〔大学论文〕C6140普通车床锥面轴类零件专机改造（含word文档） .pdf

本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 论文题目：论文题目：论文题目：论文题目：c6140c6140c6140c6140 普通车床锥面轴类零件专机改造普通车床锥面轴类零件专机改造普通车床锥面轴类零件专机改造普通车床锥面轴类零件专机改造 学生姓名：学生姓名：学生姓名：学生姓名： 所在院系：机电学院所在院系：机电学院所在院系：机电学院所在院系：机电学院 所学专业：机电技术教育所学专业：机电技术教育所学专业：机电技术教育所学专业：机电技术教育 导师姓名：导师姓名：导师姓名：导师姓名： 完成时间：完成时间：完成时间：完成时间： 摘摘摘摘要要要要 利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的 机床除了能加工平面及孔等简单的零件外机床除了能加工平面及孔等简单的零件外机床除了能加工平面及孔等简单的零件外机床除了能加工平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂还能加工形状复杂还能加工形状复杂还能加工形状复杂（如加工圆弧面如加工圆弧面如加工圆弧面如加工圆弧面、 、 、 、 斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工 的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。 本文介绍了一种本文介绍了一种本文介绍了一种本文介绍了一种 c6140c6140c6140c6140 车床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微车床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微车床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微车床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微 型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。 论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。 关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机 abstractabstractabstractabstract utilizingutilizingutilizingutilizing ncncncnc systemsystemsystemsystem reformsreformsreformsreforms latheslatheslatheslathes is is is is anananan importantimportantimportantimportant methodmethodmethodmethod totototo heightenheightenheightenheighten thethethethe raterateraterate ofofofof oldoldoldold equipments.equipments.equipments.equipments. thethethethe innovatedinnovatedinnovatedinnovated lathelathelathelathecharacterizescharacterizescharacterizescharacterizes highhighhighhigh precisionprecisionprecisionprecision .high.high.high.high efficiencyefficiencyefficiencyefficiency andandandand wide-machiningwide-machiningwide-machiningwide-machining andandandand sosososo forthforthforthforth， andandandand it it it it cancancancan savesavesavesave workloadworkloadworkloadworkload .only.only.only.only somesomesomesome machiningmachiningmachiningmachining programprogramprogramprogram inputinputinputinput ，thethethethe correspondingcorrespondingcorrespondingcorresponding resultresultresultresult willwillwillwill bebebebe donedonedonedone. . . . thisthisthisthis articlearticlearticlearticle introducesintroducesintroducesintroduces a a a a waywaywayway ofofofof economiceconomiceconomiceconomic ncncncnc reformreformreformreform ofofofof c6140c6140c6140c6140 lathelathelathelathe atatatat itsitsitsits mechanicalmechanicalmechanicalmechanical systemsystemsystemsystem .the.the.the.the reformedreformedreformedreformed systemsystemsystemsystem usesusesusesuses microcomputermicrocomputermicrocomputermicrocomputer totototo controlcontrolcontrolcontrol thethethethe servoservoservoservo electromotor.electromotor.electromotor.electromotor. thethethethe x-axisx-axisx-axisx-axis andandandand y-axisy-axisy-axisy-axis forward-movingforward-movingforward-movingforward-moving systemssystemssystemssystems areareareare controlledcontrolledcontrolledcontrolled bybybyby respectiverespectiverespectiverespective electromotorelectromotorelectromotorelectromotor . . . . thethethethe ordinaryordinaryordinaryordinary screwscrewscrewscrew leverleverleverlever willwillwillwill bebebebe changedchangedchangedchanged intointointointo a a a a pairpairpairpair ofofofof gearsgearsgearsgears andandandand rolling-beadrolling-beadrolling-beadrolling-bead screwscrewscrewscrew lever.lever.lever.lever.thethethethe servoservoservoservo motormotormotormotor willwillwillwill drivedrivedrivedrive geargeargeargear totototo movemovemovemove ， andandandand thenthenthenthen spreadspreadspreadspread thethethethe kinetickinetickinetickinetic energyenergyenergyenergy totototorolling-beadrolling-beadrolling-beadrolling-bead screwscrewscrewscrew leverleverleverlever，andandandand thethethethe rolling-beadrolling-beadrolling-beadrolling-bead screwscrewscrewscrew leverleverleverlever runrunrunrun andandandand movemovemovemove thethethethe gearsgearsgearsgears .in.in.in.in thethethethe endendendend . . . .makingmakingmakingmaking anananan analysisanalysisanalysisanalysis onononon thethethethe errorerrorerrorerror marginmarginmarginmargin andandandand thethethethe precisionprecisionprecisionprecision andandandand givinggivinggivinggiving methodsmethodsmethodsmethods forforforfor ameliorationameliorationameliorationamelioration andandandand adviceadviceadviceadvice . . . . keykeykeykey words:words:words:words: ncncncnc reformreformreformreform，mmmmechanicalechanicalechanicalechanical systemsystemsystemsystem， o o o open-hooppen-hooppen-hooppen-hoop systemsystemsystemsystem， s s s servoervoervoervo motormotormotormotor 目目目目录录录录 绪论1 1 总体设计方案的确定.2 2 机械部分的改造设计.2 2.1 主传动系统的选择2 2.2 进给传动系统的改造设计2 2.2.1 纵向进给机构的改造设计.2 2.2.2 横向进给机构的改造设计.3 2.2.3 刀架的选择与改造.3 2.3 纵向（向）进给机构的计算.3 2.3.1 工作台质量的估算.3 2.3.2 切削力的计算.3 2.3.3 纵向滚珠丝杠设计计算与校核.4 2.3.4 纵向齿轮设计计算与校核.4 2.4横向（y向）进给机构的计算与校核4 2.4.1横向切削力的计算5 2.4.2横向滚珠丝杠设计计算与校核5 2.4.3横向齿轮设计计算与校核6 2.5步进电机的选用.6 2.5.1步进电动机结构和分类6 2.5.2纵横向步进电机的计算与选择6 3机床数控部分的设计改造7 3.1设计原理.7 3.2数控系统硬件改造的设计.7 3.2.1主控制器的设计8 3.2.2存储器扩展电路8 3.2.3扩展i/o接口.9 3.2.4步进电机驱动电路9 3.3统软件部分的设计.10 3.3.1软件系统应具有的功能10 3.3.2软件系统设计.10 4 分析轴类零件加工工艺和编写程序.13 4.1 轴类零件的加工工艺分析.13 4.1.1 设计轴类零件.13 4.1.2 确定零件的加工基准和装夹工具.14 4.2 刀具的选择与刀具参数的确定.14 4.2.1 刀具的选择.14 4.2.2 刀具参数的确定.15 4.3 确定零件的加工工序16 4.4 编写加工程序16 4.4.1 分析轴类零件的外轮廓.16 4.4.2 粗精车零件刀具的轨迹设计.17 结束语.19 致谢.19 参考文献.20 绪绪绪绪论论论论 机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于 计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技 术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。 计算机的出现和 应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发 展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及 结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化 的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以 数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位 置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵 的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上， 然后将 数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服 系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单 件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的 加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强 度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化1。数控机 床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在 产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合 化、精密化方面进步很大。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机 床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右， 差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微 机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数 控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工 厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数 控机床一面利用数控、数显、pc 技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。 我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金 去购买新型的数控机床， 而我国的旧机床很多， 用经济型数控系统改造普通机床， 在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度， 比 较符合我国的国情。1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机 床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经 济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用 性。 1 1 1 1 总体设计方案的确定总体设计方案的确定总体设计方案的确定总体设计方案的确定 c6140 型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的 普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为单片机控制专机机床，无论是经济 上还是技术都是确实可行了。 一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的专机车 床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有 新的突破6。 本设计主要是对 c6140 普通型车床进行数控改造，用步进电机对纵、横进 给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、 振 动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精 加工。所以实用开环控制。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝 杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低， 后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传 动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架5。 2 2 2 2 机械部分的设计改造机械部分的设计改造机械部分的设计改造机械部分的设计改造 2.12.12.12.1 主传动系统的选择主传动系统的选择主传动系统的选择主传动系统的选择 主传动系统不变， 为保证车螺纹时严格的运动关系， 在主轴箱上安装gd7072 光电脉冲发生器，通过主轴-脉冲发生器-数控系统-步进电机的信息转换系统， 实现主轴转一周，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。 2.22.22.22.2 进给传动系统的设计改造进给传动系统的设计改造进给传动系统的设计改造进给传动系统的设计改造 2.2.1 纵向进给机构的设计改造 拆掉原机床的进给箱和拖板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装 步进电机和一对齿轮的箱体。滚珠丝杆仍安置在原丝杠的位置3。采用一级齿轮 减速，见下图 1 所示： 图图图图 1 1 1 1 纵向进给机构改造图纵向进给机构改造图纵向进给机构改造图纵向进给机构改造图 2.2.2 横向进给机构的设计改造 保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，步进电动机、 齿 轮箱安装在中滑板的后侧。 2.2.3 刀架的选择改造 拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动刀架。根据车床的 型号及主轴中心高度，选用lj4-1型四工位电动刀架。安装时，去掉车床小拖板， 置刀架于中拖板上，卸掉电机风罩，逆时针方向转动电机，或转动轴承盖处之内 六角螺孔，使刀架转动到45。左右时，装上螺钉，然后固定刀架即可。电动刀架 的安装较为方便，安装时须注意以下两点： 电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行。 电动刀架与系统的连线在安装时应合理，以免加工时切屑、冷却液及其它 杂物磕碰电动刀架连线。 2.32.32.32.3 纵向（向）进给机构的计算纵向（向）进给机构的计算纵向（向）进给机构的计算纵向（向）进给机构的计算 2.3.1 工作台质量的估算 工作台总质量： m = a + b+ c =133.6kg 式中a床鞍质量，a = 86kg； b中拖板质量，b = 21.6kg； c改造后的刀排架质量，c = 26kg。 2.3.2 纵向切削力的计算 切削功率： pc= pk1= 4680n2-1 式中p主电机功率，p = 7.5 kw； 主传动系统总效率， = 0.65； k1进给系统功率系数，k = 0.96。 pc= fzv2-2 式中fz主切削力，n； v切削线速度，v = 1.667 m/ s。 由式2-1，式2-2可得 fz= pc/ v = 2807 n 通常纵向切削分力： fx= (0.10.6) fz= 0.5 fz= 1403.5n 2.3.3 滚珠丝杠设计 车床丝杠的纵向轴向力： fzh = k2fx+( fz+w) = 2313.8n2-3 式中k2颠覆力矩影响的实验系数，k2= 1.15； 导轨上的摩擦系数，= 0.17； w工作台作用在导轨上的重力，w =mgn= 1309n；( m为工作台的质 量，m = 133.6kg；gn为重力加速度，gn= 9.8m/ s2)。 a 强度计算 滚珠丝杠的转速： nt=1000vf/dt=32r/min2-4 式中v切削线速度，v= 100m/ min ； f进给量， f = 0.3mm； d工件直径， d = 50mm； t滚珠丝杠螺距， t = 6mm。 取寿命时间t = 15000h ，则寿命值： a =60ntt/ 106= 29。 取运转系数kt= 1.2，硬度系数kh= 1，则最大负载 q=a1/3kwkhfzh=8530n2-5 选取滚珠丝杠的公称直径为35mm，型号为nd350612/ e左，即双螺母 垫片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为3.969mm，螺距为6mm，其额定动 负荷是121847 kn q = 8.530 kn，故强度足够 8。 b 效率计算 由于所选滚珠丝杠的螺旋升角= 37，摩擦角= 10，则滚珠丝杠的传动效率 =tan a/tan(a+)=0.952-6 2.3.4 齿轮设计(在纵向上) 步距角b= 0.75/ 1.5，滚珠丝杠螺距p = 6mm，脉冲当量p= 0.01mm/步， 则 在步进电机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮传动比为： i =z1/z2=360p/bp=3600.01/0.756=0.8 即选z1= 48，z2= 60，根据经验，齿轮模数取1.5。 2.42.42.42.4 横向（横向（横向（横向（y y y y向）进给机构的计算向）进给机构的计算向）进给机构的计算向）进给机构的计算 2.4.1 横向切削力的计算 切削功率： pc= pk1= 4680n 式中p主电机功率， p = 7.5kw； 主传动系统总效率，= 0.65； k1进给系统功率系数，k1= 0.96。 pc= fzv 式中fz主切削力，n； v切削线速度， v = 1.667m/ s。 由式2-1，式2-2 可得 fz= pc/ v = 2807n 通常横向切削分力： fy= (0.150.7) fz= 0.6 fz= 1684 n 2.4.2 横向滚珠丝杠设计 车床丝杠的横向轴向力： fzh= k2fy+ ( fz+ w) = 2445.4n 式中k2颠覆力矩影响的实验系数，k2= 1.15； 导轨上的摩擦系数，= 0.17； w工作台作用在导轨上的重力，w =mgn= 1309n；( m为工作台的质 量，m = 133.6 kg；gn为重力加速度，gn= 9.8 m/ s2) 。 a 强度计算 滚珠丝杠的转速： nt=1000vf/dt=32r/min 式中v切削线速度，v= 100m/ min ； f进给量，f = 0.3mm； d 工件直径，d = 50mm； t 滚珠丝杠螺距，t = 6mm。 取寿命时间t = 15000 h，则寿命值： a =60 ntt/ 106= 29。 取运转系数kw= 1. 2，硬度系数kh= 1，则最大负载： q=a1/3kwkhfzh=8530n 选取滚珠丝杠的公称直径为35 mm，型号为nd350612/ e左，即双螺母垫 片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为3.969 mm，螺距为6 mm，其额定动 负荷是121847 kn q = 8.530 kn，故强度足够。 b 效率计算 由于所选滚珠丝杠的螺旋升角= 37， 摩擦角= 10， 则滚珠丝杠的传动效率： =tan a/tan(a+)=0.95 2.4.3 齿轮设计(在横向上) 步距角b= 0.75/ 1.5，滚珠丝杠螺距p = 6mm，脉冲当量p = 0.01mm/ 步， 则在步进电机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮传动比为： i =z1/z2=360p/bp=3600.01/0.756=0.8 即选z1= 48，z2= 60，根据经验，齿轮模数取1.5。 2.52.52.52.5 步进电动机的选择步进电动机的选择步进电动机的选择步进电动机的选择 2.5.1 步进电动机结构和分类 步进电动机的种类很多，按其工作方式的不同可分为功率式和伺服式两种。 功率式步进电动机的输出转矩较大，能直接带动较大的负载。伺服式步进电动机 出转矩较小， 只能直接带动较小的负载， 对于大负载需通过液压放大元件来传动。 按运动方式可分为旋转运动、直线运动和平面运动等几种；按工作原理可分为反 应式（磁阻式） 、永磁式和永磁感应式等几种。在永磁式步进电动机中，它的转 子是用永久磁钢制成的，也有通过滑环由直流电源供电的励磁绕组制成的转子， 在这类步进电动机中，转子中产生励磁；在反应式步进电动机，其转子由软磁材 料制成齿状，转子的齿也称为显极，在这种步进电动机的转子中没有励磁绕组。 它们产生电磁转矩的原理虽然不同，但其动作过程基本上是相同的，反应式步进 电动机有力矩惯性比高、步进频率高、频率响应快、可双向旋转、结构简单和寿 命长等特点。在计算机应用系统中大量使用的是反应式步进电动机。 2.5.2 纵向步进的选取电机 a 确定步距角 取系统的脉冲当量f=0.01 mm/ 脉冲，选用步距角b= 0. 75。 b 起动力矩的计算 设步进电机等效负载力矩为 m，负载力为 ff，根据能量守恒原理，电机所 作的功与负载所作的功的关系： m= ffl2-7 则 m = ffl/= 169 n cm 式中电机转角，=b= 0.75； l移动部件的相对位移，l=p= 0.01mm/ 脉冲； ff负载力。 ff= fs+( w + fz) 纵向丝杠牵引力 fs= fx+ 1.414dw = 1422 n 式中d当量摩擦系数，d= 0.01 若不考虑起动时的运动部件惯性的影响，则起动力矩 mq= m/0.3-0.5，取安 全系数为 0.3，则 mq=563 ncm，对于工作方式为 5 相 10 拍的步进电机： mmax=mq/0.707= 796 ncm c 步进电机的最高频率 取 vmax= 1 m/ s，则 fmax=1 000 vmax/60f=1000 1/60 0.01= 1666 hz 根据以上数据，选用 150bf003 型步进电机较合理。该电机步距角为 0.75/1.5 ， 最大静转矩为 2000ncm，最高空载起动频率为 2800 hz。 同理，横向步进电机选用 130bf001 型。 3 3 3 3 机床数控部分的设计改造机床数控部分的设计改造机床数控部分的设计改造机床数控部分的设计改造 3.13.13.13.1 设计原理设计原理设计原理设计原理 利用通用微机或工业控制机对机床进行数控改造， 使得装置复杂、体积大、 造价高。可用于要求高精度、高效能的场合。而普通车床本身造价低，花大价钱 改造不切实际。为降低成本，本设计采用单片机为控制核心， 扩展部分外围器 件， 组成一个经济型数控系统。既满足了车床的数控加工能力， 又经济可靠， 使车床具有较高的性能价格比。 该系统是由数控单元和步进伺服单元组成。数控系统采用mcs-51系列的 8031单片机， 它和扩展系统以及步进电机驱动电源一起组成连续控制的数控系 统。控制核心按照所输入的加工程序数据， 经计算处理， 发出所需要的脉冲信 号， 经驱动电路放大功率后， 驱动步进电机， 由步进电机带动滚珠丝杠副， 从 而使纵、横向工作台按零件加工所需要的进给速度及方向移动， 实现车床的开 环自动控制。系统的定位精度由软件中适当的降频处理来保证， 重复定位精度 采用固定间隙补偿来改善 2。 3.23.23.23.2 数控系统硬件改造的设计数控系统硬件改造的设计数控系统硬件改造的设计数控系统硬件改造的设计 微机数控系统采用8031 单片机为控制核心， 以步进电机作为伺服驱动装 置， 以工作台和刀架作为执行部件构成一个开环控制系统， 可适用于ca6140 普通车床或其它种类的中小型机床的数控化改造。其总体设计方案结构如下图2 所示： 图图图图2 2 2 2 数控改造图数控改造图数控改造图数控改造图 3.2.1 主控制器的设计 主控制器选用功能强、价格低的8031单片机。8031的p0口作为低8位地址/ 数据总线接口，p1口作为显示器的字形输出口，p2口作为高8位地址总线接口， p3口用作中断、定时、计数、读写控制等特殊功能口。主控制器的时钟采用内部 方式，晶振频率6mhz。 3.2.2 存储器扩展电路 a 存储器芯片的选择 8031片内无rom，只有128字节的ram，必须在外部扩展程序存储器和数据 存储器。选择存储器应考虑的主要因素是速度和容量。时钟频率为6m时，8031 所能提供的读写时间为480s，根据时序匹配要求，凡工作速度小于480s的芯片 在时序上均满足要求。这里选用1片读周期为250s，容量为8k8的2764eprom 芯片作为程序存储器，同时扩展1片读写周期为200s、容量为8k3的6264静态 ram芯片作为数据存储器，并带有3.6v备用电池，使存放的加工数据能长期保 存10。 b 存储器的地址分配及接线 8031所支持的存储系统，其程序存储器与数据储器独立编址，因此 eprom 和ram的地址分配比较自由，不必考虑是否发生冲突。由于8031复位后从0000h 单元开始执行程序，故8k eprom的地址空间为0000h1ffffh，8k ram的地 址空间也设定为0000h1ffffh。8031的地址锁存允许信号ale与地址锁存器 74ls373的输入端g相连，从而将p0口输出的地址信息锁存入373中，2764需要13 根地址线，其中低8位通过373与的8031的p0口相联，高5位分别与p2.02.4相联。 8位数据线直接与8031 p0口相联，由于本系统只用1片2764，故将其片选端ce接 地，又由于8031只能选通外部程序存储器，因而将8031的ea接地。ram6264数 据线和地址线的联接方法与2764相同，其读写控制端与8031的对应端相联。由于 6264的地址分配为0000f1ffffh，故其片选端ce应与3-8译码器的y0相联9。 3.2.3 扩展i/o接口 为满足车床数控系统的需要，选用可编程并行接口芯片8155作为扩展i/o接 口，各端口的功能定义和地址分配如下表-1所示： 表表表表-1-1-1-1 i/oi/oi/oi/o接口功能地址图接口功能地址图接口功能地址图接口功能地址图 端口 pa输出提空步进电机的控制 信号及是、指示信号 2001h pb输入键盘和行程控制2002h pc输出显示和键盘管理2003h 8155的片选端ce与3-8译码器的y1相联，地址空间为2000h2fffh，地址 锁存控制端及读写控制端分别与8031的控制线对应相接，8155的ad0ad7， 对 应接至8031的p0口线。 3.2.4 步进电机驱动电路 用步进电机作为执行元件的数控系统，可采用较为简单的开环控制，因而成 为经济型数控机床最为主要的一种伺服驱动元件， 步进电机的驱动电路一般由部 分组成计算机接口、脉冲分配器、光电隔离电路和功率放大电路。 本设计采用8155的pa口作为控制步进电机的接口，由该口的pa0pa5。提 供步进电机所需的控制信号。 脉冲分配器的作用是为步进电机提供符合控制指令要求的脉冲序列， 其实现 方法有硬件和软件2种。为降低硬件成本及故障源，本设计采用软件方法实现。 步进电机驱动电路中，脉冲信号经功放后送给步进电机励磁绕组，为防止强 电干扰，在功放电路之前接上6个g0101光电祸合器进行隔离。 步进电机所需电流较大， 必须将光电祸合器输出的信号放大后才能使驱动步 进电机正常运转。 目前我国步进电机的功率放大器已由生产厂家生产成系列化产 品， 设计时不比考虑其内部电路结构， 只需根据所用的步进电机的功率选择既可。 3.33.33.33.3 数控系统软件部分的设计数控系统软件部分的设计数控系统软件部分的设计数控系统软件部分的设计 3.3.1 软件系统具有下列功能： (1) 控制车床刀具或工作台轴向、径向移动的方向、速度和长度。 (2) 可控制加工面、内外圆以及向锥面、球面逼近的任意曲面。 (3) 控制走刀速度，为多档，并可随时进行修正。 (4) 程中可以给出一定的延时， 在执行到延时， 序时刀架在预定时间内停止运动。 (5) 有暂停功能。 3.3.2 软件系统设计 本系统的主程序流程图如下图3所示。统加电初始化后，在开始标志有效的 情况下，首先读取加工程序段的工序号和加工方式字，据加工方式字决定当前程 序段是要加工直线还是加工锥面，以及是否要执行延时操作或者回零操作7。 车床主要是进行直线加工和锥面加工，所谓直线加工是指加工外圆、内圆、 端面和刻槽等操作，只需加工刀具在纵向或横向上运动；而锥面加工主要是加工 任意锥面和球面逼近的曲面， 需要x， y方向的步进电机的配合操作才能完成，对 锥面加工采用逐点比较法插补操作，论是加工直线还是加工锥面，在进行加工前 都必须根据零件图给出每道工序的刀具运动方向和位移长度， 据零件材料和车床 的特性以及工艺要求，给出车床的切削速度，在实际加工时，再把位移量转化为 步进电机所需的脉冲数，由方向控制字控制纵向和横向步进电机和运动方向， 从 而使步进电机拖动工作台作相应的移动以完成零件加工操作12。 图4， 图5分别为 加工直线与斜线的程序。 有初始化标志吗有初始化标志吗有初始化标志吗有初始化标志吗 启启启启动动动动 出错处理出错处理出错处理出错处理 保存工件号保存工件号保存工件号保存工件号 有开始标志吗有开始标志吗有开始标志吗有开始标志吗 出错处理出错处理出错处理出错处理 工序序号工序序号工序序号工序序号 1 1 1 1 r r r r 显示工序号显示工序号显示工序号显示工序号 要暂停吗要暂停吗要暂停吗要暂停吗 是结束标志吗是结束标志吗是结束标志吗是结束标志吗 取加工方式取加工方式取加工方式取加工方式 加工斜线吗加工斜线吗加工斜线吗加工斜线吗 要延时吗要延时吗要延时吗要延时吗 要回零吗要回零吗要回零吗要回零吗 加工直线吗加工直线吗加工直线吗加工直线吗 延时延时延时延时 显示暂停标志显示暂停标志显示暂停标志显示暂停标志 结束处理结束处理结束处理结束处理 斜线加工斜线加工斜线加工斜线加工 延时处理延时处理延时处理延时处理 回零处理回零处理回零处理回零处理 直线加工直线加工直线加工直线加工 出错显示出错显示出错显示出错显示 n n n n n n n n y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y 图图图图3 3 3 3 主程序流程图主程序流程图主程序流程图主程序流程图 直线加工程序直线加工程序直线加工程序直线加工程序 取方向控制字取方向控制字取方向控制字取方向控制字 取速度控制字取速度控制字取速度控制字取速度控制字 取加工余量并显示取加工余量并显示取加工余量并显示取加工余量并显示 位移量转换成步数位移量转换成步数位移量转换成步数位移量转换成步数 加工余量加工余量加工余量加工余量=0=0=0=0？ 输出控制步进电机模型输出控制步进电机模型输出控制步进电机模型输出控制步进电机模型 步数步数步数步数-1-1-1-1 走一步走一步走一步走一步 延时延时延时延时 r r r r 转下一道工序转下一道工序转下一道工序转下一道工序 y y y y n n n n 图图图图4 4 4 4 直线加工程序图直线加工程序图直线加工程序图直线加工程序图 斜线加工程序斜线加工程序斜线加工程序斜线加工程序 取插补方向控制取插补方向控制取插补方向控制取插补方向控制 取插补速度控制取插补速度控制取插补速度控制取插补速度控制 置终点计数器初值置终点计数器初值置终点计数器初值置终点计数器初值 置斜线插补初值置斜线插补初值置斜线插补初值置斜线插补初值 斜线插补结束斜线插补结束斜线插补结束斜线插补结束 是是是是 x x x x 向进刀吗向进刀吗向进刀吗向进刀吗 y y y y 向电机走一步向电机走一步向电机走一步向电机走一步 偏差修正偏差修正偏差修正偏差修正 终点计数器终点计数器终点计数器终点计数器-1-1-1-1 n n n n n n n n r r r r y y y y x x x x 向电机走一步向电机走一步向电机走一步向电机走一步 偏差修正偏差修正偏差修正偏差修正 y y y y 图图图图 5 5 5 5 斜线加工程序图斜线加工程序图斜线加工程序图斜线加工程序图 4 4 4 4 分析轴类零件加工工艺和编写程序分析轴类零件加工工艺和编写程序分析轴类零件加工工艺和编写程序分析轴类零件加工工艺和编写程序 4. 4. 4. 4.1 1 1 1 轴类零件的加工工艺分析轴类零件的加工工艺分析轴类零件的加工工艺分析轴类零件的加工工艺分析 4.1.1 设计轴类零件 轴类零件的设计如下图 6 所示： 图图图图 6 6 6 6 轴类零件图轴类零件图轴类零件图轴类零件图 4.1.2 确定零件的加工基准和装夹工具 对于上图的零件来说，由于他属于回转体零件，通常将径向设计基准设置在 回转体轴线上，将轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处。所以上图 零件我们取轴线为设计基准，加工定位基准选圆柱的外圆表面，装夹方式我们选 择数控车床最常用的通用卡具三爪卡盘，它最大的优点就是可以自动定心。 4.24.24.24.2 刀具的选择与刀具参数的确定刀具的选择与刀具参数的确定刀具的选择与刀具参数的确定刀具的选择与刀具参数的确定 4.2.1 刀具的选择 刀具的选择也是很重要的，数控车刀要求精度高、刚性好、装夹调整方便， 切削性能强、耐用度高。选用合理数控刀具既能提高加工效率又能提高产品质量 11。对于上图零件我们选择的刀具如下表 2 所示： 表表表表 2 2 2 2 刀具卡片刀具卡片刀具卡片刀具卡片 产品名称或代号零件名称凹槽轴零件图号备注 序号刀具号 刀具名称规格数量加工表面刀尖半径/mm 1t0193左偏刀1粗、精车外轮廓1 2t02切断刀1车断0.1 3t06镗刀1粗、精车外轮廓0.1 4.2. 刀具参数的确定 刀具几何参数可分为两类，一类是刀具角度参数，另一类是刀具刃型尺寸参 数。各参数之间存在着相互依赖、相互制约的作用，因此应综合考虑各种参数以 便进行合理的选择。刀具几何参数包括刀具的切削角度（如 r0、a0、kr、kr、 s）等，刀面形式（如前刀面，带倒棱的前刀面等）及切削刃的形状（如直线 形，折线形，圆弧形等）等。合理几何参数的选择主要与工件的材料，刀具材料， 刀具类型和其它具体工艺条件如切削用量，工艺系统刚性和机床功率有关。根据 以上对零件的工艺分析该零件的加工需要一把端面刀、两把外圆车刀（一把粗车 外圆、一把精车外圆） 、一把螺纹车刀、一把切断刀（用于切断和切槽） 。以下是 对这几把刀的刀具参数的选择4。 根据上述刀具参数的选择原则，以下是对具体零件加工的刀具参数进行选 择。具体参数如下表 3 所示： 表表表表- - - -3 3 3 3 刀具参数刀具参数刀具参数刀具参数 加工方式 刀具参数粗加工刀具参数切槽加工刀具参数镗孔加工刀具参数 刀具名 93外圆左偏刀切断刀镗刀 刀具材料硬质合金刀具硬质合金刀具硬质合金刀具 刀具号t01t02t06 刀具补偿号010206 刀柄长度12520150 刀柄宽度202015 刀尖半径10.10.5 刀具前角80 刀具后角30 主偏角95 副偏角5 刃倾角2 倒棱前角-5 倒棱宽度0.5 轮廓车刀类型外轮廓车刀 对刀点方式刀尖尖点 刀具偏置方向左偏 钝圆半径 刀具引角 编程刀位点前刀点 刀具宽度2.5 刀刃宽度2.5 刀尖宽度 刀具角度 4.34.34.34.3 确定零件的加工工序确定零件的加工工序确定零件的加工工序确定零件的加工工序 带锥面的轴的加工工序见下表 4 所示： 表表表表-4-4-4-4 加工工序卡加工工序卡加工工序卡加工工序卡 工