【正文】 該芯片有三種工作方式：雙緩沖工作方式、單緩沖工作方式和直通工作方式。缺點(diǎn)是需要了解掌握變頻器的通訊協(xié)議才能進(jìn)行控制編程，軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜。 圖 64 LM629與單片機(jī)的連接（縱向） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 39 頁 共 49 頁 圖 65 LM629與單片機(jī)的連接（橫向） 6． 1． 6 變 頻調(diào)速電路設(shè)計(jì) （ 1） 變頻器的控制方式 變頻器的控制方式主要有三種： ，即通過操作面板改變頻率的輸出和其他運(yùn)行參數(shù) 。單片機(jī)主要的工作就是向 LM629 傳送運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和 PID 數(shù)據(jù)，并通過 LM629 對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。 這樣使得設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)便、輕松。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 37 頁 共 49 頁 圖 63 7407驅(qū)動(dòng)電路 6． 1． 5 位置 半閉環(huán) 控制電路設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的加工程序，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算獲得位置指令脈沖，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)以及滾珠絲杠使工作臺(tái)移動(dòng) ，安裝在伺服電機(jī)軸端的角位移檢測(cè)裝置即增量式光電編碼器對(duì)電機(jī)實(shí)際角位移進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行反饋，與位置指令進(jìn)行比較，用比較后的偏差進(jìn)行后續(xù)控制，直到位置偏差 為零時(shí)才停止工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，這就是位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。 8位輸出線與 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 74LS07 相連接， 需 上拉電阻 。8279 芯片的 8 位 數(shù)據(jù)口與 系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線 DB0DB7 連接，在 MSP430 和 8279 之間 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 36 頁 共 49 頁 傳遞命令或數(shù)據(jù)。 顯示輸出時(shí)，它有一個(gè) 16179。 （ 3） MSP430 的復(fù)位及晶振電路設(shè)計(jì)如圖 61所示。 單片 集成了多通道 12bit 的 A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個(gè)具有 PWM 功能的定時(shí)器、片內(nèi) USART、看門狗定時(shí)器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器（ DCO）、大量的 I/O 端口以及大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器，采用串行在線編程方法，單片可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需要。 6． 1． 2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁 共 49 頁 (1) 讀取 鍵盤輸入數(shù)據(jù)； (2) 讀取 操作面板開關(guān)及按鈕信號(hào)； (3) 讀取 螺紋 /光電編碼器信號(hào) ； (4) 讀取 電動(dòng)刀架刀位信號(hào)； (5) 接受 車床行程開關(guān)信號(hào)； (6) 控制 LED 顯示； (7) 控制電動(dòng)刀架自動(dòng)選刀； (8) 控制縱向、橫向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)； (9) 控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止； (10) 控制交流變頻器； (11) 控制冷卻泵啟停； (12) 可與 PC 進(jìn)行串行通信。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在一些標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來越傾向于軟件控制。 選用續(xù)流二級(jí)管型號(hào)為 ： 10CTQ1501（ 150V 10A）， 與門電路選用二輸入端四與門 74LS08,非門電路選用 74LS06。使用 MOS管，其 開關(guān)速度快，同 時(shí)又是電壓驅(qū)動(dòng)型，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 而且 導(dǎo)通后內(nèi)阻小，通過電流大 ， 這樣加在電機(jī)的電壓就接近電源電壓，使電機(jī)能正常工作 。 5． 3． 2 單極性可逆 PWM 電路 設(shè)計(jì) （ 1）電路簡(jiǎn)介 可逆 PWM 電路分雙極性和單極性兩種，前者有低速運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在著電流波動(dòng)大，功率損耗大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)直通的危險(xiǎn)，限制了開關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電機(jī)的控制。 非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于 開關(guān)信號(hào) （數(shù)字信號(hào)） 的傳輸，不適合于傳輸模擬量； 線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進(jìn)直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果： m in/ ax rn ?? ， mNT ??? ax ， 即 WP ??選用深圳市泰科智能伺服技術(shù)有限公司推出的 NT4P10116E 型直流有刷伺服電機(jī)，編碼器選定 1500P/R，具體參數(shù)如表 54 所示。 計(jì)算得出： J =≈ 60 2cmkg? 5． 1． 2 電動(dòng)機(jī)的 計(jì)算和選型 縱向電動(dòng)機(jī)的相關(guān)計(jì)算如 表 51 所示。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)。長(zhǎng)期以來一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，選定最接近的帶寬mmbr ?? 。 通過計(jì)算，得出 611???mz ，滿足要求。 實(shí)際中心距 )( mmLLaa pr ???????。 經(jīng)計(jì)算， 主動(dòng)輪 m in/ ax rn ?? ，同步帶最大線速度 )/( m a x1 smndv ?? ???? ? 。 初選電機(jī)編碼器紋數(shù)為 1500，四倍細(xì)分，即1??= 41500360?? =（度 /脈沖），算得：i? = ? ? =35 4． 3． 2 傳遞功率的估算 （ 1） 最大工作負(fù)載下最大傳遞功率的估算： m a x)( jyjmm VfFP ??????? 式中： mF? — 絲杠的最大工作載荷， 其值 為 ； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 22 頁 共 49 頁 maxjV? — 橫向最 大工進(jìn)速度，其值 換算 為 sm/ ； yjf? — 預(yù)緊摩擦力，單位 N， 12331 ???? myj Ff ? )(N （摩擦系數(shù) ? 取 ）； 計(jì)算得出： 60 )( ?????mP )(W。 4． 2． 7 穩(wěn)定性校核 KF? = ??22aK EIfk? mF? 式中： kf — 絲杠支承系數(shù)， 由表 34得出 單推 單推 時(shí)， kf 取 1； K — 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取 ～ 4， 本設(shè)計(jì)取 4； a? — 滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為 mm ，本設(shè)計(jì)中該值為 500mm ； I — 按絲杠底徑 2d? 確定的截面慣性矩 ， （ 6442dI ??? ，單位為 4mm ） 本設(shè)中將 mmd ?? 代入算出 I =87080 4mm 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 20 頁 共 49 頁 算得： ?? =)01822tan( 822tan ???? ??=% 4． 2． 6 剛度的驗(yàn)算 1?? = SElF um???? （ “ +” 號(hào)代表拉伸， “ ” 代表壓縮） 式中：mF?— 絲杠的最大工作載荷，單位為 N ； ul?— 絲杠縱向最大有效行程，單位為 mm ； E — 絲杠材料的彈性模量，鋼 MPaE ?? ； S? — 絲杠的橫截面面積，單位 2mm 按絲杠螺紋的底徑2d?確定。 4． 2． 3 滾珠絲杠螺母副的選型 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷 QF? ,選擇江蘇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL40053 型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母方式預(yù)緊，精度等級(jí)為 3 級(jí)，其參數(shù)如表 41 所示。 4． 2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 4． 2． 1 最大工作載荷的計(jì)算 已知移動(dòng)部件總重力 NG 1500? ，電動(dòng)刀架重量為 kg55 ，則橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重力 G? 約為 N850 ， 橫向?yàn)檠辔矊?dǎo)軌，查表 31， 最大工作載荷 mF 的計(jì)算如下： )2( GFFFKF xzym ????????? ? = )( N 式中： K — 為考慮顛覆力矩影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取 ； ? — 為滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 。 zK — 小帶輪嚙合系數(shù)，取 1； 經(jīng)計(jì)算得出： WPWP dr 6 0 5 . 8 ??? ,所以滿足要求。 3． 3． 7 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率 基準(zhǔn)額定功率就是所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，其計(jì)算公式如下： vmvTP a )( 20 ?? 式中： 0P — 單位為 W ； aT — 帶寬為 基準(zhǔn)帶寬 b時(shí)的許用工作拉力，單位 N，如表 38 所示 ； m — 帶寬為 基準(zhǔn)帶寬 b時(shí)的單位長(zhǎng)度質(zhì)量 （線密度） ，單位 mkg/ ； v — 同步帶線速度， 上述 中 已算出其值為 sm/ 。 95 200 508 100 210 105 56 3． 3． 6 校驗(yàn)帶與小帶輪的 嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) )](22[ 122 11 zzapzze ntz rm ??? ? ，式中 )(xent 為取整函數(shù)。則帶的節(jié) 線長(zhǎng)度 )( )()(22 22121 mmaddddaL ?????? ?。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 49 頁 3． 3． 3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的傳遞功率 Pd，查表 36選擇同步帶，型號(hào)為 XL型 ，節(jié)距 mmp ? 。 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可 知， 最后一種狀態(tài)的傳遞功率一定小于快速空載啟動(dòng)（最后時(shí)刻）的瞬時(shí)傳遞功 率，所以只需要比較前二者。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長(zhǎng)軸承的使用壽命。 由以上數(shù)據(jù)可以算出： KF = 220212021 5?? ????? = )( 4 N? 臨界載荷 KF 遠(yuǎn)大于工作載荷 mF （ ） ，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，mF為 ，ul取 1665mm ，2d為 ，算得： 1? =25 )( ???? ??=177。 91′ ； ? — 摩擦角，一般取 ? =10′ 。 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷 QF ,選擇江蘇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL50083 型 內(nèi)循環(huán)式 滾珠絲杠副， 采用雙螺母 螺紋式 預(yù)緊， 精度等級(jí)為 4 級(jí)，其參數(shù)如表 32所示 。 對(duì)于滾珠絲杠螺母副的最大動(dòng)載荷 QF 計(jì)算公式如下： mhwQ FffLF 3? 式中： L — 滾珠絲杠副的壽命 系數(shù) ，單位為 610 r， 610/60nTL ? （ T為使用壽命，普通機(jī)床 T 取 500010000h，數(shù)控機(jī)床 T 取 15000h； n 為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）； wf — 載荷系數(shù)，一般取 ～ ，本設(shè)計(jì)取 ； hf — 硬度系數(shù)（ HRC? 58 時(shí)取 ；等于 55 時(shí)取 ；等于 時(shí)?。坏扔?50時(shí)取 ；等于 45 時(shí)取 ） ； mF — 滾珠絲杠副的最大工作載荷 ，單位為 N。 查表 31選擇綜合導(dǎo)軌， K 取 ,? 取 ,G 為 1500N ； 算得 )( GFKFF zxm ??? ? =179。 3． 2． 2 絲杠導(dǎo)程的確定 選 擇導(dǎo)程跟所需要的運(yùn)動(dòng)速度、系統(tǒng)等有關(guān)，通常在： 120中選擇，規(guī)格較大，導(dǎo)程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。 = )(N 3． 2 滾珠絲杠螺母副的計(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。 主切削力 zF 與切削速度的方向一致，垂直向下，是計(jì)算車床主軸電動(dòng)機(jī)切削功率的依據(jù)；進(jìn)給力 xF 與進(jìn)給方向平行且方向相反；背向力 yF 與進(jìn)給方向相垂直，對(duì)加工精度的影響較大。 2． 5． 安裝防護(hù) 普通車床的數(shù)控化改造中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的防護(hù)措施，比如滾珠絲杠副由于精度要求較高，工作時(shí)需防塵防灰，尤其不能讓金屬削進(jìn)入滾道，所以縱向絲杠應(yīng)安裝防護(hù)罩。 主軸脈沖發(fā)生器的安裝通常有兩種 ：一種是同軸安裝，另一種是異軸安裝。該系列電動(dòng)刀架是用戶普通采用的經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品 。 采用交流變頻器實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的無極變速， 本設(shè)計(jì)選用 F1000G0110T3C 型變 頻器，該型號(hào)適配電機(jī) 11KW，額定輸出電流為 23A。 （ 9） 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選擇及其控制電路的設(shè)計(jì)等。 （ 6） 主 軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器的選擇及主軸脈沖發(fā)生器的選擇。 （ 3） 數(shù)控系統(tǒng) 處理器 的選擇：采用 TI 公司 推出 的 MSP430 系列 16 位單片機(jī)，該系列單片功能強(qiáng)大 ，性價(jià)比高， 是 16 位單片機(jī)中 的主流芯片之一 。所以數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型 。另外其 改造成本同購(gòu)置新機(jī)床相比， 節(jié)省 的 費(fèi)用 十分 可觀 ， 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床價(jià)格也要 4～ 8萬元，進(jìn)口機(jī)床有的近 20 萬元，而對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造也能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，其改造費(fèi)用僅 2～ 3萬元， 非常符合我國(guó)國(guó)情。 加工精度 高，尺寸分散度小，易于裝配。 普通車床由于 造價(jià)低廉在我國(guó)運(yùn)用十分廣泛，但是 因?yàn)槠?進(jìn)給 軸不能聯(lián)動(dòng)，切削次序需要人工控制，致其 效率低下并且 無法加工復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，他們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，正處在黃金時(shí)代，由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)永恒的課題。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書