機械系畢業(yè)論文--普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　題 目 普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計 </p><p>　　系（分院） </p><p>　　專業(yè)班級

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 姓名 </p><p>　　職稱 </p><p>　　日

3、期 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書</p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學生姓名

4、 </p><p>　　題 目 普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計 </p><p>　　上交論文（報告）日期： </p><p>　　答辯日期：

5、 </p><p>　　指導(dǎo)日期： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b&g

6、t;</p><p>　　1三坐標數(shù)控銑床的設(shè)計和計算1</p><p>　　1.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計1</p><p>　　1.2主軸系統(tǒng)計算1</p><p>　　1.3進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析4</p><p>　　1.4 進給傳動的計算5</p><p>　　1

7、.4.1 X軸滾珠絲杠副5</p><p>　　1.4.2Y軸滾珠絲杠副9</p><p>　　1.4.3 Z軸滾珠絲杠副13</p><p>　　1.4.4 滾珠絲杠的安裝與使用17</p><p>　　2微機控制系統(tǒng)的設(shè)計19</p><p>　　2.1微機控制系統(tǒng)組成19</p><

8、;p>　　2.2微機控制系統(tǒng)設(shè)備介紹20</p><p>　　2.2.1主控制器CPU的選擇20</p><p>　　2.2.2存儲器電路的擴展21</p><p>　　2.2.3 I/O口電路的擴展24</p><p>　　2.2.4步進電機驅(qū)動電路25</p><p>　　2.2.5其它輔助電路設(shè)計

9、27</p><p>　　2.3程序部分28</p><p><b>　　3結(jié)論32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　摘 要<

10、;/b></p><p>　　本文首先對所要設(shè)計的機床進行技術(shù)調(diào)查，查閱了國內(nèi)外有關(guān)文獻資料，在此基礎(chǔ)上，對其用途范圍、性能指標、方案對比等進行論證分析。對于通用機床我更是查閱了大量的國內(nèi)外有關(guān)銑床的資料后，擬定了此機床的總體方案為立式銑床。然后根據(jù)總體方案的布局形式，規(guī)格參數(shù)，精度性能等要求，對此機床的進給傳動系統(tǒng)進行了專題設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造 定位精度

11、重復(fù)定位精度 無級變速 伺服傳動系統(tǒng) </p><p>　　1三坐標數(shù)控銑床的設(shè)計和計算</p><p>　　1.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　主傳動系統(tǒng)一般由動力源（如電動機）、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機構(gòu)等部分組成。動力源為執(zhí)行元件提供動力，并使其得到一定的運動速度和方向,變速裝置傳遞動力以及變換運動速度，執(zhí)

12、行元件執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運動。</p><p>　　現(xiàn)代切削加工正向著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對機床的性能提出越來越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達1：100～1：1000，恒功率調(diào)速范圍達1：10以上；更大的功率范圍達2.2～250kW，能在切削加工中自動變換速度；機床結(jié)構(gòu)簡單，噪聲小，動態(tài)性能好，可靠性高等。數(shù)控機床主傳動設(shè)計應(yīng)滿足的特點：主傳動采用直流或交流電動機無級調(diào)速

13、；數(shù)控機床驅(qū)動電動機和主軸功率特性的匹配設(shè)計；數(shù)控機床高速主傳動設(shè)計；數(shù)控機床采用部件標準、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計；數(shù)控機床的柔性化、復(fù)合化；虛擬軸機床設(shè)計。</p><p><b>　　1.2主軸系統(tǒng)計算</b></p><p>　　三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強度）。帶傳動設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括確定帶的型號、基準長度和根數(shù)；

14、確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力等。</p><p>　　(1) 確定計算功率P</p><p><b>　　kW</b></p><p>　　式中：K—工況系數(shù)(工作情況系數(shù))；P—電機額定功率 Kw</p><p>　　(2) 選擇三角帶型號</p><p>　　根據(jù)P

15、、n由圖選SPA型 窄V帶</p><p>　　(3) 確定帶輪直徑D、D</p><p>　　小帶輪直徑D應(yīng)滿足：DD，以免帶的彎曲應(yīng)力過大而導(dǎo)致其壽命降低。 查表取D,故選擇D</p><p>　　(4) 計算膠帶速度</p><p><b>　　故 D選擇合格</b></p><p><

16、;b>　　D</b></p><p>　　(5) 確定中心距a和帶長L</p><p>　　得 </p><p><b>　　初選 </b></p><p><b>　　帶長 </b></p><p><b>　　查表，取&l

17、t;/b></p><p>　　中心距 </p><p><b>　　a的調(diào)整范圍：</b></p><p>　　(6) 驗算小帶輪包角</p><p>　　小帶輪包角可按公式求得： </p><p>　　得 ， 即滿足條件。</p><p>　　(7)

18、 確定V帶根數(shù)z</p><p>　　V帶根數(shù)Z可按下式計算： </p><p><b>　　由表，查得 </b></p><p><b>　　由表，查得 </b></p><p><b>　　由表，查得 </b></p><p><b>

19、;　　由表，查得 </b></p><p><b>　　由表，查得 </b></p><p><b>　　代入求根公式，得</b></p><p>　　取z=6,符合表7-4推薦的輪槽數(shù)</p><p><b>　　(8) 確定初拉力</b></p&g

20、t;<p>　　單根V帶合適的初拉力可按下式計算：</p><p><b>　　由表得 </b></p><p>　　(9) 計算作用在軸上的壓力</p><p>　　1.3進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析</p><p>　　1.3.1時間響應(yīng)特性</p><p>　　

21、進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時間響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。</p><p>　　時間響應(yīng)特性是用來描述系統(tǒng)對迅速變化的指令能否迅速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。由于系統(tǒng)包含一些儲能元件，所以當輸入量作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)輸出不能立刻跟隨輸入量變化，而是在系統(tǒng)達到穩(wěn)定之前表現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過程（或叫過渡過程）。穩(wěn)定響應(yīng)是指當時間t趨向無窮大時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。若在穩(wěn)定時，輸出和輸入不能完全吻

22、合，就認為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　1.3.2頻率響應(yīng)特性</p><p>　　時間響應(yīng)特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時間的變化的規(guī)律，即在已知傳遞函數(shù)的前況下，從系統(tǒng)在階越輸入及斜坡輸入時間應(yīng)速度及振蕩過程的狀態(tài)中來獲得動態(tài)特性參數(shù)。然而在很多情況下，傳遞函數(shù)不清楚，所以只能由試驗的方法來求取動態(tài)特性。因此出現(xiàn)頻率響應(yīng)特性法。所謂頻率響應(yīng)特性,就是系統(tǒng)對正弦輸入信號的響

23、應(yīng)，即它通過研究系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應(yīng)規(guī)律來獲得啟動態(tài)特性。</p><p>　　1.3.3快速性分析</p><p>　　所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量。</p><p>　　對于線性進給伺服系統(tǒng)，由于它包含各種電路、機電轉(zhuǎn)換裝置和機械傳動機構(gòu)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有時間常數(shù)，對高頻信號來不及反應(yīng)，只是一個地通漏波器。這種系統(tǒng)的通頻

24、寬帶，對高頻信號響應(yīng)速度快，所以從開環(huán)頻率特性圖看，提高系統(tǒng)的截止頻率，則可以提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。</p><p>　　1.4 進給傳動的計算</p><p>　　1.4.1 X軸滾珠絲杠副</p><p><b>　　(1) 精度</b></p><p>　　要求：進給精度；快速進給精度。</p>&

25、lt;p><b>　　(2) 疲勞強度</b></p><p>　　絲杠的最大載荷為最大進給力加摩擦力，最大進給力為1625N,工作臺質(zhì)量700kg,則：</p><p>　　① 求計算載荷Fc </p><p>　　根據(jù)《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》</p><p><b>　　計算載荷 </b&g

26、t;</p><p>　　查表取 查表取 </p><p>　　查表取 查表取D級精度</p><p>　　則： </p><p>　?、?計算額定動載荷計算值</p><p>　　取絲杠的工作壽命為,</p><p>　　③ 選用 FC1-4020

27、-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　公稱直徑 </b></p><p><b>　　導(dǎo)程 </b></p><p><b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按表種尺寸公式計算：</p><p><b&g

28、t;　　滾道半徑 </b></p><p><b>　　偏心距 </b></p><p><b>　　絲杠內(nèi)徑 </b></p><p><b>　　④ 穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的

29、負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。</p><p>　　a由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]</p><p>　　絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，并按下式計算</p><p>　　式中，E為絲杠材料的

30、彈性模量，對于鋼,E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，取。</p><p><b>　　安全系數(shù)</b></p><p>　　查表，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。</p><p>　　b 高速長絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨界

31、轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速按下式計算：</p><p>　　式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，</p><p>　　即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。</p><p>　　c 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求</p><p>　　所以該絲杠副工作穩(wěn)定</p>&

32、lt;p><b>　　⑤ 剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為：</p><p>　　式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對鋼；T為轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷</p>

33、<p>　　按最不利的情況?。ㄆ渲校?lt;/p><p>　　則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p>　　通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的1/2，即</p><p>　　該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。</p><p><b>　?、?效率驗算</b></p>

34、<p>　　滾珠絲杠副的傳動效率為</p><p>　　要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。</p><p>　　經(jīng)上述計算驗算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項性能均符合題目要求，所以合格。</p><p>　　1.4.2Y軸滾珠絲杠副</p><p><b>　　（1） 精度</b></p>

35、;<p><b>　　要求：進給精度</b></p><p><b>　　快速進給精度</b></p><p><b>　?。?） 疲勞強度</b></p><p>　　絲杠的最大載荷為最大進給力加摩擦力，最大進給力為1625N,工作臺質(zhì)量900kg,則：</p><

36、p>　?、?求計算載荷Fc </p><p>　　根據(jù)《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》</p><p><b>　　計算載荷 </b></p><p>　　查表取 查表取 </p><p>　　查表取 查表取D級精度</p><p>　　則： <

37、;/p><p><b>　?、?計算額定動載荷</b></p><p>　　取絲杠的工作壽命為,</p><p>　　③ 選用 FC1-4020-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　公稱直徑 </b></p><p><b>　　導(dǎo)程 &

38、lt;/b></p><p><b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按表種尺寸公式計算：</p><p><b>　　滾道半徑 </b></p><p><b>　　偏心距 </b></p><p><b>　　絲杠內(nèi)

39、徑</b></p><p><b>　　④ 穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。</p><p>　　a由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，

40、所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]</p><p>　　絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷,并按下式計算</p><p>　　式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，取。</p><p><b>　　安全系數(shù)</b></

41、p><p>　　查表，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。</p><p>　　b高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速按下式計算：</p><p>　　式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，</p><

42、;p>　　即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。</p><p>　　c此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求</p><p><b>　?、?剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為：</p><p>　　式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，

43、；G為絲杠切變模量，對鋼；T為轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷</p><p>　　按最不利的情況?。ㄆ渲校?lt;/p><p>　　則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p>　　通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的1/2，即</p><p>　　

44、該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。</p><p><b>　?、?效率驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的傳動效率為</p><p>　　要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。</p><p>　　經(jīng)上述計算驗算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項性能均符合題目要求，所以合格。</p>

45、<p>　　1.4.3 Z軸滾珠絲杠副</p><p><b>　?。?）精度</b></p><p>　　要求：進給精度；快速進給精度</p><p><b>　　（2）疲勞強度</b></p><p>　　絲杠的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進給力的垂直分力。主軸

46、重量為300kg,則：</p><p><b>　?、?摩擦力 </b></p><p>　　根據(jù)《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》</p><p><b>　　計算載荷 </b></p><p>　　查表取 查表取 </p><p>　　查表取 查

47、表取D級精度</p><p>　　則： </p><p><b>　?、?計算額定動載荷</b></p><p>　　取絲杠的工作壽命為,</p><p>　　③ 選用 FC1-4020-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　公稱直徑 <

48、/b></p><p><b>　　導(dǎo)程 </b></p><p><b>　　滾珠直徑 </b></p><p>　　按表種尺寸公式計算：</p><p><b>　　滾道半徑 </b></p><p><b>　　偏心距</b

49、></p><p><b>　　絲杠內(nèi)徑 </b></p><p><b>　?、?穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。</p&g

50、t;<p>　　a 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]</p><p>　　絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷</p><p>　　式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，取。</p><p

51、><b>　　安全系數(shù)</b></p><p>　　查表，[S]=2.5～3.3 ,S>[S],絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。</p><p>　　b高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速按下式計算：</p><p>　　式中：

52、為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，</p><p>　　即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。</p><p>　　c 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求</p><p><b>　?、?剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠在工作負載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量(m)為：</p&g

53、t;<p>　　式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對鋼；T為轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷</p><p>　　按最不利的情況?。ㄆ渲校?lt;/p><p>　　則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：</p><p>　　通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小

54、于其傳動精度的1/2，即</p><p>　　該絲杠的滿足上市，所以其剛度可以滿足要求。</p><p><b>　?、?效率驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的傳動效率為</p><p>　　要求在90%～95%之間，所以該絲杠副合格。</p><p>　　經(jīng)上述計算驗算，F(xiàn)C1-40

55、10-2.5各項性能均符合題目要求，所以合格。</p><p>　　1.4.4 滾珠絲杠的安裝與使用</p><p><b>　　(1) 潤滑</b></p><p>　　為使?jié)L珠絲杠副能充分發(fā)揮機能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，潤滑方式主要有以下兩種</p><p><b>　?、?潤滑脂</b>&

56、lt;/p><p>　　潤滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1/3，一般滾珠絲杠副在螺母內(nèi)部已加注GB7324-94 2#鋰基潤滑脂； </p><p><b>　?、?潤滑油</b></p><p>　　潤滑油的給油量標準如表所示，但是隨行程、潤滑油的種類、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請注意使用。表 潤滑油的給油量標準（間隔3分鐘

57、）</p><p>　　表潤滑油的給油量標準</p><p><b>　　(2) 防塵</b></p><p>　　滾珠絲杠副與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨耗，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物（切削碎削）進入時，必須采用防塵裝置（折皺保護罩、絲杠護套等），將絲杠軸完全保護起來。</p><p>　　另

58、外，如沒有異物，但有浮塵時可在滾珠螺母兩端增加防塵圈，請用戶根據(jù)需要按編號規(guī)則選定合適規(guī)格型號。</p><p><b>　　(3) 使用</b></p><p>　　滾珠絲杠副在使用時應(yīng)注意以下事項：</p><p>　　① 滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運動，必要時要在行程兩端配置限位，以避免螺母越程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。</p>

59、<p>　?、?滾珠絲杠副由于傳動效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動時，如部件重量未加平衡，必須防止傳動停止或電機失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?。防逆?zhèn)鲃臃椒捎梦佪單仐U傳動、液壓式電器制動器及超越離合器等。 </p><p><b>　　(4) 安裝  </b></p><p>　　滾珠絲杠副在安裝時應(yīng)注意以下事項：</p>&

60、lt;p>　?、?滾珠絲杠副僅用于承受軸向負荷。徑向力、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等不良負荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機床時應(yīng)注意： </p><p>　　a 絲杠的軸線必須和與之配套導(dǎo)軌的軸線平行，機床的兩端軸承座與螺母座必須三點成一線。 </p><p>　　b安裝螺母時，盡量靠近支撐軸承。 </p><p>　　c

61、 同樣安裝支撐軸承時，盡量靠近螺母安裝部位。  ② 滾珠絲杠副安裝到機床時，請不要把螺母從絲杠軸上卸下來。如必須卸下來時，要使用輔助套，否則裝卸時滾珠有可能脫落。螺母裝卸時應(yīng)注意下列幾點： </p><p>　　a 輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1～0.2mm； </p><p>　　b 輔助套在使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩； </p><p>　　c

62、 裝卸時，不可使過大力以免螺母損壞； </p><p>　　d 裝入安裝孔時要避免撞擊和偏心。</p><p>　　2微機控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　2.1微機控制系統(tǒng)組成</p><p>　　微機控制系統(tǒng)主要由微型計算機和伺服系統(tǒng)兩大部份組成，其中微機又包括硬件和軟件兩部分。</p><p>　?。?）微機控

63、制系統(tǒng)基本硬件組成</p><p>　　硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下部分組成。</p><p>　?、?主控制器，即中央處理單元CPU。</p><p>　?、?存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。</p><p><b&g

64、t;　　③ 接口。</b></p><p>　　（2）微機數(shù)控系統(tǒng)軟件</p><p>　　軟件是指為實現(xiàn)微機控制系統(tǒng)各項功能編制的專用程序，它一般由以下幾部分組成：</p><p>　　① 輸入數(shù)據(jù)處理程序，它接受輸入的零件加工程序，用標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)整理成便于解釋執(zhí)行的格式后存放。</p><p>　?、?插補運算

65、程序，它完成普通數(shù)控系統(tǒng)中插補器的功能。</p><p>　?、?速度控制程序，它根據(jù)給定的速度代碼或每分毫米數(shù)控制插補運算的頻率，以保證預(yù)定速度進給。</p><p>　?、?管理程序和診斷程序。管理程序?qū)?shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務(wù)的各個程序進行調(diào)度，還可以對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。診斷程序可以在運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指示故障類型。</p>

66、;<p>　　2.2微機控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 </p><p>　　2.2.1主控制器CPU的選擇</p><p>　　目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片由8086、8088、80286、80386、以及8098、8096等16位機的CPU，也有8080、Z80和8051、8031、8751等8位機的CPU。但從性能價格比上，我們常采用MCS-51系列單片機中的8031作為主控制器。&

67、lt;/p><p>　　下面對各功能部件作進一步的說明：</p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）：片內(nèi)為256個字節(jié)，片外最多可擴至64K字節(jié)。</p><p>　?。?） 程序存儲器（ROM/EPROM）：8031無此部件；8051為4KROM；8751為4KEPROM。片外最多可外擴至64K字節(jié)。</p><p>　?。?）中斷系統(tǒng)

68、：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。</p><p>　?。?）定時器/計數(shù)器：2個16位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。</p><p>　?。?）串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。</p><p>　　（6）P1口、P2口、P3口、P0口：為四個并行8位I/O口。</p><p>　?。?）微處理器（CPU）：為8位的CPU

69、，且內(nèi)含一個1位CPU（位處理器），不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進行位變量處理。MCS-51單片機的硬件結(jié)構(gòu)，</p><p>　　8031單片機包含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。</p><p>　　下圖為8031的引腳圖： </p><p>　　MCS-51系列單片機

70、中的8031采用40Pin封裝的雙列直插式封裝DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根。4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。</p><p>　　圖1 8031引腳配置圖</p><p>　　2.2.2存儲器電路的擴展</p><p>　?。?）程序存儲器的擴展</p><p>

71、;　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片，即紫外線可編程的EPROM芯片，其型號分別為：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別位2k、4k、8k、16k、32k。在選擇芯片時，要考慮CPU與EPROM時序的匹配，即8031所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的讀取時間。此外，還要考慮最大讀出速度、工作溫度計存儲器的容量。在滿足容量要求是應(yīng)盡量選擇大容量芯片、以減少芯片數(shù)量，是系統(tǒng)簡化。在本系統(tǒng)中，我們擬

72、采用2764作為擴展芯片。</p><p>　　2764與8031主要是三總線的聯(lián)接。2764中的低8位地址線通過地址鎖存器74LS373與8031P0口相聯(lián)。當?shù)刂锋i存允許信號ALE為高電平，則P0口輸出地址有效。8位數(shù)據(jù)線直接與8031 P0口相連，高5位地址線分別與P2.0～P2.4相聯(lián)，OE引腳直接同8031PSEN引腳相聯(lián)，片選信號CE接地，以便總能選中。由于8031只能選通外部程序存儲器，因而其EA引

73、腳接地。</p><p>　　圖2 EPROM2746引腳圖</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)存儲器的擴展</p><p>　　由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，須擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116和6264靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器，其選用的規(guī)則與EPROM程序存儲器的要求相同。本系統(tǒng)擬采用6264芯片作為數(shù)

74、據(jù)存儲器的外擴芯片。</p><p>　　6264低8位地址線通過地址鎖存器74LS373與8031 P0口相接，高5位地址線分別與P2.0～P2.4相聯(lián)，8位數(shù)據(jù)線直接接至8031 P0口，讀寫控制引腳OE、WE與8031的讀寫控制引腳RD、WR直接相聯(lián)，片選端CE1通過譯碼電路與8031相聯(lián)。</p><p>　　圖3 RAM6264引腳圖</p><p>&l

75、t;b>　　（3）單片機鎖存器</b></p><p>　　74LS373是一片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器（3S，鎖存允許輸入有回環(huán)特性）。373 的輸出端D0～D7 可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端OE 為低電平時，O0～O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當OE 為高電平時，O0～O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端LE 為高電平時，

76、O 隨數(shù)據(jù)D 而變。當LE 為低電平時，O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV 。引出端符號：</p><p>　　D0～D7：數(shù)據(jù)輸入端；</p><p>　　OE：三態(tài)允許控制端（低電平有效）；</p><p><b>　　LE：鎖存允許端；</b></p>

77、<p><b>　　Q0-Q：輸出端；</b></p><p>　　圖4 鎖存器74LS373外部管腿</p><p>　　2.2.3 I/O口電路的擴展</p><p><b>　?。?）并行口的擴展</b></p><p>　　8031單片機共有四個8位并行I/O口，但可供用戶使用的只

78、有P1口及部分P3口線。因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都不可避免地要進行I/O口的擴展。通用可編程接口芯片8155具有2k位的靜態(tài)RAM、2個8位和一個6位的可編程并行I/O口、一個14位的計數(shù)器。由于8155與單片機的接口簡單，是單片機系統(tǒng)廣泛使用的芯片。</p><p>　　8155與8031的聯(lián)接可歸結(jié)為三總線的連接。8155本身具有地址鎖存信號控制線和地址鎖存器，故可直接將地址、數(shù)據(jù)線AD0～AD7直接與8031

79、口線對應(yīng)的相連，8155的ALE與8031的ALE直接相連，高8位地址的P2.5～P2.7經(jīng)譯碼器74LS138提供8155的片選信號CE,IO/M控制端接P2.0口，其它讀寫信號WR、RD也都對應(yīng)相連。8155的地址與8031統(tǒng)一編址。</p><p>　?。?）鍵盤、顯示器接口電路</p><p>　　鍵盤、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)的動態(tài)

80、顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，按鍵設(shè)置在行列的交點上。</p><p>　　本系統(tǒng)中所設(shè)計的是由4×6鍵和6位LED顯示器組成。為了簡化電路，鍵盤的列線及LED顯示器的段碼共用一個口，即8155的PB口，鍵盤的行線由8155的PA口提供，LED的字位控制則由PC口經(jīng)74154后提供。</p><p>　　8155各引腳功能說明如下：</p><p>

81、;　　RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。復(fù)位后，3個端口均為輸入方式。</p><p>　　AD0～AD7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。與單片機的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（P0口）相連。單片機與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個總線口傳送的。</p><p>　?。鹤x選通信號，低電平有效。</p><p>　　：寫選通信號，低電平有效。</p>

82、<p>　?。浩x信號線，低電平有效。</p><p>　　IO/：8155的RAM存儲器和I/O口選擇。當IO/＝0時，則選擇8155的片內(nèi)RAM，AD0～AD7上地址為8155中RAM單元的地址（00H～FFH）；當IO/＝1時，選擇 8155的I/O口，定時/計數(shù)器，命令/狀態(tài)寄存器</p><p>　　ALE：地址鎖存信號。8155內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在ALE的下降

83、沿將單片機P0口輸出的低8位地址信息及，IO/的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，P0口輸出的低8位地址信號不需外接鎖存器。</p><p>　　PA0～PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。</p><p>　　PB0～PB7：8位通用I/O口，功能同A口。</p><p>　　PC0～PC5：有兩個作用，既可作為通用的I/O口，也可作為P

84、A口和PB口的控制信號線，這些可通過程序控制。</p><p>　　TIMERIN：8155內(nèi)部定時/計數(shù)器信號輸入端。</p><p>　　TIMEROUT：8155內(nèi)部定時/計數(shù)器信號輸出端。</p><p><b>　　VCC：＋5V電源</b></p><p>　　圖5 8155集成芯片引腳圖</p>

85、<p>　　2.2.4步進電機驅(qū)動電路</p><p>　　步進電機是一種用脈沖信號控制的電動機。在負載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，電動機的角位移僅與控制脈沖成正比。在多數(shù)情況下，用步進電機作為執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)不需要A/D或D/A轉(zhuǎn)換，可采用較為簡單的開環(huán)控制，因而成為經(jīng)濟性數(shù)控機床最主要的一種伺服驅(qū)動元件。</p><p><b>　?。?）計算機接口</b&g

86、t;</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，步進電機的接口電路至關(guān)重要，沒有它將無法實現(xiàn)微機對步進電機的控制。如前所述，8031系列單片機含有4個并行輸入/輸出口，其中P1口可以提供給用戶使用，作為步進電機及其它控制對象的接口。也可采用8155或8255A等可編程并行輸入、輸出接口芯片設(shè)計擴展接口電路，來控制步進電機即其它外部設(shè)備。本系統(tǒng)即采用8155的PA口作為步進電機的控制端口。</p><p

87、><b>　　（2）脈沖分配器</b></p><p>　　脈沖分配器又叫做環(huán)形分配器，是驅(qū)動步進電機必不可少的環(huán)節(jié)。步進電機的控制方式由環(huán)形分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列脈沖指令按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各項繞組，實現(xiàn)電機的正或反轉(zhuǎn)。在數(shù)控系統(tǒng)中使用較多的是集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。而在本系統(tǒng)中使用的是軟件脈沖分配，通過編程來達到脈沖分配的目的，從而控制

88、步進電機的各項繞組。</p><p><b>　?。?）隔離電路</b></p><p>　　在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進電機的勵磁繞組。由于步進電機需要的驅(qū)動電壓較高（幾十伏），電流也較大，如果將輸出信號直接與功率放大器相聯(lián)，將會引起強電器干擾，輕則影響計算機程序的正常進行，重則導(dǎo)致計算機和接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器

89、之間都要加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。圖為光電耦合器與步進電機的接口電路。 </p><p>　　圖6 光電隔離與步進電機接口電路圖</p><p>　　2.2.5其它輔助電路設(shè)計</p><p>　?。?）8031的時鐘電路</p><p>　　單片機的時鐘可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。</p&g

90、t;<p>　　內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，如圖()所示。晶體可在1.2～12MHz之間任選，耦合電容在5～30Pf之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式，可把XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源。</p><p>　?。?）8031的復(fù)位電路</p><p>　　單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)，在時鐘電路工作后，只要在R

91、ESET引腳上保持10ms以上的高電平，單片機便實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后CPU便從0000H單元開始執(zhí)行程序。一般數(shù)控系統(tǒng)都采用上電與按鈕復(fù)位組合。</p><p>　　圖7時鐘電路和復(fù)位電路</p><p><b>　　2.3程序部分</b></p><p>　　ORG 2000</p><p>　　KZCH: P

92、USH AH ；保護；現(xiàn)場</p><p>　　PUSH BC</p><p>　　MOV R2,#NH ；送步數(shù)給R2</p><p>　　LOOP0: MOV R3,#00H</p><p>　　MOV DPTR,#POINT ；送控制碼指針</p

93、><p>　　JNB 00H,LOOP2</p><p>　　LOOP1: MOV A,R3 ；取控制碼</p><p>　　MOVC A, A+DPTR</p><p>　　JZ LOOP0 ；控制碼為00H轉(zhuǎn)LOOP0</p><p>　　MO

94、V P1, A ；輸出控制碼</p><p>　　CALL YANS ；調(diào)延時子程序</p><p>　　INC R3 ；指針指向下一個控制碼</p><p>　　JNZ R2,LOOP1 ；步數(shù)未完，繼續(xù)</p><p>　　PO

95、P BC ；恢復(fù)現(xiàn)場</p><p>　　POP AF</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　LOOP2: MOV A, R3 ；取反向控制碼</p><p>　　ADD A, #7H</p>&

96、lt;p>　　MOV R3, A</p><p>　　AJMP LOOP1</p><p>　　POINT: DB 01H ；正向轉(zhuǎn)動控制碼</p><p>　　DB 03H</p><p>　　DB 02H</p><p>　　DB

97、 06H</p><p>　　DB 04H</p><p>　　DB 05H</p><p>　　DB 00H</p><p>　　DB 01H ；反向轉(zhuǎn)動控制碼</p><p>　　DB 05H</p><p>　　

98、DB 04H</p><p>　　DB 06H</p><p>　　DB 02H</p><p>　　DB 03H</p><p>　　DB 00H</p><p>　　POINT: EQU 150H</p><p>　　N0

99、 EQU 20H</p><p>　　NLL EQU 21H</p><p>　　N1H EQU 22H</p><p>　　N2 EQU 23H</p><p>　　NL EQU 24H</p><p>　　NH EQU 25H</p>

100、<p>　　DS EQU 26H ； 地址指針偏移量</p><p>　　FEED EQU 0E80H</p><p>　　ORG 0E00H</p><p>　　START: MOV SP , #60H ； 程序開始</p><p>　　MOV TMOD , #01

101、H ； 設(shè)計數(shù)器為工作方式1,16定時器</p><p>　　MOV N0 , #1BH ； 設(shè)N0初值為27</p><p>　　MOV NZ , #1BH ； 設(shè)NZ初值為27</p><p>　　MOV A , N0</p><p><b>　　RL A</b>

102、;</p><p>　　MOV RO , A</p><p><b>　　CLR C </b></p><p>　　MOV A , NL</p><p>　　SUBB A , N0</p><p>　　MOV NLL , A</p><p>　　MOV

103、 A , NH</p><p>　　SUBB A , #00H</p><p>　　MOV NIH , A</p><p>　　MOV DPTR , #1000H ； 設(shè)時間常數(shù)地址指針初值為1000H</p><p>　　MOV DS , #00H ； 設(shè)地址偏移量初值為00H</p

104、><p>　　MOV A , @A+DPTR ； 從EPROM中讀時間常數(shù)</p><p>　　MOV TLO , A ； 送時間常數(shù)至定時器0中</p><p><b>　　INC DS</b></p><p>　　MOV A , DS</p><

105、;p>　　MOVC A , @A+DPTR</p><p>　　MOV THO , A</p><p>　　INC DS</p><p>　　SETB EA ； 開中斷允許</p><p>　　SETB ETO ；允許定時器0中斷&l

106、t;/p><p>　　SETB TRO ； 啟動定時器0開始算</p><p>　　WAIT: JB EA , WAIT ； 中斷允許范圍</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ORG 000EH

107、 ； 定時器0中斷入口地址</p><p>　　JMP 0F00H</p><p>　　ORG 0F00H</p><p>　　INT: MOV A , DS ； 送時間常數(shù)到定時器0中</p><p>　　MOVC A , @A+DPTR</p>

108、;<p>　　MOV TLO , A</p><p>　　INC DS</p><p>　　MOV A , DS</p><p>　　MOVC A , @A+DPTR</p><p>　　MOV THO , A</p><p>　　INC DS

109、 ； 修改地址偏移量指針</p><p>　　CALL FEED ； 調(diào)FEED子程序,使電機進給步</p><p>　　MOV A , N0 ； 判斷N0是否為0,為0則轉(zhuǎn)恒速</p><p>　　JNE A , #00H , LOOP1</p&

110、gt;<p>　　MOV A , N1 ； 判斷N1是否為0,為0則轉(zhuǎn)入減速</p><p>　　JNE A , #00H , LOOP2</p><p>　　MOV A , NIH</p><p>　　JNE A , #00H , LOOP2</p><p>

111、　　MOV A , N2 ； 判斷N2是否為0</p><p>　　JNE A , #00H , LOOP3</p><p>　　CLR EA ； N2為0,減速結(jié)束,關(guān)中斷</p><p>　　RET ； 中斷返回</p

112、><p>　　LOOP1: DEC N0 ； N0不為0,則N0←N0-1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　LOOP2: MOV A , NIL ； N1不為0,則N1←N1-1</p><p>　　CL

113、R C</p><p>　　SUBB A , #01H</p><p>　　MOV NIL , A</p><p>　　MOV A , NIH</p><p>　　SUBB A , #00H</p><p>　　MOV NIH , A<

114、;/p><p><b>　　RET</b></p><p>　　LOOP3: DEC N2</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　3結(jié)論</b></p><p>　　由于數(shù)控機床的精密要求，所以在設(shè)計的時

115、候不得不考慮它的剛度要求及抗振性要求，這使得在設(shè)計床身的時候就要考慮到它所承受的各種外力的情況，在這方面，我針對床身的材料、厚度及其機構(gòu)幾方面進行了設(shè)計。在傳動方面為適應(yīng)其加工范圍、工藝要求、加工精度及自動化要求等方面，對主軸進行了設(shè)計使其具有較高的熱穩(wěn)定性，并能保證配合精度，并且還對X、Y、Z軸及其它相關(guān)零件進行了計算。在進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計中，因其要求定位精度高、跟蹤指令信號的響應(yīng)快、系統(tǒng)的穩(wěn)定好等，首先對其進行了分析并根據(jù)其要求完成

116、這方面的設(shè)計。</p><p>　　在設(shè)計微機控制系統(tǒng)時，在選取主控制器及存儲器時通過對本系統(tǒng)的考慮，在從性能價格比上選取了合適的硬件結(jié)構(gòu)，在電路設(shè)計方面以達到簡潔明了實用為目的，做出了設(shè)計。在選取電機時，以絲杠的最大負載及不影響電路的正常工作。最后根據(jù)所加工的工件形狀針對刀具及工作平臺設(shè)計了相應(yīng)的工作程序。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

117、gt;<p>　　[1]戴曙.金屬切削機床.北京:機械工業(yè)出版社：1993.5 第97頁</p><p>　　[2]彭文生，李志明，黃華梁.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社.2002.8 第88頁</p><p>　　[3]吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊. 北京：高等教育出版社.1999.6 第129頁</p><p>　　[4]成大先.機械設(shè)計手

118、冊.北京：機械工業(yè)出版社 第130頁</p><p>　　[5]成大先. 第1卷/機械設(shè)計圖冊.北京：化學工業(yè)出版社.2000.5 第77頁</p><p>　　[6]文懷興. 數(shù)控銑床設(shè)計.北京：化學工業(yè)出版社.2006.1 第210頁</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我

119、要特別感謝我的指導(dǎo)老師熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，指導(dǎo)老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，指導(dǎo)老師都給予了悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是老師廣博的學識、深厚的學術(shù)素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。 </p><p>　　在論文的寫作過程中，也得到了同學的寶貴建議，以及支持和