【正文】 步距角為： ? ?? 絲杠導(dǎo)程為： 8oL mm? 如果不采取齒輪傳動(dòng)，那么每個(gè)脈沖對應(yīng)的絲杠螺母傳動(dòng)的距離為： ?? =8 ? =脈沖當(dāng)量 所以需要有減速機(jī)構(gòu)，也就是要設(shè)計(jì)齒輪減速。初選 7 級精度。 6. 穩(wěn)定性的驗(yàn)算 由于縱向（ X軸）的滾珠絲杠兩端采用的是滾珠絲杠螺紋副固 定，絲杠一般不會(huì)受壓，又由于機(jī)床的原普通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 滿足要求。 4. 傳動(dòng)效率 ? 的計(jì)算 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)原理》滾珠絲杠的傳動(dòng)效率η的計(jì)算公式為： ? ??? ?? ?? tantan 式中： ? 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知， ? = 39。數(shù)控機(jī)床 書 187。0393 行程： S= 680mm（最大縱向行程） 快速進(jìn)給速度：取 maxV = （經(jīng)驗(yàn)值） 現(xiàn)在根據(jù)最大當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式： awxm f fFLC 3? 式中： wf 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，取 ? af 精度系數(shù)，取 ?af xF 絲杠所受軸向載荷（ N ）， 1903xFN? L 壽命值，可據(jù)公式 61060nTL? n 為絲杠平均轉(zhuǎn)速（ r / min） 11000 * * 28? = r/min 式中： 01000SVn L?洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 SV 最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度 m ax ( m in )V mm? 的 12 則： 61060nTL? T 使用壽命時(shí)間，據(jù)查《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》取 T=15000小時(shí) L 66 0 1 5 6 .3 1 5 0 0 010??? ≈ 從而， awxm f fFLC 3? 3 1 4 0 .6 2 5 1 9 0 3 1 .20 .9??? 13194N? 2. 銑削力 CF 的計(jì)算 現(xiàn)在以工作壽命和實(shí)際加工過程中的最大銑削力為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠。 （ 2）給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，防止失步；定位精度高，剛度好。其中在縱向（Ｘ軸）進(jìn)給系統(tǒng)的改 造布置中，滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)移動(dòng)。 7. 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 由《數(shù)控技術(shù)》得：動(dòng)矩 頻特性： PVf ?601000 maxmax ? 1000 ?? ?=4167Hz 運(yùn)行矩頻特性： PSe Vf ?601000? 其中： eV 最大切削力下的進(jìn)給速度 )min(m ，可取最高進(jìn)給速度 max minVm? 的 31~21 ，現(xiàn)取中間值，即 m a x7 1 .4 6 m in12SV V m?? 。 縱向步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算 1. 計(jì)算工作臺(tái)、絲杠以及齒輪折算到電機(jī)軸上的慣量 dJ 根據(jù)《機(jī)電一體化基礎(chǔ)》所提供的計(jì)算公式： ? ????????? ??????????????????? 2221 21 ?PgGJJiJJ XSd 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 式中： dJ 折算到電機(jī)軸的慣量 )( 2cmKg? ； 21,JJ 小 大齒輪的慣量 )( 2cmKg? ； SJ 絲杠慣量 )( 2cmKg? ； XG 橫向工作臺(tái)及夾具重量 )(N , NGX 2156? ； P 絲杠螺距 )(cm ， cmP ? ； 齒輪及絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：由于有些傳動(dòng)件（如齒輪、絲杠等）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不易精確計(jì)算，可將其等效成圓柱體來近似計(jì)算。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機(jī)床移動(dòng)部件相對于每一個(gè)進(jìn)給脈沖信號(hào)的位移量，其大小視機(jī)床的加工精度而定。步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)是效率低，拖動(dòng)負(fù)載的能力不大，脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)整范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過 18000 Hz。 改造后的布局 改造后的縱、橫向裝配圖、 數(shù)控電氣原理圖 及外觀圖見附錄 CAD 圖。 本系統(tǒng)采用 MCS51系列單片機(jī)芯片８０３１為控制器，１片８ＫＢ的ＥＰＲＯＭ２７６４作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片用１片８ＫＢ的ＲＡＭ６２６４；而選用１片可編程并行Ｉ／Ｏ接口芯片８２５５作為系統(tǒng)擴(kuò)展的Ｉ／Ｏ口，對Ｘ、Ｙ軸步進(jìn)電機(jī)及主軸進(jìn)行控制 ,通過鍵盤的命 令可使 X、 Y 工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)，并可以靈活地輸入切削程序和數(shù)據(jù)?？紤]到改造的目標(biāo)及成本的原因，決定 X52K 銑床的主軸支承仍采用滾動(dòng)軸承支承，導(dǎo)軌仍使用動(dòng)壓導(dǎo)軌。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副 ,帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng) 。 （ 7） 調(diào)速范圍寬 指機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn) 速和最低轉(zhuǎn)速之比。 （ 4） 穩(wěn)定性好 指系統(tǒng)在給定輸入或受外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)后，信號(hào)分配及放大電路 工作臺(tái)（ X軸） 信號(hào)分配及放大電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 工作臺(tái)（ Y軸） 控制部分 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。數(shù)控系統(tǒng)還具有刀具長度偏移和半徑補(bǔ)償功能，自診斷功能，可進(jìn)行自動(dòng)加、減速， 并具有備用電池，停電時(shí)可做存儲(chǔ)已編程序的電極。手動(dòng)操作時(shí)，顯示器可作為數(shù)字讀出裝置使用。 機(jī)床改造的方案 方案 ： 床身的上部內(nèi)裝 進(jìn)給 軸傳動(dòng)系統(tǒng)為 進(jìn)給 軸變速系統(tǒng)，這部分采用原機(jī)床的 進(jìn)給 軸傳動(dòng)系統(tǒng)即保留原機(jī)床的電動(dòng)機(jī)等等，還有添加的變速箱。通過鍵盤輸入加工程序 控制 X52K 銑床數(shù)控化改造后是升降臺(tái)式的。 3. 改造后的機(jī)床加工精度得到提高，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得到降低。 （ 5） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)，引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，引入故障診斷專家系統(tǒng)。 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 （ 1） 往高精，高速，高柔性化及高 復(fù)合化加工方向。The technology of CNC has bee the key and basic technology in the manufacturing industry. KEY WORDS: X52Kmill， memorization， rebuilding single， chip puter 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 前 言 ...............................................................................................................1 第 1 章 整體改造方案 ...................................................................................3 設(shè)計(jì)方案： ........................................................................................3 實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ..............................................................................3 機(jī)床改造的方案 ......................................................................3 機(jī)構(gòu)和電氣控制的改造： ................................................................4 X52K 的改造要求 .....................................................................4 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的 改造 ......................................................................5 電氣控制部分的改造 ..............................................................5 改造后的布局 .....................................................................................6 第 2 章 機(jī)構(gòu) 部分 與控制部分的設(shè)計(jì) ............................................................7 縱向方向（ X 軸）的設(shè)計(jì)： .............................................................7 縱向步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算 ..........................................................7 絲杠設(shè)計(jì) ................................................................................ 13 齒輪設(shè)計(jì) ................................................................................ 19 橫向 (Y 軸 )的設(shè)計(jì) ........................................................................... 21 控制部分設(shè)計(jì) .................................................................................. 22 主控制器（ CPU） .................................................................. 23 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電 路 .................................................................... 24 擴(kuò)展 I/O 接口 ........................................................................ 24 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ................................................................ 25 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 行程控制 ................................................................................ 26 鍵盤與顯示 ............................................................................ 27 復(fù)位電路 ................................................................................ 27 緊急停車 ................................................................................ 27 結(jié) 論 ............................................................................................................. 28 謝 辭 ............................................................................................................. 30 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................. 31 外文資料翻譯 ............................................................................................... 32 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前 言 該課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐的需要，利用大量閑置舊機(jī)床，對其進(jìn)行數(shù)控化改造后，成為一種高效的、 多功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，是一種推陳出新、盤活存量資金的有效辦法，是低成本自動(dòng)化的必由之路。改造后的系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)使系統(tǒng)