【正文】 p pulses drive the leading screw to roll。隨 著 計 算 機 的 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 機 床 也 得 到 迅 速 的 發(fā) 展 和 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 同 時 使 人 們對 傳 統(tǒng) 的 機 床 傳 動 及 結(jié) 構(gòu) 的 概 念 發(fā) 生 了 根 本 的 轉(zhuǎn) 變 。 2. 加 工 精 度 高 ； 3. 生 產(chǎn) 效 率 高 ； 4. 減 輕 勞 動 強 度 ， 改 善 勞 動 條 件 ； 5. 良 好 的 經(jīng) 濟 效 益 ； 6. 有 利 于 生 產(chǎn) 管 理 的 現(xiàn) 代 化 。 我 國 是 一 個 機 床 大 國 ， 有 三 百 多 萬 臺 普 通 機 床 。 在 國 內(nèi)工 廠 的 技 術(shù) 改 造 中 ， 機 床 的 微 機 數(shù) 控 化 改 造 已 成 為 重 要 方 面 。 到 目 前 為 止 ， 已 有 很 多 廠 家 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟 型 數(shù)控 系 統(tǒng) 。 利 用 單 片 機 對 縱 、 橫向 進 給 系 統(tǒng) 進 行 控 制 ， 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 ， 橫 向 （ X向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 ， 驅(qū) 動 元 件 采 用 步 進 電 機 ， 傳 動 系 統(tǒng) 采 用 滾珠 絲 杠 副 。同 時 ， 為 了 提 高 傳 動 剛 度 和 消 除 間 隙 ， 采 用 有 預(yù) 加 負(fù) 載 荷 的 結(jié) 構(gòu) 。 因 為 開 環(huán) 控制 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 設(shè) 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 。 有 了 硬 件 ， 軟 件 才 能 有 效 地運 行 。 總 體 方 案 的 確 定 經(jīng) 總 體 設(shè) 計 方 案 的 論 證 后 ， 確 定 C620 車 床 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 改 造 方 案 。 并 將 8031 單 片 機 組 成 的 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)6 / 47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 、 橫 向 進 給 運 動 。 其 優(yōu) 點 是 螺 母 的 軸 向 尺 寸 小 ， 而 已 經(jīng) 預(yù) 加 載 荷 消 除間 隙 。 這 樣 可 減 小 改 裝 工 作 量 ， 并 由 于 滾 珠 絲 杠 的 摩 擦 系 數(shù) 小 于 原 絲 杠 ，從 而 使 縱 向 進 給 整 體 剛 度 只 可 能 增 大 。縱 、 橫 向 進 給 機 構(gòu) 都 采 用 了 一 級 齒 輪 減 速 ， 并 用 雙 片 齒 輪 錯 齒 法 消 除 間隙 。 螺 母 上 設(shè) 有 返 向 器 ， 與螺 紋 滾 道 構(gòu) 成 滾 珠 的 循 環(huán) 通 道 。(2) 運 動 平 穩(wěn) 滾 動 摩 擦 系 數(shù) 接 近 常 數(shù) ， 啟 動 與 工 作 摩 擦 力 矩 差 別 很小 。(4) 定 位 精 度 和 重 復(fù) 定 位 精 度 高 由 于 滾 珠 絲 桿 副 摩 擦 小 、 溫 升 小 、無 爬 行 、 無 間 隙 ， 通 過 預(yù) 緊 進 行 預(yù) 拉 伸 以 補 償 熱 膨 脹 。(7) 不 能 自 鎖 用 于 垂 直 傳 動 時 ， 必 須 在 系 統(tǒng) 中 附 加 自 鎖 或 制 動 裝 置 。 本 設(shè) 計 所 要 求 的 C620?的 脈 沖 當(dāng) 量 為 ： 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 ， 橫 向 （ X 向 ） 脈沖 當(dāng) 量 為 。d0Ljk本 設(shè) 計 中 選 擇 滾 珠 循 環(huán) 方 式 為 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 中 的 固 定 式 。 的 計 算 公 式 如 下 :mF縱 向 進 給 導(dǎo) 軌 為 三 角 形 ， 則 ： )(39。 計 算 步 驟 如 下 ：C絲 杠 轉(zhuǎn) 速 其 中 = 0Lns????壽 命 （ ）610TL????最 大 動 負(fù) 荷 NFjLCMw ?(3)計 算 最 大 靜 負(fù) 荷當(dāng) 滾 珠 絲 杠 副 在 靜 態(tài) 或 低 速 （ ） 情 況 下 工 作 時 ， 滾 珠 絲 杠min0r?副 的 破 壞 形 式 主 要 是 在 滾 珠 接 觸 面 上 產(chǎn) 生 變 形 ， 當(dāng) 塑 性 變 形 超 過 一 定 限 度 就會 破 壞 滾 珠 絲 杠 副 的 正 常 工 作 。?????(4)選 擇 滾 珠 絲 杠 副滾 珠 絲 杠 的 選 擇 見 表 21。 ??????(6)剛 度 校 核主 要 校 核 滾 珠 絲 杠 在 工 作 負(fù) 載 和 扭 矩 T 共 同 作 用 下 引 起 的 每 導(dǎo) 程 變mF形 量 是 否 符 合 絲 杠 精 度 要 求 。 如 果 滿 足 穩(wěn)定 性 安 全 系 數(shù) 大 于 許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ( )， 則 絲 杠 安 全 ， 不 會 失 穩(wěn) ：knkn)(mkFpn??式 中 　 ( )——許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 ～ 4。 步 進 電 機 的 選 用 有 關(guān) 齒 輪 計 算傳 動 比 12 / 47 ??????Si故 取 2Z142 b=20mm m2? ??0? 64d1 8Zd2 8h*aa?h*aa? ff 591?ff 752?d721?? 轉(zhuǎn) 動 慣 量 計 算工 作 臺 質(zhì) 量 折 算 到 電 機 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 221 ??????????????絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 244 ..7JLDs???齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 242z ???? m39電 機 轉(zhuǎn) 動 慣 量 很 小 可 忽 略 。max 步 進 電 機 最 高 工 作 頻 率 HzVf ????? 步 進 電 機 的 選 擇對 于 工 作 方 式 為 三 相 六 拍 的 步 進 電 機 ， 有 ???查 表 選 用 110BF003 型 直 流 步 進 電 動 機 ， 其 最 大 徑 轉(zhuǎn) 矩 是800N cm= cm。 結(jié) 構(gòu) 類 型 確 定 后 ， 再 計 算 和 確 定 其 他 參 數(shù) ， 包 括 ： 公 稱直 徑 、 導(dǎo) 程 、 滾 珠 的 工 作 圈 數(shù) 、 列 數(shù) 、 精 度 等 級 等 。 因 而 其 數(shù) 值 大 小 和 導(dǎo) 軌 的 形式 有 關(guān) 。 這 個 軸 向 負(fù) 載 的 最 大值 即 稱 為 該 滾 珠 絲 杠 能 承 受 的 最 大 動 負(fù) 荷 。 選 取 靜0C17 / 47態(tài) 安 全 系 數(shù) =2， 滾 珠 絲 杠 的 最 大 軸 向 負(fù) 荷 故 最 大 靜sf ??負(fù) 荷 為 ??? NFfCs(4)選 擇 滾 珠 絲 杠 副表 22 滾 珠 絲 杠 副 參 數(shù)型 號公 稱直 徑??m基 本 導(dǎo)程 螺 旋升 角絲 杠外 徑 )(m絲 杠內(nèi) 徑額 定 動載 荷 )(N絲 杠長 度??m額 定 靜載 荷 )(?39。L?每 導(dǎo) 程 變 形 量 可 按 以 下 公 式 計 算L??2021LEFLm????GJT0?選 取 )(?? 221)(??mEL401 108..?????18 / 47mL3302 ?????????其 中 ： ?3510..??????則 1L????m389??mL/? /.查 手 冊 所 得 ， 所 選 用 的 級 絲 杠 精 度 允 許 誤 差 為 ， 滿 足 要 求 。k——絲 杠 失 穩(wěn) 時 的 臨 界 負(fù) 載 ， 由 ：kp 2)(lEJpk???式 中 ——絲 杠 長 度l——絲 杠 軸 端 系 數(shù) ， 由 支 承 條 件 定 。 總 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ??221zgcmk054. ?????????? 所 需 轉(zhuǎn) 動 力 矩 計 算 min/ rSiVn??? ckgfmNTJnMa?????? min/iDfi rni ?????主 ckgfNMat ???..6924 cmkgfiWSfiFf ????39。經(jīng) 驗 算 可 知 電 動 機 合 格 。 特 點 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 但 其 側(cè) 隙 不 能 自 動 補償 。圖 25 圓 柱 齒 輪 軸 向 墊 片 間 隙 消 除 機 構(gòu)(3) 雙 片 薄 齒 輪 錯 齒 調(diào) 整 法 這 種 消 除 齒 側(cè) 間 隙 的 方 法 是 將 其 中 一 個23 / 47做 成 寬 齒 輪 ， 另 一 個 用 兩 片 薄 齒 輪 組 成 。 因 該 方 法 受 到 周 向 圓 弧 槽 及 彈 簧 尺 寸限 制 ， 故 僅 適 用 于 讀 數(shù) 裝 置 而 不 適 用 于 驅(qū) 動 裝 置 。 由 此 就可 以 將 縱 向 及 橫 向 進 給 系 統(tǒng) 的 裝 配 圖 設(shè) 計 并 畫 出 ， 具 體 請 見 圖 紙 。24 / 47 片 機 的 選 擇圖 31 8031 引 腳 圖本 設(shè) 計 選 用 8031 芯 片 ， 片 內(nèi) 無 ROM 或 者 EPROM， 使 用 時 必 須 配 置 外部 的 程 序 存 儲 器 EPROM。8031 最 小 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 。25 / 47 進 電 機 的 驅(qū) 動步 進 電 機 的 運 行 特 性 與 配 套 使 用 的 驅(qū) 動 電 源 有 密 切 關(guān) 系 。 所 以 不 同 相 的 電 機 應(yīng) 選 用 不 同 的 環(huán) 形 分 配 器 。27 / 47步 進 電 機 所 使 用 的 功 率 放 大 器 有 電 壓 型 和 電 流 型 。圖 35 單 電 壓 功 率 放 大 器(2) 高 低 電 壓 功 率 放 大 電 路電 源 U1 為 高 電 壓 ， 電 源 大 約 為 80～ 150V， U2 為 低 電 壓 電 源 ， 大 約 為5～ 20V。28 / 47圖 36 高 低 電 壓 功 率 放 大 電 路不 足 之 處 是 在 高 低 壓 銜 接 處 的 電 流 波 形 在 頂 部 有 下 凹 ， 影 響 電 動 機 運 行的 平 穩(wěn) 性 。29 / 47圖 37 斬 波 恒 流 功 放 電 路通 過 比 較 選 擇 ， 本 設(shè) 計 中 選 用 單 電 壓 功 率 放 大 電 路 。各 種 單 片 微 型 計 算 機 的 迅 速 發(fā) 展 和 普 及 ， 為 設(shè) 計 功 能 很 強 而 價 格 低 廉 的 步 進電 機 控 制 器 提 供 了 條 件 。 將 信 號 送 入 步 進 電 機 驅(qū) 動 電 源 的 環(huán) 形 分 配 器 ， 所 以 在 這 種 系統(tǒng) 中 ， 驅(qū) 動 電 源 中 必 須 含 有 環(huán) 形 分 配 器 。 在 電 機 驅(qū) 動 電 源 內(nèi) ， 還 包 括 環(huán) 形 分 配 器 ， 而 其 功能 必 須 由 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 完 成 。 詳 細(xì) 圖 紙 內(nèi) 容 見 圖 紙 。 取 直 線 起 點 為 坐 標(biāo) 原 點 ， 終 點 坐 標(biāo)（ ） 是 已 知 的 。逐 點 比 較 法 直 線 插 補 的 原 理 是 ： 從 第 1 象 限 直 線 的 起 點 （ 即 坐 標(biāo) 原 點 ）出 發(fā) ， 當(dāng) Fm 時 ， 沿 +x 軸 方 向 走 一 步 ； 當(dāng) Fm0 時 ， 沿 +y 方 向 走 一 步 。 當(dāng) Fm≥ 0 時 ， 表 明 m 點 在 OA 上 或 在 OA 上 方 ， 應(yīng) 沿 +x 方 向 進 給 一 步 ， 走 一 步 以 后 新 的 坐 標(biāo) 值為 ： 11??my該 點 的 偏 差 為 ： ememeemem yFxyxyF?????? )(11當(dāng) Fm0 時 ， 表 明 m 點 在 OA 的 下 方 ， 應(yīng) 沿 +y 方 向 進 給 一 步 ， 走 一 步后 新 的 坐 標(biāo) 為 ： mx??132 / 4711??my該 點 的 偏 差 為 ： eeeemem xFxyxyF?????)(11在 式 中 只 有 加 減 運 算 。 （ 2） 終 點 判 斷 方 法逐 點 比 較 法 的 終 點 判 斷 有 以 下 幾 種 方 法 ：設(shè) 置 x,y 兩 個 減 法 計 數(shù) 器 。* 偏 差 判 別 ； 判 別 偏 差 F≥ 0 或 F＜ 0 ， 這 是 邏 輯 運 算 ， 根 據(jù) 邏 輯 運算 的 結(jié) 果 確 定 下 一 步 進 給 方 向 和 新 的 偏 差 計 ；* 坐 標(biāo) 進 給 ： 根 據(jù) 所 在 象 限 及 偏 差 符 號 ， 確 定 沿 哪 個 坐 標(biāo) 以 及 是 沿 正向 還 是 負(fù) 向 進 給 ；* 偏 差 計 算 ； 進 給 一 步 后 ， 計 算 新 的 加 工 點 對 給 定 軌 跡 的 偏 差 ， 作 為下 一 次 偏 差 判 別 的 依 據(jù) ；* 終 點 判 別 ： 進 給 一 步 后 ， 終 點 計 數(shù) 器 減 1。 下 面 以 插 補 第 1 象 限 直 線 、 第 2 象 限 直 線 為 例 ， 介 紹直 線 插 補 計 算 子 程 序 的 設(shè) 計 。 另 外 ， 在 數(shù) 控車 削 系 統(tǒng) 中 ， y 軸 表 示 為 z 軸 ， 以 與 數(shù) 控 加 工 的 ISO 代 碼 一 至