CK5116A立式車床數(shù)控設(shè)計

#性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷C。選取靜態(tài)安全系數(shù)f=2,滾珠絲杠的0s最大軸向負(fù)荷F=F=2254N故最大靜負(fù)荷為：maxmC二f-F二2x2554二5108N。0smax選擇滾珠絲杠副見表2-1傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率耳―tan2。44'二00477二DMtan&+?丿tan2o54'0.0506表2-1滾珠絲杠副參數(shù)型號公稱直徑(mm)基本導(dǎo)程(mm)螺旋升角絲杠外徑(mm)絲杠內(nèi)徑(mm)額定動載荷(N)絲杠長度(mm)額定靜載荷(N)4006-3.54062o44'39.235.9824100120082400(6)剛度校核主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載F和扭矩T共同作用下引起的每導(dǎo)程變形量mAL是否符合絲杠精度要求。每導(dǎo)程變形量AL可按以下公式計算AL=AL=AL+AL12FLL申=+—m_0+0—EF2兀TL申=±0-GJ選取E=20.6x104(Nmm)F=^^=1017.88(mm)2

2554x620.6x102554x620.6x104x1017.88=7.3x10-5mmTOC\o"1-5"\h\zNL=—m0iEF\o"CurrentDocument"AL=3=6x2?28x10-4=2.2x10-4mm22?！肛Ｆ渲校篔=d4=8.2x104mm46412554x6申=mm=2.28x10-4mm824x8.2x104則：A則：AL=AL+AL12=7.3x10-5+2.2x10-4=2.93x10-4mmA=100AL=100x0.000293mm/mL61=0.0049mm/m查表所得，所選用的D級絲杠精度允許誤差為10卩m/m，滿足要求。穩(wěn)定性校核機(jī)床在進(jìn)給時滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿。若軸向力過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核。如果滿足穩(wěn)定性安全系數(shù)n大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)(n)，則絲杠安全，不會失穩(wěn)：n=匸>(n)kkkFk式中(nk)——許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取劭。mPpk――絲杠失穩(wěn)時的臨界負(fù)載，由：k(W)2式中l(wèi)——絲杠長度卩——絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定。J――截面慣性矩，對實心圓J=—d4641對于水平絲杠要考慮自重影響可取(n)>4。k將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得pJ2x2°6x106x8?2x104=115776N

k(1x1200)2nk=科=45>叫絲杠不會失穩(wěn)。

2.1.2步進(jìn)電機(jī)的選用CK5116A型普通車床數(shù)控化改造，采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造后的車床進(jìn)給運動由步進(jìn)電機(jī)A和B驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進(jìn)給運動。為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當(dāng)利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機(jī)及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應(yīng)使處于脫開位置。同理脫落蝸桿等原橫向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)若未拆除，工作時也應(yīng)使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量的量值靠步進(jìn)電機(jī)步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示：（0/360）x（ac/bd）xT=8式中0步進(jìn)電機(jī)步聚角（度）；T所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程（mm）;a,b,c,d齒輪齒數(shù)，當(dāng)單級減數(shù)時，令c、d等于1；8脈沖當(dāng)量值（mm）。步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機(jī)床型號來選擇，普通車床（如C6140、CK5116A等）的數(shù)控改造中多采用——（N?m）靜力矩的步進(jìn)電機(jī)，本設(shè)計選（N?m）的作為橫向進(jìn)給電機(jī)；選（N?m）的作為縱向進(jìn)給電機(jī)。2.1.2.1脈沖量的選擇初選三相步進(jìn)電動機(jī)的步距角為O.75o/1.5o，當(dāng)三相六拍（1?2相勵磁）運行時,步距角0二O.75o其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù)36Oo36O36Oo36OoO.75o=48Op.r脈沖當(dāng)量：5二O.O1mmp由此可得中間齒輪傳動比i為°弋=O.O1x48O=1.252.1.2.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)距計算1?空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩Tlf

卩?①L0.06x800x0.006T===0.046NmLF2兀耳i2兀x0.8x1.25s2?車削加工時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL卜+卩W+FP11391+0.06(800+2226)]x0.006.…2兀x0.8x1.25T=―xy2兀x0.8x1.25l2兀葉Si2.1.2.3等效轉(zhuǎn)動慣量的計算1.滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量JS32=業(yè)="°.°44xL2x侶x103=0.00237Nm232322.拖板運動慣量換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量J(D21800(21800(0.006)x—=xi29.8J2兀丿2x-1=4.76x10-5Nm1.2523?大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg2選取大齒輪齒數(shù)Z=45，小齒輪齒數(shù)Z=36，模數(shù)m=3?大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg2選取大齒輪齒數(shù)Z=45，小齒輪齒數(shù)Z=36，模數(shù)m=2mm。21Jg2=竺啞=g°.°94x0?01x7?85x103=0.0005056Nm232324?小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg1Jg1=竺空=g°.°724x°.°2x侶x103=0.0004142Nm23232換算到電動機(jī)軸上的總慣性負(fù)載JLLJ+JJ=J+J+—&^sLg1wi2=0.0004142+0.0000476+°.0005056+0.002371.252=0.0023Nm22.1.2.4等效轉(zhuǎn)動慣量的計算已知T=1.5NmJ=2.3x10-3Nm2初選步進(jìn)電機(jī)型號為110BF003,步距角LL轉(zhuǎn)子慣量J=36.8x10一3kg-轉(zhuǎn)子慣量J=36.8x10一3kg-m2,mmax由此可得：1.5J2.3x10-38=0.18<0.5,—l二二0.2528J36.8x10-3m1J<L4Tmax經(jīng)驗算可知電動機(jī)合格。110BF003步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖如圖外型圖:圖2-2110BF003外型圖:圖2-2110BF003步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計1．橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單，--般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2—3所示其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2—3所示圖2-3車床縱向傳動的支承結(jié)構(gòu)1-步進(jìn)電機(jī)；2-床身；3-左支架；4-齒輪副；5-右支架；6-絲杠左支承；7-手輪；8-軸套；9-絲杠右支承；10-螺母座架；11-螺母座；12-絲杠；13-蓋；14-軸承。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，為了便于手動與對刀，在絲杠的右端設(shè)有手輪，使用時安裝上，不用即卸下，以防造成傷害，原機(jī)床拖板予以保留，并設(shè)有--螺母座架，安裝在拖板上，以實現(xiàn)絲杠螺母與拖板之間的聯(lián)接。步進(jìn)電機(jī)安裝在絲杠的左端原進(jìn)給箱的位置上，由電機(jī)上的止口定位，靠四個螺釘和二個定位銷與床體相連。絲杠左右端分別用支架與軸承支承，左端用向心球軸承，右端用推力球軸承支承。2.橫向滾珠絲杠橫向滾珠絲杠也采用三點支承形式。保留原手動機(jī)械，用子手動與對刀，步進(jìn)電機(jī)安裝在床鞍的后部?？拷僮髡?-端，布置--根支承短軸，通過--個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用原機(jī)床滑動軸承作為徑向支承，并對原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置--對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支承。在遠(yuǎn)離操作者--端，用--個聯(lián)軸套和--根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。與縱向進(jìn)給--樣，絲杠螺母與橫向拖板間仍用--螺母座聯(lián)接。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造設(shè)計如圖2-4所示1--步進(jìn)電機(jī)：2--消隙減速箱：3--支承架；4、5、8--聯(lián)軸套；于螺母座；7--滾珠絲杠螺母副：于支承短軸．圖2—4車床橫向傳動的支承結(jié)構(gòu)2.2.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長工作壽命，可設(shè)置潤滑件和密封件。滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運動副相比，有下列特點：傳動效率高一般滾珠絲杠副的傳動效率達(dá)90％~95％，耗費能量僅為滑動絲桿的1/3。運動平穩(wěn)滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。工作壽命長滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度(HRC58—62)、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲桿副的4~10倍以上。定位精度和重復(fù)定位精度高由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。同步性好用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運動部件，可得到較好的同步運動?？煽啃愿邼櫥芊庋b置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。不能自鎖用于垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。制造工藝復(fù)雜滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量橫向(X向)脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖。車削力的計算車床的主切削力F(N)可用下式計算：F=0.67D1.5ZZmax式中D車床刀架加工的最大直徑單位為mm。max因CK5116A床身加工的最大直徑210mm,貝U：F=0.67x2101.5=2039NZ按以下比例分別求出分力F和F,F:F:F二1:0.25:0.4xyZxy貝V：F二510N,F=815.6Nxy車削力的計算滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇機(jī)構(gòu)類型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定后，再計算和確定其他參數(shù)，包括：公稱直徑d、導(dǎo)程L、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)k、精度等級等。0本設(shè)計中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊。計算進(jìn)給率牽引力Fm作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削力時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。Fm

的計算公式如下:橫向進(jìn)給導(dǎo)軌為燕尾形，貝V：F=KF+f'(F+2F+G)myzx=1.4x815.6+0.2x(2039+2x510+600)=1873.6N燕尾形導(dǎo)軌選取參數(shù)：K二1.4,廣=0.2,G二600N計算最大動負(fù)荷C選用滾珠絲杠副的直徑d時，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)0100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)荷C。計算步驟如下：絲杠轉(zhuǎn)速n-s其中v二0.6mmmL=5Ls00n=“0；0'6=120rmin壽命L60x壽命L60xnxT10106r)60x120x1500=10.8106最大動負(fù)荷C=xLfFwM=310.8x1.5x1873.6=6212N計算最大靜負(fù)荷當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速(n<10rmin)情況下工作時，滾珠絲杠副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當(dāng)塑性變形超過一定限度就會破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷C。選取靜態(tài)安全系數(shù)f=2,滾珠絲0s杠的最大軸向負(fù)荷F=F=1873.6N故最大靜負(fù)荷為maxmC=f-F=2x1873.6=3747.2N0smax選擇滾珠絲杠副表2-2滾珠絲杠副參數(shù)型號公稱直徑(mm)基本導(dǎo)程(mm)螺旋升角絲杠外徑(mm)絲杠內(nèi)徑(mm)額定動載荷(N)絲杠長度(mm)額定靜載荷(N)

2005-2.52054。33'19.317.21265028031600(5)傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率耳_tan2005-2.52054。33'19.317.21265028031600(5)傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率耳_tan丫_tanG+?)tan4o43'tan4033'0.0796=0.9650.0825(6)剛度校核主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載F和扭矩T共同作用下引起的每導(dǎo)程變形量mAL是否符合絲杠精度要求。每導(dǎo)程變形量AL可按以下公式計算FLL?AL=AL+AL=±—m亠+o—i2EF2兀TLp=±0GJ選取E=20.6x104(Nmm)F=—4^=232.23(mm)2人F-LAL=—m01EF1873.6x520.6x104x232.23=2.0x10-4mm―Lp5x2.64x10-3AL=—=22兀2x兀=2.1x10-3mm—兀其中：J=d4=4.3x103mm46411873.6x582.4x105x0.43mm=2.64x10-3mm則AL=AL+AL12=2.0x10-4+2.1x10-3=2.3x10-3mm100A=AL=L1100Tx0.0023mm/m=0.046mm/m查手冊所得，所選用的G級絲杠精度允許誤差為60卩m/m，滿足要求。

（7）穩(wěn)定性校核機(jī)床在進(jìn)給時滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿。若軸向力過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核。如果滿足穩(wěn)定性安全系數(shù)n大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)（n），則絲杠安全，不會失穩(wěn)：kk式中(n)k式中(n)k

p—

k

式中l(wèi)—許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取?4。絲杠失穩(wěn)時的臨界負(fù)載，由絲杠長度兀EJP=k(MP卩——絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定?！鲐闖截面慣性矩，對實心圓J=一d464i對于水平絲杠要考慮自重影響可?。╪）>4。k將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得“2X2°.6X1°6X4.3X1°3二［j?伙心幷

(1x280)21.12x1.12x1071873.6=6000>(n)k絲杠不會失穩(wěn)。2.2.2橫向步進(jìn)電機(jī)的選用電動機(jī)工作時會發(fā)熱，它不僅取決于負(fù)載的大小，也和負(fù)載持續(xù)的時間的長短密切相關(guān)，這是選擇額定功率時必須考慮的。按電動機(jī)的不同發(fā)熱情況，可以分為三種工作方式（或稱工作制），即連續(xù)工作方式、短時工作方式和斷續(xù)周期性工作方式。CK5116A車床其工作時間一般較長，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值，電機(jī)的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定的常值負(fù)載或變化負(fù)載，因此屬于連續(xù)工作方式。由于電動機(jī)為連續(xù)工作方式，負(fù)載平穩(wěn)，且經(jīng)常啟動、制動和正反轉(zhuǎn)，因此因優(yōu)先采用鼠籠式異步電動機(jī)。2.2.2.1脈沖量的選擇初選三相步進(jìn)電動機(jī)的步距角為0.750fl.5。，當(dāng)三相六拍（1?2相勵磁）運行時，步距角0=0.750其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：S=3600=色匹=480pr00.750初選脈沖當(dāng)量：5=0.005mmp由此可得中間齒輪傳動比i為=2.08L5=2.08i==5S0.005x4802.2.2.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算1?空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩Tlf卩-①Li0.06x600x0.005x0.48T===0.017NmLF2兀耳s2兀x0.82?車削加工時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T厶If+yW+f必（5xyl2眄S2.2.2.3等效轉(zhuǎn)動慣量的計算10+站+血°.005x竺=0.29Nm2兀x0.81.滾動絲杠的轉(zhuǎn)動慣量JSJ=空=宀°.°24x侶x103x°28=0.000034Nm2s32322.拖板運動慣量換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量Jwg12兀丿600(0.005)x9.8J2兀丿2x0.482=0.89x10—5Nm3?大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg2選取大齒輪齒數(shù)Z=50,2小齒輪齒數(shù)Z=24，模數(shù)m=2mm。1Jg2兀d4bp=——2_2-32gO.14x0.°1x侶x1°3=0.00077Nm2324?小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg1Jg132=沁=竺°.°484x°.°2x竺x103=0.000082Nm2Jg132換算到電動機(jī)軸上的總慣性負(fù)載JLJ=J+J+(J+J)i2Lg1wg2s二0.000082+0.0000089+(0.00077+0.000034)x0.482二0.000276Nm22.2.2.4步進(jìn)電動機(jī)型號的選擇已知T=0.29NmJ=2.76x10-4Nm2=2.82x10-5kg-m2初選步進(jìn)電機(jī)型LL號為90BF002，步距角0.750三相六拍。其中最大靜扭矩T=3.92N-m，轉(zhuǎn)子慣max量J=17.64x10-5kg-m2，由此可得:m-L0.29392二0.074<0.52.82x10-517.64x10-5maxmax1J<L4Tmax經(jīng)驗算可知電動機(jī)合格。電動機(jī)外形圖及矩頻圖如圖2-5:!010rrin-iiin?mimHiiiiiJi10010001C0QQ圖2-5110BF003步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖齒輪傳動間隙的調(diào)整在橫向進(jìn)給和縱向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠間都是通過一對減速直齒輪傳動的，這就要求我們對齒輪的傳動間隙進(jìn)行調(diào)整。常用的直齒輪調(diào)整齒側(cè)間隙的方法有以下幾種。（1）偏心套（軸）調(diào)整法如圖2-6所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1（或偏心軸）上，通過轉(zhuǎn)動偏心套（偏心軸）的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補(bǔ)償。

圖2-6偏心套式間隙消除機(jī)構(gòu)1—偏心套2—電動機(jī)3—減速箱4、5—減速齒輪軸向墊片調(diào)整法如圖2-7所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運轉(zhuǎn)又靈活。特點同偏心套(軸)調(diào)整法。圖2-7圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機(jī)構(gòu)雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左齒側(cè)和另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)，具體調(diào)整措施如下：周向彈簧式(圖2-8)在兩個薄片齒輪2和4上各開了幾條周向圓弧槽，并在齒輪3和4的端面上有安裝彈簧2的短柱1。在彈簧2的作用下使薄片齒輪3和4錯位而消除齒側(cè)間隙。這種結(jié)構(gòu)形式中的彈簧2的拉力必須足以克服驅(qū)動轉(zhuǎn)矩才能起作用。因該方法受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不

適用于驅(qū)動裝置?？烧{(diào)拉簧式（圖2-9）在兩個薄片齒輪1和2上裝有凸耳3，彈簧的一端鉤在凸耳3上，另一端鉤在螺釘7上。彈簧4的拉力大小可用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長度，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。本設(shè)計所選用的是雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法中的可調(diào)拉簧式。由此就可以將縱向及

橫向進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖設(shè)計并畫出，具體請見圖紙。圖2-8薄片齒輪周向拉簧錯齒調(diào)隙機(jī)構(gòu)圖圖2-8薄片齒輪周向拉簧錯齒調(diào)隙機(jī)構(gòu)圖2-9可調(diào)拉簧式調(diào)隙第3章電氣控制部分的設(shè)計在這一部分我們采用MCS-51系列單片機(jī)控制主控系統(tǒng)，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051,8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計以8031芯片為核心，增加存儲器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。單片機(jī)的選擇46715161718RST/^'i—KXD-珂』—46715161718RST/^'i—KXD-珂』—TXP,fVn—INTo^Pji—聞g—0P和—T“￥—WR^叨一RD.Pv—XTALp—XIALi—1]二圖3-18031引腳圖本設(shè)計選用8031芯片，片內(nèi)無ROM或者EPROM，使用時必須配置外部的程序存儲器EPROM。本設(shè)計選用了27128擴(kuò)展其空間，8031的引腳分3大功能：（1）I/O口線P,P,P,P共4個八位口。0123（2）控制口線PSEN（片外取指控制）、ALE（地址鎖存控制）、EA（片外存儲器選擇）、RESET（復(fù)位控制）。（3）電源和時鐘。8031最小應(yīng)用系統(tǒng)。8031內(nèi)部不帶ROM，需要外接EPROM作為外部程序存儲器。又因為8031在外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時地址的低8位信息和數(shù)據(jù)信息分時送出，故還需要采用一片6264數(shù)據(jù)存儲器儲存數(shù)據(jù)。這樣，一片27128EPROM和一片6264組成了一個最小的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。PLC自動售貨控制系統(tǒng)自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PLC）取代傳統(tǒng)繼電器裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在全世界各國得到了廣泛應(yīng)用。PLC是由模仿源繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點。對于自動售貨機(jī)這樣的系統(tǒng)，被控制對象是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設(shè)計方面要容易一些。且PLC通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前使用于自動售貨機(jī)控制的中小型PLC種類繁多，價格低廉。使設(shè)計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機(jī)低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以PLC實現(xiàn)自動售貨控制的設(shè)計是最佳設(shè)計，本文中采用，因為售貨機(jī)的全部功能是在上位機(jī)上模擬的，所以控制起來很方便。

PO.2圖3-2系統(tǒng)存儲器P2.0PU.P0.6EPROM2712816KX8RAM4264SKxfiPO.2圖3-2系統(tǒng)存儲器P2.0PU.P0.6EPROM2712816KX8RAM4264SKxfi步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的運行特性與配套使用的驅(qū)動電源有密切關(guān)系。驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器組成，驅(qū)動電源是將變頻信號源送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動的循環(huán)供給電機(jī)各組繞組，以驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。3.2.1環(huán)形脈沖分配器的選擇步進(jìn)電機(jī)的各組繞組必須按一定的順序通電才能正常工作。這種使電機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱環(huán)形脈沖分配器。所以不同相的電機(jī)應(yīng)選用不同的環(huán)形分配器。本設(shè)計中所選用的電機(jī)，縱向部分為110BF003三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，與其相配的環(huán)形脈沖分配器為CH250，其管腳圖見圖3-3：TOC\o"1-5"\h\z1514B1》11109I..I.lil_上L：1|：'llj：rCHAK*K〉CH251)l.nJIl'Xfl1；雀!"~11[]1I2345b7圖3-3CH250管腳圖

CH250有A、B、C三個輸出端，當(dāng)輸入端CL或EN加上時鐘脈沖后，輸出波形將符合三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的要求，輸出電流能力為，經(jīng)推動級、驅(qū)動級放大后即可驅(qū)動電動機(jī)繞組。CH250在供三相六拍步進(jìn)電機(jī)工作時，線路中的接線見圖3-4：616II138]5hLDUkQCH250圖3-4三相六拍時CH250接線圖橫向部分為90BF002五相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，與其相配的環(huán)形脈沖分配器為PMM8714，其管腳圖見圖3-5616II138]5hLDUkQCH250圖3-4三相六拍時CH250接線圖橫向部分為90BF002五相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，與其相配的環(huán)形脈沖分配器為PMM8714，其管腳圖見圖3-5。3.2.2功率放大器的選用從計算機(jī)輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，必須采用功率放大器將脈沖電流進(jìn)行放大，使其增大到幾至十幾安培，從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)所使用的功率放大器有電壓型和電流型。電壓型又有單電壓型、雙電壓型（高低壓型）。電流型中有恒流驅(qū)動、斬波驅(qū)動等。GNDinptiirOO

o-白出別icnmedeseiPDinpul15Ifiia1920212223PMMB714PT圖3-5PMM8714管腳圖單電壓功率放大電路此電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，不足之處是Rc消耗能量大，電流脈沖前后沿

不夠陡，在改善了高頻性能后，低頻工作時會使振蕩有所增加，使低頻特性變壞。高低電壓功率放大電路電源U1為高電壓，電源大約為80?150V,U2為低電壓電源，大約為5?20V。在繞組指令脈沖到來時，脈沖的上升沿同時使VT1和VT2導(dǎo)通。圖3-5單電壓功率放大器由于二極管VD1的作用，使繞組只加上高電壓U1,繞組的電流很快達(dá)到規(guī)定值。到達(dá)規(guī)定值后，VT1的輸入脈沖先變成下降沿，使VT1截止，電動機(jī)由低電壓U2供電，維持規(guī)定電流值，直到VT2輸入脈沖下降沿到來VT2截止。不足之處是在高低壓銜接處的電流波形在頂部有下凹，影響電動機(jī)運行的平穩(wěn)性。

b)b)圖3-6高低電壓功率放大電路（3）斬波恒流功放電路該電路的特點是工作時Vin端輸入方波步進(jìn)信號：當(dāng)Vin為“0”電平，由與門A2輸出Vb為“0”電平，功率管（達(dá)林頓管）VT截止，繞組W上無電流通過，采樣電阻上R3上無反饋電壓，A1放大器輸出高電平；而當(dāng)Vin為高電平時，由與門A2輸出的Vb也是高電平，功率管VT導(dǎo)通，繞組W上有電流,采樣電阻上R3上出現(xiàn)反饋電壓Vf，由分壓電阻Rl、R2得到設(shè)定電壓與反饋電壓相減，來決定A1輸出電平的高低，來決定Vin信號能否通過與門A2。若Vref>Vf時Vin信號通過與門，形成Vb正脈沖，打開功率管VT；反之，Vref<Vf時Vin信號被截止，無Vb正脈沖，功率管VT截止。這樣在一個Vin脈沖內(nèi)，功率管VT會多次通斷，使繞組電流在設(shè)定值上下波動。圖3-7斬波恒流功放電路通過比較選擇，本設(shè)計中選用單電壓功率放大電路。為了避免功放后強(qiáng)電對弱電產(chǎn)生干擾，應(yīng)在環(huán)形分配器和功率放大電路之間加一個光電隔離電路。步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的工作過程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計者的要求完成一定的控制過程，使功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運行。簡單地控制過程可以用各種邏輯電路來實現(xiàn)，但缺點是線路復(fù)雜，控制方案改變困難，自從微處理器問世以來，給步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計開辟了新的途徑。各種單片微型計算機(jī)

的迅速發(fā)展和普及，為設(shè)計功能很強(qiáng)而價格低廉的步進(jìn)電機(jī)控制器提供了條件。使用微型計算機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制有串行和并行兩種方式。串行控制。具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源之間具有較少的連線。將信號送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的環(huán)形分配器，所以在這種系統(tǒng)中，驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。這種控制方式的示意圖見圖3-8。圖3-8串彳丁控制示意圖并行控制。用微型計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)個接口直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路的方法稱為并行控制。在電機(jī)驅(qū)動電源內(nèi)，還包括環(huán)形分配器，而其功能必須由微型計算機(jī)系統(tǒng)完成。由系統(tǒng)實現(xiàn)脈沖分配器的功能又有兩種方法：一種是純軟件方法，即完全用軟件來實現(xiàn)相序的分配，直接輸出各相導(dǎo)通或截止的信號。第二種是軟、硬件相結(jié)合的方法，這里有專門設(shè)計的一種編程器接口，計算機(jī)向接口輸入簡單形式的代碼數(shù)據(jù)，而接口輸出的是步進(jìn)電機(jī)各相導(dǎo)通或截止的信號。并行控制方案的示意圖見圖3-9：圖3-9并行控制示意圖最后我們將選擇的元件用線連接，就可以畫出設(shè)計所需要的電氣控制圖了詳細(xì)圖紙內(nèi)容見圖結(jié)論面對目前國家的數(shù)控普及程度，現(xiàn)實要求我們必須進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。使我們國家在花最少錢的情況下，提高我們的數(shù)控化水平。本設(shè)計的內(nèi)容即是對普通車床的數(shù)控化改造，目前已有很多人對其進(jìn)行了研究。在數(shù)控改造領(lǐng)域內(nèi)，車床的數(shù)控改造是最普及、最簡單也是最重要的。本設(shè)計通過對機(jī)械部分和電氣控制部分中的硬件部分進(jìn)行了設(shè)計，真正實現(xiàn)了機(jī)電一體。經(jīng)過本次改造，CK5116A車床實現(xiàn)了MCS-51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能?？纱蟠筇岣呒庸すばВ庸べ|(zhì)量可以得到穩(wěn)定。這次做設(shè)計的經(jīng)歷使我終身受益，我感受到做設(shè)計是要真真正正用心去做的一件事是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫設(shè)計了。希望這次設(shè)計能讓我在以后的學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。這次我的設(shè)計的題目是CK5116A立式數(shù)控車床，這次的題目涉及到的只是面很廣，這就需要自己的總結(jié)概述，用字記得語言表達(dá)出來，而且還要圍繞課題發(fā)揮。雖然本次課程設(shè)計要求自己獨立完成，但是還是脫離不了集體的力量，遇到問題時和同學(xué)進(jìn)行討論，這樣就不會使自己在座的過程中沒有方向，討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己在處理問題上快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，再設(shè)計的過程中不停地改善自己，解決問題。通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目，課題相結(jié)合，開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品的能力。即讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我懂得了在實踐中遇到問題怎樣用理論