【正文】 源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買(mǎi)新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。制造技術(shù) 是制造業(yè)的技術(shù)支柱，是一個(gè)國(guó)家科技水平、綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)，制造技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的根本動(dòng)力。 沈 陽(yáng) 理 工 大 學(xué) 機(jī)電一體化 題 目 ： 臥式車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 所屬系部： 機(jī)械運(yùn)載學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 10131304 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2021 年 6 月 13 日 目 錄 1 摘 要 .................................................... 2 設(shè)計(jì)題目 .................................................... 3 1. 設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................. 4 2. 總體方案的確定 ............................................ 5 3. 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案 ..................................... 5 4. 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 ................................... 8 脈沖當(dāng)量的確 定 ........................................... 8 切削力的計(jì)算 ............................................. 8 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（縱向） .......................... 9 同步帶減速箱的設(shè)計(jì)（縱向） ................................ 10 5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（縱向） ........................... 13 同步 帶傳遞功率的校核 ..................................... 17 5. 繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖 .................................. 17 6. 控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) .................................... 18 7. 步進(jìn) 電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)電源 的選擇 .................................. 19 8. 控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì) .................................... 20 存 儲(chǔ)器與 I/O芯片地址分配 ................................. 20 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 ................................... 20 8255芯片初始化子程序 .................................... 21 8279芯片初始化子程序 .................................... 21 8279控制 LED顯示子程序 ................................... 22 8279管理鍵盤(pán)子程序 ...................................... 24 D/A 電路輸出模擬電壓程序 .................................. 25 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制程序 ................................. 25 電動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)位控制程序 ................................... 25 主軸、卡盤(pán)與冷卻泵的控制程序 ............................. 25 機(jī)電一體化課設(shè)的 感受與收獲 .................................. 27 結(jié)論 ...................................................... 28 謝辭 ...................................................... 29 2 參考文獻(xiàn) .................................................. 30 摘 要 整個(gè)人類(lèi)社會(huì)的文明史，就是制造技術(shù)不斷演變和發(fā)展的歷史。而制造業(yè)中機(jī)床是其基礎(chǔ)裝備。隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。 1984 年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。 C6140 普通車(chē)床的結(jié)構(gòu)布局如圖所示。刀架的縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給不能聯(lián)動(dòng)，切削次序需要人工控制。 1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 題目： C6140 普通車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 任務(wù)：將一臺(tái) C6140 普通車(chē)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。 5 2. 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。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 5）為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)中的速度和精度要求，縱、橫向的進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用摩擦力小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動(dòng)間隙提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠的螺母應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)等。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制?？ūP(pán)的夾緊與松開(kāi)由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制?？紤]到編碼器的輸出有相位差為 90186。電源電壓 +5V，每轉(zhuǎn)輸出 1200 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 15 mm，生產(chǎn)廠家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。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)接，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。 （ 4）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電動(dòng)刀架 （ 5）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) 216 mm，見(jiàn)書(shū)后圖 62）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。 4. 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 縱、橫向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(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。以下是縱向車(chē)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? ＝ 650 Mpa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金 YT15； 8 刀具幾何參數(shù)為：主偏角 rk ＝ 60176。 查 參考文獻(xiàn) 1 表 31，得： FCC ＝ 2795， FCx ＝ ， FCy ＝ ， FCn ＝－ 。 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（縱向） （ 1）工作載荷 mF 的計(jì)算 已知移動(dòng)部件總重量 G=1300 N；車(chē)削力 cF = N， pF = N， fF = N。 取滾珠 絲杠的使用壽命 T=15000 h，代入 0L = 60 n T / 610 ，得絲杠壽命系數(shù) 0L = （單位為： 610 r）。 2 = 6 圈，精度等級(jí)取 4 級(jí) ，額定動(dòng)載荷為 13200 N，滿足要求。固定端采取一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 YJF = mF /3≈ 571 N。 由表 327 知， 4 級(jí)精度滾珠絲杠任意 300 mm 軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許 16μ m，而對(duì)于跨度為 1497 mm 的滾珠絲杠，總的變形量 總? 只有 m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠 。代入式（ 328） ,得臨界載荷 kF ≈ 51012 N，遠(yuǎn)大于工作載荷 mF （ 1712N） 故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 設(shè)計(jì)同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率 P；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n和傳動(dòng)比i；傳動(dòng)系統(tǒng)的位置和工作條件等。 m，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為 。 （ 2）主動(dòng)輪最高 轉(zhuǎn)速 1n 由 Z向拖板的最快移動(dòng)速度 maxzv =6000mm/min，可以算出主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 1n =（ maxzv / z? ）179。α ) = 10000（ Hz）。 / ≈ 478（ W）。 （ 5） 確定 小帶輪齒數(shù) 1Z 和小帶輪節(jié)圓直徑 1d 取 1Z =15，則小帶輪節(jié)圓直徑1d = ?1ZPb =。選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度pL =381mm，相應(yīng)齒數(shù) 40?bZ 。 （ 10）計(jì)算基準(zhǔn)額定功率 0P 10 00 )( 20 vmvTP a ?? 式中 aT —— 帶寬為 0ab 的許用工作拉力，由表 321 查得 aT =； m—— 帶寬為 0ab 的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，由表 321查得 m=； 12 v—— 同步帶的帶速，由上述（ 5）可知 v= m/s。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（縱向） （ 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 eqJ 已知：滾珠絲杠的公稱直徑 0d =40 mm，總長(zhǎng)（帶接桿 )l=1560 mm，導(dǎo)程 hP ＝ 6 mm，材料密度23 / cmkg???? 。在設(shè)計(jì)減速箱時(shí)，初選的 Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 130BYG5501，從表 45 查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 233 cmkgJm ?? 。則有： faeq TTT ?? max1 （ 41） 根據(jù)式（ 49），考慮 Z 向傳動(dòng)鏈的總效率η，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： ?? 1602m ax ?? a meqa t nJT （ 42） 式中 mn —— 對(duì)應(yīng) Z 向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min； at —— 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至 mn 轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間， 單位為 s。則由式（ 62）求得： 14 )( 4m a x mNT a ???? ???? ?? 由式（ 410）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： i PGFT hcf ??? 2 )( ?? （ 44）