车床正文.doc

湖北工业大学商贸学院毕业设计论文摘 要本设计说明书包括：概论、总体设计方案的拟定和验证、主传动部分的改造设计、伺服进给系统的改造设计、自动转位刀架的选择设计、编码盘安装部分的结构设计等几个部分。改造后的机车，主运动实现自动变速，纵向、横向进给系统进行数控控制，并要求达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，刀架要是自动控制的自动转位刀架，要能自动切削螺纹。关键字：数控改造 进给系统 滚珠丝杠 自动刀架 AbstractThis introduction of the design included:The draw-up of the general outline, the decision and verify of the total designal projection, the reforms design to the parts of the lord spreads to move,the reforms design to the system of serve enters ,the choice and design to the knife which turn automatically, the constructions design of coding dish gearing part ,and so on.while the Motorcycle been reformed, the lord exercises realize to change speed automatically. lengthways, horizontal enter to proceed to system the number controls the control, and request to attain lengthways minimum sport unit as 0.01 mm/ pulse, horizontal minimum sport unit as 0.005 mm/ pulse, knife must be the automatic control a knife which is turning automatically,and it is able to slice the thread automatically.Key word: The number controls to reforms the system of enters roll the bead in silk automatic knife 目 录摘 要I目 录II1 概 述11.1.设计目的11.2.设计任务：12 设 计 内 容42.1.总体方案的确定及框图42.2.机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核52.3 齿轮进给齿轮箱传动比计算222.4步进电机的计算和选型232.4. CA6140经济型数控车床数控系统硬件电路的设计282.5.存储器及I/O口芯片地址分配及其扩展312.6逐点比较法32总 结33参考文献35致 谢36361 概 述1.1.设计目的随着科学技术的发展，经济型数控技术在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。毕业设计是机电专业学员基本的训练的一个重要环节。目的是培养学生综合运用所学专业和基础知识的能力。并通过对设计资料的应用，扩大自己的知识面和对机械行业的认识。且这次设计很大程度上使我们能够独立解决本专业一般工程上的问题。从设计方案的选定、设计资料的收集到零部件图和总装配图、传动系统图的绘制。使我们能够对各学科的知识系统的运用。通过毕业设计，学习系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识，使认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通过毕业设计，不但要提高解决具体问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且要建立正确的设计和科研思想，加强科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。经过CA6140型车床的经济型改造设计，使得对数控机床有进一步的认识和研究。懂得数控机床的组成及原理；（组成：采用数控技术控制的机床；原理：按数字形式给出的指令进行加工）还有数控机床的特点和分类以及数控机床的发展趋势；（是工序集中，高速、高效、高精度及使用方便、提高可靠性）还间接预习、复习单片机原理和PLC控制原理等有用的所学科目，巩固以往的薄弱环节，以及对数控编程运用，更加熟练。1.2.设计任务：(1)要求：将CA6140车床改造成用MCS51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向：0.01mm. 横向：0.005mm(2)设计参数：最大加工直径：在床面上： 400mm在床鞍上： 210mm最大加工长度：1000mm快进速度：纵向：2.4m/min横向：1.2m/min最大进给速度：纵向： 0.5m/min横向： 0.25m/min代码制：ISO脉冲分配方式：逐点比较法输入方式：增量值，绝对值通用。控制坐标数：2最小指令值：纵向： 0.01mm/step横向： 0.005mm/step刀具补偿量：099.99mm进给传动链间隙补偿量：纵向： 0.15mm横向： 0.075mm自动升降速性能： 有(3)工作量： 机床改造后总体布置图； 进给伺服系统一个坐标轴（纵向和横向）的机械装配图： 硬件控制系统电路图； 设计计算说明书。.控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图 .机械部分设计计算及结构设计说明.硬件电路部分设计说明.加工程序控制及说明2 设 计 内 容2.1.总体方案的确定及框图(1) 总体方案的确定系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用MCS51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆。为了保证一定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。(2) 设计方案 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 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。 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.尽量肖除传动间隙。例如采用隙齿轮等。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系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。 计算机的选择微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。2.2.机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核(1) 确定系统的脉冲当量 根据数控机床精度要求确定脉冲当量0.005mm/setp(2) 计算切削力1.横切端面 查机械设计手册 3 P13页式中车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力可取纵切时的 式中 走刀方向的切削力（N） 垂直走刀方向的切削力（N）2.纵车外圆主切削力F(N)按经验公式估计算： F=5360（N） F=1340（N）F=2144（N）(3) 滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型 计算进给牵引力横向进给选为三角型或综合导轨 参考机床设计手册.26.2-2；6.2-3表 查阅综合作业指导书P22页式中：，切削分力（） G移动部件的重量（N） 表1-1查得横向溜板及刀架重力800N 滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同 取=0.15-0.18 K考虑颠复力矩影响的实验系数 取K=1.15 计算最大动负载C 选用滚珠丝杆导轨 参考机床设计手册.3P185-P210 查阅机床设计手册.3P22页 式中：L寿命，以转为一单位 n丝杆转速（r/min） 为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2-1/3 取 丝杆导程（mm） 初选=5mm T为使用寿命（h）,对于数控机床取15000h 运转系数，查表3-14一般取1.2-1.5 滚珠丝杆螺母副的选型查阅机床设计手册.3附表-2，可采用WD2505外循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为9700N,精度等级按表3-17选为3级。 传动效率计算式中：螺旋升角，WD2505 摩擦角取 滚动摩擦系数0.003-0.004 刚度验算横向进给丝杆支承方式图-1所示，最大牵引力1292.5N,支承间距L400mm，因丝杆长度较短，不需预紧螺母及轴承预紧。图2-1 横向进给丝杆计算如下:. 丝杆的拉伸或压缩变形量(mm)查阅机床设计手册.3图3-4,根据1292.5N,D=25mm查出可算出：. 滚珠与螺纹滚道间接触变形量查图3-5得W系列列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量因进行了预紧. 支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形采用推力球轴承8104查阅机床设计手册.表5.9-137,d=20mm,滚动体直径=5.556mm,数量Z=13综合以上几项变形量之和： 稳定性校核计算临界负载(N) 式中:E材料弹性模量() I截面惯性矩() L丝杆两轴承端距离(cm) 丝杆支承方式系数，从表3.15中查出，一端固定，一端简支为2.00 一般=2.5-4.0,所以 此滚珠丝杆不会产生失稳。 横向滚珠丝杆副的几何参数 (其参数如表2-2）表2-2 WD2505滚珠丝杠几何参数参数名称符号关系式WD2505螺纹滚道公称直径25导程5接触角3.39钢球直径3.175滚道法面半径R1.651偏心距e0.045螺纹升角3.39螺杆外径d24.365内径21.788接触直径21.83螺母螺纹直径D28.212内径25.635二 纵向进给丝杠1、 计算进给轴向力F（N）纵向进给这里为三角形导轨：F式中K：指颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15；：指滑动导轨摩擦系数取0.150.18之间的值；G：指流板及刀架重力，G=800N。则 F=（N）2、 计算最大动负载Q考虑滚珠丝杠在运转过程中冲击扰动对寿命的影响，则最大动负载Q的计算公式为：Q L n式中 ：指滚珠丝杠导程，初选=8； n：指丝杠转速，（r/min）； ：指最大切削力条件下的进给速度（m/min）,可取最高进给速度的1/21/3，此处取=0.3； ：指使用寿命时间（h）,对于数控机床取T=15000h.。L：指寿命，以10转为一单位；：指运动系数，见表2-3，选=1.2到1.5之间。表2-3 运转系数运转状态运转系数无冲击运转1.01.2一般运转1.21.5有冲击运转1.5-2.5则 n( r/min)L Q（N）3、 滚珠丝杠螺母副的选型从手册或样本的滚珠丝杠副的尺寸系列表中可以找到相应的动负载C的滚珠丝杠副的尺寸规格和结构类型，选用时应满足Q C的条件。查表：可采用WL5008外循环调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，2.5圈1列，其额定动负载为23400N，符合Q C的条件。精度等级按表 2，选为1级。Vmm表 2-4 滚珠丝杠行程公差项目符号有效行程（mm）精度等级12345目标行程公差e6812162331540079131825400500810152027500630911162230行程变动量公差V6812162331540068121725400500710131926500630711142129任意300 mm内行程变动量V681216232弧度内行程变动量V456784、传动效率计算 式中 ：指螺旋升角，=255 ：指摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数其摩擦角，约等于9.5。则 5、刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，最大轴向力为2132.6N，支承间距L=1500mm, 丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。计算如下：（1）丝杠的拉伸或压缩变形量（mm） F=2132.6N， L=8mm, EN/mm(材料弹性模数，对钢来说是等于这个值)，mm, R=2.477, e=0.068mm则 d( mm)A(mm) （A指滚珠丝杠按内径定的 截面积）丝杠导程L的变化量为： 总长度L=1500mm，丝杠上的变形量，由于两端均采用推力球轴承，则值： (mm)(2) 滚珠与螺纹滚道间接触变形（mm）由d=4.763mm, F=kgf,承载滚珠数量 ZZ 由于滚珠丝杠副施加预应力，且预应力F为轴向负载的1/3，则变形 =0.0013 （mm）(3) 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触形变（mm）这里采用有预紧时的推力球轴承则 查机械设计手册中表6-2-82，采用51109型推力球轴承，其d=45mm,滚动体直径D=3.969mm, 滚动体数量Z=22， （mm）则定位误差 =0.016164mm0.025mm(规定定位精度)6、稳定性校核滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象，故不需作稳定性校核。(4).齿轮传动比计算 横向进给齿轮箱传动比计算已确定横向脉冲当量，滚珠直径导程=5mm,初选步进电动机步距角可计算传动比:考虑到结构上的原因不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板有行程，故此处可采用两级齿轮降速。因进给运动齿轮受力不大，模数m取2，有关参数参照表2-5表2-5 传动齿轮几何参数齿数Z24402025分度圆d=mz48804050齿顶圆52844454齿根圆43753545齿宽(6-10)m20横向步进电机计算和选型.初选步进电机a.计算步进电机负载转矩 查阅综合作业指导书P22页式中: 脉冲当量，取 进给牵引力(N) 步距角，初选双拍制为 电机丝杆传动效率为齿轮、轴承、丝杆效率之积分别为 b. 估算步进电机起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起动转矩(N.cm) 一般横向进给伺服系统取0.4-0.5c. 计算最大静转矩查表3-22如取五相十拍，则d. 计算步进电机运行频率和最高启动频率 式中:最大切削进给速度 最大快移速度 脉冲当量，取e. 初选步进电机型号根据估算出的最大静转矩在表3-23中查出90BF004最大静转矩为245N.cm 可以满足经济型数控机床有可能使用较大的切削用量，应该选用稍大转矩的步进电机，以留有一定余量，另一方面与国内同类型机床进行类比的要求。决定采用90BF004，但从综合作业指导书P24页查出，步进电机最高空载启动频率为4000Hz,满足空载时(4000Hz)的要求。.校核步进电机转矩前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选后，应该进行校核计算。.等效转动惯量计算计算简图见图2，根据表3-24，经二对齿轮降速时，传动系统折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算: 式中:齿轮及其轴的转动惯量 齿轮的转动惯量 丝杆转动惯量 丝杆导程(cm) G工件及工作台重量(N) G=800(N)a.齿轮、轴、丝杆等圆柱体惯量计算 表3-24所示圆柱体转动惯量计算公式如下: 对于钢材，式中:M圆柱体质量 D圆柱体直径 (cm) L圆柱体长度或原长(cm) 钢材的密度为 因此 基本满足惯量匹配的要求。b.电机转矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算:1）快速空载起动转矩在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下： 式中: 快速空载起动转矩 空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩 折算到电机轴上的摩擦转矩 由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩 在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算：式中: 传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量 电机最大角速度 电机最大转速 运动部件最快速度 脉冲当量 步进电机的步距角 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间(s) 起动加速时间=30(ms) 折算到电机轴上的摩擦转矩 式中: 导轨的摩擦力(N) 垂直方向的切削力(N) G运动部件的总重量(N) 导轨摩擦系数，取=0.15 齿轮降速比 传动链总效率，一般可取0.7-0.8 附加摩擦转矩: 式中: 滚珠丝杆预加负荷，一般取，为进给牵引力(N) 滚珠丝杆导程(cm) 滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取 上述三项合计: 2）快速移动时所需转矩 3）最大切削负载时所需要的转矩 式中:折算到电机轴上的切削负载转矩 从上面计算看出、三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从表3-22查出，当步进电机为五相十拍时为则最大静转矩为: 从表3-23查出90BF004最大转矩为为245，大于所需最大静转矩216.74N.cm，可以满足此项要求。.校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性前面已经计算出机床最大快移时，需步进电机的最高起动频率为4000Hz,切削进给时所需步进电机运行频率为1666.6Hz从表3-23中查出90BF004型步进电机允许的最高空载起动频率为4000Hz，运行频率为16000Hz，再从图3-15，3-16查出90BF004步进电机起动矩频特性和运行矩频特性如图3所示: （一） 当快速运动和切削进给时，90BF004型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性可以满足要求。1.纵向传动方面计算（三）纵向滚珠丝杠副几何参数计算如下：（1）丝杠的拉伸或压缩变形量（mm） F=N， L=8mm, EN/mm(材料弹性模数，对钢来说是等于这个值)，mm, R=2.477, e=0.068mm则 d( mm)A(mm) （A指滚珠丝杠按内径定的 截面积）丝杠导程L的变化量为： 总长度L=1500mm，丝杠上的变形量，由于两端均采用推力球轴承，则值： (mm)(2) 滚珠与螺纹滚道间接触变形（mm）由d=4.763mm, F=kgf,承载滚珠数量 ZZ 由于滚珠丝杠副施加预应力，且预应力F为轴向负载的1/3，则变形 =0.0013 （mm）(3) 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触形变（mm）这里采用有预紧时的推力球轴承则 查机械设计手册中表6-2-82，采用51109型推力球轴承，其d=45mm,滚动体直径D=3.969mm, 滚动体数量Z=22， （mm）则定位误差 =0.01785mm0.025mm(规定定位精度)2、稳定性校核滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象，故不需作稳定性校核。其几何参数见表2-6：表2-6 WL5008及WL2506滚珠丝杠几何参数名称符号WL5008WL2506螺 纹 滚 道公称直径5025导程86接触角钢球直径4.7633.969滚道法面半径2.4772.064偏心距0.0680.056螺纹升角螺 杆丝杠外径48.524丝杠内径45.18220.984螺杆接触直径40.42417.025螺 母螺母螺纹直径54.81829.016螺母内径51.19025.9922.3 齿轮进给齿轮箱传动比计算1、纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量，滚珠丝杠导程，初选步进电机步距角，可计算出传动比： 在闭式软齿面齿轮传动中，齿轮的弯曲强度总是足够的，因此齿数可取多些，推荐取Z=2440。所以可选定齿轮数为：因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数参照表2-7。表2-7 传动齿轮几何参数所处位置纵 向横 向齿数24401845分度圆直径48803690齿顶圆直径52844094齿根圆直径43753185齿宽（610）m16161616中心距64633、传动效率计算 式中 ：指螺旋升角，=255 ：指摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数其摩擦角，约等于。则 4、刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如图3所示，最大轴向力为N，支承间距L=1500mm, 丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/32.4步进电机的计算和选型（一） 纵向进给步进电机计算1、 等效转动惯量计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下式计算：式中 ：指步进电机转子转动惯量；、：指齿轮、的转动惯量；：指滚珠丝杠转动惯量；：指工件及工作台重量（N）；：指丝杠导程（）；参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF，其转子转动惯量。（分别表示齿轮的分度圆直径和齿宽） （分别表示齿轮的分度圆直径和齿宽） （分别表示纵向滚珠丝杠的公称直径和支承间距） 把这些数据代入上式： 2、 电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按个阶段计算：（1）快速空载起动力矩 在快速空载起动阶段，加速度所占的比例较大，具体计算公式如下：以上式中 ：指空载起动时折算到电机轴上的加速度力矩（）； ：指折算到电机轴上的摩擦力矩（）；：指丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩（）；：指传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量； ：指电机最大角加速度（）； ：指电机最大转速（）；：指运动部件最大进给速度（）；：指脉冲当量（）；：指步进电机步距角（）；：指运动部件从停止起动到最大快进速度所需时间（s），这里是30ms；：指导程的摩擦力（N），；：指垂直方向的切削力（N）；：指工件及工作台重量（N）；：指导轨摩擦系数，；：指运动部件的总重量（N）；：指齿轮降速比；按计算；：指传动链总效率，一般可取；：指滚珠丝杠预加负载，一般取/3，为进给轴向力（N）；：指滚珠丝杠导程；：指滚珠丝杠未加预紧时的传动效率，一般取。将以前计算所得数据代入： （） （）（）则 （）（2）快速移动时所需力矩 （）（3）最大切削负载时所需力矩 （）从上面计算可以看出，、和三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选步进电机的依据。由表2-8得：当步进电机为三相六拍时，则（N）。表2-8 步进电机起动转距与最大静转距关系步进电机相 数三 相四 相五 相六 相拍 数36485106120.50.8660.7070.8090.9510.8660.866按此最大静转距从表中查出，90BF002型最大静转距为392，大于所需最大静转距，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运动矩频特性。3、 计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率可查出90BF002型步进电机允许的最高空载启动频率为3800运行频率为16000，再从图2-9查出90BF002步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。从图中看出，当步进电机起动时，远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩（742），直接使用则会出现失步，所以必须采用升降速控制（用软件实现），半起动频率降到1000，起动力矩可提高到546.3，然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可以将步进电机输出力矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，90BF002型步进电机运行矩频则完全可以满足要求。图2-9 90BF002型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性(6) 进给伺服系统机械部分结构设计机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的装配图，用以表达设计构思、设计特点及计算结果，进给伺服系统总图设计： 横向进给伺服系统总图设计横向进给机构可以从俯视图看出，横向进给的齿轮箱和步进电机装在床鞍后面，滚珠丝杆也需用盖板保护。横向进给的手柄可以拆除也可保留，将原机的方刀架拆除，改装自动回转刀架，由计算机控制，根据程序，自动转位、夹紧。从总图中可以看到带动刀架回转的微型电机、齿轮箱。总体图上还画出此车床上加工螺纹的部件光电编码器在数控车床上，利用光电编码器装在主轴或主轴箱中与主轴保持一定传动比的伸出轴上，当主轴旋转一圈时，光电编码器就发出一定数量的脉冲，输入到计算机中，经过计算机的运算控制步进电机，带动滚珠丝杆，使刀架进给一定的螺距。而附录E中光电编码器用弯板装在主轴箱左端面，通过弹性联轴器与主轴箱中一伸出轴相连。因伸出轴不可能与弹性联轴器孔的尺寸完全一致，故还要设计一个中间过渡套。 控制面板上有数码显示，按键、各种指示灯及开关，注意设计时要与硬件电路图一致。 进给伺服系统的装配图经过计算，已知横向进给系统采用90BF004型步进电机。经过二对齿轮减速，齿轮齿数。齿轮模数m=2,滚珠丝杆直径为mm, 滚珠丝杆螺母选用的是外循环沟槽式垫片调隙WD2505。 进行应保证足够应考虑以上问题1.设计应保证足够的行程，CA6140经济型数控车床，在床面上加工最大尺寸为400mm，横向进给行程至少为195mm，图中设计了两对减速齿轮，减小了齿轮箱体的高度，使横向拖板运动时，防尘盖11不致和箱体上盖4干涉，从图中可以看出横向拖板12最大运动距离为210mm，另外还需注意从横向拖板装刀架的中心到主轴中心的距离必须大于等于行程与方刀架见方及刀头伸出度之和，设计时应注意，主轴中心与床身中心并不重合，CA6140车床此尺寸为5mm。CA6140车床刀架见方为220200，刀头伸出长度为30mm左右。 2.滚珠丝杆与横向导程的平行度应小于0.05mm，为达到此要求，可在镗床上对床鞍两边的轴承孔在一次装夹中镗出。3.为保证滚珠丝杆转动轻快灵活，无阻滞现象，必须使滚珠螺母与两端轴承同轴。在本设计中，滚珠螺母14与横向拖板12之间装有一垫片，通过水平面内滚珠螺母，在垂直面内与两端支承同轴，在通过内六角螺钉20的过孔，调整水平面内滚珠螺母与两端支承同轴，调整好以后，打入定位销21。 4.滚珠丝杆左右各采用一对径向轴承，在右端又采用一对止推轴承，以承受轴向力。当丝杆受到向右的轴向力时，通过丝杆台阶传给止推轴承15动圈，经钢珠传给止推轴承15不动圈，再通过挡圈，一对径向轴承16的外圈传给法兰盘再传到床鞍上。丝杆受到向左的轴向力通过丝杆右端的圆螺母传给止推轴承的动圈钢珠，经不动圈传给法兰盘、床鞍，此处必注意丝杆所受的轴向力必须传到床鞍等固定体上。另外，要注意止推轴承不动圈和轴颈之间必须画出间隙。 5.双片消隙齿轮的中间开有三个月牙形的槽放入压簧，并用三个内六角螺钉固定（A-A断面和E-E断面），这种消隙齿轮的装配顺序:首先将双片齿轮相对转过一个齿距，使双片齿轮的齿对齐，弹簧40受压，上紧螺钉29，装入箱体后将螺钉29松开，弹簧40将双片齿轮沿周向错开，以消除与齿轮43的间隙，此时在将螺钉29上紧（因而在设计时，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，弹簧两端用削扁的销子41压住）此设计中应注意箱体中留足够的扳手空间，双片齿轮5用二个六角螺钉固紧，六角扳手可以齿轮箱体上端面伸入（端盖拆下），六角螺钉和滚珠丝杆在轴向留有足够的空间，但此空间也不宜留得过大，以免加大箱体尺寸，双片齿轮8采用三个开槽螺钉紧固。螺丝刀需从箱体左面孔中伸入（拆去端盖3）。6.90BF004型步进电机轴为平键，为防止运转过程中齿轮25从电机上松动滑出，在齿轮25的轮毂上装一顶丝27，（电机轴上钻一小窝）并用铅丝在顶丝口处与齿轮轮毂缠住以防松。2.4. CA6140经济型数控车床数控系统硬件电路的设计 附录H图H-1是用MCS-51系列单片机组成的控制系统，该系统采用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。 控制系统的功能(1) Z向和X向进给伺服系统运动(2) 键盘显示(3) 自动转位刀架控制(4) 螺纹加工控制(5) 面板控制(6) 行程控制(7) 其他功能 报警电路、急停电路、复位电路、光隔离电路、功能电路等。 CPU、存储器及I/O接口CPU采用8031芯片，选用6MHz晶体振荡器。它的作为数据总线和地址共用。16位地址线由经地址锁存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE为地址锁存允许。为低电平时选通外部存储器（EPROM），相应的指令字节出现在EPROM的数据线（）上，输入到口，8031将指令读入。RESET为复位控制，当RESET输入端出现高电平时，8031被初始化复位，在复位有效期向ALE、PSEN也输出高电平。当RESET输入端返回低电平后，CPU从O地址开始执行程序。（故设计中一定有一片2764芯片连到74LS138的）设计中采用上电复位和开关复位。另外，两片8155的RESET也与8031的RESET管脚相连，它们可同时复位。8031的是片内的定时器/计数器溢出中断申请，由主轴后面的光电编码器输入。当车床车螺纹时，主轴光电编码器向8103发出进给脉冲，用以控制不同导程的螺纹加工。光电编码器还发出一个零位螺纹信号，输入8155(1)的，用以防止车螺纹乱扣。8155(1)主要用于功能键的控制，刀架转位控制以及报警等。其中PA口为输入口，作为功能键的控制管理，刀架控制编辑、空运行、自动、手动I，手动和回零。PB口也是输入口，由面板上的按键分别控制起动、暂停、单段、连续、急停等功能。是换刀回答，当自动转位刀架按指令转位、夹紧，刀架电机停转之后，发出此信号，开始执行进给指令。接光电编码器输出的零位螺纹信号。PC口是输出口，控制自动转位刀架四个刀位的选刀。用于报警显示，系统正常工作时，输出低电平，绿色发光二极管亮，当系统出现异常情况时，输出高电平，经反向后，红色发光二极管亮，实现报警功能。 8155(2)控制步进电机，行程控制，以及键盘，显示电路。其中为输出口，用于控制Z向、X向步进电机运转，Z向步进电机为五相，X向为三相。此系统采用软件分配。键盘显示电路为46键和6位显示器。作为键盘的6条列线，是键盘扫描线，是输出口。接行线作为键盘输入口。是6位数码显示器的位选信号，8031的口是数码显示器的段选信号。接越程限位控制电路，当床鞍或拖板在Z向或X向越程时，即向计算机输入此信号，使进给系统停止。8031单片机内无程序存储器，如不扩展外部程序存储器则不能工作，且片内仅有128字节数据存储器，对于需要较多数据缓冲区的程序来说，片内RAM也不够用，须扩展。8031片内四个I/O口中仅P1口可作为8位双向的I/O接口用户使用，也须扩展，有些情况还须扩展定时/计数器等。所有的外部芯片都通过三组总线进行扩展数据总线（DB）地址总线（AB）控制总线（CB）地址锁存器8031扩展系统时，由P0口提供数据及低8位地址，分时传送，故须地址锁存.常用的地址锁存器芯片是74LS373（带三态缓冲输出的8D触发器）2.5.存储器及I/O口芯片地址分配及其扩展1、存储器常用芯片（1）EPROM芯片 常用的程序存储器芯片（EPROM）有2761（2K8）、2732（4K8）、2764（8K8）、27128（16K8）、27256（32K8）和27512（64K8）等，均为28脚双列直插式扁平封装长片2）数据存储器常用的静态RAM有6116（2K8）、6264（8K8）、62256（2K8）等，它们都由单一的+5V电源供电，28脚双列直插式扁平封装，典型存取时间为150200ns2、存储器的扩展8031芯片与存储器的连接存储器扩展实质是三总线的连接。(一) 据芯片存储容量的大小确定数据、地址线的根数。(二) 数据线的连接：将8031芯片的PP按位与RAM数据线DD直连。(三) 地址总线的连接：据确定的地址线根数，将相应的低位地址线相连，剩余高位地址线作片选。(四) 控制总线的连接：对应控制线连接。I/O口扩展MCS51单片机共有四个8位并行I/O口，可提供给用户使用的只有P1口和部分P3口线，因此不可避免的要进行I/O端口的扩展。1.I/O口扩展方法据扩展并行I/O口时数据线的连接方式，I/O口扩展方式可分为三种：1） 总线扩展方法2） 串行口扩展方法3） 通过单片机片内I/O口的扩展方法2.常用接口芯片（1）8155芯片8155芯片内具有256个字节RAM、2个8位、1个6位的可编程I/O口和1个14位计数器。(2)8255芯片8255具有3个8位的并行I/O口，分别为PA、PB、PC口，其中PC口又分为高4位（PCPC）和低4位（PCPC）。（3）8279芯片8279内部有168显示数据RAM，通过命令字可选择显示器的4种工作方式，内部还有6字节。2.6逐点比较法逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线和圆弧等曲线的。它与规定的加工直线或圆弧之间最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量取得足够小，就可以达到加工精度的要求。插补可分为直线和圆弧插补，这里也只设计直线和圆弧插补。下面主要介绍第一象限，其他与第一象限类似。1、 第一象限圆弧插补利用8031定时器0或1产生中断的办法来实现插补功能第一象限直线插补2、 第一象限直线插补 也是8031的定时器产生中断来实现的。 总 结我做毕业设计的过程中，一个最大的体会就是理论上很简单的东西，当你要试图去实现的时候，你会