【正文】 關齒輪計算 傳動比： 0 0 .7 5 4 5 1 .6 73 6 0 3 6 0 0 .0 0 5 3pLi ? ? ?? ? ? ??； 故?。? 1 18Z? ， 2 30Z? ， 2m? ， 20b mm? ， 20a??， 1 36d mm? ， 16 2 60d mm? ， 1 40ad mm? ， 2 64ad mm? ， 48a mm? 。 從上計算可，最大轉矩發(fā)生在快速進給啟動時： m ax N cm?? 滾珠絲杠螺母副的精度等級： 數(shù)控機床根據(jù)定位精度的要求通常選用 15級精度的滾珠絲杠， 15級 度絲杠的行程公差數(shù)值如表 ： 表 項目 符號 有效行程lm/mm 精度等級 1 2 3 4 5 目標行程公差 ep ＜315 6 8 12 16 23 315~400 7 9 13 18 25 400~500 8 10 15 20 27 500~630 9 11 16 22 30 行程變動量公差 Vmp ＜315 6 8 12 16 23 315~400 6 8 12 17 25 400~500 7 10 13 19 26 500~630 7 11 14 21 29 任意 300mm 內行程變動量 V300p 6 8 12 16 23 2π rad內行程變動量 V2 4 5 6 7 8 18 π p 滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊方法 滾珠絲杠副的軸向間隙，是指負載時滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。因此，滾珠絲杠副除了對本身單一方面的進給運動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格的要求?；驹硎鞘箖蓚€螺母間產生軸向位移，以達到消除間隙和產生預緊力的目的。是通過改變墊片的厚度，使螺母產生軸向位移。 圖 雙螺母墊片式結構圖 （ 2）雙螺母調隙式 圖 3— 6 所示為利用螺帽來實現(xiàn)預緊的結構，兩個螺母以平鍵與外 套相聯(lián)，鍵可限制螺母在外套內移動，其中右邊的一個螺母外伸部分有螺紋。這種結構既緊湊，工作又可靠，調整也方便，故應用較廣。這種結構既緊湊，工作又可靠，調整也方便，幫應用較廣。 19 圖 雙螺母帽式結構圖 圖 雙螺母齒差式結構圖 （ 3）齒差調隙式 圖 。內齒圈緊固在螺母座上，預緊時脫開內齒圈，使兩個螺母同向轉過相同的齒數(shù)，然后再合上內齒圈。如果其中一個螺母轉過 n個齒時則其軸向位移量為 1 hnsPZ?（ Ph為絲杠導程， Z1為齒輪齒數(shù)）。例如：當 n=1， Z1=99， Z2=100， 10 19900hP um??,即兩個螺母在軸向產生 1um 的位移。 除上述三種雙螺母加預緊力的方式外，還有單螺母變導程自預緊和單螺母鋼球過盈預緊方式。當所帶負載的慣性矩增大時， 20 由于步進電機是按電磁鐵吸力原理來動作，所以當慣性矩增大到某一值時，就 會使步進電機產生擅動就會產生啟動不良效果，所以，使用步進電機時盡量選小的負載。 同時，應該盡可能地消除配對齒輪之間的間隙，否則就會產生使運動滯后的指示信號的誤差，對加工件的精度就會產生很大的影響。在這次設計改造過程中只能采用開環(huán)系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)不能對車 床的誤差進行修改，所以只能通過機械的方式對其各部分傳動誤差進行修改。 自動回轉刀架的選型 臥式車床數(shù)控化改造應將原車床的普通手動轉位刀架替換成自動轉位刀架。根據(jù)所加工零件的工藝要求及車床控制方式確定自動刀架的刀位數(shù)和刀架類型。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結構和性能體現(xiàn)了車床的設計和制造技術水平，所以有如下要求： (1)轉位準確可靠，工作平穩(wěn)安全； (2)按最短線路就近選擇，轉位時間短； (3)重復定位精度高； (4)防水、防屑，密封性能優(yōu)良； (5)夾緊剛性高，適宜重負荷切削。刀架上端的發(fā)信盤中對應每個刀位都安裝一個霍爾傳感器元件，當(1電動機； 2固定安裝絲杠； 3安全離合器； 4刀架 )上刀體旋轉到某一刀位時，該刀架上 21 霍爾元件輸出高電平。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較，當兩信號相同時，說明上刀體已旋轉到所選刀位。在活動銷反靠作用下，螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固 。 第四章 CA6140 數(shù)控改造步進電機的設計 步進電機是受脈沖信號控制的，脈沖信號的產生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。 步進電機的工作方式 步進電機的工作方式和一般電機的不同，是采用脈沖控制方式工作的。數(shù)控機床中采用的功率步進電機有三相、四相、五相、和六相等。所謂單 m拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；雙 m拍是指每拍同時有兩相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；三 m拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m 拍； 2 m 拍是各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電。 由步距角計算可知，循環(huán)拍數(shù)越多，步距角越小，因此定位精度越高。步進電機的相數(shù)也對步進電機的運行性能有很大影響。 4． 2 步進電機的選擇 ． 1步進電機選用的基本原則 合理選用步進電機是比較復雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)的實際工作情況，經過分析后才能正確選擇。 ② 精度 步進電機的精確可用步距誤差或積累誤差衡量。所選用的步進電機應滿足： ? ?Qi?? ? ? 式中： m?? —— 步進電機的積累誤差； ? ?s?? —— 系統(tǒng)對步進電機驅動部分允許的角度誤差。 在要求的運行頻率范圍內，電動機運行力矩應大于電動機的靜載力矩與電動機轉動慣量（包括負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。 第 五 章 CA6140 普通車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)概述 第五技術委員會，對數(shù)控機床的定義：數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠處理用號碼或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。 它是一種控制系統(tǒng)，能自動閱讀讀入載體事先給定的數(shù)字值，并將其譯碼，從而控制機床動作，進行零件加工。 24 圖 51 數(shù)控機床的主要結構 機床主機是數(shù)控機床的機械主體，由能實現(xiàn)各可控運動主軸和主運動的帶傳動、齒輪傳動（變速箱）系統(tǒng)、工作部件和支承件等組成。 數(shù)控機床主傳動一般都由直流或交流主軸伺服電動機驅動。電動機上帶速度反饋元件，它把電動機實際轉速反饋給控制單元。 圖 62 數(shù)控機床進給機構伺服系統(tǒng) 1)開環(huán)伺服系統(tǒng)。典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)由步 25 進電動機或電液脈沖馬達驅動，運動速度和精度較低，運動中容易產生振蕩、丟步等現(xiàn)象，因此僅用于經濟型或簡易型數(shù)控機床，其精度和速度的提高受到限制。這一類系統(tǒng)的位置檢測元件從機械傳動鏈的中間取得信號，檢測元件大多是裝在伺服電動機后端或滾珠絲杠驅動端，能獲得比閉環(huán)伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性好的控制特性，而且也較經濟，是全功能數(shù)控機床廣泛采用的一種控制形式。如圖 52 所示，這類系統(tǒng)接受數(shù)控裝置輸出的指令信號，同時又接受由位置 傳感器檢測的實際位置反饋信號，兩者進行比較處理并由其差值不斷進行誤差修正；因此可以消除由于傳動系統(tǒng)中存在的誤差（如滾珠絲杠的導程誤差 )和熱變形等的影響，得到較高的定位精度和加工精度。 數(shù)控機床和非數(shù)控機床類似，包括液壓和氣動裝置，冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動排屑裝置、防護裝置等。 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的控制核心，包括運算和存儲等計 算機硬件、 CRT 顯示器，操作面板和鍵盤、各種不同形式紛輸入輸出裝置，以及相應配套的運算控制軟件等。數(shù)控裝置通常具備的功能有：各可控軸控制及多軸聯(lián)動控制、各種插補運算、代碼轉換、人機對話、局部加工功能選擇、各種補償功能、 CRT 顯示、故障自診斷功能、與管理系統(tǒng)聯(lián)網通信功能。全功能高級型還可有 MAP 通信協(xié)議接口，具 有計算機聯(lián)網和集成信息通信功能。對于點位加工或形狀不太復雜的零件，編程計算較簡單，程序段不多，用手工即可實現(xiàn)。自動可分為離線編程和在線編程。自動編程系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連在一起時，可進行在線編程。按輸入方式的不同，自動有語言輸入、圖形輸入和語音輸入三種方式。 后面所畫大圖采用 MCS51系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。 由于 MCS— 51 系列單片機在我國機床數(shù)控改造方面應用較普遍，其配套芯片價廉，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能夠滿足經濟型數(shù)控車床改造的需要。也可直接購買國內較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產品做為數(shù)控裝置。監(jiān)控程序固化在 2732EPROM 內，各功能模塊程序及常用零件的的加工存放在 2732EPROM內。 I/O 接口芯片選用 8155 可編程 I/O 擴展接口，它的 A口做為 X、 Y進給系統(tǒng)步進脈沖的輸出口，其中 PA0~PA2為 X 向的輸出口， PA3~PA5為 Y 向輸出口。顯示由 8位 LED 構成， 具有 24鍵的鍵盤。其存貯空間分配如下。 80H~83H MCS— 51 8031 84H~87H 字形鎖存 88H~8BH 字位鎖存 8CH~8FH 讀鍵值 90H~9FH 用戶使用 在步進電機驅動電路中，脈沖信號經功率放大器后控制步進電機勵磁繞組。輕則影響計算機程序的正常工作，重則導致計算機和接口電路損壞。 8031 單片機簡介 8031 單片機具有以下特點： （ 1） 具有功能很強的 8位中央處理單元（ CPU）； （ 2） 片內有時鐘發(fā)生電路，每執(zhí)行一條指令時間為 2 微秒或 1 微秒； （ 3） 片內具有 128 字節(jié) RAM； （ 4） 具有 21 個特殊寄存器； （ 5） 可擴展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲器。 從上述特性可知，一塊 8031 的功能幾乎相當于一塊 Z80CPU、一塊 RAM?？梢钥闯鲞@種芯片集成度高、功能強，只需增加少量外圍器件就可以構成一個完整的微機系統(tǒng)。對于簡單的應用場合， MCS51 系列的最小系統(tǒng)用一片 8031 外擴一片 EPROM 就能滿足功能的要求，對于復雜的應用場合，可利用 MCS51的擴展功能，構成功能強、規(guī)模較大的系統(tǒng)。常用的半導體 ROM芯片有： 271 273 276 27212725 27512 等。晶體頻率選用 6MHz，其所能提供的讀取時間 t 小于 480ms，故其芯片在時序上滿足要求。選擇 74LS373 芯片。 其引腳及與 8031 芯片連接見下圖： 30 其真值表 見下表： E G D Q L H H H L H L L L L X 0Q 注釋： L— 低電平； H— 高電平； X— 不定態(tài)； 0Q — 建立穩(wěn)態(tài)前 Q的電平； G— 輸入端，與 8031ALE 連高電平：暢通無阻；低電平：關門所存 OE — 使能端，接地 當 G=“ 1”時， 74LS373 輸出端 1Q~8Q 與輸入端 1D~8D 相同 當 G為下降沿 時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 由于 8031 芯片內部 RAM 芯片只有 128 字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的需要，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器 RAM。 626 62256 均采用 CMOS工藝，由單一 5V供電，典型存取時間為 150200ns。 31 I/O接口電路的擴展 8031單片機共有四個 8位并行 I/O口，但可供用戶使用的只有 1P 口和部分 3P口，因此，在大部分應用系統(tǒng)中都需要擴展 I/O 口芯片。 8255：可編程的通用并行接口電路（ 3個 8位口）。 8279： 可編程的鍵盤、顯示電路。 此外， 74LS 系列的 LSTTS 電路或 MOS 電路也可作 MCS51單片機的擴展 I/O口，如 74LS37 74LS377 等。 下面簡單介紹 8155 通用可編程接口芯片。1 個 14 位可編程定時 /計數(shù)器和 256B 的靜態(tài) RAM，能方便的進行 I/O 擴展和 RAM 擴展， 其引腳下圖： 32 8155 共有 40 個引腳，按其功能特點分類說明如下： （ 1）地址數(shù)據(jù)線： 07AD AD 是低八位地址和數(shù)據(jù)共用輸入口，當 1ALE?時，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。 （ 2）端口線： ~7PAO PA 、 ~7PBO PB 用于 8155 與外設之間傳送數(shù)據(jù)，~5PCO PC 既可用于 8155 與外設之間傳送數(shù)據(jù)，也可作為 A口、 B口的控制信號線。 （ 4） RAM 或 IO口選擇線 :當 IOM =0 時，選中 8155 的片內 RAM，0~ 7AD AD 為 RAM 地址；若 1IOM? 時，選中 8155 片內 3 個 I/O 端口及命令 /