【正文】 ，數(shù)控機床的伺服驅(qū)動要求有好的快速響應性能，能靈敏而準確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號。 (4)測量反饋裝置 該裝置由測量部件和響應的測量電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (5)機床本體 機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分。 數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這 個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點： ●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； ●可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件； ●加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間； ●機床本身的精度高、剛性大 ,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的 3~5 倍）； ●機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； ●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術要求更高。 數(shù)控機床一般由下列幾個部分組成： 畢業(yè)設計（論文）報告 5 ●主機，他是數(shù)控機床的主 題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。 ●數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、 CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、 插補 運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 ● 驅(qū)動裝置 ，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 ●輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換 工作臺 、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括 刀具 及監(jiān)控檢測裝置等。 ●編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。 自從 1952 年美國 麻省理工學院 研制出世界上第一臺數(shù)控機床以來，數(shù)控機床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航 空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應用，數(shù)控技術無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。 電子技術、信息技術、網(wǎng)絡技術、模糊控制技術的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術水平大大提高，促進了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進了現(xiàn)代制造技術的快速發(fā)展。數(shù)控機床性能在高速度、高精度、高可靠性和復合化、網(wǎng)絡化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進步?，F(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場新的技術革命。數(shù)控系統(tǒng)未來分以下幾個發(fā)展方向： ●數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結構發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化 方向發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡化方向發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)向復合化方向發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展 畢業(yè)設計（論文）報告 6 2 總體方案的擬定 設計任務與要求 課程設計的內(nèi)容 1)、總體方案的選擇。 2)、進給伺服系統(tǒng)機械部分的設計計算并繪制 Z 向坐標軸的機械傳動機構的裝配圖。 3)、設計并繪制用單片機控制的數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)的硬件電路原理圖。 4)、編寫設計說明書一份。 課程設計的要求 1)、 CNC 系統(tǒng)的主 CPU 宜采用 8031 單片機。 2)、機械進給伺服系統(tǒng)宜采用混合式步進電機驅(qū)動。 3)、所編寫的零件加工程序應符合 ISO 標準的有關規(guī)定。 4)、所繪制的機械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標準。 5)、說明書應簡明扼要、計算準確、條理清楚、圖文并茂。 課程設計的圖紙 1)、滾珠絲杠裝配圖 A1 2 張 2)、傳動齒輪配合圖 A1 2 張 總體方案的設計 本設計是針對 CA6150 普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（ Z 向）脈沖當量為 、脈沖驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠。 對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在 畢業(yè)設計（論文）報告 7 滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。 數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求 CA6150 車床加工復雜輪廓零件，所以微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。 圖 21 所示。 伺服進給系統(tǒng)的改造設計 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。再設計的數(shù)控裝置中， CPU 是關鍵。 在我國，普通機床數(shù)控改造方面應用較普遍的事 MCS51 系列單片機。主要是因為 它的配套芯片便宜，普及型、通用性強。制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設計中是以 MCS 51 系列單片機， 51 系列相對 48 系列指令豐富，相對 96 系列價格便宜。本設計以 8031為核心，增加儲存器擴展電路，接口和面板操作開關組成的控制系統(tǒng)。 圖 21 CA6150 臥式車床簡圖 CA6140 車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（ Z 軸）進給運動采用步進電機驅(qū)動。由 8031 單片機組成微機作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉(zhuǎn)動，經(jīng) 齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向進給運動。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒行帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一 畢業(yè)設計（論文）報告 8 個同步信號，經(jīng)隔離電路以及 I/O 接口送給微機。系統(tǒng)總體方案圖 22 所示： 圖 22 經(jīng)濟型數(shù)控機床總體方案總體 3 伺服進給系統(tǒng)的計算 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計算 ,計算內(nèi)容包括 :確定系統(tǒng)的負載 ,確定系統(tǒng)的脈沖當量 ,部分部件慣量計算 ,空栽啟動及切削刀矩計算 ,確定伺服電機轉(zhuǎn)動及導向元件的設計 ,計算及選用繪制部分裝配及零件工 作圖等 .現(xiàn)分述如下 : 確定系統(tǒng)脈沖當量 一個進給脈沖，使機床運動部件產(chǎn)生的位移量，稱為脈沖當量，也稱為機床的最小設定單位。脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù)。經(jīng)濟型數(shù)控機床常采用的脈沖當量是 一個脈沖。 切削力的計算 在設計機床進給伺服系統(tǒng)時，計算傳動和導向元件，選用伺服電動機等都需要用到切削力。 已知數(shù)據(jù) 工作臺重量： W=80kgf=800N 時間常量： T=25ms 行 程： s=950mm 步 驅(qū) 角： 2=快速進給速度： Vmax=脈沖當量： 8p= 3. 縱車外圓： 計算切削力 F 畢業(yè)設計（論文）報告 9 主切削力： Fz== =5360N 按切削力各分力比例： Fz： Fx： Fy =1： ： Fx== 5360=1340N Fy = = 5360=2144N G=800N 3. 橫切端面： 主切削力 39。ZF 可取縱切的 ； 39。ZF = Fz= 5360=2680N 式（ 21） 此時走刀抗力 39。yF ，吃刀抗力 39。xF 。 按照 39。ZF ： 39。xF ： 39。yF =1： ： 計算： 39。yF =2680 =1072N； 39。xF =2680 =670N 滾珠絲杠螺母副的計算與選型 縱向進給絲杠 （ 1）、計算進給牽引力 Fm 作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切削時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導軌上的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導軌的型號有關。 縱向進給的綜合導軌 Fm =KFx +f′ (Fz +G)= 1340+ (5360+800)=2527 N 式（ 22） 式 中 K－考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導軌取 K=； f’－滑動導軌摩擦系數(shù)： ～ ， f’=； G－溜板幾倒架重力： G=800N （ 2 ）、計算最大動負載 C C=3L fwFm 式（ 23） 61060 TnL t??? 式（ 24） 01000L Vnt S? 式（ 25） 式中 L0－滾珠絲杠導程，初選 L0=6mm。 畢業(yè)設計（論文）報告 10 Vs－最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的（ 1/2~1/3） 。 T－使用壽命，按 15000h； fw－運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取 fw=～ ； L壽命，以 106 轉(zhuǎn)為 1 單位 01000LVnt 切? 6 00