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1 數(shù)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) C6140 普通臥式車(chē)床數(shù)控化改造之橫向進(jìn)給系統(tǒng)（X ）軸設(shè)計(jì) 目錄 第一章 緒論 .............................................................................................................................................3 1.1、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 ..........................................................................................................................3 1.2、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 ..........................................................................................................................3 1.3、我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 ..........................................................................................................4 1.4、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) ..................................................................................................................4 1.5、數(shù)控機(jī)床改造的意義 ..................................................................................................................4 第二章、車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析 .......................................................................................6 2.1 常見(jiàn)改進(jìn)方案及存在問(wèn)題 .............................................................................................................6 第三章、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................7 3.1、主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案 ..............................................................................................................7 3.2、安裝電動(dòng)卡盤(pán) ..............................................................................................................................7 3.3、進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案 ......................................................................................................8 第四章、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 ...................................................................................................9 4.1、脈沖當(dāng)量的確定 ..........................................................................................................................9 4.2 切削力的計(jì)算 .................................................................................................................................9 4.3、滾珠絲杠螺母 副的的計(jì)算和選型（橫向） ..............................................................................9 第五章、繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖 .................................................................................................14 第六章、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .........................................................................................................15 第七章、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 .................................................................................................17 第八章、控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì) .....................................................................................................18 第九章、結(jié)論 .........................................................................................................................................24 第十章 心得體會(huì) ...................................................................................................................................25 第十一章 參考資料 ...............................................................................................................................27 2 第一章 緒論 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁 改型，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有 適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電 子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成 果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。 1.1、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 數(shù)控機(jī)床最早是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1948 年，美國(guó)帕森斯公司在研制加工 直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè) 想。1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開(kāi)始從事數(shù)控 機(jī)床的研制工作。并于 1952 年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這 是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線(xiàn)插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過(guò)三年改進(jìn)和 自動(dòng)編程研究，于 1955 年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到 20 世紀(jì) 50 年代末，由于價(jià)格 和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了 60 年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控 系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開(kāi)始下降，一些民用工業(yè)開(kāi)始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多 數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而 且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。 1.2、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 自 1952 年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技 術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷 地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。 第一代數(shù)控：1952-1959 年采用電子管元件構(gòu)成的專(zhuān)用數(shù)控裝置。 第二代數(shù)控：從 1959 年開(kāi)始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從 1965 年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的 NC 系統(tǒng)。 第四代數(shù)控：從 1970 年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控 制的系統(tǒng)。 第五代數(shù)控：從 1974 年開(kāi)始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。 目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn) 代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程 序存儲(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù) 控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類(lèi)型機(jī)床的控制要 求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù) 3 控裝置中，使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加 完善。 近年來(lái)，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械 制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī) 集成制造系統(tǒng)。所有這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們 代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。 1.3、我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 我國(guó)從 1958 年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制 成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從 1965 年開(kāi)始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到 60 年代末和 70 年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。與此同 時(shí)，還開(kāi)展了數(shù)控加工平面零件自動(dòng)編程的研究。1972-1979 年是數(shù)控機(jī)床的生 產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車(chē)、 銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開(kāi)始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研 制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開(kāi)始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。從 80 年 代初開(kāi)始，隨著我國(guó)開(kāi)放政策的實(shí)施，先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先 進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó) GE 公司的 MTC-1 數(shù)控系統(tǒng)等。在引 進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開(kāi)發(fā)出 BSO3 經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控系統(tǒng)和 BSO4 全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部 706 所研制出 MNC864 數(shù)控系 統(tǒng)等。進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以 及水平上均有了新的飛躍。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床已跨入一個(gè)新的發(fā)展階段。 1.4、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是 數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還 要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。 在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠(chǎng)家，諸如日本的 FANCU，德國(guó)的 SIEMENS 和美國(guó)的 A-B 公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高 性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了 16 位和 32 位微機(jī)處理機(jī)、 標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到 1MB 以上，機(jī)床分辨率 可達(dá) 0.1 微米，高速進(jìn)給可達(dá) 100m/min,控制軸數(shù)可達(dá) 16 個(gè)，并采用先進(jìn)的電 裝工藝。 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式 方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù) 字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。 4 1.5、數(shù)控機(jī)床改造的意義 數(shù)控機(jī)床改造在國(guó)外已發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門(mén)，早在 60 年代已經(jīng)開(kāi)始 迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和生產(chǎn)上的原 因。我國(guó)是擁有 300 多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的 通用機(jī)床，不論資金和我國(guó)機(jī)床制造廠(chǎng)的能力都是辦不到的。因此，盡快將我 國(guó)現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫 切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在 微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用， 不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動(dòng)化改裝方案，有較 大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格 僅為全功能數(shù)控裝置的 1/3 至 1/5，用戶(hù)承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例 可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了 顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的 基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和 生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時(shí)，它還可以作為全功 能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維 護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化的方向過(guò) 渡的主要內(nèi)容之一。 5 第二章、車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析 C6140 車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)在連續(xù)的使用過(guò)程中，由于磨損等原因，使絲杠 與絲母間隙過(guò)大，產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，影響進(jìn)給精度。通過(guò)調(diào)整可消除絲杠與絲母 間的間隙，但實(shí)踐證明，這種調(diào)整方法只消除了絲母的磨損間隙，而沒(méi)有消除 絲杠的磨損間隙。如果按絲杠磨損較大部位調(diào)整絲母，則在絲杠磨損較小部位 可能因間隙過(guò)小而使進(jìn)給手柄轉(zhuǎn)動(dòng)太沉。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀(guān)察和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的機(jī)床都在很大程度上存在著進(jìn)給 機(jī)構(gòu)精度因磨損而嚴(yán)重下降的問(wèn)題。普通車(chē)床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)因其使用頻繁且 承受很大的切削力，所以，磨損程度較其它機(jī)床嚴(yán)重，如果能夠有效地解決車(chē) 床的進(jìn)給精度問(wèn)題對(duì)其它類(lèi)似的機(jī)構(gòu)都有指導(dǎo)意義。 幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外車(chē)床一直采用上述的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作者在使用過(guò)程中必 須經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整，并把這項(xiàng)工作列入一級(jí)保養(yǎng)內(nèi)容。因此，增加了工人的勞動(dòng) 強(qiáng)度，降低了設(shè)備的利用率，即使這樣也不能很好地保證設(shè)備的精度。 2.1 常見(jiàn)改進(jìn)方案及存在問(wèn)題 針對(duì)普通車(chē)床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給精度問(wèn)題國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家多采用以下三種解 決方案。 1.在中修或項(xiàng)修過(guò)程中，更換新的橫向進(jìn)給絲母。必要時(shí)，對(duì)橫向進(jìn) 給絲杠進(jìn)行修復(fù)，然后再配作絲母，這種辦法并沒(méi)有從根本上解決橫向定位精 度問(wèn)題。機(jī)床只是在修復(fù)后最初階段能夠保障橫向進(jìn)給精度，數(shù)月后就進(jìn)人反 復(fù)調(diào)整階段.而且加大了維修成本。 2.有的專(zhuān)家試圖用改進(jìn)橫向進(jìn)給絲杠支承結(jié)構(gòu)或減小絲杠變形的方法來(lái)解 決問(wèn)題。這種方案僅提高了絲杠的剛度，雖然能夠間接地減緩絲杠和絲母的磨 損，但仍然沒(méi)有從實(shí)質(zhì)上解決問(wèn)題。這種方法的缺點(diǎn)是改造的成本和維修費(fèi)用 很大。 3.80 年代中期，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家們紛紛采用數(shù) 控或數(shù)顯技術(shù)對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造。采用數(shù)控技術(shù)改善機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)精度，尤其是 采用閉環(huán)控制，很好地解決了進(jìn)給精度問(wèn)題。但是這種技術(shù)改造成本太高，一 般企業(yè)無(wú)法承受。采用數(shù)顯技術(shù)改善機(jī)床進(jìn)給精度的實(shí)例在國(guó)內(nèi)比較多，雖然 這種方案比數(shù)控技術(shù)改造投資小，但考慮到投資收益比，也不適合普通車(chē)床這 類(lèi)造價(jià)較低的設(shè)備改造，一般企業(yè)僅把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于精、大、稀設(shè)備的改造， 最常見(jiàn)的是造價(jià)幾十萬(wàn)元的鏜銑床改造。 6 第三章、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案 3.1、主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案 臥式車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造時(shí)，一般可保留原有的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī) 構(gòu)，這樣減少改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制。 提高車(chē)床的自動(dòng)化程度，需要在加工中自動(dòng)變換轉(zhuǎn)速，可用 24 速的多速 電機(jī)和單速主電動(dòng)機(jī)；當(dāng)多速電動(dòng)機(jī)仍不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可用交流變頻器來(lái)控 制主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速（工廠(chǎng)使用情況表明，使用變頻器時(shí)，若工作頻率低于 70Hz，原頻率可以不更換，但所選變頻器得功能應(yīng)比電動(dòng)機(jī)大） 。 其中，當(dāng)采用有級(jí)變速時(shí)，可選用浙超力電機(jī)有限公司生產(chǎn)的 YD 系列 7.5KW 的三湘異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn) 24 檔變速；當(dāng)采用無(wú)級(jí)變速時(shí)，應(yīng)加裝交流 變頻器，推動(dòng) F1000G0075T3B，適配 7.5KW 電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)廠(chǎng)家為煙臺(tái)惠 豐電子有限公司。 3.2、安裝電動(dòng)卡盤(pán) 為了提高加工效率，工件的夾緊與松開(kāi)采用電動(dòng)卡盤(pán)，選用呼和浩特機(jī)床 附件總廠(chǎng)生產(chǎn)的電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)?？ūP(pán)的夾緊與松開(kāi)由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。 安裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車(chē)床原有的手動(dòng)刀架 換成自動(dòng)回轉(zhuǎn)，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 LD4B CK6140 型四工位立式電動(dòng)機(jī)，自動(dòng)換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完 成。 螺紋編碼器的安裝方法 螺紋編碼器又稱(chēng)主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車(chē)床加工螺紋時(shí)，需要配 置主軸脈沖發(fā)生器為車(chē)床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車(chē)床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)中，改造后的車(chē)床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是 24mm，Z 向的進(jìn)給脈沖 當(dāng)量是半脈沖，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)傳輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于 24mm/(0.01mm脈沖)=2400 脈沖?？紤]到編碼器的輸出有相位差為 90的 A、B 相信號(hào)，可將 A、B 經(jīng)邏輯運(yùn)算獲得 2400 個(gè)脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)） ，這樣編碼器 的線(xiàn)數(shù)可降到 1200 線(xiàn)（A、B 信號(hào)） 。另外，為了重復(fù)車(chē)削同一螺旋槽時(shí)不亂 扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個(gè)得零位脈沖 Z。 基于上述要例選擇螺紋編碼器的型號(hào)為:ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源 電壓+5V ，每轉(zhuǎn)輸出 1200 個(gè) A/B 脈沖與一個(gè) Z 脈沖，信號(hào)為電壓輸出，軸頭直 7 徑 15mm,生產(chǎn)廠(chǎng)家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。 螺紋編碼器同常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指 將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它堵住了 主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在主軸箱的后端，一般盡量裝在與主 軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為 1：1 的同步齒形帶與主軸連接起來(lái)，需要注意的是編碼器的軸頭與安裝軸之間必須 采用無(wú)間隙柔性聯(lián)結(jié)，且車(chē)床主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)編碼器的最高許用轉(zhuǎn) 速。 3.3、進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案 1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋的編碼器。 2）拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與同步帶減速箱總 成。 3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在床鞍的下面安裝縱向滾珠絲 杠的螺母座與螺母座托架。 4）拆除四方刀架與小滑板總成，在中滑板上方安裝四工式電動(dòng)刀架。 5）拆除中滑板下的滑動(dòng)絲杠螺母副，將滑動(dòng)絲杠靠刻度盤(pán)一段（長(zhǎng) 216mm,見(jiàn)書(shū)后插頁(yè)圖 6-2）鋸斷保留,拆掉刻度盤(pán)附近的兩個(gè)推力軸承,換上滾珠 絲杠副。 6）將橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)通過(guò)法蘭座安裝到中滑板后部的床鞍上，并與滾 珠絲杠的軸頭相連。 7）拆去三杠（絲杠、光杠與操作杠），更換絲杠的右支承。 改造后的橫向進(jìn)給系統(tǒng)如后插頁(yè) 6-2。 8 第四章、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 縱、橫向進(jìn)給的計(jì)算和選型主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、選擇 滾珠絲杠螺母副、設(shè)計(jì)減速箱、選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。以下詳細(xì)介紹橫向進(jìn)給機(jī) 構(gòu)。 4.1、脈沖當(dāng)量的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，X 方向（橫向）的脈沖當(dāng)量為脈沖為 x=0.005mm/ 脈沖。 4.2 切削力的計(jì)算 以下是橫向切削力的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程。 設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼， b=650MPa;選用刀具材料為硬質(zhì)合金 YT15； 刀具幾何參數(shù)為：主偏角 kr=60。 ，前角 ro=10。 ，刃傾角 s= -5。 ；切削用量 為：背吃刀量 ap=3mm，進(jìn)給量 f=0.6mm/r，切削速度 vc=105m/min。 查表，得：C FC=2795,XFC=1.0,yFC=0.75,nFC=-0.15。 查表，得：主偏角 Kr 的修正系數(shù) KKrFC=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半 徑的修正系數(shù)值均為 1.0。 由經(jīng)驗(yàn)公式： （4-1）FcnycXFPckvfC 算得主切削力 FC=2673.4N。有經(jīng)驗(yàn)公式 FC:FF:FP=1:0.35:0.4, 算得橫向進(jìn)給切削力 FF = 935.69 N，背向力 FP = 1069.36 N。 4.3、滾珠絲杠螺母副的的計(jì)算和選型（橫向） （1）計(jì)算進(jìn)給率引力 m 橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下： (4-2) 1.4(2)yxXFfFG =1.4 670.2(8076)3N （2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C。 (4-3) 06633.305/min127127.038swmvnrLTfFN （3）滾珠絲桿螺母副的選型 查閱【機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)】 ，可選用 WL20051 列 2.5 圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲桿副，額定動(dòng)載荷為 8800N，可滿(mǎn)足 要求，選定精度為 3 級(jí)。 （4）傳動(dòng)效率 的計(jì)算 ： 9 (4-4) 0tantan43.965()(1) (5)剛度的驗(yàn)算 先畫(huà)出此橫向進(jìn)給滾珠絲桿支撐方式草圖，最大進(jìn)給率引力為 2023，支撐 間距 L=450mm；絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3. 1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 ，根據(jù) =2023N， ，查出1mF02Dm ，可算出：54.20L (4-5)5140.241.89L 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉緊，故其拉壓剛度 可以提高 4 倍。其實(shí)際變形量 21.74y m 2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形 。查【機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)】相關(guān)圖表，2 W 系列 1 列 2.5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q 38.50Q 因?yàn)檫M(jìn)行了預(yù)緊，故 3321.14.250m 3）支撐滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形 因?yàn)槭┘宇A(yù)緊力，故 3339..72e 綜合以上幾項(xiàng)變量之和： (4-6) 313(4.25.)10 =0.001365mm 顯然此變形量已大于定位精度要求，應(yīng)該采用相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)，但因 橫向溜板受空間限制，不宜再加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力， 從而減小最大牽引力，重新計(jì)算如下： (4-7) 1.4(2)myzxFfFG =1155N （6）壓桿穩(wěn)定性校核 計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 Fk (4-8) 2ZKfEIl 式中：E-----絲桿材料彈性模量，對(duì)剛 E= 60.1 I------截面慣性矩，絲桿截面慣性矩 I= 4d l------絲桿兩支撐端距離 ----絲桿的支撐方式系數(shù)，查表知 =2.00zf zf 對(duì)于本設(shè)計(jì)： I= = ； (4-9)416d443.6780.39cm 10 =78214N (4-10) 2ZKfEIFl (4-11)67.kmn 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足使用要求，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 4.4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（橫向） （1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知：滾珠絲桿的公eqj 稱(chēng)直徑 ，總長(zhǎng)（帶接桿） ，導(dǎo)程 ，材料密度md40l1560mph6 ；橫向移動(dòng)部件總重量 G=1300N；同步帶減速箱大帶輪33/85.7ckgp 寬帶 28mm，節(jié)徑 54.57mm，孔徑 30mm，輪轂外景 42mm，寬度 14mm；小帶 輪寬度 28mm，結(jié)晶 45.48mm，孔徑 19mm，輪轂外徑 29mm，寬度 12mm；傳 動(dòng)比 ?？梢运愕酶鱾€(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過(guò)程從略）：滾2.1i 珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；床鞍折算到絲桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量278.30cmkgjs 小帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；大帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.cmkgjw 2195.0ckgjz 。在設(shè)計(jì)減速箱時(shí)，初選的橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)229s 130BYG5501，從表中查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)自的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。23cmkgjm 則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （4-12）2215.7/ckgijjjswzmeq （2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，分快速空載啟動(dòng)和eqT 承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 1）快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 可知， 包括三部eqleql 分：快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 、移動(dòng)部件運(yùn)max 動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸fT 上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，可知， 相對(duì)于 0T 0Tmax 和 很小，可以忽略不計(jì)。則有：fT （4-13）maxeqlf 根據(jù)式（4-13） ，考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率 ,計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： （4-14）max2160eqnJTt 式中 對(duì)應(yīng)橫向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為mn r/min； 步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至所需要的時(shí)間，單位時(shí)間 s。at 其中： （4-15）max036vn 式中 橫向空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書(shū)指定為 3000mm/min；maxv 11 橫向步進(jìn)電機(jī)步距角，為 72； 橫向脈沖當(dāng)量，本例 =0.005mm/脈沖。 將以上各值代入式（4-15）,算得 =1200r/min。mn 設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至 轉(zhuǎn)速所需時(shí)間 =0.41s，橫向傳動(dòng)鏈總效率at =0.7 ；則由式（ 4-14）求得： (4-16) 4max257.102.58.6.TNm 可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （4-17） ()chfFGPTi 式中 導(dǎo)軌的摩擦因素，滑動(dòng)導(dǎo)軌取 0.06; 垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取 0；cF 橫向傳動(dòng)鏈總效率，取 0.7。 則由式（17） ，得： 、 (4-18)0.16(30).6.24.2.7fTNm 最后由式（4-20，求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： （4-19）ax.8wqlfT 2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，可知， 包2eqT2eq 括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算t 到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩t 擦轉(zhuǎn)矩 . 相對(duì)于 和很小,可以忽略不計(jì).則有:0Tt (4-20)2eqtfT 其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T1計(jì)算。本設(shè)計(jì)中在對(duì) 滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知進(jìn)給方向的最大工作載荷 F1=.935.69N,則有： = (4-21) 1TmNiPFhf 06.2.17069.352 再計(jì)算承受最大工作負(fù)載Fe=2673.4N情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： iGhC 72.0.34..1 (4-22) 求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： （4-23）mNTfteq78.2 經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩： （4-24）mNTTeqeq 82.,ax1 3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的開(kāi)環(huán)控制，當(dāng) 電網(wǎng)電壓降低時(shí)其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟歩，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) Teq 來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本設(shè)計(jì)中取安全 12 系數(shù) K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足： (4-25)mNTeqj 28.18.24max 對(duì)于前面預(yù)選的 130BYG5501 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn) Tjmax= 20N m,可見(jiàn)完全滿(mǎn)足要求。 （4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定橫向最快工進(jìn)速度 =400mm/min,脈沖當(dāng)量 =0.005mm/ 脈沖，求出電機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率fvmax =400/(600.01)Hz1333Hz。從 130BYG5501 的運(yùn)行矩頻特性圖 6-4 可以 看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Tmaxf17N m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載 轉(zhuǎn)矩 Teq2=1.78Nm,滿(mǎn)足要求。 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定橫向最快空載移動(dòng)速 度 =3000mm/min,求出電機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 =3000/(600.005)maxv fmax Hz=10000Hz。查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 =3.8 Nm,大于快axT 速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq1=2.82Nm,滿(mǎn)足要求。 3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)速度 Vmax=3000mm/min, 對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率 max=10000Hz。查表可知 130BYG5501 的極限運(yùn)行頻率為 20000Hz,可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。 4）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =57.55kg.cm,電動(dòng)eqJ 機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=33kg.cm,查表可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最 高空載起動(dòng)頻率 q=1800Hz。則由式可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng) 頻率為： （4-26）HzJffmeqL10871 上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失歩，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必 須小于 1087Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選的很低，通常只有 100Hz（即 100 脈沖/s ） 。 綜上所述，本設(shè)計(jì)中橫向進(jìn)給系統(tǒng)選用 130BYG5501 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿(mǎn) 足設(shè)計(jì)要求。 13 第五章、繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算、選型后，就可以著 手繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖了。在繪制裝配圖時(shí)，需要考慮以下問(wèn)題： 1) 了解原車(chē)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、床鞍、中滑板、刀架 等的結(jié)構(gòu)尺寸。 2) 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號(hào)、軸承座的結(jié)構(gòu)， 以及軸承的預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式。 3) 考慮各部件之間的定位、連接和調(diào)整方式。例如：應(yīng)保證絲杠兩端支承 與螺母座同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座、支承座在安裝面上的 連接與定位，同步帶減速箱的安裝與定位，同步帶的張緊力調(diào)節(jié)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的聯(lián)接與定位等。 4) 考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問(wèn)題。例如：絲杠螺母的潤(rùn)滑、 防塵防鐵屑保護(hù)、軸承的潤(rùn)滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。 5) 在進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝學(xué)，考慮裝配的順序，保證 安裝、調(diào)試和拆卸的方便。 6) 注意繪制裝配圖時(shí)的一些基本要求。例如：制圖標(biāo)準(zhǔn)，視圖布置及圖形 畫(huà)法要求，重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)注，重要配合尺 寸的標(biāo)注，裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄等。 14 第六章、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)人任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能： 1）接收鍵盤(pán)數(shù)據(jù)，控制 LED 顯示; 2）接收控制面板的開(kāi)關(guān)與按鈕信號(hào); 3）接收車(chē)床限位開(kāi)關(guān)信號(hào); 4）接收螺紋編碼器信號(hào)； 5）接收電動(dòng)卡盤(pán)夾緊信號(hào)與電動(dòng)刀架刀位信號(hào)； 6）控制 X、Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器； 7）控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止； 8）控制多速電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸有級(jí)變速； 9）控制交流變頻器，實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速； 10）控制切削液泵起動(dòng)/停止； 11）控制電動(dòng)卡盤(pán)的夾緊與松開(kāi)； 12）控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀； 13）與 PC 機(jī)的串行通信。 圖 6-1 為控制系統(tǒng)的原理框圖。CPU 選用 ATMEL 公司的 8 位單片機(jī) AT89S52；由于 AT89S52 本身資源有限，所以擴(kuò)展了一片 EPROM 芯片 W27C512 用做程序存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)底層程序；擴(kuò)展了一片 SRAM 芯片 6264 用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放用戶(hù)程序；鍵盤(pán)與 LED 顯示采用 8279 來(lái)管理；輸入/輸 出口的擴(kuò)展選用了并行接口 8255 芯片，一些進(jìn)/出的信號(hào)均做了隔離放大；模 擬電壓的輸出借助與 DAC0832；與 PC 機(jī)的串行通信經(jīng)過(guò) MAX233 芯片。 15 晶振電 路EPRO M 芯片 W27C 512 SRA M 芯片 6264鍵盤(pán)與 顯示口 芯 片 8279 串行接 口 芯片 MAX23 3 并行 接口 芯片 8255 CPU AT89S5 2 單片機(jī) 復(fù)合電 路 隔離放 大電路 隔離放 大 X 向步進(jìn)電 動(dòng)機(jī) 刀架電動(dòng) 機(jī)隔離放 大電路隔離放 大隔離放 大隔離放 大電路隔離放 大 隔離放 大電路 Z 向步進(jìn)電 動(dòng)機(jī) 主軸電動(dòng) 機(jī)卡盤(pán)電動(dòng) 機(jī)切削液泵電 動(dòng)機(jī)刀架刀位信 號(hào)限位開(kāi)關(guān)信 號(hào) D/A 轉(zhuǎn)換 芯 片 DAC0832 螺紋光柵信 號(hào)操作面板開(kāi)關(guān)/按鈕 信號(hào) 交流變頻 器 主軸電動(dòng) 機(jī) 圖 6-1 控制系統(tǒng)原理框圖 16 第七章、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 本例中 X 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 110BYG5802，Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 130BYG5501，生產(chǎn)廠(chǎng)家為常州寶馬集團(tuán)公司。這兩種電動(dòng)機(jī)除了外形尺寸， 步距角和輸出轉(zhuǎn)矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為 5 相混合式，5 線(xiàn)輸出， 電動(dòng)機(jī)供電電壓 DC120310V，電流 5A。這樣，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源可用同 一型號(hào)。在此，選擇合肥科林?jǐn)?shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻調(diào) 壓型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為 BD5A。它與控制系統(tǒng)的連接如圖 7-1 所示。+5V方 向 ABC DE LNPE脈 沖+5VX方 向 (PB4) LN 保 護(hù) 接 地 PE脈 沖M x20v +5V方 向 ABC DE LNPE脈 沖+5VX方 向 (PB6) LN保 護(hù) 接 地 PE脈 沖 7M z20v 圖 7-1 BD5A 驅(qū)動(dòng)器與控制系統(tǒng)連接 17 第八章、控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì) 1.存儲(chǔ)器與 I/O 芯片地址分配 根據(jù)地址譯碼器 U4（74LS138）的連接情況，可以算出主機(jī)板中存儲(chǔ)器 與 I/O 芯片的地址分配，如表 8-1 所示。 表 8-1 主機(jī)板中存儲(chǔ)器與 I/O 芯片的地址分配 器件名稱(chēng) 地址選擇線(xiàn)（A15- A0） 片內(nèi)地 址單元數(shù) 地址編碼 6264 000 8k 0000H1FFFH 8255 0011，1111，1111， 4 3FFCH3FFFH 8279 0101,1111,1111,111 2 5FFEH5FFFH DAC0832 0111,1111,1111,1111 1 7FFFH 2.控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 系統(tǒng)設(shè)有 7 檔功能可以相互切換，分別是“編輯” 、 “空刀” 、 “自動(dòng)” 、 “手 動(dòng) 1”、 “手動(dòng) 2”、 “手動(dòng) 3”和“回零” 。選中某一功能時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮， 進(jìn)入相應(yīng)的功能處理。系統(tǒng)監(jiān)控管理程序流程圖如圖 8-1。 圖 8-1 監(jiān)控管理程序流程 3. 8255 芯片初始化子程序 B255 : MOV DPTR,#3FFFH ; 指向 8255 的控制口地址 MOV A,#10001001B ; PA 口輸出，PB 口輸出，PC 口輸入， 均為方式 0 MOVX DPTR, A ; 控制字被寫(xiě)入 MOV DPTR,#3FFCH ; 指向 PA 口 18 MOV A, #OFFH ; 預(yù)置 PA 口全“1” MOVX DPTR, A ; 輸出全“1”到 PA 口 MOV DPTR,#3FFDH ; 指向 PB 口 MOV A, #OFFH ; 預(yù)置 PB 口全“1” MOVX DPTR, A ; 輸出全“1”到 PB 口 RET 8279 芯片初始化子程序 B270： MOV DPTR,#5FFFH ; 指向 8279 的控制口地址 MOV A,#OCFH ; 清除 FIFO 與顯示 RAM 命令 MOVX DPTR, A ; 命令字被寫(xiě)入 WAIT: MOVX A, DPTR ; 從 8279 的控制口讀取 8279 的狀態(tài)字 JB ACC.7，WAIT ; 測(cè)試顯示 RAM 有沒(méi)有被清除完畢。 只有狀態(tài)字的 時(shí)，清除才結(jié)束 MOV A,#08H ; 編碼掃描，左入口，16 位字符顯示， 雙鍵互鎖 MOVX DPTR，A MOV A, #34H ; 分頻系數(shù)取 20 MOVX DPTR, A ; RET 8279 控制 LED 顯示子程序 設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH，系統(tǒng)在指定的工作裝態(tài)下，需要顯示的字 符段碼的編碼，事先存儲(chǔ)在 CPU 內(nèi)部 RAM 的 6BH73H 這 9 個(gè)字節(jié)中。已知 8279 的控制口地址為 5FFFH,數(shù)據(jù)口地址為 5FFEH,則顯示程序如下： DIR: MOV DPTR,#5FFFH ; 指向 8279 的控制口地址 MOV A,#90H ; 寫(xiě) 8279 顯示 RAM 的命令 MOVX DPTR, A ; 從顯示 RAM 的 OOH 地址開(kāi)始寫(xiě)， 每寫(xiě)一次，顯示 RAM 的地址自動(dòng)加 1 MOV R0，#6BH ; 顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH MOV R7，#09H ; 顯示緩沖區(qū)的長(zhǎng)度為 9 個(gè)字節(jié) MOV DPTR,#5FFEH ; 8279 的數(shù)據(jù)口地址 DIRO: MOV A,RO ; 從 CPU 的 RAM 中讀取顯示段碼的 編碼 19 ADD A, #05H ; PC 與 DTAB 表格之間的偏移量 MOVC A, A+PC ; 查表，取出顯示段碼 MOVX DPTR, A ; 送到 8279 顯示 RAM 中指定的字節(jié) INC RO ; 寫(xiě) 8279 的下一個(gè)顯示 RAM DJNZ R7, DIRO ; 循環(huán) 9 次，寫(xiě)成 9 位顯示 RET 段碼 字符 編碼 DTAB: DB 6FH ； F 0001 DB 0DAH DB 0BEH ; X 0203 DB 0E7H DB 0A3H ; Z 0405 DB 0CBH DB 0D1H ; U 0607 DB 0D3H DB 0DCH ; W 0809 DB 0CEH DB 0DFH ; - 0A DB 21H ; 0 0B DB 7BH ; 1 0C DB 91H ; 2 0D DB 19H ; 3 0E DB 4BH ; 4 0F DB 0DH ; 5 10 DB 05H ; 6 11 DB 69H ; 7 12 DB 01H ; 8 13 DB 09H ; 9 14 DB 20H ; 0. 15 DB 7AH ; 1. 16 DB 90H ; 2. 17 DB 18H ; 3. 18 DB 4AH ; 4. 19 20 DB 0CH ; 5. 1A DB 04H ; 6. 1B DB 68H ; 7. 1C DB 00H ; 8. 1D DB 08H ; 9. 1E ； 根據(jù)系統(tǒng)需要編制字庫(kù) 當(dāng)需要顯示一組字符時(shí)，首先給顯示緩沖區(qū)的 6BH73H 這 9 個(gè)字節(jié)賦 值，然后調(diào)用 DIR 子程序即可。例如，要顯示“X1234.56” ，程序如下： MOV 6BH,#02H ; “X”的一半 MOV 6CH,#03H ; “X”的另一半 MOV 6DH,#0AH ; - MOV 6EH,#0CH ; 1 MOV 6FH,#0DH ; 2 MOV 70H,#0EH ; 3 MOV 71H,#19H ; 4 MOV 72H,#10H ; 5 MOV 73H,#11H ; 6 CALL DIR ; 向 8279 的顯示 RAM 寫(xiě)數(shù) 顯示緩沖區(qū)（CPU 內(nèi)部 RAM）： （6BH） （6CH） （6DH） （6EH） （6FH） （70H） （71H） （72H ） （73H） | | | | | | | | | 顯示字符： X - 1 2 3 4. 5 6 | | | | | | | | | 字符編碼：02H 03H 0AH 0CH 0DH 0EH 19H 10H 11H 8279 管理鍵盤(pán)子程序 如插圖所示，當(dāng)矩陣鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，8279 既向 CPU 的 INT1 申請(qǐng)中斷， CPU 隨即執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從 8279 的 FIFO 中讀取鍵值，程序如下： CLR EX1 ; 關(guān) CPU 的 INT1 中斷 21 MOV DPTR，#5FFFH ; 指向 8279 控制口地址 MOV A，#01000000B ； 準(zhǔn)備讀 8279FIFO 的命令 MOVX DPTR, A ； 寫(xiě)入 8279 控制口 MOV DPTR,#5FFEH ; 指向 8279 數(shù)據(jù)口地址 MOVX A，DPTR ； 讀出鍵值 CJNE A,#KEY0，NEXT0 ; 依次進(jìn)行判別 JMP -KEY0 ; 對(duì)應(yīng)鍵進(jìn)行處理 NEXT0：CJNE A,#KEY1，NEXT1 JMP -KEY1 NEXT0：CJNE A,#KEY2，NEXT2 JMP -KEY2 NEXT2： 7. D/A 電路輸出模擬電壓程序 如插圖所示，當(dāng) CPU 執(zhí)行寫(xiě)指令時(shí)，只要選中 7FFFH 這個(gè)地址， DAC0832 與 741 組成的 D/A 轉(zhuǎn)換電路即可輸出直流電壓。程序如下： MOV DPTR, #7FFFH ；指向 DAC0832 口地址 MOV A, #DATA ；準(zhǔn)備輸出的數(shù)字量 00H0FFH MOVX DPTR，A ；輸出直流電壓 010V 8. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制順序 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制采用的是硬環(huán)分，其走步程序包括勻速與升降 速兩種，詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路見(jiàn)第四張第四節(jié)。 9. 電動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)位控制程序 電動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)位包括控制刀架電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，以及 4 個(gè)刀位 信號(hào)的識(shí)別，具體程序參考本章第二節(jié)。 10. 主軸、卡盤(pán)與切削液泵的控制程序 車(chē)床主軸的控制，就是控制主電動(dòng)機(jī)的正/反/停，以及自動(dòng)變速；電動(dòng)卡盤(pán) 需要控制其夾緊與松開(kāi)；切削液泵需要控制它的起/ 停。這些程序都非常簡(jiǎn)單， 對(duì)于某個(gè)動(dòng)作的控制，只要從輸出接口芯片的某個(gè)引腳輸出一個(gè)電平信號(hào)即可。 現(xiàn)以主軸正轉(zhuǎn)為例，從書(shū)后插頁(yè)圖 6-7 可以看出，主軸的正轉(zhuǎn)由 8255 的 PA0 來(lái)控制，當(dāng)用低電平信號(hào)來(lái)控制主軸正轉(zhuǎn)時(shí)，程序如下： MOV DPTP，#3FFCH ；8255PA 口地址 MOVX A，DPTR ；讀出 PA 口鎖存器內(nèi)容 22 CLR ACC. 0 ；修改 MOVX DPTR，A ；置 PA0=0，直流繼電器 K+閉合， 主軸正轉(zhuǎn) 控制系統(tǒng)的軟件還包括兩坐標(biāo)直線(xiàn)和圓弧的插補(bǔ)程序、直螺紋和錐螺紋的 插補(bǔ)程序，另外還有串行通信程序等。由于這些軟件的設(shè)計(jì)工作量都比較大， 課程設(shè)計(jì)時(shí)一般不要求編制詳細(xì)的程序清單。 23 第九章、結(jié)論 經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。 其改造涉及到機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，是一項(xiàng)理論深、實(shí)踐強(qiáng)的系統(tǒng)工程。 在進(jìn)行數(shù)控改造時(shí)，應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備。改造過(guò)程中，機(jī)械修理與電 氣改造相結(jié)合，先易后難、先局部后全局。 24 第十章 心得體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)中,我所從事設(shè)計(jì)的課題是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 此類(lèi)數(shù)控車(chē)床屬于經(jīng)濟(jì)型中檔精度機(jī)床，這類(lèi)機(jī)床的傳動(dòng)要求采用手動(dòng)與電控 雙操縱方式，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電控變速。總體的設(shè)計(jì)方案就是對(duì)傳動(dòng)方案進(jìn) 行比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，對(duì)箱體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括軸和齒輪的設(shè)計(jì)、校 核等。 為什么要設(shè)計(jì)此類(lèi)數(shù)控車(chē)床呢？因?yàn)殡S著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó) 制造業(yè)領(lǐng)域涌現(xiàn)出了許多私營(yíng)企業(yè)，這些企業(yè)的規(guī)模普遍不大，沒(méi)有太多的資 本。一些全功能數(shù)控系統(tǒng)，其功能雖然豐富，但成本高，對(duì)于這些中小型企業(yè) 來(lái)說(shuō)購(gòu)置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行改造，進(jìn) 行數(shù)控化、自動(dòng)化，以提高生產(chǎn)效率。我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是機(jī)床擁有量 大、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，突出的任務(wù)就是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的 生產(chǎn)面貌，使之盡可能提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高 經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)是擁有 300 多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，而這些機(jī)床又大量是多年累積 生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度低，要想在近幾年內(nèi)用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有 機(jī)床，不論是資金還是我國(guó)機(jī)床廠(chǎng)的能力都是辦不到的。因此，普通機(jī)床的數(shù) 控改造，大有可為。它適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我 國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方法之一。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了 幾十種簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)，有力地促進(jìn)了我國(guó)數(shù)控事業(yè)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系 統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)實(shí)際，我國(guó)的國(guó)情，在滿(mǎn)足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡 可能地降低價(jià)格。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床有許多優(yōu)點(diǎn)。1）其降格便宜，且性能價(jià)格比適中，與進(jìn)口 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車(chē)床相比，前者只需一萬(wàn)元左右，后者則需十萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)元。因此， 它特別適合于改造在設(shè)備中占有較大比重的普通車(chē)床，適合在生產(chǎn)第一線(xiàn)大面 積推廣。從提高資本效率出