C6132普通车床数控化改造设计

1、目录目录1弓I言21.绪论42数控机床优势概述52.1 数控车床改造的意义52.2 普通车床数控化改造的优点63数控化改造的内容83.1 进给轴的改造83.1.1 进给轴改造思路83.1.2 滚珠丝杠副的选择和布置结构形式83.2 主轴部分的改造113.3 刀架部分的改造113.4 润滑部分的改造123.5 机床防护124总体方案134.1 控制部分总体方案134.2 机械部分总体方案145机床进给系统的改造155.1 改造思路155.2 数控部分155.3 机械部分196零件加工工艺及编程396.1 零件加工工艺要求396.2 零件加工工艺安排406.3 零件加工工艺程序41结论47附录：装

2、配图A0一张、零件图三张另附外文翻译如需联系作者QQ401339828引言数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小，多变零件的加工问题，且能稳定产品的和、加工质量。大幅度的提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床间隔较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。另外从目前国内机床使用的现状来看，普通机床拥有量巨大，在生产中，数控机床相对于普通机床的优势较为明显，而由于数控机床价格昂贵，所以有必要对普通机床加以数控改造，使之能完成数控机床能完成的部分生产任务。因此，我大胆的提出了对普通C6132车床的数控化改造。C6

3、132普通车床是普通机床中比较有代表性的机床，它在机械结构上有其先天性的不足。如刚度低、抗振动性差、滑动摩擦阻力较大及传动元件存在间隙等，因此需要有目的地改造，以满足数控机床最基本的要求，这也是本文主要讨论的问题。对要改装成通常加工用的数控机床，一般只在进给系统作改进。1绪论数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型

4、企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。金属切削机床是加工机器零件的一个主要设备。它担负的工作量，约占机器总制造量的40-60%机床的计术水平直接影响机械制造工业和劳动生产。金属切削机床是人类在改造自然的长起生产实践中，不断改进生产工具的基础上发展起来的。近些年来我国机床工业已取得很大成就。但和世界先进水平相比，还有较大的差距。主要表现在大部分高精度和超密机床的性能还不能满足要求。精度保持性也很差。特别是高效自动化和数控机床的产量，技术水平和质量等方面都明显落后。我国的技术人员素质还跟不上现代机床技术飞速发展的需要。

5、通过这次毕业设计，学会了综合运用机械课程设计和其它课程地理论和实际知识，掌握了机械设计的一般能力，树立了正确的设计思想，培养了分析和解决问题的能力。学会了从机械功能的要求出发，会合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算的工作能力。确定它的尺寸，形状，结构及材料，并考虑制造工艺，使用，维护，经济和安全等问题，培养机械设计能力，机床设计是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的劳动。随着生产的发展，使用部门对机床的要求也在不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使机床的设计与制造获得了迅速的发展。机床设

6、计也是从低级到高级发展的。在开始设计机床的最初阶段，主要考虑这样两点：首先，为了加工出一定形状的工件，必需保证刀具与工件之间具有一定的相对运动关系；其次是机件要有足够的强度。过了一段时间以后，又提出对机床几何精度的要求。这时的机床设计与制造是在满足机床几何精度要求的前提下，主要根据经验或者用类比的方法进行的，可统称为经验设计。随着科学设计的发展和工艺水平的提高，尤其是先进刀具的出现，使机床向高速，大功率的方向发展。因此，对机床的精度和生产率等方面要求也就越来越高。于是，又相继提出了一些设计机床时必须考虑的问题，如机床的精度问题，刚度，抗争性，低速运动平稳性，热变形，噪音，磨损等等。对于这些问题

7、的研究主要是通过机床性能实验进行的。通过实验，分析它们的规律性，分析影响机床性能的主要原因和寻求解决问题的方法。这时的机床设计是以实物测试和模型实验为基础进行的。与此同时，把技术科学中的理论应用到机床设计中来，初步建立起机床的基础理论。对于机床设计，显著地提高了机床的性能。近些年来，现代科学技术的成就，为机床设计提供了大量的测试数据，理论研究也进入了新的阶段，尤其是电子计算机的应用，使机床设计开始进入计算机辅助（CAD开口优化的间断。通过写这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件2数控机床优势概述2.1 数控车床改造的意义

8、我国现在拥有数量多达300多万台的通用机床，其中大部分机床的加工精度、生产率和自动化程度与先进设备相比不高，要想在几年内大量地用数控机床来更新，无论在资金上还是技术力量上都是难以实现的。但如果利用数控技术根据需要对现有机床加以改造，不仅能实现机床的自动化，提高机床的加工精度，而且投资少、见效快，适合我国的生产力水平。因此，利用数控技术改造旧设备已成为我国推广全功能数控机床的过渡手段。2.2 普通车床数控化改造的优点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

9、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

10、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，具有稳定的加工质量；(3)可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；(4)加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；(5)机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产效率高(一般为普通机床的35倍)；(6)机床自动化程度高，可以减轻劳动强度改善劳动条件；(7)对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。数控机床一般由下列几个部分组成：(8)主机，他是数控

11、机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件(9)数控装置，是数控机床的核心，包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。(10)驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。(11)辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、

12、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。(12)编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。还具有良好的经济效益；有利于生产管理的现代化；数控改造费用低；机械性能稳定可靠，结构受限；可充分利用现有的条件；可以采用最新的控制技术；交货期短，可满足生产急需等优点。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。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要

13、。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

14、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。3数控化改造的内容车床数控化改造的主要内容和主要结构形式如下：3.1 进给轴的改造3.1.1 进给轴改造思路普通车床的X轴和z轴均由同一电机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱，获得不同的工件螺距即Z轴运动；走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱，获得不同的进刀量即X轴运动。普通车床数控化改造时一般都去掉

15、走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替，具体体现为：Z轴：纵向电机减速箱（或联轴器）-纵向滚珠丝杠大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。X轴：横向电机减速箱（或联轴器）-横向滚珠丝杠横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。3.1.2 滚珠丝杠副的选择和布置结构形式普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低，不能适应于高速运动。另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等等，在进行普通机床数控化改造时往往都将其更换为滚珠丝

16、杠副。滚珠丝杠副有以下一些特点：摩擦损失小，传动效率高，可达0.900.96;若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性好。但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容

17、易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构。改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近，对有特殊要求的机床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝杠的直径。丝杠导程在满足机床改造后性能的前提下越小，对机床的传动精度越有利。机床的传动精度在保证机床刚性的情况下，与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系，一般在普通机床改造中丝杠副选P4级即可满足要求，特殊精密机床选P3级甚至更高。丝杠副轴承常见

18、的布置形式根据不同的需要可以分为以下几种、图a中为双推自由式。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铳床的垂直坐标中。、图b中为双推简支式。其轴向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变形的影响。双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。、图c为双推双推式。这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴承的预紧力预拉伸丝杠，以减少丝杠热变形的影响。这种方式多用在丝杠长度不大得情况，但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、支承刚度以及丝杠装配时的预拉伸量，否则会影响轴承寿命，同时也会因为预加负载得不易控制而增加电机

19、的附加扭矩。、图d为单推-单推式，推力轴承分别安装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力。特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推-双推式低。(2)、机床导轨普通车床导轨大多采用的是滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时问后都会有不同程度的磨损，对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。因此在对其进行数控化改造的同时必须针对机床导轨状况进行必要的检修处理，对于磨损较严重的更要进行大修，即进行磨削、淬火、贴塑、配刮等处理，同时采用合理的润滑，充分保证其精度。(3)、电机与丝杠的联接在满足机床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，我们多将电机与丝杠副通过联轴器直接联接，这要根据

20、改造中实际情况来定。一般对于小型车床如C6116型，由于空间尺寸有限，特别是X轴，电机与丝杠副不能直联，多采用齿轮副或同步带论来传动；对于大型车床如C615Q床身长5米的车床，由于丝杠较长，直径较大，除了要考虑传动力的问题，还要考虑其低速性能及加减速惯量匹配的问题，往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带论来传动，其传动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等，同步带论传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法3.2 主轴部分的改造车床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动，消耗机床大部分动力。普通车床由主电动机经皮带传动，经主轴变速箱带动主

21、轴旋转，主轴箱经手动或自动变速获得（924）级转速，通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转；而数控车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电机和变频器组成。普通车床在数控化改造时大部分情况下保留原主轴箱，不做改动或少做改动。如需改动则要注意以下几点：如原主轴含液压操纵主轴的变速、正反转和润滑功能，则需对其增装单独普通电机加以驱动，避免液压系统受到主电机正反转或转速变换而失灵。如不需要原有机械变速换挡时，则需将主轴箱内齿轮组固定在一恒定的速度链上，摩擦片也应焊死以免因为误操作出现事故。机床能否进行螺纹加工是主轴部分数控化改造的另一重要部分，传统车床加工螺纹时往往是通过挂轮组来完成，加工不同

22、的螺纹则需不同的挂轮组，操作起来十分麻烦。改造时如图2,我们通常在主轴末端或挂轮架处增装一光电编码器，其转速与主轴转速一致，主轴转一周，光电码盘转一转，通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性，从而加工出理想螺距的螺纹。根据其编码方式的不同，光电码盘可分为增量式光电码盘和绝对式光电码盘，目前国内常用的为增量式光电码盘。根据光电码盘上刻线条数可分为1024线、2048线等，我们常用的为1024线即可满足要求。3.3 刀架部分的改造目前数控车床刀架基本为电动刀架，具特点是定位更准确、迅速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根据需要对其加以更换。电动刀架可分为卧式转塔刀架（一

23、般安装812把刀）和立式电动刀架，立式电动刀架有四工位（或六工位），其中每一种刀架又有抬刀刀架。（两端齿盘）和免抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用立式四工位电动刀架。3.4 润滑部分的改造老式传统车床除主轴箱外，导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和油脂润滑，这对机床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利，在同等驱动下机床运动的稳定性、灵活性也差一些。在对这些机床改造时一般都要对其润滑部分进行相应的改动，采用稀油集中定量、定时供油润滑的方式，可分为手控润滑和编程自动润化两种，在机床导轨、丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。丝杠支承轴承一般采用油脂润滑，如特殊需要和供

24、油充分的条件下也可采用稀油润滑。3.5 机床防护机床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础上增加切削的保护，即增加挡屑装置。全防护即在局部防护的基础上对整个机床加以封闭，此种防护最难处理，考虑的因素也很多如安装位、防水、美观等。实际操作起来以前两种最多，也最易操作。4总体方案4.1 控制部分总体方案对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求C6

25、132车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU勺选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；I/O口扩展的能

26、力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPlf口MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM勺8051,8751是用EPROM；替ROM勺8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。4

27、.2 机械部分总体方案(1)主传动系统，保留原有的主传动系统和变速机构，这样既保留了机床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自动改变切削速度，可采用交流变频调速，这样改造成本较高，本次改造主传动系统不做任何改动。(2)进给传动系统改造纵、横向传动全部用滚珠丝杠(传动效率高，达到90%。(拆除原有的挂轮系统、进给箱、溜板箱、光杆)，在溜板下加装滚珠丝杠螺母托架，在滚珠丝杠的头、尾部加装接套、接杆及支承。(3)刀架部分不做改动，一次装夹一把刀，不能自动换刀。5机床进给系统的改造5.1 改造思路丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时

28、可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。纵向进给系统由伺服电动机经减速后驱动滚珠丝杠螺母机构运动，带动大拖板左右纵向移动。伺服电动机安装在纵向丝杠的右端。横向进给系统改造应保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，由步进电机经减速器后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电动机安装在大拖板后端，用法兰盘将步进电动机与大拖板连接起来，一保证其同轴度和提高传动精度。5.2 数控部分下图，为用MCS-51系列单片机组成的控制系统，该系统

29、采用8031作CPU扩展了两片2764芯片、一片6264芯片、两片8155可编程并行I/O接口。控制系统的功能Z向和X向进给伺服运动键盘显示自动转位刀架控制螺纹加工控制面板管理行程控制其他功能报警电路急停电路复位电路光隔离电路功能电路等。CPU存储器和I/O接口CPUS用8031芯片，选用6MHz晶体振荡器。它的P0口作为数据总线和地址总线共用。16位地址总线有P0经地址锁存器74LS373提供低8位A0A7高8位地址A8A15由8031的P2口直接提供。ALE为地址锁存允许。PSENM氐电平时选用外部存储器（EPROM相应的指令字节出现在EPROM1数据线（D0D7上，输出至IJP0口，80

30、31将指令读入。RESETS复位控制，当RESE瑜入输出端出现高电平时，8031被初始化复位，在复位有效期向ALEPSENt输出高电平。当RESET俞入端返回低电平后，CPU从O地址开始执行程序。（故设计中一定有一片2764芯片连到74LS138的Y0）设计中采用上电复位和开关复位。另外，两片8155的RESET&与8031的RESET1脚相连，它们可同时复位。8031的T0是片内的定时器/计数器溢出中断申请，由主轴后面的光电编码器输入。当车床车螺纹时，主轴光电编码器向8031T0发出进给脉冲，用以控制不同导程的螺纹加工。光电编码器还发出一个零位螺纹信号，输入到8255的PB6口，用以

31、防止车螺纹乱扣。P3.0和P3.1分别控制回X轴原点和Z轴原点。P3.2接越程限位控制电路，当床鞍或托板在Z向或X向越程时，即向计算机输入此信号，使进给系统停止。8255主要用于功能键的控制。其中PB口为输入口，PB0PB5乍为功能键控制管理，分别控制x+向、x-向、z+向、z-向进给、起动和回零。PC0PC他是输入口，分别控制编辑、单步运行、自动、手动1、手动2和单段运行。PA1PA6为输出口，用于控制Z向、X向步进电机运转，X、Z向步进电机均为五相。键盘和显示器我采用的是8279芯片，由于此芯片课程当中接触较少，故特将此芯片引脚功能归纳如下：8279弓唧说明<1>DB0DB7双

32、向数据总线。在CPUt8279间做数据与命令传送。<2>CLK8279的系统时钟，100KHz为最佳选择。<3>RESET复位输入线。输入HI时可复位8279。<4>CS芯片选择信号线。当这个输入引脚为低电平时，可将命令写入8279或读取8279的数据。<5>AQ缓冲器地址选择线。A0=0时，读写一般数据；A0=1时，读取状态标志位或写入命令。<6>RD读取控制线。RD=0寸,8279输送数据到外部总线。<7>WR写入控制线。WR=0寸,8279从外部总线接收数据。<8>IRQ中断请求。平常IRQ为LO,在键盘

33、模式下，每次读取FIFO/SENSORRAM勺数据时，IRQ变为HI,读取后转为LQ在传感器模式下，只要传感器一有变化，就会使IRQ变为HI,读取后转为LQ<9>SL0SL3扫描按键开关或传感器矩阵及显示器，可以是编码模式（16对1）或解码模式（4对1）。<10>RL0RL7键盘/传感器的返回线。无按键被按时，返回线为HI;有按键被按时，该按键的返回线为LQ在激发输入模式时，为8位的数据输入。<11>SHIFT在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与其它按键的状态一同储存（在BIT6）,内部有上拉电阻，未按时为HI,按时为LQ<12>CNTL/STB

34、在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与SHIFT以及其它按键的状态同一储存，内部有上拉电阻，未按时为HI,按时为L0=在激发输入模式时，作为返回线8位数据的使能引脚。<13>OUTA0OUTA劲态扫描显示的输出口（高4位）。<14>OUTB0OUTB劲态扫描显示的输出口（低4位）。<15>BD消隐输出线。电路图中所示为8位显示器，4x8键盘和8279的接口电路。途中键盘的行线接8279的RL0RL38279选用外部译码方式，SL0SL2经74LS138（1）译码输出丫0丫7,接键盘白列线，SL0SL2又由74LS138（2）译码输出Y0Y7,经驱动后输出到显示

35、器各位的公共阴极，输出线OUT%、3N0UTA(03人为8位段数据输出口，BD控制74LS1382)的译码，当位切换时，BD输出低电平，74LS138(2)全为高电平，当键盘上出现有效的闭合键时，键输入数据自动地进入8279的FIFORAM存储器，并向8031请求中断，读取FIFORAM中的输入键值，更新显示器输出，仅需改变8279中显示缓冲器RAMfr的内容。图中8279命令/状态口地址为7FFH数据口地址为7FFEHPC4用于报警显示，系统正常工作时，输出低电平是，绿色发光二极管亮，当系统出现异常情况时输出高电平，经反向后，红色发光二极管亮，实现报警功能。8155(2)控制步进电机，行程控

36、制，以及键盘、显示电路。其中PA0PA7为输出口，用于控制Z向、X向步进电机运转，Z向步进电机为五相，X为三相。此系统采用软环分配。键盘显示电路为4x6键和6位显示器。PC0PC排为键盘的6条列线，是键盘扫描线，是输出口。PB0PB孩行线作为键盘输入口。PC0PC5是6位数码显示器的选位信号，8031的P1口是数码显示器的段选信号。PB4PB7接越程限位控制电路，当床鞍或托板在Z向或X向越程时，即向计算机输入此信号，使进给系统停止。3、存储器及I/O芯片地址分配芯片接74LS138引脚地址选择线片内地址单元地址编码2764(1)Y0000XXXXXXXXXXXXX8K0000H1FFH2764

37、(2)Y1001XXXXXXXXXXXXX8K2000H3FFH6264(1)Y2010XXXXXXXXXXXXX8K4000H5FFH6264(2)Y3011XXXXXXXXXXXXX8K6000H7FFH8279Y4100XXXXXXXXXXXXX8000H9FFH8255Y5101XXXXXXXXXXXXX0A000H0BFFH5.3机械部分一、选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step,横向：0.005mm/step二、计算切削力1、纵车外圆主切削力Fz(NJ)按经验公式计算：D1.5FZ=0.67Dmax1.5=(0.67x340)N=4200N按切削力

38、各分力比例：Fx:Fy:Fz=1:0.25:4Fx=4200x0.25N=1050NFy=4200x0.4N=1680N2、横切端面主切削力Fz(N)可取切削力的1/2Fz=0.5Fz=2100N此时走到抗力为Fy(NJ),吃刀抗力为Fx(N)o仍按上述比例粗略计算：Fx:Fy:Fz=1:0.25:0.4'=2100x0.25N=525NFx=2100x0.4=840N三、滚珠丝杠螺母副的计算和选型(一)纵向进给丝杠1、计算进给牵引力Fm(N)纵向进给为综合型导轨Fm=KFx+(Fz+G)=1.15x1050+0.16(4200+1500)N=2119.5N式中K-考虑颠覆力矩影响的实

39、验系数，K=1.15。f滑动导轨摩擦系数：0.150.18G溜板及刀架重力，取1500N2、计算最大动负载CC=3LfwFm,60nTL21000vsn=L0式中L0滚珠丝杠导程初选6mmvs最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的1/21/3.，此处vsm为0.5m/min；T使用寿命，按15000h;fw运转系数，按一般运转取1.21.5;L寿命以106转为1单位。1000Vs1000x0.5x0.5n=L0=6r/min=41.67r/min,60nT60x41.67x15000L106=106=37.5C=3.LfwFm=337.5x1.2x2119.5N=8513.2N3、滚珠丝杠

40、螺母副的选型查表，采用W1L350的卜循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈,其额定动负载为15400N精度等级选3级。4、传动效率计算_tantan（丁十中）式中螺旋升角,W1L3506=339中摩+S角取10滚动摩擦系数0.0030.004_tantan37tan(=tan(37,+10)=0.955、先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如图所示。最大牵引力,预紧力为最大轴2119.5N。支承间距L=1500mm丝杠螺母及轴承均进行预紧,向负荷的1/3。(1)丝杠的拉伸或压缩变形量61查表，根据Fm=2119.5N,D0=35mm查出&l/L=0.25x10，可算出：d

41、=LL/Lx1500=(0.25x10x1500)mm=3.75x102mm由于两端都采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了轴向预拉伸，故其抗拉刚度可以提高4倍，其实际变形量自(mrm为：1.；1o1=4=0.9375x10mm(2)滚珠和螺纹滚道间接触变形台2查图，W系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量°Q:,Q=6'm因进行了预紧，2=2=0.5x6m=3m(3)支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8206型推力轴承，d=30mm滚动体直径dQ=6.35mm滚动体数量z=18,.依MicrosofL公式3.03Fm232119.52c=0.00052dQZ=0.00052&

42、#39;6.35X182=0.0067mm注意，此公式中Fm单位应为N因施加预紧力，故1&13=2=2x0.0067mm=0.0034mm根据以上计算:、='123=0.016mm6、稳定性校核。滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象，不需做稳定性校核(二)横向进给丝杠1、计算进给牵引力Fm横向导轨为燕尾形，计算如下：Fm=1.4xFy+f'(Fz+2Fx+Gr)=1.4x525+0.2(2100+2x840+80。N=1651N2、计算最大动负载C1000Vs1000x0.25x0.5n=L0=5=25,60nT60x25x15000L二-1106=106=22.

43、5C=3/LfwFm=(225x1.2x1651)n=5593N3、从附录表中查得，W1L20051列2.5圈外螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为8800N,可满足要求，选定精度等级为3级。4、传动效率计算二tantan433"tan(丁+平)=tan(4?3'+10)=0.9655、刚度验算横向进给丝杠最大牵引力为1651N支承间距L=350mm因丝杠长度较短，不需预紧。螺母及轴承预紧。计算如下：(1)丝杠的拉伸或压缩变形量01D0=20mm查出或/L0=2.5x10、可算出：1='L/L0xL=(2.5x10'x350)mm=8.75x10"mm(

44、2)滚珠和螺纹滚道间接触变形力查图，W系列1列3.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量%:、q=5Jm.L'q-因进行了预紧，'2=2=0.5x5m=2.5m(3)支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形03采用8203型推力轴承，d=17mm滚动体直径dQ=4.763mm滚动体数量z=12,3Fm2316512c=0.00052dQZ=0.000524.763X122=0.0082mm考虑到进行了预紧，故、Ac13=2=2x0.0082mm=0.0041mm根据以上计算：、=、123=0.0l5mm四、齿轮传动比计算1、纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量n=0.01,滚珠丝杠导程L

45、0=6mm若步进电机与丝杠直接相连，不需要齿轮，则：Hicrosfftt逝Microsoft公式10360、pi=口吐0=1,得,=62、横向进给齿轮箱传动比计算已确定横向进给脉冲当量外=0.005,滚珠丝杠导程L0=5mm初选步进电机步距角0.75二可计算传动比i：360'p360x0.005i=4L0=0.75x5=0.48可选定齿轮齿数为:Z124i=Z2=50d2=mz2=150=50mm因传递的扭距较小，取模数m=1mmU：分度圆直径:di=mzi=124=24mm齿顶圆直径：dai=(42)m=(242)1:26mmda2=(z22)m=(502)1-52mm齿根圆直径:d

46、f1=(乙-2.5)m=(24-2.5)1=21.5mmdf2=(乙-2.5)m=(50-2.5)1=47.5mm齿宽:b=*dd1=1x24=24mmb1=25b2=30中心距:a=0.5(d1d2)=0.5(2450)=37mm0分度圆压力角:=20大小齿轮均采用渐开线标准圆柱齿轮小齿轮采用两片薄齿轮错齿排列以消除间隙.双片齿轮错齿消隙结构图如下1、2-薄齿轮，3弹簧，4、8凸耳，5一调节螺钉，6、7螺母双片齿轮错齿消隙结构图五、步进电机的计算和选型(一)纵向进给步进电机1、初选步进电机(1)计算步进电机负载转矩Tm36、.pFm36x0.01x2119.5Tm=2二3=27x0.6x0.

47、99x0.99x0.94Ncm=219.69N-cm式中一p脉冲当量(mm/step)Fm进给牵引力(N)丁一一步距角，初选双拍制为0.6"电机-丝杠的传动效率，为轴承、丝杠效率之积，分别为0.99、0.99、0.94;(2)估算步进电机启动转矩TqTm219.69Tq=0.30.5=0.3=732.3Ncm(3)计算最大静转矩Tjmax查表，如取五相十拍，则TTljmax=lq/0.951=770N-cm(4)计算步进电机运行频率fe和最高启动频率fk1000vsm1000x0.5fe=60'p=60x0.01Hz=833.3Hz1000vmax1000x2.4fk=60P

48、=60x0.01Hz=4000Hz式中，vs最大切削进给速度(m/min),这取0.5m/minvmax最大切削进给速度(m/min),这里取2.4m/minp脉冲当量，取0.01mm/step(5)初选步进电机型号根据估算的最大静转矩Tjma和表中查出130BF001最大静转矩为931NcmJjmax可以满足要求。考虑到此经济型数控车床有可能使用较大的切削用量，应该选稍大的转矩的步进电机，以留有一定的余量。另一方面，与国内同类型机床进行类比，与国内同类型机床进行类比，决定采用150BF002步进电机。但从表中看出150BF00妙进电机最高空载起动频率为2800Hz,不能满足fk(4000Hz

49、)的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件升降速程序来解决。2、校核步进电机转矩前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选之后，应该进行校核计算。等效转动惯量计算传动系统折算到电机轴上的转动惯量JZ(kg*cm2)可由下式计算：J+G"JSJ£=Jm+_gQ儿式中JM步进电机转子转动惯量（kg，Cm2）2J1、J2齿轮乙、乙的转动惯量（kg*cm）Js滚珠丝杠转动惯量（kg,cm2）参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF,其转子转动惯量Jm=10kg*cm2J1=0.78x10xd1L1=(0.78x10j3x6.44x2)kg*cm=2.62kg*cm2J2=0

50、.78x10，d43=(0.78x10x84x2)kg*cm2=6.39kg*cm2Js=(0.78x2210x44x150)kg.cm=29.952kgcmG=1500N代入上式:Js15000.6YJZ=JM+-g12"T0+29.952+9.8kkg2,cm=41.348kg2cm考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题.Jm/J=10/41.348=0.242基本满足惯性匹配的要求。（2）电机转矩计算机床在不同的工况下，其所需的转矩不同，下面分别按各阶段计算:快速空载起动转矩M在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算公式如下:M=Mamax+Mf+M0nmax602-：n

51、maxXl0xtMamax=J.=Jz2二XaX10气J%60Xtavbmaxbnmax=V360将数据代入，vmaxxb24000.6nmax=p360=0.01360=400r/min起动加速时间ta=30ms2二nmax2二x500Mamax=JZx60xta=36.355x60x0.03x10，Ncm=634.5N-cm折算到电机轴上的摩擦转矩MfF0L0f'(Pz+G)XL。Mf=2二i=2二Z2/Z10.16(53601500)X0.6=27Tx0.8x1.25Ncm=104.8N-cm附加摩擦转矩M0(1-0)FP0L0(12)_1/3xFmXL。2二i'0一2二

52、Z2/Z11/3x2638.6x0.6人八评、(1-0.9)=12欧0.8x1.25n-cm=(83.99x0,19)Ncm=15.96N-cm上述三项合计：M=Mamax+Mf+M0=634.5+104.8+15.96=755.26N-cm快速移动时所需的转矩MM=Mf+M0=104.8+15.96Ncm=120.76N-cm最大切削负载时所需转矩MM=Mf+M0+MtFxL。=Mf+M0+2二i104.815.961340x0.6i2二x0,8x1.25=(104.8+15.96+127.96)N-cm=248.72N-cm从上面计算可以看出，MM'、M”三种工况下，以快速快速空载

53、起动所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从表中查出，当步进电机为五项十拍时九"Mq/Mjmax=0.951,则最大静转矩为jmax=（755.26/0.951）NJ-cm=794.2N-cm从表中查出150BF002型步进电机最大转矩为13.72Ncm,大于所需最大静转矩，可以满足此项要求。校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性前面已经计算出此机床最大快速移动时所需的步进电机最高起动频率fk为4000Hz,切削进给时所需步进电机运行频率fe为833Hz。从表中查出150BF002®步进电机允许的最高空载起动频率为2800Hz运行频率为8000Hz,再从图中查出

54、150BF002步进电机起动矩频特性和运行矩频特性如下图所示。看出，当步进电机起动时，f=2500Hz时，M=100Ncm,远远不能满足此机床所需的空载起动力矩（755.26N-cM直接使用则会产生失步现象，所以必须采取升降速控制（用软件时间），将起动频率降到1000Hz时，起动转矩可增高到588.4N-cm,然后在电路上上再采取高低压驱动电路，还可将步进电机输出转矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运行矩频特性，完全可以满足要求。（二）横向进给步进电机1、初选步进电机（1）计算步进电机负载转矩Tm36pFm36x0.005x1651Tm=2二%=2.X0.75x

55、0.98x0.99x0.99x0.94NJ.cm=69.85Ncm式中p脉/中当重（mm/step）F进给牵引力(Nb一步距角，初选双拍制为0.75"电机-丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99、0.94;(2)估算步进电机启动转矩TqTm69.85Tq=0.30.5=0.3=232.8N-cm(3)计算最大静转矩Tjmax查表，如取五相十拍，则Tjmax=Tq/0.951=244.8N-cm(4)计算步进电机运行频率fe和最高启动频率fk1000vsm1000x0.25fe=60'p=60x0.005Hz=833.3Hz1000vma

56、x1000x1.2fk=60P=60x0.005Hz=4000Hz式中，vs最大切削进给速度(m/min),这取0.25m/minvmax最大切削进给速度(m/min),这里取1.2m/minp-脉冲当量，取0.005mm/step(5)初选步进电机型号根据估算的最大静转矩Tjmax在表中查出90BF001最大静转矩为392NcmJ3x可以满足要求。考虑到此经济型数控车床有可能使用较大的切削用量，应该选稍大的转矩的步进电机，以留有一定的余量。另一方面，与国内同类型机床进行类比，与国内同类型机床进行类比，决定采用130BF001步进电机。但从表中看出130BF001步进电机最高空载起动频3000Hz,不能满足fk(4000Hz)的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用