【正文】 .................... 2 數(shù)控銑床改造的意義 ........................................................................................... 4 本文主要內(nèi)容 ....................................................................................................... 5 第二章 設(shè)計(jì)方案和基本方案的確定 ............................................................................ 6 設(shè)計(jì)任務(wù) ............................................................................................................... 6 總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ........................................................................................... 6 伺服驅(qū)動(dòng) ........................................................................................................ 7 采用滾珠絲杠螺母副 .................................................................................... 7 數(shù)控裝置 ........................................................................................................ 7 系統(tǒng)功能 ........................................................................................................ 7 采用環(huán)形分配器 ............................................................................................ 8 第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分 設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................ 9 設(shè)計(jì)要求 ............................................................................................................... 9 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 ............................................................................................... 9 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的確定 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。本次改造 用了 2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)，分別 控制機(jī)床 2 個(gè)方向（橫 向和 垂向）的進(jìn)給，通過齒輪或帶輪帶動(dòng)滾珠絲杠軸向 運(yùn)動(dòng)。 I 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（ CNC）機(jī)床，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，技術(shù)革新的必由之路，是未來工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。 基于步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械改裝減少了人的工作量，把手動(dòng)轉(zhuǎn)變成為電動(dòng)。文中著重論述了原理的設(shè)計(jì)思想并給出了具體電路，然后闡明了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想并給出了部分程序的流程圖。 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。對于離散的開關(guān)控制量，可以通過 PLC 對機(jī)床電器的邏輯控制來實(shí)現(xiàn)。按鍵除各種符號鍵和數(shù)字鍵外，還常設(shè)控制鍵和用戶定義鍵等。其上有各種按鈕 與選擇開關(guān)，用于機(jī)床及輔助裝置的啟停，加工方式的選擇、速度倍率選擇等。進(jìn)給伺服單元接收來自 CNC 裝置的運(yùn)動(dòng)指令，經(jīng)變換和放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀架或工作臺的運(yùn)動(dòng)。 （ 6）主軸伺 服系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)區(qū)別很大，電機(jī)頻率輸出應(yīng)為 ~250kW。 的 發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。我國的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過 “ 六五 ” 期間的引進(jìn)， “ 七五 ” 期間的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)， “ 八五 ” 期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及 “ 九五 ” 期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技 術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場。 （ 2） 存在三點(diǎn)不足 和發(fā)達(dá)國家相比，我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。 ② 產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。 （ 3） 當(dāng)今發(fā)展方向 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟 ，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。目前，我國生產(chǎn)的第六代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。 ③ 基于 CAD 和 CAM 的數(shù)控編程自動(dòng)化。 ④ 發(fā)展可靠性最大化。 數(shù)控銑床 改造的意義 企業(yè)要在當(dāng)前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的 時(shí)間去滿足市場需求的不斷變化。 數(shù)控銑床 的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控銑床 ，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。第二章確定設(shè)計(jì)內(nèi)容和總體設(shè)計(jì)方案 ； 第三章進(jìn)行伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算，確定出 2 個(gè) 方向伺杠和電機(jī)的型號 ； 第四章是銑床改造設(shè)計(jì)控制部分的硬件原理、 控制心片的選擇和控制部分程序設(shè)計(jì)。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出幾個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析，比較和論證，最后選出一個(gè)合理的總體方案。 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，電氣控制和驅(qū)動(dòng)電路也簡單，體積小，重量輕，價(jià)格 便宜，設(shè)計(jì)制造較簡單，容易調(diào)試，使用維修方便。 綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng) 。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。 （ 2） 行 程控制 （ 3）鍵盤 控制 （ 4）功能：報(bào)警電路，復(fù)位電路，隔離電路，功放電路等。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 機(jī)動(dòng)范圍 ： 320mm 加工最大 長度： 350mm 快進(jìn)速度： 縱向 ： 橫向 ： 垂向 ： 切削 速度： 定位精度： 移動(dòng)部件重量： 縱向 ： 1000kg 橫向 ： 450kg 垂向 ： 1000kg 加速時(shí)間： 30ms 機(jī)床效率 ： X5132 立式銑床 進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算： 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床銑床常用的脈沖當(dāng)量是 ，取 。 。因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞的功率不大，一般取模數(shù) ?m 1～ 2，數(shù)控銑床可取 ?m 2。 cm2 ?L 20 mm ， ?2d 60 mm 342 ?????J = kg cm2 其中： mJ — 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,初取為 kg cm 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩 tM 0 ??? ??? ??? iLFM tt N cm= N m 按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號表（三相）可查出， 110BC380D 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 N 垂向進(jìn)給系統(tǒng)的確定 垂向絲杠的選擇 （ 1） 計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF 導(dǎo)軌類型為 燕尾 導(dǎo)軌 ) 0 0 7 9 021 3 8 0( 2 0 )2( ???????????? GFFfKFF yzxm = N 式中： 39。 （ 6）穩(wěn)定性校核 無需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。 cm2 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3422 ??? LdJ kg cm2 主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 34 ?????sJ = kg cm2 主電機(jī)最大轉(zhuǎn)速0max1000L vn k?? =65 min/r 起動(dòng)加速時(shí)間 ?at 30 ms 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩 maxM 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 232m a xm a x ???? ????? ???? ?? atnJM N cm ① 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 起M 起M = 0m ax MMM f ?? = + + = m ③ 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切M 切M tf MMM ??? 0 = + + = m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。這里選用 MCS— 51 系列中的 8031 芯片。三種型號的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差別，可以說 8031 是沒有 ROM 的 8051，而 8751 是 EPROM 代替 ROM 的 8051。 ③ 具有 128 字節(jié)的 RAM。 ⑦ 具有兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 ② I/O 口的驅(qū)動(dòng)功能為： 0P 口驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 門電路，而 2P 、 3P 只能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 門電路。 ② 數(shù)據(jù)總線 DB 數(shù)據(jù)總線寬度為 8位，由 0P 口直接提供。 I/O 口 擴(kuò)展復(fù)合芯片， TTL沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 電路芯片，在本次設(shè)計(jì)中，除了采用 I/O 口外還能擴(kuò)展其他外圍功能電路，主要有 8155（ 2 8+6 并行 I/O 口， 256 個(gè)靜態(tài) RAM，一個(gè) 14 位定時(shí)器）， TTL 電路芯片，也廣泛用作 MCS51 單片機(jī) I/O 擴(kuò)展芯片，主要有 74LS373， 273， 374， 244等。 實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮在滿足容量要求的同時(shí)盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合數(shù)。 由于 8031 復(fù)位后從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，故程序存儲器地址應(yīng)從 0000H就開始。 0A ～ 12A 與 RAM 的 0A ～ 12A 一一對應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯 碼產(chǎn)生片選信號。 （ 4） 數(shù)據(jù)總線 01P ～ 07P 分別與存儲器 0D ～ 7D 一一對應(yīng)連接。 8155 具有兩種基本操作，即用 8155 中的 256 字節(jié) RAM 及擴(kuò)展 I/O 口使用，作 RAM 時(shí)與系統(tǒng) RAM 無區(qū)別；作 I/O 口使用時(shí)，可通過工作方式以滿足不同需要。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 輔助電路的具體設(shè)計(jì) (1)8031 的時(shí)鐘電路 如圖４－１時(shí)鐘電路圖。 圖 41 時(shí)鐘電路圖 (2)復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。 圖 42 復(fù)位電路圖 (3)光電隔離電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中， 脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 繞組。 圖 43 光電隔離電路 光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)輸入信號加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通激發(fā)出紅外光，光敏三極管受光照射后，由于光敏效應(yīng) 產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號傳輸。 (5)鍵盤顯示接口電路 ① 顯示器工作原理 數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有 LED 和 LCD，也有采用 CRT 接口顯示方式。 圖 44 七段 LED 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電路 ② 鍵盤接口原理 鍵盤是由若干個(gè)鍵盤組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，如圖45所示： 圖 45 鍵盤工作原理圖 圖中行線通過電阻接 +5V 電壓，當(dāng)鍵盤斷開時(shí)，所有行線和列線斷開，行線0X ～ 3X 都是高電平，當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時(shí)，則該鍵所對應(yīng)的行線和列線短路，0Y ～ 5Y 相當(dāng)于控制信號，例如 7 號鍵閉合時(shí)，行線 1X 和列線 0Y 短路，此時(shí) 1X 的電平由 0Y 的電平控制，例如把行線接到微機(jī)輸入口讀行線狀態(tài)，若 0X ～ 3X 都是高電平，則 0Y 這一列沒有閉合，如果讀出的列線不全為高電平，則輸入為低電平沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 和 0Y 相關(guān)的鍵處于閉合狀態(tài)；若無閉合，接著使 1Y 為低電平，其余列線為高電平，檢查 1Y 這一列上是否有鍵閉合，這種逐行逐列的檢查鍵盤的過程稱為對鍵盤的一次掃描。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 參考文獻(xiàn) [1] 李福生主編 .數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊 [M].北京出版社 , [2] 曹金榜 ,易錫麟主編 .機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo) [M].機(jī)械工業(yè)出版社 , [3] 王愛玲、白恩遠(yuǎn)、趙建國主編 .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 [M].國防工業(yè)出版社 , [4] 機(jī)械設(shè)計(jì)