm</p><p><b>　　切削時(shí)所需力矩：</b></p><p>　　=0.1774+0.2

95、87+0.116+1.824</p><p>　　=2.40kgf.cm=24.04N.cm</p><p>　　快速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　=0.287+0.116=0.403kgf.cm=4.03N.cm</p><p>　　以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)</p><p><b>　

96、　3 電氣部分改造</b></p><p>　　3.1步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則[4]</p><p>　　合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇。現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：</p><p>　　1.步矩角α 步矩角應(yīng)滿足： </p><p>　　式中

97、 ——傳動(dòng)比；</p><p>　　——系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。</p><p>　　2.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(guò)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</p><p>　　式中 ——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差；</p>&

98、lt;p>　　——系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。</p><p>　　3.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：</p><p>　　1）啟動(dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為：</p><p>　　式中 ——電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩；</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。</

99、p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表1-2所示。為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。</p><p>　　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。</p><p>　　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

100、和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足：</p><p><b>　　——極限啟動(dòng)頻率</b></p><p>　　——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇[4]</p><p>　　3.2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定</p><p>　　為滿足最小步矩要求，電動(dòng)機(jī)選用

101、三相六拍工作方式，查表知： 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p><p>　　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。</p><p>　　3.2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定</p><p>　　仍選用三相六拍工作方式，查表知：</p><p>　

102、　所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p><p>　　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。</p><p>　　3.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成[4]</p><p>　　任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)

103、都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，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)的硬件電路概括起來(lái)由以下四部分組成。</p><p>　　1.中央處理單元CPU。</p><p>　　2.總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。</p><p>　　3.存貯器。包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫

104、存貯器。</p><p>　　4.I/O輸入/輸出接口電路。</p><p>　　其中CPU是數(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(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3-1所示

105、。</p><p>　　圖3-1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　由于Z80CPU以及MCS-51系列單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價(jià)廉，普及性、通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的需要。C616數(shù)控改造以Z80CPU組成的單板機(jī)作為數(shù)控控制系統(tǒng)。也可直接購(gòu)買國(guó)內(nèi)較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品做作為數(shù)控裝置，如南京大方數(shù)控設(shè)備公司生產(chǎn)的JWK系列數(shù)

106、控產(chǎn)品。</p><p>　　3.3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[11] </p><p>　　考慮到通用性及普遍性，選擇MCS-51系列中的8031芯片。如圖所示為用8031單片機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框圖。該系統(tǒng)主要由中央處理器8031單片機(jī)、一片只讀存貯器2764（8K×8），一片靜態(tài)存貯器6264（8K×8）、一片可編程接口芯片8155、一片可編程鍵盤/顯示器接口芯

107、片8279、一片地址鎖存器74LS373和兩片譯碼器74LS138等組成。</p><p><b>　　1. 單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　8031屬8位單片機(jī)，它是集CPU、I/O端口及部分RAM等為一體的控制器，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)。在國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中多數(shù)使用8031單片機(jī)。</p>

108、;<p>　　8031芯便內(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00H～7FH，CPU對(duì)片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯器有很豐富的操作指令，通過(guò)直接尋址或間接尋址方式進(jìn)行訪問(wèn)。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。但應(yīng)用片內(nèi)的RAM往往不夠，故外接6264芯便來(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，所以外接了一片2764芯片。8031本身提供給用

109、戶使用的輸入、輸出口線不夠，只有口和部分口線用來(lái)與外部設(shè)備連接，但若處設(shè)較多時(shí)，不能滿足需要，所以在該應(yīng)用系統(tǒng)中還要在8031外接一片8155芯片以擴(kuò)展I/O口。</p><p>　　8031為40引腳的雙列直插式器件，有4個(gè)雙向8位I/O口?？诤妥鳛榈刂房偩€使用。16位地址總線由口經(jīng)地址鎖存器74LS373提供低8位（）。高8位（）由口直接提供。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，SLE為地址鎖存

110、允許，當(dāng)送低8位地址時(shí)，使ALE有效并鎖存到74LS373，當(dāng)送數(shù)據(jù)時(shí)使ALE無(wú)效。</p><p>　　圖3-2 8031控制的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　2. 存儲(chǔ)器芯片的選擇</p><p>　　在選擇存儲(chǔ)器時(shí)，要考慮到CPU與存儲(chǔ)器的時(shí)序匹配，若不匹配，進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)就不可靠。為解決時(shí)間匹配問(wèn)題，應(yīng)盡量選用高速存儲(chǔ)器芯片。另外，還要考慮最大

111、的讀取速度、工作溫度及存儲(chǔ)容量。</p><p>　　2764芯片是一種高速、容量為8KB×8的EPROM存儲(chǔ)器電路，讀取時(shí)間為250ns，而8031選用晶振頻率為6MHz，則讀取時(shí)間為480ns，都滿足要求。2764為28腳器件，其中，為13位地址線，為8位數(shù)據(jù)線。CE為片選信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　6264芯片是8KB×8的RAM存儲(chǔ)器，集成度很高，讀

112、芯片讀取時(shí)間為200ns，也為28腳器件，其中為13位地址線，為8位數(shù)據(jù)線。</p><p>　　由于2764和6264芯片都是8KB×8，需要13根地址線。低8位接任何硬件邏輯，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的一種芯片，其中A口作為控制縱橫向步進(jìn)電機(jī)接口，B口控制主軸正反轉(zhuǎn)、進(jìn)給速度調(diào)整，C口控制回轉(zhuǎn)刀架等。</p><p>　　8279芯片是一種可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個(gè)芯

113、片就能完成鍵盤掃描輸入和LED顯示控制兩種功能，能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，能識(shí)別鍵盤上按下鍵的鍵號(hào)，這樣可充分提高CPU的工作效率，大大減少軟件工作量。</p><p>　　3.4光電隔離電路[4]</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器后控制步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大，如果將輸出信號(hào)與功率放大器直接相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響計(jì)算機(jī)程

114、序的正常工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路損壞，所以一般在接口電路與功率驅(qū)動(dòng)器之間都要接上隔離電路，光</p><p>　　電耦合電路如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 光電耦合電路</p><p>　　3.5 功率放大電路[4]</p><p>　　功率放大電路分為單電源和雙電源型.單電源型線路簡(jiǎn)單,但效率不高,所以選用雙電源型

115、.雙電源型采用高低壓供電電路,如圖3-4所示</p><p>　　圖3-4 功率放大電路</p><p>　　在功率放大器導(dǎo)通初始,V1,V3,V4全導(dǎo)通,并使脈沖變壓器B的副邊產(chǎn)生一定寬的脈沖電流,使V2導(dǎo)通,高壓電源通過(guò)V2, V1為步進(jìn)電機(jī)某一相繞組供電,使其電上升沿變陡,同時(shí)VD處于反向偏置,將低壓Ea與繞組L4切斷。經(jīng)過(guò)時(shí)間后脈沖電流消失,使V2截止,高壓電源與繞組之間被切斷

116、 。通過(guò)VD, V1為繞組L4供電,提供所需的額定電流。通過(guò)調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和R4可改變高壓供電的時(shí)間寬度。以上只是從原理上分析說(shuō)明,由于我國(guó)目前步進(jìn)電機(jī)的功率放大器已由生產(chǎn)廠家出系列化產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床控制電路時(shí)只需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的容量大小進(jìn)行選擇,所以不再進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化加工必不可少

117、的組成部分,根據(jù)我國(guó)的國(guó)情對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造不失為一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。我國(guó)擁有機(jī)床300萬(wàn)臺(tái),其中大部分為通用機(jī)床,特別是地方中小型企業(yè),普通設(shè)備擁有量巨大,數(shù)控改造的前景相當(dāng)大。在對(duì)C616車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中,用單片機(jī)作為中央微處理器較好。改造后大大提高原有機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率,其成本僅為全功能數(shù)控機(jī)床的1/3~1/4。</p><p>　　改造C616車床充分考慮到其實(shí)用性，操作方便，技術(shù)參數(shù)設(shè)置