數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、摘 要 本設(shè)計(jì)是把普通數(shù)控車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床就是指價(jià)格低廉、操作使用方便、比較適合我國(guó)國(guó)情的，動(dòng)化的機(jī)床。采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候具體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算。比如：導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算。還進(jìn)行了進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析等。 關(guān)鍵詞:車床、數(shù)控、傳動(dòng)系統(tǒng)

2、 Abstract This project is to alter the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularly dealt wi

3、th the choice and calculation of every assembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballscrew. Dynami

4、c analysis of drive electromotor and feed transmission system . Key words: LatheCNC；Transmission System 目 錄 摘 要 1 Abstract 1 目 錄 1 第1章　緒論 1 1.1 數(shù)控車床簡(jiǎn)介 1 1.2　數(shù)控車床發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3　數(shù)控車床在生產(chǎn)中的應(yīng)用 2 第2章　數(shù)控車床設(shè)計(jì)概述 3 2.1電動(dòng)機(jī)的選擇 4 2.2電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)

5、構(gòu)型式的選擇 4 第3章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 5 第4章 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 7 4.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)： 7 4.1.2切削力及其切削分力計(jì)算 7 4.1.3軌摩擦力的計(jì)算 7 4.1.4算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 8 4.1.5定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 8 4.1.6珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 8 4.2 校核 9 4.2.1珠絲杠螺母副承載能力校核 9 4.2.2計(jì)算器械傳動(dòng)的剛度 10 4.2.3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 10 4.2.4械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 12 4.2.6確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 13 第

6、5章 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 5.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 14 5.2齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì) 15 5.3齒輪箱的設(shè)計(jì) 16 5.4床身及導(dǎo)軌 16 5.5中間軸的設(shè)計(jì) 17 5.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 18 6.1　車床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式 19 6.2　電氣線路分析 19 6.2.1　主電路分析 19 6.2.2　控制電路分析 20 6.2.3　照明和信號(hào)電路的分析 20 7.1　單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容 22 7.1.1　繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖 22 7.1.2　選擇中央處理單元CPU的類型 22 7.1.3　存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 22 7.1.4　輸入

7、/輸出接口電路設(shè)計(jì) 23 7.2　專用接口設(shè)計(jì) 23 7.2.1　顯示功能設(shè)計(jì) 23 7.2.2　鍵盤(pán)輸入功能設(shè)計(jì) 23 7.2.3　步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 23 7.2.4　其他輔助電路 26 致 謝 28 參考文獻(xiàn) 29 第1章　緒論 1.1 數(shù)控車床簡(jiǎn)介 目前，我國(guó)現(xiàn)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的陳舊、落后的普通機(jī)床，如果直接處理了，將直接影響到生產(chǎn)，也會(huì)給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)，企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期處于運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，缺少認(rèn)真的維修和保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些原有的數(shù)控機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新改造。隨著現(xiàn)代化機(jī)械加工

8、技術(shù)向高效率、高精度方向發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床也朝著精密化、復(fù)雜化方向發(fā)展。在機(jī)械加工中,機(jī)床狀態(tài)的好壞直接影響著被加工零件的加工質(zhì)量及機(jī)械加工效率。從保證零件機(jī)械加工質(zhì)量、提高加工效率講,目前許多機(jī)械加工車間里普通機(jī)床無(wú)法做到這點(diǎn)，以滿足車間生產(chǎn)的需要。數(shù)控機(jī)床，特別是多軸數(shù)控、多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床是高效、高質(zhì)量產(chǎn)品制造的關(guān)鍵設(shè)備，也是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、自動(dòng)化程度高、精度和可靠性要求高的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步，必將推動(dòng)數(shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，逐步形成高檔，普及型和經(jīng)濟(jì)型構(gòu)成比合理的數(shù)控機(jī)床系列，以滿足各種不同用戶的需要。 數(shù)控機(jī)床是集機(jī)、電、儀和信息等多項(xiàng)技術(shù)于一

9、體的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品,是同時(shí)具備高效率、高質(zhì)量、高柔性等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī),隨著CNC技術(shù)的不斷完善和微處理機(jī)直接用于機(jī)床后,數(shù)控車床的性能價(jià)格比得到極大的完善, 不僅可以提高加工質(zhì)量和效率，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜的零件的加工，達(dá)到了普通車床無(wú)法取得的效果，這就使得數(shù)控車床成為不僅是一種技術(shù)上先進(jìn),而且是一種經(jīng)濟(jì)上合理的機(jī)床，不僅現(xiàn)在富有旺盛的生命，而且是未來(lái)機(jī)械工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。 1.2　數(shù)控車床發(fā)展現(xiàn)狀 從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)

10、濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)

11、代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡(jiǎn)要分析了數(shù)控機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢(shì)，并提出了我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展中存在的一些問(wèn)題。我國(guó)數(shù)控機(jī)床近年來(lái)在生產(chǎn)和應(yīng)用方面都有較快發(fā)展，但與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，差距很大。按照國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需和機(jī)械工業(yè)振興戰(zhàn)略，機(jī)械工業(yè)部提出以數(shù)控機(jī)床為代表的重要基礎(chǔ)機(jī)械作為機(jī)械工業(yè)振興規(guī)劃的發(fā)展重點(diǎn)之一。 1.3　數(shù)控車床在生產(chǎn)中的應(yīng)用 數(shù)控車床是集機(jī)、電、儀和信息等多項(xiàng)技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品,是同時(shí)具備高效率、高質(zhì)量、高柔性等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī), 其顯著的優(yōu)點(diǎn)

12、是：對(duì)零件變化的適應(yīng)性強(qiáng)，更換零件只需改變相應(yīng)的程序，對(duì)刀具進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整即可做出合格的零件，為節(jié)約成本贏得先機(jī)隨著CNC技術(shù)的不斷完善和微處理機(jī)直接用于機(jī)床后,數(shù)控機(jī)床的性能價(jià)格比得到極大的完善, 不僅可以提高加工質(zhì)量和效率，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜零件的加工，達(dá)到了普通磨刀機(jī)無(wú)法取得的效果，這就使得數(shù)控車床成為不僅是一種技術(shù)上先進(jìn),而且是一廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。 數(shù)控車床一般具有兩軸聯(lián)動(dòng)功能，Z軸是與主軸平行方向的運(yùn)動(dòng)軸，X軸是在水平面內(nèi)與主軸垂直方向的運(yùn)動(dòng)軸。遠(yuǎn)離工件方向?yàn)檩S的正向。另外在最新的車銑加工中心，還增加了一個(gè)C軸，可用于工件的分度功能，在刀架中安放銑刀，對(duì)工件進(jìn)行銑加工。刀具超過(guò)12把

13、稱為加工中心。數(shù)控車床主要用來(lái)加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面，圓錐面、螺紋表面、成形回轉(zhuǎn)體面等。對(duì)于盤(pán)類零件可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、鏜孔等。機(jī)床還可以完成車端面、切槽、倒角等加工。 一種經(jīng)濟(jì)上合理的機(jī)床，不僅現(xiàn)在富有旺盛的生命，而且在未來(lái)機(jī)械工機(jī)械加工中，常遇到復(fù)雜零件的加工或修整問(wèn)題，多數(shù)廠家使用普通車床進(jìn)行加工，其效率低，操作麻煩，普通普通車床加工又保證不了精度，因此，有必要開(kāi)發(fā)一種操作便捷的價(jià)格低廉的數(shù)控車床。 第2章　數(shù)控車床設(shè)計(jì)概述 用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息和工藝信息變成加工程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的

14、處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行回饋控制，使刀具和工件及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條件不紊亂地作，從而加工出零件的全部輪廓。 數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對(duì)象變換時(shí)，只需重新編制加工程序即可，原來(lái)的程序可存儲(chǔ)備用，不必像組合機(jī)床那樣需要針對(duì)新加工零件重新設(shè)計(jì)機(jī)床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞矫鎭?lái)實(shí)現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。所以，數(shù)控車床與

15、普通臥式車床相比應(yīng)具有有更好的精度．以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為： （1)盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副。如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。 （2)選用最佳的降速比，為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng)位移盡可能加速達(dá)到跟蹤指今。 （3)盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。 （4)盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等。 （5)盡景滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳動(dòng)精度高高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)組件。 從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)大

16、多數(shù)的情況，可采用更換滾珠絲杠來(lái)代替原機(jī)床上的T型絲杠。也可對(duì)原車床上T型絲杠加以修復(fù)，但此時(shí)必須相應(yīng)修配與與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提高配合精度。 —般說(shuō)來(lái)．如原車床的工作性能良好．精度尚未降低，則應(yīng)盡量保留機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。使改造后的數(shù)控車床同時(shí)具有微機(jī)控制和原機(jī)床操作的雙重功能。如原車床使用時(shí)間較長(zhǎng)．運(yùn)動(dòng)部件磨損嚴(yán)重．除了對(duì)導(dǎo)軌精度進(jìn)行修復(fù)外．還應(yīng)將傳動(dòng)部件拆除或更換，以確保改造后車床的傳動(dòng)精度。 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床組成機(jī)床本體的各機(jī)械部件組成 2.1電動(dòng)機(jī)的選擇 (1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，

17、選擇電動(dòng)機(jī)類型。 (2)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、超載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8～0.9。 (3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。 (4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。 (5)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。 此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素。

18、2.2電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的?？偟膩?lái)說(shuō)，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。表1.1簡(jiǎn)要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。 表1.1 理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能 項(xiàng)目 內(nèi)容 高性能 低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩 寬恒功率范圍,并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩 高旋轉(zhuǎn)精度 高動(dòng)態(tài)響應(yīng) 高加減速,起制動(dòng)能力 具有強(qiáng)魯棒性,能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化 高效率,低噪聲 低價(jià)格 低購(gòu)買價(jià)格,低維

19、護(hù)價(jià)格,低服務(wù)價(jià)格 通用要求 耐用性,可維護(hù)性,安全可靠性 感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零點(diǎn)幾個(gè)kW到上百kW，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。 第3章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖3.1所示 圖3.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求： （1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.

20、1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。 （2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的超載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)超載4-6倍而不損壞。 （3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。 （4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開(kāi)始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速

21、度和電流構(gòu)成的三環(huán)回饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和質(zhì)量大大提高。 數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個(gè)特殊部分。 數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)組件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)回饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)組件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行組件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測(cè)組件與回饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng)。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和死循環(huán)系統(tǒng)。死循環(huán)控制方式通常是具有位置回饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測(cè)裝置所在位置的不同，死循環(huán)系統(tǒng)

22、又分為半死循環(huán)系統(tǒng)和全死循環(huán)系統(tǒng)。半死循環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測(cè)裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全死循環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度比死循環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 全死循環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須

23、對(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全死循環(huán)系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)也較昂貴。死循環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用。 直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)機(jī)械換向器的換向能力，限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電動(dòng)機(jī)效率低，散熱差。為

24、了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺(tái)技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。 第4章 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 4.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)： 縱向：工作臺(tái)重量：W=800N 行程：S=650mm 脈沖當(dāng)量：=0.006mm

25、/P 最大進(jìn)給速度：=2m/min 橫向：工作臺(tái)重量：W=300N 行程：S=200mm 脈沖當(dāng)量：=0.004mm/P 最大進(jìn)給速度：=1m/min 4.1.2切削力及其切削分力計(jì)算 已知機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的額定功率為7.5kw，最大工件直徑D=400mm，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n=85r/m。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，道具的切削速度為 取機(jī)床的機(jī)械效率，則有 走刀方向的切削分力和垂直走刀方向的切削分力為 4.1.3軌摩擦力的計(jì)算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力，縱向切削分力，移動(dòng)部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量）m=30.61kg(所受重力W=300N

26、)，查表得鑲條緊固力，取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)，則 計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 4.1.4算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 計(jì)算最大軸向負(fù)載力 計(jì)算最小軸向負(fù)載力 4.1.5定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量，則有 按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用2級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以分別取、。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為、、、，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。 4.1.6珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 （1）按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷

27、 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 ，查表得載荷系數(shù)；初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為3級(jí)精度，取精度系數(shù)；查表得可靠性系數(shù)。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，已知，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，則 （2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為40 ,重復(fù)定位精度為16 ，則有 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。 （3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用一端固定、一端游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L=行程+

28、安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承 ≈（1.2～1.4）行程+（25～30） 取L=(1.4200+306)mm=460mm （4）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得的、、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號(hào)為FF3206-5，其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和螺紋底徑如下： 4.2 校核 4.2.1珠絲杠螺母副承載能力校核 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑，已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長(zhǎng)度，絲杠水平安裝時(shí)，取，查表得，則有 本車床橫向進(jìn)給

29、系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度，其彈性模量 ，密度，重力加速度 滾珠絲杠的最小慣性矩為 滾珠絲杠的最小截面積為 取，查表得，則有 本橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為166.67r/m，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核,滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則有

30、 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 4.2.2計(jì)算器械傳動(dòng)的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量，滾珠絲杠的底徑。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 當(dāng)時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 已知滾動(dòng)體直徑mm，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=15.軸承接觸角。軸承最大軸向工作載荷。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為： 查表得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動(dòng)載 。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷

31、則 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 故 已知扭矩作用點(diǎn)之間的距離，滾珠絲杠的剪切模量 ，滾珠絲杠的底徑，則有 4.2.3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 （1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲杠的密度，則有 （2）計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知橫向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為m=30.61kg;絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離L=0.6cm則 （3）計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （4

32、）計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （5）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離L=6mm=0.006m，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i=6.25總效率η=0.85，則有 （6）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩，則有 （7）計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為 折算

33、到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算。 空載時(shí)（快進(jìn)力矩），為 切削時(shí)（工進(jìn)力矩），為 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表初選130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量；對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為： （8）計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 計(jì)算空載啟動(dòng)力矩 計(jì)算快進(jìn)力矩 計(jì)算工進(jìn)力矩 （9）選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算和查表選擇國(guó)產(chǎn)1

34、50BF002型電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如下：相數(shù)，5；步距角，；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；最高空載啟動(dòng)頻率，2800Hz；運(yùn)行頻率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩： 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 取和中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常啟動(dòng)，故滿足要求。 驗(yàn)算慣量匹配，為了使機(jī)械傳動(dòng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)

35、載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足下式： 因?yàn)?，故滿足慣量匹配要求。 4.2.4械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為、，滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已知m=30.61kg，則： 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 由以上計(jì)算可知，絲杠—工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 4

36、.2.5機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 （1）計(jì)算器械傳動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則 即，故滿足要求。 （2）計(jì)算器械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 即，故滿足要求。 （3）計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負(fù)載力矩，扭矩作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，則有 由該扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度，有 4.2.6確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)，本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)

37、環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足如下要求： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為3級(jí)，查表得，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度約為350mm時(shí)，，；； 故滿足設(shè)計(jì)要求。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與橫向進(jìn)給系統(tǒng)類似，不在此贅述了。 第5章 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)

38、，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)： （1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3. （2）若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 （4）具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。 （5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 （6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等組件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，

39、故制造成本高。 （7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副，精度為3級(jí)，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且不能改變。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置

40、方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60角接觸軸承，在這兩種軸承中，60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 60角接觸軸承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)

41、同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。 在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。 5.2齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)裝置主要由齒輪傳動(dòng)副組成，其任務(wù)是傳遞伺服電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動(dòng)機(jī)與負(fù)載（工作臺(tái)）之間的扭矩、轉(zhuǎn)速、以及負(fù)載慣量相匹配，使伺服電機(jī)的

42、高速低扭矩輸出變?yōu)樨?fù)載所需要的低速扭矩。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中還可以計(jì)算所需的脈沖當(dāng)量。 對(duì)傳動(dòng)裝置的總要求是傳動(dòng)精度要求高、穩(wěn)定性好和靈敏度高（或響應(yīng)速度快），在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，也應(yīng)從有利于提高這三個(gè)指標(biāo)的角度來(lái)提出設(shè)計(jì)要求。對(duì)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)而言，傳動(dòng)誤差直接影響數(shù)控裝備的工作精度，因而應(yīng)盡可能縮短傳動(dòng)鏈、消除傳動(dòng)間隙，以提高傳動(dòng)精度和剛度。對(duì)于死循環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)裝置完全在伺服回路中，給系統(tǒng)增加了慣性環(huán)節(jié)其性能參數(shù)將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無(wú)論是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)還是死循環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)裝置都將影響整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度（響應(yīng)速度），從這個(gè)角度考慮應(yīng)注意減少摩擦和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高傳動(dòng)裝置的加速度

43、。 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，除考慮以上要求外，還應(yīng)考慮其傳動(dòng)比分配及傳動(dòng)級(jí)數(shù)對(duì)傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和執(zhí)行件的失動(dòng)影響。增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)，可以減少傳動(dòng)慣量，但級(jí)數(shù)增加，使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動(dòng)效率，增大了噪聲，同時(shí)也增大了傳動(dòng)間隙和摩擦損失，對(duì)伺服系統(tǒng)不利。因此不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)選取傳動(dòng)級(jí)數(shù)，而應(yīng)綜合考慮來(lái)選取最佳的傳動(dòng)，而應(yīng)綜合考慮來(lái)選取最佳的傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比。 在數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩、或脈沖當(dāng)量的要求，有時(shí)要在電動(dòng)機(jī)到絲杠之間加入齒輪傳動(dòng)副，而齒輪等傳動(dòng)副存在的間隙，會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反向滯后于指令信號(hào)，造成反向死區(qū)而影響其傳動(dòng)精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了提高進(jìn)給系

44、統(tǒng)的傳動(dòng)精度，必須消除齒輪副的間隙。 本設(shè)計(jì)采用的是雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。兩片齒輪周向可調(diào)彈簧錯(cuò)齒消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個(gè)寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對(duì)回轉(zhuǎn)。在兩個(gè)薄片齒輪的端面均勻分布著四個(gè)螺孔，分別裝上凸耳。其中一個(gè)齒輪的端面還有另外四個(gè)通孔，凸耳可以在其中穿過(guò)，彈簧的兩端分別鉤在凸耳和調(diào)節(jié)螺釘上。通過(guò)螺母調(diào)節(jié)彈簧的拉力，調(diào)節(jié)完后用螺母鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯(cuò)位，即兩個(gè)薄片齒輪的左右齒面分別貼在寬齒輪槽的左、右齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙。 5.3齒輪箱的設(shè)計(jì) 齒輪箱主要把齒輪裝入，通過(guò)軸連接電動(dòng)機(jī)和絲杠。主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)方形的箱，然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等

45、等。在右側(cè)內(nèi)壁也要加工一個(gè)孔來(lái)支承軸承。同時(shí)還要通過(guò)兩個(gè)凸耳用螺栓與導(dǎo)軌聯(lián)接。 5.4床身及導(dǎo)軌 對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，作為主要支承件的床身至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著機(jī)床的各項(xiàng)性能指針。它支承著數(shù)控車床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本；影響著車床各部件之間的相對(duì)位置精度和車床在工作中各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性，從而影響著工件的加工質(zhì)量；還影響著車床所用刀具的耐用度，同時(shí)也影響著機(jī)床的工作效率和壽命等。因此，床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度/品質(zhì)比；良好

46、的動(dòng)態(tài)性能；較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；并易于加工制造，裝配等，才能滿足數(shù)控車床對(duì)床身的要求。 數(shù)控車床工作時(shí)，受切削力的作用，床身發(fā)生彎曲，其中，影響最大的是床身水平面內(nèi)的彎曲。因此，在床身不太長(zhǎng)的情況下，主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。所以，在設(shè)計(jì)床身時(shí)，采用與水平面傾斜45的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：(1)在加工工件時(shí)，切屑和切削液可以從斜面的前方(即床身的一側(cè))落下，就無(wú)需在床身上開(kāi)排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成一個(gè)完整的斜面。(2)切屑從工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器將切屑排出。這樣，機(jī)床在工作中，排屑性能和散熱性能要好，可以減少床身在工作中吸收由于切削產(chǎn)生的熱量，

47、從而減少床身的熱變形，使機(jī)床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上無(wú)需開(kāi)排屑孔，就可以增加與底座連接的床身底面的整體性，從而可增加床身底面的剛性?；谝陨咸攸c(diǎn)使得床身抵抗來(lái)自切削力在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力，以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯著增強(qiáng)。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下，床身的變形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。材料、截面相同，但形狀不同的床身，截面的慣性矩相差很大。截面積相同時(shí)，采用空形截面，加大外輪廓尺寸，在工藝允許的情況下，盡可能減小壁厚，可以大大提高截面的抗彎和抗扭剛度；矩形截面的抗彎剛度高于圓形截面，但圓形截面的抗

48、扭剛度較高；封閉截面的剛度顯著高于不封閉截面的剛度。為此，在設(shè)計(jì)床身截面時(shí)，綜合考慮以上因素，在滿足使用、工藝情況下，采用空心截面，加大輪廓，減小壁厚，采用全封閉的類似矩形的床身截面形式，同時(shí)，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度／重量比，在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)較小的類似圓形截面。 床身與導(dǎo)軌為一體，床身材料的選擇應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和耐磨性，易于鑄造和加工。床身材料采用機(jī)械性能優(yōu)良的HT250，其硬度、強(qiáng)度較高，耐磨性較好，具有很好的減震性。 車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大且磨損快，動(dòng)、靜

49、摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、低速時(shí)不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各類機(jī)床上都有應(yīng)用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌上。塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對(duì)偶摩擦副。 機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機(jī)床的加工精度、工作能力和使用壽命。導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。車床的床身導(dǎo)軌屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌與支承的靜導(dǎo)軌之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。

50、 直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形，并可互相組合。由于矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，剛度高，承載能力大，具有兩個(gè)相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝。再將矩形整體傾斜45后，側(cè)面磨損能自動(dòng)補(bǔ)償，克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜毕?，使其?dǎo)向性更好。本次設(shè)計(jì)我采用的是燕尾槽導(dǎo)軌。 鑲條是用來(lái)調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。如圖4.1，是用磨或刮壓板3的e面和d面來(lái)調(diào)整間隙。壓板的d面和e面用空刀槽分開(kāi)，間隙大磨刮d面，太緊時(shí)則修e面。這種方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多，

51、但調(diào)整時(shí)比較麻煩。 圖4.1鑲條 5.5中間軸的設(shè)計(jì) 中間軸上的齒輪是電機(jī)輸出與滾珠絲杠的傳力結(jié)構(gòu)，它主要通過(guò)鍵連接齒輪2和齒輪3.所以要設(shè)計(jì)鍵槽，可設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽為兩個(gè)齒輪傳力。 5.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠兩端有軸承端蓋，它的作用是軸承外圈的軸向定位，和防塵和密封，除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達(dá)到密封的作用。左側(cè)端蓋因?yàn)闈L珠絲杠要通過(guò)所以設(shè)計(jì)了一個(gè)孔用氈墊來(lái)封油。右邊可以設(shè)計(jì)成封閉式的端蓋可以減小加工難度 第6章　電氣控制部分設(shè)計(jì) 6

52、.1　車床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式 圖3-1　C6132型普通車床的主要結(jié)構(gòu)圖 車床的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是由主軸通過(guò)卡盤(pán)或頂尖帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)主軸箱傳給主軸，主軸一般只要單方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只有在車螺紋時(shí)才需要用反轉(zhuǎn)來(lái)退刀。 C6132用操縱手柄通過(guò)摩擦離合器來(lái)改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向。 車削加工要求主軸能在很大的范圍內(nèi)調(diào)速，普通車床調(diào)速范圍一般大于70。主軸的變速是靠主軸變速箱的齒輪等機(jī)械有級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，變換主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉(zhuǎn)速。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀具作縱向或橫向的直線移動(dòng)，也就是使切削能連續(xù)進(jìn)行下去的運(yùn)動(dòng)。所謂縱向運(yùn)動(dòng)是指相對(duì)于操作者的左右運(yùn)動(dòng)

53、，橫向運(yùn)動(dòng)是指相對(duì)于操作者的前后運(yùn)動(dòng)。 車螺紋時(shí)要求主軸的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給的移動(dòng)距離之間保持一定的比例，所以主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸箱和車床的溜板箱之間通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)聯(lián)接，刀架再由溜板箱帶動(dòng)，沿著床身導(dǎo)軌作直線走刀運(yùn)動(dòng)。 車床的輔助運(yùn)動(dòng)包括刀架的快進(jìn)與快退，尾架的移動(dòng)與工件的夾緊與松開(kāi)等。為了提高工作效率，車床刀架的快速移動(dòng)由一臺(tái)單獨(dú)的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 6.2　電氣線路分析 6.2.1　主電路分析 在主電路中，M1為主軸電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車刀的進(jìn)給。主軸電動(dòng)機(jī)M1的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止由接觸器KM1的三個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)來(lái)控制，電動(dòng)機(jī)M1只需作正轉(zhuǎn)，

54、而主軸的正反轉(zhuǎn)是由摩擦離合器改變傳動(dòng)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)M1的容量小于10KW，所以采用直接啟動(dòng)。M2為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行車削加工時(shí)，刀具的溫度高，需用冷卻液來(lái)進(jìn)行冷卻。為此，車床備有一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)冷卻泵，噴出冷卻液，實(shí)現(xiàn)刀具的冷卻。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM2的主觸點(diǎn)控制。M3為快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制。M2、M3的容量都很小，分別加裝熔斷器FU1和FU2作短路保護(hù)。熱繼電器FR1和FR2分別作M1和M2的過(guò)載保護(hù)，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3是短時(shí)工作的，所以不需要過(guò)載保護(hù)。帶鑰匙的低壓短路器QF是電源總開(kāi)關(guān)。 6.2.2　控制電路分析 控制電路的供電電壓是127V，通過(guò)

55、控制變壓器TC將380V的電壓降為127V得到。控制變壓器的一次側(cè)由FU3作短路保護(hù)，二次側(cè)由FU6作短路保護(hù)。 （1）電源開(kāi)關(guān)的控制 電源開(kāi)關(guān)是帶有開(kāi)關(guān)鎖SA2的低壓斷路器QF，當(dāng)要合上電源開(kāi)關(guān)時(shí)，首先用開(kāi)關(guān)鑰匙將開(kāi)關(guān)鎖SA2右旋，再扳動(dòng)斷路器QF將其合上。若用開(kāi)關(guān)鑰匙將開(kāi)關(guān)鎖SA2左旋，其觸點(diǎn)SA2閉合，QF線圈通電，斷路器QF將自動(dòng)跳開(kāi)。若出現(xiàn)誤操作，又將QF合上，QF將在0.1s內(nèi)再次自動(dòng)跳閘。由于機(jī)床的電源開(kāi)關(guān)采用了鑰匙開(kāi)關(guān)，接通電源時(shí)要先用鑰匙打開(kāi)開(kāi)關(guān)鎖，再合斷路器，增加了安全性，同時(shí)在機(jī)床控制配電盤(pán)的壁龕門(mén)上裝有安全行程開(kāi)關(guān)SQ2，當(dāng)打開(kāi)配電盤(pán)壁龕門(mén)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)SQ2閉

56、合，QF的線圈通電，QF自動(dòng)跳閘，切除機(jī)床的電源，以確保人身安全。 （2）主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制 SB2是紅色蘑菇型的停止按鈕，SB1是綠色的啟動(dòng)按鈕。按一下啟動(dòng)按鈕SB1，KM1線圈通電吸合并自鎖，KM1的主觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。按一下SB2，接觸器KM1斷電釋放，其主觸點(diǎn)和自鎖觸點(diǎn)都斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M1斷電停止運(yùn)行。 （3）冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制 當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)KM1閉合，這時(shí)若旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1使其閉合，則KM2線圈通電，其主觸點(diǎn)閉合，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)，提供冷卻液。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)M1停車時(shí)，KM1斷開(kāi)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2隨即停止。M1和M2之間存在聯(lián)鎖關(guān)系

57、。 （4）快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的控制 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3是由接觸器KM3進(jìn)行的點(diǎn)動(dòng)控制。按下按鈕SB3，接觸器KM3線圈通電，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)，拖動(dòng)刀架快速移動(dòng)；松開(kāi)SB3，M3停止。快速移動(dòng)的方向通過(guò)裝在溜板箱上的十字手柄扳到所需要的方向來(lái)控制。 （5）SQ1是機(jī)床床頭的掛輪架皮帶罩處的安全開(kāi)關(guān) 當(dāng)裝好皮帶罩時(shí)，SQ1閉合，控制電路才有電，電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3才能啟動(dòng)。當(dāng)打開(kāi)機(jī)床床頭的皮帶罩時(shí)，SQ1斷開(kāi)，使接觸器KM1，KM2、KM3斷電釋放，電動(dòng)機(jī)全部停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保人身安全。 6.2.3　照明和信號(hào)電路的分析 照明電路采用36V安全交流電壓，信號(hào)回路采用6.3V

58、的交流電壓，均由控制變壓器二次側(cè)提供。FU5是照明電路的短路保護(hù)，照明燈EL的一端必須保護(hù)接地。FU4為指示燈的短路保護(hù)，合上電源開(kāi)關(guān)QF，指示燈HL亮，表明控制電路有電。 圖3-2電器控制電路 第7章　微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 7.1　單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容 當(dāng)前，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中廣泛采用美國(guó)Intel公同的MCS-51系列單片計(jì)算機(jī)，因此本章著重介紹用MCS-51系列單片微機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法及步驟。單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容:

59、 7.1.1　繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。 機(jī)床硬件電路由以下五部分組成。 (1)主控制器，即中央處理單元CPU。 (2)總線,包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 (3)存儲(chǔ)器,包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 (4)接口：即1/0輸入/輸出接口電路。 (5)外圍設(shè)備。如鍵盤(pán)、顯示器及光電輸入機(jī)等。 7.1.2　選擇中央處理單元CPU的類型 在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中

60、，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素: (1)．時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度。 (2)．可擴(kuò)展存儲(chǔ)器(包括ROM和RAM)的容量。 (3)．指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性。 (4)．1/0口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力。 (5)．開(kāi)發(fā)手段，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路。 此外還要考慮到系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。 目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，推薦采用MCS-51系列單片微機(jī)作為主控制器。 7.1.3　存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。程序存儲(chǔ)器主要用于儲(chǔ)存數(shù)控系統(tǒng)程序，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于

61、存放用戶加工程序，為保護(hù)用戶加工程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器必須有掉電保護(hù)功能。 在選擇存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮CPU與存儲(chǔ)器時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量一般在64K左右。 在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。 7.1.4　輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì) 應(yīng)包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤(pán)顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)，例如復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等。 此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計(jì)也應(yīng)包括。 7.2　專用接口設(shè)計(jì) CPU工作原理、存儲(chǔ)器擴(kuò)

62、展、接口芯片等內(nèi)容再教材中以有介紹，下面僅就與數(shù)控有關(guān)的接口設(shè)計(jì)作一介紹： 7.2.1　顯示功能設(shè)計(jì) 在數(shù)控系統(tǒng)中，為了與用戶進(jìn)行信息交流，必須具備顯示功能；數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED(發(fā)光二極管顯示器)和LCD(液晶顯示器)，也有采用CRT接口顯示方式。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，以使用LED顯示為主；LED顯示器通常它是由八個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的七段顯示器有兩種結(jié)構(gòu)。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱有共陰極顯示器。 在相關(guān)課程中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了LED顯示器的原理

63、和接口電路；對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要是根據(jù)需要顯示的內(nèi)容，確定LED的類型、行數(shù)和每行位數(shù)：例如，為了顯示X,Y坐標(biāo)符號(hào)、正負(fù)號(hào)，就必須選者米字型LED，顯示數(shù)字使用字符型LED；LED的個(gè)數(shù)確定與顯示內(nèi)容，特別是工作行程長(zhǎng)度，最小單位等有關(guān)。 7.2.2　鍵盤(pán)輸入功能設(shè)計(jì) 在數(shù)控系統(tǒng)中，鍵盤(pán)的主要功能是輸入、編輯用戶的加工程序，一般應(yīng)包括：字母鍵、數(shù)字鍵和必要的編輯、運(yùn)行鍵，如：X、Z、T、M、F、0--9、插入、冊(cè)除、啟動(dòng)、停止等。鍵的具體個(gè)數(shù)，需要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)要求來(lái)確定。 7.2.3　步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 通常在經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)機(jī)床中，大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的角位移量

64、與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖需要按所要求的順序供給電機(jī)各相。脈形分配器就是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各相脈沖通電順序的。為使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定功率，需要有足夠功率提供給電動(dòng)機(jī)，因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。脈沖分配器及前面的微機(jī)及接口芯片，工作電平一般為5V，而作為電動(dòng)機(jī)電源需符合步進(jìn)電機(jī)要求的額定電壓值。為避免強(qiáng)電對(duì)弱電的干擾，在它們之間應(yīng)采用隔離電路。 (1)脈沖分配器 脈沖分配器又叫環(huán)形分配器，有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種。硬件環(huán)形分配器需要的I/O接口接線數(shù)少，且執(zhí)行速度較快，但需要專用的芯片。軟件環(huán)形分配是用程序

65、實(shí)現(xiàn)的。 目前市場(chǎng)上提供的國(guó)產(chǎn)TTL集成脈沖分配器有硬件環(huán)形分配器三相、四相、五相和六相，其型號(hào)分別為YBOB、YBO14、YBOl5及YBO16，均為18個(gè)引腳的直插式封裝。 各引腳功能說(shuō)明如下: E0——選通輸出控制。控制脈沖分配器是否輸出一定順序的脈沖。 R——清零。在輸出一定順序的脈沖前，對(duì)脈沖分配器進(jìn)行清零，以便使其正常工作。 A 0、A1—— 勵(lì)磁方式控制。確定通電方式，即選擇通電相數(shù)和拍數(shù)。 E1、E2——選通輸入控制端，決定控制指令起作用的時(shí)刻。 CP——時(shí)鐘輸入端，決定脈沖分配器輸出脈沖的頻率。 ∧——正轉(zhuǎn) (或反轉(zhuǎn))控制端，決定步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。 S——出

66、錯(cuò)報(bào)警輸出。若某個(gè)端口控制信號(hào)出錯(cuò)或脈沖分配器運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，該端口發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 圖4-1是采用YBO14硬件環(huán)形分配器的步進(jìn)電機(jī)接口電路舉例。從圖中可以看出，每個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別由一個(gè)硬件環(huán)形分配器YBO14控制，工作方式設(shè)定在4相4拍，故A 0、A1直接接地。兩個(gè)輸入控制端E1、E2均接地。所需旋轉(zhuǎn)方向∧及輸出控制信號(hào)E0分別由8031的P1.0、P1.1、P1.2和P1.4提供;時(shí)鐘脈沖CP由8155的定時(shí)器提供;清零端R接8031的P1.5，以防亂相。 軟件環(huán)形分配器在電路上不需要環(huán)形分配專用芯片，而是在微處理器中專門(mén)安排一個(gè)輸出寄存器作為步進(jìn)電機(jī)的控制寄存器，步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組都與這個(gè)寄存器中某一指定位相對(duì)應(yīng)。寄存器中這一位為 “1”，對(duì)應(yīng)繞組的通電狀態(tài);這一位為“0”，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)繞組的斷電狀態(tài)。微處理器按照程序中規(guī)定的順序，循環(huán)地向寄存器中寫(xiě)入各控制字節(jié)，從而使步進(jìn)電機(jī)繞組按固定的規(guī)律，循環(huán)地通電或斷電，步進(jìn)電機(jī)便按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在電路上，步進(jìn)電機(jī)的每-繞組需和一個(gè)1/0口相連(經(jīng)光電隔離電路)，故占用的1/0口數(shù)量較