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C6143型普通车床数控化改造及液压尾座设计毕业论文
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C6143型普通车床数控化改造及
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毕业设计说明书设计题目：C6143型普通车床数控化改造及液压尾座设计 学 生 班 级 学 号 指导教师 胡世军 继 续 教 育 学 院二零一二年九月毕业设计任务书设计题目：C6143型普通车床数控化改造及液压尾座设计 学 生 班 级 学 号 指导教师 胡世军 继 续 教 育 学 院二零一二年九月兰 州 理 工 大 学毕 业 设 计 任 务 书 学 生 指导教师 胡世军 班 级 职 称 副教授 一 毕业设计题目CM6132型卧式车床数控化改造总体设计及横向进给设计CM6132型卧式车床数控化改造总体设计及纵向进给设计CM6132型卧式车床数控化改造总体设计及液压尾座设计CM6132型卧式车床数控化改造总体设计及四方回转刀架设计CM6132型卧式车床数控化改造总体设计及六角回转刀架设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及液压尾座设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及四方回转刀架设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及六角回转刀架设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及纵向进给设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及横向进给设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及液压尾座设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及四方回转刀架设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及六角回转刀架设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及纵向进给设计C6142型卧式车床数控化改造总体设计及横向进给设计C6143型卧式车床数控化改造总体设计及液压尾座设计C6143型卧式车床数控化改造总体设计及四方回转刀架设计C6143型卧式车床数控化改造总体设计及六角回转刀架设计C6143型卧式车床数控化改造总体设计及纵向进给设计C6143型卧式车床数控化改造总体设计及横向进给设计C6150型卧式车床数控化改造总体设计及液压尾座设计C6150型卧式车床数控化改造总体设计及四方回转刀架设计C6150型卧式车床数控化改造总体设计及六角回转刀架设计C6150型卧式车床数控化改造总体设计及纵向进给设计C6150型卧式车床数控化改造总体设计及横向进给设计CW6163型卧式车床数控化改造总体设计及液压尾座设计CW6163型卧式车床数控化改造总体设计及四方回转刀架设计CW6163型卧式车床数控化改造总体设计及六角回转刀架设计CW6163型卧式车床数控化改造总体设计及纵向进给设计CW6163型卧式车床数控化改造总体设计及横向进给设计二、主要设计参数及技术指标1、 X轴(横向)、Z轴(纵向)改为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动。其中X轴(横向)脉冲当量：0.005mm/脉冲，Z轴(纵向)脉冲当量：0.010mm/脉冲。2、 实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工3、 操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止4、 采用回转刀架及液压尾座5、 其余参数见原机床三、毕业设计内容及工作量（一） 设计计算说明书 一份0.81.0万字（二）、 图纸部分 1、普通车床数控化改造总体方案图 A0一张2、机床尺寸联系图 A0一张3、主要部件装配图（主轴箱等） A0一张4、数控机床硬件电路图 A0一张（选做）四 毕业设计的基本要求： 能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所学理论和提供的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。五、 进程安排序号主 要 任 务时间备注1查阅文献、调研、收集资料、实习0.5周2总体方案图 1.0周3机床尺寸联系图2.5周4主要部件装配图 2.5周5编写设计计算说明书1.0周6准备答辩0.5周六.主要参考文献数控机床设计 陈婵娟主编 化学工业出版社经济型数控机床系统设计张新义主编 机械工业出版社新编机床数控技术 任玉田主编 北京理工大学出版社机床设计图册 上海纺织工学院等主编 上海科学技术出版社机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社7、 设计书的装订及格式 装订必须采用横向翻页方式。内容顺序为：封面，任务书，目录，中文摘要，中文关键词，引言，正文，结论（计算结果），参考文献，致谢。摘 要本课题的目的在于设计出与数控卧式车床C6143相匹配的液压尾座系统。本课题将以卧式车床C6143的液压尾座为研究对象，设计出符合数控卧式车床C6143的液压尾座。 为了完成本课题的设计，在设计之前的准备工作必须做好，首先是搜集和分析资料，包括国内外数控机床的发展现状及趋势；液压技术和液压传动系统的基本资料；同等机床液压尾座的图纸和资料等。其次是初步确定液压尾座的总体布局，包括配置形式、液压系统的布置及选择液压能源及相应的配套元件等。最后主要是关于尾座的设计。C6143数控机床液压尾座设计的主要内容是尾座体、套筒、顶尖、尾座孔系、尾座导轨，挠度、转角、液压缸内径及压板处螺栓直径、锁紧力的计算及校核。其中选择莫氏4号锥度的尾座顶尖，是利用莫氏锥度自身的结构特性来卡紧尾座顶尖的，它解决了顶尖在工作时会出现松动或转动现象。在套筒中设计了滑键槽和顶尖顶出孔，解决了顶尖在工作时会随套筒转动从而影响工件的加工精度；还在套筒中设计了顶卸的装置，便于顶尖的拆卸。关键词：C6143车床，数控改造，滚珠丝杠，步进电动机，尾座目 录第1章 概述11.1 数控机床的产生11.2 数控机床的发展11.3 我国数控机床的发展概况21.4 数控机床的发展趋势21.5 数控机床改造的意义31.6 车床数控化改造的可行性31.6.1 车床数控化改造的必要性41.6.2 车床数控化改造的优点41.7 车床数控化改造前景5第2章 总体方案的确定62.1总体方案设计62.2 C6143车床的设计参数62.2 总体方案的确定7第3章 机械系统的改造设计方案93.1主轴系统的改造方案93.2安装电动卡盘93.3换装自动回转刀架93.4螺纹编码器的安装方案93.5进给系统的改造与设计方案103.6 尾座改造与设计方案10第4章 液压尾座总体设计114.1 设计方案确定114.2设计方案论证11第5章 尾座各部件的设计要求135.1尾座体的设计135.2尾座主轴的设计145.3尾座顶尖的设计145.4螺塞缸的设计155.5尾座导轨的设计155.6 尾座孔系设计165.6.1主轴孔的设计165.6.2孔和键的设计165.6.3配合175.6.4密封及偏心轴的设计18第6章 液压尾座的总体设计196.1液压尾座的设计要求196.2设计基本参数196.3机械结构196.4液压油缸的选定206.5压紧螺栓的校核216.6计算液压油缸顶紧力216.7 顶尖的设计216.8 尾座芯轴的设计226.9尾座体的设计226.10电器系统操作22第7章 数控硬件电路设计237.1硬件电路设计237.1.1 数控系统的硬件结构237.1.2 数控系统硬件电路的功能237.2关于各线路元件之间线路连接247.3关于电路原理图的一些说明25总 结27参考文献29致 谢30 C6143型普通车床数控化改造及液压尾座设计第1章 概述随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。1.1 数控机床的产生数控机床最早是从美国开始研制的。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于1952年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。1.2 数控机床的发展自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统。目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。1.3 我国数控机床的发展概况我国从1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，直到60年代末和70年代初，研制的劈锥数控铣床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工平面零件自动编程的研究。1972-1979年是数控机床的生产和使用阶段。例如：清华大学研制成功集成电路数控系统；数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究与应用；数控加工中心机床研制成功；数控升降台铣床和数控齿轮加工机床开始小批生产供应市场。从80年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。在引进、消化、吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所又开发出BSO3经济型数控系统和BSO4全功能数控系统，航空航天部706所研制出MNC864数控系统等。进而推动了我国数控技术的发展，使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。我国的数控机床已跨入一个新的发展阶段。1.4 数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求具有进入更高层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。在数控系统方面，目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，诸如日本的FANCU，德国的SIEMENS和美国的A-B公司，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。它们的数控系统都采用了16位和32位微机处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1微米，高速进给可达100m/min,控制轴数可达16个，并采用先进的电装工艺。在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式向数字式方向发展，以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。1.5 数控机床改造的意义数控机床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，其发展的原因是多方面的，主要有技术、经济、市场和生产上的原因。我国是拥有300多万台机床的国家。而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的。因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备技术改造迫切要求解决的课题。用数控技术改造机床，正是适应了这一要求。它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入微机的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其它传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3至1/5，用户承担的起。从若干单位成功应用的实例可以证明，投入使用后，确实成倍地提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再逐步推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。同时，它还可以作为全功能数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护、使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术朝机电一体化的方向过渡的主要内容之一。1.6 车床数控化改造的可行性随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的质量和性能不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地更换产品的零件。生产需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床也迅速地发展起来。从第一台数控机床问世至今，世界上主要工业化国家的数控机床进入了批量生产。机床的数控化程度在不断地提高。我国从开放搞活以来，加快了数控机床技术的引进，促进了我国机床数控技术的普及和发展。各大企业不断地购进数控机床，扩大生产和替换陈旧设备，数控机床在企业中也不是凤毛麟角，而是不断地提高普及率。在这种情况下，普通机床的数控改造是重要的。如以下几个方面的说明：1.6.1 车床数控化改造的必要性数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量和多变零件的加工问题,能够稳定加工质量和提高生产效率,但是应用数控机床还受到其他条件的限制。（1）数控机床价格昂贵，一次性投资大，对中小型企业是心有余而力不足。（2）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可能，而且替换下来的普通机床闲置下来又会造成浪费。（3）在国内订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不可能满足生产的需要。（4）通用数控机床对具体生产有多余功能。要较好地解决上述问题，应走普通机床的数控化改造之路，从美国、日本等工业化国家的经验看，机床地数控化改造必不可少，数控机床占有很大比例。因此，普通机床的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小型企业更是如此。1.6.2 车床数控化改造的优点（1）易对现有的机床实现自动化，而且专业性强，没有多余功能。（2）减少辅助加工时间，提高机床的生产效率。（3）降低对工人技术等级的要求。（4）数控改造费用低，可充分利用原有机床设备。（5）数控改造周期短，可满足生产急需。所有这些目的都是围绕一点，即提高机床的性能价格比，用较少的价格得到较高的机床性能。因此数控改造具有以下几点：（1）易于对现有机床实现自动化、而且专业性强，没有多余的功能。（2）减少辅助加工时间，提高机床的生产效率。（3）降低对工人技术等级的要求。（4）数控改造费用低，可充分利用原有机床设备。（5）数控改造的周期短，可满足生产急需。1.7 车床数控化改造前景数控机床业的发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床位不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应该能迅速的适应零件的变换。生产的需要促进数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。从第一代数控机床问世以来，世界上主要工业化国家得数控机床已经进入批量生产。机床的数控化率在不断的提高到1998年，日本生产机床的数控率达到70%。我国从改革开放以来，加快了数控机床技术的引进，促使我国机床数控技术的普及和发展。各大企业不断购进数控机床扩大再生产和替换陈旧设备，数控机床在企业中再不是凤毛麟角，而是不断提高普及率。广泛的运用到个工业领域。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着重要作用，其可以很好的解决现代制造业中的复杂、精密、小批、多变零件的加工问题，能稳定加工质量，提高劳动生产率。但其价格昂贵，一次性投入大，往往使企业心有余而力不足，我国作为机床大国，数控化的道路漫长，走改革之路为上策。我们对C6143进行了数控改造，效果良好。第2章 总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。2.1总体方案设计设计任务：改造后的车床能够完成机床主轴的启动，停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和变速，刀具的变速和冷却，都可以自动控制。并具有螺纹和锥螺纹等自动循环机能。在该机床中采用液压尾座快换刀架和机床外对刀装置。该机床适用于加工形状复杂，中小批量的零件。对一般车削加工任意锥面、球面、螺纹端面、回转面等加工工序，能控制主轴的开停变速及一些辅助功能，使加工实现自动化。自动回转刀架的设计是普通机床改造机械方面的关键。由微型控制的自动转位具重复定位精度高、工作刚性好、性能可靠、使用寿命长以及工艺性能好等特点。将原先的普通尾座改造成液压尾座。2.2 C6143车床的设计参数根据型普通原始数据及数控改造设计要求，确定主要如下： 最大加工直径： 车床身上： 430mm 车床鞍上： 220mm 最大加工长度： 1500mm 快进速度： 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min脉冲当量： 纵向 0.01mm/step 横向 0.005mm/step 脉冲分配方式： 逐点比较法 控制坐标数： 2 机床定位精度： 0.015 溜板及刀架重力： 纵向： 800N 横向： 600N 自动生降速性能：有 起动加速时间： 30ms主电机功率： 7.5Kw2.2 总体方案的确定C6143车床改造总体设计方案的内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构及传动方式的确定、数控系统的选择等内容，应仔细考虑各种高性能、自动化等要求，也要考虑被改造机床的具备条件，是技术的先进性与经济性的合理性交好的统一。 对于横向进给机构，保留原手动于调刀，原支承结构也保留。和纵向进给一样步进电机与纵向滚珠丝杠间任何需一级齿轮减速，丝杠螺母与横向施板任用一螺母座连接。施板后部开轴承孔以便滚珠丝杠的连通与支承，后接减速箱与步进电机。纵、横向进给机构减速齿轮采用双片齿轮，靠错位消除啮合间隙。丝杠外加防尘罩，溜板箱上安装急停按钮，以适应意外情况的急停。硬件方面控制系统的硬件配置是，基本系统包括单片机AT89C51、锁存器、EPROM和RAM存储器。并行接口8255用作连接开关量的输入输出和对伺服电机进行控制。8279为键盘显示器接口。软件方面，软包装件设计采用模块化结构，以便于系统功能的扩展。分为三块：手动操作、加工、编辑。图2-1 机床的操作模式图根据设计任务，系统采用轮廓控制形式，控制系统硬件由微机控制部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离器、步进电机、功率放大器等组成。在其纵横向均采用步进电机 减速齿轮 滚珠丝杠螺母副 溜板的传动方式，刀架更换为四刀位回转刀架，将原先的普通尾座改造成液压尾座。改造后的机床传动系统图如图所示：图2-2 改造后车床传动系统图第3章 机械系统的改造设计方案3.1主轴系统的改造方案对普通机床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可以减少机械改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用24速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。 改造C6143车床时，若采用有级变速，可选用浙江超力有限公司生产的YD系列变级多速三相异步电动机，实现档变速；若采用无级变速，应加装交流变频器，推荐型号为：F100-G0075T3B,适配电动机，生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。3.2安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系。3.3换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。3.4螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴信号的反馈元件，它与车床主轴同步。改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是，Z向的进给脉冲当量是，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于。考虑到编码器的输出有相位差的A、B相信号，可用A、B异或后获得个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到线（A、B信号）。另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。基于上述要求，选择螺纹编码器的型号为：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。电源电压+5V，每转输出个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径，生产厂家为长春光机数显技术有限公司。螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在床头箱的的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为的同步齿形带与主轴连接起来。需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性连接，且车床组、主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。3.5进给系统的改造与设计方案拆除挂轮架所有齿轮，在此主轴的同步轴，安装螺纹编码器。拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的的螺母座与螺母座托架。拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式刀架。拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘一段（长，见图一）锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。将横向进给步进电动机通过法兰安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。3.6 尾座改造与设计方案 将原先的普通尾座改造成液压尾座。31第4章 液压尾座总体设计4.1 设计方案确定根据课题的要求尾座要具有夹持、顶紧、支承工件以及安装刀具加工零件等多种功能，由于C6143机床加工的零件直径较大，因此对尾座的强度、刚度要求较高。由于不同机床上加工工件的不同导致一些尾座套筒的进给方式也各有不同，因此在设计中可采用以下多种设计方案：(1)液动尾座此种尾座采用液压油推动套筒的移动，简化了尾座部件，并且由于液压油作用在缸体活塞上的压力比较均匀，结构复杂、制造较麻烦，多用于精度要求较到的机床上。(2)手动尾座手动尾座采用手轮摇动，直接带动丝杠轴转动，丝杠的转动带动与其以螺纹相结合的套筒在导向键的作用下滑动。这种手动尾座的结构比较简单，目前在各种机床上都得到了普遍应用。但在实际是应用中需要转动手轮来夹持支承工件，很难实现一个人单独操作，增强了劳动量和危险性。(3) 电动尾座电动尾座是在手动尾座的基础上改进而成的，既是将手轮改换成电机，通过控制电机的正反转来实现套筒的伸缩。这种改进减轻了工人的劳动强度，对提高工作效率具有一定的作用，并且利用小型步进电机来带动蜗轮蜗杆副的转动从而使套筒、顶尖伸缩，保证了可靠的定位以及良好的夹持状态。4.2设计方案论证本课题为C6143液压尾座的设计，C6143型卧式机床多用于加工大直径的零件，加工零件的种类较多，所需要的夹持力比较大，这就要求在设计尾座时，需提高尾座的自身强度，保证尾座底板与导轨面的配合要求，达到所设计的精度。也既是尾座底板的加工精度要求达到一定的设计标准。通过对上述三种方案的比较论证并结合在实际生产、应用中对这三种尾座的性能差别，目前就绝大多数机床而言还是多采用手动式尾座，液压尾座和电动尾座多用于精密机床上，没有得到广泛的普及。综合各方面的分析、调查就目前总体的使用情况及发展趋势来说，手动式尾座由于其使用时需要摇动手柄，并且施力时作用效果不好一致，手动尾座有被电动尾座及液压尾座取代的趋势，电动尾座的成本太高。抗震性差。工作噪声大。精度不高。液压尾座是全自动化。精度高。稳定性好。动态性好。效率高。结构简单化。工作安全性高。寿命长。经济好。使用维修方便。因此液压尾座总体各方面综合性能好，是最好的选择。图4-1 液压尾座第5章 尾座各部件的设计要求尾座是卧式车床的重要附件，其主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。C6143数控卧式车床的尾座采用的是整体式结构，整体式结构尾座由尾座体、套筒、芯轴结构、套筒液压测力装置、尾座和套筒移动机构、尾座和套筒夹紧与放松结构及液压装置等组成，芯轴结构选用高精度的进口轴承支承，动、静刚度好，精度高。套筒和尾座的移动均为机动，套筒和尾座的夹紧、放松均采用碟形弹簧夹紧，液压放松的机动夹紧、放松结构，夹紧力足够大，安全可靠，工人操作简单、方便、效率高。其优点在于：1、刚度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整体式尾座，将分体式尾座上、下体合为一个尾座整体，采用整体式箱形结构设计，经有限元分析、计算，通过对尾座内部筋板的合理布置，提高了尾座的刚度和固有频率，尾座采用高强度低应力铸铁铸造，经良好的时效处理，热变形小，在承受最大工件重量和最大额定切削力的情况下。尾座整体变形小，抗振性能好，满足数控卧式车床精度检验标准的要求。2、结构更加简单、优化、合理，整体式尾座将分体式尾座上、下体合为一个尾座整体，取消了分体式尾座联结的定位键和把合螺钉，总零件数和标准件数更少，取消了分体式尾座上、下体的配合加工面，取消了分体式尾座上、下体的装配环节，加工、装配工艺性更好，节约了加工、装配总费用，降低了尾座的总重量和总成本。我设计的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油压后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活塞固定座通过螺钉连接在一起，可以移动。尾座油压后座、尾座体和尾座活塞轴连接在一起，固定不动。尾座活塞轴、尾座套筒和尾座活塞固定座形成一个液压缸，并且分成两个腔。当给尾座油压后座通液压油时，液压油通过油路进入尾座活塞轴上的一个腔，在进入套筒孔的锥形腔内，此时压力增大，套筒带动顶尖向前移动。反之，当液压油通过油路进入尾座活塞轴上的另一个腔，此时向后退的压力增大，套筒带动顶尖向后移动。5.1尾座体的设计数控卧式车床C6143的尾座体是尾座的主要的机械部分，设计时主要参看其他机床的尾座体和根据制造业在生产中所积累的经验，稍加改造而成的。尾座体的壁厚要尽量均匀，拐角处要设计成圆角以减少集中应力。尾座体的材料采用HT200，铸造加工而成。在尾座体的设计过程中考虑到加工工艺，需要设计出工艺凸台和工艺孔。在数控卧式车床C6143的尾座设计中，首先设计出尾座壳体并设计出尾座台，使其两者结合固定在导轨上，这样才能使尾座工作。在尾座体得设计中，我设计了以下几个方面，首先明细栏标注的13（以下直接写的序号以明细栏标注为主）油杯选择为直径为10，此油杯为压配式压注油杯，此油杯使用比较方面，当润滑主轴时只需将油口对准油杯口即可往里注油，不用拆装尾座即可起到润滑的作用。14为键，此键的形状为上面圆柱，下面为四面体，此键的作用是固定主轴，使其不能左右旋转只能伸缩，在其旁边有一定位螺钉，此作用是将键牢牢固定于壳体，防止键定位不准。此尾座壳体的前面有防尘罩，此防尘罩的作用是防止主轴伸出时有杂质粘在上面，也防止杂质渗入影响主轴伸出的速度及稳定性。5.2尾座主轴的设计数控卧式车床C6143的尾座套筒的主要尺寸是根据尾座体的尺寸选择的。套筒的作用就是安装尾座活塞轴和顶尖，利用液压缸提供的压力和莫氏锥度本身的结构特性顶紧顶尖，使顶尖在顶着工件加工时不会随工件一起转动。为了使套筒不随工件一起转动在套筒上部设计了滑键槽，在尾座体上设计有滑键。尾座工作时滑键在滑键槽中滑动，这样套筒就不会跟着转了，同时，顶尖在顶着工件加工时也不会随工件一起转动了。从而提高了套筒的使用寿命。由于顶尖是利用氏锥度本身的结构特性卡紧的，但是在工作中需要拆卸顶尖，因此需要在尾座体的后面设计了螺塞，当向内拧动螺塞时，螺塞推动顶杆向前运动将顶尖顶出，此方法简单使用。尾座主轴的尾部与固定环相连。可以通过液压油的流入与流出在孔内来回移动，当液压有流入时主轴向后缩回，当液压油流出时主轴向前运动，主轴内有活塞，因为活塞与主轴内壁接触，密封性较好，保证主轴运动灵敏性较好。5.3尾座顶尖的设计车床的尾座顶尖，在车床的使用中经常用到的定位元件，它可以帮助主轴一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有较高的精度，在使用中要使尾座的轴心线与机床主轴的轴心线保证较高的同轴度在进行工件的加工过程中多采用前后顶尖来支承工件，来确定工件的旋转中心并承受刀具作用在工件上的切削力。顶尖是机械加工中的机床的重要部件，它可对端面复杂的零件和不允许打中心孔的零件进行支承。顶尖的一端可顶中心孔或管料的内孔，另一端则放入到尾座套筒内。顶尖的锁紧主要是靠顶紧力和液压缸提供的压力，加工时一般紧缩在尾座套筒内。顶尖一般由专门的工厂生产，我们只要根据自己的需要买产品。由于数控卧式车床C6143是中小型机械加工设备，尾座总体尺寸并不是很大所以选择莫氏4号的顶尖。莫氏锥度是一个锥度的国际标准，用于静配合以精确定位。由于锥度很小，可以传递一定的扭距，又因为有锥度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的锥度范围内，工件可以自由的拆装，同时在工作时又不会影响到使用效果，比如钻孔的锥柄钻。在锥柄上好后，钻头可以将工件钻出需要的孔，而锥柄处不会出现转动现象。又比如钻孔的锥柄钻，如果使用中需要拆卸钻头磨削，拆卸后重新装上不会影响钻头的中心位置。5.4螺塞缸的设计液压缸的工作原理 ：它的最基本5个部件,1-缸筒和缸盖2-活塞和活塞杆3-密封装置4-缓冲装置5-排气装置 。每种缸的工作原理几乎都是相似的,拿一个手动千斤顶来说它的工作原理吧,千斤顶其实也就是个最简单的油缸了.通过手动增压秆(液压手动泵)使液压油经过一个单向阀进入油缸,这时进入油缸的液压油因为单向阀的原因不能再倒退回来,逼迫缸杆向上,然后在做工继续使液压油不断进入液压缸,就这样不断上上升,要降的时候就打开液压阀,使液压油回到油箱.这个是最简单的工作原来了,其他的都在这个基础上改进的.此尾座的螺塞缸是安装螺塞的，当拧动螺塞时，螺塞再推动顶杆向前运动，进而退出顶尖，螺塞缸还有一个作用就是固定活塞，使活塞不动主轴来回运动，起支撑主轴的作用。5.5尾座导轨的设计1、导轨的作用是引导机床运动部件作直线或圆周运动，并承受运动部件包括工件的重力和切削力等载荷。导轨应满足导向精度高、精度保持性好、低速运动平稳性好；摩擦阻力小、灵敏度高；刚度高、承载能力大；结构简单，便于加工、安装、调配、调整和维修，成本低等要求。2、导轨的材料：对导轨材料的主要要求是耐磨性好、工艺性好、成本低。常用的导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料。其中以铸铁应用最为普遍，因为铸铁是一种成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽量采用不同的材料。如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处理方式以使其具有不同的硬度。灰铸铁常用的牌号是HT200。在较好的润滑与防护条件下，具有一定的耐磨性。适用于不经常工作且对精度保持性要求不高的导轨。孕育铸铁常用的牌号是HT300。耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨。耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁。与孕育铸铁相比，其耐磨性提高12倍，但成本较高，常用于精密机床导轨。通过对材料的类比，由于我设计的是C6143液压尾座,考虑价格等原因，选用灰铸铁作为导轨材料。3、导轨的形状：直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并且可以相互组合。在本课题中，我选择三角形导轨。选择三角形导轨的原因是它的导向性和精度保持性都比较高，当导轨有了磨损时会自动下沉补偿磨损量，矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整。燕尾形导轨刚度较差，加工、检验、和维修都不大方面。综以上一些因素我选择三角形导轨。5.6 尾座孔系设计设计中所需提及的主要技术要求中，就其性质而言，大致可分为两类：一是各加工表面自身的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度；二是为了保证定位基准面的定位精度，以及为了减轻在加工中的定位误差。为了保证尾座体在装配精度，还要求有较高的相互位置精度。根据技术参数的要求，确定套筒直径为85mm。5.6.1主轴孔的设计通常情况下顶尖和中心孔的锥度必须相同，并且多数为锥度为60，这是为了减少接触面的单位面积压力和不损坏死顶尖。但在本课题中，所使用的顶尖是莫氏锥度4号的顶尖，因此，套筒前端的套筒孔的锥度也为莫氏锥度4号锥度。顶尖（死顶尖或活顶尖）的锥面（莫氏锥度或公制锥度）插入主轴锥孔和尾座顶尖套筒的锥孔内要同心，既要保证设计时同轴度的要求，避免由于尾座的偏移使车削工件产生锥度，因此在设计中要保证莫氏锥孔轴心线与套筒轴心的同轴度公差为0.01mm,端面径向跳动公差为0.006mm。5.6.2孔和键的设计由于尾座体孔和套筒的配合精度较高，为了减轻滑键在套筒滑键槽内的磨损,需要对两者的表面进行润滑，减少摩擦，防止产生磨粒磨损。摩擦不仅损坏配合表面的品质，而且会导致疲劳裂纹的萌生，从而急剧地减低零件的疲劳强度。而在摩擦面加入润滑剂不仅可以减低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭腐蚀，而且能起到散热降温的作用。采用润滑油来润滑时,润滑油膜可起到缓冲，吸热的功能；而采用膏状的润滑脂，即可防止内部的润滑剂的外泄，又可阻止杂质侵入，避免加剧零件的磨损,起到密封作用。因而润滑油或润滑脂的供应方法在设计中很重要。本课题的设计中尾座套筒孔的两端采取了一定的密封性设计,因此可采用比较简单的压配式注油杯系统来进行间歇性的润滑即满足尾座体孔和套筒、滑键与滑键槽的润滑要求。由于对注油孔的加工精度要求不是很高，因此在对注油孔的设计及加工中不需要考虑过多的形位精度要求,仅保持与滑键孔的位置关系即可。在尾座上设计滑键的主要目的是防止顶尖在工作时转动。在套筒上开设键槽，将滑键通过在尾座上方钻通孔来将滑键固定在尾座上,这样套筒只能在滑键尾座的套筒孔内轴向移动,只需要在套筒上铣出较长的键槽，而滑键可做得短一些.同时为了防止滑键的转动在将滑键固定好以后要采用一定的防转动措施,既是在两者的结合缝隙处钻孔攻丝安装上一个螺钉。滑键槽的长度主要和滑键在套筒上的位置有关。滑键槽的长度在设计时应该满足以下两个条件：(1)使顶尖伸出套筒长度达到设计要求的长度，即L=70 mm。(2)使滑键在滑动中顺利。因此，滑键槽的长度取L=155。在对套筒上的滑键槽以及尾座上的安装孔的设计中不仅需要保证滑键槽的对称度要求,还要保证装键孔对套筒孔中心轴线的对称度和垂直度,因此在设计中结合有关原则和实际经验,初步确定安装滑键的孔对套筒孔的对称度要求为0.006。5.6.3配合套筒在工作中主要有两种配合要求。其一，套筒与尾座体的配合，其二，套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合。考虑到顶尖套筒与尾座孔在不同的接触部位其接触部位的不同，因此可以采用不同的配合等级。因此，我们分别确定其配合等级。1、套筒与尾座体的配合根据有关资料和实际的生产实践经验，套筒与尾座体的配合采用基孔制，间隙配合，但间隙很小，防止在工作中产生较大的跳动，影响加工工件的直线度和圆柱度。由于套筒的尺寸较大，又和尾座体有配合要求，所以要保证套筒的直线度和圆柱度，可选直线度为0.006mm、圆柱度为0.003mm。2、套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合要求较高，配合间隙很小。安装莫氏锥柄的套筒部与尾座孔的配合精度要求最高，配合间隙很小，制造成本也高，最适合于不回转的精密滑动配合，精度等级多用于IT5IT7级。尾座活塞轴的作用是推动顶尖，使其在套筒中伸缩，因此，与套筒的配合也用间隙配合，并且表面粗糙度值要求也要小，以减小摩擦力，保证动作的准确性、迅速性。推荐表面粗糙度值选择Ra3.2。5.6.4密封及偏心轴的设计1、尾座主轴与活塞的密封尾座主轴与活塞的密封采用的是橡胶密封圈，螺塞缸与活塞也是采用的橡胶密封圈，此密封圈的特点是耐油、耐热、耐磨、耐老化，质优价廉。2偏心轴的设计在尾座的后半部分，有个手柄是短暂的控制尾座在导轨上的运动，即使尾座停在导轨上，此原理离不开偏心轴，首先偏心轴固定在尾座体上，手柄固定在安装偏心轴的套筒上，当摇动手柄时，手柄带动偏心轴，偏心轴通过拉杆29使压板2压紧压板3，压板3紧紧压在导轨上使尾座停止。手柄旋转的角度很小，使偏心轴旋转的角度也很小，在偏心轴的最高处达到极限。如果使用普通的圆轴不能拉动拉杆，起不到固定尾座的作用。第6章 液压尾座的总体设计在尾座体的设计中螺栓的主要作用就是将压板和尾座夹紧在床身导轨上，防止尾座在导轨上的移动，从而实现对工件的夹持和支承。在对螺栓及其孔的设计过程中，不仅要考虑到连接类型，被连接零件的材料，形状及尺寸等因素，还要考虑到螺栓的强度，刚度以及经济性等基本问题。6.1液压尾座的设计要求本设计液压尾座主要解决：A利用车床尾座自动进给，实现钻屑；B利用液压油缸推动尾座芯轴自动顶紧工作。6.2设计基本参数根据床头箱中心高315mm，设计尾座其中心高为315mm。根据普通车床标准尾座拟订外形尺寸不变，仅增加液压油缸为进给动力并且在尾座顶部增加信号发送装置。6.3机械结构 A主要结构：尾座体内安装有尾座心轴，法兰固定在尾座体后部，通过螺栓连接液压油缸。液压缸活塞杆通过镶嵌尾座芯轴上的螺母连接。在尾座体上设置有防转键，在尾座芯轴上设置有导向槽，尾座芯轴上面配有卸刀孔和顶丝孔，尾座体配有普通尾座的手柄卸刀结构与防转结构。本设计在整个结构上紧凑。易用。方便。顶尖或钻头等工具的装卸，可以达到很好的精度和提高工作效率。 B 防转结构：在使用顶尖时，搬动手柄，是凸轮转动.拉动锁紧套，夹紧尾座芯轴，使尾座芯轴不转动；反之.搬动手柄，使凸轮转动，在弹簧作用力下，锁紧套脱离尾座芯轴，从而使尾座芯轴转动。 C 传动结构：摇动手柄杆，通过齿轮轴上的齿轮与床身上安装的齿条的齿合，从而带动尾座前进或者后退。摇动适合位置，便于加工。 D 压紧结构：在尾座体上安装有两条螺栓，当需要尾座停在其一位置而不能够移动时，锁紧螺栓上的螺母，使压块压紧床身，从而使尾座不能移动；反之，松开螺栓上的螺母，使压块与床身分离，使尾座能够自由移动。 F 调整结构：在尾座体下部靠近中间处，设有2个螺栓，调节前后螺栓，使尾座中心和主轴中心同轴。调节螺钉钉紧尾座垫块凸台，使尾座体靠近经过刮研的定位面。6.4液压油缸的选定此尾座增加行程控制装置用于钻屑. A 根据要求设定钻屑直径为，工件材料为45刚，查手册选取切削用量取V=18米/分 S=0.3毫米/转根据公式 P=3.3DS （3-1）计算轴向力. A 钻头直径=25mm， 抗拉强度kg/mm (3-2)表取=55 kg/mm轴向力P轴=3.3DS=3.325=3.3250.4320.19=716kgB根据机床系统压力为2mp=20kg/厘米=0.21kg/毫米 计算油缸油塞面积 P= (3-3)其中A面积. P轴向力 P系统压强 则 A= = = 3580（） (3-4)试取活塞直径活塞杆直径为 = 6358 (3-5)=1962.5 =63581962.5=4395 3580 符合压力条件根据普通尾座行程，选取行程为360的油缸按照缸径。活塞杆。行程360 。选取液压油缸其型号为；YHGE90/50 360L FHLOT (3-6)这种液压油缸其性能如下；1. 压力： E级大于6.3小于16 mp2. 密封： E级泵用了结构简单，耐密封性能好的YX行聚氨密封圈3. 防尘： 本液压和泵用聚氨密封脂或丁晴橡胶无骨架防尘圈4. 适用介质：液压油5. 适用温度：40C+120C6. 结构： 采用前法兰连接6.5压紧螺栓的校核根据轴向力P=216lg. 效验尾座垫铁压紧螺钉的摩擦力因为摩擦力 (37) 其中 F压紧力 摩擦系数查表知 每个M30螺栓压紧力为 =101000N=10100kg (3-8)则 两螺栓；10100=20100kg查表得； (3-9) 摩擦力 0.15 (3-10) =3030kg716 满足要求6.6计算液压油缸顶紧力 计算油缸顶紧力，校核垫铁螺栓摩擦力。.油缸顶紧力：= A (311)其中A油缸活塞与活塞杆面积差 =P（）=0.24395=879kg (312)6.7 顶尖的设计 液压尾座的顶尖设计按照零件互换性原理，大致与普通尾座顶尖相似。其顶尖头部设计为60（按A型中心孔设计）锥柄采用英氏5号锥度，这样便于零件布件互换，尾部采用有舌尾的锥体，便于顶尖的加紧与装卸。顶尖材料选用9sicr,热处理HRC58，这样提高了顶尖的强度和弹性。6.8 尾座芯轴的设计尾座芯轴与液压油缸是通过液压油缸的前端M422螺丝连接。因此尾座芯轴的后端螺母内部尺寸为M422。所以，螺母外径设计为直径65，长度为60，这样方便与液压轴缸的连接，螺母与尾座芯轴连接采用过渡配分，并且在后端面增加2个M1016的内六角锥端紧定螺钉和中间加一个A818的内螺丝圆锥销，其目的增加牢固性和同轴，因为液压油缸的内孔定位直径65，由螺母设定.因此，外径设计为直径100。与尾座体配合采用间缝配合。由于选取液压油缸的行程为360.所以，液压芯轴的长度应大与360，并且还要有一定的导向性，其长度尺寸设计为610，其中在液压芯轴上设计对称的2个键槽，其目的为了导向和防止转动长度为385（大于360.有一定的调节性）在其中有2个卸力孔，方便顶针，钻套等装卸，有2个孔，其目的的顶紧顶针。钻套等。在液压油缸的头部设计有密封环，主要是为了密封和防尘作用。内部也采用莫氏5号锥度，其粗糙度为0.8，要求与顶尖配合紧密，内部60通孔，其减轻重量的作用，液压芯轴材料选用45，热处理HRC45，增加其强度。耐磨性和弹性。6.9尾座体的设计尾座体的设计采用普通尾座外姓及联系尺寸，底部与垫铁连接初与普通尾座相同。不同之处在尾座体尾部设计与液压芯轴配合采用间歇配合材料选用HT150。6.10电器系统操作 为了便于操作液压油缸的进给，在尾座芯轴上装有拉杆。导向块。支架上装有接近开关，其中第一个第三个的接近开关为限位开关，第两个接近开关为快进开关。当尾座手动操作时，首先将黑色两位旋钮板到手动位置，欲使尾座手动快速前进，按下前进绿色按钮，尾座快速前进，当接近工进接近开关尾座开始工进。松开按钮尾座后退停止；当尾座自动操作时，首先将黑色的两位旋钮拌到自动位置，按自动进行按钮之前，在手动操作下，使尾座退到原位，方可自动操作，按下自动进给按钮。尾座开始快速前进，接近工进接近开关，尾座开始工进，接近前进目标接近开关尾座开始快速后退，直到接近原位接近开关尾座停止，自动运行一个循环停止。第7章 数控硬件电路设计数控系统通过对输入的加工程序进行数据处理和运算后，输出控制信号，控制主轴、进给轴和其他辅助装置正确、及时和可靠地执行加工程序所规定的任务，同时接受从机床反馈来的各种信息，对机床控制进行调整。任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成，在处理信息方面，软件和硬件对要完成的任务是等价的，硬件处理速度快，线路复杂，软件设计灵活，适应性强，但速度较慢。随着高性能微处理器的诞生，现代数控已越来越倾向于软件控制。数控系统最核心的控制是位置控制，最重要的运算是插补运算，最主要的数据处理是刀具补偿。位置控制的实质就是位置负反馈，即指令位置和实际位置进行比较，用位置偏差进行控制；插补运算就是根据加工程序所确定的坐标点，通过一定的运算法则实时获得位置指令；刀具补偿就是要解决编程轨迹和刀具中心不相符的矛盾。7.1硬件电路设计7.1.1 数控系统的硬件结构 数控系统根据其使用单片机结构的划分，一般可分为单微处理器和多微处理器结构两大类。单微处理器数控系统由于结构简单，价格便宜，在一些标准型数控系统中应用广泛。多微处理器数控系统可以满足当今数控机床高速度、高精度和许多复杂功能的要求，代表当今数控发展的水平。根据设计任务要求，本设计将采用较经济的单微处理器数控结构，对于一般切削加工而言，其速度和精度已能满足实际要求。 数控机床单微处理器硬件结构电路概括起来有以下几个部分组成：（1）中央处理单元CPU；（2）总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；（3）存储器，包括只读可编程存储器和随机读写存储器；（4）输入输出接口电路；（5）外围设备，如键盘、显示器及光电编码器等。7.1.2 数控系统硬件电路的功能 根据设计要求，确定数控系统应具有以下功能：读取键盘输入数据；读取操作面板开关及按钮信号；读取螺纹/光电编码器信号 ；读取电动刀架刀位信号；接受车床行程开关信号；控制LED显示；控制电动刀架自动选刀；控制纵向、横向电动机驱动；控制主轴正转、反转与停止；(10) 控制交流变频器；(11) 控制冷却泵启停；(12) 可与PC进行串行通信。本次设计在采用8031作为主控芯片,采用两片2764程序存储器之外还扩展了一片6264数据存储器,用一片74LS373锁存P0口传递低8位地址,地址译码采用74LS138C38译码器;采用全地址码,采用二个8155芯片,完成对执行元件的控制。此外,还设有越界报警急停处理电路.7.2关于各线路元件之间线路连接8031芯片的P 和P用来传送外部存储器的地址和数据, P口送的是8位地址, P口传送低八位地址和数据,故采用74LS373地址锁存器,锁存低八位地址,ALE作为首选通信号,当ALE为高电位,锁存器的输入输出速度,即输入的低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当ALE从高电平变为低电平,出现下降沿时,低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当ACE这样POD共组成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址线, AA低8位安74L373芯片的输出,AA按8031芯片的PP系统采用全地址译码,两片2764新片选信号CE分别按74LS138译码器的和,系统复位以后程序从0000H开始执行,6264芯片的片选信号CE地址按74LS138的,单片机的扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址,8031芯片控制信号PSEN按2764的OE引脚,读写控制信号WR和RD分别按6264芯片内部沿有ROM,始终要选片外程序存储器,故按EA地址由于8031只有P口和P口的部分能提供用户作I/O接口使用,不能满足输入输出口的需要,因此比喻扩展输入输出扩展电路.系统扩展3片8155可编程I/O接口芯片,8155(1)的片选信号按74LS138的端74LS138译码器有3个输入A B C 分别按8031的 P P P8个输出,低电平有效. 对应输出A B C DE 000至111 8种现合.其中对应A B C 为111.74LS138有3个使能端,其中2个为低电平使能端,另一个为高电平使能端.只有当使能端均处于有效电平是,输出才能产生,否则输出才能处在高电平无效.I/O接口芯片与外设的联接是这样安排的.8155芯片PA作为显示器段选信号, 输出PAP为显示器的位选信号,输出PC0PC4 5根线是键盘输入.8155芯片的20个引脚按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O口时P2.0为高电平.8155(2),按X Z 向直流电机硬件环形分配器为输出,系统各芯片采用全地址译码,各存储器及I/O接口芯片.X向Z向直流电机硬件环形分配器采用YB0153-2相5相10拍方式工作,故 均按+5V,时钟输入端CP按8155芯片的TIME007用以决定脉冲分配器是如脉冲的频率,为实现插补时不同的进给的速度,可给8155芯片定时/计数器中设置不同的常数.7.3关于电路原理图的一些说明在此电路图中,还有其他功能电路,如报警电路,急停电路,复位电路,隔离电路,功效电路等,此外还有对自动回转刀架,螺纹加工进行控制.1、 复位电路 通常8031的复位有自动复位,和人工按钮复位两种,下面将分别显示电路结构 （A）(A)上电复位电路 （B）开关复位电路2、时钟电路 时钟电路如图所示,XTAL和XTAL2为内振荡电路输入线,这两个端口用来外接石英晶体和微调电器,用来联接8031片内OSC的定时反馈回路.3、 光电隔离电路 在直流电机驱动电路,脉冲分配器输出的信号经过放大后,控制直流电机的励磁绕组.由于直流电机需要的驱动电压数高,电流也较大,如果将I/O口输出信号直接与功率放大电路相连,将引起电路干扰,轻则影响计数机程序的正常运行,重则导致接口电路的破坏.因此一般在接口电路与功率放大器之间都要加上隔离电路,实行数控隔离使用最多的是光电耦合器.如下图光电耦合器是以发光二级管和光敏二级管组成,为输入信号的输入端时,发光二级管导通激发红外光,受光三极管照射后,由于光敏效应产生光电流。通过输出端输出，从而实现了以光为信号的输出，输入端与输出端在电器绘出一种光隔离输出电路，当开关断开，发光二级管
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