《機(jī)械工程自動(dòng)化專業(yè)普通車床進(jìn)行數(shù)控改造》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械工程自動(dòng)化專業(yè)普通車床進(jìn)行數(shù)控改造（29頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘要 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益復(fù)雜激烈，普通機(jī)床已經(jīng)難以滿足企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)對(duì)成本、效率以及質(zhì)量等方面的要求。本文主要對(duì)普通車床的數(shù)控改造過程進(jìn)行了介紹，同時(shí)以C620普通車床作為例子，在對(duì)傳統(tǒng)的缺點(diǎn)研究基礎(chǔ)上提出了針對(duì)性的的改造方案，特別是機(jī)床設(shè)計(jì)的機(jī)械轉(zhuǎn)換與電氣控制。其對(duì)數(shù)控機(jī)床CPU的合理利用以及對(duì)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)利用滾珠絲桿的設(shè)計(jì)等，提高數(shù)控化程度，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的橫縱兼具。對(duì)普通車床C620的數(shù)控方案和單片機(jī)系統(tǒng)改造將大大提升其性能，拓寬其適用范圍并降低工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞:數(shù)字控制 單片 步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲桿 目 錄 第一章 總體方案的設(shè)計(jì) 5 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

2、5 1.2 總體方案的論證 5 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 5 1.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 5 1.2.3數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 6 1.3 總體方案的確定 6 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 7 2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 7 2.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用 7 2.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 7 2.1.1.2車削力的計(jì)算 7 2.1.1.3滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選用 7 2.1.2 縱向步進(jìn)電機(jī)的選用 9 2.1.2.1 脈沖量的計(jì)算 9 2.1.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 10 2.1.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

3、的計(jì)算 10 2.1.2.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 10 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)得改造設(shè)計(jì) 12 2.2.1 橫向滾珠絲杠副的選用 12 2.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 12 2.2.1.2 車削力的計(jì)算 12 2.2.1.3滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選用 13 2.2.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 15 2.2.2.1 脈沖量的計(jì)算 15 2.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 15 2.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 15 2.2.2.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇 16 2.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 17  第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) 22 3

4、.1 單片機(jī)的選擇 22 3.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 23 3.2.1 環(huán)形脈沖分配器的選擇 23 3.2.2 功率放大器的選用 25 3.3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 26 結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30  第一章 總體方案的設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)主要為對(duì)普通車床C620進(jìn)行觸控化程度的提高。包括對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路等的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 1.2 總體方案的論證 在滿足總體設(shè)計(jì)要求進(jìn)行數(shù)控化改造的前提下，盡量節(jié)約資金成本，提高普通車床使用性能與效率。 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 普通車床往往在經(jīng)歷多次大修之后會(huì)

5、出現(xiàn)零部件之間連接尺寸加大的問題，其精確度與分辨率機(jī)等仍然難以保障，數(shù)控機(jī)床改造則是以提高機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定性、提升精密程度為目的的，故而在此過程中為降低摩擦系數(shù)與提高傳動(dòng)剛度，考慮步進(jìn)電機(jī)以及滾珠絲杠用哪種最為合理十分重要。 車床傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)后其布局合理，摩擦阻力降低，運(yùn)動(dòng)進(jìn)度提高，具體如圖1-1所示： 圖1-1 改進(jìn)后的車床傳動(dòng)系統(tǒng)： 1.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)高性能的伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床改造過程中的重要環(huán)節(jié)與關(guān)鍵

6、技術(shù)，考慮本此設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造，且開環(huán)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作精度較強(qiáng)，有較好的負(fù)載能力，故而選用開環(huán)伺服方式。 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) CPU在數(shù)控系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用，因此在NC裝置在設(shè)計(jì)的過程中不得不重視CPU技術(shù)，所需考慮的因素包括以下三個(gè)方面： 1. 高速高精算法與物體的移動(dòng)速度緊密切合； 2. 應(yīng)用軟件的升級(jí)，包括儲(chǔ)存容量的拓展應(yīng)考慮數(shù)控功能的強(qiáng)弱； 3. 指令系統(tǒng)及 I/O擴(kuò)展能力與單片機(jī)外部?jī)?chǔ)存之間有著十分密切的相關(guān)性。 1.3 總體方案的確定 在總體方案設(shè)計(jì)完成后，普通車床C620的經(jīng)濟(jì)模型的確定成為工作重點(diǎn)。首先是關(guān)于主軸變速箱，

7、為降低費(fèi)用，只針對(duì)手工變速作以修改，輸入相應(yīng)的程序，使之服從相應(yīng)的指令；其次是對(duì)滑動(dòng)絲杠的改變，原機(jī)的普通滑動(dòng)絲杠是很難滿足企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求的，將其改為滾珠絲杠，這將大大減少摩擦，提高運(yùn)行效率，同時(shí)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的使用也將推車床橫向與縱向雙向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 2.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用 滾珠螺旋傳動(dòng)，顧名思義，是指對(duì)滾珠進(jìn)行利用使得在運(yùn)動(dòng)過程螺紋能夠產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。 滾珠絲桿傳動(dòng)的與眾不同主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： 1.滾動(dòng)動(dòng)作向滑動(dòng)動(dòng)作轉(zhuǎn)變，傳轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線式而非旋轉(zhuǎn)式，故而其摩擦系數(shù)較低，提高了傳動(dòng)效率； 2.由于有著

8、較低的發(fā)熱，故而其壽命普遍較長(zhǎng)，且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于維修； 3.在垂直傳輸上有較大的缺陷，需要用到自鎖或者制動(dòng)裝置。 在數(shù)控機(jī)床，脈沖的軸線位移稱為脈沖當(dāng)量，也被稱為最小單元。該設(shè)計(jì)中心C620脈沖當(dāng)量為：縱向/脈沖脈沖當(dāng)量0.01毫米，脈沖當(dāng)量橫向0.005毫米/脈沖。 2.1.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 縱向?yàn)?.005毫米/脈沖 2.1.1.2 車削力的計(jì)算 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過程中對(duì)車削力的考慮不可或缺，結(jié)合各種影響因素，筆者將采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)切削力進(jìn)行計(jì)算，具體如下： 車床的主切削力可用下式計(jì)算： 車床刀架的最大直徑是毫米。 故： 按以下比例分別求出分力和， 則：，

9、 2.1.1.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 最初滾珠絲杠螺母副采用的是機(jī)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)——預(yù)緊方式循環(huán)。確定該循環(huán)類型后，家下來進(jìn)行參數(shù)的選取確定以及詳細(xì)計(jì)算。參數(shù)主要包括：、、、、精度等級(jí)等。 (1)對(duì)進(jìn)給率牽引力的計(jì)算 涉及到滾柱絲杠子在運(yùn)動(dòng)過程中給進(jìn)速度的牽引力，零部件的阻力、轉(zhuǎn)移重量以及摩擦等都應(yīng)給予考慮。計(jì)算公式如下： 縱向進(jìn)給導(dǎo)軌為三角形，則： 三角形導(dǎo)軌選取參數(shù)： (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷 使用滾珠螺桿對(duì)的直徑，必須的作用下必須具有的軸向載荷，螺桿后反向百萬轉(zhuǎn)，在不會(huì)發(fā)生其滾動(dòng)路徑點(diǎn)蝕。計(jì)算： 絲杠轉(zhuǎn)速其中= 壽命（） 最大動(dòng)負(fù)荷 (3

10、)計(jì)算最大靜負(fù)荷 在滾珠絲杠副的狀態(tài)為靜止或者低速（）狀態(tài)下，其容易造成的損傷主要是滾珠軸承接觸表面變形的時(shí)候可能產(chǎn)生的塑性變形程度過大所帶來的損害，關(guān)于塑料變形的球的要求一般是不超過滾珠軸承接觸表面變形1 / 10000。在靜態(tài)安全系數(shù)= 2的時(shí)候，滾珠絲杠的最大靜載荷是： （——產(chǎn)生塑性變形的荷載過大時(shí)最大允許的靜荷載） (5)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)率為 參數(shù)如下表2-1所示： 表2-1滾珠絲杠副參數(shù) 型號(hào) 公稱直徑 基本導(dǎo)程 螺

11、旋升 角 絲杠外徑 絲杠內(nèi)徑 額定動(dòng)載荷 絲杠長(zhǎng)度 額定靜載荷 4006-3.5 (6)剛度校核 該工作主要檢查滾珠絲杠在工作載荷和扭矩下，每一個(gè)引線的變形與絲杠的要求是否相一致。 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計(jì)算 選取 其中： 則： 查表時(shí)，選擇螺桿的精度等級(jí)，允許誤差滿足要求。 (7) 穩(wěn)定性校核 不容忽視的穩(wěn)定性安全系數(shù)印在允許的范圍之內(nèi)，只有這樣，滾珠絲杠才是處于一個(gè)安全的狀態(tài)。 其中是指穩(wěn)定性安全系數(shù)（通常取值范圍在2.5～4）。 　——絲杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載，由：

12、 式中　——絲杠長(zhǎng)度 　　　——絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定。 　　　——截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓 對(duì)于鉛螺絲的水平，考慮的影響的重量的理想()4。 絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 2.1.2 縱向步進(jìn)電機(jī)的選用 2.1.2.1 脈沖量的選擇 電動(dòng)機(jī)的步距角在三相步進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式中的步距角為，而在三相六拍運(yùn)動(dòng)過程中所選用的步距角為。 轉(zhuǎn)脈沖數(shù)： 當(dāng)脈沖當(dāng)量：由此產(chǎn)生的中間齒輪傳動(dòng)比i是： 2.1.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1.空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 2.車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2.1.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 1.滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2.拖板運(yùn)動(dòng)慣量換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)

13、動(dòng)慣量 3.大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 采用的是大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。 4.小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 換算到電動(dòng)機(jī)軸上的 2.1.2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 筆者選用的主要類型110bf003步進(jìn)電機(jī)，其步距角為，最大靜轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子慣量，可： , 由驗(yàn)算結(jié)果可知電動(dòng)機(jī)合格。 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖如下圖2-1所示，步進(jìn)電機(jī)的矩頻特征的局部如下圖2-2所示。 步進(jìn)電機(jī)的矩頻特征的局部圖2-2： 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 2.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用 橫向進(jìn)給方向與縱向進(jìn)給方向的設(shè)計(jì)過程是一致的。 2.2.1.1 確

14、定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 橫向?yàn)?.005毫米/脈沖 2.2.1.2 車削力的計(jì)算 車床的主切削力可用下式計(jì)算： 車床刀架的最大直徑是毫米。 因C620床本身加工的最大是210mm，由此： 按以下比例分別求出分力和， 則:， 2.2.1.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選用 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)類型：確定滾子循環(huán)法。在確定了滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)類型后，則需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的選擇以及參數(shù)的計(jì)算。所選用的參數(shù)包括：、、、、精度等級(jí)等。 (1)計(jì)算進(jìn)給率牽引力 涉及到滾柱絲杠子在運(yùn)動(dòng)過程中給進(jìn)速度的牽引力，零部件（如切削刀）的阻力、轉(zhuǎn)移重量以及摩擦等都應(yīng)給予考慮。因此，數(shù)值與導(dǎo)軌的形式有關(guān)。計(jì)算

15、公式如下： 橫向進(jìn)給導(dǎo)軌為燕尾形，則： 燕尾形導(dǎo)軌選取參數(shù)： (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷 滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷計(jì)算如下： 絲杠轉(zhuǎn)速其中= 壽命（） 最大動(dòng)負(fù)荷 (3)計(jì)算最大靜負(fù)荷 在滾珠絲杠的狀態(tài)為靜止或者低速（）狀態(tài)下，其失效模式與容易造成的損傷主要是滾珠軸承接觸表面變形的時(shí)候可能產(chǎn)生的塑性變形程度過大所帶來的損害，關(guān)于塑料變形的球的要求一般是不超過滾珠軸承接觸表面變形1 / 10000。 （此時(shí)靜態(tài)安全系數(shù)= 2） (4)選擇滾珠絲杠 滾珠絲杠副參數(shù)如下表2-2所示： 表2-2 滾珠絲杠副參數(shù) 型號(hào) 公稱直徑 基本導(dǎo)程 螺旋升角 絲杠外徑

16、 絲杠內(nèi)徑 額定動(dòng)載荷 絲杠長(zhǎng)度 額定靜載荷 2005-2.5 (5)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)效率 (6)剛度校核 該工作主要檢查滾珠絲杠在工作載荷和扭矩下，每一個(gè)引線的變形與絲杠的要求是否相一致。 每導(dǎo)程變形量為： 選取 其中： 則 檢查說明書，選擇分級(jí)螺桿的精度允許誤差來滿足要求。 (7) 穩(wěn)定性校核 不容忽視的穩(wěn)定性安全系數(shù)印在允許的范圍之內(nèi)，只有這樣，滾珠絲杠才是處于一個(gè)安全的狀態(tài)。 其中中代表穩(wěn)定性安全系數(shù)。 ——絲杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載，由

17、： 式中——絲杠長(zhǎng)度 ——絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定。 ——截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓 對(duì)于鉛螺絲的水平，考慮的影響的重量的理想()4。 絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 2.2.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 2.2.2.1 脈沖量的選擇 電動(dòng)機(jī)的步距角在三相步進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式中的步距角為，而在三相六拍運(yùn)動(dòng)過程中所選用的步距角為。 轉(zhuǎn)脈沖數(shù)： 主脈沖當(dāng)量：由此產(chǎn)生的中間齒輪傳動(dòng)比： 2.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1.空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 2.車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 1.滾動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2.拖板運(yùn)動(dòng)慣量應(yīng)用到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.

18、大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 采用大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。 4.小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 換算為 2.2.2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 筆者選取90bf002步進(jìn)電機(jī)，其步距角為。最大靜轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子慣量，可： , 由驗(yàn)算結(jié)果可知電動(dòng)機(jī)合格。 電動(dòng)機(jī)外觀圖2-4： 步進(jìn)電機(jī)矩頻特征圖2-5： 2.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 直齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法多種多樣，最為常見的包括以下三種： 1.偏心套（軸）調(diào)整方法：該方法的使用有著節(jié)省成本以及簡(jiǎn)化加工難度的有點(diǎn)，其主要工作原理為——在安裝電機(jī)2的同時(shí)，將一對(duì)齒輪嚙合齒輪4應(yīng)用于點(diǎn)送機(jī)的輸出

19、軸上，這樣在加入偏心套后，就可以利用其進(jìn)行中心距離的調(diào)整，也可以對(duì)兩齒輪間的側(cè)隙進(jìn)行一定程度的消除，從而減少加工或者裝配過程中的誤差。（具體如圖2-6所示） 圖2-6 偏心套式間隙消除機(jī)構(gòu) 2.墊片的軸向調(diào)整方法：軸承軸向間隙的調(diào)整墊片法是通過軸承之間進(jìn)行一些軟材料的墊片，墊片的厚度則根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體調(diào)整方法為——在齒輪1和2嚙合時(shí)，齒輪2由于齒輪齒厚沿軸線有一定斜度故而能沿軸向移動(dòng)，在須征得過程中將墊片3放置在齒輪1和2之間，縮小其間隙。（具體如圖2-7所示） 圖2-7圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機(jī)構(gòu) 1—小齒輪 2—大齒輪 3—墊片 3.采用消除齒側(cè)間隙的

20、手段是指對(duì)雙齒齒側(cè)間隙的齒側(cè)間隙的消除或者是由2塊薄齒輪結(jié)合的齒側(cè)間隙的消除。具體的工作方法為——在薄片齒輪2和薄片齒輪4安裝幾圈圓弧槽，其中彈簧2 的拉力必須要滿足克服驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求。（具體見圖2-7所示） 圖2-7 薄片齒輪周向拉簧錯(cuò)齒調(diào)隙機(jī)構(gòu) 1—齒輪 2—齒輪 3—凸耳 4—彈簧 如圖2-8所示在兩片齒輪1和2耳3耳的是可調(diào)張力彈簧式在一端的彈簧鉤。對(duì)于螺釘7擴(kuò)展長(zhǎng)度張力的調(diào)節(jié)可以在鎖緊螺母6后通過對(duì)螺母5的調(diào)節(jié)。見圖2-8所示： 本文齒輪故障可調(diào)彈簧式雙片調(diào)整方法的設(shè)計(jì)。 圖2-8 可調(diào)拉簧式調(diào)隙 1—齒輪 2—齒輪 3—凸耳 4—彈簧 5—螺母

21、6—螺母 7—螺釘 第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) 在對(duì)本次總體設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求的考慮基礎(chǔ)上，筆者采用的是MCS控制系統(tǒng)相對(duì)來說較為便宜的48系列以及51系列單片機(jī)控制，目前，最廣泛使用的工業(yè)機(jī)器是8031，其是通過增加開關(guān)面板的儲(chǔ)存器以進(jìn)行電路的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)接口和操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 3.1 單片機(jī)的選擇 （1）I/O口線 P0,P1,P2,P3共4個(gè)八位口。如下圖3-1所示： 圖3-1 8031引腳圖 （2）電源和時(shí)鐘。 8031最小應(yīng)用系統(tǒng)。8031里面沒有ROM，必要的外部EEPROM成為外部程序存儲(chǔ)器。如圖3-2。 圖3-2 系統(tǒng)存儲(chǔ)器 3.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

22、驅(qū)動(dòng)電源是必不可少的配備。驅(qū)動(dòng)電源，根據(jù)供給馬達(dá)的周期的每個(gè)繞組的分布形式的請(qǐng)求由脈沖分配器和功率放大，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源是從可變頻率信號(hào)源的脈沖信號(hào)和方向，來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來回。 3.2.1 環(huán)形脈沖分配器的選擇 環(huán)形脈沖分配器是指點(diǎn)擊繞組的通電方式順序發(fā)生改變的局部。每個(gè)繞組必須遵循一定順序是步進(jìn)電機(jī)正常工作的必然要求，故而不同的電機(jī)應(yīng)針對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行不同的環(huán)形分配器的選用，筆者此處選擇的為縱向?yàn)?10 bf003的步進(jìn)電機(jī)，具體如圖3-3所示： 圖3-3 CH250管腳圖 如圖，我們可以看出環(huán)形脈沖分配器CH250的輸出包括A，B，C三個(gè)，在一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間進(jìn)行CL或EN的輸入，其

23、相應(yīng)的輸出波形則是與三相反應(yīng)性步進(jìn)電機(jī)相適應(yīng)。在滿足0.5mA的輸出電流要求的情況下，CH250在供三相六拍步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，路線中的接線見圖3-4： 圖3-4 三相六拍時(shí)CH250接線圖 該90bf002作為五相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的外部和環(huán)形脈沖分配器的匹配為PMM8714，該90bf002的管腳圖3-5： 圖PMM8714 3-5引腳圖 3.2.2 功率放大器的選用 功率放大器作為計(jì)算機(jī)能夠正常驅(qū)動(dòng)的重要配件，其選用十分重要。計(jì)算機(jī)的在出入和輸出過程中所能承受的脈沖電流比較小，往往只有幾毫安，步進(jìn)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)將對(duì)其造成損壞，故而對(duì)功率放大器的使用就必不可少了，可以通過功率放大

24、器將脈沖電流進(jìn)行增加。 (1) 單電壓功率放大電路 單電壓功率放大電路的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，高頻性能較好，不足之處在與RC能耗以及電流脈沖前后沿陡峭會(huì)有缺陷。 (2) 高低電壓功率放大電路 高電壓電源U1，電源約80~U2，低電源電壓150V，約5~20V。脈沖的上升沿由VT1和VT2在蜿蜒的指令脈沖的時(shí)間。見圖3-6所示： 圖3-6 單電壓功率放大器 在二極管VD1的影響下，只有采用的高電壓U1的耦合繞組才能使的電流很快滿足規(guī)定要求，但其不足之處主要體現(xiàn)在高低壓銜接處有缺陷——電流波形在頂部有下凹現(xiàn)象，故其穩(wěn)定性難以滿足期待。詳見圖3-7所示： 圖3-7

25、高低電壓功率放大電路 （3）斬波恒流功放電路 斬波恒流功放電路有著其獨(dú)特的特質(zhì)——VIN輸入方波的階躍信號(hào)在工作過程中，在輸入電壓為“0”時(shí)，A2 輸出 VB，達(dá)林頓會(huì)截止，繞組W處則無電流通過。在電阻取樣為R3時(shí)，A1放大器的輸出則增大；A1放大器輸出高電平；當(dāng)然，高電壓在輸入時(shí)，輸出的VB和A2也會(huì)增高。VT的傳導(dǎo)是由電源管理的，W繞組電流選用樣本電阻R3，出現(xiàn)在相應(yīng)的反饋電壓VF，可以進(jìn)行如下設(shè)定：電壓與反饋電壓去掉R1、R2的壓力抵抗，確定A1輸出水平，確定VIN，信號(hào)能否通過與門A2。見圖3-8所示： 圖3-8 斬波恒流功放電路 經(jīng)過各方面的詳細(xì)比較，針對(duì)本次總體設(shè)計(jì)的目

26、的，筆者決定采用單電壓功率放大電路。同時(shí)，為了強(qiáng)電對(duì)弱點(diǎn)的干擾問題，擬加入一個(gè)光電隔離電路來進(jìn)行解決，其放置在環(huán)形分配器和功率放大電路之間。 3.3步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制主要是由控制器來完成的，在設(shè)計(jì)過程中充分考慮步進(jìn)電機(jī)的使用特點(diǎn)、生產(chǎn)運(yùn)作流程的程序?qū)嶋H以及相關(guān)的規(guī)律經(jīng)驗(yàn)，借助單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的串行控制與并行控制，使用簡(jiǎn)單的程序代碼實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源的控制。控制方式具體如圖3-9所示： 圖3-9 串行控制示意圖 并行控制。微機(jī)系統(tǒng)中十分重要的就是在幾個(gè)借口出平行控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此系統(tǒng)可采用的方法多樣，包括純軟件方法，即能夠經(jīng)過程序設(shè)計(jì)，結(jié)合

27、系統(tǒng)使用特質(zhì)，實(shí)現(xiàn)軟件的相位序列撥號(hào)；另一種為硬件軟件兩者兼顧的方法，即是通過界面設(shè)計(jì)，使用代碼將步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)相關(guān)導(dǎo)體進(jìn)行接通與關(guān)斷信號(hào)的控制，實(shí)現(xiàn)硬件的數(shù)控化。并行控制方案的詳細(xì)介紹如圖3-10： 圖3-10并行控制示意圖 當(dāng)然，我們將會(huì)在此基礎(chǔ)上選取電線連接的組件并對(duì)其進(jìn)行電氣控制的相關(guān)設(shè)計(jì)。  結(jié)論 經(jīng)濟(jì)發(fā)展新態(tài)勢(shì)下，企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化程度不斷加深，對(duì)零件生產(chǎn)的效率與成本控制逐漸成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升的重要因素，對(duì)數(shù)控機(jī)床的改造刻不容緩。本設(shè)計(jì)著重于對(duì)難以滿足當(dāng)前企業(yè)生產(chǎn)需要的普通車床的進(jìn)行了數(shù)控改造，對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。 本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)數(shù)控機(jī)床改造過程中機(jī)械部分和電

28、氣控制部的詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)其硬件部分，經(jīng)過對(duì)機(jī)床數(shù)控化程度的提高，將有利于數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)使用過程中降低維修成本、減少材料費(fèi)用，并推動(dòng)機(jī)床的性能穩(wěn)定、能夠大大提高工作效率，降低工作人員的負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，由于我自身經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識(shí)等方面的局限，在設(shè)計(jì)過程中難免存在不做之處，希望老師與同學(xué)給予寶貴建議。 參考文獻(xiàn) [1] 趙玉剛，宋現(xiàn)春主編.數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [2] 張建民主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).高考教育出版社,2006 [3] 李朝青主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2011 [4] 李云主編.機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2007

29、 [5] 王蘭美主編.畫法幾何及工程制圖.機(jī)械工業(yè)出版社，2012 [6] 蔡美琴，張為民等編.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用.高等教育出版社，2010 [7] 張新義主編．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [8] 余英良主編．機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [9] 王貴明主編．?dāng)?shù)控實(shí)用技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 [10] 張建綱，胡大鋒主編．?dāng)?shù)控技術(shù)．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010 [11] 鄧星鐘主編．機(jī)電傳動(dòng)控制．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009 [12] 王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)．北京：兵器工業(yè)

30、出版社，2008 [13] 卜云峰主編.機(jī)械工業(yè)及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)上下冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 [14] 劉躍南主編.機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控及應(yīng)用,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010 [15] 李洪主編.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2009 [16] 李群芳，黃建等編.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2010 [17] 陶曉杰主編.伺服電機(jī)用于車床進(jìn)給系統(tǒng).制造業(yè)自動(dòng)化,2008 致 謝 過幾個(gè)月的忙碌的工作，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)?？粕漠厴I(yè)論文，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有袁曉林老師的督促指導(dǎo)，以及一起

31、工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。所以在這里真心的感謝袁曉林老師的精心指導(dǎo)。 在論文寫作過程中，得到了袁曉林老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，袁曉林老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，袁曉林老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩袁曉林老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向袁曉林老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們。 最后我還要忠心的感謝我的母校常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院及機(jī)械工程系三年來對(duì)我的栽培。 29