畢業(yè)設(shè)計(jì)---數(shù)控機(jī)床改造（含圖紙）

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1緒論………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)………………………………………… 1</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床改造的重要性…………………………………………… 2</p><p>

2、　　1.3數(shù)控改造的意義…………………………………………………… 2</p><p>　　1.4數(shù)控機(jī)床改造的優(yōu)點(diǎn)……………………………………………… 2</p><p>　　1.5數(shù)控機(jī)床改造的主要內(nèi)容………………………………………… 3</p><p>　　1.6機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問(wèn)題……………………… 3</p><p>

3、　　2機(jī)械部分設(shè)計(jì)…………………………………………………………………4</p><p>　　2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………… 4</p><p>　　2.1.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………… 4</p><p>　　2.1.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………… 4</p><p&

4、gt;　　2.1.3滾珠絲杠及步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇…………………………… 4</p><p>　　2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………13</p><p>　　2.2.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………13</p><p>　　2.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………13</p><

5、;p>　　2.2.3滾珠絲杠及步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇……………………………14</p><p>　　2.3有關(guān)軸承的計(jì)算……………………………………………………21</p><p>　　3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)………………………………………………………… 22</p><p>　　3.1控制系統(tǒng)硬件基本組成…………………………………………… 22</p>

6、<p>　　3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 22</p><p>　　3.3 MCS-51系統(tǒng)程序擴(kuò)展………………………………………………23</p><p>　　3.3.1程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展……………………………………………… 23</p><p>　　3.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展……………………………………………… 25&l

7、t;/p><p>　　3.3.3I/O接口的擴(kuò)展………………………………………………… 26</p><p>　　3.3.4顯示器接口設(shè)計(jì)………………………………………………… 28</p><p>　　3.3.5鍵盤接口設(shè)計(jì)…………………………………………………… 28</p><p>　　3.3.6地址鎖存器…………………………………………

8、…………… 28</p><p>　　3.3.7報(bào)警電路設(shè)計(jì)…………………………………………………… 29</p><p>　　3.3.8時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)…………………………………………………… 29</p><p>　　3.3.9復(fù)位電路設(shè)計(jì)…………………………………………………… 30</p><p>　　3.3.10光電偶合電路設(shè)計(jì)…………

9、……………………………………30</p><p>　　4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………… 31</p><p>　　4.1軟件分類…………………………………………………………… 31</p><p>　　4.2應(yīng)用軟件及設(shè)計(jì)程序……………………………………………… 33</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)初始化程序

10、………………………………………………… 33</p><p>　　4.2.2步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)……………………………………………… 33</p><p>　　4.2.3鍵盤中斷處理…………………………………………………… 34</p><p>　　4.2.4動(dòng)態(tài)顯示子程序設(shè)計(jì)…………………………………………… 37</p><p>　　4.2.

11、5越程報(bào)警程序設(shè)計(jì)……………………………………………… 39</p><p>　　設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………………………… 42</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 43</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電

12、一體化的典型產(chǎn)品,在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用, 很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、批量小、多變零件的加工問(wèn)題, 且能穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,大幅度提高生產(chǎn)效率。但由于一臺(tái)全功能的數(shù)控車床價(jià)格較貴,而且在許多具體應(yīng)用場(chǎng)合其功能不能充分利用。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó),對(duì)C616普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造,使之盡可能提高自動(dòng)化程度, 保證加工質(zhì)量,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高經(jīng)濟(jì)效益, 是一條廣泛推廣數(shù)控技術(shù)的良好途徑。本次設(shè)計(jì)是對(duì)C616普通車床進(jìn)行數(shù)控化改

13、造，其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升。</p><p>　　對(duì)C616普通車床的數(shù)控化改造主要有兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)：機(jī)械改造和控制部分。機(jī)械部分的設(shè)計(jì)主要是對(duì)橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造，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(kāi)來(lái), 主電機(jī)的作用僅僅是帶動(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)車床的縱向和橫向絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。而控制部分主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)

14、機(jī)械部分的自動(dòng)化控制，它包括縱向和橫向的進(jìn)給，螺紋加工，行程控制，鍵盤輸入及數(shù)碼管顯示，光電隔離，功率放大，報(bào)警，急停，復(fù)位等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控改造，滾珠絲杠，數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)化，步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　CNC machine as the typical elect

15、romechanical products, in machinery manufacturing industry plays an enormous role, solves the modern machinery manufacturing complex structure of high precision, small batch and changeable parts processing, and stable pr

16、oduct quality, can greatly improve the production efficiency. But because of a full-featured CNC lathe price is more expensive, and in many specific applications can make full use of its function. China, as a country to

17、C616 ordinary machine, numer</p><p>　　C616 CNC lathes in general reform has two main aspects of the design ：Mechanical and control of mechanical parts. Mechanical parts of the design is mainly to the horizon

18、tal and vertical feeding system reform, the reform of the lathe after the movement of the lathe and feed movement, the main motor drive workpiece rotate effect is only, but in exercise by step-motor direct drive lathe lo

19、ngitudinal and transverse ball screw. But control of mechanical part is to realize the main part of automation </p><p>　　Keywords: CNC transformation, The ball screw, Numerical control machine, automation, s

20、tepping motor.</p><p><b>　　1 .緒論</b></p><p>　　在現(xiàn)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，爭(zhēng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高效、高精、高自動(dòng)化的先進(jìn)機(jī)床，用以加速工業(yè)制造業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造是勢(shì)在必行的工程，同時(shí)改造也是使中國(guó)制造業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)需求的途徑,通過(guò)對(duì)普通車床的數(shù)控改造,能達(dá)到用較少的資金實(shí)現(xiàn)最大

21、的利益的效果,同時(shí)其社會(huì)意義更是不可估量的。它能迅速提高我國(guó)制造業(yè)的裝備,和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的選擇我們不能單純得追求高性能、高指標(biāo)，而是應(yīng)該使其對(duì)我們的現(xiàn)實(shí)工作更有用處，也就是所謂的性價(jià)比更高。使系統(tǒng)所擁有的功能和機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配,這樣一方面能避免資金浪費(fèi),另一方面更能避免由于系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，使實(shí)際生產(chǎn)中的故障率升高帶來(lái)的潛伏隱患。</p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床的技術(shù)特點(diǎn)  

22、;當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床一般具有以下三大突出特點(diǎn)：1）利用二進(jìn)制的數(shù)學(xué)方法輸入所需程序，2）加工中可以任意進(jìn)行編程，3）主軸運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給速度可根據(jù)加工工藝的需求進(jìn)行變化，且能實(shí)現(xiàn)多座標(biāo)聯(lián)動(dòng)，更易加工復(fù)雜曲面。    自1958年中國(guó)研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，其發(fā)展過(guò)程概括可分為兩大階段。第一階段為1958～1979年，從1979年至今是第二階段。在第一階段時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)、發(fā)展條件等缺乏認(rèn)識(shí)，又處于人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套

23、設(shè)施不齊全的狀況，上上下下、起起落落，終因效果太差而無(wú)法用于生產(chǎn)。在第二階段時(shí)，先后從日、德、美、西班牙引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英等共11國(guó)(地區(qū))引進(jìn)相關(guān)的數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)并進(jìn)行合作、合資生產(chǎn)，解決了穩(wěn)定性、可靠性兩大問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式在中國(guó)生產(chǎn)、使用，并逐步向前發(fā)展。</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床改造的重要性</p><p>　　我國(guó)是機(jī)械大國(guó)，擁有300多萬(wàn)臺(tái)不

24、同類型的機(jī)床,它們都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月逐步積攢下來(lái)的，大多都是通用機(jī)床，通過(guò)手動(dòng)完成一系列的工作，自動(dòng)化程度很低,如果想要在較短時(shí)間內(nèi)將其全部由數(shù)控機(jī)床所取代，改變成擁有精密設(shè)備的新型機(jī)床,那無(wú)論是所需的資金問(wèn)題，還是我國(guó)現(xiàn)有的機(jī)床制造的能力都無(wú)法完成。所以,普通機(jī)床的數(shù)控化改造就成為一種可行性極高的解決辦法，更是我國(guó)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要里程碑。</p><p>　　利用微型計(jì)算機(jī)原理，將普通的車床進(jìn)行改造,需要解決

25、的問(wèn)題最重要的就是：如何將手動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給方式和手動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位方式改造成由微機(jī)控制的自動(dòng)方式,即改造成成本較低、性價(jià)比較高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。而C616型車床是我國(guó)大量使用的一種車床，它具有操作簡(jiǎn)捷方便、生產(chǎn)加工效率高、價(jià)格適宜等特點(diǎn) ,將這種普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床,必然會(huì)帶來(lái)很好的影響.</p><p>　　1.3數(shù)控精度的分析</p><p>　　1）機(jī)械加工機(jī)床的精度主要分為定位精

26、度、靜精度、重復(fù)定位精度和加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）等5種。</p><p>　　2）機(jī)床精度體系劃分：目前我們國(guó)家內(nèi)部承認(rèn)的大致有四種體系：日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)GB、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)，其中國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相差無(wú)幾。</p><p>　　3）測(cè)試一臺(tái)機(jī)床水平的高低，主要是看它的重復(fù)定位精度，如果一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)法),那么這就

27、是一臺(tái)高精度機(jī)床，它需要有最好的軸承和絲杠；若在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床。</p><p>　　4）想要加工出高精度的零件，不只要求機(jī)床的精度高，還要有非常好的加工工藝方法、好的刀具和好的夾具。</p><p>　　1.4數(shù)控機(jī)床改造的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)很有優(yōu)越性，而且它在合理化加工、高效率操作等方面都比普

28、通機(jī)床具有更多的優(yōu)勢(shì)，它具體表現(xiàn)在：</p><p>　　l)數(shù)控加工是用機(jī)械加工出品種多樣、批量小的產(chǎn)品的一種自動(dòng)化加工手段。它具有高自動(dòng)化、高效率、高品質(zhì)等突出特點(diǎn)。</p><p>　　2)數(shù)控加工能使產(chǎn)品在加工條件不變的情況下，質(zhì)量誤差降低到最小值。由于加工所需的條件（如：刀具類型、進(jìn)刀量、退刀量、主軸轉(zhuǎn)速等）都已事先規(guī)定，所以無(wú)論由何人進(jìn)行操作都能得到相同的質(zhì)量精度。</p

29、><p>　　3)零件經(jīng)過(guò)數(shù)控加工，大幅度的提高了工件與其對(duì)照面相關(guān)尺寸的精度，這樣便能有效地提高零件裝配的互換性，從而提高裝配質(zhì)量和效率。</p><p>　　4)對(duì)于數(shù)控加工這種工作方式，時(shí)間和流程相對(duì)固定，促使加工零件產(chǎn)量固定，便于生產(chǎn)管理。這為將來(lái)實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理乃至建立全方位的微機(jī)制造體系打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　5)通過(guò)數(shù)據(jù)化的技術(shù)操作，可以大量的

30、減少技術(shù)性人才，得到資源的合理利用。</p><p>　　1.5數(shù)控機(jī)床改造的主要內(nèi)容</p><p>　　普通機(jī)床的數(shù)控化改造主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一是恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床和生產(chǎn)線所存在故障的部分進(jìn)行診斷并修復(fù)；第二是NC化，在原有的普通機(jī)床上添加數(shù)控顯示裝置，或者添加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成NC機(jī)床或CNC機(jī)床；第三是翻新，為了提高加工精度、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行加工處理，恢復(fù)

31、原有精度；對(duì)無(wú)法滿足新的生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)進(jìn)行替換，用新系統(tǒng)取代已經(jīng)不適用的老系統(tǒng)；第四是創(chuàng)新，為提高機(jī)器的性能，或者為了使用新的工藝技術(shù)，就在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行大范圍的技術(shù)換代或技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，較大幅度提升檔次。而我們?cè)谶@里只進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的NC化改造。</p><p>　　1.6數(shù)控的發(fā)展形勢(shì)</p><p>　　自20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了歷史性的變革。由于

32、數(shù)控加工具有：加工精度高，加工柔性好，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，又能改善勞動(dòng)條件、減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理以及經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高。數(shù)控機(jī)床作為一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，適用于加工不同類型的小批量零件，如結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求比較高的和需要不定期變動(dòng)的、價(jià)格較貴不允許隨意報(bào)廢的關(guān)鍵零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。    進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)逐步與國(guó)際經(jīng)濟(jì)全面接軌，特別是加入WT

33、O后，全社會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展有了更高的要求，使機(jī)電領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。整個(gè)社會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)的高效、高速要求尤為看重，再而隨著制造加工業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求量增大以及現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍更在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。</p><p><b>　　2．機(jī)械部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算&

34、lt;/p><p>　　2.1 .1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械部分中，其計(jì)算和類型選擇包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算所需切削力、滾珠絲杠螺母副的相關(guān)設(shè)計(jì)、計(jì)算與類型選擇、齒輪傳動(dòng)的計(jì)算和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算等。簡(jiǎn)易車床的數(shù)控化改造，一般包括步進(jìn)電機(jī)經(jīng)由減速驅(qū)動(dòng)絲杠和螺母固定在溜板箱上,帶動(dòng)刀架向左右移動(dòng)。將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的任意一端即可，因?yàn)閷?duì)車床改造來(lái)說(shuō),外觀不必像正規(guī)

35、產(chǎn)品要求的那么精致,而是從改造的方便性和實(shí)用性來(lái)考慮。本次設(shè)計(jì)把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端。</p><p>　　2.1.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　縱向進(jìn)給裝置有如下工作過(guò)程：首先步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器把轉(zhuǎn)矩傳遞給滾珠絲杠，讓絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，完成自動(dòng)安裝過(guò)程。如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1：縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖</p>&l

36、t;p>　　2.1.3滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇</p><p><b>　　已知條件:</b></p><p>　　工作臺(tái)重量: W=800N</p><p>　　時(shí)間常數(shù): T=30ms</p>

37、;<p>　　滾珠絲杠導(dǎo)程: =6mm</p><p>　　行程: S=600mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量: =0.01mm/step</p><p>

38、;　　步距角: =0.75/step</p><p>　　快速進(jìn)給速度: =2.5m/min</p><p>　　（1）切削力的計(jì)算:</p><p>　　車削外圓時(shí)有三個(gè)切削抗力，分別是Fx，F(xiàn)y和Fz。主切削力Fz和切削速度v的方向相同

39、，為垂直向下，是計(jì)算車床主軸電機(jī)切削功率的重要依據(jù)。切深抗力Fy和縱向進(jìn)給方向相垂直，它能影響加工的精度和已加工表面的質(zhì)量。而進(jìn)給抗力Fx和進(jìn)給方向平行但方向相反，是設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)需用的物理量。</p><p>　　由<<機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)>>可查得,切削功率=NηK</p><p>　　式中N：指電機(jī)功率,查機(jī)床說(shuō)明書(shū)可知N=4kw;</p><

40、;p>　　η：指主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率,一般為0.6~0.7,本次設(shè)計(jì)取η=0.65;</p><p>　　K：指進(jìn)給系統(tǒng)的功率系數(shù),本次設(shè)計(jì)取K=0.96.</p><p>　　所以==2.496kw</p><p>　　又因?yàn)?=v/6120 所以=6120/ v</p><p>　　其中v為切削線速度,本次取v=100m/min

41、</p><p>　　主切削力=61202.496/100=152.76kgf=1527.6 N</p><p>　　由《金屬切削原理》可查得: =</p><p>　　查表得: =188kgf/=1880MPa </p><p>　　=1 =0.75 =1</p><p><b>　　由表可知&

42、lt;/b></p><p>　　當(dāng)=1527.5 N時(shí),可知其切削深度=2mm,走刀量f=0.3mm,將這些數(shù)據(jù)作為以下計(jì)算的參數(shù).</p><p>　　由<<機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)>>可知,在車削一般外圓時(shí):</p><p>　　=(0.1~0.6) =(0.15~0.7) </p><p>　　本次取: =0.

43、5=0.51527.6=763.8 N =0.6=0.61527.6=916.5 N</p><p>　?。?）滾珠絲杠的計(jì)算和選型：</p><p><b>　　1）計(jì)算進(jìn)給牽引力</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先要確定其名義直徑，螺距和滾珠直徑等，確定這些參數(shù)是在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上的，對(duì)于軌道上的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其應(yīng)力狀態(tài)是

44、交變的接觸力。因此設(shè)計(jì)時(shí)要保證它能達(dá)到滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷，即：在一定軸向負(fù)載的作用下，具有這種性質(zhì)名義直徑和螺距的滾珠絲桿回轉(zhuǎn)一百萬(wàn)轉(zhuǎn)后，不發(fā)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，則這個(gè)負(fù)載稱為滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷。</p><p>　　作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括兩種：切削時(shí)的走刀抗力和導(dǎo)軌摩擦力，其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的類型有關(guān)。</p><p>　　對(duì)于車床縱向?qū)к?，牽引力可由下列公式?jì)算：</p&

45、gt;<p><b>　　=K+f′(+G)</b></p><p>　　式中： 、—切削分力(N) K—顛覆力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)</p><p>　　f′—導(dǎo)軌摩擦系數(shù) G—移動(dòng)部件重量(N)</p><p>　　由于本次的設(shè)計(jì)采用的是貼塑導(dǎo)軌，所以f′=0.03-0.05，取f′=0.05，K=1.15

46、</p><p>　　由上式求得=1.15763.8+0.05(1527.6+800)=994.75N</p><p>　　2）計(jì)算最大動(dòng)載荷C</p><p>　　由《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可知，最大動(dòng)載荷C可由下式計(jì)算：</p><p><b>　　C=</b></p><p>　　式中：L—工作

47、壽命（以為單位）其中L可由L= 計(jì)算，</p><p>　　式中n為滾珠絲桿的轉(zhuǎn)速（r/min） 初步計(jì)算導(dǎo)程 </p><p>　　式中為工作臺(tái)快進(jìn)速度（mm/min），</p><p>　　取=2.5m/min=2500mm/min; </p><p>　　為絲桿最大轉(zhuǎn)速（r/min）,</p>

48、<p>　　取=1500r/min,</p><p>　　由以上式子可算得=2500/1500=1.67，</p><p>　　取=6mm得絲桿轉(zhuǎn)速，得 n=10002.5/6=416.7r/min</p><p>　　T為使用壽命時(shí)間(h) 查得T=15000h,所以</p><p>　　L=60416.715000/=360&

49、lt;/p><p>　　—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 查得=1.2</p><p>　　—硬度系數(shù) 查得=1.0</p><p>　　由上述數(shù)據(jù)求得 C=1.21.0994.75=10677.5N</p><p><b>　　3）計(jì)算最大靜載荷</b></p><p>　　最大靜載荷可由下式計(jì)算：</p&g

50、t;<p><b>　　=</b></p><p>　　式中： 為靜態(tài)安全系數(shù) 取=2</p><p>　　由以上求得==21250.8=2501.6N</p><p>　　4）滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)載荷等于或稍大于C的原則，本次選用漢江機(jī)床廠的FC

51、1型滾珠絲桿3206-2.5其額定動(dòng)載荷為10689N，足夠用。</p><p>　　其型號(hào)尺寸如表2.1所示：</p><p>　　表2.1漢江機(jī)床廠C1型滾珠絲杠3206-2.5型號(hào)尺寸</p><p>　　選數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)程精度為E級(jí)。</p><p><b>　　5）傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p>&l

52、t;p>　　式中物理量：—摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)，本次設(shè)計(jì)取=10′</p><p>　　由以上公式及各相關(guān)參數(shù)，可求得η=tan/tan(+10′)=94.9%</p><p><b>　　6)絲杠剛度的驗(yàn)算</b></p><p>　　對(duì)于滾珠絲杠螺母副來(lái)說(shuō)，它的軸向剛度會(huì)直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。而由于軸向剛

53、度不足所引起的變形量在一般情況來(lái)說(shuō)，是不能大于機(jī)床定位精度一半的。而滾珠絲杠在工作負(fù)載與轉(zhuǎn)矩的共同作用下，所引起的每個(gè)導(dǎo)程的變形量Δ（m）可表示以下公式：</p><p><b>　　Δ=±±</b></p><p>　　式中： A為絲杠截面積 可表示為A=</p><p>　　由《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中表2.1計(jì)算可得：

54、</p><p>　　公稱直徑 導(dǎo)程 P=6mm 螺旋角 </p><p><b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按該書(shū)中表2-1中尺寸公式計(jì)算可知：</p><p>　　滾道半徑 R=0.52=0.52=1.651mm </p><p>　　其偏心率 e=0.

55、707（R-）=0.707=4.5mm</p><p>　　而絲杠內(nèi)徑 ==28.78mm</p><p><b>　　===3.37</b></p><p>　　由以上公式可以求得 A==6.5</p><p>　　—絲杠的極慣性矩 其表達(dá)式===6.7</p><p>　　G—絲杠切變模量

56、 其表達(dá)式G=83.3G</p><p>　　T—轉(zhuǎn)矩 其表達(dá)式T=tan()=1250.8tan(+10′) =1.25Nm</p><p>　　由以上公式可得： Δ=+</p><p>　　所以：Δ=+=5.73</p><p>　　則可以計(jì)算出絲杠在工作長(zhǎng)度上發(fā)生彈性變形時(shí)所引起的導(dǎo)程誤差是：</p><p>

57、;　　ΔL=l=0.6=5.73 </p><p>　　而E級(jí)精度的絲杠所允許誤差為15，所以此剛度符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　7）驗(yàn)算絲杠穩(wěn)定性</b></p><p>　　為了使絲杠穩(wěn)定，則需使其達(dá)到臨界載荷，即：絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷。</p><p>　　—臨界載荷 其表達(dá)式 = <

58、;/p><p>　　式中為長(zhǎng)度系數(shù)，本次設(shè)計(jì)采用一端固定一端游動(dòng)的支撐方式，故取=2/3。</p><p>　　由上式可知==427795.6N</p><p>　　安全系數(shù)S===342</p><p>　　查表可得[S]取2.5-3，由于S＞[S]，所以絲杠符合標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　通過(guò)上述計(jì)算可知，所

59、選用的FC1型滾珠絲桿3206-2.5中的各項(xiàng)性能符合本次設(shè)計(jì)要求，可以使用。 </p><p>　　（3）步進(jìn)電機(jī)的選擇與計(jì)算：</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)中，由于脈沖量和減速減振的需要，所以需要通過(guò)絲杠和一對(duì)降速齒輪進(jìn)行連接。在選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，需要考慮三個(gè)問(wèn)題：①所選用的步距角需要符合系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求；②需要滿足最大轉(zhuǎn)矩的要求；③所得出的工作運(yùn)行轉(zhuǎn)矩與運(yùn)行頻率，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)頻率

60、，必須能滿足所選用的電機(jī)型號(hào)工作矩頻特性與啟動(dòng)矩頻特性。</p><p><b>　　1)步進(jìn)電機(jī)的選擇</b></p><p>　　負(fù)載力矩— 步矩角— </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在的作用下，轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，所做的功是： </p><p><b>　　=</b></p><

61、p>　　而克服負(fù)載力F和所移動(dòng)的位移所做的功是： =F</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理可知： =，</p><p>　　式中 —電機(jī)的傳動(dòng)效率，本次設(shè)計(jì)取=0.964</p><p>　　由以上各式可以求得：</p><p>　　=360= ==991.8</p><p>　　若不考慮電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)部

62、件的慣性影響情況，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為可表示為：</p><p>　　=，安全系數(shù)s的范圍是0.3-0.6 本次取s=0.4</p><p>　　則 ===2479.6N</p><p>　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)的最小步距角要求，本次設(shè)計(jì)選用三項(xiàng)六拍的工作方式，查表可知：</p><p><b>　　=0.866</b></p&g

63、t;<p>　　計(jì)算可得==2863.2N</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率===4166.7Hz</p><p>　　根據(jù)以上求得的參數(shù)，本次設(shè)計(jì)選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF003，各參數(shù)見(jiàn)表2.2：</p><p>　　表2.2 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF003的參數(shù)</p><p>　　其安裝尺寸可參考《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)

64、》書(shū)中圖2-23</p><p>　　2）步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的設(shè)計(jì)過(guò)程可以驗(yàn)算如下：</p><p>　　重要的齒輪和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　傳動(dòng)比 i===1.25</p><p>　　本次設(shè)計(jì)齒數(shù)取 =32 =40</p><p

65、>　　模數(shù)取 m=2mm 齒寬取 b=20mm =20</p><p><b>　　則計(jì)算可知：</b></p><p><b>　　=m=2=64mm</b></p><p>　　=m=240=80mm</p><p>　　=+2ha*=68mm </p>

66、;<p>　　=+2ha*=84mm</p><p>　　求得 a===72mm</p><p>　　電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　通過(guò)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》書(shū)中第五章可知：</p><p>　　工作臺(tái)的質(zhì)量折合成電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為:</p><p>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為: &

67、lt;/p><p>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為: </p><p>　　由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常小，故可忽略不計(jì)。</p><p>　　則總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于各運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作臺(tái)的質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的和，可表示為： </p><p>　　根據(jù)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)可知，慣量匹配符合要求。</p><p>　　各部分所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的

68、計(jì)算</p><p>　　由《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》書(shū)中可知： </p><p>　　在快速空載起動(dòng)時(shí)，所需的力矩可表示為：</p><p>　　在最大切削負(fù)載時(shí)，所需的力矩可表示為：</p><p>　　在快速進(jìn)給時(shí)，所需的力矩可表示為：</p><p>　　在上述公式式中，各物理量分別表示：</p>&l

69、t;p>　　—在空載啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)力反應(yīng)在電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　　—?jiǎng)恿Ψ磻?yīng)在電機(jī)軸上的摩擦力矩；</p><p>　　—反應(yīng)在電機(jī)軸上的附加摩擦力矩，是由絲杠預(yù)緊引起的； </p><p>　　—在切削時(shí)，反應(yīng)在電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　　—反應(yīng)在電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；</p><

70、p><b>　　又因?yàn)椋?</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)， </b></p><p><b>　　可得： </b></p><p><b>　　又當(dāng)時(shí)，</b></p><p><b>　　可得 ：</b>&

71、lt;/p><p><b>　　又因?yàn)椋?lt;/b></p><p><b>　　由上式可知：當(dāng)，時(shí)</b></p><p>　　又當(dāng)時(shí)，預(yù)加載荷值，</p><p><b>　　則有以下表達(dá)式：</b></p><p>　　所以可求得在快速空載時(shí)所需的力矩為：

72、</p><p>　　在最大切削負(fù)載時(shí)所需的力矩為：</p><p>　　在快速進(jìn)給時(shí)所需的力矩為：</p><p>　　由上述各式及所求得的結(jié)果可知，所需的最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，</p><p><b>　　為：</b></p><p>　　因此，所選擇的步進(jìn)電機(jī)可以滿足相關(guān)要求。</

73、p><p>　　2.2 .橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　2.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造中，其橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相對(duì)較為簡(jiǎn)單的。一般情況下是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速后，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠并促使刀架做橫向運(yùn)動(dòng)。將步進(jìn)電機(jī)安裝在機(jī)床的大拖板上，再用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，并提高其傳動(dòng)精度。<

74、/p><p>　　2.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　而橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算也與縱向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算相似，橫向運(yùn)動(dòng)裝置的工作過(guò)程是：首先，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)由聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給滾珠絲杠，并讓絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成其自動(dòng)安裝過(guò)程。如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2：橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.2.3滾珠絲杠和步

75、進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇</p><p><b>　　已知條件： </b></p><p>　　工作重量： W=300N</p><p>　　時(shí)間常數(shù)： T=30ms</p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：

76、 L0=6mm</p><p>　　行程： S=190mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量： </p><p>　　步距角： </p

77、><p>　　快速進(jìn)給速度： =2.5m/min</p><p>　?。?）切削力的計(jì)算： </p><p>　　車削外圓時(shí)有三個(gè)切削抗力，分別是Fx，F(xiàn)y和Fz。主切削力Fz和切削速度v的方向相同，為垂直向下，是計(jì)算車床主軸電機(jī)切削功率的重要依據(jù)。切深抗力Fy和縱向進(jìn)給方向相垂直，它能影響加工精度或已加工表面的質(zhì)量。而

78、進(jìn)給抗力Fx和進(jìn)給方向平行但方向相反，是設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)需用的物理量。一般來(lái)講，橫向進(jìn)給量約為縱向進(jìn)給量的1/2至1/3，本次設(shè)計(jì)中，取橫向進(jìn)給切削力為縱向進(jìn)給力的1/2。</p><p>　　根據(jù)縱向進(jìn)給力的相關(guān)參數(shù)計(jì)算，可得橫向進(jìn)給力為：</p><p><b>　　==763.8N</b></p><p>　　則取=0.5=0.576

79、3.8=381.9N =0.4=0.4763.8=305.5N</p><p>　　(2) 滾珠絲杠的計(jì)算和選型：</p><p>　　1）計(jì)算其進(jìn)給牽引力</p><p>　　牽引力可表示為： =K+f′(+2+G)</p><p>　　式中各物理量分別表示： </p><p>　　、、—各個(gè)切削分力 (N)

80、 K—顛覆力矩的影響試驗(yàn)系數(shù)</p><p>　　f′—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) G—移動(dòng)部件的重量 (N)</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)采用的是貼塑導(dǎo)軌，則f′=0.03-0.05，</p><p>　　本次設(shè)計(jì)取f′=0.05，K=1.4</p><p>　　由上式及各參數(shù)可求得：</p><

81、p>　　=1.4×305.5+0.05（763.8 +2×381.9+300）=519.08 N</p><p>　　2）計(jì)算最大動(dòng)載荷C</p><p>　　由《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》書(shū)中可知，最大動(dòng)載荷C的公式可表示為：</p><p><b>　　C=</b></p><p>　　式中：L—工

82、作壽命（），其公式為L(zhǎng)=， </p><p>　　n—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（ r/min），</p><p>　　初步計(jì)算導(dǎo)程公式為：，</p><p>　　式中：—工作臺(tái)快進(jìn)速度（mm/min），為絲桿最大轉(zhuǎn)速（r/min）,</p><p>　　本次設(shè)計(jì)取=1000mm/min; =1500r/min,</p><p>

83、　　由以上各式可算得：1000/1500=0.67，</p><p>　　取=5mm，可得 n=10001/5=200r/min</p><p>　　又： T—壽命(h)，經(jīng)查得T=15000h,</p><p>　　所以： L=6020015000/=180</p><p>　　又：—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 經(jīng)查得=1.2</p><

84、;p>　　—硬度系數(shù) 經(jīng)查得=1.0</p><p>　　根據(jù)公式C=，可知C=1.21.0763.8=5175.09N</p><p>　　3）計(jì)算最大的靜載荷</p><p>　　最大靜載荷可表示為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：—靜態(tài)安全系數(shù) ，

85、本次設(shè)計(jì)取=2</p><p>　　由公式可求得：==2763.8=1527.6N</p><p>　　4）滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　在滾珠絲杠螺母副的選擇上，由于滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)載荷要等于或稍大于C，故本次設(shè)計(jì)選擇的是漢江機(jī)床廠生產(chǎn)的FC1型滾珠絲杠2005-2.5型，它的額定動(dòng)載荷是8360 N，其型號(hào)尺寸見(jiàn)表2.3所示：</p>

86、;<p>　　表2.3 FC1型滾珠絲桿2005-2.5型號(hào)尺寸</p><p>　　則數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)程精度為E級(jí)。</p><p><b>　　5）傳動(dòng)效率的計(jì)算</b></p><p>　　式中物理量：—摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)，本次設(shè)計(jì)取=10′</p><p>　　由以上公式及各相關(guān)參數(shù)，可求

87、得η=tan/tan(+10′)=92.9%</p><p><b>　　6)絲杠剛度的驗(yàn)算</b></p><p>　　對(duì)于滾珠絲杠螺母副來(lái)說(shuō)，它的軸向剛度會(huì)直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。而由于軸向剛度不足所引起的變形量在一般情況來(lái)說(shuō)，是不能大于機(jī)床定位精度一半的。而滾珠絲杠在工作負(fù)載與轉(zhuǎn)矩的共同作用下，所引起的每個(gè)導(dǎo)程的變形量Δ（m）可表示以下公式：&

88、lt;/p><p><b>　　Δ=±±</b></p><p>　　式中： A為絲杠截面積，可表示為 A=</p><p><b>　　計(jì)算可知：</b></p><p>　　滾道半徑 R=0.52=0.523.175=1.651mm</p><p>　　

89、偏心率 e=0.707（R-）=0.707（1.651-）=4.5mm</p><p>　　絲杠內(nèi)經(jīng) ==16.79mm</p><p><b>　　===3.9</b></p><p>　　由以上公式可以求得 A==2.21</p><p>　　—絲杠的極慣性矩 其表達(dá)式為：===7.8</p><

90、;p>　　G—絲杠切變模量 其表達(dá)式為：G=83.3G</p><p>　　T—轉(zhuǎn)矩 其表達(dá)式為： T=tan()=763.8tan(+10′)</p><p><b>　　=0.63</b></p><p>　　由以上公式可得： Δ=+</p><p>　　所以： Δ=+=10.1</p>&l

91、t;p>　　則可以計(jì)算出絲杠在工作長(zhǎng)度上發(fā)生彈性變形時(shí)所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p>　　ΔL=l=0.19=3.84 </p><p>　　而E級(jí)精度的絲杠允許誤差為15，所以此剛度符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　7）驗(yàn)算絲杠穩(wěn)定性</b></p><p>　　為了使絲杠穩(wěn)定，則需使其達(dá)到臨界載荷

92、，即：絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷。</p><p>　　—臨界載荷 其表達(dá)式為：= </p><p>　　式中為長(zhǎng)度系數(shù)，本次設(shè)計(jì)采用一端固定一端游動(dòng)的支撐方式，故取=2/3。</p><p>　　由上式可知==4950750N</p><p>　　安全系數(shù)S===6481.7</p><p>　　查表可得[S]取2.

93、5-3，由于S＞[S]，所以絲杠符合標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　通過(guò)上述計(jì)算可知，所選用的FC1型滾珠絲杠2005-2.5中的各項(xiàng)性能均符合本次設(shè)計(jì)要求，可以使用。</p><p>　　（3）步進(jìn)電機(jī)的選擇與計(jì)算</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)中，由于需要滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩的要求，也為了讓傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能減少，所以本次設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)需

94、要通過(guò)二對(duì)降速齒輪和絲杠進(jìn)行連接。</p><p>　　1)齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　在系統(tǒng)中，其脈沖當(dāng)量為=0.01mm/step,則初步選定步進(jìn)電機(jī)的步距角為=0.75°。</p><p>　　則減速器的傳動(dòng)比為：i===1.25</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的齒數(shù)取=16, =20, 模數(shù)m=2mm, 齒寬b=20

95、mm, ,</p><p><b>　　則計(jì)算可知： </b></p><p><b>　　=m=2=32mm</b></p><p>　　=m=220=40mm</p><p>　　=+2ha*=36mm </p><p>　　=+2ha*=44mm<

96、;/p><p>　　求得 a===36mm</p><p>　　2)步進(jìn)電機(jī)的選擇與計(jì)算</p><p>　　負(fù)載力矩— 步矩角— </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在的作用下，轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，所做的功是：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　而克服負(fù)載力F

97、和所移動(dòng)的位移所做的功是： =F</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理可知：=，</p><p>　　式中 —電機(jī)的傳動(dòng)效率，本次設(shè)計(jì)取=0.964</p><p><b>　　由以上各式可求得：</b></p><p><b>　　= ==495.9</b></p><p>

98、;　　若不考慮電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)部件的慣性影響情況，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為可表示為：</p><p>　　=，安全系數(shù)s的范圍是0.3-0.6 本次取s=0.4</p><p>　　則 ===1239.75N</p><p>　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)的最小步距角要求，本次設(shè)計(jì)選用三項(xiàng)六拍的工作方式，查表可知：</p><p><b>　　=0.86

99、6</b></p><p>　　計(jì)算可得=1431.6N</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 ===4166.7Hz</p><p>　　由《小功率電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)》可選擇：</p><p>　　根據(jù)以上求得的參數(shù)，本次設(shè)計(jì)選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF003，其參數(shù)見(jiàn)表2.4：</p><p>　　表2

100、.4 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF003的參數(shù)</p><p>　　其安裝尺寸可參考《機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)》書(shū)中圖2-23</p><p>　　3）步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算</p><p>　　工作臺(tái)重量轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為：</p><p>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為:</p><p>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為

101、: </p><p>　　由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，故可忽略不計(jì)。</p><p>　　所以總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為:</p><p>　　各部分所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　所以可求得在快速啟動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　在切削時(shí)所需的力矩為：</p><p>　　在快速進(jìn)給時(shí)所需

102、的力矩為：</p><p>　　由上述各式及所求結(jié)果可知，所需的最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，</p><p><b>　　為：</b></p><p>　　2.3相關(guān)軸承的計(jì)算：</p><p>　　計(jì)算滾動(dòng)軸承的疲勞壽命，其表達(dá)式為：</p><p>　　由于軸承安裝在機(jī)床上，故取=20000h

103、，本次使用球軸承，則</p><p>　　P為軸軸的最大動(dòng)負(fù)載：故取P=3933.6N，n=20r/min</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　根據(jù)上式可求得：C=11346.47N，所以選擇7000206軸承</p><p>　　其相關(guān)參數(shù)為：內(nèi)徑為30mm，d=30mm，D=62mm，B=

104、16mm</p><p>　　則橫向進(jìn)給系統(tǒng)的軸承：</p><p>　　取=20000h，，P=2135.5N，n=20r/min</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　根據(jù)上式可求得：C=5596.59N所以選擇36202軸承</p><p>　　其相關(guān)參數(shù)為：內(nèi)徑15

105、，d=15mm，D=35mm，B=11mm</p><p>　　則左側(cè)推力軸承選8103</p><p>　　3. 控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)硬件的基本構(gòu)成</p><p>　　在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，一般由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。而在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)主要由以下四部分組成：</p>

106、<p>　　中央處理單元CPU，本次設(shè)計(jì)中CPU采用8051芯片。</p><p>　　總線：包括地址總線（AB），控制總線（CB）和數(shù)據(jù)總線（DB）。</p><p>　　存貯器：包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫存貯器。</p><p>　　接口：包括I/O輸入接口和I/O輸出接口。</p><p>　　其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核

107、心，它的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路的協(xié)調(diào)運(yùn)作。存貯器是一個(gè)大的存儲(chǔ)工具，它能存放系統(tǒng)的軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需的各種相關(guān)數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)本身與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。而總線則是CPU、存貯器與接口以及其它轉(zhuǎn)換電路的連接紐帶，更是CPU與部分相關(guān)電路進(jìn)行信息交換的必經(jīng)之路。</p><p>　　具體的電路硬件如下：</p><p>　?。?）CPU為8031芯片；<

108、/p><p>　　（2）擴(kuò)展可編程接口芯片8155兩片；</p><p>　?。?）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2764兩片；擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器6264一片；</p><p>　?。?）地址鎖存器、譯碼器各一片；</p><p>　?。?）鍵盤電路，顯示電路；</p><p>　　（6）光電隔離電路，公率放大電路；</p>&

109、lt;p>　　（7）越程報(bào)警電路、急停電路、復(fù)位電路；</p><p>　?。?）面板管理電路。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128字節(jié)，因此選用外部存儲(chǔ)器27512兩片（64KB），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256一片。且8031的I/O口也不能滿足輸入輸出需要，所以

110、另采用8255可編程接口芯片一片。</p><p>　?。?）采用74LS138譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。8279，8255的片選信號(hào)分別接入譯碼器的Y0、Y1。74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2.4、P2.5、P2.6。</p><p>　?。?）由于27512和62256芯片分別需要15根和14根地址線。A0~A7低8位接74LS373芯片的輸出，高8位接8031芯片的

111、P2.0到P2.7，74LS373地址鎖存器在選通信號(hào)ALE為高電平時(shí)直接傳送8031P0口低8位地址，當(dāng)ALE在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低8位地址被鎖存，此時(shí)，P0口可用來(lái)向外傳送讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）接口芯片與外設(shè)的連接如下：</p><p>　　行程限位報(bào)警信號(hào)+Z，-Z，+X，-X分別通過(guò)88031的P1.4提出中斷請(qǐng)求。根據(jù)不同的中斷可以直接識(shí)別行程的方向，此時(shí)

112、相應(yīng)的紅燈報(bào)警。</p><p>　　8255的PC0~PC3接自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時(shí)，由PC0~PC3發(fā)出刀位信號(hào)，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，達(dá)到指定刀位。刀架夾緊后，即發(fā)出回答信號(hào)，表示已經(jīng)完成換刀過(guò)程，可以進(jìn)行切削加工。換刀回答信號(hào)經(jīng)8155（1）的PB5輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開(kāi)始進(jìn)給。</p><p>　　8279的OUTA0-OUTA3和OUT0-OUT3作為顯示

113、器位選信號(hào)，顯示器的段選信號(hào)則由8279的SL0-SL2發(fā)出。8279的RL0-RL3是鍵盤掃描輸入。</p><p>　　8255的PC0~PC5接控制面板上的選擇開(kāi)關(guān)，設(shè)有編輯，空運(yùn)行，自動(dòng)，手動(dòng)I，手動(dòng)II，回零等選擇方式。</p><p>　　8255的PC0~PC5接控制面板上的按鈕開(kāi)關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)，暫停，單段運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行，急停等操作功能。</p><p>

114、;　　加工螺紋時(shí)，與車床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)出螺紋加工信號(hào)和零位螺紋信號(hào)。螺紋加工信號(hào)輸入8031的T0，通過(guò)設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的縱向進(jìn)給量，從而加工出不同螺距的螺紋。零位螺紋信號(hào)送入8255的PB6，用來(lái)防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。</p><p>　　3.3 MCS-51系統(tǒng)程序擴(kuò)展</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是相互獨(dú)

115、立的。MCS-51是一個(gè)高性能的單片機(jī)系列，產(chǎn)品規(guī)格多、片內(nèi)資源豐富。該系列中一些新型的單片機(jī)內(nèi)部不僅增大了存儲(chǔ)器的容量，還集成了很多常用的輸入輸出部件，一般情況下已能滿足各種應(yīng)用要求。大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，可以在MCS-51系列單片機(jī)中選擇到一個(gè)合適的產(chǎn)品，組成一個(gè)單片的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試都十分方便。</p><p>　　8031片內(nèi)不帶ROM，當(dāng)片內(nèi)ROM不夠或采用8031芯片時(shí)，需擴(kuò)展程序存

116、儲(chǔ)器。MCS-51還具有很強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，可以擴(kuò)展64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或輸入輸出口，使應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更靈活，對(duì)用戶要求的適應(yīng)性更強(qiáng)。</p><p>　　MCS-51的P0口和P2口可以直接作為輸入輸出口使用，也可以作為擴(kuò)展總線口使用，MCS-51系列單片機(jī)主要是通過(guò)P0和P2口進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的。</p><p>　　3.3.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p>

117、;<p>　　程序存儲(chǔ)器顧名思義是用于存儲(chǔ)程序代碼的，也存放程序常數(shù)。由于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)通常是專用的微機(jī)系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)研制完畢其軟件也就定型了，所以單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器一般由半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器組成。</p><p>　　對(duì)于無(wú)ROM型的單片機(jī)，或當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，就需要在外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　MCS-51的程序存儲(chǔ)器空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是相互獨(dú)

118、立的。程序存儲(chǔ)器尋址空間為64字節(jié)，其中8051、8751片內(nèi)包含4K字節(jié)的ROM或EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM。當(dāng)片內(nèi)ROM不夠使用或采用8031芯片時(shí)，需擴(kuò)展存儲(chǔ)器。用做程序存儲(chǔ)器的器件是EOROM和EEPROM。如圖3-1</p><p>　　圖3-1：MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理圖</p><p>　　MS-51單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器所使用的控制信號(hào)有：</

119、p><p>　　ALE：低8位地址鎖存控制。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲(chǔ)器“讀取”控制。</p><p>　　在外部存儲(chǔ)器取值間，P0口和P2口的16根I/O線輸入地址碼，其中P0作為分時(shí)復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線，它送出程序計(jì)數(shù)器中的低8位地址（PLC），由ALE信號(hào)選通進(jìn)入地址鎖存器，然后變成浮置狀態(tài)等待從程序存儲(chǔ)器讀出指令碼，P2口輸出的程序計(jì)數(shù)器中的高8