【正文】 Fcx = Fcy = F = 查表 33，得主偏角的修正系數(shù) krFck =；刀傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為 . 由經(jīng)驗(yàn)公式 F c F cync F c p c F cF C a f v k? 得： cF = 由 cF ： fF ： pF =1::，算得縱向進(jìn)給切削力 fF = xF =， pF = yF = 珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。取 滾珠絲杠使用壽命 hT 15000? ，帶入 610/60nTL? 得 L =90（單位 610r） ； 加工過(guò)程 平穩(wěn)或輕度沖擊， 取 載荷系數(shù) ?wf ， 硬度系數(shù) 1?hf ， 代入 mhwQ FffLF 3? ，求得 ： QF =。同步帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊 ， 工作時(shí)不會(huì)打滑， 線速度可達(dá) sm/40 ，可用于高速場(chǎng)合，傳動(dòng)比可達(dá)到 10，效率可達(dá) 98%， 維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低， 因此應(yīng)用日益廣泛。當(dāng) mz 不滿足要求時(shí)，可以增大 ra 或 1d 不變時(shí)減小節(jié)距 p 。 4． 1 縱向步進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī)的計(jì)算與選型 4． 1． 1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算 折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： ])2(/[1232210hzzPgGJJiJJJ ?????? 式中： 0J — 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為 2cmkg? ，本設(shè)計(jì)初選 電機(jī) 值為15 2cmkg? ； 1zJ 、 2zJ — 同步帶帶 輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為 2cmkg? ； 4 4 21 1 17 .8 1 0 2 .1 4z z zJ D L k g c m?? ? ? ? ? 4 4 22 2 27. 8 10 16 .1 06z z zJ D L k g c m?? ? ? ? ? 1zD 、 2zL 分別為帶輪的 外 徑和寬度，單位為 cm ； 3J — 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，取值為 2cmkg? ； g 、 hP — 分別為重力加速度，取 2/sm 和導(dǎo)程 hP ，其值換算為 。因此，根據(jù) eqT 來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： m a x 4 4 2 .4 7 9 .8 8j e qTT? ? ? ? ?N m,傳遞的功率為 1 / 9 .5 5 7 5 0 2 .4 7 / 9 .5 5 1 9 4m e qP n T W? ? ? ? （ 2）最大工作負(fù)載、最快工進(jìn)速度 帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩2eqT = 數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運(yùn)算是插補(bǔ)運(yùn)算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補(bǔ)償。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。通道 2 能吸收 /發(fā)出一個(gè) TTL 負(fù)載。 74LS373 八 D 鎖存器 (3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性 ) 373 的輸出端 Q0～ Q7 可直接與總線相連。 EPROM 電路 EPROM 2764的外部引線如圖所示。． ⑤ PGM:編程脈沖輸入端。 VCC： +5V 工作電壓。 由命令寄存器的最高兩位對(duì)定時(shí)器進(jìn)行四種控制。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是 單片機(jī) 中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 35 頁(yè) 共 40 頁(yè) 個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù) 碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 36 頁(yè) 共 40 頁(yè) 安全性： 即使是短時(shí)間的電流過(guò)載也可能對(duì)發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流 驅(qū)動(dòng)電路后可防止 由于電流 故障 所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。也可以直接用 數(shù)字 萬(wàn)用表，紅表筆是 電源 的 正極 ，黑表筆是電源的負(fù)極。 由于它的價(jià)格便宜 使用簡(jiǎn)單 在 電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。下面將介紹常用 LED 數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 圖 1 這是一個(gè) 7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10 引腳的 LED 數(shù)碼管 圖 2 引腳定義 每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP 是小數(shù)點(diǎn) . LED 數(shù)碼管引腳定義 10引腳的 LED 數(shù)碼管 驅(qū)動(dòng)方式 概述 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅(qū)動(dòng)電路 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅(qū)動(dòng)方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 狀態(tài)標(biāo)志寄存器： BF —— 緩沖器滿標(biāo)志； INTR —— 端口中斷請(qǐng)求標(biāo)志； INTE —— 端口中斷允許標(biāo)志； TIMER —— 定時(shí)器中斷請(qǐng)求。 OE（ output enable）：讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為 0時(shí)，芯片中的數(shù)據(jù)可由 D0～ D7端輸出。 2764 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 30 頁(yè) 共 40 頁(yè) 2764是 8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程 只讀存儲(chǔ)器，單一 +5V 供電，工作電流為 75mA，維持電流為 35mA，讀出時(shí)間最大為 250nS， 28腳雙列直插式封裝。 PSEN:引腳 29,程序選通有效信號(hào) ,當(dāng)從外部程序存貯器讀取指令時(shí)產(chǎn)生，低電平時(shí)，指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。 ～ :通道 0，它是 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 通道，當(dāng)擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗(yàn)期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0 吸收 /發(fā)出二個(gè) TTL 負(fù)載。 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 25 頁(yè) 共 40 頁(yè) 8031 管腳圖 8031 引腳功能 （ 1）主電源引腳 Vss 和 Vcc ① Vss 接地 ② Vcc 正常操作時(shí)為 +5 伏電源 （ 2）外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 ① XTAL1 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。使用續(xù)流二級(jí)管， 用來(lái)保護(hù)元 器 件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞 ，以及提供電機(jī)制動(dòng)回路。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)， 啟動(dòng)頻率選的很低，通常只有 100Hz。 m 再由式 410 計(jì)算承受最大工作負(fù)載狀態(tài)下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： ()2chf F G PT i? ???? 將數(shù)值帶入上式得 fT = 近年來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。 根據(jù) ，《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 表 313，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度 mm? ，相 應(yīng)的齒數(shù) z=４８ 。 由以上數(shù)據(jù)可以算出： 25 424 10 20551 5 104 1990k NF? ? ? ? ???? 臨界載荷 KF 遠(yuǎn)大于工作載荷 mF （ ） ，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 查表 31選 擇綜合導(dǎo)軌， K 取 ,? 取 ,G 為 1500N ； 算得 )( GFKFF zxm ??? ? = +（ +1500） = )(N 3． 2． 4 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 載荷隨時(shí)間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn) 生慣性力），此類載荷為動(dòng)載荷。 圖 31 車削力分析 設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼 ，σ b=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金 YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角 60176。 （ 8） 為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了是傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量勁可能地減小，傳動(dòng)鏈中應(yīng)設(shè)有減速機(jī)構(gòu)。 加工精度 高，尺寸分散度小，易于裝配?？梢詫?shí)現(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)加工精度，同時(shí)減少被加工零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 減速機(jī)構(gòu)選則 同步帶 ，其 綜合 了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ， 在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了齒輪傳動(dòng)和鏈傳 動(dòng)。前角 10176。 比如 起重機(jī)以等速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為 靜載， 起重機(jī)以加速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為動(dòng)載。 表 34 絲杠支承系數(shù) kf 支承方式 雙推 雙推 雙推 簡(jiǎn)支 單推 單推 雙推 自由 kf 取值 4 2 1 3． 3 同步帶 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 同步帶 也叫同步齒形帶， 它 綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要用在驅(qū)動(dòng)帶輪與被動(dòng)帶輪之間要求有固定傳動(dòng)比的情況 。 實(shí)際中心距 6 0 9 . 6 6 1 2 . 31 7 8 1 7 6 . 6 5 ( )22pr LLa a m m? ?? ? ? ? ?。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型電力電子功率元件的不 斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制方式已成為主流，并作為其數(shù)字控制的基礎(chǔ)。 m 最后由式 2eq t fT T T??，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 2eqT =+=綜上所述，本例中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用 110BYG2602 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，其設(shè)計(jì)也是普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的核心工程，對(duì)機(jī)床而言，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)，控制主軸、進(jìn)給軸和其他輔助裝置正確、及時(shí)和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時(shí)接受從機(jī)床反饋來(lái)的 各種信息，對(duì)機(jī)床控制進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 ～ :通道 1 是 8 位擬雙向 I/O 通道，在編程和校驗(yàn)時(shí)，它發(fā)出低 8 位地址。 EA/VPP:引腳 31，當(dāng)保持 TTL 高電平時(shí)，如果指令計(jì)數(shù)器小于 4096， 8051 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 28 頁(yè) 共 40 頁(yè) 執(zhí)行內(nèi)部 ROM 的指令， 8751 執(zhí)行內(nèi)部 EPROM 的指令，當(dāng)使 TTL 為低電平時(shí)， 從外部程序存貯器取出所有指令，在 8751 內(nèi)的 EPROM 編程時(shí)，此端為 21V編程電源輸入端。各引腳的含義為： A0A12為 13根地址線，可尋址 8K字節(jié)； O0O7為數(shù)據(jù)輸出線； CE為片選線； OE 為數(shù)據(jù)輸出選通線； PGM 為編程脈沖輸入端； Vpp 是編程電源； Vcc 是主電源。 ④ CE：選片信號(hào)。 WE（ write enable）：寫(xiě)允許信號(hào)，輸入，低電平有效。 命令寄存器，只寫(xiě)不讀； 狀態(tài)標(biāo)志寄存器，只讀不寫(xiě)； 這二者使用同一地址 c、作定時(shí)器擴(kuò)展使用 可以通過(guò)編程決定輸出 4種信號(hào)，即有四種工作臺(tái)方式。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 靜態(tài) 驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 使用單片機(jī) C51編程 C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 37 頁(yè) 共 40 頁(yè) 總結(jié) 通過(guò)三周的課程設(shè)計(jì)。另外，當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片還要能夠自動(dòng) 調(diào)節(jié)輸出電流 的大小以實(shí)現(xiàn)色差 平衡溫度 補(bǔ)償。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多，如驅(qū)動(dòng) 5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的I/O 端口才 32 個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性 。 由兩個(gè) 8 位寄存器，決定 14 位定時(shí)器計(jì)數(shù)常數(shù)及四種工作方式。 CE2（ chip enable）： 片選信號(hào) 2，輸入，在讀 /寫(xiě)方式時(shí)為高電平。當(dāng)該信號(hào)為 0時(shí)表示選中此芯片。 編程時(shí)， Vpp＝ +25V（高壓），～ PGM 端加入寬度為 50ms 的負(fù)脈沖。 XTAL2:引腳 19，內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個(gè)輸入端， HMOS 芯片使用外部振蕩器時(shí)，此端用于輸入外部振蕩信號(hào)。 ～ :通道 2 是 8 位擬雙向 I/O 通道，當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，用作高 8位地址總線。是外接晶體的另一端。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來(lái)越傾向于軟件控制。 （ 1）快速空載啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至 nm =750r/min， ，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT = m 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán) 控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降， C6163 車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造 第 20 頁(yè) 共 40 頁(yè) 可能造