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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目：Φ430mm的數(shù)控車(chē)床總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
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學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院
年 月
摘 要
本課題的目的在于設(shè)計(jì)出與數(shù)控臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床相匹配的六角回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)。本課題將以臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的六角回轉(zhuǎn)刀架為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出符合數(shù)控臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的六角回轉(zhuǎn)。
為了完成本課題的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，包括國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)；液壓技術(shù)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本資料；同等機(jī)床六角回轉(zhuǎn)的圖紙和資料等。其次是初步確定六角回轉(zhuǎn)的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于尾座的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：Φ430MM的數(shù)控車(chē)床，數(shù)控改造，滾珠絲杠，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，尾座
目 錄
第1章 概述 1
1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 1
1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 1
1.3 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 2
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.5 數(shù)控機(jī)床改造的意義 3
1.6 車(chē)床數(shù)控化改造的可行性 3
1.6.1 車(chē)床數(shù)控化改造的必要性 4
1.6.2 車(chē)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 4
1.7 車(chē)床數(shù)控化改造前景 5
第2章 總體方案的確定 6
2.1總體方案設(shè)計(jì) 6
2.2 Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的設(shè)計(jì)參數(shù) 6
2.2 總體方案的確定 7
第3章 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案 9
3.1主軸系統(tǒng)的改造方案 9
3.2安裝電動(dòng)卡盤(pán) 9
3.3換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 9
3.4螺紋編碼器的安裝方案 9
3.5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案 10
3.6 尾座改造與設(shè)計(jì)方案 10
第4章 六角回轉(zhuǎn)總體設(shè)計(jì) 11
4.1 設(shè)計(jì)方案確定 11
4.2設(shè)計(jì)方案論證 11
第5章 尾座各部件的設(shè)計(jì)要求 13
5.1尾座體的設(shè)計(jì) 13
5.2尾座主軸的設(shè)計(jì) 14
5.3尾座頂尖的設(shè)計(jì) 14
5.4螺塞缸的設(shè)計(jì) 15
5.5尾座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 15
5.6 尾座孔系設(shè)計(jì) 16
5.6.1主軸孔的設(shè)計(jì) 16
5.6.2孔和鍵的設(shè)計(jì) 16
5.6.3配合 17
5.6.4密封及偏心軸的設(shè)計(jì) 18
第6章 六角回轉(zhuǎn)的總體設(shè)計(jì) 19
6.1六角回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)要求 19
6.2設(shè)計(jì)基本參數(shù) 19
6.3機(jī)械結(jié)構(gòu) 19
6.4液壓油缸的選定 20
6.5壓緊螺栓的校核 21
6.6計(jì)算液壓油缸頂緊力 21
6.7 頂尖的設(shè)計(jì) 21
6.8 尾座芯軸的設(shè)計(jì) 22
6.9尾座體的設(shè)計(jì) 22
6.10電器系統(tǒng)操作 22
第7章 數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì) 23
7.1硬件電路設(shè)計(jì) 23
7.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 23
7.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 23
7.2關(guān)于各線(xiàn)路元件之間線(xiàn)路連接 24
7.3關(guān)于電路原理圖的一些說(shuō)明 25
總 結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
C6143型普通車(chē)床數(shù)控化改造及液壓尾座設(shè)計(jì)
第1章 概述
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)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)。
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。
1.6 車(chē)床數(shù)控化改造的可行性
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)品的質(zhì)量和性能不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對(duì)機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地更換產(chǎn)品的零件。生產(chǎn)需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也迅速地發(fā)展起來(lái)。
從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世至今，世界上主要工業(yè)化國(guó)家的數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了批量生產(chǎn)。機(jī)床的數(shù)控化程度在不斷地提高。
我國(guó)從開(kāi)放搞活以來(lái)，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促進(jìn)了我國(guó)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。各大企業(yè)不斷地購(gòu)進(jìn)數(shù)控機(jī)床，擴(kuò)大生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中也不是鳳毛麟角，而是不斷地提高普及率。在這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控改造是重要的。
如以下幾個(gè)方面的說(shuō)明：
1.6.1 車(chē)床數(shù)控化改造的必要性
數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量和多變零件的加工問(wèn)題,能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率,但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還受到其他條件的限制。
（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資大，對(duì)中小型企業(yè)是心有余而力不足。
（2）目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本
可能，而且替換下來(lái)的普通機(jī)床閑置下來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)。
（3）在國(guó)內(nèi)訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不可能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。
（4）通用數(shù)控機(jī)床對(duì)具體生產(chǎn)有多余功能。
要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通機(jī)床的數(shù)控化改造之路，從美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床地?cái)?shù)控化改造必不可少，數(shù)控機(jī)床占有很大比例。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對(duì)一些中小型企業(yè)更是如此。
1.6.2 車(chē)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)
（1）易對(duì)現(xiàn)有的機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，沒(méi)有多余功能。
（2）減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。
（3）降低對(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求。
（4）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。
（5）數(shù)控改造周期短，可滿(mǎn)足生產(chǎn)急需。
所有這些目的都是圍繞一點(diǎn)，即提高機(jī)床的性能價(jià)格比，用較少的價(jià)格得到較高的機(jī)床性能。
因此數(shù)控改造具有以下幾點(diǎn)：
（1）易于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、而且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，沒(méi)有多余的功能。
（2）減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。
（3）降低對(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求。
（4）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。
（5）數(shù)控改造的周期短，可滿(mǎn)足生產(chǎn)急需。
1.7 車(chē)床數(shù)控化改造前景
數(shù)控機(jī)床業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對(duì)機(jī)床位不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)該能迅速的適應(yīng)零件的變換。生產(chǎn)的需要促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來(lái)。
從第一代數(shù)控機(jī)床問(wèn)世以來(lái)，世界上主要工業(yè)化國(guó)家得數(shù)控機(jī)床已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)。機(jī)床的數(shù)控化率在不斷的提高到1998年，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控率達(dá)到70%。我國(guó)從改革開(kāi)放以來(lái)，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促使我國(guó)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。各大企業(yè)不斷購(gòu)進(jìn)數(shù)控機(jī)床擴(kuò)大再生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中再不是鳳毛麟角，而是不斷提高普及率。廣泛的運(yùn)用到個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，其可以很好的解決現(xiàn)代制造業(yè)中的復(fù)雜、精密、小批、多變零件的加工問(wèn)題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。但其價(jià)格昂貴，一次性投入大，往往使企業(yè)心有余而力不足，我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，數(shù)控化的道路漫長(zhǎng)，走改革之路為上策。我們對(duì)Φ430MM的數(shù)控車(chē)床進(jìn)行了數(shù)控改造，效果良好。
第2章 總體方案的確定
總體方案應(yīng)考慮車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類(lèi)型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。
普通車(chē)床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。
普通車(chē)床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。
2.1總體方案設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)任務(wù)：改造后的車(chē)床能夠完成機(jī)床主軸的啟動(dòng)，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程和變速，刀具的變速和冷卻，都可以自動(dòng)控制。并具有螺紋和錐螺紋等自動(dòng)循環(huán)機(jī)能。在該機(jī)床中采用六角回轉(zhuǎn)快換刀架和機(jī)床外對(duì)刀裝置。該機(jī)床適用于加工形狀復(fù)雜，中小批量的零件。對(duì)一般車(chē)削加工任意錐面、球面、螺紋端面、回轉(zhuǎn)面等加工工序，能控制主軸的開(kāi)停變速及一些輔助功能，使加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床改造機(jī)械方面的關(guān)鍵。由微型控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位具重復(fù)定位精度高、工作剛性好、性能可靠、使用壽命長(zhǎng)以及工藝性能好等特點(diǎn)。
將原先的普通尾座改造成六角回轉(zhuǎn)。
2.2 Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)型普通原始數(shù)據(jù)及數(shù)控改造設(shè)計(jì)要求，確定主要如下：
最大加工直徑：
車(chē)床身上： 430mm
車(chē)床鞍上： 220mm
最大加工長(zhǎng)度： 1500mm
快進(jìn)速度：
縱向 2.4m/min
橫向 1.2m/min
最大切削進(jìn)給速度：
縱向 0.6m/min
橫向 0.3m/min
脈沖當(dāng)量：
縱向 0.01mm/step
橫向 0.005mm/step
脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法
控制坐標(biāo)數(shù)： 2
機(jī)床定位精度： ±0.015
溜板及刀架重力：
縱向： 800N
橫向： 600N
自動(dòng)生降速性能：有
起動(dòng)加速時(shí)間： 30ms
主電機(jī)功率： 7.5Kw
2.2 總體方案的確定
Φ430MM的數(shù)控車(chē)床改造總體設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定、數(shù)控系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，應(yīng)仔細(xì)考慮各種高性能、自動(dòng)化等要求，也要考慮被改造機(jī)床的具備條件，是技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的合理性交好的統(tǒng)一。
對(duì)于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，保留原手動(dòng)于調(diào)刀，原支承結(jié)構(gòu)也保留。和縱向進(jìn)給一樣步進(jìn)電機(jī)與縱向滾珠絲杠間任何需一級(jí)齒輪減速，絲杠螺母與橫向施板任用一螺母座連接。施板后部開(kāi)軸承孔以便滾珠絲杠的連通與支承，后接減速箱與步進(jìn)電機(jī)。
縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)減速齒輪采用雙片齒輪，靠錯(cuò)位消除嚙合間隙。絲杠外加防塵罩，溜板箱上安裝急停按鈕，以適應(yīng)意外情況的急停。
硬件方面控制系統(tǒng)的硬件配置是，基本系統(tǒng)包括單片機(jī)AT89C51、鎖存器、EPROM和RAM存儲(chǔ)器。并行接口8255用作連接開(kāi)關(guān)量的輸入輸出和對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制。8279為鍵盤(pán)顯示器接口。
軟件方面，軟包裝件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。分為三塊：手動(dòng)操作、加工、編輯。
圖2-1 機(jī)床的操作模式圖
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)采用輪廓控制形式，控制系統(tǒng)硬件由微機(jī)控制部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離器、步進(jìn)電機(jī)、功率放大器等組成。在其縱橫向均采用步進(jìn)電機(jī) 減速齒輪 滾珠絲杠螺母副 溜板的傳動(dòng)方式，刀架更換為四刀位回轉(zhuǎn)刀架，將原先的普通尾座改造成六角回轉(zhuǎn)。改造后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖所示：
圖2-2 改造后車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖
第3章 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案
3.1主軸系統(tǒng)的改造方案
對(duì)普通機(jī)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)，這樣可以減少機(jī)械改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制。
若要提高車(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2~4速的多速電動(dòng)機(jī)代替原有的單速主電動(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)控制主軸電動(dòng)機(jī)，以實(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，原來(lái)的電動(dòng)機(jī)可以不更換，但所選變頻器的功率應(yīng)比電動(dòng)機(jī)大）。
改造Φ430MM的數(shù)控車(chē)床時(shí)，若采用有級(jí)變速，可選用浙江超力有限公司生產(chǎn)的YD系列變級(jí)多速三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)檔變速；若采用無(wú)級(jí)變速，應(yīng)加裝交流變頻器，推薦型號(hào)為：F100-G0075T3B,適配電動(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)，選用呼和浩特附件總廠(chǎng)生產(chǎn)的KD11250型電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)。卡盤(pán)的夾緊與松開(kāi)由數(shù)控系。
3.3換裝自動(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)刀架，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)刀架。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。
3.4螺紋編碼器的安裝方案
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，作為車(chē)床主軸信號(hào)的反饋元件，它與車(chē)床主軸同步。
改造后的車(chē)床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是，Z向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于?？紤]到編碼器的輸出有相位差的A、B相信號(hào)，可用A、B異或后獲得個(gè)脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器的線(xiàn)數(shù)可降到線(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)的零位脈沖Z。
基于上述要求，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)輸出個(gè)A/B脈沖與1個(gè)Z脈沖，信號(hào)為電壓輸出，軸頭直徑，生產(chǎn)廠(chǎng)家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。
螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：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床頭箱的的后端，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)間隙柔性連接，且車(chē)床組、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。
3.5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案
拆除掛輪架所有齒輪，在此主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。
拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與同步帶減速箱總成。
拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。
拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜板上方安裝四工位立式刀架。
拆除橫溜板下的滑動(dòng)絲桿螺母副，將滑動(dòng)絲桿靠刻度盤(pán)一段（長(zhǎng)，見(jiàn)圖一）鋸斷保留，拆掉刻度盤(pán)上的手柄，保留刻度盤(pán)附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。
將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。
拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。
3.6 尾座改造與設(shè)計(jì)方案
將原先的普通尾座改造成六角回轉(zhuǎn)。
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第4章 六角回轉(zhuǎn)總體設(shè)計(jì)
4.1 設(shè)計(jì)方案確定
根據(jù)課題的要求尾座要具有夾持、頂緊、支承工件以及安裝刀具加工零件等多種功能，由于Φ430MM的數(shù)控車(chē)床機(jī)床加工的零件直徑較大，因此對(duì)尾座的強(qiáng)度、剛度要求較高。由于不同機(jī)床上加工工件的不同導(dǎo)致一些尾座套筒的進(jìn)給方式也各有不同，因此在設(shè)計(jì)中可采用以下多種設(shè)計(jì)方案：
(1)液動(dòng)尾座 此種尾座采用液壓油推動(dòng)套筒的移動(dòng)，簡(jiǎn)化了尾座部件，并且由于液壓油作用在缸體活塞上的壓力比較均勻，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較麻煩，多用于精度要求較到的機(jī)床上。
(2)手動(dòng)尾座 手動(dòng)尾座采用手輪搖動(dòng)，直接帶動(dòng)絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與其以螺紋相結(jié)合的套筒在導(dǎo)向鍵的作用下滑動(dòng)。這種手動(dòng)尾座的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，目前在各種機(jī)床上都得到了普遍應(yīng)用。但在實(shí)際是應(yīng)用中需要轉(zhuǎn)動(dòng)手輪來(lái)夾持支承工件，很難實(shí)現(xiàn)一個(gè)人單獨(dú)操作，增強(qiáng)了勞動(dòng)量和危險(xiǎn)性。
(3) 電動(dòng)尾座 電動(dòng)尾座是在手動(dòng)尾座的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，既是將手輪改換成電機(jī)，通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)套筒的伸縮。這種改進(jìn)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)提高工作效率具有一定的作用，并且利用小型步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)蝸輪蝸桿副的轉(zhuǎn)動(dòng)從而使套筒、頂尖伸縮，保證了可靠的定位以及良好的夾持狀態(tài)。
4.2設(shè)計(jì)方案論證
本課題為Φ430MM的數(shù)控車(chē)床六角回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，Φ430MM的數(shù)控車(chē)床型臥式機(jī)床多用于加工大直徑的零件，加工零件的種類(lèi)較多，所需要的夾持力比較大，這就要求在設(shè)計(jì)尾座時(shí)，需提高尾座的自身強(qiáng)度，保證尾座底板與導(dǎo)軌面的配合要求，達(dá)到所設(shè)計(jì)的精度。也既是尾座底板的加工精度要求達(dá)到一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
通過(guò)對(duì)上述三種方案的比較論證并結(jié)合在實(shí)際生產(chǎn)、應(yīng)用中對(duì)這三種尾座的性能差別，目前就絕大多數(shù)機(jī)床而言還是多采用手動(dòng)式尾座，六角回轉(zhuǎn)和電動(dòng)尾座多用于精密機(jī)床上，沒(méi)有得到廣泛的普及。
綜合各方面的分析、調(diào)查就目前總體的使用情況及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，手動(dòng)式尾座由于其使用時(shí)需要搖動(dòng)手柄，并且施力時(shí)作用效果不好一致，手動(dòng)尾座有被電動(dòng)尾座及六角回轉(zhuǎn)取代的趨勢(shì)，電動(dòng)尾座的成本太高?？拐鹦圆睢９ぷ髟肼暣?。精度不高。六角回轉(zhuǎn)是全自動(dòng)化。精度高。穩(wěn)定性好。動(dòng)態(tài)性好。效率高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。工作安全性高。壽命長(zhǎng)。經(jīng)濟(jì)好。使用維修方便。因此六角回轉(zhuǎn)總體各方面綜合性能好，是最好的選擇。
圖4-1 六角回轉(zhuǎn)
第5章 尾座各部件的設(shè)計(jì)要求
尾座是臥式車(chē)床的重要附件，其主要作用是為軸類(lèi)零件定心，同時(shí)具有輔助支撐和夾緊的功能。Φ430MM的數(shù)控車(chē)床數(shù)控臥式車(chē)床的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)尾座由尾座體、套筒、芯軸結(jié)構(gòu)、套筒液壓測(cè)力裝置、尾座和套筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu)及液壓裝置等組成，芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進(jìn)口軸承支承，動(dòng)、靜剛度好，精度高。套筒和尾座的移動(dòng)均為機(jī)動(dòng)，套筒和尾座的夾緊、放松均采用碟形彈簧夾緊，液壓放松的機(jī)動(dòng)夾緊、放松結(jié)構(gòu)，夾緊力足夠大，安全可靠，工人操作簡(jiǎn)單、方便、效率高。
其優(yōu)點(diǎn)在于：
1、剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個(gè)尾座整體，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)有限元分析、計(jì)算，通過(guò)對(duì)尾座內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時(shí)效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座整體變形小，抗振性能好，滿(mǎn)足數(shù)控臥式車(chē)床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2、結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個(gè)尾座整體，取消了分體式尾座聯(lián)結(jié)的定位鍵和把合螺釘，總零件數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)更少，取消了分體式尾座上、下體的配合加工面，取消了分體式尾座上、下體的裝配環(huán)節(jié)，加工、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費(fèi)用，降低了尾座的總重量和總成本。
我設(shè)計(jì)的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油壓后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活塞固定座通過(guò)螺釘連接在一起，可以移動(dòng)。尾座油壓后座、尾座體和尾座活塞軸連接在一起，固定不動(dòng)。尾座活塞軸、尾座套筒和尾座活塞固定座形成一個(gè)液壓缸，并且分成兩個(gè)腔。當(dāng)給尾座油壓后座通液壓油時(shí)，液壓油通過(guò)油路進(jìn)入尾座活塞軸上的一個(gè)腔，在進(jìn)入套筒孔的錐形腔內(nèi)，此時(shí)壓力增大，套筒帶動(dòng)頂尖向前移動(dòng)。反之，當(dāng)液壓油通過(guò)油路進(jìn)入尾座活塞軸上的另一個(gè)腔，此時(shí)向后退的壓力增大，套筒帶動(dòng)頂尖向后移動(dòng)。
5.1尾座體的設(shè)計(jì)
數(shù)控臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的尾座體是尾座的主要的機(jī)械部分，設(shè)計(jì)時(shí)主要參看其他機(jī)床的尾座體和根據(jù)制造業(yè)在生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，稍加改造而成的。尾座體的壁厚要盡量均勻，拐角處要設(shè)計(jì)成圓角以減少集中應(yīng)力。尾座體的材料采用HT200，鑄造加工而成。在尾座體的設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到加工工藝，需要設(shè)計(jì)出工藝凸臺(tái)和工藝孔。
在數(shù)控臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的尾座設(shè)計(jì)中，首先設(shè)計(jì)出尾座殼體并設(shè)計(jì)出尾座臺(tái)，使其兩者結(jié)合固定在導(dǎo)軌上，這樣才能使尾座工作。在尾座體得設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)方面，首先明細(xì)欄標(biāo)注的13（以下直接寫(xiě)的序號(hào)以明細(xì)欄標(biāo)注為主）油杯選擇為直徑為10，此油杯為壓配式壓注油杯，此油杯使用比較方面，當(dāng)潤(rùn)滑主軸時(shí)只需將油口對(duì)準(zhǔn)油杯口即可往里注油，不用拆裝尾座即可起到潤(rùn)滑的作用。14為鍵，此鍵的形狀為上面圓柱，下面為四面體，此鍵的作用是固定主軸，使其不能左右旋轉(zhuǎn)只能伸縮，在其旁邊有一定位螺釘，此作用是將鍵牢牢固定于殼體，防止鍵定位不準(zhǔn)。
此尾座殼體的前面有防塵罩，此防塵罩的作用是防止主軸伸出時(shí)有雜質(zhì)粘在上面，也防止雜質(zhì)滲入影響主軸伸出的速度及穩(wěn)定性。
5.2尾座主軸的設(shè)計(jì)
數(shù)控臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床的尾座套筒的主要尺寸是根據(jù)尾座體的尺寸選擇的。套筒的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖，利用液壓缸提供的壓力和莫氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性頂緊頂尖，使頂尖在頂著工件加工時(shí)不會(huì)隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使套筒不隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)在套筒上部設(shè)計(jì)了滑鍵槽，在尾座體上設(shè)計(jì)有滑鍵。尾座工作時(shí)滑鍵在滑鍵槽中滑動(dòng)，這樣套筒就不會(huì)跟著轉(zhuǎn)了，同時(shí)，頂尖在頂著工件加工時(shí)也不會(huì)隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)了。從而提高了套筒的使用壽命。由于頂尖是利用氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性卡緊的，但是在工作中需要拆卸頂尖，因此需要在尾座體的后面設(shè)計(jì)了螺塞，當(dāng)向內(nèi)擰動(dòng)螺塞時(shí)，螺塞推動(dòng)頂桿向前運(yùn)動(dòng)將頂尖頂出，此方法簡(jiǎn)單使用。
尾座主軸的尾部與固定環(huán)相連?？梢酝ㄟ^(guò)液壓油的流入與流出在孔內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，當(dāng)液壓有流入時(shí)主軸向后縮回，當(dāng)液壓油流出時(shí)主軸向前運(yùn)動(dòng)，主軸內(nèi)有活塞，因?yàn)榛钊c主軸內(nèi)壁接觸，密封性較好，保證主軸運(yùn)動(dòng)靈敏性較好。
5.3尾座頂尖的設(shè)計(jì)
車(chē)床的尾座頂尖，在車(chē)床的使用中經(jīng)常用到的定位元件，它可以幫助主軸一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有較高的精度，在使用中要使尾座的軸心線(xiàn)與機(jī)床主軸的軸心線(xiàn)保證較高的同軸度在進(jìn)行工件的加工過(guò)程中多采用前后頂尖來(lái)支承工件，來(lái)確定工件的旋轉(zhuǎn)中心并承受刀具作用在工件上的切削力。頂尖是機(jī)械加工中的機(jī)床的重要部件，它可對(duì)端面復(fù)雜的零件和不允許打中心孔的零件進(jìn)行支承。頂尖的一端可頂中心孔或管料的內(nèi)孔，另一端則放入到尾座套筒內(nèi)。頂尖的鎖緊主要是靠頂緊力和液壓缸提供的壓力，加工時(shí)一般緊縮在尾座套筒內(nèi)。頂尖一般由專(zhuān)門(mén)的工廠(chǎng)生產(chǎn)，我們只要根據(jù)自己的需要買(mǎi)產(chǎn)品。由于數(shù)控臥式車(chē)床Φ430MM的數(shù)控車(chē)床是中小型機(jī)械加工設(shè)備，尾座總體尺寸并不是很大所以選擇莫氏4號(hào)的頂尖。莫氏錐度是一個(gè)錐度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因?yàn)橛绣F度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的錐度范圍內(nèi)，工件可以自由的拆裝，同時(shí)在工作時(shí)又不會(huì)影響到使用效果，比如鉆孔的錐柄鉆。在錐柄上好后，鉆頭可以將工件鉆出需要的孔，而錐柄處不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。又比如鉆孔的錐柄鉆，如果使用中需要拆卸鉆頭磨削，拆卸后重新裝上不會(huì)影響鉆頭的中心位置。
5.4螺塞缸的設(shè)計(jì)
液壓缸的工作原理 ：它的最基本5個(gè)部件,1-缸筒和缸蓋2-活塞和活塞桿3-密封裝置4-緩沖裝置5-排氣裝置 。每種缸的工作原理幾乎都是相似的,拿一個(gè)手動(dòng)千斤頂來(lái)說(shuō)它的工作原理吧,千斤頂其實(shí)也就是個(gè)最簡(jiǎn)單的油缸了.通過(guò)手動(dòng)增壓稈(液壓手動(dòng)泵)使液壓油經(jīng)過(guò)一個(gè)單向閥進(jìn)入油缸,這時(shí)進(jìn)入油缸的液壓油因?yàn)閱蜗蜷y的原因不能再倒退回來(lái),逼迫缸桿向上,然后在做工繼續(xù)使液壓油不斷進(jìn)入液壓缸,就這樣不斷上上升,要降的時(shí)候就打開(kāi)液壓閥,使液壓油回到油箱.這個(gè)是最簡(jiǎn)單的工作原來(lái)了,其他的都在這個(gè)基礎(chǔ)上改進(jìn)的.此尾座的螺塞缸是安裝螺塞的，當(dāng)擰動(dòng)螺塞時(shí)，螺塞再推動(dòng)頂桿向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而退出頂尖，螺塞缸還有一個(gè)作用就是固定活塞，使活塞不動(dòng)主軸來(lái)回運(yùn)動(dòng)，起支撐主軸的作用。
5.5尾座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
1、導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件作直線(xiàn)或圓周運(yùn)動(dòng)，并承受運(yùn)動(dòng)部件包括工件的重力和切削力等載荷。導(dǎo)軌應(yīng)滿(mǎn)足導(dǎo)向精度高、精度保持性好、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好；摩擦阻力小、靈敏度高；剛度高、承載能力大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、安裝、調(diào)配、調(diào)整和維修，成本低等要求。
2、導(dǎo)軌的材料：對(duì)導(dǎo)軌材料的主要要求是耐磨性好、工藝性好、成本低。常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料。其中以鑄鐵應(yīng)用最為普遍，因?yàn)殍T鐵是一種成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。
為了提高耐磨性和防止咬焊，動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同的材料。如果選用相同的材料，也一定要采取不同的熱處理方式以使其具有不同的硬度。
灰鑄鐵常用的牌號(hào)是HT200。在較好的潤(rùn)滑與防護(hù)條件下，具有一定的耐磨性。適用于不經(jīng)常工作且對(duì)精度保持性要求不高的導(dǎo)軌。
孕育鑄鐵常用的牌號(hào)是HT300。耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用于較精密的機(jī)床導(dǎo)軌。
耐磨鑄鐵中應(yīng)用較多的是高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵及釩鈦鑄鐵。與孕育鑄鐵相比，其耐磨性提高1～2倍，但成本較高，常用于精密機(jī)床導(dǎo)軌。
通過(guò)對(duì)材料的類(lèi)比，由于我設(shè)計(jì)的是Φ430MM的數(shù)控車(chē)床六角回轉(zhuǎn),考慮價(jià)格等原因，選用灰鑄鐵作為導(dǎo)軌材料。
3、導(dǎo)軌的形狀：直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形，并且可以相互組合。在本課題中，我選擇三角形導(dǎo)軌。選擇三角形導(dǎo)軌的原因是它的導(dǎo)向性和精度保持性都比較高，當(dāng)導(dǎo)軌有了磨損時(shí)會(huì)自動(dòng)下沉補(bǔ)償磨損量，矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。燕尾形導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗(yàn)、和維修都不大方面。綜以上一些因素我選擇三角形導(dǎo)軌。
5.6 尾座孔系設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中所需提及的主要技術(shù)要求中，就其性質(zhì)而言，大致可分為兩類(lèi)：一是各加工表面自身的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度；二是為了保證定位基準(zhǔn)面的定位精度，以及為了減輕在加工中的定位誤差。為了保證尾座體在裝配精度，還要求有較高的相互位置精度。根據(jù)技術(shù)參數(shù)的要求，確定套筒直徑為85mm。
5.6.1主軸孔的設(shè)計(jì)
通常情況下頂尖和中心孔的錐度必須相同，并且多數(shù)為錐度為60°，這是為了減少接觸面的單位面積壓力和不損壞死頂尖。但在本課題中，所使用的頂尖是莫氏錐度4號(hào)的頂尖，因此，套筒前端的套筒孔的錐度也為莫氏錐度4號(hào)錐度。頂尖（死頂尖或活頂尖）的錐面（莫氏錐度或公制錐度）插入主軸錐孔和尾座頂尖套筒的錐孔內(nèi)要同心，既要保證設(shè)計(jì)時(shí)同軸度的要求，避免由于尾座的偏移使車(chē)削工件產(chǎn)生錐度，因此在設(shè)計(jì)中要保證莫氏錐孔軸心線(xiàn)與套筒軸心的同軸度公差為0.01mm,端面徑向跳動(dòng)公差為0.006mm。
5.6.2孔和鍵的設(shè)計(jì)
由于尾座體孔和套筒的配合精度較高，為了減輕滑鍵在套筒滑鍵槽內(nèi)的磨損,需要對(duì)兩者的表面進(jìn)行潤(rùn)滑，減少摩擦，防止產(chǎn)生磨粒磨損。摩擦不僅損壞配合表面的品質(zhì)，而且會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋的萌生，從而急劇地減低零件的疲勞強(qiáng)度。而在摩擦面加入潤(rùn)滑劑不僅可以減低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不遭腐蝕，而且能起到散熱降溫的作用。采用潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑時(shí),潤(rùn)滑油膜可起到緩沖，吸熱的功能；而采用膏狀的潤(rùn)滑脂，即可防止內(nèi)部的潤(rùn)滑劑的外泄，又可阻止雜質(zhì)侵入，避免加劇零件的磨損,起到密封作用。因而潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的供應(yīng)方法在設(shè)計(jì)中很重要。本課題的設(shè)計(jì)中尾座套筒孔的兩端采取了一定的密封性設(shè)計(jì),因此可采用比較簡(jiǎn)單的壓配式注油杯系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行間歇性的潤(rùn)滑即滿(mǎn)足尾座體孔和套筒、滑鍵與滑鍵槽的潤(rùn)滑要求。由于對(duì)注油孔的加工精度要求不是很高，因此在對(duì)注油孔的設(shè)計(jì)及加工中不需要考慮過(guò)多的形位精度要求,僅保持與滑鍵孔的位置關(guān)系即可。
在尾座上設(shè)計(jì)滑鍵的主要目的是防止頂尖在工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。在套筒上開(kāi)設(shè)鍵槽，將滑鍵通過(guò)在尾座上方鉆通孔來(lái)將滑鍵固定在尾座上,這樣套筒只能在滑鍵尾座的套筒孔內(nèi)軸向移動(dòng),只需要在套筒上銑出較長(zhǎng)的鍵槽，而滑鍵可做得短一些.同時(shí)為了防止滑鍵的轉(zhuǎn)動(dòng)在將滑鍵固定好以后要采用一定的防轉(zhuǎn)動(dòng)措施,既是在兩者的結(jié)合縫隙處鉆孔攻絲安裝上一個(gè)螺釘?；I槽的長(zhǎng)度主要和滑鍵在套筒上的位置有關(guān)。滑鍵槽的長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：(1)使頂尖伸出套筒長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)度，即L=70 mm。(2)使滑鍵在滑動(dòng)中順利。因此，滑鍵槽的長(zhǎng)度取L=155。
在對(duì)套筒上的滑鍵槽以及尾座上的安裝孔的設(shè)計(jì)中不僅需要保證滑鍵槽的對(duì)稱(chēng)度要求,還要保證裝鍵孔對(duì)套筒孔中心軸線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)度和垂直度,因此在設(shè)計(jì)中結(jié)合有關(guān)原則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),初步確定安裝滑鍵的孔對(duì)套筒孔的對(duì)稱(chēng)度要求為0.006。
5.6.3配合
套筒在工作中主要有兩種配合要求。其一，套筒與尾座體的配合，其二，套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合?？紤]到頂尖套筒與尾座孔在不同的接觸部位其接觸部位的不同，因此可以采用不同的配合等級(jí)。因此，我們分別確定其配合等級(jí)。
1、套筒與尾座體的配合
根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，套筒與尾座體的配合采用基孔制，間隙配合，但間隙很小，防止在工作中產(chǎn)生較大的跳動(dòng)，影響加工工件的直線(xiàn)度和圓柱度。由于套筒的尺寸較大，又和尾座體有配合要求，所以要保證套筒的直線(xiàn)度和圓柱度，可選直線(xiàn)度為0.006mm、圓柱度為0.003mm。
2、套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合
套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合要求較高，配合間隙很小。安裝莫氏錐柄的套筒部與尾座孔的配合精度要求最高，配合間隙很小，制造成本也高，最適合于不回轉(zhuǎn)的精密滑動(dòng)配合，精度等級(jí)多用于IT5～I(xiàn)T7級(jí)。尾座活塞軸的作用是推動(dòng)頂尖，使其在套筒中伸縮，因此，與套筒的配合也用間隙配合，并且表面粗糙度值要求也要小，以減小摩擦力，保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性、迅速性。推薦表面粗糙度值選擇Ra3.2。
5.6.4密封及偏心軸的設(shè)計(jì)
1、尾座主軸與活塞的密封
尾座主軸與活塞的密封采用的是橡膠密封圈，螺塞缸與活塞也是采用的橡膠密封圈，此密封圈的特點(diǎn)是耐油、耐熱、耐磨、耐老化，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。
2偏心軸的設(shè)計(jì)
在尾座的后半部分，有個(gè)手柄是短暫的控制尾座在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)，即使尾座停在導(dǎo)軌上，此原理離不開(kāi)偏心軸，首先偏心軸固定在尾座體上，手柄固定在安裝偏心軸的套筒上，當(dāng)搖動(dòng)手柄時(shí)，手柄帶動(dòng)偏心軸，偏心軸通過(guò)拉桿29使壓板2壓緊壓板3，壓板3緊緊壓在導(dǎo)軌上使尾座停止。手柄旋轉(zhuǎn)的角度很小，使偏心軸旋轉(zhuǎn)的角度也很小，在偏心軸的最高處達(dá)到極限。如果使用普通的圓軸不能拉動(dòng)拉桿，起不到固定尾座的作用。
第6章 六角回轉(zhuǎn)的總體設(shè)計(jì)
在尾座體的設(shè)計(jì)中螺栓的主要作用就是將壓板和尾座夾緊在床身導(dǎo)軌上，防止尾座在導(dǎo)軌上的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾持和支承。在對(duì)螺栓及其孔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要考慮到連接類(lèi)型，被連接零件的材料，形狀及尺寸等因素，還要考慮到螺栓的強(qiáng)度，剛度以及經(jīng)濟(jì)性等基本問(wèn)題。
6.1六角回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)要求
本設(shè)計(jì)六角回轉(zhuǎn)主要解決：A利用車(chē)床尾座自動(dòng)進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)鉆屑；B利用液壓油缸推動(dòng)尾座芯軸自動(dòng)頂緊工作。
6.2設(shè)計(jì)基本參數(shù)
根據(jù)床頭箱中心高315mm，設(shè)計(jì)尾座其中心高為315mm。根據(jù)普通車(chē)床標(biāo)準(zhǔn)尾座擬訂外形尺寸不變，僅增加液壓油缸為進(jìn)給動(dòng)力并且在尾座頂部增加信號(hào)發(fā)送裝置。
6.3機(jī)械結(jié)構(gòu)
A主要結(jié)構(gòu)：尾座體內(nèi)安裝有尾座心軸，法蘭固定在尾座體后部，通過(guò)螺栓連接液壓油缸。液壓缸活塞桿通過(guò)鑲嵌尾座芯軸上的螺母連接。在尾座體上設(shè)置有防轉(zhuǎn)鍵，在尾座芯軸上設(shè)置有導(dǎo)向槽，尾座芯軸上面配有卸刀孔和頂絲孔，尾座體配有普通尾座的手柄卸刀結(jié)構(gòu)與防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)上緊湊。易用。方便。頂尖或鉆頭等工具的裝卸，可以達(dá)到很好的精度和提高工作效率。
B 防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：在使用頂尖時(shí)，搬動(dòng)手柄，是凸輪轉(zhuǎn)動(dòng).拉動(dòng)鎖緊套，夾緊尾座芯軸，使尾座芯軸不轉(zhuǎn)動(dòng)；反之.搬動(dòng)手柄，使凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在彈簧作用力下，鎖緊套脫離尾座芯軸，從而使尾座芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
C 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：搖動(dòng)手柄桿，通過(guò)齒輪軸上的齒輪與床身上安裝的齒條的齒合，從而帶動(dòng)尾座前進(jìn)或者后退。搖動(dòng)適合位置，便于加工。
D 壓緊結(jié)構(gòu)：在尾座體上安裝有兩條螺栓，當(dāng)需要尾座停在其一位置而不能夠移動(dòng)時(shí)，鎖緊螺栓上的螺母，使壓塊壓緊床身，從而使尾座不能移動(dòng)；反之，松開(kāi)螺栓上的螺母，使壓塊與床身分離，使尾座能夠自由移動(dòng)。
F 調(diào)整結(jié)構(gòu)：在尾座體下部靠近中間處，設(shè)有2個(gè)螺栓，調(diào)節(jié)前后螺栓，使尾座中心和主軸中心同軸。調(diào)節(jié)螺釘釘緊尾座墊塊凸臺(tái)，使尾座體靠近經(jīng)過(guò)刮研的定位面。
6.4液壓油缸的選定
此尾座增加行程控制裝置用于鉆屑.
A 根據(jù)要求設(shè)定鉆屑直徑為，工件材料為45剛，查手冊(cè)選取切削用量
取V=18米/分 S=0.3毫米/轉(zhuǎn)
根據(jù)公式 P=3.3DS （3-1）
計(jì)算軸向力.
A 鉆頭直徑=25mm， 抗拉強(qiáng)度{kg/mm} (3-2)
表取=55 kg/mm
軸向力P軸=3.3×D×S×
=3.3×25××
=3.3×25×0.43×20.19
=716kg
B根據(jù)機(jī)床系統(tǒng)壓力為2mp=20kg/厘米=0.21kg/毫米
計(jì)算油缸油塞面積
P= (3-3)
其中A－面積. P－軸向力 P－系統(tǒng)壓強(qiáng)
則 A= = = 3580（） (3-4)
試取活塞直徑活塞桿直徑為
== 6358 (3-5)
==1962.5
－=6358－1962.5=4395 >3580
符合壓力條件
根據(jù)普通尾座行程，選取行程為360㎜的油缸按照缸徑?；钊麠U。行程360 。選取液壓油缸其型號(hào)為；Y－HG－E90/50 ×360L F－HLOT (3-6)
這種液壓油缸其性能如下；
1. 壓力： E級(jí)大于6.3小于16 mp
2. 密封： E級(jí)泵用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐密封性能好的YX行聚氨密封圈
3. 防塵： 本液壓和泵用聚氨密封脂或丁晴橡膠無(wú)骨架防塵圈
4. 適用介質(zhì)：液壓油
5. 適用溫度：－40C～+120C
6. 結(jié)構(gòu)： 采用前法蘭連接
6.5壓緊螺栓的校核
根據(jù)軸向力P=216lg. 效驗(yàn)尾座墊鐵壓緊螺釘?shù)哪Σ亮?
因?yàn)槟Σ亮? (3－7)
其中 F－壓緊力 －摩擦系數(shù)
查表知 每個(gè)M30螺栓壓緊力為
=101000N=10100kg (3-8)
則 兩螺栓；×10100=20100kg
查表得； (3-9)
摩擦力 ×0.15 (3-10)
=3030kg
>716 滿(mǎn)足要求
6.6計(jì)算液壓油缸頂緊力
計(jì)算油缸頂緊力，校核墊鐵螺栓摩擦力。.
油缸頂緊力：= × A (3－11)
其中A—油缸活塞與活塞桿面積差
=P×（）=0.2×4395=879kg (3－12)
6.7 頂尖的設(shè)計(jì)
六角回轉(zhuǎn)的頂尖設(shè)計(jì)按照零件互換性原理，大致與普通尾座頂尖相似。其頂尖頭部設(shè)計(jì)為60°（按A型中心孔設(shè)計(jì)）錐柄采用英氏5號(hào)錐度，這樣便于零件布件互換，尾部采用有舌尾的錐體，便于頂尖的加緊與裝卸。頂尖材料選用9sicr,熱處理HRC58，這樣提高了頂尖的強(qiáng)度和彈性。
6.8 尾座芯軸的設(shè)計(jì)
尾座芯軸與液壓油缸是通過(guò)液壓油缸的前端M42×2螺絲連接。因此尾座芯軸的后端螺母內(nèi)部尺寸為M42×2。所以，螺母外徑設(shè)計(jì)為直徑65，長(zhǎng)度為60，這樣方便與液壓軸缸的連接，螺母與尾座芯軸連接采用過(guò)渡配分，并且在后端面增加2個(gè)M10×16的內(nèi)六角錐端緊定螺釘和中間加一個(gè)A8×18的內(nèi)螺絲圓錐銷(xiāo)，其目的增加牢固性和同軸，因?yàn)橐簤河透椎膬?nèi)孔定位直徑65，由螺母設(shè)定.因此，外徑設(shè)計(jì)為直徑100。與尾座體配合采用間縫配合。由于選取液壓油缸的行程為360.所以，液壓芯軸的長(zhǎng)度應(yīng)大與360，并且還要有一定的導(dǎo)向性，其長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)為610，其中在液壓芯軸上設(shè)計(jì)對(duì)稱(chēng)的2個(gè)鍵槽，其目的為了導(dǎo)向和防止轉(zhuǎn)動(dòng)長(zhǎng)度為385（大于360.有一定的調(diào)節(jié)性）在其中有2個(gè)卸力孔，方便頂針，鉆套等裝卸，有2個(gè)孔，其目的的頂緊頂針。鉆套等。在液壓油缸的頭部設(shè)計(jì)有密封環(huán)，主要是為了密封和防塵作用。內(nèi)部也采用莫氏5號(hào)錐度，其粗糙度為0.8，要求與頂尖配合緊密，內(nèi)部60通孔，其減輕重量的作用，液壓芯軸材料選用45，熱處理HRC45，增加其強(qiáng)度。耐磨性和彈性。
6.9尾座體的設(shè)計(jì)
尾座體的設(shè)計(jì)采用普通尾座外姓及聯(lián)系尺寸，底部與墊鐵連接初與普通尾座相同。不同之處在尾座體尾部設(shè)計(jì)與液壓芯軸配合采用間歇配合材料選用HT150。
6.10電器系統(tǒng)操作
為了便于操作液壓油缸的進(jìn)給，在尾座芯軸上裝有拉桿。導(dǎo)向塊。支架上裝有接近開(kāi)關(guān)，其中第一個(gè)第三個(gè)的接近開(kāi)關(guān)為限位開(kāi)關(guān)，第兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)為快進(jìn)開(kāi)關(guān)。當(dāng)尾座手動(dòng)操作時(shí)，首先將黑色兩位旋鈕板到手動(dòng)位置，欲使尾座手動(dòng)快速前進(jìn)，按下前進(jìn)綠色按鈕，尾座快速前進(jìn)，當(dāng)接近工進(jìn)接近開(kāi)關(guān)尾座開(kāi)始工進(jìn)。松開(kāi)按鈕尾座后退停止；當(dāng)尾座自動(dòng)操作時(shí)，首先將黑色的兩位旋鈕拌到自動(dòng)位置，按自動(dòng)進(jìn)行按鈕之前，在手動(dòng)操作下，使尾座退到原位，方可自動(dòng)操作，按下自動(dòng)進(jìn)給按鈕。尾座開(kāi)始快速前進(jìn)，接近工進(jìn)接近開(kāi)關(guān)，尾座開(kāi)始工進(jìn)，接近前進(jìn)目標(biāo)接近開(kāi)關(guān)尾座開(kāi)始快速后退，直到接近原位接近開(kāi)關(guān)尾座停止，自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)循環(huán)停止。
第7章 數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì)
數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)，控制主軸、進(jìn)給軸和其他輔助裝置正確、及時(shí)和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時(shí)接受從機(jī)床反饋來(lái)的各種信息，對(duì)機(jī)床控制進(jìn)行調(diào)整。任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，在處理信息方面，軟件和硬件對(duì)要完成的任務(wù)是等價(jià)的，硬件處理速度快，線(xiàn)路復(fù)雜，軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但速度較慢。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來(lái)越傾向于軟件控制。
數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運(yùn)算是插補(bǔ)運(yùn)算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補(bǔ)償。位置控制的實(shí)質(zhì)就是位置負(fù)反饋，即指令位置和實(shí)際位置進(jìn)行比較，用位置偏差進(jìn)行控制；插補(bǔ)運(yùn)算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)一定的運(yùn)算法則實(shí)時(shí)獲得位置指令；刀具補(bǔ)償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。
7.1硬件電路設(shè)計(jì)
7.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用單片機(jī)結(jié)構(gòu)的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在一些標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿(mǎn)足當(dāng)今數(shù)控機(jī)床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)將采用較經(jīng)濟(jì)的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對(duì)于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿(mǎn)足實(shí)際要求。
數(shù)控機(jī)床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來(lái)有以下幾個(gè)部分組成：
（1）中央處理單元CPU；
（2）總線(xiàn)，包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)；
（3）存儲(chǔ)器，包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器；
（4）輸入輸出接口電路；
（5）外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器及光電編碼器等。
7.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：
讀取鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)；
讀取操作面板開(kāi)關(guān)及按鈕信號(hào)；
讀取螺紋/光電編碼器信號(hào) ；
讀取電動(dòng)刀架刀位信號(hào)；
接受車(chē)床行程開(kāi)關(guān)信號(hào)；
控制LED顯示；
控制電動(dòng)刀架自動(dòng)選刀；
控制縱向、橫向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；
控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；
(10) 控制交流變頻器；
(11) 控制冷卻泵啟停；
(12) 可與PC進(jìn)行串行通信。
本次設(shè)計(jì)在采用8031作為主控芯片,采用兩片2764程序存儲(chǔ)器之外還擴(kuò)展了一片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,用一片74LS373鎖存P0口傳遞低8位地址,地址譯碼采用74LS138C3~8譯碼器;采用全地址碼,采用二個(gè)8155芯片,完成對(duì)執(zhí)行元件的控制。此外,還設(shè)有越界報(bào)警急停處理電路.
7.2關(guān)于各線(xiàn)路元件之間線(xiàn)路連接
8031芯片的P 和P用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù), P口送的是8位地址, P口傳送低八位地址和數(shù)據(jù),故采用74LS373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ALE作為首選通信號(hào),當(dāng)ALE為高電位,鎖存器的輸入輸出速度,即輸入的低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時(shí)不需鎖存,當(dāng)ALE從高電平變?yōu)榈碗娖?出現(xiàn)下降沿時(shí),低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時(shí)不需鎖存,當(dāng)ACE這樣POD共組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線(xiàn), A~A低8位安74L373芯片的輸出,A~A按8031芯片的P~P系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764新片選信號(hào)CE分別按74LS138譯碼器的和,系統(tǒng)復(fù)位以后程序從0000H~開(kāi)始執(zhí)行,6264芯片的片選信號(hào)CE地址按74LS138的,單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址,8031芯片控制信號(hào)PSEN按2764的OE引腳,讀寫(xiě)控制信號(hào)WR和RD分別按6264芯片內(nèi)部沿有ROM,始終要選片外程序存儲(chǔ)器,故按EA地址
由于8031只有P口和P口的部分能提供用戶(hù)作I/O接口使用,不能滿(mǎn)足輸入輸出口的需要,因此比喻擴(kuò)展輸入輸出擴(kuò)展電路.系統(tǒng)擴(kuò)展3片8155可編程I/O接口芯片,8155(1)的片選信號(hào)按74LS138的端74LS138譯碼器有3個(gè)輸入A B C 分別按8031的 P P P8個(gè)輸出,低電平有效. 對(duì)應(yīng)輸出A B C DE 000至111 8種現(xiàn)合.其中對(duì)應(yīng)A B C 為111.74LS138有3個(gè)使能端,其中2個(gè)為低電平使能端,另一個(gè)為高電平使能端.只有當(dāng)使能端均處于有效電平是,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出才能處在高電平無(wú)效.
I/O接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的.8155芯片PA作為顯示器段選信號(hào), 輸出PA~P為顯示器的位選信號(hào),輸出PC0~PC4 5根線(xiàn)是鍵盤(pán)輸入.8155芯片的20個(gè)引腳按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O