【正文】 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。在 8 位微機(jī)中，MCS—51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS—51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案如圖 所示。（c）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。（e）拆除橫溜板下的滑動(dòng)絲杠螺母副，將滑動(dòng)絲杠靠刻度盤一段鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。（g）拆去三杠（絲杠、光杠與操縱杠） ，更換絲杠的右支承。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、何停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。當(dāng)采用有級(jí)變速時(shí)，可選用 YD 系列 變速三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)2～4 檔變速；當(dāng)采用無級(jí)變速時(shí)，應(yīng)加裝交流變頻器，推薦型號(hào)為：F1000G0075T3B，適配 電動(dòng)機(jī)?？ūP的夾緊和松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換到需要配備相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到編碼器的輸出有相位差為 90176。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時(shí)不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個(gè)的零位脈沖 Z。電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出 1200 個(gè) A/B 脈沖與 1 個(gè) Z 脈沖，信號(hào)為電壓輸出，軸頭直徑 15mm。同軸安裝是將變編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它堵住了主 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁24軸的通孔。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速 [46]。1 電動(dòng)刀架 2 聯(lián)軸器 3 橫向步進(jìn)電機(jī) 4 縱向步進(jìn)電機(jī) 5 聯(lián)軸器6 縱向微調(diào)機(jī)構(gòu) 7 橫向滾珠絲杠 8 橫向螺母 9 縱向螺母 10 橫向微調(diào)機(jī)構(gòu) 11 縱向滾珠絲杠（圖 數(shù)控改造后的車床傳動(dòng)系統(tǒng)） 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖齒輪傳動(dòng)裝置是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、和轉(zhuǎn)向的變換器。對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置的總體要求是傳動(dòng)精度高、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快?？v、橫向結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。電動(dòng)刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動(dòng)刀架裝即可，但要注意兩點(diǎn)：（1）電動(dòng)刀臺(tái)的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時(shí)切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架系統(tǒng)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁261 刀架 2 固定安裝絲杠 3 安全離合器 4 電機(jī)（圖 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖） 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(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。有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，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。I/O 接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。 確定 I/O 接口8031 只有 P1 口可作為普通 I/O 口用，所以需擴(kuò)展。采用一片 8279 芯片和一片 8255A 即可。8279 芯片具有消顫（去抖動(dòng)） 、雙鍵同時(shí)按下保護(hù)功能。LED 的個(gè)數(shù)應(yīng)滿足顯示值的要求和便于顯示。如無則繼續(xù)掃描，如有則判斷按下的鍵號(hào)。當(dāng)采用 8 行 4 列的鍵盤時(shí)，定義第一行的鍵為 00H～03H，定義第二行鍵的鍵值為 04H～07H，依次類推。接著對(duì)列線進(jìn)行掃描以判斷是哪一列閉合。然后計(jì)算鍵值，最后可根據(jù)鍵號(hào)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口。它由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種筆畫式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示?？刂聘鱾€(gè)顯示器所顯示的字形也需一個(gè)公用的 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口）。8255 的 A 口掃描總是一位為高電平，即 6 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它為高電平。依次地改變 A 口輸出為高的位，B 口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，6 位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。實(shí)際上，軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)工作是不可分割的，二者必須結(jié)合進(jìn)行。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定的功能劃分。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從全局著眼，先將整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)按功能分成一個(gè)一個(gè)的模塊，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體模塊的程序，最后組成一個(gè)系統(tǒng)。模塊特性對(duì)測(cè)試很有利，功能擴(kuò)充也很方便。因此，這樣的模塊程序設(shè)計(jì)方法，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，柔性較大。高 速 主 軸 單 元 為 適 應(yīng) 數(shù) 控 加 工 高 速 化 的 發(fā) 展 ， 目 前 越 來 越 多 的 高 速 數(shù)控 車 床 采 用 了 電 主 軸 。 與 傳 統(tǒng) 主 傳 動(dòng)系 統(tǒng) 相 比 ， 電 主 軸 的 主 要 特 點(diǎn) 有 ：(1) 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 機(jī) 械 效 率 高 、 噪 聲 低 、 振 動(dòng) 小 、 精 度 高 ；(2) 電 主 軸 可 在 額 定 轉(zhuǎn) 速 范 圍 實(shí) 現(xiàn) 無 級(jí) 調(diào) 速 ；(3) 可 實(shí) 現(xiàn) 精 確 的 主 軸 定 位 及 軸 傳 動(dòng) 功 能 ；(4) 電 主 軸 更 易 實(shí) 現(xiàn) 高 速 化 ， 其 動(dòng) 態(tài) 精 度 和 動(dòng) 態(tài) 穩(wěn) 定 性 更 好 ；(5) 主 軸 運(yùn) 行 更 平 穩(wěn) ， 使 主 軸 軸 承 的 壽 命 得 到 延 長(zhǎng) 。(1) 高 速 精 密 軸 承(2) 潤(rùn) 滑 技 術(shù)(3) 冷 卻 技 術(shù)(4) 高 速 變 頻 驅(qū) 動(dòng)復(fù) 合 化 和 柔 性 化 隨 著 數(shù) 控 車 床 對(duì) 加 工 對(duì) 象 適 應(yīng) 性 的 不 斷 提 高 ， 數(shù)控 車 床 的 設(shè) 計(jì) 發(fā) 生 了 很 大 變 化 ， 并 向 著 單 元 柔 性 化 和 系 統(tǒng) 柔 性 化 方 向 發(fā)展 。由 此 可 見 ， 現(xiàn) 代 數(shù) 控 車 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 不 限 于 只 滿 足 原 有 的 基 本要 求 ， 還 要 綜 合 考 慮 現(xiàn) 代 制 造 對(duì) 機(jī) 床 的 整 體 要 求 ， 如 制 造 控 制 、 過 程 控制 以 及 物 料 傳 輸 ， 以 縮 短 產(chǎn) 品 的 加 工 時(shí) 間 、 周 轉(zhuǎn) 時(shí) 間 、 制 造 周 期 ， 最 大限 度 地 提 高 生 產(chǎn) 率 。（2） 、主電機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。（4） 、操作靈活可靠，維修方便，潤(rùn)滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。此 外 ， 還 要 求 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 便 于 調(diào) 整 和 維 修 ； 工 藝 性 好 ， 便于 加 工 和 裝 配 ； 防 護(hù) 性 能 好 ； 使 用 壽 命 長(zhǎng) 。 為 此 ， 常 對(duì) 傳 動(dòng) 件 的 尺 寸 先 進(jìn) 行 估 算 ， 如 傳 動(dòng) 軸 的 直 徑 、 齒 輪模 數(shù) 、 離 合 器 、 制 動(dòng) 器 、 帶 輪 的 根 數(shù) 和 型 號(hào) 等 。機(jī) 床 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 可 分 為 分 級(jí) 變 速 傳 動(dòng) 和 無 級(jí) 變 速 傳 動(dòng) 。 這 種 傳 動(dòng) 方 式 主 要 用 于 普 通 機(jī) 床 ， 一 些 普 通 機(jī)床 經(jīng) 數(shù) 控 化 改 造 后 也 保 留 了 原 分 級(jí) 變 速 傳 動(dòng) 方 式 。 數(shù) 控 車 床 的 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 通 常 采 用 無 級(jí)變 速 傳 動(dòng) 。為了適應(yīng)不同的加工需要，數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種傳動(dòng)方式：(1) 由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。定比傳動(dòng)可采用 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁31帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)。變速機(jī)構(gòu)一般仍用齒輪副來實(shí)現(xiàn)。 在 降 速 傳 動(dòng) 中 ， 防 止 齒 輪 直 徑 過 大 而使 徑 向 尺 寸 常 限 制 最 小 傳 動(dòng) 比 41min? ； 在 升 速 時(shí) 為 防 止 產(chǎn) 生 過 大 的 噪音 和 震 動(dòng) 常 限 制 最 大 轉(zhuǎn) 速 比 2ax?。 在 設(shè) 計(jì) 時(shí) 必 須 保 證 中 間 傳 動(dòng) 軸 的 變 速 范 圍最 小 。(2) 分 配 總 降 速 傳 動(dòng) 比 總 降 速 傳 動(dòng) 比 i=n /n =76/1400= 又 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 mi14rd?不 符 合 轉(zhuǎn) 速 數(shù) 列 標(biāo) 準(zhǔn) ， 因 而 增 加 一定 比 傳 動(dòng) 副 。1= amp。3= amp。5= 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁32amp。 Ⅰ 與 Ⅱ 、 Ⅱ 與 Ⅲ 。 （ 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 主 軸 最 高 轉(zhuǎn) 速 相 近 ） 。軸 Ⅱ 上 的 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 雙 聯(lián) 齒 輪 6 4 7 5 23。 動(dòng) 力 參 數(shù) 確 定 各 軸 轉(zhuǎn) 速(1) 確 定 主 軸 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 ： 主 軸 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 為 N=70r/min(2) 各 傳 動(dòng) 軸 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 ： 軸 Ⅱ 可 從 主 軸 70r/min 按 74/23 的 傳 動(dòng) 副 找 上 去 ， 軸 Ⅲ 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速245r/min； 軸 Ⅱ 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 為 690r/min。 共 設(shè) 有 4 個(gè) 電 磁 離 合 器 ， 不 同 的離 合 器 的 工 作 與 斷 開 組 合 可 實(shí) 現(xiàn) 6 種 轉(zhuǎn) 速 ， 主 電 機(jī) 選 雙 速 電 機(jī) ， 我 們?cè)O(shè) 計(jì) 的 機(jī) 床 一 共 有 12 種 轉(zhuǎn) 速 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960 大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ ， Z1=65,Z2=42,Z3=56,Z4=57）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時(shí)n 計(jì) 算 =1440158/21542/6557/56=682r/min n 標(biāo) =680r/minn 誤 差 =（ 682680） /680= 3‰5%符 合 國(guó) 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時(shí)n 計(jì) 算 =960158/21542/6557/56=455r/min n 標(biāo) =460r/minn 誤 差 =（ 460455） /455= 1%5% 符 合 國(guó) 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(b) 離 合 器 Ⅰ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅱ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動(dòng) 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ ， Z1=46,Z2=61,Z3=56,Z4=57）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時(shí) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁34n 計(jì) 算 =1440158/21561/4657/56=1410r/min n 標(biāo) =1400r/min n 誤 差 =05%主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時(shí)n 計(jì) 算 =960158/21561/4657/56=933r/min n 標(biāo) =930r/min n 誤 差 =（ 933930） /930= 3‰5%符 合 國(guó) 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(d) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動(dòng) 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ ， Z1=28,Z2=79,Z3=56,Z4=57）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時(shí)n 計(jì) 算 =1440158/21528/7957/56=377r/min n 標(biāo) =370r/minn 誤 差 =（ 374370） /374= 1%5%主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時(shí)n 計(jì) 算 =960158/21528/7957/56=249r/min 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁35 n 標(biāo) =250r/min n 誤 差 =（ 2502490） /250=4‰5%符 合 國(guó) 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(f) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 合上 ， 滑 動(dòng) 齒 輪 56 處 于 右 位 。(1) 確定計(jì)算功率 取 ?，則 Pca=K AP=?=(2) 選取 V 帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，選 B 型帶。帶長(zhǎng) 0L?+?014)()(?=2 ???查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL，L =1390mm. 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距 ?= ?+ 20d=(5) 驗(yàn)算小帶輪的包角一般小帶輪的包角