C616車床的數(shù)控改造

《C616車床的數(shù)控改造》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《C616車床的數(shù)控改造（37頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 畢 業(yè) 設 計 設計（論文）題目：C616車床的數(shù)控改造 姓 名： 專 業(yè)： 機電一體化 指導教師： 2009年 月 日 摘要 l 本設計任務是對C616普通車床進行數(shù)控改造。 本次設計涉及到了C616機床的縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)、步進電機、機床導軌、刀架以及改造后的使用問題。 利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。 l 由

2、于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。 l 關鍵詞：C616；進給系統(tǒng)；數(shù)控改造 Abstract l The design mission is to carry out CNC Lathe C616 transformation. The designl involve

3、s longitudinal C616 machine tool feed system, the horizontal feed system, stepping motor, Machine Tool, tool holder, as well as the use of the modified problem. Vertically and horizontally into the use of microcomputer to give open-loop control system. Longitudinal pulse equivalent to 0.01mm / pul

4、se, the horizontal pulse equivalent to 0.005mm / pulse, the use of stepper motor-driven components, the use of ball screw drive system, the introduction of automatic turret turret translocation. l NC because of an economic transformation, so in considering the specific programs, the basic principle

5、s are used in meeting the requirements under the premise of the machine to minimize changes to cut costs. C616 lathe in accordance with the relevant information, as well as the transformation of CNC Lathe experience, determine the overall program are: the use of computer treatment of data calculated

6、 by the I / O interface stepper pulse output. By a gear reducer, the drive ball screw rotation, in order to achieve vertical and horizontal feed sports. Key words：C616；Feed System；NC GM 目錄 前言 6 1. 畢業(yè)設計的設計方案 7 1.1 畢業(yè)設計的目的 7 2.1 畢業(yè)設計的總體方案 7 2. 機械部分改造設計與計算 9 2.1 縱向進給系統(tǒng)的設計與計算

7、9 2.1.1 縱向進給系統(tǒng)的設計 9 2.1.2 縱向進給系統(tǒng)的設計計算 9 2.2 橫向進給系統(tǒng)的設計和計算 14 2.2.1 橫向進給系統(tǒng)的設計 14 2.2.2 橫向進給系統(tǒng)的設計和計算 14 3. 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng) 18 3.1 數(shù)控機床的電氣控制原理 18 3.2數(shù)控系統(tǒng)分析 19 3.3 經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)選用 20 3.4功率放大電路 21 4.步進電機的選擇 23 4.1 步進電機的選擇的基本原則 23 4.2 步進電機的選擇 24 4.2.1 C616縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 24 4.2.2 C616橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定

8、 24 5. 機床導軌改造 26 5.1 軟帶的選擇 26 5.2 粘貼工藝及加工 26 6.自動轉(zhuǎn)位刀架的選用 28 7. 工件坐標系設定對加工精度的影響 29 8. 機電聯(lián)機調(diào)試 30 8.1.改造后機床的測試 30 8.2 機床調(diào)試 30 9. 改造后的驗收 31 10. 常見故障分析與排除 32 11. 總結(jié) 33 12．致 謝 34 13. 參考文獻 35 前言 科學技術日新月異，工業(yè)生產(chǎn)不斷進步，市場對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求。產(chǎn)品加工工藝過程的自動化是實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率最重要的措施之一。 據(jù)有關資料

9、介紹，我國擁有機床300萬臺，絕大部分都是多年累積生產(chǎn)的通用機床，特別是地方中小企業(yè)，普通設備擁有量巨大，這些機床自動化程度不高，要想在短時期內(nèi)用自動、半自動或精密設備大量更新、替代現(xiàn)有機床，從各方面來說都是難以實現(xiàn)的，所以說數(shù)控改造的前景相當大。對普通車床進行數(shù)控化改造可大大提高原有機床的自動化程度與生產(chǎn)率。成本僅為全功能數(shù)控機床的1/3一1 /4 0。 數(shù)控機床是按照加工程序自動加工零件,它具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定、加工過程柔性好、加工功能強等特點。加工過程中,只要改變加工程序就能達到加工不同形狀、不同精度零件的目的。為此，如何改裝就成了我國現(xiàn)有設備技術改造迫切要求解決的

10、重要課題。 在通用設備上進行改裝的可能性分析： 首先，從技術上分析。社會生產(chǎn)力特別是微電子技術、電子計算機技術的應用發(fā)展很快。反映到機床控制系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動化程度，又能提高加工的精度，設備適應能力加大了許多，設備適應能力加大了許多。 其次，從經(jīng)濟上分析。從我國的具體情況來講，一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格一般用戶都能承擔得起，這不僅為資金緊張的中小型企業(yè)的技術開創(chuàng)了新路，而且對實力雄厚的大型企業(yè)也有極大的經(jīng)濟吸引力。 第三，從市場上分析。據(jù)資料統(tǒng)計目前許多國家設備更新所需的數(shù)控機床數(shù)量，按機床工業(yè)現(xiàn)狀是無力完全及時提供的.因此機床的數(shù)控改裝就成為滿足市場需求的主要補充手段。 利

11、用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。 山東大學自學考試課程設計（本科） 1. 畢業(yè)設計的設計方案 C616型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。 1.1 畢業(yè)設計的目的 本設計任務是對C616普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步

12、進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。 2.1 畢業(yè)設計的總體方案 由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。 31 山東大學自學考試課程設計（本科） 圖2 電氣控制原理 2. 機械部分改造設計與計算 2.1

13、 縱向進給系統(tǒng)的設計與計算 2.1.1 縱向進給系統(tǒng)的設計 數(shù)控車床的改造一般是步進電機經(jīng)減速驅(qū)動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端，而從改造實用方面來考慮，一般把步進電機放在縱向絲杠的右端。 2.1.2 縱向進給系統(tǒng)的設計計算 已知條件： 工作臺重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計算) 時間常數(shù)： T=25ms 滾珠絲杠基本導程：L0=6mm 行程： S=640mm 脈沖當量： δp=0.01mm/step 步距角：

14、 α=0.75/step 快速進給速度： Vmax=2mm/min (1)切削計算 由〈〈機床設計手冊〉〉可知，切削功率 Nc=NηK 式中 N——電機功率，查機床說明書，N=4KW； η——主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7取η=0.65； K——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。 則： Nc=40.650.96=2.496KW 又因為 NC= FZ= 所以

15、 式中 v——切削線速度，取v=100m/min。 主切削力 FZ =152.76(kgf)=1527.6(N) 由〈〈金屬切削原理〉〉可知，主切削力 FZ=CFz apx Fz fYFz KFz 查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1 則可計算FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ計算結(jié)果 ap(mm) 2 2 2 8 8 8

16、f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 FZ(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837 當FZ=1520N 時，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。 從〈〈機床設計手冊〉〉中可知，在一般外圓車削時： FX =（0.1～0.6）FZ FZ=(0.15～0.7) FZ ?。? FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.61527.6=

17、916.5N (2)滾珠絲杠設計計算 綜合導軌車床絲杠的軸向力： P=KFX+f′(FZ+W) 式中 K=1.15，f′=0.15～0.18，取為0.16。 則 P=1.15763.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N 1) 強度計算： 壽命值 L1= n1== 取工件直徑 D=80 mm,查表得T I=15000h 則： n1==20r/min L1==18 最大動負載 Q= 查表得： 運轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1

18、 則 Q=1.211250.8=39933.6N 根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為φ32mm,型號為FC1B326—5—E2，其額定動載荷是10689N，所以強度足夠用。 2）效率計算：根據(jù)〈〈機械原理〉〉的公式，絲杠螺母副的傳動效率η為： η= 式中 摩擦角ψ=10′　　螺旋升角γ=325′ 則 η= 3)剛度驗算：滾珠絲杠受到工作負載P引起的導程的變化量 △L1=

19、 式中 L0=6mm=0.6cm； E=20.6166N/ cm2。 滾珠絲杠截面積 F=()2π=（）23.14 則 △L1==5.910-6㎝ 滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。所以： 導程變形總誤差△為 △ ==5.910-6=9.8μm/m 查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15μm/m，故剛度足夠。 4）穩(wěn)定性驗算：由于機床原絲杠直徑為φ30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為φ32 mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題。 (3)齒輪及轉(zhuǎn)距的有關計算 1）有關齒輪計算 傳動比

20、 i===1.25 故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm α=20 d1=m Z1=232=64mm d2= m Z2=240=80mm dα1 =d1 +2ha*=68mm dα2=d2+2ha*=84mm α===72㎜ 2) 轉(zhuǎn)動慣量計算 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： J1=()2W=()280=0.468㎏㎝2 =4.68N㎝2

21、絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： JS=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3 =11.475㎏㎝2=114.75N㎝2 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： JZ1=7.810-46.442=2.617㎏㎝2=26.17 N㎝2 JZ2=7.810-4842=6.39㎏㎝2=63.9 N㎝2 電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。 因此,總的轉(zhuǎn)動慣量： J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1 =(11.475+6.39)+2.617+0.468 =14.519㎏㎝2=145.19N㎝2 3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算 快速空載啟動時所需力矩 M=Mamax＋Mf＋M0 最大切削負載時所需力矩

22、 M=Mat＋Mf＋M0＋Mt 快速進給時所需力矩 M= Mf＋M0 式中 Mamax ——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； Mf ——折算到電機軸上的摩擦力矩； M0 ——由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； Mat ——切削時折算到電機軸上的加速度力矩； Mt ——折算到電機軸上的切削負載力矩。 Ma=10-4Nm 當n=nmax時 Mamax =Ma nmax===416.7r/min

23、Mamax=10-4=2.52Nm=25.72㎏f㎝ 當n=nt時 Ma=Mat nt====24.88r/min Mat=10-4=0.1505Nm=1.536㎏f㎝ Mf == 當η0=0.8 f′=0.16時 Mf ==1.223㎏f㎝ M0 =(1-η02) 當η0=0.9時預加載荷P0=Fx則： M0===0.462㎏f㎝=4.62N㎝ Mt===7.297㎏f㎝=72.97 N㎝ 所以, 快速空載啟動時所需力矩： M=Mamax＋Mf＋M0 =25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f㎝ =274.05N㎝ 切削時所需力矩：

24、 M=Mat＋Mf＋M0＋Mt =1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f㎝ =105.18 N㎝ 快速進給時所需力矩： M= Mf＋M0=1.223＋0.462=1.685㎏f㎝ =16.85 N㎝ 由以上分析計算可知： 所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時， Mmax=27.405㎏f㎝=274.05 N㎝ 2.2 橫向進給系統(tǒng)的設計和計算 2.2.1 橫向進給系統(tǒng)的設計 經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設計比較簡單,一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度

25、，提高傳動精度。 2.2.2 橫向進給系統(tǒng)的設計和計算 由于橫向進給系統(tǒng)的設計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結(jié)果。 已知條件： 工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=30㎏f=300N 時間常數(shù) T=25ms 滾珠絲杠基本導程 L0=4㎜ 左旋 行程 S=190㎜ 脈沖當量 δp=0.005㎜/step 步距角 α=0.75/ step 快速進給速度

26、 vmax=1m/min (1)切削力計算 橫向進給量為縱向的1/2～1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2 FZ=0.5152.76=76.38㎏f=763.8N 在切斷工件時： Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19㎏f=381.9N (2)滾珠絲杠設計計算 1）強度計算：對于燕尾型導軌： P=KFy＋f′(Fz＋W) 取K=1.4 f′=0.2 則 P=1.438.19＋0.2(76.38＋30) =74.74㎏f=747.4N 壽命值 L1===13.5 最大動負載 Q===213.55㎏f=2135.5N

27、 根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為φ20㎜，型號為FC1B204—5—E2左，其額定動負載為5393N，所以強度足夠用。 2）效率計算：螺旋升角γ=338′，摩擦角ψ=10′　　 則傳動效率 η===0.956 3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量 △L1===5.9610-6㎝ 滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量△L2很小，可忽略，　即：△L=△L1所以導程變形總誤差為 △= 查表知E級精度絲杠允許的螺旋誤差（1m長）為15μm/m，故剛度足夠。 4）穩(wěn)定性驗算：由于選用滾珠絲

28、杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，一端固定，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。 (3)齒輪及轉(zhuǎn)矩有關計算 1）有關齒輪計算 傳動比 i= 故取 Z1=18 Z2=30 m =2㎜ b=20㎜ α=20 d1=36㎜ d2=20㎜ dα1 =40㎜ dα1=64㎜ a=48㎜ 2)傳動慣量計算 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： J1=㎏㎝2 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： JS=7.810

29、-4D4L1=7.810-42450=0.624㎏㎝2 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： JZ1=7.810-43.642=0.262㎏㎝2 JZ2=7.810-4642=2.022㎏㎝2 電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。 因此，總的轉(zhuǎn)動慣量： J= =1.258㎏㎝2 3）所需轉(zhuǎn)動力矩計算 nmax= Mamax=Nm=2.23㎏f㎝ nt==33.17r/min Mat==0.0174 Nm=0.1775 f㎝ Mf===0.287㎏f㎝=0.028 Nm M0=0.116㎏f㎝=0.011 Nm Mt=1.824㎏f㎝=0.182 Nm 所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩： M=M

30、amax＋Mf＋M0 =2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f㎝=26.33N㎝ 切削時所需力矩： M=Mat＋Mf＋M0＋Mt =0.1774＋0.287＋0.116＋1.824 =2.404㎏f㎝=24.04 N㎝ 快速進給時所需力矩： M= Mf＋M0=0.287＋0.116 =0.403㎏f㎝=4.03 N㎝ 從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時，Mmax=2.633㎏f㎝=26.33 N㎝ 3. 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng) 3.1 數(shù)控機床的電氣控制原理 數(shù)控機床除了對主軸的調(diào)速有要求外,對于主軸的速度和

31、位置控制都有更高的要求,本次設計的數(shù)控機床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示. 圖3　數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成 1. 數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng) 2. 數(shù)控系統(tǒng)將接到的全部功能指令進行解碼、運算,然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令,直至運動和功能結(jié)束 3. 可編程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心.它將來自CNC的各種運動及功能指令進行邏輯排序,使它們能夠準確地、協(xié)調(diào)有序地安全運行;同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給CNC,使CNC能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令,如此實現(xiàn)對整個機床的控制 4. 主軸驅(qū)動系統(tǒng)接受來自CNC的驅(qū)

32、動指令,經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動主電動機轉(zhuǎn)動,同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制.還通過PLC將主軸的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告CNC用以完成對主軸的各項功能控制 5. 進給伺服系統(tǒng)接受來自CNC對每個運動坐標軸分別提供的速度指令,經(jīng)速度與電流(轉(zhuǎn)矩)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)機床坐標軸運動,同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制.它也通過PLC與CNC通信,通報現(xiàn)時工作狀態(tài)并接受CNC的控制. 6. 速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成.它將電動機實際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為速度反饋信號,與指令速度電壓值相比較,從而實現(xiàn)速度的精確控制 7.

33、 位置測量采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件.它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量,將測量值反饋到CNC并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置,從而實現(xiàn)對位置的精確控制. 3.2數(shù)控系統(tǒng)分析 一般來說,對現(xiàn)有普通車床進行數(shù)控改造的具體做法是,主傳動系統(tǒng)一般不作變動,進給傳動系統(tǒng)中采用高精度的滾珠絲杠替換進給軸原有的普通絲杠。機械部分改造完成后,配上MCS-51單片機作為數(shù)控系統(tǒng),用步進電機作驅(qū)動元件,經(jīng)過一級減速齒輪驅(qū)動X、Z軸的運動。在我國數(shù)控機床改造中,微型計算機大多采用MCS—51型系統(tǒng)單片微型計算機,它是超大規(guī)模集成電路發(fā)展的產(chǎn)物,在控制領域中

34、得到廣泛的應用,發(fā)展非常迅速。單片微型計算機簡稱單片機,又稱微控制器,是將計算機的基本部件微型化,使之集成一塊芯片的微機。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。MCS—51單片機在片內(nèi)存儲器容量、I/O的功能以及指令系統(tǒng)功能等方面,都大大地得到加強,特別適用于實時控制、智能儀表、主從結(jié)構的多機系統(tǒng)領域,是控制領域中最理想的8位機。 8031片內(nèi)沒有程序存儲器,外部擴展一片或多片含有用戶程序的EPROM后,就相當于一片8751。因而使用方便靈活,且價格低廉,目前是應用最廣泛的機型。 綜上所述,考慮到MCS- 51的性能,選用該

35、系列的8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機。8031屬8位單片機。它是集CPU, 1/0端口及部分RAM等為一體的控制器。價格低但功能全，編程靈活性大，硬件資源豐富。系統(tǒng)框圖如圖所示: 圖4 8301系統(tǒng)原理圖 8031芯片內(nèi)部具有128個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，內(nèi)部編址為OOH--7FH，用作工作寄存器、軟件標志和數(shù)據(jù)緩沖器。CPU對內(nèi)部RAM有豐富的操作指令。但片內(nèi)RAM容量不夠，故外接6225（32 K)芯片來擴展8031的RAM的存儲器。8031的輸入、輸出(I/O)線不多，所以外接8155芯片以擴展I/O口。8031是一個無ROM的8051，必須外接EPROM或ROM作

36、為程序存儲器，所以外接U42764(2個)、U66204均為28腳封裝。8031為40引腳的雙列直插式器件，有4個雙向8位1/O口(P0.0 ~ P3.0) ，P0.0口和P2.0?？谧鳛榈刂房偩€使用。16位地址總線由P0.0口經(jīng)地址鎖存器74LS373提供低8位(A0-A7)，高8位(A 8-A15)由P2口直接提供，8位數(shù)據(jù)總線由P0.0口提供。這樣數(shù)據(jù)總線與地址總線共用，ALE為地址鎖存允許，當送低8位地址時使ALE有效并鎖存到74LS373中，當送數(shù)據(jù)時使ALE無效。 3.3 經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)選用 數(shù)控系統(tǒng)是一臺數(shù)控機床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機床數(shù)控改造中是至關重要

37、的 現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為JWK—15T。 現(xiàn)將該經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如下： 表2 1 生產(chǎn)廠家 南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司 2 用戶容量 24K 3 設定單位 X=0.005 Z=0.01 4 控制軸數(shù) X、Z兩軸 5 聯(lián)動軸數(shù) 二軸 6 編程尺寸 9999.99 7 快速(X/Z)向 316/㎜ 8 G功能 G00～G04 G22～G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G92 9 M功能 M00～M09 M20～M29 M92～M99 10 S功能 S01～

38、S04 S05～S10 11 T功能 T1X～T8X 12 步進電機 ～220V 10%50HZ 13 控制精度 1步 14 功耗W 360 15 環(huán)境溫度 0～40C 16 相對溫度 80%（25C） 17 外形尺寸（㎜） 340400220 18 系統(tǒng)重量 17 kg 3.4功率放大電路 脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的要求，必須將其放大以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn). 下圖是一種高低壓供電的實用電路，其工作原理是:電路中各晶體管均處在開關狀態(tài).當控制脈沖到來時，T1、T3、T4均導通，同時脈沖變壓器的副邊產(chǎn)

39、生一定寬度的脈沖電流，使T2處于導通狀態(tài)，使二極管處于負偏置而截止，將電動機繞組WA與電源En斷開，高壓電源通過T2、T1為電動機繞組WA供電，使其電流上升沿變陡，通過tb時間后、脈沖電流消失，使T2處于截止狀態(tài)，切斷高壓電源EH與電動機繞組WA的回路，En通過D2、Tl為電動機供電，提供電動機所需的額定電流. 圖5 高低壓供電電路 8031的時鐘電路 單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生:內(nèi)部方式和外部方式。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6所示。晶體可在1.2一12MHz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

40、鐘方式，可把XTAL1接地，XTAL2場接外部時鐘源。 8031時鐘電路 8031復位電路 圖6 4.步進電機的選擇 4.1 步進電機的選擇的基本原則 合理選用步進電機是比較復雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下： 1． 步距角α　步距角應滿足：α≤ 式中 i——傳動比 αmin——系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。 2． 精度 步進電機的精

41、度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值。用積累誤差衡量精度比較實用。所以選用步進電機應滿足 △Q≤i[△θs] 式中 △Q——步進電機的積累誤差； [△θs]——系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部件允許的角度誤差。 3．轉(zhuǎn)矩 為了使步進電機正常運行（不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮： 1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為： Mq≥ 式中 Mq——電動機啟動力矩； ML0——電動機靜負載力矩。 根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。Mjm為步

42、進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進電機技術數(shù)據(jù)中給出的。 表(3) 步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表 運行 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 2）在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應大于電動機的靜載力力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。 4. 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟

43、動頻率應滿足： ft≥[fcp]m 式中 ft——極限啟動頻率； [fcp]m——要求步進電機最高啟動頻率。 4.2 步進電機的選擇 4.2.1 C616縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq = 685.125 N㎝ 為滿足最小步矩要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm=791.14 N㎝ 步進電機最高工作頻率 fmax=Hz 綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。 4.2.2 C616橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq = N㎝ 電動機仍選用三相六拍工

44、作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm= N㎝ 步進電機最高工作頻率 fmax==3333.3 Hz 為了便于設計和采購，仍選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。 5. 機床導軌改造 臥式車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床導軌面運動的。導軌就是支承和導向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準確的沿著一定的方向運動。導軌的導向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性能。 數(shù)控機床上，常使用滑動導軌和滾動導軌。滾動導軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運

45、動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟型數(shù)控一般不使用滾動導軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導軌，將太大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動導軌。 滑動導軌具有結(jié)構簡單，剛性好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導軌。這種導軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機床導軌進行修整后貼塑，使其成為貼塑導軌。 貼塑導軌摩擦系數(shù)小，且動靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強、加工性和化學性能穩(wěn)定

46、，且 有良好的自潤滑性和抗振性，加工簡單，成本低。 下面簡單說明軟帶材料的粘貼及加工工藝： 5.1 軟帶的選擇 目前應用較多的聚四氟乙稀（PTEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的Twrcite—B和我國生產(chǎn)的TSF軟帶材料，此種軟帶厚度為0.8㎜、1.6㎜、3.2㎜等幾種規(guī)格?，F(xiàn)選用TFS軟帶導軌材料，選擇時應注意選擇無明顯氣泡和裂紋的軟帶。 5.2 粘貼工藝及加工 (1)粘接劑的調(diào)配 機床導軌粘接應采用結(jié)構膠。例如:環(huán)氧樹脂、聚氨脂、丙烯酸脂、丁睛膠等。但在油及乳化冷卻液的場合下則以選擇環(huán)氧樹脂型膠及廠家專配粘接劑為好。在使用粘接劑時，應注意使用溫度及時間，合理的使用溫度為10-35℃。

47、 (2)粘接面的處理 較帶應粘接在導軌副的短導軌上，粘接前導軌面須經(jīng)粗刨或粗磨至表面粗糙度為R。=1.6～6.3m，相配導軌寬度大于軟帶導軟的寬度，表面粗糙度宜為Ra=0.4～0.8m，二者均須達到一定的幾何精度，再將待貼的導軌面用“零”號砂紙打毛，并用丙酮清洗涼干。被粘貼的軟帶按被貼軌面的尺寸裁好，粘貼面上也用丙酮清洗涼干。粘貼前需將金屬粘接面除銹去油，可先用砂紙、砂布或鋼絲刷清除銹斑雜質(zhì)，然后再涂丙酮清洗。粘接面間不能留有氣泡，對接合攏的，進行固化處理。 (3)粘接的加壓和固化 兩接觸面對合后需在室溫下加壓固化36小時左右。加壓固化的辦法較多，可采用重物施壓或?qū)Ｓ脢A具施壓，加壓

48、必須均勻。 (4)粘接后的脫模 軟帶受壓后，多余的膠劑會從界面上擠出在外部邊緣上硬化，因此必須做好兩件事:一是預先在床身導軌面上鋪一層油封紙或涂一層硅臘;二是應在余膠硬化前剪掉邊緣，同時將軟帶邊緣倒成45角，以防裝配成機加工中剝落。 (5)油槽設計 一般對油槽設計形式?jīng)]有限制，但離導軌邊緣不得小于1mm。當采用壓力潤滑時，油槽的深度不得超過軟帶的厚度。 6.自動轉(zhuǎn)位刀架的選用 自動轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機床數(shù)控改造機械方面的關鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，具有重復定位精度高，工件剛性好，性能可靠，使用壽命長以

49、及工藝性能襖等優(yōu)點。 經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的系列刀架，具有重復定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點達到國內(nèi)先進水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的LD4—工型系列四工位自動刀架。C616適配刀架。 刀架技術參數(shù)： 刀位數(shù)：4 電動功率：60W 電機轉(zhuǎn)速：1400r/min 夾緊力：1t 上刀體尺寸：152152 下刀體尺寸：161171 技術指標：重復定位精度：≤0.005㎜ 工作可靠性：＞30000次 換刀時間：90 180 270 2.9s 3.4s

50、 3.9s 刀架動作流程為： 電機→減速機構→升降機構→上刀體上升轉(zhuǎn)位→信號符合→粗定位機構→上刀體下降→槽定位→刀體鎖緊→電機停轉(zhuǎn)→換刀答信→加工順序執(zhí)行。 刀架工作原理: 微機發(fā)出換刀信號，控制箱中繼電器動作，電機正轉(zhuǎn)，通過減速機構和升降機構將上刀體上升至一定位置時，離合器轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)到所需刀位，發(fā)訊盤上霍爾元件發(fā)出刀位信號，刀架控制繼電器使用電機反轉(zhuǎn)，反靠初定位，上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿，鎖緊螺母，使刀架固緊，當夾緊力達到預先調(diào)好的狀態(tài)時，過流繼電器動作，切斷電源，電機停轉(zhuǎn)，并向微機發(fā)出回答信號，開始執(zhí)行下工序。 7.

51、 工件坐標系設定對加工精度的影響 工件坐標系是編程人員在編寫程序時,在工件上建立的坐標系,其原點即為工件原點(也稱工件零點或編程原點)。理論上是由編程人員任意設定的,但實際上,它是編程人員根據(jù)零件特點為了編程方便以及尺寸的直觀性而設定的。選擇工件坐標系時一般應遵循如下原則: 1)盡可能將工件原點選擇在工藝定位基準上,這樣有利于加工精度的提高; 2)盡量將工件原點選擇在零件的尺寸基準上,這樣便于坐標值的計算,減少錯誤率(當尺寸基準與工藝基準不重合時,則要考慮由基準不重合產(chǎn)生的誤差); 3)盡量選在精度較高的工件表面上,以提高被加工零件的加工精度; 4)對于對稱零件,應設在對稱中心上

52、,一般零件應設在工件輪廓某一角上,且Z軸方向上原點一般設在工件表面; 5)對于臥式加工中心最好把工件原點設在回轉(zhuǎn)中心上,即設置在工作臺回轉(zhuǎn)中心與Z軸連線的適當位置上; 6)應將刀具起點和編程原點設在同一處,這樣可以簡化程序,便于計算,提高加工精度;對一般零件,僅按上述原則確定工件坐標系,即能保證其加工精度。但對于復雜、特殊零件,就要綜合考慮各種因素對加工精度的影響 8. 機電聯(lián)機調(diào)試 各零部件安裝完畢，要在機床導軌面和滾珠絲杠上涂上機床規(guī)定的潤滑油，將步進電機、電動刀架、主軸脈沖發(fā)生器等裝置，通過控制裝置上對應的插座將它們連接起來

53、。另將控制的電源插座接一路220V的交流電源，全部接通后再對機床進行調(diào)試。 8.1改造后機床的測試 (1)數(shù)控機床改造后的測試內(nèi)容主要是對電源電壓、頻率及相序的確認等,.首先要測試變壓器的容量是否能滿足控制單元與伺服系統(tǒng)的電耗;其次測試電壓波動是否在允許范圍之內(nèi);對于采用晶體管控制元件的速度控制單元與主軸控制單元的供電電流,一定要嚴格測試其相序. (2)測試直流電源輸出端是否對地短路. (3)測試印刷線路板上的電壓是否正常,各種直流電壓是否在允許的波動范圍之內(nèi).一般來說,對+5V電源要求較高,波動范圍在5%. (4)測試數(shù)控系統(tǒng)與機床側(cè)的各種接口信號,以及PLC的輸出驅(qū)動電壓是否滿足

54、要求等. 8.2 機床調(diào)試 1）打開系統(tǒng)電源開關，依次按下“功放”鍵和“手動”狀態(tài)鍵，檢查步進電機的轉(zhuǎn)向及各種轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)情況。按下“手動”換刀鍵，手動換刀檢查自動轉(zhuǎn)位刀架回轉(zhuǎn)和選位是否正確。 2）選擇在普通車床上加工時的主軸轉(zhuǎn)速和切削用量，試編一個簡單零件的加工程序，首先進行空刀運行檢查程序是否有錯，同時檢查機床的動作是否有誤，驗證無誤后，便可進行正式加工。 3）對同一零件進行反復加工，測量分析零件的加工誤差，并有針對性的對誤差進行消除。 9. 改造后的驗收 (1)首先驗收改造后數(shù)控機床的機械部分.經(jīng)過機械修理和改造以及全面保養(yǎng),機床的各項機械性

55、能應達到要求,幾何精度應在規(guī)定的范圍內(nèi). (2)電氣控制功能和控制精度驗收.電氣控制的各項功能必須達到動作正常,靈敏可靠.控制精度應用系統(tǒng)本身的功能(如步進尺寸等)與標準計量器具(如激光干涉儀、坐標測量儀等)對照檢查,達到精度范圍之內(nèi).同時還應與改造前機床的各項功能和精度作出對比,獲得量化的指標差. (3)試件切削.可以參照國內(nèi)外有關數(shù)控機床切削試件標準,在有資格的操作工、編程人員配合下進行試切削.試件切削可驗收機床剛度、切削力、噪聲、運動軌跡、關聯(lián)動作等,一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用. (4)圖紙、資料驗收.機床改造完后,應及時將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包

56、括各類說明書)、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、移交入檔.保持資料的完整、有效、連續(xù),這對該設備的今后穩(wěn)定運行是十分重要的. 10. 常見故障分析與排除 1.步進電機噪聲大，并有卡機現(xiàn)象原因是步進電機安裝不當或電機軸承潤滑不夠或損壞，應重新拆裝步進電機齒輪箱或更換軸承，并加油潤滑。 2.縱向步進電機劇烈抖動而不能運轉(zhuǎn)原因是功放驅(qū)動板損壞，應修復或更換損壞的功放驅(qū)動板。 3.橫向加工尺寸不穩(wěn)定，時有失步原因可能是橫向步進電機的阻尼盤磨損或阻尼盤螺母松脫，調(diào)整步進電機后端蓋內(nèi)的阻尼盤螺母松緊后，失步現(xiàn)象減輕。 4

57、.刀架某刀位不動原因是霍爾元件引線與磁鋼碰線，應檢查霍爾元件與磁鋼線路情況，并排除故障。 11. 總結(jié) 隨著畢業(yè)設計的完成，四年的大學生活也接近了尾聲，通過幾個月的畢業(yè)設計，我對我所學的專業(yè)以及專業(yè)知識又有了一個新的認識，畢業(yè)設計把我四年所學的知識貫串到一起，知識得到了系統(tǒng)性的整合，這也是我所學的專業(yè)知識首次得到綜合性的應用。 從拿到設計題目到設計的結(jié)束，這是一個艱苦的過程，無數(shù)次的請教老師、進出圖書館、上網(wǎng)查資料等等，讓我檢查到了很多的知識漏洞，同時也檢驗了我的獨立思考的能力以及與老師、同學協(xié)作的能力，另外，在本次

58、畢業(yè)設計的過程中，我的CAD能力也有了很大的提高。 本次設計涉及到了C616機床的縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)、步進電機、機床導軌、刀架以及改造后的使用問題。雖然我花了十二分的精力對老式的機床進行了粗淺的改造，但是我深深的知道，我的方案還有很多的不足，這也正是我以后工作當中的動力。 在此我要淺談一我在本次設計當中的感悟。無論是一個新的產(chǎn)品的誕生，還是對老產(chǎn)品的改造，其最終的目的都是為了創(chuàng)造更多的價值，所以設計時不能單獨的對產(chǎn)品進行設計，更要考慮到成本、可行性、穩(wěn)定性以及所創(chuàng)造的經(jīng)濟價值等等，另外，案例當中的數(shù)據(jù)力求精確，數(shù)據(jù)的出處要有一定的權威性，做到精益求精。 最后我要特別的感謝我的輔導

59、老師，以及在設計工程中關心幫助過我的每一個人。感謝老師對我的鼓勵與引導，感謝同學對我的關心與陪伴。另外還要感謝我的母校，感謝母校在實訓基地為我們開通綠燈，我們的畢業(yè)設計才得以順利的完成。謝謝！ 12．致 謝 四年的大學生活即將結(jié)束,畢業(yè)就在眼前，剩下的日子已屈指可數(shù)，在這要向給予我關懷、教導及幫助的家長、母校、老師和同學表達自己深深的謝意。 首先，我要感謝我的父母，是他們的辛苦勞作，才使我能夠順利的讀完四年 大學，給了我更好前途的機會，對我來說他們是天下最慈愛、最偉大的人，有了他們的付出，才有了今天的我，在心里我由衷的感謝他們。 其次，我要感謝母校對

60、我的培養(yǎng)，大學生活不但讓我學到許多知識，還讓我增長了不少社會經(jīng)驗，而且在日常的學習和生活中也給予了相當?shù)膸椭? 再次，我要感謝在校期間給予我指導和教誨的老師們，在學業(yè)上的教導，在生活中關懷，在人生觀上的教育，他們都盡情的付出，我非常感謝他們，在這我要特別感謝我的畢業(yè)設計導師劉老師，他給了我莫大的幫助，使我能夠順利的完成畢業(yè)設計，我十分感激。 最后，我要感謝我的同學，感謝他們在生活中的陪伴，在學習上的幫助，使我受益頗多。 總之，該感謝的人還有很多，是他們讓我不斷的成長、進步。 謝謝大家！??！ 13. 參考文獻 張新義 《

61、經(jīng)濟型數(shù)控機床設計》 機械工業(yè)出版社余英良 《機床數(shù)控改造設計與實例》 機械工業(yè)出版社 何銘新 《機械制圖》 高等教育出版社 徐 灝 《機械設計手冊》第2版 第4卷 機械工藝出版社 《新技術新工藝》2007年第6期 張毅剛 《單片機應用設計》 哈爾濱工業(yè)大學出版社1990 何立民 《MCS—51系列單片機應用系統(tǒng)設計、系統(tǒng)裝配與接口技術》 北京航空航天大學出版社 1990 楊俊廉 《機床數(shù)控系統(tǒng)課程設計指導書》

62、 中國科學技術出版設 武漢重型機械廠 《機械技術標準手冊》 1994 王侃夫 《數(shù)控機床故障診斷及維護》 北京機械工業(yè)出版社 附錄1 進給系統(tǒng)齒輪 附錄2 進給系統(tǒng)齒輪 青島黃海職業(yè)學院畢業(yè)設計 37