【正文】 插補可分為直線和圓弧插補，這里也只設(shè)計直線和圓弧插補。經(jīng)濟型數(shù)控機床軟件的設(shè)計一般可分為以下幾個典型模塊： （ 1） 軟件脈沖分配器； （ 2） 插補模塊； （ 3） 步進電機升降速模塊等。圖 410 所示為一簡單掉電保護電路的工作原理。 而斷電繞組電流是下降的，這時存儲于繞組中的勢能將以電流式釋放出來，使電流按指數(shù)規(guī)律下降，其時間常數(shù)為： Dmd RL /?? 式中 DR ：指放電回路電阻，包括繞組電阻，續(xù)流二極管正向電阻等。脈沖分配器的芯片目前采用的 TTL集成脈沖分配器有三相、四相、五相和六相，其型號分別為 YB0B、 YB01 YB015 及 YB016，都為 18 個引腳的直插式封裝。 ABF(BBF)： A 口（ B 口）緩沖器滿狀態(tài)標志輸出線，緩沖器有數(shù)據(jù)時， BF為高電平。 3）地址鎖存線 在 ALE 下降沿將單片機 P0口輸出的低 8位地址信息及 CE 、IOM 的狀態(tài)都所存到 8155內(nèi)部寄存器，因此，單片機 P0口輸出的。 Intel 公司常用的外圍接口芯片有： 8155：可編程的 RAM/IO 擴展接口電路（ 256 個 RAM 單元、 2 個 8位口、 1 個 6 位口、一個 14 位的定時 /計數(shù)器） ； 8255：可編程的通用并行接口電路（ 3 個 8 位口）； 8253： 3個 16位的可編程的定時 /計數(shù)器； 8279：可編程的鍵盤、顯示電路； 8243： 4個 4位口 I/O 擴展接口電路。本設(shè)計中選擇兩片 2764（ 8K 8）半導(dǎo)體芯片，晶體頻率選用 6MHz，其所能提供的讀取時間 t小于 480ms，故其芯片在時序上滿足要求?？梢钥闯鲞@種芯片集成度高、功能強，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個完整的微機系統(tǒng)。 擴展鍵盤及 I/O 接口電路的設(shè)計 擴展鍵盤及 I/O 接口電路的設(shè)計包括：伺服控制電路、鍵盤、顯示部分、 I/O接口芯片以及其他電路的設(shè)計。存儲器擴展電路設(shè)計包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展。 中央處理器 CPU 的選用 在微機應(yīng)用系統(tǒng)中， CPU的選擇應(yīng)考慮以下幾點： 1) 時鐘頻率和字長，這個指標將控制數(shù)據(jù)處理的速度； 2) 可擴展存儲器的容量； 3) 指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性； 4) I/O 口擴展的能力，即對外設(shè)控制的能力； 5) 開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。 本設(shè)計具體的裝配圖和零件圖見圖紙。當(dāng)快速運動和切削進給時， 110BF002 型步進電機運行矩頻則完全可以滿足要求。 步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩的計算 電機在不同的工作狀態(tài)下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面就進行分別的計算： (1)快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 起M 0a m a x MMMM f ???起 （ ） ?快速空載起動時折算到電動機軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 maxaM aa tnJJM ? ?????? ??? 60 102 2m a xm a x ?? （ ） min/417360 a xm a x rvn bp ????? ??? （ ） mNtnJM aa ???? ???????? ?? 4m a xm a x ? ?移動部件運動時折算到電機軸上的摩擦力矩 fM ? ? ? ? mNZZZZ LGFfiLFM zf ????? ????? ???? 039。 步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩的計算 電機在 不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算： (1)快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 起M 0a m a x MMMM f ???起 （ ） ?快速空載起動時折算到電動機軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 maxaM aa tnJJM ? ?????? ??? 60 102 2m a xm a x ?? （ ） min/417360 a xm a x rvn bp ????? ??? （ ） mNtnJM aa ??? ??? ???????? 4m a xm a x ? ?移動部件運動時折算到電機軸上的摩擦力矩 fM ? ? ? ? mNZZ LGFfiLFM zf ????? ???????? 39。表 33給出 15級精度的行程公差。重新計算如下： ??mF )2( xy GFFfFk z ??????? () N1 6 0 0)5 0 01 4 9 823 7 4 5( 3 ??????? 查表可得： 160039。 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 ? : 0039。 橫向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算 計算進給牽引力 mF 對于燕尾型導(dǎo)軌： NGFFfkFF z2759)500149823745()2( 39。 剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位 精度和運動平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，滾珠和螺紋滾道間的接觸變形，滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。3 ????? NFfLC mw （ N） 滾珠絲杠螺母副的選型 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格時，相應(yīng)的額定動載荷 aC ＞ 最大動載荷 C 。滾珠絲杠副的計算步驟如下。YF : 39。圖 31為切削時總切削力的分解。同時為提高傳動精度和消除間隙，采用有預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求提出一個總體方案，進行綜合分析、比較和論證，最后確定一個可行的總體方案。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面，是功能齊全；另一方面是簡單而實用。在這些使用的數(shù)控機床中，除了少數(shù)機床以 FMS 模式集成使 用外，大部分處于單機運行狀態(tài)，而且很大一部分使用效率不高，管理方式落后。其中主要 對伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等方面做了詳細的計算和設(shè)計。 購買新的數(shù)控機床或者從國外進口是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的主要方法，但是費用高，許多工廠在較短時間內(nèi)沒有辦法實現(xiàn)，這樣就嚴重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的腳步。當(dāng)加工對象改變時，只需要重新對零件進行編程，就可以不改變機床繼續(xù)加工。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢， 2021 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 億美元，比上年增長 %，成本太高。對原車床的縱向、橫向進給系統(tǒng) 進行數(shù)控化改造設(shè)計，采用 MCS51 系列單片機控制系統(tǒng)，步進電動機驅(qū)動，開環(huán)（或半閉環(huán)）控制，具有直線、圓弧插補功能及升降速控制功能，改裝后的車床應(yīng)有自動回轉(zhuǎn)刀架和切削螺紋的功能。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進電機功率放大電路等組成。 計算切削力 車削外圓時的切削抗力有 xF ﹑ yF ﹑ zF ，主切削力 zF 與主切削速度方向一致垂直向上，是計算機床主軸電機切削功率的主要依據(jù)。YF (N),吃刀抗力為 )(39。因此，在普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計中經(jīng)常將其改變?yōu)闈L珠絲杠螺母副。 計算最大動載荷 C C mwFfL3? () L61060 Tn??? () n01000Lvs? () 式中 0L ：指滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 0L =6； n：指絲杠轉(zhuǎn)速，（ r/min）； sv ：指最大切削力條件下的進給速度（ m/min） ,可取最高進給速度的1/2~1/3，此處取 sv = ； T ：指使用壽命時間（ h） ,對于數(shù)控機床取 T=15000h.。39。其實際變形量 1? 為 mm0 0 411 ?? ?? () (2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 2? 由于選用的滾珠絲杠副為 W 系列 圈 1 列，可得： ?Q? mm 因進行了預(yù)緊，所以 ： mmmmQ ???? ?? (3)支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? 查《機械設(shè)計手冊》中表 6282，采用 51107 型推力球軸承， 1d =35mm，滾動體直徑 Qd =，滾動體數(shù)量 Z=18 mmZd FQ mc 3 223 2239。m???????????? () 由于是燕尾形導(dǎo)軌式中： K=， f? = 計算最大動載荷 C 9 9 3 22 7 5 39。 ? mmD 250 ? 5103 ???LL? mmLLL 251 ?? ??????? ?? () (2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 2? 由于選用的滾珠絲杠副為 W 系列 圈 1 列，故可得 mmQ ?? 考慮到進行了預(yù)緊，所以： mmmmQ ???? ?? () (3)支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? 查《機械設(shè)計手冊》中表 6282，采用 51102 型推力球軸承，其 1d =15mm, 滾動體直徑 Qd =, 滾動體數(shù)量 Z=12， mmZd F mc 00 3 223 2Q239。 表 32 滾珠絲杠支承方式系數(shù) 方式 一端固定一端自由 兩端簡支 一端固定一端簡支 兩端固定 ? 則 NL dEfF zk 7 8 2 1 445 6 7 8 64 2 4422 412 ?????????? 2 02 37 82 1 4 ???? mkk FFn ??kn? 所以此絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 ,所以傳動比 i 為 ： 0 ??? ????? ?? Li () 從結(jié)構(gòu)上考慮，不能使大齒輪直徑過 大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可以選用兩級齒輪降速： 2030244045353412 ?????? ZZZZi 30,20,40,24 4321 ???? ZZZZ 模數(shù) m取 2。 (4)計算步進電動機的工作頻率和切削時的空載起動頻率 步進電動機的起動頻率： Hzvfpk 21000601000 m a x ?? ???? ? （ ） 最高工作頻率 : Hzvfpse ?? ??? ?? ? （ ） 可查出 150BF003 型的步進電動機所允許的最高空載啟動頻率為 3800Hz ，運行頻率為 7000 Hz ，再從圖 35 看 出 ， 當(dāng) 步 進 電 機 啟 動 時 ，,2500Hzf ?起 100M N cm??遠遠不能夠滿足機床的空載啟動力矩（ mN? ），如果直接使用就會出現(xiàn)失步，所以必須采用升降速控制（用軟件實現(xiàn) ），半起動頻率降到 1000Hz ，起動力矩可提高到 mN? ，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可以將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。 (4)計算切削時的工作頻率和空載時的啟動 頻率 步進電動機的啟動頻率： Hzvfpk 33 110 006010 00 m a x ?? ???? ? （ ） 最高工作頻率 : Hzvfpse 10 006010 00 ?? ??? ?? ? （ ） 查表 110BF002 型步進電動機的運行頻率為 7000Hz ， 最高空載啟動頻率為1500Hz ，不能滿足 kf （ 3333Hz）的要求。 （ 4） 考慮密封和防護、安全機構(gòu)以及潤滑等等的問題。硬件是基礎(chǔ)，沒有硬件，軟件就不能有效的運行。其中， 8031 性價比較高，又易于開發(fā)，目前應(yīng)用面廣泛。因此，此次設(shè)計的控制系統(tǒng)選用 SRAM。