【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接觸角鋼球直徑滾道法面半徑偏心距螺紋升角=螺桿外 徑=(～) 內(nèi) 徑=＋2－2接觸直徑=－Cos螺 母螺紋直徑=－2＋2內(nèi) 徑=＋(～) 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已知縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量=,滾珠絲桿導(dǎo)程=8mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，可計(jì)算出傳動(dòng)比： = －脈沖當(dāng)量（mm/step） －滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（mm）－步進(jìn)電機(jī)的步距角===3/8因?yàn)榭蛇M(jìn)定齒輪齒數(shù)為=/=24/64=24 ，=64根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，又因進(jìn)給給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，則有關(guān)參數(shù)如下表所示(見(jiàn)表4)： 表4：傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)齒 數(shù)2464分度圓=48128齒頂圓 =＋252132齒根圓=－齒 寬(6～10) 2020中心距=(＋)/288 進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型(1)初選步進(jìn)電機(jī)① 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 =－脈沖當(dāng)量（mm/step）取 =－進(jìn)給牽引力（N）取 = －步距角，初選雙拍制為－電機(jī)－絲桿的傳動(dòng)效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，、。=② 算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來(lái)估算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩=/～ ～= /=③ 計(jì)算最大靜扭矩查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》表322，如取五相十拍，則== =/= 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的頻率和最高起動(dòng)頻率 =HZ =HZ式中：－最大切削進(jìn)給速度m/min , =1m/min－最大快移速度m/min, =2m/min－脈沖當(dāng)量, =根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩=，但從表中看出130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動(dòng)頻率為3000HZ，不能滿足=3333HZ的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開(kāi)降速程序來(lái)解決。(2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所初步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。①效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖如前（a）所示，根據(jù)《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》表324，傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可由下式計(jì)算：=＋＋[(＋)＋()]—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）.—矢輪Z1Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）—滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣車(chē)（）參考同類(lèi)型機(jī)床，初步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)BF1，作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：　　　　I4＝()2w＝()280＝cm2＝cm2 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：　　　　J1＝1042=cm2= Ncm2 J2＝1042=cm2 絲桿傳動(dòng)慣量：　　　 J3=10464140=cm2= Ncm2電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Ｊ＝(J3+J2)+J1+J4 =(+)++ = kgcm2= Ncm2(1) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算?？焖倏蛰d啟動(dòng)所需力矩：最大切削力負(fù)載時(shí)所需力矩：式中：－－空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩　　――折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩　　――由于絲桿預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩　　――切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩　　――折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩　　 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 　　　　 當(dāng)，時(shí)，　　　　Ncm 當(dāng)時(shí)，預(yù)加載荷則 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩： 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： 切削時(shí)所需力矩： 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí)： ，所以選擇型號(hào)WD6008 ③ 校核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。已計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333Hz。從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》表3—23中查出型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空BF1160載起動(dòng)頻率為3000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)摹础淳C合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)〉〉圖3—15，3—16查出BF1160步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，時(shí)，,。直接使用則會(huì)施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開(kāi)降進(jìn)控制〈用軟件實(shí)現(xiàn)〉，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，BF1160型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求： 圖364 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件就能發(fā)揮作用。 機(jī)床數(shù)控機(jī)床的硬件電路概括起來(lái)又以下四部分組成：（1） 中央處理單元CPU。CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心。（2） 總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB） 地址總線（AB）和控制總線（CB）。（3） 存儲(chǔ)器。包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。（4） 輸入輸出接口電路。由于8031只有P1口和P3口部分能提供用戶(hù)作為I/O口使用，不能滿足輸入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。從附錄H圖H—2可以看出，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8155和一片8255可編程I/O接口芯片。8155的片選信號(hào)CE接74LS138的Y0，8255芯片片選信號(hào)CS接到74LS138的Y2端。74LS138三—八譯碼器有三個(gè)輸入A、B、C分別接到8031的P2。5，P2。P2。7，輸出Y0~Y7 8個(gè)輸出，低電平有效。Y0~Y7對(duì)應(yīng)輸入A、B、C的000至111的8種組合，其中Y0對(duì)應(yīng)A、B、C為000，Y7對(duì)應(yīng)A、B、C為111。74LS138還有三個(gè)使能端，其中2個(gè)（GA和GB）為低電平使能，另一個(gè)G1為高電平使能。吸有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無(wú)效狀態(tài)。I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的：8155芯片PA0~PA7作為顯示器段選信號(hào)輸出，PB0~PB7是顯示器的位選信號(hào)輸出，PC0~PC4 5根線是鍵盤(pán)掃描輸入。8155芯片的IO/M引腳接8031芯片的P2。0，因?yàn)槭褂?155的I/O口故P2。0高電平。8255芯片PA0~PA6接X(jué)向、Y向和Z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出，PB0~PB7為三個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)及回零輸入，PC0~PC5為面板上的選擇開(kāi)頭是輸入，設(shè)有編輯、單步運(yùn)行、單段運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)I、手動(dòng)II等方式。系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及I/O接口芯片的地址編碼如表4—19所示：X向，Y向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用YB015，3—2相通電五相十拍方式工作，故A0，A1引腳均接+5V，Z向步進(jìn)電機(jī)配件環(huán)形分配采用YB014，是以2—3相通電四相八拍方式工作。A0、A1接高電平。三個(gè)芯片的選通輸出控制E0分別接8255的PA0、PAPA5，清零R接8255的PA1，正、反轉(zhuǎn)控制端分別接8255的PAPAPA6，時(shí)鐘輸入端CP接8155芯片的TIMROUT，用以決定脈沖分配器輸出脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的進(jìn)給速度，可給8155芯片的定時(shí)/計(jì)數(shù)器中設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)。表5芯 片接74LS138引腳 地址選擇線片內(nèi)地址單元（B） 地址編碼2764（1）000xxxxxxxxxxxxx8K0000H～1FFFH2764 (2 )001xxxxxxxxxxxxx8K2000H～3FFFH6264010xxxxxxxxxxxxx8K4000H～5FFFH8155RAM10011110xxxxxxxx661009EFFHI/O1001111111111xxx69FF8H～9FFDH825501011111111111xx45FFCH～5FFFH 作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作，存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)，輸入輸出接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行交換的橋梁?？偩€則是CPU與存儲(chǔ)器，接口以及其它轉(zhuǎn)換的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)行交換和通訊的必由之路。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖為：圖41 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 向和X向進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)2 鍵盤(pán)顯示3 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制4 螺紋加工控制5 面板控制6 行程控制7其他功能 報(bào)警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。 硬件電路的組成采用MCS5系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下：a) 采用8031作CPUb) 擴(kuò)展了兩片2764芯片、一片6264芯片c) 兩片8155可編程并行I/O接口。d) CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口CPU采用8031芯片，選用6MHz晶體振蕩器。它的作為數(shù)據(jù)總線和地址共用。16位地址線由經(jīng)地址鎖存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE為地址鎖存允許。為低電平時(shí)選通外部存儲(chǔ)器（EPROM），相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（）上，輸入到口，8031將指令讀入。RESET為復(fù)位控制，當(dāng)RESET輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)，8031被初始化復(fù)位，在復(fù)位有效期向ALE、PSEN也輸出高電平。當(dāng)RESET輸入端返回低電平后，CPU從O地址開(kāi)始執(zhí)行程序。（故設(shè)計(jì)中一定有一片2764芯片連到74LS138的）設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。另外，兩片8155的RESET也與8031的RESET管腳相連，它們可同時(shí)復(fù)位。8031的是片內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出中斷申請(qǐng)，由主軸后面的光電編碼器輸入。當(dāng)車(chē)床車(chē)螺紋時(shí)，主軸光電編碼器向8031發(fā)出進(jìn)給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個(gè)零位螺紋信號(hào)，輸入8155(1)的，用以防止車(chē)螺紋亂扣。8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以及報(bào)警等。其中PA口為輸入口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)I，手動(dòng)和回零。PB口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動(dòng)、暫停、單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當(dāng)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號(hào)，開(kāi)始執(zhí)行進(jìn)給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號(hào)。PC口是輸出口，控制自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架四個(gè)刀位的選刀。用于報(bào)警顯示，系統(tǒng)正常工作時(shí)，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以及鍵盤(pán)，顯示電路。其中為輸出口，用于控制Z向、X向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，Z向步進(jìn)電機(jī)為五相，X向?yàn)槿?。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤(pán)顯示電路為46鍵和6位顯示器。作為鍵盤(pán)的6條列線，是鍵盤(pán)掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤(pán)輸入口。是6位數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)，8031的口是數(shù)碼顯示器的段選信號(hào)。接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在Z向或X向越程時(shí)，即向計(jì)算機(jī)輸入此信號(hào)，使進(jìn)給系統(tǒng)停止。 表6 ：數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)芯片地址分配芯片接74LS138引腳地址選擇線片內(nèi)地址單元地址編碼2764(1)000xxxxxxxxxxxxx8K0000H1FFFH2764(2)001xxxxxxxxxxxxx8K2000H3FFFH6264010xxxxxxxxxxxxx8K4000H5FFFH8155(1)I/O0110000100000xxx66100H6105H8155(2)I/O1000000100000xxx68100H8105H C6163經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)在電機(jī)設(shè)備中，執(zhí)行部件如果要實(shí)行平行斜線和圓弧曲線的路經(jīng)運(yùn)動(dòng)，必須通過(guò)兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的合成來(lái)完成。在數(shù)控機(jī)床中，這是由X、Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，按照插補(bǔ)控制原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 直線插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)(1) 逐點(diǎn)比較法用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線插補(bǔ)計(jì)算，沒(méi)走一步，都需要以下四個(gè)步驟：偏差判別：判別偏差Fm≧0或Fm≦0，從而啊決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿+X、+Y、X、Y的哪個(gè)方向進(jìn)給。偏差計(jì)算：進(jìn)給每一步，計(jì)算新的加工偏差。終點(diǎn)判別：進(jìn)給每一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減1，若為0，表示到達(dá)終點(diǎn)停止插補(bǔ)不為0，則返回到第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)算判別可用兩個(gè)方向的坐標(biāo)植來(lái)判別，也可以由一個(gè)方向的坐標(biāo)植來(lái)判別。當(dāng)Xe﹥Ye，可用X方向的總步數(shù)Xe作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，如動(dòng)點(diǎn)X等于終點(diǎn)Xe則停止。當(dāng)XeYe，則用Y方向走的總步數(shù)Ye作為終點(diǎn)判別的依據(jù)。 由此，第一象限直線插補(bǔ)程序的算法如下： a) 判別Fm是大于0還是小于0。 b) 若Fm≧0，則想+X方向輸出一進(jìn)給脈沖，計(jì)算新的偏差Fm=FmYe，并修改動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為X=X+1；若Fm0則向+Y方向輸出一進(jìn)給脈沖，計(jì)算新偏差Fm=Fm+Xe，并修改動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為Y=Y+1。 c) 終點(diǎn)判別：若X=Xe（Y=Ye），則停止插補(bǔ)運(yùn)算。否則轉(zhuǎn)入第一步，重復(fù)上述步驟。 第一象限直線插補(bǔ)程序框圖如(2) 程序設(shè)計(jì)設(shè)