CK5116A立式车床数控设计

#性变形量的负载称为允许的最大静负荷C。选取静态安全系数f=2,滚珠丝杠的0s最大轴向负荷F=F=2254N故最大静负荷为：maxmC二f-F二2x2554二5108N。0smax选择滚珠丝杠副见表2-1传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率耳―tan2。44'二00477二DMtan&+©丿tan2o54'0.0506表2-1滚珠丝杠副参数型号公称直径(mm)基本导程(mm)螺旋升角丝杠外径(mm)丝杠内径(mm)额定动载荷(N)丝杠长度(mm)额定静载荷(N)4006-3.54062o44'39.235.9824100120082400(6)刚度校核主要校核滚珠丝杠在工作负载F和扭矩T共同作用下引起的每导程变形量mAL是否符合丝杠精度要求。每导程变形量AL可按以下公式计算AL=AL=AL+AL12FLL申=+—m_0+0—EF2兀TL申=±0-GJ选取E=20.6x104(Nmm)F=^^=1017.88(mm)2

2554x620.6x102554x620.6x104x1017.88=7.3x10-5mmTOC\o"1-5"\h\zNL=—m0iEF\o"CurrentDocument"AL=3=6x2・28x10-4=2.2x10-4mm22兀「兀其中：J=d4=8.2x104mm46412554x6申=mm=2.28x10-4mm824x8.2x104则：A则：AL=AL+AL12=7.3x10-5+2.2x10-4=2.93x10-4mmA=100AL=100x0.000293mm/mL61=0.0049mm/m查表所得，所选用的D级丝杠精度允许误差为10卩m/m，满足要求。稳定性校核机床在进给时滚珠丝杠通常是受轴向力的一压杆。若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生翘曲，所以选用时必须进行稳定性校核。如果满足稳定性安全系数n大于许用稳定性安全系数(n)，则丝杠安全，不会失稳：n=匸>(n)kkkFk式中(nk)——许用稳定性安全系数，一般取劭。mPpk――丝杠失稳时的临界负载，由：k(W)2式中l——丝杠长度卩——丝杠轴端系数，由支承条件定。J――截面惯性矩，对实心圆J=—d4641对于水平丝杠要考虑自重影响可取(n)>4。k将相关数据代入上式中可得pJ2x2°6x106x8・2x104=115776N

k(1x1200)2nk=科=45>叫丝杠不会失稳。

2.1.2步进电机的选用CK5116A型普通车床数控化改造，采用了一种比较简单但是较为典型的改装方案，改造后的车床进给运动由步进电机A和B驱动，它们分别安装在床头箱内（或床身尾部）和拖板后方，通过减速齿轮和纵横向丝杠带动车床的纵横进给运动。为使改造后的车床能充分发挥数控车床的效能，纵横向丝杠螺母副一般需要调换成滚珠丝杠螺母副。当利用原丝杠螺母副时，为了减少改造工作量，纵向驱动电机及减速箱一般装在床身尾部，这时连接车床原传动系统（主轴系统）和纵向丝杠传动的离合器尚未拆除，工作时应使处于脱开位置。同理脱落蜗杆等原横向自动进给机构若未拆除，工作时也应使其处于空档（空挡）位置。改造后的进给脉冲当量的量值靠步进电机步距角、减速齿轮比、丝杠导程三者协调确定。三者之间换算关系可以以下式表示：（0/360）x（ac/bd）xT=8式中0步进电机步聚角（度）；T所驱动丝杠导程（mm）;a,b,c,d齿轮齿数，当单级减数时，令c、d等于1；8脉冲当量值（mm）。步进电机的参数根据阻力矩及切屑用量的大小和机床型号来选择，普通车床（如C6140、CK5116A等）的数控改造中多采用——（N・m）静力矩的步进电机，本设计选（N・m）的作为横向进给电机；选（N・m）的作为纵向进给电机。2.1.2.1脉冲量的选择初选三相步进电动机的步距角为O.75o/1.5o，当三相六拍（1〜2相励磁）运行时,步距角0二O.75o其妹转脉冲数36Oo36O36Oo36OoO.75o=48Op.r脉冲当量：5二O.O1mmp由此可得中间齿轮传动比i为°弋=O.O1x48O=1.252.1.2.2等效负载转距计算1•空载时的摩擦转矩Tlf

卩•①L0.06x800x0.006T===0.046NmLF2兀耳i2兀x0.8x1.25s2•车削加工时的负载转矩TL卜+卩W+FP11391+0.06(800+2226)]x0.006.…2兀x0.8x1.25T=―xy2兀x0.8x1.25l2兀叶Si2.1.2.3等效转动惯量的计算1.滚珠丝杠的转动惯量JS32=业="°.°44xL2x侶x103=0.00237Nm232322.拖板运动惯量换算到电动机轴上的转动惯量J(D21800(21800(0.006)x—=xi29.8J2兀丿2x-1=4.76x10-5Nm1.2523•大齿轮的转动惯量Jg2选取大齿轮齿数Z=45，小齿轮齿数Z=36，模数m=3•大齿轮的转动惯量Jg2选取大齿轮齿数Z=45，小齿轮齿数Z=36，模数m=2mm。21Jg2=竺哑=g°.°94x0・01x7・85x103=0.0005056Nm232324•小齿轮的转动惯量Jg1Jg1=竺空=g°.°724x°.°2x侶x103=0.0004142Nm23232换算到电动机轴上的总惯性负载JLLJ+JJ=J+J+—&^sLg1wi2=0.0004142+0.0000476+°.0005056+0.002371.252=0.0023Nm22.1.2.4等效转动惯量的计算已知T=1.5NmJ=2.3x10-3Nm2初选步进电机型号为110BF003,步距角LL转子惯量J=36.8x10一3kg-转子惯量J=36.8x10一3kg-m2,mmax由此可得：1.5J2.3x10-38=0.18<0.5,—l二二0.2528J36.8x10-3m1J<L4Tmax经验算可知电动机合格。110BF003步进电机的外观图及矩频特性图如图外型图:图2-2110BF003外型图:图2-2110BF003步进电机的外观图及矩频特性图横向进给系统的改造设计1．横向进给系统的设计经济性数控改造的横向进给系统的设计比较简单，--般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。其结构示意图见图2—3所示其结构示意图见图2—3所示图2-3车床纵向传动的支承结构1-步进电机；2-床身；3-左支架；4-齿轮副；5-右支架；6-丝杠左支承；7-手轮；8-轴套；9-丝杠右支承；10-螺母座架；11-螺母座；12-丝杠；13-盖；14-轴承。滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置上，为了便于手动与对刀，在丝杠的右端设有手轮，使用时安装上，不用即卸下，以防造成伤害，原机床拖板予以保留，并设有--螺母座架，安装在拖板上，以实现丝杠螺母与拖板之间的联接。步进电机安装在丝杠的左端原进给箱的位置上，由电机上的止口定位，靠四个螺钉和二个定位销与床体相连。丝杠左右端分别用支架与轴承支承，左端用向心球轴承，右端用推力球轴承支承。2.横向滚珠丝杠横向滚珠丝杠也采用三点支承形式。保留原手动机械，用子手动与对刀，步进电机安装在床鞍的后部。靠近操作者--端，布置--根支承短轴，通过--个联轴套与滚珠丝杠连接起来。利用原机床滑动轴承作为径向支承，并对原支承处进行适当改装，布置--对推力球轴承，以实现轴向支承。在远离操作者--端，用--个联轴套和--根连接短轴把滚珠丝杠与减速箱输出轴连接起来。与纵向进给--样，丝杠螺母与横向拖板间仍用--螺母座联接。横向进给机构改造设计如图2-4所示1--步进电机：2--消隙减速箱：3--支承架；4、5、8--联轴套；于螺母座；7--滚珠丝杠螺母副：于支承短轴．图2—4车床横向传动的支承结构2.2.1横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动副相比，有下列特点：传动效率高一般滚珠丝杠副的传动效率达90％~95％，耗费能量仅为滑动丝杆的1/3。运动平稳滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度(HRC58—62)、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的4~10倍以上。定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。同步性好用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。可靠性高润滑密封装置结构简单，维修方便。不能自锁用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。制造工艺复杂滚珠丝杆和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。确定系统的脉冲当量横向(X向)脉冲当量为0.005mm/脉冲。车削力的计算车床的主切削力F(N)可用下式计算：F=0.67D1.5ZZmax式中D车床刀架加工的最大直径单位为mm。max因CK5116A床身加工的最大直径210mm,贝U：F=0.67x2101.5=2039NZ按以下比例分别求出分力F和F,F:F:F二1:0.25:0.4xyZxy贝V：F二510N,F=815.6Nxy车削力的计算滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择机构类型：确定滚轴循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定后，再计算和确定其他参数，包括：公称直径d、导程L、滚珠的工作圈数j、列数k、精度等级等。0本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式中的固定式。滚珠丝杠副的预紧方法选择双螺母螺纹预紧。计算进给率牵引力Fm作用在滚珠丝杠上的进给率牵引力主要包括切削力时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的形式有关。Fm

的计算公式如下:横向进给导轨为燕尾形，贝V：F=KF+f'(F+2F+G)myzx=1.4x815.6+0.2x(2039+2x510+600)=1873.6N燕尾形导轨选取参数：K二1.4,广=0.2,G二600N计算最大动负荷C选用滚珠丝杠副的直径d时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转0100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负荷C。计算步骤如下：丝杠转速n-s其中v二0.6mmmL=5Ls00n=“0；0'6=120rmin寿命L60x寿命L60xnxT10106r)60x120x1500=10.8106最大动负荷C=xLfFwM=310.8x1.5x1873.6=6212N计算最大静负荷当滚珠丝杠副在静态或低速(n<10rmin)情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形，当塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生大的塑性变形量的负载称为允许的最大静负荷C。选取静态安全系数f=2,滚珠丝0s杠的最大轴向负荷F=F=1873.6N故最大静负荷为maxmC=f-F=2x1873.6=3747.2N0smax选择滚珠丝杠副表2-2滚珠丝杠副参数型号公称直径(mm)基本导程(mm)螺旋升角丝杠外径(mm)丝杠内径(mm)额定动载荷(N)丝杠长度(mm)额定静载荷(N)

2005-2.52054。33'19.317.21265028031600(5)传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率耳_tan2005-2.52054。33'19.317.21265028031600(5)传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率耳_tan丫_tanG+©)tan4o43'tan4033'0.0796=0.9650.0825(6)刚度校核主要校核滚珠丝杠在工作负载F和扭矩T共同作用下引起的每导程变形量mAL是否符合丝杠精度要求。每导程变形量AL可按以下公式计算FLL®AL=AL+AL=±—m亠+o—i2EF2兀TLp=±0GJ选取E=20.6x104(Nmm)F=—4^=232.23(mm)2人F-LAL=—m01EF1873.6x520.6x104x232.23=2.0x10-4mm―Lp5x2.64x10-3AL=—=22兀2x兀=2.1x10-3mm—兀其中：J=d4=4.3x103mm46411873.6x582.4x105x0.43mm=2.64x10-3mm则AL=AL+AL12=2.0x10-4+2.1x10-3=2.3x10-3mm100A=AL=L1100Tx0.0023mm/m=0.046mm/m查手册所得，所选用的G级丝杠精度允许误差为60卩m/m，满足要求。

（7）稳定性校核机床在进给时滚珠丝杠通常是受轴向力的一压杆。若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生翘曲，所以选用时必须进行稳定性校核。如果满足稳定性安全系数n大于许用稳定性安全系数（n），则丝杠安全，不会失稳：kk式中(n)k式中(n)k

p—

k

式中l—许用稳定性安全系数，一般取〜4。丝杠失稳时的临界负载，由丝杠长度兀EJP=k(MP卩——丝杠轴端系数，由支承条件定。■仃J截面惯性矩，对实心圆J=一d464i对于水平丝杠要考虑自重影响可取（n）>4。k将相关数据代入上式中可得“2X2°.6X1°6X4.3X1°3二［j?伙心幷

(1x280)21.12x1.12x1071873.6=6000>(n)k丝杠不会失稳。2.2.2横向步进电机的选用电动机工作时会发热，它不仅取决于负载的大小，也和负载持续的时间的长短密切相关，这是选择额定功率时必须考虑的。按电动机的不同发热情况，可以分为三种工作方式（或称工作制），即连续工作方式、短时工作方式和断续周期性工作方式。CK5116A车床其工作时间一般较长，温升可以达到稳定值，电机的负载可能是恒定或大小基本恒定的常值负载或变化负载，因此属于连续工作方式。由于电动机为连续工作方式，负载平稳，且经常启动、制动和正反转，因此因优先采用鼠笼式异步电动机。2.2.2.1脉冲量的选择初选三相步进电动机的步距角为0.750fl.5。，当三相六拍（1〜2相励磁）运行时，步距角0=0.750其妹转脉冲数：S=3600=色匹=480pr00.750初选脉冲当量：5=0.005mmp由此可得中间齿轮传动比i为=2.08L5=2.08i==5S0.005x4802.2.2.2等效负载转矩计算1•空载时的摩擦转矩Tlf卩-①Li0.06x600x0.005x0.48T===0.017NmLF2兀耳s2兀x0.82•车削加工时的负载转矩T厶If+yW+f必（5xyl2眄S2.2.2.3等效转动惯量的计算10+站+血°.005x竺=0.29Nm2兀x0.81.滚动丝杠的转动惯量JSJ=空=宀°.°24x侶x103x°28=0.000034Nm2s32322.拖板运动惯量换算到电动机轴上的转动惯量Jwg12兀丿600(0.005)x9.8J2兀丿2x0.482=0.89x10—5Nm3•大齿轮的转动惯量Jg2选取大齿轮齿数Z=50,2小齿轮齿数Z=24，模数m=2mm。1Jg2兀d4bp=——2_2-32gO.14x0.°1x侶x1°3=0.00077Nm2324•小齿轮的转动惯量Jg1Jg132=沁=竺°.°484x°.°2x竺x103=0.000082Nm2Jg132换算到电动机轴上的总惯性负载JLJ=J+J+(J+J)i2Lg1wg2s二0.000082+0.0000089+(0.00077+0.000034)x0.482二0.000276Nm22.2.2.4步进电动机型号的选择已知T=0.29NmJ=2.76x10-4Nm2=2.82x10-5kg-m2初选步进电机型LL号为90BF002，步距角0.750三相六拍。其中最大静扭矩T=3.92N-m，转子惯max量J=17.64x10-5kg-m2，由此可得:m-L0.29392二0.074<0.52.82x10-517.64x10-5maxmax1J<L4Tmax经验算可知电动机合格。电动机外形图及矩频图如图2-5:!010rrin-iiin»mimHiiiiiJi10010001C0QQ图2-5110BF003步进电机的外观图及矩频特性图齿轮传动间隙的调整在横向进给和纵向进给的步进电机和滚珠丝杠间都是通过一对减速直齿轮传动的，这就要求我们对齿轮的传动间隙进行调整。常用的直齿轮调整齿侧间隙的方法有以下几种。（1）偏心套（轴）调整法如图2-6所示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮4装在电机输出轴上，并将电机2安装在偏心套1（或偏心轴）上，通过转动偏心套（偏心轴）的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。

图2-6偏心套式间隙消除机构1—偏心套2—电动机3—减速箱4、5—减速齿轮轴向垫片调整法如图2-7所示，齿轮1和2相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片3的厚度应使得齿轮1和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套(轴)调整法。图2-7圆柱齿轮轴向垫片间隙消除机构双片薄齿轮错齿调整法这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区，具体调整措施如下：周向弹簧式(图2-8)在两个薄片齿轮2和4上各开了几条周向圆弧槽，并在齿轮3和4的端面上有安装弹簧2的短柱1。在弹簧2的作用下使薄片齿轮3和4错位而消除齿侧间隙。这种结构形式中的弹簧2的拉力必须足以克服驱动转矩才能起作用。因该方法受到周向圆弧槽及弹簧尺寸限制，故仅适用于读数装置而不

适用于驱动装置。可调拉簧式（图2-9）在两个薄片齿轮1和2上装有凸耳3，弹簧的一端钩在凸耳3上，另一端钩在螺钉7上。弹簧4的拉力大小可用螺母5调节螺钉7的伸出长度，调整好后再用螺母6锁紧。本设计所选用的是双片薄齿轮错齿调整法中的可调拉簧式。由此就可以将纵向及

横向进给系统的装配图设计并画出，具体请见图纸。图2-8薄片齿轮周向拉簧错齿调隙机构图图2-8薄片齿轮周向拉簧错齿调隙机构图2-9可调拉簧式调隙第3章电气控制部分的设计在这一部分我们采用MCS-51系列单片机控制主控系统，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的8051,8751是用EPROM代替ROM的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。单片机的选择46715161718RST/^'i—KXD-珂』—46715161718RST/^'i—KXD-珂』—TXP,fVn—INTo^Pji—聞g—0P和—T“¥—WR^叨一RD.Pv—XTALp—XIALi—1]二图3-18031引脚图本设计选用8031芯片，片内无ROM或者EPROM，使用时必须配置外部的程序存储器EPROM。本设计选用了27128扩展其空间，8031的引脚分3大功能：（1）I/O口线P,P,P,P共4个八位口。0123（2）控制口线PSEN（片外取指控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择）、RESET（复位控制）。（3）电源和时钟。8031最小应用系统。8031内部不带ROM，需要外接EPROM作为外部程序存储器。又因为8031在外接程序存储器或数据存储器时地址的低8位信息和数据信息分时送出，故还需要采用一片6264数据存储器储存数据。这样，一片27128EPROM和一片6264组成了一个最小的计算机应用系统。PLC自动售货控制系统自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC）取代传统继电器装置以来，PLC得到了快速发展，在全世界各国得到了广泛应用。PLC是由模仿源继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。对于自动售货机这样的系统，被控制对象是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面要容易一些。且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目前使用于自动售货机控制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。所以PLC实现自动售货控制的设计是最佳设计，本文中采用，因为售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以控制起来很方便。

PO.2图3-2系统存储器P2.0PU.P0.6EPROM2712816KX8RAM4264SKxfiPO.2图3-2系统存储器P2.0PU.P0.6EPROM2712816KX8RAM4264SKxfi步进电机的驱动步进电机的运行特性与配套使用的驱动电源有密切关系。驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成，驱动电源是将变频信号源送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动的循环供给电机各组绕组，以驱动电机转子正反向旋转。3.2.1环形脉冲分配器的选择步进电机的各组绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。这种使电机绕组的通电顺序按一定规律变化的部分称为脉冲分配器，又称环形脉冲分配器。所以不同相的电机应选用不同的环形分配器。本设计中所选用的电机，纵向部分为110BF003三相反应式步进电机，与其相配的环形脉冲分配器为CH250，其管脚图见图3-3：TOC\o"1-5"\h\z1514B1》11109I..I.lil_上L：1|：'llj：rCHAK*K〉CH251)l.nJIl'Xfl1；雀!"~11[]1I2345b7图3-3CH250管脚图

CH250有A、B、C三个输出端，当输入端CL或EN加上时钟脉冲后，输出波形将符合三相反应式步进电机的要求，输出电流能力为，经推动级、驱动级放大后即可驱动电动机绕组。CH250在供三相六拍步进电机工作时，线路中的接线见图3-4：616II138]5hLDUkQCH250图3-4三相六拍时CH250接线图横向部分为90BF002五相反应式步进电机，与其相配的环形脉冲分配器为PMM8714，其管脚图见图3-5616II138]5hLDUkQCH250图3-4三相六拍时CH250接线图横向部分为90BF002五相反应式步进电机，与其相配的环形脉冲分配器为PMM8714，其管脚图见图3-5。3.2.2功率放大器的选用从计算机输出口或从环形分配器输出的信号脉冲电流一般只有几个毫安，不能直接驱动步进电机，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增大到几至十几安培，从而驱动步进电机运转。步进电机所使用的功率放大器有电压型和电流型。电压型又有单电压型、双电压型（高低压型）。电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。GNDinptiirOO

o-白出別icnmedeseiPDinpul15Ifiia1920212223PMMB714PT图3-5PMM8714管脚图单电压功率放大电路此电路的优点是电路结构简单，不足之处是Rc消耗能量大，电流脉冲前后沿

不够陡，在改善了高频性能后，低频工作时会使振荡有所增加，使低频特性变坏。高低电压功率放大电路电源U1为高电压，电源大约为80〜150V,U2为低电压电源，大约为5〜20V。在绕组指令脉冲到来时，脉冲的上升沿同时使VT1和VT2导通。图3-5单电压功率放大器由于二极管VD1的作用，使绕组只加上高电压U1,绕组的电流很快达到规定值。到达规定值后，VT1的输入脉冲先变成下降沿，使VT1截止，电动机由低电压U2供电，维持规定电流值，直到VT2输入脉冲下降沿到来VT2截止。不足之处是在高低压衔接处的电流波形在顶部有下凹，影响电动机运行的平稳性。

b)b)图3-6高低电压功率放大电路（3）斩波恒流功放电路该电路的特点是工作时Vin端输入方波步进信号：当Vin为“0”电平，由与门A2输出Vb为“0”电平，功率管（达林顿管）VT截止，绕组W上无电流通过，采样电阻上R3上无反馈电压，A1放大器输出高电平；而当Vin为高电平时，由与门A2输出的Vb也是高电平，功率管VT导通，绕组W上有电流,采样电阻上R3上出现反馈电压Vf，由分压电阻Rl、R2得到设定电压与反馈电压相减，来决定A1输出电平的高低，来决定Vin信号能否通过与门A2。若Vref>Vf时Vin信号通过与门，形成Vb正脉冲，打开功率管VT；反之，Vref<Vf时Vin信号被截止，无Vb正脉冲，功率管VT截止。这样在一个Vin脉冲内，功率管VT会多次通断，使绕组电流在设定值上下波动。图3-7斩波恒流功放电路通过比较选择，本设计中选用单电压功率放大电路。为了避免功放后强电对弱电产生干扰，应在环形分配器和功率放大电路之间加一个光电隔离电路。步进电机的微机控制步进电机的工作过程一般由控制器控制，控制器按照设计者的要求完成一定的控制过程，使功率放大电路按照要求的规律驱动步进电机运行。简单地控制过程可以用各种逻辑电路来实现，但缺点是线路复杂，控制方案改变困难，自从微处理器问世以来，给步进电机控制器设计开辟了新的途径。各种单片微型计算机

的迅速发展和普及，为设计功能很强而价格低廉的步进电机控制器提供了条件。使用微型计算机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。串行控制。具有串行控制功能的单片机系统与步进电机驱动电源之间具有较少的连线。将信号送入步进电机驱动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。这种控制方式的示意图见图3-8。图3-8串彳丁控制示意图并行控制。用微型计算机系统的数个接口直接去控制步进电机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电机驱动电源内，还包括环形分配器，而其功能必须由微型计算机系统完成。由系统实现脉冲分配器的功能又有两种方法：一种是纯软件方法，即完全用软件来实现相序的分配，直接输出各相导通或截止的信号。第二种是软、硬件相结合的方法，这里有专门设计的一种编程器接口，计算机向接口输入简单形式的代码数据，而接口输出的是步进电机各相导通或截止的信号。并行控制方案的示意图见图3-9：图3-9并行控制示意图最后我们将选择的元件用线连接，就可以画出设计所需要的电气控制图了详细图纸内容见图结论面对目前国家的数控普及程度，现实要求我们必须进行普通机床的数控改造。使我们国家在花最少钱的情况下，提高我们的数控化水平。本设计的内容即是对普通车床的数控化改造，目前已有很多人对其进行了研究。在数控改造领域内，车床的数控改造是最普及、最简单也是最重要的。本设计通过对机械部分和电气控制部分中的硬件部分进行了设计，真正实现了机电一体。经过本次改造，CK5116A车床实现了MCS-51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能。可大大提高加工工效，加工质量可以得到稳定。这次做设计的经历使我终身受益，我感受到做设计是要真真正正用心去做的一件事是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫设计了。希望这次设计能让我在以后的学习中激励我继续进步。这次我的设计的题目是CK5116A立式数控车床，这次的题目涉及到的只是面很广，这就需要自己的总结概述，用字记得语言表达出来，而且还要围绕课题发挥。虽然本次课程设计要求自己独立完成，但是还是脱离不了集体的力量，遇到问题时和同学进行讨论，这样就不会使自己在座的过程中没有方向，讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己在处理问题上快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，再设计的过程中不停地改善自己，解决问题。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目，课题相结合，开发设计产品的能力。即让我懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到问题怎样用理论