CA6140車床數(shù)控化改造

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 CA6140車床數(shù)控化改造 內(nèi)容摘要 車床數(shù)控化改造研究是提高我國(guó)技術(shù)裝備水平的重要項(xiàng)目。我國(guó)目前擁有大量超期服役和技術(shù)陳舊的機(jī)床急待更新。由于資金受限，相比于添置新的數(shù)控車床，對(duì)車床進(jìn)行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速上馬的有效途徑。車床的數(shù)控化改造具有針對(duì)性強(qiáng)、大大節(jié)約原材料和資金以及擴(kuò)大機(jī)床應(yīng)用范圍等優(yōu)點(diǎn)，主要內(nèi)容包括總體設(shè)計(jì)方案的確定、對(duì)車床導(dǎo)軌進(jìn)行改造設(shè)計(jì)和自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型與安裝等。 關(guān)鍵詞: 車床 改造 數(shù)控化 節(jié)約 Abstract CNC lathe transformation research is t

2、o improve the level of technical equipment of our important projects. Extended active duty in our country now has a large number of obsolete machines and technology that need to be updated. Because of limited funds, compared to procure new CNC lathe, the CNC lathe for transformation is a savings, Ex

3、press launched an effective way. CNC lathe has targeted transformation, substantial savings in raw materials and capital and to expand the scope of application advantages such as machine tools, including the main contents of the program to determine the overall design of the lathe guide the design a

4、nd automatically transform the rotary tool holder of the Selection and Installation and so on. Keywords: CNC Lathe saving 目　　錄 第一章 緒論……………………………………………………………………5 1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史……………………………………………………5 1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的意義………………………………………………5 1.3 數(shù)控化改造后機(jī)床的優(yōu)越性…………………………………………5 1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容…………………………

5、……………………6 第二章設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………………8 2.1總體方案設(shè)計(jì)要求……………………………………………………8 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………………………8 2.3 其他要求………………………………………………………………9 第三章車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)……………………………………………………10 3.1 滾珠絲桿………………………………………………………………10 3.2 導(dǎo)軌副…………………………………………………………………10 3.3 安裝電動(dòng)卡盤………………………………

6、…………………………10 3.4 脈沖發(fā)生器……………………………………………………………10 第四章 設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng) 第一節(jié) 設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)…………………………………………9 第二節(jié) 設(shè)計(jì)橫向進(jìn)給系統(tǒng)…………………………………3 五．主軸交流伺服

7、電機(jī)…………………………………………………………14 5.1 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的確定………………………………………………14 5.2 主軸的變速范圍………………………………………………………14 5.3 初選主軸電機(jī)的型號(hào)…………………………………………………14 5.4 主軸電機(jī)的校核………………………………………………………15 六.微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………16 6.1 控制系統(tǒng)的功能要求……………………………………………………16 6.2 硬件電路的組成………………………………………………………16 6.3 設(shè)計(jì)說明……………………………

8、…………………………………16 七.安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題……………………………………………………19 7.1滾珠絲杠副的特點(diǎn)……………………………………………………19 7.2 滾珠絲杠螺母副的選擇………………………………………………19 7.3 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整………………………………………………19 7.4 聯(lián)軸器的安裝…………………………………………………………19 7.5 主軸脈沖發(fā)生器的安裝………………………………………………19 致謝………………………………………………………………………………21 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………

9、…22 一．緒論 1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史 1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。（注：兩個(gè)階段：數(shù)控NC階段和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段。六代：即電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代、小規(guī)模集成電路時(shí)代、小型計(jì)算機(jī)時(shí)代、微處理器時(shí)代和基于PC時(shí)代）。必須指出，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價(jià)格極為昂貴、應(yīng)用很不方便（主要是編程困難）等極為關(guān)鍵的問題。因此，數(shù)控技術(shù)經(jīng)過了近30年的發(fā)展才走向普及應(yīng)用。? 1.2 機(jī)床數(shù)控化

10、改造的意義 機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微型計(jì)算機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 眾所周知，企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存、得到發(fā)展,就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出滿足市場(chǎng)需求、性能合適的產(chǎn)品。目前,采用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,而改造舊機(jī)床、配備數(shù)控系統(tǒng)把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床也是提高機(jī)床數(shù)控化率的另一條有效途徑。機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)目前在我國(guó)有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高等不良因

11、素，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 近年來，美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，在制造大量數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也非常重視對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造，機(jī)床的技術(shù)改造市場(chǎng)十分活躍。機(jī)床改造業(yè)正逐步從機(jī)床制造業(yè)中分化出來，形成了用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線的新的行業(yè)和領(lǐng)域。 1.3 數(shù)控化改造后機(jī)床的優(yōu)越性 1)?????? 機(jī)床數(shù)控化改造可以提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率。 2)?????? 機(jī)床數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出普通機(jī)床難以加工或者不能加工的復(fù)雜型面零件。 3)?????? 機(jī)床數(shù)控化改造后可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，

12、效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。 4)?????? 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)，降低工件的定位誤差。 5)?????? 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)。還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。 6)?????? 數(shù)控加工降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期很生產(chǎn)周期，并可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。 1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容 1)?????? 精度恢復(fù)和機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)。隨著機(jī)床使用的役齡的增加，機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部件，如導(dǎo)軌、絲杠、軸承等都有不用程度的磨損。因此，機(jī)床改造過程

13、中的首要任務(wù)是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行類似于通常的機(jī)床大修，以恢復(fù)機(jī)床精度，達(dá)到新機(jī)床的制造標(biāo)準(zhǔn)。 2)?????? 選定數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。根據(jù)要求進(jìn)行數(shù)控化改造機(jī)床的控制功能要求，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)是至關(guān)重要的。選擇是，除了考慮各項(xiàng)功能滿足要求外，還一定要確保系統(tǒng)工作可靠性。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取，也按改造數(shù)控機(jī)床的性能要求決定。 3)?????? 數(shù)控機(jī)床輔助裝置的選取。輔助裝置指的是數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件。如冷卻系統(tǒng)、空氣過濾器、自動(dòng)換刀裝置、排屑裝置等。 4)?????? 電控柜的設(shè)計(jì)和制作。在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)，原機(jī)床的電器控制部分一般只能報(bào)廢，重新按數(shù)控化改造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。數(shù)控

14、機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式要相配，并且在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路。 5)?????? 整機(jī)聯(lián)接調(diào)試。舊機(jī)床上述各個(gè)部件的改造過程完成后，就可對(duì)組裝后改造機(jī)床各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試。一般先對(duì)電氣控制部分進(jìn)行調(diào)試，看單個(gè)動(dòng)作是否正常，然后再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試階段。 經(jīng)數(shù)控化改造的機(jī)床就成為了數(shù)控機(jī)床，具有數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，如數(shù)控機(jī)床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點(diǎn)。但是改造后的機(jī)床也具有一定的局限性，主要有機(jī)床原有結(jié)構(gòu)精度限制了改造后機(jī)床的加工精度和加工性能；機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)形式限制了改造后機(jī)床的加工范圍和數(shù)控化程度。這些不利條件最終影

15、響了改造后機(jī)床的速度和精度。 隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)整體水平的提高，數(shù)控系統(tǒng)的性能、伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置等配套產(chǎn)品的性能也提高很多，對(duì)數(shù)控化改造中機(jī)床速度和精度的提高都非常有利。 二．設(shè)計(jì)要求 2.1總體方案設(shè)計(jì)要求 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式，伺服系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 （1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控

16、制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，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)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS—51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）

17、縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 改造CA6140機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 最大加工直徑：????????? 在床面上400mm???? 在橫刀架以上210mm 最大加工長(zhǎng)度：????????? 1000mm 快進(jìn)速度：??

18、 ???????????縱向2.4m/min??????? 橫向1.2m/min 最大切削進(jìn)給速度：????? 縱向0.5m/min??????? 橫向0.25m/min 溜板及刀架重力：??????? 縱向800N??????????? 橫向600N 主電機(jī)功率：??????????? 7.5KW 控制坐標(biāo)數(shù)：??????????? 2 最小指令值（脈沖當(dāng)量）： 縱向 0.01mm/脈沖??? 橫向0.005mm/脈沖 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量：? 縱向0.15mm???????? 橫向0.075mm 2.3 其他要求 （1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量，以降低

19、成本縮短改造周期。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 三．車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3.1 滾珠絲桿 滾珠絲桿必須采用三點(diǎn)支承形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置可放在絲杠的任一端，由于拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速齒輪，也可在滾珠絲桿的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在絲杠托架處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速箱。 3.2 導(dǎo)軌副 為減少運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，滑板和刀架移動(dòng)部件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶 3.3 安裝電動(dòng)卡盤 為了提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工效率，還可考慮

20、用電動(dòng)三爪自定心卡盤裝置，這種裝置也可與數(shù)控裝置的信號(hào)電路相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、松開，提高加工過程的自動(dòng)化程。 3.4 脈沖發(fā)生器 改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控車床需要自動(dòng)化加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件，目的是用來檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所加工螺紋的螺距值進(jìn)行處理。 四．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，通常希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步距誤差小，性能價(jià)格比高。但增大轉(zhuǎn)距也快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此實(shí)際選用時(shí)，必須

21、全面考慮。 1)首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當(dāng)量小。但是脈沖當(dāng)量越小，系統(tǒng)的運(yùn)行速度越低。故因兼顧精度也速度的要求來選定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。在脈沖當(dāng)量確定以后，又可以為依據(jù)來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。 2)????? 其次，對(duì)位移誤差的要求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角從理論上說是固定的，但實(shí)際上還是有誤差的。此外，負(fù)載轉(zhuǎn)距也將引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位誤差。應(yīng)將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距誤差、負(fù)載引起的定位誤差和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機(jī)床允許的定位誤差。 3)????? 第三，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性曲線對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇有影響的特性曲線包括：起動(dòng)距頻

22、特性曲線和反映轉(zhuǎn)距也連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的工作距頻特性曲線。 4)????? 第四，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇既要滿足快速進(jìn)給的要求，又要滿足切削進(jìn)給的要求。在這兩種情況下，對(duì)轉(zhuǎn)距和進(jìn)給速度有不同的要求。若要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置有如下性能：在切削進(jìn)給時(shí)的轉(zhuǎn)距為 ,最大切削進(jìn)給速度為v,在快速進(jìn)給時(shí)的轉(zhuǎn)距為 ，最大快速進(jìn)給速度為 。 4.1.1步距角α ?步距角應(yīng)滿足： ??????????? ????????????????????????????（4-1） 式中，? i---傳動(dòng)比 ????? ---系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角 ? 4.1.2精度 ?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤

23、差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足： ????????????????????? △θm≤i [△θs]?? ???????????????????????（4-2） 式中，??? △θm ---步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 ???????? [△θs]---系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

24、?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????????????? 4.1.3轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件： a.?????? 起動(dòng)力矩。一般選取為 ?????????? ?????Mq≥MLo/0.3-0.5?????????????????????????? （4-3） 式中，Mq---

25、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩 ????? MLo---電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩 根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（4—1）所示，表中MJM為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜載矩，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。 運(yùn)行方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg/Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 表（4—1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)、拍數(shù)啟動(dòng)力矩表 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行運(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

26、性矩之和。 4.1.4啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電動(dòng)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)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足： ??????????? ?????????Ft≥[fop]m???????? ???????????????????(4-4) 式中，ft---極限啟動(dòng)頻率， ??? ??[fop]m---要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高啟動(dòng)頻率。 4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折 4.2.1 CA6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 ?? Mq= =308.35 N·cm 為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知： ??? ??????Mq/Mjm=0.86

27、6 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： ???????? Mjm= =356.06? N·cm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： ????? ???fmax= =3333.3 HZ 綜合考慮，查步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能滿足使用要求。 4.2.2 CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 ?? ????????????Mq= =63.3 N·cm 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： ??? ????????????????????Mq/Mjm=0.866 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： ????????????? Mjm= =73.09 N·cm

28、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率： ????????????? fmax= =3333.3 HZ 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用90BF002型直流電動(dòng)機(jī)，能滿足使用要求。 五．主軸交流伺服電機(jī) 5.1 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的確定 伺服電動(dòng)機(jī)是根據(jù)負(fù)載條件來選取的。加在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種：負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量，其中負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括切削轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于所選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與加速轉(zhuǎn)矩之和應(yīng)等于所選擇電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 加速轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮負(fù)載慣量和電動(dòng)機(jī)慣量的匹配，同時(shí)還應(yīng)考慮連續(xù)過載時(shí)間在所選電動(dòng)機(jī)的允許范圍內(nèi)，負(fù)載快速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使電動(dòng)

29、機(jī)在機(jī)床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。 ? 5.2 主軸的變速范圍 主軸能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍Rn, 即Rn=nmax/nmin,數(shù)控機(jī)床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于? Nmax=1800??? nmin=14 Nmax/nj=2nj/nmin????????????????????????????????? （5-1） 則? nj= =113r/min 這里nj為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為： Rn=nmax/nj????????????????????????????????

30、????????? （5-2） ??????????? =1800/113=15.9 主軸電機(jī)的功率是：7.5kw 5.3 初選主軸電機(jī)的型號(hào) 選主軸電機(jī)的型號(hào)為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為1HP6167-4CB4，連續(xù)負(fù)載PH/KW=14.5，間歇負(fù)載（60%）/kw=17.5kw,短時(shí)負(fù)載（20min）/kw=19.25kw,額定負(fù)載n/r.min =5000，最大轉(zhuǎn)速nmax/r/min=8000,額定轉(zhuǎn)矩277N.m,慣性矩0.206/kg.m 晶體管PWM變頻器型號(hào)為6SC6058-4AA02 5.4 主軸電機(jī)的校核 電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍： Rn=n

31、max/nmin =8000/500 =16 所以所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范 六.微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 6.1 控制系統(tǒng)的功能要求 （1）z向和x向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制 （2）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制 （3）螺紋加工控制 （4）行程控制 （5）鍵盤及顯示 （6）面板管理 （7）其他功能：光電隔離、功率放大、報(bào)警、急停、復(fù)位。 6.2 硬件電路的組成： 數(shù)控車床硬件電路圖采用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下： （1）CPU采用8031芯片； （2）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2764兩片，6264一片； （3）擴(kuò)展可編

32、程接口芯片8155兩片； （4）地址鎖存器，譯碼器個(gè)一個(gè)； （5）鍵盤電路，顯示電路； （6）光電隔離電路，功率放大功率； （7）越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路； （8）面板管理電路。 6.3 設(shè)計(jì)說明 （1）CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128字節(jié)，因此，擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器2764兩片（16KB），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264（8KB）一片。8031的I/O口也不能滿足輸入輸出口的要求，本系統(tǒng)也擴(kuò)展了兩片8155可編程接口芯片。 （2）采用74LS138三--—八譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。2764（1）、2764（2）、6264、8155（1）和815

33、5（2）的片選信號(hào)分別接到譯碼器的Y0~Y4,74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2.5、P2.6、P2.7。 （3）由于2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址線，A0~A7低8位接74LS373芯片的輸出。A8~A12接8031芯片的P2.0~P2.A，74LS373地址鎖存器在選通信號(hào)ALE在高電平時(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位地址鎖存器，此時(shí)，P0口可用來向片外傳送讀寫數(shù)據(jù)。 （4）接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接及設(shè)計(jì)說明如下： ? 8155（2）PA.0~PA.7輸出的指令脈沖通過光電隔離電路和功率放大電路直接驅(qū)動(dòng)縱向和

34、橫向步進(jìn)電機(jī)的共八相繞組。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配器方式，雖然運(yùn)行速度慢一些，但可以省去兩個(gè)硬件環(huán)形分配器，電路比較簡(jiǎn)單，由于步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組需和一個(gè)I/O接口相連，以便與控制寄存器中某一指定相位對(duì)應(yīng)，因此，占用的I/O口數(shù)量較多。 8155（2）的PC.0~PC.5作為顯示器位選信號(hào)，顯示器的段選信號(hào)則由8031的P1.0~P1.7發(fā)出，8155的PB.0~PB.3是鍵盤掃描輸入。 行程限位報(bào)警信號(hào)+Z,-Z,+X,-X分別通過8155（2）的PB.4,PB.5,PB.6,PB.7提出中斷請(qǐng)求，根據(jù)不同的中斷口可以直接識(shí)別行程的方向，此時(shí)相應(yīng)的紅燈報(bào)警。 8155小的PC.0~P

35、C..3接自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架（四方刀架），自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時(shí)，由PC.0~PC..3發(fā)出換位信號(hào)，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)指定的刀位。刀架夾緊后，即發(fā)出回答信號(hào)，表示已完成換刀過程，可以進(jìn)行切削加工。換刀回答信號(hào)經(jīng)8155（1）的PB.5輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開始進(jìn)給。 8155（1）PA.0~PA.5接控制面板上的控制開關(guān)，設(shè)有編輯空運(yùn)行、自動(dòng)、手工（I）、手工（II）、回零等選著方式。 8155（1）PB.0~PB.4接控制面板上的按鈕開關(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。 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

36、信號(hào)送入8031的T0，通過設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(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8155（1）的PB6,用來防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。 （5）系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及I/O接口芯片地址編碼見表（5） （6）操作面板設(shè)計(jì)方案之一見圖（5） 芯片 接74LS138引腳 地址選擇線 片內(nèi)地址單元（字節(jié)） 地址編碼 2746（1） Y0 000X? XXXX? XXXX? XXXX 8K 0000H~1FFFH 2746（2） Y1 001X? XXXX? XXXX? XXXX 8K 2000H~3FFFH 626

37、4 Y2 010X? XXXX? XXXX? XXXX 8K 4000H~5FFFH 8155（1） RAM Y3 0111? 1110?? XXXX? XXXX 256 7E00H~7EFFH I/O Y3 0111? 1111? 1111? 1XXX 6 7FF8H~7FFDH 8155（2） RAM Y4 1001? 1110? XXXX? XXXX 256 9E00H~9EFFH I/O Y4 1001? 1111?? 1111? 1XXX 6 9FF8H~9FFDH 表(5)芯片地址編 七.安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 7.1滾

38、珠絲杠副的特點(diǎn) 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對(duì)滑動(dòng)軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)良特性：在滾珠絲杠副中，自由滾動(dòng)的滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲杠與螺母之間傳遞。這一傳動(dòng)方式取代了傳統(tǒng)螺紋絲杠副的絲杠與螺母間直接作用方式，因而以極小滾動(dòng)摩擦代替

39、了傳統(tǒng)絲杠的滑動(dòng)摩擦。使?jié)L珠絲杠副傳動(dòng)效率達(dá)到90%以上，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠的1/3左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。傳動(dòng)效率高、 定位精度高、 傳動(dòng)可逆性、 使用壽命長(zhǎng)、同步性能好 7.2 滾珠絲杠螺母副的選擇 滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。因此在進(jìn)行設(shè)備改造時(shí)，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇合適以后再?zèng)Q定被改造設(shè)備的其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。 7.3 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時(shí)，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的1 / 3為宜。在實(shí)際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲

40、杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于0.01mm，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝置預(yù)緊的判斷標(biāo)準(zhǔn)。 7.4 聯(lián)軸器的安裝： 傳動(dòng)絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因?yàn)橥宦?lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時(shí)，往往會(huì)引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動(dòng)附加載荷，影響絲杠副的傳動(dòng)性能。 7.5 主軸脈沖發(fā)生器的安裝： 主軸脈沖發(fā)生器的的引出軸按比例1：1無間隙柔性連接傳動(dòng)，連接后應(yīng)保證兩者都有很好的同步性，安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃件，不能隨意敲打碰撞，使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速。

41、 致謝 我的論文終于定稿了，在辛苦了那么多個(gè)日夜以后，看著我的論文，心情頗為激動(dòng)，表面上看來這只是我一個(gè)人在這幾個(gè)月努力的成果，其實(shí)并不是這樣，在我的背后有我整個(gè)組的鼎力支持，如果沒有了他們的支持與鼓勵(lì)，我不可能完成的那么順利。這讓我深深感受到了團(tuán)隊(duì)合作的力量。 能完成本次設(shè)計(jì)，更說明了我在大學(xué)中的成長(zhǎng)。本課題在選題及研究過程中得到老師的悉心指導(dǎo)，為我畢業(yè)設(shè)計(jì)指明了方向。在設(shè)計(jì)過程中，老師多次為我指點(diǎn)迷津，詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥，鼓勵(lì)我去面對(duì)困難。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，更教會(huì)了我對(duì)待問題的態(tài)度，雖然時(shí)間短暫，卻

42、使我終生受益。 感謝西安思源學(xué)院和老師們對(duì)我四年細(xì)心的指導(dǎo)。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)為我們提供了良好的研究環(huán)境。感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)和我同組的同學(xué)的指點(diǎn)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成與他們的鼎力幫助是密不可分的。 最后，向所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助過我的人表示最衷心的謝意！ 參考文獻(xiàn) 1 孫奎洲; 綠色鑄造粘結(jié)劑——聚乙烯醇(PVA)的研究 [J];江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào); 2002年04期 2 高建剛,武英,向東,劉學(xué)平,段廣洪,汪勁松; 機(jī)電產(chǎn)品拆卸研究綜述 [J];機(jī)械工程學(xué)報(bào); 2004年07期 3 汪永超,張根保,向東,周億; 綠色設(shè)計(jì)原則初探 [J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究; 1999年02期 4 鄒旻,祝海林; 可拆卸性模塊化設(shè)計(jì)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用 [J];輕工機(jī)械; 2001年04期 專心---專注---專業(yè)