臥式車床經(jīng)數(shù)控化改造畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要4</b></p><p>　　第一章、車床橫向進給系統(tǒng)存在的問題分析5</p><p>　　第二章、機械系統(tǒng)的改造設計方案7</p><p>　　1、主傳動系統(tǒng)的改造方案7</p><p>　　2、安裝電動卡盤7</p><p>　　3．進給系統(tǒng)的改造

2、與設計方案8</p><p>　　第三章、進給傳動部件的計算和選型9</p><p>　　1．脈沖當量的確定9</p><p><b>　　2切削力的計算9</b></p><p>　　3.同步帶減速箱的設計(橫向)11</p><p>　　4.步進電動機的計算與選型（橫向）14<

3、;/p><p>　　5.同步帶傳遞功率的校核18</p><p>　　第四章、繪制進給傳動機構的裝配圖19</p><p>　　第五章、控制系統(tǒng)硬件電路設計20</p><p>　　第六章、步進電動機驅動電源的選用23</p><p><b>　　結論24</b></p>&l

4、t;p><b>　　參考資料25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　此設計是經(jīng)濟型中檔精度數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng) 。面對我國目前機床數(shù)量少、工業(yè)生產規(guī)模小的特點，突出的任務是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的面貌

5、。而數(shù)控車床（及其系統(tǒng)）已經(jīng)成為現(xiàn)代機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。所以，實現(xiàn)這一任務的有效的、基本的途徑就是普及應用經(jīng)濟型數(shù)控機床。</p><p>　　進給系統(tǒng)是由伺服電機經(jīng)滾珠絲杠拖動工作臺來完成的所以設計涉及伺服電機的選擇，滾珠絲杠設計等。目前絕大部分的機床的橫向進給均是采用滾珠絲杠來傳遞運動的，傳動的精確性主要取決于絲杠支承形式，絲杠與伺服電機的聯(lián)接方式。在設計中充分考慮到這兩個問題，并且，設計精度須達

6、原始數(shù)據(jù)。</p><p>　　臥式車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)常采用步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)技術指標中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，MCS-51系列的8位單片機作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機具有功能多、抗干擾能力強、性/價比高等優(yōu)點。</p>

7、<p>　　第一章、車床橫向進給系統(tǒng)存在的問題分析 </p><p>　　C6140車床橫向進給系統(tǒng)在連續(xù)的使用過程中，由于磨損等原因，使絲杠與絲母間隙過大，產生軸向竄動，影響進給精度。通過調整可消除絲杠與絲母間的間隙，但實踐證明，這種調整方法只消除了絲母的磨損間隙，而沒有消除絲杠的磨損間隙。如果按絲杠磨損較大部位調整絲母，則在絲杠磨損較小部位可能因間隙過小而使進給手柄轉動太沉。</p>

8、<p>　　經(jīng)過長期的觀察和實踐，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的機床都在很大程度上存在著進給機構精度因磨損而嚴重下降的問題。普通車床的橫向進給機構因其使用頻繁且承受很大的切削力，所以，磨損程度較其它機床嚴重，如果能夠有效地解決車床的進給精度問題對其它類似的機構都有指導意義。 </p><p>　　幾十年來，國內外車床一直采用上述的傳統(tǒng)結構，操作者在使用過程中必須經(jīng)常進行調整，并把這項工作列入一級保養(yǎng)內容。因此，增加了工

9、人的勞動強度，降低了設備的利用率，即使這樣也不能很好地保證設備的精度。 </p><p>　　常見改進方案及存在問題</p><p>　　針對普通車床橫向進給機構的進給精度問題國內外專家多采用以下三種解決方案。 </p><p>　　1.在中修或項修過程中，更換新的橫向進給絲母。必要時，對橫向進給絲杠進行修復，然后再配作絲母，這種辦法并沒有從根本上解決橫向定位精度問

10、題。機床只是在修復后最初階段能夠保障橫向進給精度，數(shù)月后就進人反復調整階段.而且加大了維修成本。 </p><p>　　2.有的專家試圖用改進橫向進給絲杠支承結構或減小絲杠變形的方法來解決問題。這種方案僅提高了絲杠的剛度，雖然能夠間接地減緩絲杠和絲母的磨損，但仍然沒有從實質上解決問題。這種方法的缺點是改造的成本和維修費用很大。 </p><p>　　3.80年代中期，隨著電子技術的進步與發(fā)

11、展，國內外的專家們紛紛采用數(shù)控或數(shù)顯技術對機床進行改造。采用數(shù)控技術改善機床進給機構精度，尤其是采用閉環(huán)控制，很好地解決了進給精度問題。但是這種技術改造成本太高，一般企業(yè)無法承受。采用數(shù)顯技術改善機床進給精度的實例在國內比較多，雖然這種方案比數(shù)控技術改造投資小，但考慮到投資收益比，也不適合普通車床這類造價較低的設備改造，一般企業(yè)僅把這項技術應用于精、大、稀設備的改造，最常見的是造價幾十萬元的鏜銑床改造。 </p><

12、p>　　第二章、機械系統(tǒng)的改造設計方案</p><p>　　1、主傳動系統(tǒng)的改造方案</p><p>　　臥式車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣減少改造的工作量。主軸的正轉、反轉和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。</p><p>　　提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉速，可用2~4速的多速電機和單速主電動機；當多速電動機仍不

13、能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸實現(xiàn)無級變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于70Hz，原頻率可以不更換，但所選變頻器得功能應比電動機大）。</p><p>　　其中，當采用有級變速時，可選用浙超力電機有限公司生產的YD系列7.5KW的三湘異步電動機，實現(xiàn)2~4檔變速；當采用無級變速時，應加裝交流變頻器，推動F1000——G0075T3B，適配7.5KW電動機，生產廠家為煙臺惠豐電子有限公司。

14、</p><p><b>　　2、安裝電動卡盤</b></p><p>　　為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，選用呼和浩特機床附件總廠生產的電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊與松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。</p><p><b>　　安裝自動回轉刀架</b></p><p>　　為了提高加工精

15、度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉，選用常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司生產的LD4B——CK6140型四工位立式電動機，自動換刀需要配置相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。</p><p>　　螺紋編碼器的安裝方法</p><p>　　螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動。&l

16、t;/p><p>　　當中，改造后的車床能夠加工的最大螺紋導程是24mm，Z向的進給脈沖當量是半脈沖，所以螺紋編碼器每轉—傳輸出的脈沖數(shù)應不少于24mm/(0.01mm·脈沖)=2400脈沖?？紤]到編碼器的輸出有相位差為90°的A、B相信號，可將A、B經(jīng)邏輯運算獲得2400個脈沖（一轉內），這樣編碼器的線數(shù)可降到1200線（A、B信號）。另外，為了重復車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉一

17、個得零位脈沖Z。</p><p>　　基于上述要例選擇螺紋編碼器的型號為:ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電壓+5V，每轉輸出1200個A/B脈沖與一個Z脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑15mm,生產廠家為長春光機數(shù)顯技術有限公司。</p><p>　　螺紋編碼器同常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結構簡單，但它堵

18、住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在主軸箱的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為1：1的同步齒形帶與主軸連接起來，需要注意的是編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性聯(lián)結，且車床主軸的最高轉速不允許超過編碼器的最高許用轉速。</p><p>　　3．進給系統(tǒng)的改造與設計方案</p><p>　　1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的

19、同步軸，安裝螺紋的編碼器。</p><p>　　2）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電機與同步帶減速箱總成。</p><p>　　3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在床鞍的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。</p><p>　　4）拆除四方刀架與小滑板總成，在中滑板上方安裝四工式電動刀架。</p><p>　　5）拆除中滑

20、板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段（長216mm,見書后插頁圖6-2）鋸斷保留,拆掉刻度盤附近的兩個推力軸承,換上滾珠絲杠副。</p><p>　　6）將橫向進給步進電機通過法蘭座安裝到中滑板后部的床鞍上，并與滾珠絲杠的軸頭相連。</p><p>　　7）拆去三杠（絲杠、光杠與操作杠），更換絲杠的右支承。</p><p>　　改造后的橫向進給系統(tǒng)如后插頁6

21、-2。</p><p>　　第三章、進給傳動部件的計算和選型</p><p>　　縱、橫向進給的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設計減速箱、選擇步進電動機等。以下詳細介紹橫向進給機構。</p><p><b>　　1．脈沖當量的確定</b></p><p>　　根據(jù)設計任務的要求，X方向

22、（橫向）的脈沖當量為脈沖為=0.005mm/脈沖，方向（橫向）為&x=0.01mm/脈沖。</p><p><b>　　2切削力的計算</b></p><p>　　以下是橫向切削力的詳細計算過程。</p><p>　　設工件材料為碳素結構鋼，&b=650MPa;選用刀具材料為硬質合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角kr=60。，

23、前角ro=10。，刃傾角a= -5。 ；切削用量為：背吃刀量ap=3mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度vc=105m/min。</p><p>　　查表，得：C=2795,x=1.0,y=0.75,n=-0.15。</p><p>　　查表，得：主偏角Kr的修正系數(shù)K=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為1.0。</p><p>　　由經(jīng)驗公式

24、（3-2），算得主切削力Fc=2673.4N。有經(jīng)驗公式Fc:Ff:Fp=1:0.35:0.4,</p><p>　　算的縱向進給切削力F f = 935.69 N，背向力F p = 1069.36 N。</p><p>　　3.滾珠絲杠螺母副的的計算和選型（橫向）</p><p>　　（1）計算進給率引力 </p><p>　　橫向導軌

25、為燕尾型，計算如下：</p><p><b>　　=1.4</b></p><p>　?。?）計算最大動負載C。</p><p>　?。?）滾珠絲桿螺母副的選型 查閱【機電一體化設計手冊】，可選用WL20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預緊滾珠絲桿副，額定動載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級。</p><p>　　

26、（4）傳動效率η的計算 ：</p><p><b>　　(5)剛度的驗算</b></p><p>　　先畫出此橫向進給滾珠絲桿支撐方式草圖，最大進給率引力為2023，支撐間距L=450mm；絲桿螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的1/3.</p><p>　　1）絲杠的拉伸或壓縮變形量，根據(jù)=2023N，，查出，可算出：</p&g

27、t;<p>　　由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿又進行了預拉緊，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量</p><p>　　2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形。查【機電一體化設計手冊】相關圖表，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量</p><p><b>　　因為進行了預緊，故</b></p><p>　　3）支撐滾珠絲桿軸承

28、的軸向接觸變形</p><p><b>　　因為施加預緊力，故</b></p><p>　　綜合以上幾項變量之和：</p><p>　　=0.001365mm</p><p>　　顯然此變形量已大于定位精度要求，應該采用相應的措施修改設計，但因橫向溜板受空間限制，不宜再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導軌減小摩擦力，從而減小

29、最大牽引力，重新計算如下：</p><p><b>　　=1155N</b></p><p>　　（6）壓桿穩(wěn)定性校核 計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk</p><p>　　式中：E-----絲桿材料彈性模量，對剛E=</p><p>　　I------截面慣性矩，絲桿截面慣性矩I=</p><p>

30、　　l------絲桿兩支撐端距離</p><p>　　----絲桿的支撐方式系數(shù)，查表知=2.00</p><p><b>　　對于本設計：</b></p><p>　　I==；；；；；；；；；</p><p><b>　　=78214N</b></p><p>　　綜上所

31、述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求，不會產生失穩(wěn)。</p><p>　　3.同步帶減速箱的設計(橫向)</p><p>　　為了滿足脈沖當量的設計要求和增大轉矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負載慣量盡可能地減小，傳動鏈中常采用減速傳動。本設計中，橫向減速箱選用同步帶傳動。</p><p>　　設計同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率P；主動輪轉速n1和傳動比i;傳動系

32、統(tǒng)的位置和工作條件等。</p><p>　　根據(jù)改造經(jīng)驗，C6140車床縱向步進電動機的最大靜轉矩通常在15～25N·m之間選擇。今初選電動機型號為130BYG5501,五相混合式，最大靜轉矩為20N·m，十拍驅動時步距角0.72°。運行矩頻特性曲線如圖6-4所示。</p><p>　?。?）傳動比i的確定 已知電動機的步距角α=0.72°，脈

33、沖當量δz=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導程Ph=6mm。根據(jù)式（3-12）算得傳動比i=1.2。</p><p>　　（2）主動輪最高轉速n1 由橫向床鞍的最快移動速度Uzmax=6000mm/min,可以算出主動輪最高轉速n1=（Uzmax/δz）×α/360=1200r/min 。</p><p>　　（3）確定帶的設計功率Pd 預選的步進電動機在轉速為1200r/

34、min時，對應的步進脈沖頻率為∫max =1200×360/(60×a) =1200×360/(60×0.72) Hz =10000Hz。</p><p>　　從圖6-4查得，當脈沖頻率為10000Hz時，電動機的輸出轉矩約為3.8N·m，對應的輸出功率為P O UT =nT/9.55 = 1200×3.8/9.55W≈478W。今取P = 0.478k

35、W，從表3-18中取工作情況系數(shù)KA = 1.2，則由式（3-14），求得帶的設計功率P d = K A P =1.2×0.478kW =0.574kW。</p><p>　?。?）選擇帶型和節(jié)距P b 根據(jù)帶的設計功率P d =0.574 kW和主動輪最高轉速n 1 =1200r/min，從中選擇同步帶，型號為L型節(jié)距P b =9.525mm。</p><p>　?。?）確

36、定小帶輪齒數(shù)Z1 和小帶輪節(jié)圓直徑d1 取Z1 = 15，則小帶輪節(jié)圓直徑d 1 ==45.48。當n 1 達最高轉速1200r/min時，同步帶的速度為U ==2.86m/s，沒有超過L型帶的極限速度35m/s。</p><p>　?。?）確定大帶輪齒數(shù)Z2 和大帶輪節(jié)圓直徑d 2 大帶輪齒數(shù)Z 2 =i Z1 =18，節(jié)圓直徑d 2 =id 1 =54.57mm。</p><p>　　

37、（7）初選中心距a0 、帶的節(jié)線長度L0p、帶的齒數(shù)zb 初選中心距a0 =1.1(d1 + d2)=110.06mm，圓整后取a0 =110mm。則帶的節(jié)線長度為L0p ≈2a0 +(d1 + d2) + </p><p>　　=377.33mm。根據(jù)3-33，選取要接近的標準節(jié)線長度=381mm，相應齒數(shù)=40。</p><p>　?。?）計算實際中心距a 實際中心距。</p&

38、gt;<p>　?。?）效驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) =ent,嚙合齒數(shù)比6打，滿足要求。此處ent表示取整。</p><p>　?。?0）計算基準額定功率P0（所選型號同步帶在基準寬帶下所允許傳遞的額定功率）：</p><p>　　式中 ——帶寬為時的許用工作拉力，由表查得=244.46N；</p><p>　　m——帶寬時的單位長度的質量，由表查

39、得m=0.095kg/m;</p><p>　　u——同步帶的帶速，由上述（5）可知u=2.86m/s。</p><p>　　算得=0.697kW。</p><p>　?。?1）確定實際所需同步寬帶</p><p>　　式中 ——選定型號的基準寬帶，由表查得=25.4mm。</p><p>　　——小帶輪嚙合齒數(shù)系

40、數(shù)，由表查得=1。</p><p>　　由上式可得算得12，再根據(jù)表（3-22），計算同步帶額定功率P的精確值：</p><p>　　式中 為齒寬系數(shù)：=。</p><p>　　經(jīng)計算得=0.697kW，滿足。因此，帶的工作能力合格。</p><p>　　4.步進電動機的計算與選型（橫向）</p><p>　　計算

41、加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量 已知：滾珠絲桿的公稱直徑，總長（帶接桿），導程，材料密度；橫向移動部件總重量G=1300N；同步帶減速箱大帶輪寬帶28mm，節(jié)徑54.57mm，孔徑30mm，輪轂外景42mm，寬度14mm；小帶輪寬度28mm，結晶45.48mm，孔徑19mm，輪轂外徑29mm，寬度12mm；傳動比。</p><p>　　，可以算得各個零部件的轉動慣量如下（具體計算過程從略）：滾珠絲桿的轉動慣量

42、；床鞍折算到絲桿上的轉動慣量小帶輪的轉動慣量；大帶輪的轉動慣量。在設計減速箱時，初選的橫向步進電動機型號130BYG5501，從表中查得該型號電動機轉自的轉動慣量。</p><p>　　則加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量為：</p><p>　?。?）計算加在步進電動機轉軸上的等效負載轉矩，分快速空載啟動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。</p><p>　　1）

43、快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩 由式（4-8）可知，包括三部分：快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩 、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩 、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩 。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式（4-12）可知， 相對于 和 很小，可以忽略不計。則有：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><

44、p>　　根據(jù)式（4-9），考慮縱向傳動鏈的總效率η,計算快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中——對應橫向空載最快移動速度的步進電機最高轉速，單位為r/min；</p><p>　　——步進電機由靜止到加速至所需要的時間，單位時間s。</p>

45、<p><b>　　其中：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中——橫向空載最快移動速度，任務書指定為6000mm/min；</p><p>　　α——橫向步進電機步距角，為72°；</p><p>　　δ——橫向脈沖當量，本例δ=0

46、.01mm/脈沖。</p><p>　　將以上各值代入式（6-3）,算得=1200r/min。</p><p>　　設步進電機由靜止到加速至轉速所需時間=0.41s，橫向傳動鏈總效率η=0.7；則由式（6-2）求得：</p><p>　　由式（4-10）可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為：</p><p><b>

47、　?。?-4）</b></p><p>　　式中 µ——導軌的摩擦因素，滑動導軌取0.06;</p><p>　　——垂直方向的工作負載，空載時取0；</p><p>　　η——橫向傳動鏈總效率，取0.7。</p><p>　　則由式（6-4），得：</p><p>　　最后由式（6-1，求得快

48、速空載起動時電動機轉矩所承受的負載轉矩為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　2）最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩由式（4-13）可知，包括三部分：折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩.相對于和 很小,可以忽略不計.則有:&l

49、t;/p><p><b>　　(6-6)</b></p><p>　　其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩T1由式{4-14}計算。本設計中在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知進給方向的最大工作載荷F1=.935.69N,則有：</p><p>　　=

50、 </p><p>　　再由式{4-10}計算承受最大工作負載{Fe=2673.4N}情況下，移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩：</p><p>　　最后由式{6-6}，求的最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>

51、　　經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電動機轉軸上的最大等效負載轉矩： </p><p>　　{3}步進電動機最大靜轉矩的選定 考慮到步進電動機采用的開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓降低時其輸出轉矩會下降，可能造成丟歩，甚至堵轉。因此，根據(jù)Teq來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮安全系數(shù)。本設計中取安全系數(shù)K=4，則步進電動機的最大靜轉矩應滿足：</p><p><b>　　(6-8)&l

52、t;/b></p><p>　　對于前面預選的130BYG5501型步進電動機，由表可知，其最大靜轉Tjmax= 20N· m,可見完全滿足式（6-8）的要求。</p><p>　?。?）步進電動機的性能校核</p><p>　　1）最快工進速度時電動機輸出轉矩校核 任務書給定橫向最快工進速度=800mm/min,脈沖當量δ=0.01mm/脈沖，由

53、式（4-16）求出電機對應的運行頻率=800/(60×0.01)Hz≈1333Hz。從130BYG5501的運行矩頻特性圖6-4可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉矩Tmaxf≈17N·m,遠遠大于最大工作負載轉矩Teq2=1.78N·m,滿足要求。</p><p>　　2）最快空載移動時電動機輸出轉矩校核 任務書給定橫向最快空載移動速度=6000mm/min,仿照式（4-16）求出

54、電機對應的運行頻率=6000/(60×0.01)Hz=10000Hz。從圖6-4查得，在此頻率下，電動機的輸出轉矩=3.8N·m,大于快速空載起動時的負載轉矩Teq1=2.82N·m,滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動時電動機運行頻率校核 最快空載移動速度Vmax=6000mm/min, 對應電動機的運行頻率?max=10000Hz。查表可知130BYG5501的極

55、限運行頻率為20000Hz,可見沒有超出上限。</p><p>　　4）起動頻率的計算 已知電動機轉軸上的總轉動慣量=57.55kg.cm,電動機轉子自身的轉動慣量Jm=33kg.cm,查表可知電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載起動頻率?q=1800Hz。則由式（4-17）可以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率為：</p><p>　　上式說明，要想保證步進電動機起動時不失歩，任何時候

56、的起動頻率都必須小于1087Hz。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選的很低，通常只有100Hz（即100脈沖、s）。</p><p>　　綜上所述，本設計中橫向進給系統(tǒng)選用130BYG5501步進電動機，可以滿足設計要求。</p><p>　　5.同步帶傳遞功率的校核</p><p>　　分兩種工作情況，分別進行校核。</p><p>　

57、?。?）快速空載起動 電動機從靜止到加速至nm=1200/min,由式（6-5）可知，同步帶傳遞的負載轉矩Teq1=2.82N.m,傳遞的功率為P=nmTeq1/9.55=1200×2.82/9.55W≈354.3W</p><p>　　(2) 最大工作負載、最快工作速度 由式（6-7）可知，帶需要傳遞的最大工作負載轉矩Teq2 =1.78N.m，任務書給定最快工進速度Vmaxf=800m

58、m/min,對應電動機轉速nmaxf=(Vmaxf/〥z) a/360=160r/min. 傳遞的功率為P=nmaxfTeq2/9.55=160×1.78/9.55W≈29.8W.</p><p>　　可見，兩種情況下同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額定功率0.697KW。因此，選擇的同步帶功率合格。 </p><p>　　第四章、繪制進給傳動機構的裝配圖</p>

59、<p>　　在完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進電動機的計算、選型后，就可以著手繪制進給傳動機構的裝配圖了。在繪制裝配圖時，需要考慮以下問題：</p><p>　　1) 了解原車床的詳細結構，從有關資料中查閱床身、床鞍、中滑板、刀架等的結構尺寸。</p><p>　　2) 根據(jù)載荷特點和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結構，以及軸承的預緊和調節(jié)方式。 </

60、p><p>　　3) 考慮各部件之間的定位、連接和調整方式。例如：應保證絲杠兩端支承與螺母座同軸，保證絲杠與機床導軌平行，考慮螺母座、支承座在安裝面上的連接與定位，同步帶減速箱的安裝與定位，同步帶的張緊力調節(jié)，步進電動機的聯(lián)接與定位等。</p><p>　　4) 考慮密封、防護、潤滑以及安全機構等問題。例如：絲杠螺母的潤滑、防塵防鐵屑保護、軸承的潤滑及密封、行程限位保護裝置

61、等。</p><p>　　5) 在進行各零部件設計時，應注意裝配的工藝學，考慮裝配的順序，保證安裝、調試和拆卸的方便。</p><p>　　6) 注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如：制圖標準，視圖布置及圖形畫法要求，重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標注，重要配合尺寸的標注，裝配技術要求、標題欄等。</p><p>　　第五章、控制系統(tǒng)

62、硬件電路設計</p><p>　　根據(jù)人任務書的要求，設計控制系統(tǒng)的硬件電路時主要考慮以下功能：</p><p>　　1）接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示;</p><p>　　2）接收控制面板的開關與按鈕信號;</p><p>　　3）接收車床限位開關信號;</p><p>　　4）接收螺紋編碼器信號；</p>

63、;<p>　　5）接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架刀位信號；</p><p>　　6）控制X、Z向步進電動機的驅動器；</p><p>　　7）控制主軸的正轉、反轉與停止；</p><p>　　8）控制多速電動機，實現(xiàn)主軸有級變速；</p><p>　　9）控制交流變頻器，實現(xiàn)主軸無級變速；</p><p>

64、;　　10）控制切削液泵起動/停止；</p><p>　　11）控制電動卡盤的夾緊與松開；</p><p>　　12）控制電動刀架的自動選刀；</p><p>　　13）與PC機的串行通信。</p><p>　　圖6-5為控制系統(tǒng)的原理框圖。CPU選用ATMEL公司的8位單片機AT89S52；由于AT89S52本身資源有限，所以擴展了一片EP

65、ROM芯片W27C512用做程序存儲器，存放系統(tǒng)底層程序；擴展了一片SRAM芯片6264用作數(shù)據(jù)存儲器，存放用戶程序；鍵盤與LED顯示采用8279來管理；輸入/輸出口的擴展選用了并行接口8255芯片，一些進/出的信號均做了隔離放大；模擬電壓的輸出借助與DAC0832；與PC機的串行通信經(jīng)過MAX233芯片。如下圖所示：</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的操作面板布置如圖6-6所示。面板設置了48個微動按鍵，三個船形開

66、關，一只急停按鈕，顯示器包括1組數(shù)碼顯示管和7只發(fā)光二極管。</p><p>　　第六章、步進電動機驅動電源的選用</p><p>　　本例中X向步進電動機的型號為110BYG5802，Z向步進電動機的型號為130BYG5501，生產廠家為常州寶馬集團公司。這兩種電動機除了外形尺寸，步距角和輸出轉矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為5相混合式，5線輸出，電動機供電電壓DC120~310V，電流

67、5A。這樣，兩臺電動機的驅動電源可用同一型號。在此，選擇合肥科林數(shù)控科技有限責任公司生產的五相混合式調頻調壓型步進驅動器，型號為BD5A。它與控制系統(tǒng)的連接如圖6-9所示。八，控制系統(tǒng)的部分軟件設計</p><p>　　1.存儲器與I/O芯片地址分配</p><p>　　根據(jù)地址譯碼器U4（74LS138）的連接情況，可以算出主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配，如表6-1所示。</

68、p><p>　　表6-1主機板中存儲器與I/O芯片的地址分配</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難

69、、先局部后全局。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　林其駿，數(shù)控技術及應用，北京：機械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　徐灝文，機械設計手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1992</p><p>　　機床設計手冊聯(lián)合編寫組，機床設計手冊（第2冊），北京：機械工業(yè)出版社，1990</

70、p><p>　　孟少農，機械加工工藝手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1992</p><p>　　王信義，等，機電一體化技術手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　張新義，經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計，北京：機械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　楊俊主，機床數(shù)控系統(tǒng)課程設計指導書，北京：科學出版社，1991</p>

71、<p>　　戴曙，金屬切削機床設計，北京：機械工業(yè)出版社，1981</p><p>　　余錫存，單片機原理與接口技術，西安：電子科技</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我的心情萬分激動。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個過程中，我得到了許多的熱情幫助。 我首先要感謝各位老師，是你們