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外文資料翻譯 1 機(jī)床數(shù)控改造 一 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢 1946 年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī) 這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分 代替腦力勞動的工具 它與人類在農(nóng)業(yè) 工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力 勞動的工具相比 起了質(zhì)的飛躍 為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ) 6 年后 即在 1952 年 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上 在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床 從 此 傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化 近半個世紀(jì)以來 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和 六代的發(fā)展 1 1 數(shù)控 NC 階段 1952 1970 年 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低 對當(dāng)時的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大 但 不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求 人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 搭 成一臺機(jī)床 專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng) 被稱為硬件連接數(shù)控 HARD WIRED NC 簡稱為 數(shù)控 NC 隨著元器件的發(fā)展 這個階段歷經(jīng)了三代 即 1952 年的第一代 電子管 1959 年的第二代 晶體管 1965 年的第三代 小規(guī)模集成電路 1 2 計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 階段 1970 年 現(xiàn)在 到 1970 年 通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn) 于是將它移植過來作為 數(shù)控系統(tǒng)的核心部件 從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 階段 把計(jì)算機(jī)前面應(yīng) 有的 通用 兩個字省略了 到 1971 年 美國 INTEL 公司在世界上第一次將計(jì) 算機(jī)的兩個最核心的部件 運(yùn)算器和控制器 采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在 一塊芯片上 稱之為微處理器 MICROPROCESSOR 又可稱為中央處理單元 簡稱 CPU 到 1974 年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng) 這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng) 控 制一臺機(jī)床能力有富裕 故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床 稱之為群控 不如采用 微處理器經(jīng)濟(jì)合理 而且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想 早期的微處理器速度 和功能雖還不夠高 但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決 由于微處理器是通用計(jì) 算機(jī)的核心部件 故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控 到了 1990 年 PC 機(jī) 個人計(jì)算機(jī) 國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī) 的性能已發(fā)展到很 高的階段 可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求 數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段 總之 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代 即 1970 年的第四代 小型計(jì)算機(jī) 1974 年的第五代 微處理器和 1990 年的第六代 基于 PC 國外稱為 PC 外文資料翻譯 2 BASED 還要指出的是 雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控 即 CNC 了 而我國仍 習(xí)慣稱數(shù)控 NC 所以我們?nèi)粘Ｖv的 數(shù)控 實(shí)質(zhì)上已是指 計(jì)算機(jī)數(shù)控 了 1 3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 1 3 1 繼續(xù)向開放式 基于 PC 的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開放性 低成本 高可靠性 軟硬件資源豐富等特點(diǎn) 更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路 至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī) 來處理人機(jī)界面 編程 聯(lián)網(wǎng)通信等問題 由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù) PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面 將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng) 遠(yuǎn)程通訊 遠(yuǎn)程診斷 和維修將更加普遍 1 3 2 向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要 1 3 3 向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將 不斷提高 1 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息 并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù) 達(dá)到 改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的 2 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn) 加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中 以工 藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐 建立具有人工智能的專家系統(tǒng) 3 引入故障診斷專家系統(tǒng) 4 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 可以通過自動識別負(fù)載 而自動調(diào)整參數(shù) 使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行 二 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 2 1 微觀看改造的必要性 從微觀上看 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性 而且這些優(yōu)越性 均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力 2 1 1 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線 曲面等復(fù)雜的零件 由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力 可以瞬時準(zhǔn)確地計(jì)算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng) 該運(yùn)動的運(yùn)動量 因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面 外文資料翻譯 3 2 1 2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動化 而且是柔性自動化 從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床 提高 3 7 倍 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲能力 可以將輸入的程序記住和存儲下來 然后 按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行 從而實(shí)現(xiàn)自動化 數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序 就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化 從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化 故被稱 為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動化 2 1 3 加工零件的精度高 尺寸分散度小 使裝配容易 不再需要 修配 2 1 4 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中 減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn) 2 1 5 擁有自動報(bào)警 自動監(jiān)控 自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能 因而可實(shí)現(xiàn)長 時間無人看管加工 2 1 6 由以上五條派生的好處 如 降低了工人的勞動強(qiáng)度 節(jié)省了勞動力 一個人可以看管多臺機(jī)床 減少了工裝 縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期 可對市場需求作出快速反應(yīng) 等等 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的 是一個極為重大的突破 此外 機(jī)床 數(shù)控化還是推行 FMC 柔性制造單元 FMS 柔性制造系統(tǒng) 以及 CIMS 計(jì) 算機(jī)集成制造系統(tǒng) 等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ) 數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動 化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù) 2 2 宏觀看改造的必要性 從宏觀上看 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍 民機(jī)械工業(yè) 在 70 年代末 80 年代初 已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床 其本質(zhì)是 采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 包括軍 民機(jī)械工業(yè) 進(jìn)行技術(shù)改造 除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床 FMC FMS 外 還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行 CAD CAE CAM 虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推 行 MIS 管理信息系統(tǒng) CIMS 等等 以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù) 包括人工智能等的含量 由于采用信息技術(shù)對國外軍 民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改 造 稱之為信息化 最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大 為增強(qiáng) 而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年 如我國 機(jī)床擁有量中 數(shù)控機(jī)床的比重 數(shù)控化率 到 1995 年只有 1 9 而日本在 1994 年已達(dá) 20 8 因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口 這也就從宏觀上說明了 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 三 機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場 外文資料翻譯 4 3 1 機(jī)床數(shù)控化改造的市場 我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺 而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 34 萬臺 即 我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3 近 10 年來 我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0 6 0 8 萬 臺 年產(chǎn)值約為 18 億元 機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6 我國機(jī)床役齡 10 年 以上的占 60 以上 10 年以下的機(jī)床中 自動 半自動機(jī)床不到 20 FMC FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) 美國和日本自動和半自動機(jī)床 占 60 以上 可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn) 加工裝備絕大數(shù)是 傳統(tǒng)的機(jī)床 而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床 用這種裝備加工出來 的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長 從而在國際 國內(nèi)市場上缺乏競爭力 直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品 市場 效益 影響企業(yè)的 生存和發(fā)展 所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率 3 2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 我國自改革開放以來 很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù) 設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù) 改造 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 從 1979 1988 年 10 年間 全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446 項(xiàng) 大約 165 8 億美元 這些項(xiàng)目中 大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用 但是有的 引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因 設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn) 甚至癱瘓 使企業(yè)的效 益受到影響 嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境 一些設(shè)備 生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后 有 的消化吸收不好 備件不全 維護(hù)不當(dāng) 結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良 有的引進(jìn)時只注意引 進(jìn)設(shè)備 儀器 生產(chǎn)線 忽視軟件 工藝 管理等 造成項(xiàng)目不完整 設(shè)備潛 力不能發(fā)揮 有的甚至不能啟動運(yùn)行 沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用 有的生產(chǎn)線的產(chǎn) 品銷路很好 但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo) 有的因?yàn)槟芎母?產(chǎn)品合格率 低而造成虧損 有的已引進(jìn)較長時間 需要進(jìn)行技術(shù)更新 種種原因使有的設(shè) 備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富 反而消耗著財(cái)富 這些不能使用的設(shè)備 生產(chǎn)線是個包袱 也是一批很大的存量資產(chǎn) 修好 了就是財(cái)富 只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn) 解決關(guān)鍵技術(shù)問題 就可以最小的投 資盤活最大的存量資產(chǎn) 爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 這也是一個極大 的改造市場 四 數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺 4 1 國外改造業(yè)的興起 在美國 日本和德國等發(fā)達(dá)國家 它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè) 外文資料翻譯 5 生意盎然 正處在黃金時代 由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步 機(jī)床改造是個 永 恒 的課題 我國的機(jī)床改造業(yè) 也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行 業(yè) 在美國 日本 德國 用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場 已 形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè) 在美國 機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生 Remanufacturing 業(yè) 從事再生業(yè)的著名公司有 Bertsche 工程公司 ayton 機(jī)床公司 Devlieg Bullavd 得寶 服務(wù)集團(tuán) US 設(shè)備公司等 美國得寶公司 已在中國開辦公司 在日本 機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝 Retrofitting 業(yè) 從 事改裝業(yè)的著名公司有 大隈工程集團(tuán) 崗三機(jī)械公司 千代田工機(jī)公司 野 崎工程公司 濱田工程公司 山本工程公司等 4 2 數(shù)控化改造的內(nèi)容 機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn) 其一是恢復(fù)原功能 對機(jī)床 生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù) 其 二是 NC 化 在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置 或加數(shù)控系統(tǒng) 改造成 NC 機(jī)床 CNC 機(jī)床 其三是翻新 為提高精度 效率和自動化程度 對機(jī)械 電氣部分 進(jìn)行翻新 對機(jī)械部分重新裝配加工 恢復(fù)原精度 對其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進(jìn)行更新 其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新 為提高性能或 檔次 或?yàn)榱耸褂眯鹿に?新技術(shù) 在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或 技術(shù)創(chuàng)新 較大幅度地提高水平和檔次的更新改造 4 3 數(shù)控化改造的優(yōu)缺 4 3 1 減少投資額 交貨期短 同購置新機(jī)床相比 一般可以節(jié)省 60 80 的費(fèi)用 改造費(fèi)用低 特別 是大型 特殊機(jī)床尤其明顯 一般大型機(jī)床改造 只花新機(jī)床購置費(fèi)用的 1 3 交貨期短 但有些特殊情況 如高速主軸 托盤自動交換裝置的制作與安裝過 于費(fèi)工 費(fèi)錢 往往改造成本提高 2 3 倍 與購置新機(jī)床相比 只能節(jié)省投資 50 左右 4 3 2 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠 結(jié)構(gòu)受限 所利用的床身 立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件 而不是那種焊接 構(gòu)件 改造后的機(jī)床性能高 質(zhì)量好 可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年 但是受 到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制 不宜做突破性的改造 4 3 3 熟悉了解設(shè)備 便于操作維修 購買新設(shè)備時 不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求 改造則不然 可以 外文資料翻譯 6 精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力 另外 由于多年使用 操作者對機(jī)床的特性早 已了解 在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短 見效快 改造的機(jī)床一安裝好 就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) 4 3 4 可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基 不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基 4 3 5 可以采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度 及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率 提高設(shè)備質(zhì)量和檔次 將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床 五 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型 改造時 應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇 5 1 步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電機(jī) 功率步進(jìn)電機(jī) 電液脈沖馬達(dá)等 由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖 經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后 使步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動 通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件 只要控制指令脈沖的數(shù)量 頻 率以及通電順序 便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動的位移量 速度和運(yùn)動方向 這種系 統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端 故稱之為開環(huán)系統(tǒng) 該系 統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度 齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距 精度 所以系統(tǒng)的位移精度較低 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 調(diào)試維修方便 工作可靠 成本低 易改裝成功 5 2 異步電動機(jī)或直流電機(jī)拖動 光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是 由光柵 感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的 實(shí)際位置反饋信號 隨時與給定值進(jìn)行比較 將兩者的差值放大和變換 驅(qū)動 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動 直到給定位置與反饋的實(shí) 際位置的差值等于零為止 閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜 成本 也高 對環(huán)境室溫要求嚴(yán) 設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難 但是可以獲得比開環(huán) 進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度 更快的速度 驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo) 可根據(jù)產(chǎn)品技 術(shù)要求 決定是否采用這種系統(tǒng) 5 3 交 直流伺服電機(jī)拖動 編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上 間接測量執(zhí)行部件的位置 它 只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差 因此 它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低 但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單 在將角位移檢測元件與速度檢測元件 外文資料翻譯 7 和伺服電機(jī)作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題 當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多 國外著名公司的如德國 SIEMENS 公司 日本 FANUC 公司 國內(nèi)公司如中國珠峰公司 北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng) 集團(tuán)公司 華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心 選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度 驅(qū)動電機(jī) 的功率和用戶的要求 六 數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝探討 一臺新的數(shù)控機(jī)床 在設(shè)計(jì)上要達(dá)到 有高的靜動態(tài)剛度 運(yùn)動副之間的 摩擦系數(shù)小 傳動無間隙 功率大 便于操作和維修 機(jī)床數(shù)控改造時應(yīng)盡量 達(dá)到上述要求 不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床 的要求 還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求 才能獲得 預(yù)期的改造目的 6 1 滑動導(dǎo)軌副 對數(shù)控車床來說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外 還要有良 好的耐摩擦 磨損特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時要有足夠的剛度 以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑 6 2 齒輪副 一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中 為了保證傳動精度 數(shù)控 機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高 在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動 因而改造時 機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求 以保證機(jī)床加工精度 6 3 滑動絲杠與滾珠絲杠 絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度 絲杠的選用主要取決于加工件的精度要 求和拖動扭矩要求 被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠 但應(yīng)檢查原絲 杠磨損情況 如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙 一般情況滑動絲 杠應(yīng)不低于 6 級 螺母間隙過大則更換螺母 采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格 較低 但難以滿足精度較高的零件加工 滾珠絲杠摩擦損失小 效率高 其傳動效率可在 90 以上 精度高 壽命 長 啟動力矩和運(yùn)動時力矩相接近 可以降低電機(jī)啟動力矩 因此可滿足較高 精度零件加工要求 6 4 安全防護(hù) 效率必須以安全為前提 在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施 外文資料翻譯 8 切不可忽視 滾珠絲杠副是精密元件 工作時要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒 進(jìn)入滾道 在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩 大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩 端面要密封好 絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動面損傷導(dǎo)軌 七 機(jī)床數(shù)控改造主要步驟 7 1 改造方案的確定 改造的可行性分析通過以后 就可以針對某臺或某幾臺機(jī)床的現(xiàn)況確定改 造方案 一般包括 7 1 1 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合 一般來說 需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床 都需進(jìn)行機(jī)械修理 要確定修理的要 求 范圍 內(nèi)容 也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求 內(nèi)容 還要確定電氣改造與機(jī)械修理 改造之間的交錯時間要求 機(jī)械性能的完好是 電氣改造成功的基礎(chǔ) 7 1 2 先易后難 先局部后全局 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙 仔細(xì)進(jìn)行 及時在圖紙上作出標(biāo)記 防止 遺漏或過拆 局部改造情況下 在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠 缺之處 應(yīng)及時補(bǔ)充與修正 拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類 妥善保管 以備 萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用 還有一定使用價值的 可作其他機(jī)床 備件用 切忌大手大腳 亂扔亂放 7 2 合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙 合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置 包括箱體固定 面板安放 線路走向和固定 調(diào)整元器件位置 密封及必要裝飾等 連線工作必須分工明 確 有人復(fù)查檢驗(yàn) 以確保連線工藝規(guī)范 線徑合適 正確無誤 可靠美觀 7 3 調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行 調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜 隨時記錄 以便發(fā)現(xiàn)和解決問題 調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度 防止人身 設(shè)備事 故發(fā)生 調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈 無多余物品 各運(yùn)動坐標(biāo)拖板處于全行程中 心位置 能空載試驗(yàn)的 先空載后加載 能模擬試驗(yàn)的 先模擬后實(shí)動 能手 動的 先手動后自動 7 4 驗(yàn)收及后期工作 驗(yàn)收工作應(yīng)聘請有關(guān)的人員共同參加 并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 改造 的后期工作也很重要 它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn) 驗(yàn)收 外文資料翻譯 9 及后期工作包括 7 4 1 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收 經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng) 機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求 幾 何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi) 7 4 2 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收 電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動作正常 靈敏可靠 控制精度應(yīng)用系統(tǒng)本 身的功能 如步進(jìn)尺寸等 與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具 如激光干涉儀 坐標(biāo)測量儀等 對照檢 查 達(dá)到精度范圍之內(nèi) 同時還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對比 獲得量化的指標(biāo)差 7 4 3 試件切削驗(yàn)收 可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn) 在有資格的操作工 編程人 員配合下進(jìn)行試切削 試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度 切削力 噪聲 運(yùn)動軌跡 關(guān)聯(lián)動作等 一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用 7 4 4 圖紙 資料驗(yàn)收 機(jī)床改造完后 應(yīng)及時將圖紙 包括原理圖 配置圖 接線圖 梯形圖等 資料 包括各類說明書 改造檔案 包括改造前 后的各種記錄 匯總 整理 移 交入檔 保持資料的完整 有效 連續(xù) 這對該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重 要的 7 4 5 總結(jié) 提高 每次改造結(jié)束后應(yīng)及時總結(jié) 既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平 也有利 于整個企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 八 數(shù)控改造幾個實(shí)例 1 用 SIEMENS 810M 改造 X53 銑床 1998 年 公司投入 20 萬元 用德國西門子 810M 數(shù)控系統(tǒng) 611A 交流伺 服驅(qū)動系統(tǒng)對公司的一臺型號為 X53 的銑床進(jìn)行 X Y Z 三軸數(shù)控改造 保 留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng) 改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪 傳動機(jī)構(gòu) 整個改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì) 電氣設(shè)計(jì) PLC 程序的編制與調(diào)試 機(jī)床大修 最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試 銑床改造后 加工有效行程 X Y Z 軸分 別為 880 270 280 mm 最大速度 X Y Z 軸分別為 5000 1500 800 mm min 手動 速度 X Y Z 軸分別為 3000 1000 500 mm min 機(jī)床加工精度達(dá)到 0 001mm 機(jī) 床的三坐標(biāo)聯(lián)動可完成各種復(fù)雜曲線或曲面的加工 外文資料翻譯 10 2 用 GSK980T 和步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)改造 C6140 車床 1999 年 公司投入了 8 萬元 采用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 GSK980T 數(shù)控 系統(tǒng) DY3 混合式步進(jìn)驅(qū)動單元對公司的一臺加長 C6140 車床的 X Z 兩軸進(jìn) 行改造 保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng) 改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸 絲桿及同步帶傳動機(jī)構(gòu) 整個改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì) 電氣設(shè)計(jì) 機(jī)床大修及 整機(jī)的安裝和調(diào)試 車床改造后 加工有效行程 X Z 軸分別為 390 1400 mm 最大速度 X Z 軸分別為 1200 3000 mm min 手動速度為 400mm min 手動快速 為 X Z 軸分別為 1200 3000 mm min 機(jī)床最小移動單位為 0 001mm 3 用 GSK980T 和交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)改造 C6140 車床 2000 年 用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 GSK980T 數(shù)控系統(tǒng) DA98 交流伺服單 元及 4 工位自動刀架對電機(jī)分廠的一臺 C6140 車床 X Z 兩軸進(jìn)行數(shù)控改造 保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng) 改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同 步帶傳動機(jī)構(gòu) 整個改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì) 電氣設(shè)計(jì) 機(jī)床大修及整機(jī)的安 裝和調(diào)試 車床改造后 加工有效行程 X Z 軸分別為 390 730 mm 最大速度 X Z 軸分別為 1200 3000 mm min 手動速度為 400mm min 手動快速為 X Z 軸 分別為 1200 3000 mm min 機(jī)床最小移動單位為 0 001mm 4 用 SIEMENS 802S 改造 X53 銑床 2000 年 公司投入 12 萬元 用德國西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng) 步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng) 對公司的另一臺型號為 X53 的銑床進(jìn)行 X Y Z 三軸數(shù)控改造 保留了原有 的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng) 改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動機(jī)構(gòu) 整個改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì) 電氣設(shè)計(jì) 機(jī)床大修 最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試 銑床改造后 加工有效行程 X Y Z 軸分別為 630 240 280 mm 最大速度 X Y Z 軸分別為 3000 1000 600 mm min 手動進(jìn)給速度 X Y Z 軸分別為 2000 800 500 mm min 最小移動單位為 0 001mm 九 數(shù)控改造中的問題和建議 通過幾臺機(jī)床的數(shù)控改造工作后 發(fā)現(xiàn)工作中也存在許多問題 主要表現(xiàn) 在 一是各部門 開發(fā)人員職責(zé)不明朗 組織混亂 嚴(yán)重影響了改造進(jìn)度 二是制定的工作進(jìn)程和計(jì)劃大多只是憑經(jīng)驗(yàn)制定 不太合理 三是相關(guān)人員的培訓(xùn)工作沒有到位 導(dǎo)致機(jī)床改造后工藝人員不會編程 操作人員對機(jī)床操作不熟練等問題 外文資料翻譯 11 綜合以上問題 有幾點(diǎn)建議 一是負(fù)責(zé)改造的員工職責(zé)明確 獎罰分明 充分調(diào)動員工的積極性 二是培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用和維護(hù)人員 選派人員外出進(jìn)修 學(xué)習(xí)先進(jìn)技 術(shù) 三是要注重用戶使用 維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn) 建立國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)資 源庫 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 前言 國外利用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制加工是從 40 年代開始的 1952 年美國麻省理工 學(xué)院在一臺立式銑床上裝了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng) 成功地實(shí)現(xiàn)同時控制三軸的運(yùn) 動 它成了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床 此后 從 60 年代開始 其他一些工業(yè)國家如 德國 日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床 1974 年微處理機(jī)直接用于數(shù)控機(jī) 床 進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展 隨著數(shù)控機(jī)床的功能越來越完 善 可靠性和性能越來越高 它在制造業(yè)中逐漸擔(dān)當(dāng)了越來越重要的角色 我國數(shù)控機(jī)床的研制是從 1958 年開始的 經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展 直至 80 年代 后引進(jìn)了日本 美國 西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后 我國的數(shù)控技術(shù)才 有質(zhì)的飛躍 應(yīng)用面逐漸鋪開 數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展 市場需求變的越來越多樣化 多品種 中小批量甚 至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重 普通機(jī)床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞 動生產(chǎn)率的要求 如果設(shè)備全部更新替換 不僅資金投入太大 成本太高 而且原 有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi) 如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快 特別是微電子技術(shù)和 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快 應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上 它既能提高機(jī)床的自動化程度 又能 提高加工精度 所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造 這樣既可以提高 加工生產(chǎn)率 改善加工工藝 還可以減少資金投入 減輕工人的勞動強(qiáng)度 縮短訂 購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期時間 實(shí)踐已經(jīng)證明普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造具有重 大的實(shí)際價值 為此 在舊有車床上進(jìn)行數(shù)控改造有著較好的市場前景 本課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐 將 CA6140 型普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 應(yīng)能 實(shí) 現(xiàn) CA6140 車床原有功能 在機(jī)床的精度 性能等方面除保持原來狀況外還有所提 高 在整個設(shè)計(jì)過程中滿足以下幾點(diǎn)要求 a 橫向 X 向 進(jìn)給脈沖當(dāng)量為 0 005mm 脈沖 b 進(jìn)給速度范圍 向 3 1000mm min 無級調(diào)速 快進(jìn)速度 X 向 1000 3000mm min 內(nèi)任意設(shè)定 c 原車床的主傳動系統(tǒng)予以保留 橫向進(jìn)給系統(tǒng)由微機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制 兩軸聯(lián) 動 d 刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架 具有切削螺紋的功能 e 改造方便 成本低 該設(shè)計(jì)的總體思路是采用以 8031 單片機(jī)為核心的數(shù)控裝置控制加工過程 微 機(jī)通過 I O 接口發(fā)出驅(qū)動脈沖 經(jīng)過光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制線路 驅(qū)動 控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號 并將該信號轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn) 電機(jī)各定子繞組依次通電 斷電的信號 使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動滾 珠絲杠轉(zhuǎn)動 從而使工作臺產(chǎn)生移動 實(shí)現(xiàn)縱向 橫向的進(jìn)給運(yùn)動 由于步進(jìn)電機(jī) 需要的驅(qū)動電壓較高 電流較大 如果將 I O 輸出信號直接與功率放大器相連 將 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 2 會引起強(qiáng)電干擾 輕則影響單片機(jī)程序運(yùn)行 重則導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞 所 以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路 實(shí)現(xiàn)電氣隔離 2 總體方案設(shè)計(jì) 由于該設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 在考慮具體方案時 應(yīng)遵守的基本原則是在滿 足使用要求的前提下 對機(jī)床的改動盡可能少 以降低成本 2 1 機(jī)械部分改造 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 拆掉原手動刀架和小拖板 安裝上數(shù)控刀架 拆掉普通 絲桿 光桿進(jìn)給箱和溜板箱 換上滾珠絲杠螺母副 保留原手動機(jī)構(gòu) 用于調(diào)整操 作 原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留 采用一級齒輪減速 步進(jìn)電機(jī) 齒輪箱體安裝在中拖 板的后側(cè) 2 2 數(shù)控系統(tǒng)部分設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng) 點(diǎn)位直線控制系統(tǒng) 連續(xù) 輪廓 控制 系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求 CA6140 車床要加工復(fù)雜零件輪廓 其各坐標(biāo)軸的運(yùn)動有著確定 的函數(shù)關(guān)系 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng) 采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制 因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單 設(shè)計(jì)制造容易 控制精度較好 容易調(diào)試 價格便宜 使用維修方便等優(yōu)點(diǎn) 開環(huán)控制多用于負(fù)載 變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中 采用簡易數(shù)控裝置 以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)在微機(jī)控制下的自動加工 其工作原理是 根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案 用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加 工程序 通過數(shù)控裝置上的鍵盤輸入微機(jī) 微機(jī)在監(jiān)控程序的管理下工作 并通過 專用控制程序 把用戶加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號 經(jīng)驅(qū)動電路放 大后驅(qū)動縱橫向二臺步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動 通過機(jī)械接口傳動絲杠實(shí)現(xiàn)刀架縱 橫兩個方 向的頻率 自動回轉(zhuǎn)刀架由單片機(jī)發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令 由自動刀架驅(qū)動電源驅(qū)動三 相電機(jī)使刀架松開 抬起 旋轉(zhuǎn)后再自動鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換刀過程 該經(jīng)濟(jì)型微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件 微機(jī)通過 I O 接口發(fā)出驅(qū) 動脈沖 經(jīng)過光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制線路 驅(qū)動控制線路接受來自數(shù)控 車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號 并將該信號轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通 電 斷電的信號 使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動滾珠絲杠傳動 絲杠轉(zhuǎn)動 使工作臺產(chǎn)生移動 光 電 隔 離 微 機(jī) 功 率 放 大 步進(jìn) 電 機(jī) 橫向工作臺 x x 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 圖 2 1 CA6140 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖 綜上所述 本設(shè)計(jì)改造的總體方案為 采用 MCS 51 單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處 理 由 I O 接口輸出步進(jìn)脈沖 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級齒輪減速后 帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動 從而實(shí)現(xiàn)縱向 橫向的進(jìn)給運(yùn)動 數(shù)控改造后的車床不僅提高了原車床的精度和自 動化程度 達(dá)到快速調(diào)整且仍能保持車床的通用性 而且提高了原車床的功能 利 用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 4 3 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì) 3 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3 1 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠 使刀架橫向運(yùn)動 步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上 用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來 以保證同軸度 提高傳動精度 3 1 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件 工作臺重 根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 W 30kgf 300N 時間常數(shù) T 25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L 4mm 左旋 行程 S 230mm 脈沖當(dāng)量 0 005mm stepp 步距角 0 75 step 快速進(jìn)給速度 max 1mm min A 切削力計(jì)算 查參考文獻(xiàn) 1 可得知 橫向進(jìn)給量為縱向的 1 2 1 3 取 1 2 則切削力約為縱 向的 1 2 F 1 2 152 76 76 38kgf 763 8N 3 z 1 在切斷工件時 F 0 5F 0 50 76 38 38 19kgf 381 9N 3 zz 2 B 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 a 強(qiáng)度計(jì)算 對于燕尾型導(dǎo)軌 P KFy f Fz W 3 3 取 K 1 4 f 0 2 則 P 1 4 38 19 0 2 76 38 30 74 74kgf 747 4N 3 4 壽命值 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 L 13 5 3 i610Tin6150 5 最大動負(fù)載 Q 1 2 1 74 74 213 55kgf 2135 5N 3 iL35 6 根據(jù)最大動負(fù)荷 Q 的值 可選擇滾珠絲杠的型號 查參考文獻(xiàn) 2 可知 選用 型號為 WL2004 2 5X1B 左 其額定動負(fù)荷為 6100N 所以強(qiáng)度足夠用 b 效率計(jì)算 螺旋升角 3 39 摩擦角 10 則傳動效率 0 956 3 tg 1038 t g 7 c 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 L 5 96 10 6cm 3 1EFL0 26719 0 214 347 8 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 L 2很小 可忽略 即 L L 所以 1 導(dǎo)程變形總誤差為 L 5 96 10 6 14 9 m m 3 oL104 9 查表知 E 級精度絲杠允許的螺距誤差 1m 長為 15 m m 故剛度足夠 d 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同 而支承方式由原來的一端固定 一端懸空 變?yōu)橐欢斯潭?一端徑向支承 所以穩(wěn)定性增強(qiáng) 故不用驗(yàn)算 C 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 a 有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動比 i 3 poL 36067 1350 47 10 故取 Z 18 Z 3012 m 2mm b 20mm 20 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 6 d 36mm d 60mm 12 d 40mm d 64mmaa a 48mm b 轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 JI 2W 2 30 0 01 0 0439kgf cm2 3 p18075 01438 11 絲杠轉(zhuǎn)動慣量 JS 7 8 10 4 24 50 0 624kgf cm2 3 12 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 J 7 8 10 4 3 64 2 0 262kgf cm2 3 1z 13 J 7 8 10 4 64 2 2 022kgf cm2 3 2z 14 電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略 因此 總的轉(zhuǎn)動慣量 J 0439 26 0 624 531122 IZSJJi 1 258kgf cm2 3 15 c 所需轉(zhuǎn)動力矩計(jì)算 n 41607r min 3 maxoLi 43 510 16 M N m 2 23kgf cm 3 max 2184 0025 697418106 944a TiJ 17 3 min 7 341 3 1 rDLfifnoot 主 18 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 m 0 1775kgf cm 3 NMat 0174 025 6917384 19 3 iLFof mNckgfif W 028 287 05 1432 20 3 01 c kgf16 09 58 014369 1i6M22oYo 20 3 mNckgfiLFoYt 179 0 2 58 014329 22 所以 快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩 3 cckgfMofa 3 26 63 21 0287 3mx 23 切削時所需力矩 cm N04 2c kgf40 28 16 0287 14 0tofat 3 24 快速進(jìn)給時所需力矩 3 cmNckgfMof 03 4 403 16 287 0 25 從以上計(jì)算可知 最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時 2 633kgf cm 26 33N cmaxM 3 1 3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 C6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 3 cmNMLoq 285 64 0132 26 電動機(jī)選用三相六拍工作方式 查參考文獻(xiàn) 1 表 7 2 知 3 86 0 imq 27 所以 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 為 iM CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 8 3 28 cmNMqim 01 768 256 0 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 3 Hzfp3 05 1axma 29 為了便于設(shè)計(jì)和計(jì)算 選用 110BF003 型三相六拍步進(jìn)電機(jī) 能滿足使用要求 3 2 數(shù)控車床的傳動裝置設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的傳動裝置是指將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運(yùn)動的整個機(jī) 械傳動鏈及其附屬機(jī)構(gòu) 包括絲杠螺母副 導(dǎo)軌 工作臺等 在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié) 技術(shù)領(lǐng)域 傳動裝置是伺服系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié) 因此 數(shù)控車床的傳動裝置與 普通車床中傳動裝置在概念上有重要差別 它的設(shè)計(jì)與普通車床傳動裝置的設(shè)計(jì)不 同 數(shù)控車床傳動裝置的設(shè)計(jì)要求除了具有較高的定位精度之外 還應(yīng)具有良好的 動態(tài)特性 即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快 穩(wěn)定性要好 為確保數(shù)控車床進(jìn)給系 統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性 在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動裝置時 通常提出了無間隙 低摩擦 高剛度等要求 為了達(dá)到這些要求 采取主要措施如下 a 盡量采用低摩擦的傳動 以減少摩擦力 b 鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度 c 量消除傳動間隙 減少反向死區(qū)誤差 3 2 1 螺旋傳動 A 概述 螺旋傳動主要用來把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動 或把直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動 其 中 有以傳遞能量為主的傳力螺旋 有以傳遞運(yùn)動為主 并要求有較高傳動精度的 傳動螺旋 還有調(diào)整零件相互位置的調(diào)整螺旋 螺旋傳動機(jī)構(gòu)又有滑動絲杠螺母 滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu) 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)中 螺旋傳動主要用來實(shí)現(xiàn)精密進(jìn)給運(yùn)動 并廣 泛采用滾珠絲杠副傳動機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠副傳動是在具有螺旋滾道的絲杠和螺母間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠 這些 滾珠作為中間傳動件 使螺桿和螺母之間的摩擦由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的一種傳 動裝置 它由絲杠 螺母 滾珠及滾珠循環(huán)返回裝置等四個部分組成 當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動 螺母移動時 滾珠則沿螺桿螺旋滾道面滾動 在螺桿上滾動數(shù)圈后 滾珠從滾道的 一端滾出并沿返回裝置返回另一端 重新進(jìn)入滾道 從而構(gòu)成閉和回路 B 滾珠絲杠副傳動的特點(diǎn) a 傳動效率高 摩擦損失小 b 給予適當(dāng)預(yù)緊 可消除絲杠和螺母的螺紋間隙 反向時就可以消除空程死區(qū) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 定位精度高 剛度好 c 啟動力矩小 運(yùn)動平穩(wěn) 無爬行現(xiàn)象 傳動精度高 同步性好 d 有可逆性 可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動 也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動 即絲杠和螺母都可以作為主動件 e 磨損小 使用壽命長 精度保持性好 f 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高 表面粗糙度值別 別小 故制造成本高 g 不能自鎖 特別是對于垂直絲杠 由于中立的作用 下降時當(dāng)傳動切斷后 不能立刻停止運(yùn)動 所以需要添加制動裝置 C 滾珠絲杠副的支承方式 為了滿足高精度 高剛度進(jìn)給系統(tǒng)的需要 必須充分重視滾珠絲杠副支承的設(shè) 計(jì) a 一端固定 一端自由 a 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都很低 b 結(jié)構(gòu)簡單 c 軸向剛度小 d 適用于較短的滾珠絲杠安裝和垂直的滾珠絲杠安裝 b 兩端鉸支 a 結(jié)構(gòu)簡單 b 軸向剛度小 c 適用于對剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝 d 對絲杠的熱伸長較敏感 e 適用于中等回轉(zhuǎn)速度 c 一端固定 一端鉸支 a 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都較高 適用于中等回轉(zhuǎn)速度 b 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜 c 軸向剛度大 d 適用于對剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠安裝 e 推力球軸承應(yīng)安置在離熱源 步進(jìn)電機(jī) 較遠(yuǎn)的一端 d 兩端固定 a 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性最高 適用于高速回轉(zhuǎn) b 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊 絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊 力 c 軸向剛度最大 d 適用于對剛度和位移精度要求高的滾珠絲杠安裝 e 適用于較長的絲杠安裝 綜上所述 本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠副支承方式由原來的一端固定 一端懸空 變?yōu)?一端固定 一端徑向支承 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 10 D 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整 滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙 為了保證反向傳動精度和軸向剛度 必須消 除軸向間隙 消除間隙的方法采用雙螺母結(jié)構(gòu) 利用兩個螺母的相對軸向位移 使 兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上 用這種方法預(yù)緊 消除軸向間隙時 應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大 預(yù)緊力大會使空載力矩增加 從而降低 傳動效率 縮短使用壽命 此外 還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙 3 2 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) A 軸 CAJJX6140 02 04 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由前面滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)可知 滾珠絲杠的直徑為 20mm 由于絲杠與軸 CAJJX6140 02 04 通過聯(lián)接套聯(lián)接 考慮到軸的加工方便性和整體的連貫性 軸 CAJJX6140 02 04 的軸身部分直徑與滾珠絲杠的直徑相同 均為 20mm 其長度根 據(jù)原車床實(shí)際需要的尺寸而定 軸頸部分直徑為 17mm 圖 3 1 軸 CAJJX6140 02 04 B 軸 CAJJX6140 02 08 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮與軸承內(nèi)經(jīng)的配合 所以該軸兩端支承部分直徑為 17mm 由于該軸需與法 蘭盤聯(lián)接 而且該軸相對較長 因此在設(shè)計(jì)時為了方便安裝 降低裝配難度 將軸 身部分增加一個軸肩 直徑適當(dāng)減小 使其有一過渡 軸身直徑為 15mm 因?yàn)樵撦S 的右端還需安裝一個透蓋 用雙螺母對其緊固 軸與透蓋用一鍵使其周向固定 查 參考文獻(xiàn) 3 可知 根據(jù)軸的直徑選用型號為 GB T1098 1979 的鍵 鍵槽寬度為 3mm 深度為 3 8mm 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 圖 3 2 軸 CAJJX6140 02 08 3 2 3 透蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 透蓋的內(nèi)徑和長度由與之配合的軸 CAJJX6140 02 08 的直徑和長度決定 所以 透蓋的直徑為 16mm 長 33mm 因?yàn)檫x用型號為 GB T1098 1979 的鍵 查參考文獻(xiàn) 3 可 知 轂 t1 1 4mm 上偏差為 0 1 下偏差為 0 外圓的直徑由法蘭盤的直徑?jīng)Q定 為 96mm 圖 3 3 透蓋 CAJJX6140 02 01 3 2 4 螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 螺母座的長度根據(jù)滾珠螺母的長度而定 螺母座與滾珠螺母通過鍵進(jìn)行軸向固 定 查參考文獻(xiàn) 4 可知 該鍵型號選用 GB T1096 1979 4 4 30 滾珠絲杠副通 過螺母座帶動工作臺移動 因此螺母座通過螺釘與工作臺聯(lián)接 查參考文獻(xiàn) 4 可 知 螺釘型號選用 GB T70 1985 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 12 圖 3 4 螺母座 CAJJX6140 02 07 3 3 自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì) 自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵 在進(jìn)行普通車床的 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造時 多采用外購自動轉(zhuǎn)位刀架 由微機(jī)控制的自動轉(zhuǎn)位刀架具有重 復(fù)定位精度高 工件剛性好 性能可靠 使用壽命長以及工藝性好等特點(diǎn) 自動轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計(jì)時 刀架要能自動完成抬起 回轉(zhuǎn) 選位 下降 定位和壓 緊 即要設(shè)計(jì)出合理的機(jī)構(gòu)又要檢測出個順序動作的電信號 以便由控制系統(tǒng)加以控 制 刀架的回轉(zhuǎn)常采用微電機(jī)通過蝸輪蝸桿使刀架抬到一定高度時 由撥塊帶動刀 架轉(zhuǎn)動 刀架的選位由刀架位置的編碼和微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn) 這里選用的是 LD4 1 型自動刀架 其工作原理是由微機(jī)發(fā)出換刀信號 使微電 機(jī)正轉(zhuǎn) 通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體升至一定位置時 離合轉(zhuǎn)盤起作用 帶動 上刀體旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)到所選刀位 發(fā)信盤發(fā)出刀位信號 使微電機(jī)反轉(zhuǎn) 反靠初定位 上 刀體下降 齒牙盤嚙合 完成精定位 并通過蝸輪蝸桿 鎖緊螺母 使刀架固緊 當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時 過流繼電器動作 切斷電源 電機(jī)停轉(zhuǎn) 并向微 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 機(jī)發(fā)出回答信號 開始執(zhí)行下道工序 刀架的動作順序簡明地表示為 微電機(jī) 減速機(jī)構(gòu) 升降機(jī)構(gòu) 上刀體上升轉(zhuǎn)位 信號符合 粗定位機(jī)構(gòu) 上刀 體下降 精定位 刀體鎖緊 微電機(jī)停轉(zhuǎn) 換刀回答信號 加工順序執(zhí) 行 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 14 4 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 概述 數(shù)控機(jī)械的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行驅(qū)動元件 因此又稱為開換 步進(jìn)控制系統(tǒng) 由于這種系統(tǒng)不使用位置 速度檢測和反饋裝置 沒有閉環(huán)控制系 統(tǒng)中的穩(wěn)定性問題 因此具有結(jié)構(gòu)簡單 使用維護(hù)方便 可靠性高 制造成本低等 一系列優(yōu)點(diǎn) 適用于精度要求不太高的中小型數(shù)控設(shè)備 開環(huán)系統(tǒng)主要由脈沖分配 器 驅(qū)動電源 步進(jìn)電機(jī)組成 步進(jìn)電機(jī)是一種多相脈沖電機(jī) 它的各相繞組必須按一定的規(guī)律輪流供電 步 進(jìn)電機(jī)才能按一定的方向旋轉(zhuǎn) 為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各繞組間有規(guī)律輪流供電 可以采 用硬件邏輯來實(shí)現(xiàn) 也可以用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)通過運(yùn)算不斷地向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖分配信號 這樣就使步進(jìn)電機(jī)朝一 個方向不斷轉(zhuǎn)動 單片機(jī)發(fā)出的脈沖速度快 步進(jìn)電機(jī)也轉(zhuǎn)得快 單片機(jī)發(fā)出的脈 沖速度慢 步進(jìn)電機(jī)也轉(zhuǎn)得慢 這樣單片機(jī)就可以通過改變輸出脈沖的速度來改變 步進(jìn)電機(jī)的速度 單片機(jī)還可以通過改變脈沖分配的順序來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向 再通過機(jī)械傳動使電機(jī)的轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)角變?yōu)楣ぷ髋_的進(jìn)退 移動速度和位移量 單片機(jī)就是這樣通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)來控制工作臺運(yùn)動的 由于單片機(jī)脈沖輸出的脈沖功率很小 不足以推動步進(jìn)電機(jī) 因而必須有一個 把脈沖信號放大到足以推動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的放大器 這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源 由 于步進(jìn)電機(jī)是一個電感性負(fù)載 電流的上升率受電感大小的影響而在高頻運(yùn)行時扭 矩將有較大的下降 所以在設(shè)計(jì)驅(qū)動電源時必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣唠娏鞯纳仙?率以保證運(yùn)行時有足夠的扭矩 由此可見步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的性能好壞 將對開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的性能起很重要的作用 CPU I O 接口 光電隔 離 功率放 大 步進(jìn)電 機(jī) RAM ROM 外 設(shè) 鍵盤 顯示器 圖 4 1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 4 2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ) 其性 能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能 有了硬件 軟件才能有效的運(yùn)行 機(jī)床數(shù) 控系統(tǒng)硬件電路概括起來由 CPU 總線 存儲器以及 I O 接口四部分組成 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 存 儲器用于存放系統(tǒng)軟件 應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù) I O 接口是系統(tǒng)與 外界進(jìn)行信息交換的橋梁 總線則是 CPU 與存儲器 接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接 的紐帶 是 CPU 與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路 4 2 1 微機(jī)機(jī)型和擴(kuò)展存儲器的選擇 確定微機(jī)機(jī)型就是選擇 CPU 單片機(jī)價格低 可靠性較高 適用于控制 選擇 單片機(jī)做控制器比較合適 根據(jù)總體方案的確定 微機(jī)采用 MCS 51 系列單片機(jī) 51 系列有三種型號 8031 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(jì)就采用 8031 單片機(jī) 8031 單片機(jī)是美國 Intel 公司的產(chǎn)品 MCS 51 系列單片機(jī)的一個型號 是目前 性能較高的 8 位單片微型計(jì)算機(jī) 8031 單片機(jī)內(nèi)部包含一個 8 位 CPU 128 字節(jié)的 RAM 兩個 16 位定時器 四個八位并行口 一個全功能串行口 可擴(kuò)展的外部程 序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量為 64K 字節(jié) 具有 5 個中斷源并配有兩個優(yōu)先級 還 有 21 個特殊功能寄存器 所以 8031 單片機(jī)是一種理想的 8 位微型計(jì)算機(jī) 在各種數(shù)控系統(tǒng)中的到廣泛 的應(yīng)用 8031 單片機(jī)是一個有 40 根引腳的雙列直插式器件 P0 口 8 位雙向 I O 口 既是數(shù)據(jù)線 又是低 8 位地址線 分時使用 P1 口 8 位雙向 I O 口 可供用戶使用的接口 P2 口 8 位雙向 I O 口 系統(tǒng)外部存儲器擴(kuò)展時 作高 8 位地址線使用 系統(tǒng) 不需要擴(kuò)展時 也可以供用戶使用 P3 口 8 位雙向 I O 口 是一個雙功能口 ALE PROG 訪問外部存儲器時 用于鎖存地址線低 8 位字節(jié)的地址鎖存允許 輸出 ALE 提供一個定時信號 在與外部存儲器存取數(shù)據(jù)時把 P0 口的低位地址字 節(jié)鎖存到外接的鎖存器中 這個引腳也是 EPROM 編程時的編程脈沖輸入端 PROG EA VDD EA 為高電平時 CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令 EA 為低電平時 CPU 執(zhí)行外部程序存儲器指令 使用 8031 單片機(jī)時 EA 必須接地 8031 單片機(jī)內(nèi)只有 128 字節(jié)的 RAM 沒有 ROM 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)需要的程序存 儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量都較大 必須外接程序存儲器 EPROM 和數(shù)據(jù)存儲器 RAM 芯片 A 程序存儲器的擴(kuò)展 a 選用 27128 芯片 常用的 EPROM 存儲器有 2716 2732 2764 27128 27256 等 容量分別為 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 16 2K 4K 8K 16K 32K 由于車床數(shù)控系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制程序和加工程序 采用 16KB 8 的 27128 芯片 可與單片機(jī)所選的 12MHz 時鐘相匹配 27128EPROM 芯片是一個有 28 根引腳的雙列直插式集成元件 該芯片共有 14 根 地址線 A0 A13 8 根數(shù)據(jù)線 D0 D7 其余的為控制線 27128 低八位地址線和 74LS373 的輸出端連接 高六位地址線直接與 8031 的 P2 0 P2 5 連接 它的八位數(shù)據(jù)線直接與 8031 的 P0 口連接 ROM 的尋址范圍為 0000H 3FFFH 并且采用譯碼器 使地址范圍無重疊區(qū) b 地址鎖存器 74LS373 單片機(jī)規(guī)定 P0 口提供低 8 位地址線 同時又要作為數(shù)據(jù)線 所以 P0 是一個分 時輸出低 8 位地址和數(shù)據(jù)的通道口 為了把地址信息分離出來保存 提供外接存儲 器的低 8 位地址信息 通常采用 74LS373 作為地址鎖存器 除 74LS373 外 74LS273 8282 8212 等芯片也可用作地址鎖存器 使用時接 法稍有不同 由于接線稍繁 多用硬件和價格稍貴 故不如 74LS373 用得普遍 74LS373 作為地址鎖存器 D1 D8 是輸入端 Q1 Q8 是輸出端 CE 是片選端 片 選端 G 與 8031 單片機(jī)的地址鎖存信號 ALE 連接 當(dāng)片選端 G 1 時 74LS373 的輸出 端與輸入端相通 當(dāng) G 端從高電平返回低電平 下降沿 時 輸入的地址信息就被 鎖入 Q1 Q8 中 B 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 a 選用 62256 芯片 數(shù)據(jù)存儲器選用 32K 8 位的 62256 芯片 其地址范圍為 6000H 7FFFH 它的 22 腳當(dāng) CS 為高 自己也在高電平時 具有自動提供刷新 RFSH 的功能 也采用譯碼 器 使其無重疊區(qū)的地址范圍 b 地址譯碼器 74LS138 外部芯片都通過總線與單片機(jī)連接 單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時地與各個外部芯片進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳送 故需進(jìn)行片選控制 若芯片內(nèi)有多個地址單元時 還要進(jìn)行片內(nèi)地址 選擇 8031 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的地址譯碼規(guī)定 外部擴(kuò)展芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址 所以外部芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲器一定數(shù)量的地址單元 而且要使用讀 寫信號與 讀 寫指令完成數(shù)據(jù)傳送 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控硬件結(jié)構(gòu)中采用全地址譯碼方式 所謂全地址譯碼是 低位地址作 為片內(nèi)地址 高位地址用譯碼器譯碼 譯碼器輸出的地址選擇信號作為片選線連至 每個外部芯片的片選端 地址譯碼常用 74LS138 譯碼器 G1 G2A 和 G2B 是賦能端 A B C 是選擇端 Y0 Y7 是輸出端 74LS138 地址譯碼電路輸入端出占用了 8031 單片機(jī)的 P2 5 P2 7 三根高位地 址線 剩余的 13 根地址線用作數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)地址線 74LS138 譯碼器每一個輸出 端可接一個外部芯片的片選端實(shí)現(xiàn)分時片選控制 因此 一個 74LS138 譯碼器的 8 根輸出端可以連接 8 個 8K 字節(jié)地址空間 單片機(jī)的讀 寫信號經(jīng)過與門后控制譯碼 器的賦能端 G2A G2B 這就保證只有在讀 寫狀態(tài)時譯碼器輸出端才會輸出片選 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 4 2 2 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 鍵盤需要 32 個鍵 采用矩 陣式鍵盤 需 12 個 I O 口 顯示器采用 6 個 LED 需 6 個 I O 接口 兩個三相步進(jìn) 電機(jī) 采用軟件環(huán)行分配器 需 6 個 刀架需 4 個 緊急停需 1 個 采用一片 8279 芯片和一片 8255A 即可 鍵盤 顯示器接口采用 8279 芯片 因?yàn)?8279 芯片是專用的鍵盤 顯示器接口芯 片 還可以編程 8279 芯片具有消顫 去抖動 雙鍵同時按下保護(hù)功能 顯示控 制亦按掃描方式工作 可以顯示 8 或 16 個數(shù)碼 字符 LED 的個數(shù)應(yīng)滿足顯示值 的要求和便于顯示 8279 與單片機(jī) 8031 的連接無特殊要求 除數(shù)據(jù)線 RESET WR RD 直接連 接外 CS 與 74LS138 譯碼器輸出線 Y1 相連 8279 的 IRQ 經(jīng)反相器與 8031 的中斷 請求輸人線 INT1 相連 時鐘輸人端 CLK 與 8031 的地址鎖存控制端 ALE 相連 8279 鍵盤最大可配置 8 8 個鍵 實(shí)際用了 32 個鍵 掃描線信號為 SL0 SL2 經(jīng) 74LS138 譯碼器輸出的 4 個列選信號 接入鍵盤列線 鍵盤行查詢用了 RL0 RL7 的 8 根回饋線 接人鍵盤行線 8279 配置的 8 位共陰極 LED 顯示器 其字位線由 掃描線 SL0 SL2 經(jīng)譯碼器 驅(qū)動器提供 字段線由 OUTA0 OUTBA3 OUTB0 OUTB3 通過驅(qū)動器提供 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為四個部分 a 數(shù)據(jù)總線緩沖器 是一個 8 位的雙向三態(tài)驅(qū)動器 用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線 相 連 b 讀 寫控制邏輯 根據(jù)單片機(jī)的地址信息 A1 A0 與控制信息 RD WR RE SET 控制片內(nèi)數(shù)據(jù) CPU 控制字 外設(shè)狀態(tài)信息的傳送 c 控制電路 根據(jù) CPU 送來的控制字使所管 I O 接口按一定工作方式工作 對 C 口甚至可按位實(shí)現(xiàn) 置位 或 復(fù)位 d 并行 I O 接口 有 A B C 三個端口 A 口 可編程為 8 位輸入 或 8 位輸出 或雙向傳送 B 口 可編程為 8 位輸入 或 8 位輸出 按不能雙向傳送 C 口 可分為兩個 4 位口 用于輸入或輸出 也可用作 A 口 B 口的狀態(tài)控制 信號 8255A 的 D0 D7 依次與 8031 的 P0 0 P0 7 連接 RD WR RESET 與 8031 的同名引腳相連 A0 A1 兩跟地址線與鎖存器 74LS373 輸出的最低 2 位連接 自 單片機(jī)接受地址信息 控制信息 在數(shù)據(jù)總線與端口間傳送數(shù)據(jù) 狀態(tài)控制信號 也自數(shù)據(jù)總線接受控制字 4 2 3 鍵盤接口設(shè)計(jì) 首先判斷鍵盤上有無鍵閉合 先送 8255 的 PA 口一個數(shù)據(jù)為 00H 使列線 PA0 PA7 的電平均為 0 然后讀 PB 口的 PB0 PB2 的狀況 若不全為 1 則有鍵 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 18 閉合 此時延時 10ms 去掉抖動后再判斷有無鍵閉合 如無則繼續(xù)掃描 如有則判 斷按下的鍵號 如確定有鍵按下時 便開始計(jì)算鍵值 當(dāng)采用 8 行 4 列的鍵盤時 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 首先判斷是哪 一行有鍵閉合 若第一行有鍵閉合 設(shè)置初值為 00H 若第二行有鍵閉合 則設(shè)置 初值為 04H 依次類推 接著對列線進(jìn)行掃描以判斷是哪一列閉合 方法上使 PA0 對應(yīng)的列線輸出低電平 其余均為高電平 判斷一下是否第一列有鍵閉合 如有則 列計(jì)數(shù)為 00H 與初值相加則為鍵值 也即是鍵盤的鍵號 如無則把低電平移到第 二列上再判斷 直到四列線全判斷完畢 找出列線為止 然后計(jì)算鍵值 最后可根 據(jù)鍵號跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口 0 列掃描線 KEY 有鍵按下 延時 10ms 有鍵按下 計(jì)算行值 掃描各列鍵盤線 求出列值 計(jì)算鍵值 轉(zhuǎn)各鍵功能 功 能 1 功 能 2 功 能 3 功 能 32 圖 4 2 鍵盤程序框圖 4 2 4 顯示電路設(shè)計(jì) 數(shù)碼顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中的廉價輸出設(shè)備 它由若干個發(fā)光二極管組成 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 的 當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時 相應(yīng)的一個點(diǎn)或一個筆畫發(fā)亮 控制不同組合的二極管 導(dǎo)通 就能顯示出各種字符 發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 陰 極連在一起的稱為共陰極顯示器 這種筆畫式的七段顯示器 能顯示的字符數(shù)量較 少 但控制簡單 使用方便 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器 掃描 對于每一位顯示器來說 每隔一段時間點(diǎn)亮一次 顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān) 也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時 間的比例有關(guān) 調(diào)整電流和時間參數(shù) 可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示 若顯示的為 數(shù)不大于 8 位 則控制顯示器公共極電位只需一個 8 位并行口 稱為掃描口 控 制各個顯示器所顯示的字形也需一個公用的 8 位口 稱為數(shù)據(jù)口 在 8031RAM 中設(shè)置 6 個顯示緩沖單元 79H 7EH 分別存放 6 位顯示器的顯示數(shù) 據(jù) 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 8255 的 B 口輸出相應(yīng)位 陰極為低 顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段 使某 一位顯示出一個字符 其它位為暗 依次地改變 A 口輸出為高的位 B 口輸出對應(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 4 3 軟件設(shè)計(jì) 車床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用工作中 軟件設(shè)計(jì)是一個重要方面 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 軟件設(shè)計(jì)工作 按其功能可 分二類 一類是執(zhí)行軟件 它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能 另一類是監(jiān)控 管理 軟 件 它是控制微機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序 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 習(xí)慣上把鍵盤解釋程序作為監(jiān)控程序 其它任務(wù)都 分散在特定功能的執(zhí)行程序中 并由監(jiān)控程序來調(diào)用必要的功能模塊 完成預(yù)定的 任務(wù) 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時 應(yīng)從全局著眼 先將整個系統(tǒng)的任務(wù)按功能分成一個一個 的模塊 并為每一個執(zhí)行模塊定義 然后設(shè)計(jì)出每一個具體模塊的程序 最后組成 一個系統(tǒng) 不僅整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性 而且其模塊內(nèi)部也可以 分為小模塊 模塊特性對測試很有利 功能擴(kuò)充也很方便 要增加新功能 只要增 加新模塊就能實(shí)現(xiàn) 像搭積木一樣 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 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 20 數(shù)控系統(tǒng) 加工程序 管理與操作模塊 插 補(bǔ) 功 能 間 隙 補(bǔ) 償 步 進(jìn) 電 機(jī) 控 制 速 度 控 制 環(huán) 行 分 配 管理模塊 程序設(shè)計(jì) 自動換刀 程序設(shè)計(jì) 鍵 盤 程 序 顯 示 程 序 鍵 盤 診 斷 中 斷 功 能 診 斷 圖 4 3 數(shù)控系統(tǒng)框圖 4 3 1 插補(bǔ)原理及其程序設(shè)計(jì) A 概述 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 使刀具相對工件沿著指定的路徑 運(yùn)動 切削零件的輪廓 并保證切削過程中的每一點(diǎn)的精度和表面粗糙度符合一定 的要求 每一方向的進(jìn)給運(yùn)動是靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動拖板產(chǎn)生的 而步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動則 是靠數(shù)字脈沖來控制的 一個脈沖能使拖板產(chǎn)生的位移量或最小增量 常用 x y 表示 因而 知道了平行于軸向的加工輪廓長度 就可換算成步進(jìn)電機(jī)控 制脈沖總數(shù) 從而完成零件加工 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)中采用的插補(bǔ)運(yùn)算方法有多種多樣 常用的 方法有如下幾種 a 數(shù)字乘法器 b 逐點(diǎn)比較法 c 數(shù)字積分法 d 比較積分法 e 矢量判別法 f 最小偏差法 這些插補(bǔ)方法各有其長處和短處 并且不斷發(fā)展和完善 其中 較為成熟并得 到廣泛應(yīng)用的是逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法 B 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)方法及其程序設(shè)計(jì) 逐點(diǎn)比較法的插補(bǔ)原理是 計(jì)算機(jī)在控制加工軌跡過程中 每當(dāng)?shù)都?拖板 向某一方向移動一步 就要進(jìn)行一次偏差計(jì)算和偏差判斷 就是比較加工點(diǎn)同要求 加工軌跡相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)之間的偏離程度 然后根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動方 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 向 使刀尖始終緊靠要求的加工輪廓線運(yùn)動 起到步步逼近的效果 這種插補(bǔ)方法 的特點(diǎn)在于每控制刀尖移動一步時 都要完成四個工作節(jié)拍 即 a 偏差判別 判別刀具當(dāng)前位置相對于給定輪廓的偏離情況 以此決定刀具移 動 方向 b 進(jìn)給 根據(jù)偏差判別結(jié)果 控制刀具相對于工件輪廓進(jìn)給一步 即向給定的 輪 廓靠攏 減少偏差 c 偏差計(jì)算 由于刀具進(jìn)給已改變了位置 因此應(yīng)計(jì)算出刀具當(dāng)前位置的新 差 為下次判別作準(zhǔn)備 d 終點(diǎn)判斷 判別刀具是否已到達(dá)被加工輪廓線段的終點(diǎn) 若已到達(dá)終點(diǎn) 則 停 止插補(bǔ) 否則繼續(xù)插補(bǔ) 逐點(diǎn)比較法是我國數(shù)控裝置中經(jīng)常采用的一種插值運(yùn)算方法 采用這種方法不 僅可以加工直線輪廓 也可以加工圓弧曲線輪廓 其算法特點(diǎn)是 運(yùn)算直觀 插補(bǔ) 誤差小于一個脈沖量 輸出均勻 而且輸出脈沖的速度變化小 調(diào)節(jié)方便 表 4 1 直線插補(bǔ)偏差計(jì)算 F 0 F 0線型 進(jìn)給 偏差計(jì)算 進(jìn)給 偏差計(jì)算 L1 L3 x x F F ye y y F F xe L2 L4 y y F F xe x x F F ye a 設(shè) PIO 端口為輸出狀態(tài) 其中 A 口控制 x 方向步進(jìn)電機(jī) B 口控制 y 方向 電 機(jī) 步進(jìn)電機(jī)均為三相六拍 b 數(shù)據(jù)單元 設(shè) xe 與 ye 均小于 128 2900H 單元放 x 2901H 單元放 y 2801H 為 x 向步進(jìn)電機(jī)控制碼首址 2811H 為 y 向步進(jìn)電機(jī)控制碼首址 c 控制狀態(tài)標(biāo)志 2820H 中 D0D2 分別為 xy 向步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)停控制位 0 為停 為轉(zhuǎn) D1D3 分別為 xy 向的正反轉(zhuǎn)控制位 0 為反轉(zhuǎn) 1 為正轉(zhuǎn) d 加工各種線型都從原點(diǎn) 0 0 開始 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 22 開始 初始化 輸代碼 置狀態(tài)標(biāo)志 F 0 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X F F YE X X 1 F F XE Y Y 1 F F XE Y Y 1 F F YE X X 1 F F YE X X 1 F F XE Y Y 1 F F XF Y Y 1 F F YE X X 1 F 0 F 0 F 0 L1 L2 L3 L1 N N N N NNN 轉(zhuǎn)監(jiān)控 N 判終到 停 機(jī) N Y Y YY Y 圖 4 4 直線插補(bǔ)程序框圖 4 3 2 步進(jìn)電機(jī)的控制及其程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電機(jī) 是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁 機(jī)械裝置 是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件 當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)一個電 脈沖信號時 步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)動一個步距角 如按一定規(guī)律給步進(jìn)電機(jī)一串連續(xù)電脈 沖信號 步進(jìn)電機(jī)便一步一步地連續(xù)旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn) a 位移量與輸入電脈沖數(shù)有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系 步距誤差不會積累 b 穩(wěn)定運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系 c 控制性能好 在一定的頻率下 能按控制脈沖的要求快速起 停和反轉(zhuǎn) 改 變 控制脈沖頻率 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著變化 并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié) d 控制系統(tǒng)簡單 工作可靠 成本低 但其控制精度受到步距腳的限制 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 所以 步進(jìn)電機(jī)廣泛用于數(shù)模轉(zhuǎn)換 速度控制和位置控制系統(tǒng)中 是開環(huán)數(shù)控 系統(tǒng)的理想執(zhí)行元件 步進(jìn)電機(jī)的控制主要由脈沖分配和驅(qū)動電路兩部分組成 步進(jìn)電機(jī)脈沖控制任 務(wù)主要有三點(diǎn) 一是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向 二是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 三是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角 步數(shù) 控制輸送給電機(jī)的脈沖數(shù)就控制了電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角數(shù) 控制輸送的脈沖頻率可 以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向必須控制輸送脈沖給電機(jī)繞組的順序分配 這 種分配稱為環(huán)行分配 三相六拍的通電順序?yàn)?正轉(zhuǎn) A AB B BC C CA 反轉(zhuǎn) A AC C CB B BA 表 4 2 三相六拍步進(jìn)電機(jī)通電方式的控制數(shù)學(xué)模型 節(jié) 拍 控 制 模 型 正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) 通 電 相 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 6 A 00000001 01H 2 5 AB 00000011 03H 3 4 B 00000010 02H 4 3 BC 00000110 06H 5 2 C 00000100 04H 6 1 CA 00000101 05H A 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì) 只要給步進(jìn)電機(jī)各相繞組按規(guī)定的控制模型輸出時序脈沖 步進(jìn)電機(jī)就能按一 定的方向轉(zhuǎn)動 在數(shù)控技術(shù)中 經(jīng)常要求步進(jìn)電機(jī)工作時隨時改變運(yùn)動方向 才能 滿足機(jī)械加工的需要 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是 判斷運(yùn)動方向 按順序送出控制脈沖 判斷所要送的脈沖是否送完 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 24 保護(hù)現(xiàn)場 置步數(shù) N 取控制碼 正轉(zhuǎn) 輸出控制碼 控制碼 00H 正向控制碼首址 延時 控制碼地址 1 恢復(fù)現(xiàn)場返回 步數(shù) N 完 反向控制碼首址 N N N Y Y Y 圖 4 5 三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖 B 步進(jìn)電機(jī)的升降速控制及其程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)變速控制程序設(shè)計(jì)的任務(wù)就是合理地確定延時參數(shù) t 使步進(jìn)電機(jī)按 照給定的速度規(guī)律運(yùn)行 從加工效率的觀點(diǎn)而言 我們總是希望要求步進(jìn)電機(jī)的運(yùn) 行速度盡可能快些 快速地達(dá)到控制終點(diǎn) 但由于受步進(jìn)電機(jī)本身的特性限制 如 果在速度較高的狀態(tài)啟 停及運(yùn)行速度突變時 往往會出現(xiàn)失步現(xiàn)象 使步進(jìn)電機(jī) 不能正確地跟隨進(jìn)給脈沖 究其原因 是步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率 fs 比較低 而空載最 高啟動頻率也有所限制 所謂空載最高啟動頻率是指電機(jī)空載時 轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài) 不失步地與控制脈沖頻率相對應(yīng)的工作狀態(tài)同步的最大控制脈沖頻率 當(dāng)步進(jìn)電機(jī) 帶有負(fù)載時 它的啟動頻率要低于最高空載頻率 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知 入口 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 啟動頻率越高啟動轉(zhuǎn)矩越小 帶負(fù)載的能力越差 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動后 進(jìn)入穩(wěn)定時 的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動頻率 由此可見 一個靜止的步進(jìn)電機(jī) 不可能一下子穩(wěn) 定到較高的工作頻率 必須在啟動的瞬間采取加速的措施 一般來說 升頻的時間 約為 0 1 1s 之間 反之 從高速運(yùn)行 到停止也應(yīng)該有減速的措施 為此 數(shù)控系統(tǒng)往往要求以某種最優(yōu)的方式控制進(jìn)給脈沖的頻率 即要有自動 升 降速控制的功能 a 設(shè)置突跳啟動頻率常數(shù)為 FA7C 放在 18H 19H 中 b 設(shè)置最高運(yùn)行頻率常數(shù)為 FF80 放在 1AH 1BH 中 c 設(shè)級差為 1 放在 1CH 中 設(shè)每階脈沖數(shù)初始為 1 臨時高速時增為 3 放在 1DH 中 因升速區(qū)后繼續(xù)升速比 比較困難 把每階脈沖數(shù)增為 3 有利于提高最高速度值 Y 圖 4 6 自動升降速程序流程圖 C 步進(jìn)電機(jī)等加速度變速控制及程序設(shè)計(jì) a 等加速度運(yùn)行分析 描述了一個步進(jìn)電機(jī)的等加速的運(yùn)行過程 在圖中縱坐標(biāo)是頻率 f 它是以步 s 5AH 5BH 18H 19H 4CH 1DH 70H 1CH 57H 58H 0 5AH 5BH 18H 19H 5AH 5BH 1 5AH 5BH RET 5AH 5BH 1AH 1 BH 5AH FF 4CH 1DH 4CH 4CH 1 5AH 5BH 1 5AH 5BH 5AH TH0 5BH TL0 N Y CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 26 為單位的 因此本質(zhì)上也是速度 橫坐標(biāo)是步數(shù) 其本質(zhì)上也是位移距離 設(shè)步進(jìn)電機(jī)以啟動頻率 f0 啟動后 以加速度 a 進(jìn)行加速 經(jīng)過 H 步運(yùn)行后達(dá)到 f1 以后執(zhí)行勻速運(yùn)行 行走一段時間后 則開始減速 從最高頻率 fH 開始 經(jīng)過 S 步之后降至 f0 而停止 f fH f0 0 0 1 2 H P P 1 P S N 圖 4 7 步進(jìn)電機(jī)等加速度控制速度圖 在數(shù)控技術(shù)的設(shè)計(jì)中 參數(shù) f0 fH H P H S 都是已知的 需要求的參數(shù) 是加速度 a 加速階段某時刻的步進(jìn)周期及減速階段某時刻的步進(jìn)周期和勻速階段的 步進(jìn)周期 a 加速階段的參數(shù)求取 對于一個線性加速過程 可表示為 f f0 at 4 1 式中 f 瞬時頻率 f0 啟動頻率 a 加速度 t 加速時間 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了 x 步 所對應(yīng)的頻率為 fx 所用時間為 tx 時 根據(jù)運(yùn)動學(xué)方 程 則有 x f0tx 0 5at2x 4 2 于是可得 x 1 2 H 4 3 afftx020 相鄰兩個進(jìn)給脈沖之間的時間間隔 Tx 為 4 4 aaxfxftTx 1 22001 但式中仍含有未知參數(shù) a 所以必須求出 a 為此 把達(dá)到最高速度對應(yīng)的頻率 fH 和時間 tH 分別代入式 得方程組 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 afHft tH020 解之得 4 5 f20 把式 4 5 代入式 4 4 得 20 202020 1 f fxHfHfTHx x 1 2 H 4 6 b 勻速階段的參數(shù)求法 步進(jìn)電機(jī)達(dá)到最高運(yùn)行頻率后勻速運(yùn)行 此時的步進(jìn)時間間隔為 Tx 有 x H H 1 H 2 P 4 HhxfT1 7 c 減速階段的參數(shù)求法 設(shè)其加速度為 負(fù)號表示減速 則同上面的分析方法 有 4 sfH20 8 在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了 x 步 x P P 1 P S 是 4 對應(yīng)的時間為 有 xt 4 2pxftHx 9 同理 在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了 x 1 步時 對應(yīng)的時間為 有 1 xt 4 21 pftHx 10 式 4 9 與式 4 10 相減 得減速階段相鄰兩步的時間間隔 Tx 為 4 2 1 21 pxfpxftTHHxx CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 28 11 把式 4 8 代入式 4 11 得 20 2022 1 f fpxsfpxfsTHHx x P P 1 P S 4 12 當(dāng) x P 時 以后各步 x x P P S 間的步進(jìn)時間間隔可用式 4 HpfT1 12 遞推出來 b 等加速度變速控制程序設(shè)計(jì) 采用定時器中斷法延時 速度控制程序在進(jìn)給一步后 把下一步的 Tx 值送入定 時計(jì)數(shù)器時間常數(shù)寄存器 然后 CPU 進(jìn)入等待中斷狀態(tài)或者處理其它事務(wù) 當(dāng)定 時計(jì)數(shù)器的延時時間一到 就向 CPU 發(fā)出中斷請求 CPU 接受中斷后立即響應(yīng) 轉(zhuǎn)入脈沖分配的中斷服務(wù)子程序 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 主程序 設(shè) T0 初值地址指針 設(shè)頻率階梯計(jì)數(shù)器 設(shè)階梯步長計(jì)數(shù)器 轉(zhuǎn)向標(biāo)志為 0 設(shè)置正轉(zhuǎn)模型地址 設(shè)置定時器 CPU 開中斷 頻率階梯為 0 CPU 關(guān)中斷 結(jié) 束 設(shè)置反轉(zhuǎn)模型地址 N N Y Y 圖 4 8 等加速度變頻控制程序流程圖 主程序框圖 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 30 保護(hù)現(xiàn)場 中斷服務(wù)程序 輸出控制模型 模型地址增 1 模型結(jié)束 階梯步長為 0 是升頻 賦升頻 T0 初值 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 恢復(fù)模型首址 頻率階梯為 0 階梯步長賦值 T0 初值地址更新 賦降步 T0 初值 Y Y Y Y N N N 圖 4 9 等加速度變頻控制程序流程圖 中斷服務(wù)程序框圖 在編寫程序前有如下定約 a 時器 T0 的初值寫在 EPROM 存儲區(qū)的同一頁中 上半頁為升頻時 T0 的初值 由 小到大變化 下半頁是降頻時 T0 的初值 由大到小變化 b 對 8031 單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)的一些單元進(jìn)行定義 如表所示 表 4 3 正轉(zhuǎn)模型分配表 內(nèi)存字節(jié)地址 20H 21H 22H 23H 24H 25H 26H 控制模型數(shù)據(jù) 01H 03H 02H 06H 04H 05H 00H 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 表 4 4 反轉(zhuǎn)模型分配表 內(nèi)存字節(jié)地址 27H 28H 29H 2AH 2BH 2CH 2DH 控制模型地址 01H 05H 04H 06H 02H 03H 00H 表 4 5 標(biāo)志位定義表 位 地 址 標(biāo) 志 內(nèi) 容 70H 運(yùn)行方式 0 代表恒速 1 代表變速 71H 變速方式 0 代表降速 1 代表升速 72H 恒速轉(zhuǎn)向 0 代表正轉(zhuǎn) 1 代表反轉(zhuǎn) 73H 升速轉(zhuǎn)向 0 代表正轉(zhuǎn) 1 代表反轉(zhuǎn) 74H 降速轉(zhuǎn)向 0 代表正轉(zhuǎn) 1 代表反轉(zhuǎn) 75H 程序結(jié)素標(biāo)志 02 代表程序結(jié)素 表 4 6 初值分配表 字 節(jié) 地 址 存 儲 內(nèi) 容 1AH 頻率階梯步長計(jì)數(shù)器 R2 的值 1BH 頻率階梯步長計(jì)數(shù)器 R3 的值 1CH 恒速段步長低八位 1DH 恒速段步長高八位 1EH 恒速段 T0 初值低八位 1FH 恒速段 T0 初值高八位 4 3 3 間隙補(bǔ)償功能 傳動間隙主要有三方面 絲杠螺母間隙 齒輪傳動間隙和配合間隙 前兩種間隙往往是不可避免的 因?yàn)闊o間隙的傳動是困難的 第三種間隙的存 在應(yīng)屬于工藝上的失誤 在機(jī)械上可以避免 傳動間隙僅產(chǎn)生在運(yùn)動反向的時候 可用軟件補(bǔ)償方法補(bǔ)償 無論是正向運(yùn) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為負(fù)向運(yùn)轉(zhuǎn) 還是負(fù)向運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為正向運(yùn)轉(zhuǎn) 補(bǔ)償量是相等的 且補(bǔ)償進(jìn)給的正 負(fù)與當(dāng)前運(yùn)動方向一致 間隙補(bǔ)償子程序本身能判別某個運(yùn)動是否該補(bǔ)償及補(bǔ)償進(jìn)給方向 而且用指令 設(shè)定的速度進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)給 CA6140 型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 32 X 軸齒補(bǔ) 進(jìn)給方向改變嗎 按進(jìn)給方向進(jìn)給一步 齒差量減 1 0 記憶進(jìn)給方向 查 y 方向有無齒補(bǔ) 返回 N N Y Y 圖 4 10 間隙補(bǔ)償功能程序框圖 4 3 4 鍵盤的診斷 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中 程序的輸入方式多采用鍵盤直接輸入 若鍵盤中有一鍵失 靈 就可能導(dǎo)致不能取得操作者的控制指令 而使系統(tǒng)失常 因此 鍵盤診斷是很 重要的 通過鍵盤診斷程序 使操作者正確判斷鍵盤工作無誤或及時排除鍵盤故障 鍵盤診斷程序設(shè)計(jì)的