【正文】 量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn) 定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。 After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。 1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。 第一代數(shù)控： 19521959 年 采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很 強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場。 4 在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的 FANCU，德國的 SIEMENS 和美國的 AB公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適 應(yīng)了這一要求。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強(qiáng)弱。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。 NFZ 可取縱切的 1/2. 26 802139。 =670 39。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進(jìn)入通孔。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。 G 溜板及刀架重力 : G =1000 N. 9 c 利用滾珠絲杠副的直徑 d0時，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)（ 106 轉(zhuǎn)）后在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 39′ 10 ? 摩擦角取 10′滾動摩擦系數(shù) ～ 將各數(shù)據(jù)帶入 上 式得 ： η =)( ????tgtg= )39。 圖 21 （ 1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 查圖 46，根據(jù) mP =2559 N， OD =35 ㎜， *查出 LL/? =*105? ，可算出： LL?? ?1179。 102? (2)滾珠與螺紋滾道接觸變形 2? 查圖 47, W 系列 1列 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q? : Q? = m 因進(jìn)行了預(yù)緊 , 2? =21 Q? =21 179。 =179。 1072+600)? 2023 N c n =01000L vs? = 5 ?? =30 L =61060 Tn??=610 150003060 ??=27 c =3L wf mF39。 =2023 N, 0D =20 ㎜ ,查出 LL? =179。 L 絲杠兩支承端距離 (㎝ )。 54 =4024 179。 sJ 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（㎏178。 103? 179。 2= ㎏178。 在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： M 起 = maxaM + fM + 0M maxaM = ?J 178。atn*602 max?? =179。㎝ （ 2）快速移動時 所需力矩 M 快 M 快 = fM + 0M =94+153=247 N178。大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選 型號，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動距頻特性和運(yùn)行距頻特性。彈簧的彈力使薄齒輪 1和 2的左、右齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)間隙。 i— 傳動比 。 1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 (一 )硬件電路設(shè)計內(nèi)容 硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ) ,也是軟件編制的前提 ,數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計包括以下幾部分內(nèi)容： 繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖 25 據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體 方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖。分別選擇兩片 2764 和一片 6264來擴(kuò)展16K 的內(nèi)存。 2 80C51 單片機(jī)及其擴(kuò)展 (一 )80C51 單 片機(jī)的簡介 1．芯片引腳及片外總線結(jié)構(gòu) 80C51 單片機(jī)采用 40腳雙直插封裝（ DIP）形式，如圖 (6)所示。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。 CPU在向片外存儲器取指令期間， PSEN信號在 12 個時鐘周期中兩次生效。由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中， CPU 需要對接口電路輸入輸出數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行讀寫操作 ，所以在單片機(jī)中對這些寄存器象對存儲單元一樣進(jìn)行編址。在訪問片外存儲器時，它輸出高 8 位地址，即 A8~A15。（ 2）地址總線（ AB）： 16位，可尋址范圍為 64K字節(jié)， AB 由 P0口提供低 8 位地址，與數(shù)據(jù)分時傳送，傳送數(shù)據(jù)時將低 8位地址鎖存；高 8 位地址由 P2 口提供。其引腳見圖（ 7）。 表（ 4）、 74HC139 真值表 10 1GND OEG11181714138743D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Vcc2025691215161974LS373 28 輸入 輸出 使能 選 擇 Y0 Y1 Y2 Y3 /G B A 1 179。此處為 13 根。 8255 具有 3 個 8位的并行的 I/O 口，分別為 PA、 PB、 PC口，其中 PC口又分為高 4位（ PC7~PC4）和低 4 位（ PC3~PC0）。采用緩存、邏輯仲裁、存儲陣列，實(shí)現(xiàn)兩個設(shè)備同時對同一存儲陣列訪問而不需要等待，且互不干擾。 圖（ 9）、 LR104VRAM 顯示器的基本原理框圖 性能指標(biāo) ： 視域?qū)蔷€ 外型尺寸 38mm 視域尺寸 (H)(V)mm 圖像點(diǎn)陣 640RGB480行 像素點(diǎn)尺寸 (H)179。如果希望在液晶屏幕上某一位置顯示文字或圖形，只需要向存儲器內(nèi)對應(yīng)區(qū)域?qū)懭胂鄳?yīng)的數(shù)據(jù)即可。具有高亮度、高對比度、高可靠性、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；并且體積小、厚度小、功耗低、無輻射、抗干擾能力強(qiáng)。 （四） I/O 口的擴(kuò)展 MCS51單 片機(jī)共有四個 8 位并行 I/O 口，可提供給用戶使用的只有 P1口和部分 P3口線，因此不可避免地要進(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展。 8）。此處采用 74HC139 譯碼器組成的譯碼電路對系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼。此處擴(kuò)展了 16K的程序存儲器和 16K的地址存儲器，且沒有使用片內(nèi)存儲器。 表 P3口各位的第二功能 P3口的各位 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0 輸入） INT1（外部中斷 1 輸入） 27 T0（定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入） T1（定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入） WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制輸出） RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通控制輸出） （二） 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展概述 80C51 片內(nèi)只有 4KB程序存儲器地址空間、 256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的地址空間（用 8 位地址，其中 128B 的專用寄存器地址空間僅有 21 個字節(jié)有實(shí)際意義）。在 EPROM編程時，從 P0輸入指令字節(jié)，在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)（驗證時，要外接上拉電阻）。 /EA/Vpp（ 31 腳）：當(dāng) EA 端輸入高電平時， CPU 從片內(nèi)程序存儲器地址 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 ALE//PROG：訪問片外存儲器時 ， ALE 作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控制信號（稱允許鎖存地址）。 Vcc(40 腳 )：主電源 +5V。 （二）、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件 是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件。 （ 4） 接口，即輸入 /輸出接口電路。 η o— 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率 ,一般取≥ ,此處取η o= 所以： m a x 0 5 2 .5 1 .9 6 4 .8 4 5 9 .3 .Q a fM M M M N c m? ? ? ? ? ? ? 2) 快速移動所需力矩 KM 0KfM M M?? =+= 3) 最大切削載時所需力矩 M切 00 2 Xf FLM M M i??? ? ?切 7 3 4 0 . 51 . 9 6 4 . 8 4 3 6 . 0 2 .2 0 . 8 2 . 5 N c m? ?? ? ? ??? 24 從上面計算可以看出QM、 KM 、 M切 三種工況下 ,以快速空載起動慣性矩QM最大 ,即以此項作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù) . 查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時， /MM?? Q jmax = 故最大靜力矩 Mjmax=，而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為 ，大于最大靜力矩Mjmax， 所以滿足要求！ 但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。 。 繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖 在完成運(yùn)動及動力計算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號之后，就可以畫機(jī)械裝配 圖。 最大靜力矩 maxjM =178。 /2 )( zz LGPf Z?? ?? = )800536 0( ?? ????=94 N178。 0360b? 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。 150= ㎏178。 103? 179。 1J =179。 ㎝ 2 ）可由下式計算： ?J = MJ + 1J + 221)(ZZ ? ? ???????? ????????202 2?LgGJJS 式中 MJ 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（㎏178。 三 、 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)。 102? ㎜ (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 2? 查圖 47 Q? = m? 因進(jìn)行了預(yù)緊 2? =21 Q? =21 179。334( 334 39。XF + 39。XF =1072 N 39。 102? （㎜） . 11 由于兩斷均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸 ,故其剛度可以提高 4倍。最后一種常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，但變形量計算較為困難，一般根據(jù)其精度要求，在結(jié)構(gòu)上盡量增強(qiáng)其剛度而不作計算。 L 壽命，以 106 轉(zhuǎn)為 1個單位。 1340+179。 滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。 滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。ZF : 39。 主切削力 Fz (N)按經(jīng)驗公式估算 : ZF = =179。 Y向 微 機(jī) 機(jī) 光電隔離 功率放大 步進(jìn)電機(jī) 上拖板 6 X向 圖 11 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體方案框圖 第二章 CA6140 車床 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分 設(shè)計計算 一臺 CA6140 普通車床改造成微機(jī)數(shù)控車床，采用 MCS51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，具有升降速控制功能。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng) 選用連續(xù)控制系統(tǒng)。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 五、數(shù)控機(jī)床改造的意義 數(shù)控機(jī)床改造在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門，早在 60 年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場和生產(chǎn)上的原因。進(jìn)而推動了我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。 三、我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 我國從 1958 年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控 機(jī)床，并試制成功第一臺電子管數(shù)控機(jī)床。 第五代數(shù)控：從 1974 年開始采