【正文】 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 37 圖 2— 12 所示的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床控制面板設(shè)計(jì)方案 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 結(jié)論 對(duì)現(xiàn)有的通用車床進(jìn)行數(shù)控化改造主要是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位部件，改裝成由數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架，對(duì) C616 型車床的數(shù)控化改造，利用微機(jī)將橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)改造為開放控制的系統(tǒng)，改造后的車床可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并且實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。采用外部時(shí)鐘方式，可把 XTAI直接接地， XTAL2接外 部時(shí)鐘源。因此，178。我們的改造設(shè)計(jì)就采用這種光隔離電路。具體電路如下面所設(shè)計(jì)的 脈沖分配器 對(duì)于開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)中，我們?cè)O(shè)計(jì)采用單片機(jī)脈沖分配器，如圖 2— 3 所設(shè)計(jì) 的8051 單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制電路。 7， GB109679，選用圓頭普通平鍵（ A型）強(qiáng)度校核 鍵材料用 45 鋼 ， 查 表 得 許 用 應(yīng) 力 [ ] (100 120)p Mpa? ?? ，鍵的工作長度l=Lb=277=20mm， mmv?? ,按公式 12 2 2 2 4 7 0 . 5 8 8 1 4 . 2 6 [ ]3 . 5 2 0 4 5ppT M p aR ld???? ? ? ??? 故能滿足。 =0 AVR = 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 Fy? =0 BVR = 3rF 2rF AVR = 作彎矩圖 水平面彎矩圖 (b) cHM = AHR 179。 而慣量 J? 由伺附電動(dòng)機(jī)的慣量 mJ 和進(jìn)給系統(tǒng)慣量 LJ 組成 10 17. 522 27. 522mLJJ? ? ? ? ? ?J mJ ～～～～伺附電動(dòng)機(jī)的慣量 LJ ～～～～進(jìn)給系統(tǒng)慣量 負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇： 機(jī)床在不同的情況下，其所需要的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別進(jìn)行計(jì)算 快速空載啟動(dòng)是所需要的轉(zhuǎn)矩為 m a x 0afM M M M? ? ?起 式中： M?起 快速空載啟動(dòng)力矩 maxaM ? 空載啟動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)上的加 速力矩 fM? 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩 0M? 由于絲杠加緊時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加力矩 將已知數(shù)據(jù)代入 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 m a x2 0 0 0 0 .7 5 8333 6 0 0 .0 0 5 3 6 0 m inbpv r??? ?? ? ? ??maxn 2m a xm a x 2 1060aa tnMJ ? ? ?? ? ? 式中 J?? 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 at? 運(yùn)動(dòng)部件從停止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需要的時(shí)間 maxn ? 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速 2m a x 2 8 3 32 7 .5 2 2 1 0 6 9 4 .4 2 8 .6 0 0 .0 2 5 3aM N c m? ??? ? ? ?? 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩 002F FLM i??? 式中 0F? 導(dǎo)軌的摩擦力 ? ?0 cF f F W?? cF? 垂直方向的切削力 W? 運(yùn)動(dòng)部件的總重量 f? 導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) i? 齒輪降速比 ?? 傳動(dòng)鏈總效率，一般取 ～ ? ?000 .1 6 3 8 4 0 2 0 0 0 .6 3 0 .8 72 2 0 .8 2 .5F FLM i? ? ?? ? ?? ? ??? 附加力矩： ? ?2021012PFLM i ???? ? ? 式中： 0PF ? 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷前一般取 0L? 滾珠絲杠導(dǎo)程 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 0?? 滾珠絲杠擰緊時(shí)的效 率一般大于 于是： m a x 0 7 3 0 . 4 2 4aFM M M M? ? ? ?起 快速移動(dòng)時(shí)需要的力矩： 0 3 5 .9 9 6FM M M? ? ?快 最大切削負(fù)載時(shí)所需要的力矩： 0 1 2 4 .0 4FtM M M M? ? ? ?切 從以上計(jì)算可以看出三種工況下以快速空載啟動(dòng)所需要的力矩最大，依次作為出選電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。選用時(shí)應(yīng)將相應(yīng)的滾珠絲杠的額定靜載荷 oaC 滿足以下條件： maxF =f oaC / sf 式中 maxF —— 滾珠絲杠的最大軸向工作載荷； sf —— 靜態(tài)安全系數(shù)。 總體方案的確定： 根據(jù)改造設(shè)計(jì)內(nèi)容確定方案。因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如果設(shè)備全部更新?lián)Q代不僅資金投入大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大浪費(fèi)。 滾珠絲杠副的計(jì)算和選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型的內(nèi)容包括 :運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算、傳動(dòng)比的分配、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效轉(zhuǎn)矩等計(jì)算 .計(jì)算簡圖如圖 13: 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 圖 1— 3進(jìn)給伺服系統(tǒng) 機(jī)械部分的計(jì)算 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使車床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量 ,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù) .因此脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度來確定 .對(duì)于經(jīng)濟(jì)車床來說橫向采用的脈沖當(dāng)量為 切削力計(jì)算 在進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)的計(jì)算過程中 ,選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)都需要用到切削力 (機(jī)床的主要負(fù)載 ),則可用公式計(jì)算出車床切削力 最大切削功率 (或轉(zhuǎn)矩 ) =P 主 η 式中 P 主 .......主電動(dòng)機(jī)的功率 ,C616 車床 P 主 =8 kw η .......主傳動(dòng)系統(tǒng)的總功率一般為 ～ 取η = 則 P 切 =(8ｘ ) kw= kw 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力 (或轉(zhuǎn)矩 )和最大切削速度 (或轉(zhuǎn)矩 )來計(jì)算 ,即 : P 主 = cF ν 310 /60 式中 cF —— 主切削力 ( N ) ν —— 最大切削速度 (m/min).按用硬質(zhì) 合金刀具半精車鋼件是的速度取ν =100m/min cF = 60 ? ? 310 /100 = 3840( N ) 在一般情況外圓車削時(shí) , fF =(~) cF 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 pF =(~) cF 取 fF = cF = pF = cF = 滾珠絲杠副的選擇和性能驗(yàn)算 ,橫向進(jìn)給 為綜合型導(dǎo)軌 ,由公式可得絲杠軸向進(jìn)行切削 ,其中 k= , 39。11 ′ +10′ )≈ 橫向進(jìn)給滾珠絲扛支承方式如前圖所示，支承間距 L=400mm，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行了預(yù)緊，預(yù)緊力的最大軸向負(fù)載荷的 1/3，絲杠的變形量計(jì)算如下： 滾珠絲杠截面積按絲杠螺紋的底徑確定 A=π/4 ?= 工作載荷 mF 引起導(dǎo)程 0L 的變化量 Δ 0L 可用下式計(jì)算 Δ 0L =177。 tg 20 = 小齒輪 3受力分析 圓周力 3tF = 232Td = 2 ? = 徑向力 3rF = 3 20tFtg =179。則： 1cacM = 1cM = 22caM = 2212()CMT?? = 222 2 3 9 3 .9 2 ( 0 .6 2 2 4 7 0 .5 8 8 )?? = 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 2caDM = 222()DMT?? = 221 6 2 3 3 .4 2 ( 0 .6 2 2 4 7 0 .5 8 8 )?? = 按彎扭合成應(yīng)力校核周 6的強(qiáng)度 由計(jì)算彎矩圖可知， C剖面的計(jì)算彎矩最大，該處的計(jì)算應(yīng)力為： cac? = 2cacMW= cd= 25?= ＜ 1[]b?? =60Mpa 故安全 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 由玩具圖和轉(zhuǎn)矩圖可知彎矩最大，但從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞度 的影響看，剖面Ⅱ，Ⅲ處的過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，由于過盈配合及鍵槽的應(yīng)力集中兩端，故 C 剖面處受影響不大，在剖面Ⅱ處的載荷比剖面Ⅲ處的載荷要大，而剖面Ⅱ，Ⅲ的尺寸相同，因而在此只需要校核剖面Ⅱ兩側(cè)的疲勞強(qiáng)度。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)接 對(duì)于經(jīng)濟(jì)數(shù)控機(jī)床，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的絲杠相連著主要是從進(jìn)給傳動(dòng)鏈最短發(fā)出信息來考慮的，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)接的方法有兩種：一種是與絲杠直接聯(lián)接在一起，此方法結(jié)構(gòu)簡單，但是運(yùn)行位移的脈沖當(dāng)量不是 5 的倍數(shù)編程計(jì) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 算時(shí)不方便。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高（幾十伏）電流也教大（幾安到幾十安）如果將 I/O 口輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，輕則影響單片機(jī)程序的正常運(yùn)行，重則導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞。這時(shí)，由低電壓電源 VL 供電， VT2 繼續(xù)導(dǎo)通LA 繼續(xù)通過電流 。 其中，用 8255的 A口控制步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)， PA0~PA5為輸出口，用于控制 Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這里利用 8255PC口進(jìn)行控制，只要任一個(gè)行程開關(guān)閉合，即工作臺(tái)在某一個(gè)方向越界，均能產(chǎn)生越界信號(hào)。需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)的聯(lián)系起來，從中暴露自身的不足。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺(tái)移動(dòng)。例如，如果把 C口的第 6位 PC5置 1相 應(yīng)的字控制為 00001011B=0BH，程序如下： MOV DPTR ， 0FF7FH； MOV A， 0BH； MOVX DPTR , A； 由此可見， 8255接口芯片在 MCS51系列單片機(jī)中應(yīng)用非常廣泛，廣泛應(yīng)用與外圍設(shè)備，如打印機(jī)，鍵盤，顯示器以及作為控制信息輸人輸出。當(dāng)脈沖分配器輸出高電平是，是單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)為高電平輸出，經(jīng)前端放大使 VT1 導(dǎo)通，同時(shí)功率管 VT2 也導(dǎo)通，高壓電源 Vn 經(jīng) VTI 和 VT2 加至 LA 上。正轉(zhuǎn)時(shí)， 8051 的 P1口的輸出控制字 01H， 03H， 02H， 06H， 04H， 05 存 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 放在 8051的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器