銑床Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 銑床Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本文提供了一銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化 設(shè)計(jì)方案， 設(shè)計(jì)的主要模塊有：機(jī)械部分和數(shù)字控制電路部分。機(jī)械部分主要是對(duì)絲杠、驅(qū)動(dòng)元件和減速齒輪的 設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)使系統(tǒng)能夠控制進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)速，并實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)控制工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)其縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，控制冷卻和潤(rùn)滑，以MCS-51型單片機(jī)為控制處理芯片，通過鍵盤輸入加工程序控制Y進(jìn)給向機(jī)構(gòu)是升降臺(tái)式的。使得 設(shè)計(jì)后的機(jī)床能加工除了銑削鍵槽、平面及孔等簡(jiǎn)單的零件外，還能加工形狀復(fù)雜（如加工圓弧面、斜面及凸輪等）的零件。 設(shè)計(jì)后的數(shù)控機(jī)床具有高精、高效及加工產(chǎn)品范圍廣等特

2、點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： 銑床，Y向進(jìn)給，單片機(jī) 全套圖紙加V信153893706或扣 3346389411 THE TRANSFORMATION OF MILLING MACHINES ABSTRACT In this paper ,in base of our country’s eco- mimic condition and the expensive CNC, in order to extend machining scope, high accuracy , small batch, and has a good condition

3、in excitedly complicities market .So, the memorization rebuilding of is so necessary and feasible. This paper provides a way of how to implement the synchronized motion of the two axes in the X and Y plane with CNC system and an open-loop control which use stepping motors as actuators on a mill

4、，and the microcomputer is MCS-51.the memorization rebuilding of milling machine not only is used for machining keyway, plane and hole etc,but also, it can ma- unfitting complicated ship and the accuracy is high。The technology of CNC has become the key and basic technology in the manufacturing ind

5、ustry. KEY WORDS: mill，memorization，rebuilding single，chip computer 目 錄 前 言 1 第1章 整體設(shè)計(jì)方案 3 1.1設(shè)計(jì)方案： 3 1.1.1 實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 3 1.1.2 機(jī)床 設(shè)計(jì)的方案 3 1.2 機(jī)構(gòu)和電氣控制的 設(shè)計(jì)： 4 1.2.1 Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 4 1.2.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 1.2.3 電氣控制部分的設(shè)計(jì) 5 1.3設(shè)計(jì)后的布局 6 第2章 機(jī)構(gòu)部分與控制部分的設(shè)計(jì) 7 2.1 橫向(Y軸)的設(shè)計(jì) 21 2.2 控

6、制部分設(shè)計(jì) 22 2.2.1 主控制器（CPU） 23 2.2.2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 24 2.2.3 擴(kuò)展I/O接口 24 2.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 25 2.2.5 行程控制 26 2.2.6 鍵盤與顯示 27 2.2.7 復(fù)位電路 27 2.2.8 緊急停車 27 結(jié) 論 28 謝 辭 30 參 考 文 獻(xiàn) 31 外文資料翻譯 32 25 第1章 整體設(shè)計(jì)方案 1.1設(shè)計(jì)方案： 1.1.1 實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 在論文中主要討論在對(duì)銑床Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過控制系統(tǒng)使系統(tǒng)能夠控制進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)速，并實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)控制工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)其縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，控制

7、冷卻和潤(rùn)滑。通過鍵盤輸入加工程序控制 銑床數(shù)控化 設(shè)計(jì)后是升降臺(tái)式的。 立式銑床是銑削鍵槽、平面及銑孔的通用機(jī)床，它沒有準(zhǔn)確可靠的定位裝置，銑孔與銑鍵槽的位置精度一般靠模板的精度和人工劃線的精度來保證，故其加工精度低于數(shù)控機(jī)床。由于普通銑床的柔性差，不能滿足市場(chǎng)對(duì)形狀復(fù)雜、精度高、小批量、多品種零件需求。而數(shù)控化 設(shè)計(jì)后系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)，并且采用CNC數(shù)控系統(tǒng)控制X、Y工作臺(tái)，即采用以MCS-51單片機(jī)為控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) 設(shè)計(jì),使得 設(shè)計(jì)后的機(jī)床能加工除了銑削鍵槽、平面及孔等簡(jiǎn)單的零件外，還能加工形狀復(fù)雜（如加工圓弧面、斜面及凸輪等）的零件，且加工精度高、效率

8、高，滿足市場(chǎng)的需求，且價(jià)格較廉，增加了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 1.1.2 機(jī)床設(shè)計(jì)的方案 方案： 床身的上部?jī)?nèi)裝進(jìn)給軸傳動(dòng)系統(tǒng)為進(jìn)給軸變速系統(tǒng)，這部分采用原機(jī)床的進(jìn)給軸傳動(dòng)系統(tǒng)即保留原機(jī)床的電動(dòng)機(jī)等等，還有添加的變速箱。床身的底部是可作冷卻液箱的底座，數(shù)控系統(tǒng)顯示器及按鍵位于操作者的右邊，便于調(diào)試、和操作觀察。床身右側(cè)的電器箱內(nèi)裝有兩坐標(biāo)的進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)，床身左側(cè)的電器箱內(nèi)裝有主控器和強(qiáng)電系統(tǒng)。顯示器采用LED，用以顯示輸入的程序，機(jī)床的實(shí)際位置和已存儲(chǔ)的各種信息。手動(dòng)操作時(shí)，顯示器可作為數(shù)字讀出裝置使用。 數(shù)控系統(tǒng)采用為兩坐標(biāo)ＣＮＣ開環(huán)控制，由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪變速箱后減速驅(qū)動(dòng)?？蓪?shí)現(xiàn)

9、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)和兩坐標(biāo)圓弧插補(bǔ)。采用ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)組成微機(jī)控制系統(tǒng)，它的可靠性高、能在惡劣的環(huán)境下工作，適應(yīng)能力較好，且功能強(qiáng)，速度高。數(shù)控系統(tǒng)還具有刀具長(zhǎng)度偏移和半徑補(bǔ)償功能，自診斷功能，可進(jìn)行自動(dòng)加、減速，并具有備用電池，停電時(shí)可做存儲(chǔ)已編程序的電極。采用ＭＣＳ－５１微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路，功率放大再傳給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X、Y 兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工零件。總體設(shè)計(jì)如圖1.1所示： 信號(hào)分配及放大電路 工作臺(tái)（X軸） 信號(hào)分配及放大電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 工作臺(tái)（Y軸） 控制部分 步進(jìn)

10、電動(dòng)機(jī) 圖1-1 無反饋控制電路 1.2 機(jī)構(gòu)和電氣控制設(shè)計(jì)： 1.2.1 Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 設(shè)計(jì)后性能的好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能的好壞。也因此對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出了 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求： （1）提高傳動(dòng)部件的剛度，減小傳動(dòng)部件的慣量； （2）減小傳動(dòng)部件的間隙，并減小系統(tǒng)的摩擦阻力； （3）高精度 就是說伺服系統(tǒng)的輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。 （4）穩(wěn)定性好 指系統(tǒng)在給定輸入或受外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。 （5）快速響應(yīng)，無超調(diào) 它是衡量伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。

11、 （6）低速大轉(zhuǎn)矩 機(jī)床加工的特點(diǎn)是在低速時(shí)進(jìn)行重切削。因此，要求伺服系統(tǒng)在低速時(shí)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 （7）調(diào)速范圍寬 指機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。在數(shù)控機(jī)床中，由于加工用刀具、被加工材質(zhì)及零件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。 1.2.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋電路，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。本銑床的X，Y兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)＋一級(jí)減速齒輪＋滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電

12、機(jī)及滾珠絲桿螺母副,帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。 機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，自動(dòng)化程度高； （2）廣泛采用高效、無間隙傳動(dòng)裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品； （3）具有適應(yīng)無人化、柔性化加工的特殊部件； （4）對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高。 主傳動(dòng)系統(tǒng)不變，還是采用原有的電動(dòng)機(jī)（7.5KW）。進(jìn)給系統(tǒng)采用滾動(dòng)絲杠副螺母副代替原有絲杠副，以提高機(jī)床運(yùn)行精度和傳動(dòng)效率?？紤]到 設(shè)計(jì)的目標(biāo)及成本的原因，決定 銑床的主軸支承仍采用滾動(dòng)軸承支承，導(dǎo)軌仍使用動(dòng)壓導(dǎo)軌。 1.2.3 電氣控制部分的 設(shè)計(jì) 1. 由于是將 銑床 設(shè)計(jì)成為經(jīng)濟(jì)型的開環(huán)控制的數(shù)控銑床，機(jī)床加工的零件多屬中小型，且加工精

13、度要求不是很高，原有的交流電機(jī)就能夠滿足加工要求。因此其主傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣部分仍采用其原來配置的7.5KW的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮： （1）確定功能指標(biāo)； （2）明確硬件分工 （3）重視接口設(shè)計(jì)； （4）認(rèn)真選擇微機(jī)。 本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)芯片８０３１為控制器，１片８ＫＢ的ＥＰＲＯＭ２７６４作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片用１片８ＫＢ的ＲＡＭ６２６４；而選用１片可編程并行Ｉ／Ｏ接口芯片８２５５作為系統(tǒng)擴(kuò)展的Ｉ／Ｏ口，對(duì)Ｘ、Ｙ軸步進(jìn)電機(jī)及主軸進(jìn)行控制,通過鍵盤的命令可使X、Y 工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)，并可以靈活地輸入切削程序和數(shù)據(jù)。用１片８１５５做為機(jī)

14、床開關(guān)、刀架控制信號(hào)及主軸編碼器反饋信號(hào)Ｉ／Ｏ口用；１片８２７９作為鍵盤／顯示器接口，識(shí)別鍵盤按鍵信號(hào)，對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，完成鍵盤輸入和ＬＥＤ顯示控制功能；采用７４ＬＳ１３８做為統(tǒng)一地址譯碼器尋址，并用７４ＬＳ３４３為地址鎖存器，并由８０３１對(duì)各步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)進(jìn)行環(huán)形分配，如圖1.2所示。 圖1-2 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 為避免強(qiáng)電干擾可采用光電耦合電路(GO102)進(jìn)行光電隔離。因?yàn)?255輸出的信號(hào)功率很小，故用功率放大器對(duì)輸出的脈沖信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。 1.3 設(shè)

15、計(jì)后的布局 設(shè)計(jì)后的Y向裝配圖、數(shù)控電氣原理圖見附錄CAD圖。 第2章 機(jī)構(gòu)與電氣控制部分的設(shè)計(jì) 2.1 橫向(Y軸)的設(shè)計(jì) 機(jī)床的主要技術(shù)規(guī)格：如下表所示 表2-1 基本技術(shù)規(guī)格 主軸端面到工作臺(tái)的距離 400mm 30mm 主軸軸線到床身垂直導(dǎo)軌面的距離 350mm 面積： 寬×長(zhǎng) 320×1250mm 最大X向行程手動(dòng)（機(jī)動(dòng)） 750mm 最大Y向行程手動(dòng)（機(jī)動(dòng)） 300mm 最大升降行程手動(dòng)（機(jī)動(dòng)） 370mm 進(jìn)給級(jí)數(shù) 18級(jí) 進(jìn)級(jí)量范圍 縱向：23.5 ～ 1200mm/min 橫向：15

16、 ～ 786mm/min 垂直：8 ～ 394mm/min 孔徑 29mm 主軸孔錐度 7：24 刀桿公稱直徑 32 ～ 50 mm 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 18級(jí) 轉(zhuǎn)速范圍 30 ～ 1500r/min 軸向調(diào)整距離 70 mm 主軸電動(dòng)機(jī)功率 7.5KW 工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率 1.5KW 最大工件質(zhì)量 150 Kg 機(jī)床進(jìn)給部件重量 Y向4000N X向 2200N Y軸方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇： Y軸銑削圓周力： =1500N 則有Y向絲杠牽引力： = +1.414f=1500+1.414×4410×0.01=1562N 則有

17、電機(jī)軸負(fù)載力矩： T = 其中：-----導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.1 ------步進(jìn)電機(jī)步矩角為0.75 -----Y向絲杠牽引力 f-------當(dāng)量摩擦系數(shù)取0.01 若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩為： 可取安全系數(shù)極限值0.3，則有：= 對(duì)于工作方式為無相十拍的五相步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)力矩： 電機(jī)最大工作頻率： 綜合以上可選取步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)110BF004的外型尺寸為：，軸徑為。 Y軸的絲杠選擇與X軸一樣為FFZD50

18、08，內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器 Y軸的齒輪副設(shè)計(jì)也與X軸相同，這里不再累贅。 2.3 控制部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，擴(kuò)展部件為外圍器件，是比較經(jīng)濟(jì)的數(shù)控系統(tǒng)。既滿足了機(jī)床的數(shù)控加工能力，又經(jīng)濟(jì)可靠。 該系統(tǒng)是由數(shù)控單元和步進(jìn)伺服單元組成。數(shù)控部分采用MCS-51系列的8031單片機(jī)，它和擴(kuò)展系統(tǒng)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源一起組成連續(xù)控制的數(shù)控系統(tǒng)?？刂坪诵陌凑账斎氲募庸こ绦驍?shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算處理，發(fā)出所需要的脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大功率后，驅(qū)動(dòng)補(bǔ)進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠副，從而使縱、橫向工作臺(tái)按零件加工所需的進(jìn)給速度及方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的開環(huán)自動(dòng)控制。系統(tǒng)的定位精度由軟件中適當(dāng)?shù)慕殿l處理

19、來保證，重復(fù)定位采用固定間隙來改善。最終使系統(tǒng)靈活性大 ，通用性強(qiáng)，數(shù)控功能豐富，可靠性高，且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，使用維護(hù)方便。 控制系統(tǒng)的主要功能 （1）手動(dòng)暫停，手動(dòng)快速返回坐標(biāo)原點(diǎn)。 （2）六個(gè)方向點(diǎn)動(dòng)傳給，手動(dòng)快速進(jìn)給。 （3）間隙補(bǔ)償功能，刀具補(bǔ)償功能。 （4）用戶指令掉電保護(hù)功能。 （5）具有程序暫停、延時(shí)、局部循環(huán)、自動(dòng)循環(huán)功能。 （6）用戶指令編輯、修改、刪除、清零功能。 （7）錯(cuò)誤操作診斷、錯(cuò)誤操作顯示功能。 （8）可自行進(jìn)行直線、斜線、圓弧的加工 系統(tǒng)的硬件組成如下所示。主要有主控制器CPU、存儲(chǔ)器、鍵盤顯示器、I/O接口和驅(qū)動(dòng)電路等。部分可參照

20、《單片機(jī)原理》書中所述。如圖2-1所示 圖2-1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 2.3.1 主控制器（CPU） CPU選用功能強(qiáng)、價(jià)格便宜的8031單片機(jī)。有4個(gè)8位的并行接口，一個(gè)串行接口，8031的口作為分時(shí)服用的低8位地址/數(shù)據(jù)總線接口，口作為顯示器的字型輸出口，口作為高8位地址總線接口，口作為中斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、讀寫控制等特殊功能口。CPU的時(shí)鐘采用內(nèi)部方式，晶振頻率為6MHz。此芯片具有高集成度，應(yīng)用廣泛，有2 個(gè)16位的定時(shí)、計(jì)數(shù)器和一個(gè)處理功能很強(qiáng)的中央處理器。該芯片不易受干擾，容易實(shí)現(xiàn)屏蔽，可靠性高，能在較惡劣的環(huán)境下工作，功能強(qiáng)，速度高。指令執(zhí)

21、行時(shí)間短，且具備刀具長(zhǎng)度偏移和半徑補(bǔ)償功能、自診斷功能，可以進(jìn)行加、減速操作。 2.3.2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 1. 存儲(chǔ)器芯片的選擇。8031片內(nèi)只有128KB的RAM，所以必須對(duì)其進(jìn)行外部程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。選擇存儲(chǔ)器應(yīng)考慮的主要因素是速度和容量。凡是工作時(shí)間小于8031的工作時(shí)間均可滿足要求。這里選用1片容量為8Kχ8的2764EPROM芯片作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片，用1片容量為8Kχ8的6264靜態(tài)RAM芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片，并帶有3.6V的備用電池，使存放的加工數(shù)據(jù)能長(zhǎng)時(shí)間的保存。 2. 存儲(chǔ)器地址分配及接線。8031芯片所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)，其程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

22、獨(dú)立編址，因此，EPROM和RAM的地址分配比較自由，不必考慮是否沖突。由于復(fù)位后8031從0000H單元開始執(zhí)行程序故8K EPROM的地址空間從0000H-1FFFH，8K RAM的地址空間也設(shè)為0000H- 1FFFH。8031的地址鎖存允許信號(hào)ALE與地址鎖存器74LS373的輸入端G相連，從而將口輸出的地址信息鎖存在373中，2764需要13根地址線，低8 位與口相連，高5位分別與相連。8位數(shù)據(jù)線直接與口連，將2764的片選端接地，由于8031只能選通外部程序存儲(chǔ)器，因而將8031的接地。RAM6264的數(shù)據(jù)線和地址線的連接方法與2764相同，其讀寫控制端與8031的對(duì)應(yīng)端相連

23、。由于6264的地址分配為0000H-1FFFH，故其片選端應(yīng)與74LS138譯碼器相連。 2.3.3 擴(kuò)展I/O接口 為了滿足銑床數(shù)控系統(tǒng)的需要，選用可編程并行接口芯片8155作為I/O接口，各個(gè)端口的功能定義和地址分配如下表所示。8155的片選端與74LS138譯碼器的相連，地址空間為2000H-2FFFH，地址鎖存控制端及讀寫控制分別與8031的控制線對(duì)應(yīng)相接，8155的對(duì)應(yīng)接至8031的口線。如表2-2所示 表2-2 138155I/O口功能定義和地址分配 端口 工作方式 功能 地址 PA 輸出 提供步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)及知識(shí)信號(hào) 2001H PB

24、輸入 鍵盤和行程控制 2002H PC 輸出 顯示和鍵盤管理 2003H 用１片８１５５做為機(jī)床開關(guān)、刀架控制信號(hào)及主軸編碼器反饋信號(hào)Ｉ／Ｏ口；用１片８２７９作為鍵盤／顯示器接口，識(shí)別鍵盤按鍵信號(hào)，對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，完成鍵盤輸入和ＬＥＤ顯示控制兩種功能,為了增加數(shù)碼管的亮度,可分別在字型口和字位口處增加7407 驅(qū)動(dòng)器。 2.3.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)，可采用較為簡(jiǎn)單的開環(huán)控制，因而成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床最為主要的一種驅(qū)動(dòng)元件，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路一般由4部分組成：計(jì)算機(jī)接口、脈沖分配器、光電隔離電路和功率放大電路。 本設(shè)計(jì)采用8155的口作為

25、控制步進(jìn)電機(jī)的接口，由該口的提供步進(jìn)電機(jī)所需的控制信號(hào)。 脈沖分配器的作用是為步進(jìn)電機(jī)提供符合控制指令要求的脈沖序列，其實(shí)現(xiàn)方法有硬件和軟件2種。為降低硬件的成本及故障源，本設(shè)計(jì)采用軟件方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)過放大后送給步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組，為防止強(qiáng)電干擾，在功放電路之前接上光電耦合電路進(jìn)行隔離。 步進(jìn)電機(jī)所需電流較大，必須將光電耦合器輸出的信號(hào)放大后才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路由三部分構(gòu)成：環(huán)形分配器；光電耦合器；功率放大器。 1. 環(huán)形分配器 環(huán)行分配器的主要作用是把來自于加減速電路的一系列進(jìn)給脈沖指令，轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電、斷電

26、的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進(jìn)給脈沖的數(shù)量及方向?qū)?yīng)。硬件環(huán)型分配器是有觸發(fā)器和門電路構(gòu)成的硬件邏輯電路（如型號(hào)YB015）。 2. 光電耦合器 選用 GO102 型光電耦合器，其電路圖如圖2-2所示： 圖2-2 光電耦合電路圖 3. 功率放大器 因?yàn)檩敵龅拿}沖功率很小，電流只有幾毫安，故需要進(jìn)行功率放大，使脈沖電流達(dá)到1～10 A，才足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常工作。。其電路圖如圖2-3所示： 圖2-3 單電壓供電功放電路 通過綜合的考慮本設(shè)計(jì)決定采用： 高低壓驅(qū)動(dòng)電路 2.3.5 行程控制 為防止工作臺(tái)越界，設(shè)置了4個(gè)限位開關(guān)，

27、8155的分別為工作臺(tái)+X、-X、+Y、-Y四個(gè)方向的行程控制信號(hào)，計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測(cè)的電平，當(dāng)某一個(gè)為低電位時(shí)，立即停止步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。 2.3.6 鍵盤與顯示 鍵盤與顯示設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口的擔(dān)任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制（字位線），PB口的為鍵盤的行線，8031的P1口為顯示器自形輸出口，該采用3×8共24個(gè)矩陣式鍵盤和六位八段共陰極LED顯示器，為了增加數(shù)碼管的亮度,可分別在字型口和字為口處增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 2.3.7 復(fù)位電路 此單片機(jī)是靠外部電路實(shí)現(xiàn)，在時(shí)鐘電路工作后，只要在8031的RESET引角上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)即可復(fù)位。本系統(tǒng)采

28、用上電復(fù)位和手動(dòng)按紐復(fù)位組合。 2.3.8 緊急停車 系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)緊急按紐，利用8031的外部中斷INT1 。在加工過程中如果出現(xiàn)緊急情況，按此按紐就可以緊急中斷信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)就立即停止工作。 見A0圖數(shù)控電氣原理圖 結(jié) 論 依照我國(guó)目前的數(shù)控機(jī)床發(fā)展?fàn)顩r及我國(guó)的國(guó)情，對(duì)原有的普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化 設(shè)計(jì)是符合當(dāng)前國(guó)情的。對(duì)普通立式銑床 的數(shù)控化 設(shè)計(jì)是為了擴(kuò)大產(chǎn)品加工范圍和提高加工精度、效率、質(zhì)量，進(jìn)而滿足市場(chǎng)多變的要求：小批量、多品種、柔性化加工。 設(shè)計(jì)后的 銑床不僅能夠完成加工鍵槽、平面和孔等一般加工，還能加工復(fù)雜的零件，且精度高。 對(duì)普通 銑床 設(shè)計(jì)

29、的總體思路是把 設(shè)計(jì)成X，Y兩坐標(biāo)能聯(lián)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，由程序控制實(shí)現(xiàn)柔性化加工。從總體方案設(shè)計(jì)開始，確定了 設(shè)計(jì)的目標(biāo)—經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，全文進(jìn)行了機(jī)械部分和數(shù)控部分的 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了系統(tǒng)的誤差分析。 在 的數(shù)控化 設(shè)計(jì)中有如下特點(diǎn)： （1）為了控制 設(shè)計(jì)成本，不進(jìn)行升降臺(tái)方向（即Z向）機(jī)械部分的 設(shè)計(jì)，而仍采用手動(dòng)方式升降。 （2）為了不大量改變?cè)械臋C(jī)械結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)保留原有手動(dòng)功能手柄，且只把原機(jī)床的普通絲杠改為滾動(dòng)絲杠。 （3）在橫向和縱向的 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算中，突出步進(jìn)電機(jī)、減速箱和滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算的連貫性，計(jì)算合理的準(zhǔn)確性。 （4）在論文的最后進(jìn)行系統(tǒng)的誤差分析，并提

30、出自己的建議、方法。 但是在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，還存在一些不足之處，如： （1）在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)中，由于缺乏實(shí)踐的條件，對(duì)機(jī)床 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)還欠合理。只有理論與實(shí)踐相結(jié)合才能 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出理想的結(jié)構(gòu)。 （2）對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件的認(rèn)識(shí)不夠深入，在 設(shè)計(jì)過程中只提出了總體的設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)軟件的功能模塊，未給出詳細(xì)的系統(tǒng)程序。 謝 辭 在完成本設(shè)計(jì)過程中，黃老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，不厭其煩的教學(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象。為我們講解知識(shí)難點(diǎn)和修正錯(cuò)誤，教導(dǎo)我們?cè)谠O(shè)計(jì)中要注意的問題，以及查找資料等等，才能讓我能順利地完成該課題的論文。黃老師的教學(xué)態(tài)度，和追求科學(xué)真理的精神，耐

31、心的對(duì)學(xué)生指導(dǎo)，永遠(yuǎn)值得我們學(xué)習(xí)。不僅僅是因?yàn)閷W(xué)到了知識(shí)，更是一種做人的道理和理念，可以說，在我們出了校園，步入社會(huì)，對(duì)我們都是一種財(cái)富。在黃老師身上，我看到了作為老師的偉大和崇高。在我以后的生活和工作中，所有的這一切一切都讓我受益匪淺，對(duì)完美的不懈追求的精神及做事的科學(xué)態(tài)度，并將讓我終身受益，各位輔導(dǎo)老師是值得尊敬的。 在我整個(gè)在校學(xué)習(xí)的三年期間，各個(gè)任課老師的言傳身教，解答疑問，為我們學(xué)習(xí)到最基礎(chǔ)，最扎實(shí)的公共課程和專業(yè)知識(shí)是分不開的，在此，我感謝你們，向你們說一聲：老師們，你們辛苦了！ 還有和同學(xué)們的幫助也是分不開的，在完成本設(shè)計(jì)的過程中，與同學(xué)一起探討問題也是一種樂趣，是他們讓我感

32、到學(xué)習(xí)不是一種負(fù)擔(dān)，而是一種快樂。在彼此的互相幫助、關(guān)心，生活中分享彼此的歡樂、共擔(dān)煩惱，這一切都讓我的大學(xué)生活變的無比多彩。在這里，我向各位同窗好友表示忠心感謝：祝你們常年好運(yùn)，幸福快樂！ 最后，我還要感謝給予我機(jī)會(huì)、賦予我能力的母校。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 楊廣才，唐學(xué)媛·普通銑床的數(shù)控 設(shè)計(jì)·蘇鹽科技·2002第3期·14-16 [2] 李為民，王海濤·軸向定位預(yù)緊軸承剛度計(jì)算·河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)·2001年30卷第2期·15-19 [3] 劉興國(guó)，劉貴杰，岳恒志·銑床數(shù)控 設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)·山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)·1998 [4] 楊可楨，程光蘊(yùn)主

33、編·機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)·北京：高等教育出版社，1988 [5] 鄭堤，唐可洪主編·機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)·北京：機(jī)械工業(yè) [6] 張柱銀主編數(shù)·數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [7] 余英良主編·機(jī)床數(shù)控 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)例·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 [8] 張德忠· 銑床數(shù)控化 設(shè)計(jì)·機(jī)械設(shè)計(jì)與制造·1995第01期·48-49 [9] 張寶林主編·數(shù)控技術(shù)·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.8 [10] 成大先主編·機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [11] 廖效果，朱啟逑主編·數(shù)字控制機(jī)床·武漢：華中科技大學(xué)出社，1992 [12] 于俊主編·滾動(dòng)軸

34、承計(jì)算·北京：高等教育出版社，1993.7 [13] 張新義主編·經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [14] 張俊生主編·金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2 [15] 劉興國(guó)，姜莉莉，燕啟貴，劉昌祺· 銑床數(shù)控 設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)·西北業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)·1996年4卷第01期·9-14 [16] 李培江·普通機(jī)床的數(shù)控 設(shè)計(jì)研究·機(jī)械管理開發(fā)·2002.2第1期·61-62 [17] 佟玲·用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)對(duì) 立銑床的改裝設(shè)計(jì)·機(jī)械與電子·1995第04 [18] 張俊生主編·金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.1 [19] 陳艷紅· 銑床

35、數(shù)控化 設(shè)計(jì)·機(jī)電一體化·2002第06期·83-84期·39-40 外文資料翻譯 Digit control machine tool milling machine system failure analysis and out of the parameter Digit control machine tool machine tools of the parameter is digit control machine tool machine tools soul, its functions through the parameters of the pla

36、y is set and achieve the accuracy, and also need to adjust the parameter through and guaranteed. Digit control machine tool machine tools in the process, in many cases a parameter visa parameter is lost or befuddle digit control machine tool tools system will not work properly. The solution digit co

37、ntrol machine tool machine tools with the parameters for parameters, the recovery of a stock method, will be conducive to the system of operation and digit control machine tool machine tools. 1 common malfunction analysis and parameter regulation of automatic submerged arc welding machine 1.1

38、 Failure of a parameter Digit control machine tool machine tools in the process, in many cases a parameter hence, failure of the reasons why there are three （1）digit control machine tool system failures. The cell of the battery, which will lead to loss of all parameters and so on the machine work

39、ing normally, should pay attention to the cart, is there a battery of the voltage. in the paper shows that the police, should be within a week in the system to replace the battery manufacturer. to replace the battery steps must be strictly in accordance with the system is required by the manufacture

40、r. if a long, machine tools in the most prone to failure of the battery. You should periodically make machine tools on the bed vacant （2）Operators of operation. The false operation in the first contact digit control machine tool machine tools in the operator is recurrent problems. The false operat

41、ion and will eliminate all parameters and sometimes the individual parameter changed. in order to avoid such situations, the operators enhance training before taking the job, in training, a viable operation procedures and strictly enforce ； (3) Dunk machine tools in the processing work, or data c

42、ommunications network was the process will lead to a parameter is lost. by the above three 1.2 restoration of human face illumination with unknown light source Digit control machine tool machine tools of what kind of digit control machine tool system, the method parameters back of his system, ev

43、en at the same manufacturer for a series of products, also different are the differences in Fanuc system. For example, the method parameter： Fanuc system parameter mainly within the parameter of the arguments column digit control machine too land in the diagnosis of the board under section pack

44、quantity. when the parameters of a problem, you can take the following three ways to restore ： （1）Contrast to the random data parameter hard copy, checking one machine tools of parameters. When there are not the same parameters. this parameter to return your argument. This method does not require e

45、xternal device, to examine and ten thousand more arguments; take charge of god, inefficient and easy to make mistakes. (2) Fanuc company of the input and output devices. if you read Fanuc tape unit, cassettes and Fanuc per (included a live one machine, a printer, and read tape unit integration of

46、input and output devices Fanuc input and output devices for external functions, the utilization rate is low, with a computer, to purchase tools digit control machine tool when choosing Fanuc input and output devices. vendors and users less (3) Use of computers and digit control machine tool machin

47、e tools of dank by dank software a parameter input. This method for their high efficiency, operate simply, they are the parameters of a mistake rate is very low by the users. This method to a parameter digit control machine tool machine tools of a full restoration of time, from work for the work of

48、the general shortage of time than using other methods looming much faster . 2 Parameter troubleshooting instance 2.1 Cnc system out of control and parameters adjustment These order forms of expression to the power to enter for the state, without any warning, optical screen display, a switch, t

49、he normal operation button can be effective; however, the various functions are not normal. for example, could start soon, but quickly moved down the switch is not operative ； start button cycle, but to give rates were not normal for this situation is called out of control. Of the method ： Zero out

50、the whole machine, then return to normal parameter, you'll enter into a normal state. failure ： parameters for some are interrelated, if not match the settings or setup error will this phenomenon. The control system for Fanuc on digit control machine tool milling machine is a typical example of the

51、two problems. Instance 1 ： only to the responsible of machine tools in the direction of movement. Back to zero in this operation returns the reference point (), machine tools in the direction of movement are along a distance is to lift the super. The phenomenon of the power machine is the location

52、 is the zero to high-efficiency machine tools are moving towards software protect the ride, so can only negative this motion. The direction to head to the workbench and innovation are the tools will no longer be able to use. Troubleshooting method ： after the first revision of machine tools and sys

53、tems for Fanuc on the parameter lt1x1 lt1z1 as the 143 and the 144 number of settings or quantity to 99999999 and right back to zero. After the argument to have a quantitative below. For other digit control machine tool system, as long as you find the corresponding parameter, the methods below.

54、 Instance 2 ： machine can't return Tools on the operation will be returned to the reference point against the lift protection switch; a super lift the police, the machine can't return a reference point. This is actually an alarm of the police ", is unfit for other operations. trouble removal metho

55、d ： for Fanuc on systems, the method is the parameter the 000 the seventh place, The parameters for setting, if is changed to 0. The mars rover's malfunction： Is the cause of trouble. Interference had caused the parameter of the phenomenon occur, especially to state the type parameter this phenome

56、non more obvious. 2 .2 hand drill pulse generators to adjust the parameter Hand drill pulse of programmed - board, plug-in, interface problems will result in hand and pulses are not generators can be used, this tool will not be able to adjust, can not come into line with a knife. Now only to rep

57、lace or repair pulse generators, but this need some time to machine. don't stop working for Fanuc on digit control machine tool system can be partaker of the sixth the 001 position to 0, the start button on a single pulse affected, such as tools to finish the work and fine-tuning hand drill pulse ge

58、nerators repaired to the argument is set to. in other model i digit control machine tool system, as long as you find the corresponding parameter, with these methods can be modified2.3 x, y, z three axis error compensation for loss of the failure. American Cincinnati company a850 digit control mac

59、hine tool type system in self-inspection appears in the process of the false operation of machine tools in the following two. (1) From the system through but could not be loaded and display machine tools panel indri 'z lamination permission to allow the number of machine tools. (2) x, y, tools, an

60、d z for the error list of parameters all lost, the loss of ginseng the nib comm. and comp err not shown in the panel. on inspection found that the system of memory damage p3 random board, storage in the number is missing. Will a piece of the board at random, storage in the same type in any board, an

61、d get into trouble. By the usual analysis that this is because the new store on the board. No dataA850 digit control machine tool system uses four large, each storage capacity random the ram stored by a large capacity and a battery store data. If a piece of good memory module pulled out to make the

62、copy, data will be lost. Therefore, the new store on the data entry can only be used to enter. Online, After much examination, a850 digit control machine tool a number of parameters the 102 system is special tools to control the initial cyaniding steel, in memory of the new board, the system must be

63、 initialized before we can input data. Specific operation method: (1) the new board, storage into the system having the 102, it's set 0, the panel will display the input menu m ／ b comm. and err comp ： (2) to enter the correct data ； (3) to 3 102 do not set a parameter state ； (4) Turn down.

64、 After the above steps and reboot the machine tools and systems since the by, the loading is often, action to repair the machine. 2.4 server error with the positioning Location accuracy is the location accuracy digit control machine tool machine tools of an important indicator. The precise wor

65、k, the machine tools of the accuracy is more than half of processing. To reduce errors and locate the position is to improve the accuracy of machining an important task. The control system, location by location is the precision of the elements. The errors caused by digit control machine tool system

66、of the compensatory to reduce. trouble removal method ： Of the compensatory digit control machine tool system with the machine to calculate the data and settings, with all the server machine errors, the positioning of the compensation limit will be an error in the machine permission within. 數(shù)控銑床系統(tǒng)參數(shù)故障分析與排除 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的參數(shù)是數(shù)控機(jī)床的靈魂，其功能的發(fā)揮是通過參數(shù)來設(shè)定并實(shí)現(xiàn)的，制造精度也需要通過參數(shù)來調(diào)整和保證。數(shù)控機(jī)床在使用過程中，在許多情況下都會(huì)產(chǎn)生參數(shù)故障，出現(xiàn)參數(shù)丟失或混亂后，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)將無法正常工作。了解數(shù)控機(jī)床參數(shù)故障產(chǎn)生的原因，掌握參數(shù)恢復(fù)的常用方法，將更有利于數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的操作和使用。 1 參數(shù)故障分析 1.1產(chǎn)生參數(shù)故障的原因 數(shù)控