机电一体化毕业设计(论文)C618型卧式车床横向进给数控化改造

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1、xxxxxxx毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：C618型卧式车床横向进给数控化改造 2010年 4月 7日摘要20世纪中叶数控技术和数控机床的诞生标志着生产和控制领域的一个崭新时代的到来。 科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要的措施之一。它不仅能够提高产品的质量、提高生产率、降低生产成本，还能够极大地改善生产者的劳动条件。 数控机床的工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，即对所有的操作步骤和刀具与工件之间的相对位移，以及进给速度等都用数字化的代码表示。而经济型的数控改造则对数控

2、机床有了更新的要求。即在不改变原来功能的前提条件下，还要特别讲究经济性、可靠性、性能优越等。所以，在改造的同时，尽量不要改变原来的结构。 本设计是对C618普通卧式车床进行数控化改造。为了实现把C618普通卧式车床改造成经济型数控车床，我针对此车床的主传动系统，X向进给系统进行数控改造，并增加了CNC装置和伺服系统。对进给系统，我把原先的滑动丝杠换成滚珠丝杠，以提高精度和效率，并由原先的手动控制，改造成由电动机控制。通过变频器实现主轴传动和进给机构的无级变速。通过单片机的设计，构成控制系统。关键词：数控改造，滚珠丝杠.ABSTRACTNaissance that 20 century midd

3、le period few technique is with the few machine the bed scribe to produce with control coming of a brand-new ages of realm. The science technique bring upped with rate of production to the quantity of the machine product with the quick development of the social productivity more and more high reques

4、t.The automation that machine process the craft process one of the most important measure of becoming to realizes the above requests.It can not only increase the product quantity,increase the rate of production ,lower the production cost ,and can be still biggest ameliorative production of labor ter

5、m. Work process that few machine the bed will process the spare parts several why the information proceedswith the craft informations the arithmetic figure handle,then operation allly the step have with knife with of the work piece the code for of opposite moving,and entering giving the speed waitin

6、g all using the arithmetic figure mean.But few of the economic types then reform the logarithms achine bed contain new request.Namelystillwant the superior etc.of particular about and economic,dependable,function under not changes originally the functions prior condition.Therefore,at reform at the s

7、ame time ,and as far as possible dont change original construction. This design is C618 ordinary vertical horizontal machine NC transformation. In order to achieve the C618 vertical horizontal machine into the general economy CNC milling machine, I am against this horizontal the main drive system, X

8、 to the feed system NC transformation, and to increase the CNC servo devices and systems. The feed system, I replaced the original sliding screw ball screws, to improve accuracy and efficiency, and the original manual control, into the motor control. Converter to achieve through the main transmissio

9、n and feed the CVT. SCM through the design of a control system. Key words: NC transformation, ball screw.目录摘要1ABSTRACT2第一章 普通机床数控化改造的概况11.1 数控机床的产生11.2 普通机床数控化改造的必要性11.3 数控在改造中的机械部件改造21.4 数控在改造中的电气部分改造2第二章 绪论42.1机电一体化系统的基本组成要素42.2设计方案5第三章 进给伺服机械部分设计与计算73.1设计方案的确定73.2横向进给系统的设计与计算73.3齿轮传动比的计算103.4步进电机

10、的选择13第四章 机械部分结构设计改造224.1主轴脉冲发生器的加装224.2主轴脉冲发生器的安装224.3主轴脉冲发生器的传动联接方式234.4主轴脉冲发生器安装注意事项234.5进给伺服系统的装配图23第五章 经济型数控车床数控系统单片机控制原理255.1系统的功能255.2单片机的构造265.3步进电机的软件控制及转程序设计27第六章 机床的加工程序编制31致谢33参考文献3434第一章 普通机床数控化改造的概况1.1 数控机床的产生为满足多品种、小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是这样的背景下产生的。它为单件、小批量生产的精

11、密复杂零件提供了自动化加工手段。但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。首先，数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企常是心有余而力不足；目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且被替代下的机床闲着起来又会造成浪费；在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；通用数控机床对具体生产存在冗余功能。要较好的解决上述我问题，要走普通机床数控改造之路。低成本普通车床数控化改造是一项适合我国实际情况的先进适用技术，也是一项提升我国机床数控化率的有效途径。1.2 普通机床数控化改造的必要性 数控机床比较传统机床有以下突出的优越性。（1）可以加工出传统机床加工不出

12、来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确的计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。（2）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可以比传统机床提高3-7倍。（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。（4）可以实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。（5）拥有自动报警，自动监控，自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。（6）数控机床能够降低操作人员的劳动强度，节省劳动力，减少工装，缩短新产品调试周期和生产周期，可对市场需求做出快速反应等。数控机床改造一般是对普通机床某些部位做一定的改造

13、，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。对现有的普通车床进行改造，主要应该解决的问题是：如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床即经济性数控车床。经济性数控车床，主要依靠两方面来保证和提高被加工零件的精度：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通车床相比，应具有更好的精度以确保机械传动系统的传动精度和工作平稳性。1.3 数控在改造中的机械部件改造机床数控改造时应尽量达到上述要求，应对主要部件进行相应的改造，使其达到要求，这样才能

14、达到预期的改造目的。不能认为将数控装置与普通机床联系在一起就达到了数控机床的要求。对机械部分的改造主要包括下列部分：（1） 对车床的传动系统进行改造：去掉冗余的齿轮。改动后的齿轮具有消除反向死区误差的功能。（2） 将主轴进行改造，使之能与标准部件KEF250型动力卡盘相配套；同时具有符合数控车床的加工精度。（3） 将带动溜板箱的纵轴丝杠传动更换成滚珠丝杠，用步进电动机驱动；（4） 将移动刀架的横向丝杠传动更换成滚珠丝杠，用步进电动机驱动；（5） 更换原刀架为电动刀架，并选用标准部件相配，使之适应数控机床的需要。改造后的车床，应具有高的静、动态刚度；运动副之间的摩擦因数小；传动无间隙；功率大；便

15、于操作和维修。1.4 数控在改造中的电气部分改造保留原有电气控制主电路，所有输入、输出设备不变。对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。新的电气系统改造完成后，进行调试以及确定合理的验收标准。改造原则（1）最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求；（2）在满足要求的前提自爱，力求系统简单经济、操作方便；（3）保证控制系统工作安全可靠；（4）考虑今后生产的发展和工艺的改进，在设计容量时，应适当留有进一步扩展的余地。第二章 绪论2.1机电一体化系统的基本组成要素一个较完善的机电一体化系统，他包含以下几个基本要素：机械本体，动力与驱动部分.执行机构，传感测试部分，控制及信息处

16、理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素，动力组成要素，感知组成要素，智能组成要素；这些组成要素内部及其相互之间，通过接口耦合，远动传递，物质流动，信息控制，能量转换有机融合集成一个完整系统。1.机械本体系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身，框架，联接等。由于机电一体化产品技术性能，水平和功能的提高，机械本体要在机械结构，材料，加工工艺以及几何尺寸等方面适应产品高效，多功能，可靠和节能，小型和轻量，美观等要求。2.动力部分按照系统功能要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的输出功能，是机电一体化产品的显著特征之一。驱动部分在控制信息作用下，提供动力，驱

17、动个执行机构完成各种动作和功能。机电一体化系统一方当面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要对水，油，温度，尘埃等外部环境的适应性和可靠性。由于电力技术的高度发展，高性能步进驱动，直流和交流伺服驱动大量应用与机电一体化系统。3.测试传感部分对系统运行中所需要的内部和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析，处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器和仪器仪表功能。4.执行机构根据控制信息和指令，驱动对象完成要求的动作，执行机构是运动部件，一般采用机械，电磁，电液等机构。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善性能，如提高刚性，减轻重量，实行主件

18、化，标准化和系列化，提高系统整体可靠性。5. 控制及信息单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中，存储，分析，加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的地运行。一般由计算机，可编程控制器（PLC），数控装置以及逻辑电路，A/D与D/A转换，I/O接口和计算机外部设备组成。机电一体化系统对控制和信息处理单元基本要求是：提高信息处理速度，提高可靠性，增强抗干扰能力以及完善系统 自诊断功能，实现信息处理智能化和小型化，标准化。6.接口耦合.能量转换（1) 变换 两个需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信息的模式不同，无法直接实现信息或能量的交流，通过接口

19、完成信息或能量的统一。（2）放大 在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。（3）耦合 变换和放大后的信号在环节间能可靠，快速，准确的交换，必须遵循一致的时序，信号格式和逻辑规范。接口应保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。（4）能量转换还包括了执行器，驱动器的不同类型能量的最最优转换方法和原理。7.信息控制在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软，硬件的保证下，完成数据采集，分析，判断，决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的系统，还包括了知识获推理机制及知识自学习等以知识驱动为主的信息控制。8. 运动传递运动传递是指各组成要素之间不同类型运动的变换

20、和传输以及以运动控制为目的的优化。由于采用四大原则使各组成要素联接成为一个有机整体由于控制和信息处理单元的预期信息导引，使各环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一化系统工程。2.2设计方案1.系统运动方式的确定数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。2.伺服系统的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统

21、多采用直流伺服电机或位流伺服电机驱动。半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。3.执行机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：（1）尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。（2）尽量消除传动间隙。例如采用间隙齿轮等。（3）提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高

22、系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。第三章 进给伺服机械部分设计与计算 3.1设计方案的确定利用微机对纵横进给系统进行开环控制，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。图3.1 经济型数控车床进给伺服系统总体方案框图3.2横向进给系统的设计与计算（1）横向进给系统的设计一般步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴，提高传动精度。图3

23、.2 二对齿轮副减速（2）横向进给系统的设计计算由于横向进给系统的设计计算与纵向进给系统的设计计算类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。已知条件： 工作台质量（根据图纸粗略计算）W=30kgf=300N 时间常数 T=25ms 滚珠丝杠基本导程 L0=4mm左旋行程 S=160mm脉冲当量： mm/step步距角： /step快速进给速度： m/min切削力计算 横向进给量纵向的1/21/3，取1/2则： 切削力约为纵向的1/2在切断工件时 (3) 滚珠丝杠设计计算1)强度计算：对于燕尾型导轨： 由数控技术可知，导轨车床丝杠的轴向力： 式中K=1.4 =0.150.18取0.2 则N2)

24、强度计算：寿命值 最大动负载 查表得：运转系数 硬度系数 则QN根据最大动负荷Q的值，可选则滚珠丝杠的型号。所以，滚珠丝杠的型号为：FDM2004-2.5-P33.3齿轮传动比的计算3.3.1 效率计算：根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为： 式中 摩擦角 螺旋升角则 3.3.2 刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量 式中 mm=0.4m： 滚珠丝杠截面积 则 cm滚珠丝杠受扭矩引起的导程的变化量L2很少，可以忽略。即：L=L1。所以导程变形总误差为： =L=um/m查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15um/m 故刚度足够。3.3.3齿轮及转矩的有关计算(1)有关

25、齿轮计算 传动比故取Z1=18 Z2=30 m=2 mmB=20 mm (2)转动惯量计算：工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量 齿轮的转动惯量电动机转动惯量很少，可以忽略因此，总的转动惯量 =1.2589所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩 最大切削负载时所需力矩 快速进给时所需力矩 当时 当 时所以，快速空载启动所需转矩切削时所需力矩： =2.404kgf.cm=24.04N.cm 快速进给时所需转矩：由以上分析计算可知：所需最大力矩发生在快速启动时 =2.633kgf.cm=26.33N.cm3.4步进电机的选择首先必须保证步进电机的输出转矩大于所负载需的转矩。所以应先计算

26、机械系统的负载转矩，并使用电机的输出转矩有一定余量，以保证可靠运行。通用M/ =0.20.5，为步进电机最大静态转矩，M为负载转矩。其次应使步进电机的步距角与机械系统匹配，以得到机床所需的脉冲当量。最后应使被选电机与机械系统的负载惯量及机床要求的启动频率相匹配，并有一定余量，还应使其最高工作频率能满足机床移动部件快速移动的要求。 (1)横向进给步进电机 初选步进电机a 计算步进电机负载转矩 =脉冲当量（mm/step）取 =0.005mm/step进给牵引力（N）取 =1890。65N步距角，初选双拍制为电机丝杆的传动效率，为齿轮、轴承、丝杆效率之积，分别为0 98、0.99、0.99和0.9

27、4。=N.cmb 算步进电机启动转矩根据负载转矩除以一定的安全系数来估算步进电机启动转矩=/0.30.5 一般纵向进给伺服系统的安全系数取0.30.4= /0.4=279.11/0.4=697.775N.mmc 计算最大静扭矩查综合作业指导书表3-22，如取五相十拍，则=0.951 =/0.951=697.775/0.951=733.72N.mmd 计算步进电机运行的频率和最高起动频率 =HZ=HZ式中：最大切削进给速度m/min ， =0.8m/min最大快移速度m/min， =2.4m/min脉冲当量， =0.005mm/step e 初步选电机型号(1)根据估算出的最大的静转矩=733.

28、72N。mm在表3-23中查出130BF003最大静扭矩为784N733.72N可以满足要求，但从表中看出130BF003步进电机最高空载起动频率为1500HZ，不能满足=3333HZ的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。(2)核步进电机转矩前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。效转动惯量计算计算简图如前（a）所示，根据综合作业指导书表3-24，传动系统计算到电机轴上的总的转动惯量 可由下式计算：=()()步进电机转子转动惯量（）。矢轮Z1Z2的转动惯量（）滚珠丝杆转动惯车（）参考同类型机床，初步反应式步进电机130BF，其转子转动量=4.7（）对

29、于钢材：=0.78=圆柱体质量kg。圆柱体直径。圆柱体长度或厚度。钢材的密度为7.8（）=0.78=0.78（） =2.62（）=0.78=0.78（） =6.39（）=0.78=1500mm=150cm =45mm=4.5cm（）溜板及刀架重力取1500N.代入公式可得：=()()=4.7+2.62+(6.39+39.952)+ =34.152（）考虑步进电机与传动系统惯车匹配问题： /=4.7/34.152=0.1376满足惯量匹配的要求。电机转矩的计算机床在不同的公况下，其所需转矩是不同的，下面分别按个阶段计算：a.快速进给进所需转矩：=快速空载起动转矩空载起动时计算到电机轴上的加速转矩

30、（N.cm）计算到电机轴上的磨擦转矩。由于丝杆预紧里计算到电机轴上的附加转矩（N.cm）采用丝杠螺母副传动时，上述各种转矩（N.cm）可用下式计算=将前面数据代入式中个符号意义同前=r/min起动加速时间 =25ms传动系统计算到电机轴上的总等数转动惯量 电机最大角加速度电机最大转速运动部件最大快进速度(mm/min)步进电机的步距角运动部件从停止起加速到最大快进速度所需时间（S） 脉冲当量（mm/step）=34.152（）=1000 r/min=548.63 N.cm折算到电机轴上的磨擦转矩=丝杆导程=6mm=0.6cm导轨的磨擦力（N）垂直方向的切削力(N)运动部件的总当量导轨摩擦系数齿

31、轮降速比传动连总效率，一般可取0.70.85，取0.8 则 ：= N.cm=135.30 N.cm 附加摩擦转矩：=滚珠丝杆预加负荷，一般取1/3，为进给牵引力1890.65 =1/3=1098.88N滚珠丝杆导程（cm）： =0.6cm滚珠丝杆未预紧时的传动效率一般取0.9 ，因此取0.92=16.126 N.cm上述三项合计：=+=16.126+135.30+71.49=222.916N.cmb. 快速移动时所需转矩：=+=86.66+9.25=95.91 （N.cm）最大的切削负载时所需转矩：=+折算到电机轴上的切削负载转矩=N.cm从上面计算可知，、和三种工况下，以快进空载起动所需转矩

32、最大，即可以作为校核步进电机转矩的依据从综合作业指导书表322查出，当步进电机为五相十拍时，则最大转矩为： N.cm查表323中130BF003型步进电机最大转矩为784N.cm，大于所需最大静转矩，可以满足要求。c.校核步进电机起动矩频特性和运行转矩频特性。已计算出机床最大快移时需步进电机的最高起动频率为3333Hz，切削进入时所需步进电机运行频率为1333.3Hz。从综合作业指导书表323中查出130BF003型步进电机允许的最高空载起动频率为1500Hz，运行频率为7000Hz，再从综合作业指导书图315，316查出130BF步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如（C）图所示，当步进电

33、机起动时，=2500Hz时，=100N.cm，不能满足此机床所要求的空载起动力矩222.916N.cm。直接使用则会施行失步现象，所以必须采取开降进控制用软件实现，将起动频率到1000Hz起动转矩可增高到588.4N.cm，然后电路上再采用高低压驱动电路，可将电机输出转矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，130BF003型步进电机运行矩频特性（D）图完全可以满足要求：图3.3 步进电机启动矩频特性曲线 第四章 机械部分结构设计改造4.1主轴脉冲发生器的加装主轴脉冲发生器又称光电编码器，在数控车床上加工螺纹或丝杠，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动，

34、发出主轴转角位置变化的信号，输送到数控系统。数控系统按照所需加工的螺距进行计算处理，从而控制机床纵向或横向的步进电机运转，实现加工螺纹的目的。本机床的设计加工螺距如下序列：6mm 5mm 3.5mm 3mm 2.5mm 2mm1.75mm 1.5mm 1.25mm 1mm 0.75mm 0.7mm0.6mm 0.5mm 0.4mm 0.35mm 0.3mm 0.25mm在使用主轴脉冲发生器时，受到步进电机频率的限制。例如采用1000Hz工作频率，加工3mm螺距的螺纹时，步进电机的频率为300Hz，而主轴脉冲发生器的频率为：100060Hz=60000Hz所以车床主轴转速为：n=100060/3

35、00=200r/min即车床主轴转速不得超过200r/min。再例如采用2000Hz工作频率，加工3mm螺距的螺纹时，步进电机的频率为300Hz，而主轴脉冲发生器的频率为：200060Hz=120000Hz所以车床主轴转速为：n=200060/300=400r/min即车床主轴转速不得超过400r/min。由此可知，当螺距越大时，允许的车床主轴转速也就越低。4.2主轴脉冲发生器的安装主轴脉冲发生器可直接安装在主轴的后方，与主轴同轴安装，如下图：图4.1 主轴脉冲发生器安装图4.3主轴脉冲发生器的传动联接方式 本设计的传动联接方式为柔性联接，这种联接，在实现角位移传递的同时，又能吸收车床主轴的部

36、分振动，使得仪器运转平稳、传递信号准确。这种柔性联接，是把主轴与主轴脉冲发生器用波纹管或橡胶管等弹性元件联接起来。 4.4主轴脉冲发生器安装注意事项a主轴脉冲发生器属于精密光学仪器，安装时应格外小心轻放，不能有较大的冲击和振动以免损坏光栅。b任何一种主轴脉冲发生器都有其最高允许转速，车床主轴的最高转速应小于此值。c加工螺纹时，将其安上，不使用时将其脱开，以延长其使用寿命。4.5进给伺服系统的装配图经过计算，已知此纵向进给系统采用130BF003型步进电机，经过一对齿轮减速，齿轮系数=32,=40。模数m=2滚珠丝杆公称直径为=32mm。滚珠丝杠螺母副先用的是外循环沟槽式垫片凋隙CDM3206-

37、3-P3。进行结构设计进，注意考虑以下问题：（1）进行改造设计时，将原C618车床进给箱挤掉，利用原来的安装基面安装齿轮箱体45 。因而必须注意齿轮箱体螺钉中心距的尺寸，应保证箱的安装螺钉和销钉均在原来的安装基础面上，床尾的轴承座仍要装在原C618车床尾部轴承的加面上。（2）为保证滚珠丝杠与导轨平行设计时，应注意使齿轮箱体的丝杠中心，与床尾轴承座中心线距安装基面尺寸一致以保证水平面的丝杠与导轨平行。齿轮箱体在床身上的安装螺钉的位置与车尾轴承座螺钉在床身上的安装位置必须根据床身具体情况确定，以保证在垂直面内丝杆与导轨平行。水平面内的平行度达不到要求可刮研齿轮箱体或床尾轴承座的安装基面，如垂直面内

38、平行度达不到要求，可安装螺钉的过孔进行调整，调好后，插入定位销。（3）保证滚珠丝杠转动平稳，轻快，必须使滚珠丝杆螺母座板定19与丝杠两端支承同轴，设计时，在螺母座与弯板之间设计垫片58，装调时可以修磨垫片来保证螺母座在平面内与两面端支承同轴，垂而直面内的同轴，靠螺钉地过孔来的调整，调好后，打入销钉。（4）在水平面内应使丝杠中心线距轨的距离尽量小，否则将层产生颠复力矩，增大磨擦力，使运动不平稳，利用床身的凹面，使齿轮箱体背面比安装基面突出33mm。就使丝杠中心距安装基面尺寸为42mm。不用此床身的凹入面，因为130BF003型步进电机外圆直径为130，就会使丝杆中心距安装基面尺寸至少为645mm

39、 这样设计是不合理。但是在的设计箱体外形时，必须根据床身的具体形状不可使箱身与床凹入之毛面干涉。（5）步进电机装在箱体左侧，利用短圆柱面中，在箱体上定位，由于是定位面，一定要在图上标注出孔的尺寸及配合。（6）设计中滚珠螺母副采用了垫片调整方式预紧，即用修磨垫片使滚珠丝杠滚珠与两个滚珠螺母挤紧，避免在反向失步：a) 消隙齿轮，是采用两个薄片齿轮，中间开有三个月芽形的槽放入压簧，并用三个内六角螺钉固定，这种消隙齿轮的装配顺序是：首先将双片只轮相对转过一个齿轮，使双片尖轮的齿轮的矢对齐，弹簧38受压，上紧螺钉30装入箱体后，将螺钉30松开，弹簧38将双片齿轮沿用向错开，消除与齿轮的侧隙，此时财将螺钉

40、30上紧，在设计时，箱壁上要留有可进伸入六角搬手孔，弹簧两端用削扁的销子39压住。（7）当车床床鞍移动时，滚珠丝杠要受到轴向力，此轴向力由床身前端的两个止推轴承承受，向左的轴向力通过挡圈21。止推轴承22，挡块23，传到齿轮箱体上，向右的轴向力则通螺母37，齿轮31，径向轴承28，轴套27，挡圈26。到左边的止推轴承22，经挡块23传到端盖24上，此端盖与齿轮箱体用螺钉固连，绘图注意止推轴承22的动圈和不动圈的画法，与挡块23接触的一边是不动圈，其内孔和轴颈之间要画出间隙。床尾部分的圆螺母2是用来对丝杠进行预拉伸，以增加丝杠的刚度，外侧的圆螺母是锁紧用的，由于旋转螺母2进行预拉伸时，端面磨擦力

41、大，故要止推轴承5以上减小端面磨擦力。第五章 经济型数控车床数控系统单片机控制原理硬件电路是用MCS 51系列单片机组成的控制系统，给系统采用8031作CPU。扩展了两片2764芯片，一片6264芯片，两片8155可编程并行I/O接口。5.1系统的功能（1）Z向和X向进给伺服运动。（2）键盘显示。（3）自动转位刀架控制。（4）螺纹加工控制。（5）面板管理。（6）行程控制。（7）其他功能，报警电路、急停电路、光隔离电路、功能电路等。图5.1 数控操作面板5.2单片机的构造1稳压电源5伏的稳压电源为全系统提供电源。输出功率不小于8w。采用普通的三端固定输出稳压集成电路，采用金封7805。2信号源为

42、了对研制中的单片机系统某个集成块工作状况可靠性的预测试，往往需要一个人眼可视觉的低频振荡信号发生器，将此信号加于被测试件的输入端，观察其输出是否正确，以确定线路的正误和元件的可靠。本设计采用74LS00芯片为振荡元件，频率为5赫兹左右，占空比为万二分之一的方波输出。3. 逻辑测试器逻辑测试是数字电路中常用的测试手段，通常专用工具是逻辑测试笔。其功能是能测试电路中的某点的三态，即高电平、低电平、高阻态。4. 键盘单元用按键的方式向系统输入数据，本系统采用机器码输入，即两次按键动作，输出8位2进制数（2位16进制数）。5. 写控制系统（1） 读写功能 把数据以字节为单位写入下一级存储单元,或从存储

43、器单元读出数据（2） 地址复位功能使地址总线清零。（3） 地址预置功能16位地址总线直接预置。（4） 地址加1功能读写时,地址自动加1。（5） 地址减1功能读时,地址自动减1。（6） 地址和数据总线挂起功能使地址总线和数据总线处于高阻态.把地址和数据显示交给下一级存储器单元。6. CPU存储器及I/O接口采用8031芯片，由于8031片内无程序存储器，需要有外部程序存储器的支持，同时8031内部只有128B的数据存储器，也远不能满足控制系统的要求。故扩展了16KB程序存储器由两片2764组成，又扩展了一片6264数据存储器。8031芯片的P0和P2用来传送外部存储器的地址和数据，故要采用74L

44、S373地址锁存器，锁存低8位地址，ALE作为其选通信号，当ALE为高电平，锁存器的输入和输出透明，即输入的低8位存储器地址在输出端出现，此时不需锁存。当ALE从高电平变低电平，出现下降沿时，低8位地址锁存入地址锁存器中，74LS373送出读写的数据了。8031芯片的P2口和74LS373送出的P0口共组成16位地址，2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址线。A0A7低8位接74LS373芯片的输出，A8A12接8031芯片的P2.0P2.4。系统采用全地址译码，两片2764芯片片选信号CE分别接74LS138译码器的Y0和Y1，系统复位以后程序从0000H开始执行。6264芯片的片

45、选信号CE1也接74LS138的Y1单片机扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址（即允许地址重叠），8031芯片控制信号PSEN接2764的OE引脚，读写控制信号WR和RD分别接6264芯片的WE和OE，以实现外部数据存储器的读写。由于8031芯片内部没有ROM故始终要选外部程序存储器，故其EA必须接地。5.3步进电机的软件控制及转程序设计步进电机在启动过程中进给脉冲频率随时间按线性变化，上升到一定频率时停止变化，改为匀速进给，在停止过程中，同样给定匀减速变化直到步进电机停止运转，程序实现这种方式比较容易。即在步进电机的启动和制动的变速过程中，微机每输出一个状态控制后的延时时间间隔按线性递

46、减或递增变化，启动进给一定步数然后达到匀速状态，此时时间保持不变，步进电机等加速启动，匀速运行，等减速停车控制的程序框图如下：图5.2 步进电机等加减速控制程序框图步进电机的控制需要变频信号源，环行分配器及功率放大等硬件。而变频信号源。环行分配器可用软件代替，并且还可以方便的实现步进电机的加减速控制。图示的单片机组成的三相步进电机控制电路原理图：8031的P1口低3位为输出位，分别控制电机的A，B，C三相，由软件实现环行分配器功能，P1。0，P1。1，P1。2分别输出时序脉冲，经光电隔离，驱动放大使步进电机转动。步进电机控制的任务是：判别旋转方向，依次送出控制源，根据运转速度实现一定的延时，判

47、断是否结束，以上是以三相步进电机为例介绍程序设计。设步进电机总的运行步数为R4，转向标志存放在程序状态存储器，用户标志位F，（D5H）中，当F为零时，电机正转，正转时P1口的输出控制为：H，03H，02H，06H，04H，05H存放在8031的片内数据存储单元20H-25H中，26H中存放结素标志00H，在27H-20H的存储单元内存放反转时P1口的输出字：0HH，05H，04H，06H，02H，03H，ZAI 20H单元内存放标志位00H。步进电机正反转程序如下：PUSH A：MOV R4，#N：CLR C：ORL C，D5H：JC ROTE：MOV R0，#20H：AJMP LOOP：RO

48、TE: MOV R0，#27H：LOOP: MOV A，R0：MOV P1，A：ACALL DELAY：INC R0：MOV A， #00H：ORL A，R0：JZ TPL：LOOP1:DJNZ R4，LOOP：POP A：RET：TPL: MOV A，R0：CLR C：SUBB A，#06H：MOV R0，A：AJMP LOOP：DELAY: MOV R2，#M：DELAY1: MOV A，#M1：LOOP: DEC A：JNZ LOOP：DJNZ R2，DELAY1：RET第六章 机床的加工程序编制 N031 M05如下图所示，在图中零件外圆85mm不加工，要求编制精加工程序。图6.1 8

49、5mm外圆程序如下：00001 N001 G50 X200.0 Z350.0 T0101 LF N002 S630 M03 LF N003 G00 X41.8 Z292.0 M08 LF N004 G01 X48.34 Z289.0 F0.15 LF N005 Z227.0 LF N006 X50.0 LF N007 X62.0 W-60.0 LF N008 Z155.0 LF N009 X78.0 LF N010 X80.0 W-1.0 LF N011 W-19.0 LF N012 G02 W-60.0 I63.25 K-30.0 LF N013 G01 Z65.0 LF N014 X90.

50、0 LF N015 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09 LF N016 M06 T0202 LF N017 S315 M03 LF N018 G00 X51.0 Z227.0 M08 LF N019 G01 X45.0 F016 LF N020 G04 U5.0 LF N021 G00 X51.0 LF N022 X200.0 Z350.0 T0200 M09 LF N023 M06 T0303 LF N024 S200 M03 LF N025 G00 X62.0 Z296.0 M08 LF N026 G92 X47.54 Z228.5 F1.5 LF N027 X46.9

51、4 LF N028 X46.54 LF N029 X46.38 LF N030 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09 LF N032 M30致谢首先诚挚地感谢我的导师，在毕业设计的这段时间里，得到了他的悉心指导和帮助。课题研究、论文选题和论文修改的整个过程，都得到了导师的精心指导和热情帮助，论文的字里行间凝聚着他大量的心血和汗水导师们不仅教我治学之道，更授我为人之理，他们严谨的治学态度，活跃的学术思想，以及无私的敬业精神，都给我以深刻启迪。谨此表示衷心的感谢和致以崇高的敬意! 最后，向评审本论文的专家、教授、学者表示衷心的感谢。参考文献 1 陈顶君，刘笑一，CA6140型普通

52、车床的数控化改造 ：20041109 辽宁工程技术大学机械工程学院工程师。 2 彭浩舸, 谢骐, 邓奕 CA6140 车床数控改造中机械装置设计技巧2003 - 06 - 18湖南工程学院机械电子工程系,、 3 周鹏翔、刘振魁主编。，工程制图M第二版 高等教育出版社 ，2000年5月 4 唐增宝、刘元俊主编。，机械设计课程设计（修订版）M，华中理工大学出版社 1995年1月 5 机械设计手册编写组编。，机床设计手册3M，机械工业出版社 1986年12月 6 东北大学机械零件设计手册编写组编。，机床零件设计手册第三版M ，金工业出版社 ，1994年5月 7 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编机床设计图册M, 上海科学技术出版社 ，1979年6月 8 雷晓玲主编综合作业指导书M ，机械工业出版社 ，2000年11月 9 石光源、周积义、彭福荫主编机械制图第三版M ，高等教育出版社 ，1988年4月 10 张建钢、胡大泽主编数控技术M武汉：华中科技大学出版社， 2000年8月44-47，179-197 11 上海机械专科学校 顾维邦主编金属切削机床概论M。北京:机械工业出版社，1997 45-51 12 翟瑞波 ，白一凡 数控机床编程与操作中国劳动社会保障出版社出版，2004.1