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文档简介
1、CK5116A立式车床数控毕业设计论文 摘 要针对现有常规CK5116A立式车床数控的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计提高加工精度和扩大机床使用范围并提高生产率本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程较详尽地介绍了CK5116A机械改造局部的设计及数控系统局部的设计采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理由IO接口输出步进脉冲经一级齿轮传动减速后带动滚动丝杠转动从而实现纵向横向的进给运动改造过程如下1机械局部的改造包括纵向进给方向的改造和横向进给方向的改造主要包括对滚珠丝杠螺母副及反响式步进电机的计算选择及纵向横向机构装配图方案的制定2电气控制局部的设计主要包括MCS-51系列单片
2、机及扩展芯片的选用和电气控制图的设计关键词数控单片机步进电机滚珠丝杠改造目 录摘 要 1引 言 3第1章 总体方案的设计 11 设计任务 12 总体方案的论证 com 机械局部的改造设计 com 伺服进给系统的改造设计 com 数控系统的硬件电路设计 13 总体方案确实定 第2章 机械局部的改造设计 - 21 纵向进给系统的改造设计 com 纵向滚珠丝杠副的选用 com 步进电机的选用 22 横向进给系统的改造设计 com 横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用 com 横向步进电机的选用 23 齿轮传动间隙的调整 第3章 电气控制局部的设计 31 单片机的选择 32 步进电机的驱动 com 环形脉
3、冲分配器的选择 com 功率放大器的选用 33 步进电机的微机控制 结论 -37-参考文献 -38-引 言毕业设计是机械设计制造及其自动化专业教学方案的一个重要组成局部是各教学环节的继续深化和检验其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的通过毕业设计使学生获得综合训练对培养学生的实际工作能力具有十分重要的作用毕业设计还是高等学校工科学院学生毕业前进行的全面综合训练是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节是学生在校获得的最后训练时机也是对学生在校期间所获得知识的体验机床作为机械制造业的重要根底装备它的开展一直引起人们的关注由于计算机技术的兴起促使机床的控制信息出现了质的突破导致了应
4、用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和开展计算机的出现和应用为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段随着计算机的开展数控机床也得到迅速的开展和广泛的应用同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变数控机床以其优异的性能和精度灵捷而多样化的功能引起世人瞩目并开创机械产品向机电一体化开展的先河数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品它把刀具和工件之间的相对位置机床电机的启动和停止主轴变速工件松开和夹紧刀具的选择冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上然后将数字信息送入数控装置或计算机经过译码运算发出各种指令控制机床伺服系
5、统或其它的执行元件加工出所需的工件 数控机床与普通机床相比其主要有以下的优点 1 适应性强适合加工单件或小批量的复杂工件在数控机床上改变加工工件时只需重新编制新工件的加工程序就能实现新工件加工2 加工精度高 3 生产效率高 4 减轻劳动强度改善劳动条件 5 良好的经济效益 6 有利于生产管理的现代化 数控机床已成为我国市场需求的主流产品需求量逐年激增我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步特别是在机床的高速化多轴化复合化精密化方面进步很大但是国产数控机床与先进国家的同类产品相比还存在差距还不能满足国家建设的需要 我国是一个机床大国有三百多万台普通机床但机床的素质差性能落后单台机
6、床的平均产值只有先进工业国家的110左右差距太大急待改造 旧机床的数控化改造顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置使其具有一定的自动化能力以实现预定的加工工艺目标 随着数控机床越来越多的普及应用数控机床的技术经济效益为大家所理解在国内工厂的技术改造中机床的微机数控化改造已成为重要方面许多工厂一面购置数控机床一面利用数控数显PC技术改造普通机床并取得了良好的经济效益我国经济资源有限国家大机床需要量大因此不可能拿出相当大的资金去购置新型的数控机床而我国的旧机床很多用经济型数控系统改造普通机床在投资少的情况下使其既能满足加工的需要又能提高机床的自动化程度比拟符合我国的国情1984年我国开始生产经济
7、型数控系统并用于改造旧机床到目前为止已有很多厂家生产经济型数控系统可以预料今后机床的经济型数控化改造将迅速开展和普及所以说本毕业设计实例具有典型性和实用性本设计任务是对CK5116A普通车床进行数控改造利用机对纵横向进给系统进行控制纵向Z向脉冲当量为001mm脉冲横向X向脉冲当量为0005mm脉冲驱动元件采用步进电机传动系统采用滚珠丝杠副对于普通机床的经济型数控改造在确定总体设计方案时应考虑在满足设计要求的前提下对机床的改动应尽可能少以降低本钱传感器检测 - 微机控制 - 执行机构驱动机械主体加工此五个要素的工作结构示意图如下1输入输出设备 主要作用编制程序输入数据程序输出显示器2微机控制设备
8、可先用专用计算机PCPLC或者单片机功能完成零件的测量及精度的保证产生脉冲信号在我国普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机主要是因为它们的配套芯片廉价普及性通用性强制造和维修方便完全能满足经济型数控机床的改造需要本设计中是以MCS-51系列单片机51系列相对48系列指令更丰富相对96系列价格更廉价51系列中是无ROM的80518751是用EPROM代替ROM的8051目前工控机中应用最多的是8031单片机本设计以8031芯片为核心增加存储器扩展电路接口和面板操作开关组成的控制系统用步进电机作拖动元件因为数控系统发出的指令仅使床鞍运动而没有位置检测和信号反响故实际
9、移动值和系统指令如果有差异就会造成加工误差测量系统有接触触发式测头信号传输系统和数据采集系统组成是数控机床在线检测系统的关键局部直接影响着在线检测的精度其中关键部件为测头使用测头可在加工过程中进行尺寸测量根据测量结果修改加工程序改善加工精度使得数控机床既是加工设备又兼具测量机的某种功能数控机床的机械局部在刚度精度速度摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求因此不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就到达了机床数控改造的目的而是应该从机床自身的价值考虑分析改造要到达的目标和所需投入从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值对被改造机床的结构性能精度等技术现状作全面分析其中包括机床
10、原来的结构设计是否符合改造要求部件结构是否仍然完好各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用各项精度是否满足要求机床在加工中是否存在故障和历史上有无出现过重大故障从该机床的投入产出率估算确定最终改造方案为了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杠为了保证一定的传动精度和平稳性尽量减小摩擦力选用滚珠丝杠螺母副同时为了提高传动刚度和消除间隙采用有预加负载荷的结构传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构图1-1 改良后的车床传动系统 1小刀架 2横向步进电动机 3横向滚珠丝杆 4大拖板 5纵向滚珠丝杆 6纵向步进电动机com 伺服进给系统的改造设计 数控机床的因为开环控制具有结构简单设计
11、制造容易控制精度较好容易调试价格廉价使用维修方便等优点所以本设计决定采用开环控制系统 任何一个数控系统都由硬件和软件两局部组成硬件是数控系统的根底性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能有了硬件软件才能有效地运行 在设计的数控装置中CPU的选择是关键选择CPU应考虑以下要素1时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关2可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关3 IO口扩展的能力与对外设控制的能力相关在我国普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机主要是因为它们的配套芯片廉价普及性通用性强制造和维修方便完全能满足经济型数控机床的改造需要本设计以8031芯片为核心增
12、加存储器扩展电路接口和面板操作开关组成的控制系统经总体设计方案的论证后确定CK5116A车床经济型数控改造CK5116A车床的主轴转速局部保存原机床的功能即手动变速车床的纵向Z轴和横向X轴进给运动采用步进电机驱动8031单片机组成微机作为数控装置的核心由IO接口环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动从而实现车床的纵向横向进给运动纵向Z向脉冲当量为001mm脉冲横向X向脉冲当量为0005mm脉冲可用下式计算式中车床床身加工的最大直径单位为mm因CK5116A床身加工的最大直径410mm那么按以下比例分别求出分力和那么com3 滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚珠丝杠
13、螺母副的设计首先要选择机构类型确定滚轴循环方式滚珠丝杠副的预紧方式结构类型确定后再计算和确定其他参数包括公称直径导程滚珠的工作圈数列数精度等级等本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式中的固定式滚珠丝杠副的预紧方法选择双螺母螺纹预紧 1 计算进给率牵引力作用在滚珠丝杠上的进给率牵引力主要包括切削力时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力因而其数值大小和导轨的形式有关的计算公式如下纵向进给导轨为三角形那么三角形导轨选取参数 2 计算最大动负荷选用滚珠丝杠副的直径时必须保证在一定轴向负载作用下丝杠在回转100万转后在它的滚道上不产生点蚀现象这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的
14、最大动负荷计算步骤如下丝杠转速其中 寿命最大动负荷 3 计算最大静负荷当滚珠丝杠副在静态或低速情况下工作时滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形当塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一产生大的塑性变形量的负载称为允许的最大静负荷选取静态平安系数 2滚珠丝杠的最大轴向负荷 故最大静负荷为 4 选择滚珠丝杠副见表2-15 传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率表2-1滚珠丝杠副参数型号公称直径根本导程螺旋升角丝杠外径丝杠内径额定动载荷丝杠长度额定静载荷 6 刚度校核主要校核滚珠丝杠在工作负载和扭矩T共同作用下引起的每导程变形量是否符合丝
15、杠精度要求 每导程变形量可按以下公式计算选取 其中那么 查表所得所选用的级丝杠精度允许误差为满足要求 7 稳定性校核机床在进给时滚珠丝杠通常是受轴向力的一压杆假设轴向力过大将使丝杠失去稳定而产生翘曲所以选用时必须进行稳定性校核如果满足稳定性平安系数大于许用稳定性平安系数 那么丝杠平安不会失稳式中 许用稳定性平安系数一般取254丝杠失稳时的临界负载由式中丝杠长度丝杠轴端系数由支承条件定截面惯性矩对实心圆对于水平丝杠要考虑自重影响可取 4将相关数据代入上式中可得丝杠不会失稳com 步进电机的选用CK5116A型普通车床数控化改造采用了一种比拟简单但是较为典型的改装方案改造后的车床进给运动由步进电机
16、A和B驱动它们分别安装在床头箱内或床身尾部和拖板前方通过减速齿轮和纵横向丝杠带动车床的纵横进给运动为使改造后的车床能充分发挥数控车床的效能纵横向丝杠螺母副一般需要调换成滚珠丝杠螺母副当利用原丝杠螺母副时为了减少改造工作量纵向驱动电机及减速箱一般装在床身尾部这时连接车床原传动系统主轴系统和纵向丝杠传动的离合器尚未撤除工作时应使处于脱开位置同理脱落蜗杆等原横向自动进给机构假设未撤除工作时也应使其处于空档空挡位置改造后的进给脉冲当量的量值靠步进电机步距角减速齿轮比丝杠导程三者协调确定三者之间换算关系可以以下式表示 360×acbd×T 式中步进电机步聚角度 T所驱动丝杠导程mm
17、abcd齿轮齿数当单级减数时令cd等于1 脉冲当量值mm步进电机的参数根据阻力矩及切屑用量的大小和机床型号来选择普通车床如C6140CK5116A等的数控改造中多采用008015N·m静力矩的步进电机选008N·m的作为横向进给电机选015N·m的作为纵向进给电机 经验算可知电动机合格110BF003步进电机的外观图及矩频特性图如图22外型图3所示图2-3 车床纵向传动的支承结构1-步进电机2-床身3-左支架4-齿轮副5-右支架6-丝杠左支承7-手轮8-轴套9-丝杠右支承10-螺母座架11-螺母座12-丝杠13-盖14-轴承 滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置上为了便于
18、手动与对刀在丝杠的右端设有手轮使用时安装上不用即卸下以防造成伤害原机床拖板予以保存并设有-螺母座架安装在拖板上以实现丝杠螺母与拖板之间的联接步进电机安装在丝杠的左端原进给箱的位置上由电机上的止口定位靠四个螺钉和二个定位销与床体相连丝杠左右端分别用支架与轴承支承左端用向心球轴承右端用推力球轴承支承2 横向滚珠丝杠横向滚珠丝杠也采用三点支承形式保存原手动机械用子手动与对刀步进电机安装在床鞍的后部靠近操作者-端布置-根支承短轴通过-个联轴套与滚珠丝杠连接起来利用原机床滑动轴承作为径向支承并对原支承处进行适当改装布置-对推力球轴承以实现轴向支承在远离操作者-端用-个联轴套和-根连接短轴把滚珠丝杠与减速
19、箱输出轴连接起来与纵向进给-样丝杠螺母与横向拖板间仍用-螺母座联接横向进给机构改造设计如图2-4所示1 -步进电机2 -消隙减速箱3 -支承架4 5 8 -联轴套于螺母座7 -滚珠丝杠螺母副于支承短轴图24 车床横向传动的支承结构com 横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠使螺纹间产生滚动摩擦丝杠转动时带动滚珠沿螺纹滚道滚动螺母上设有返向器与螺纹滚道构成滚珠的循环通道为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合可设置预紧装置为延长工作寿命可设置润滑件和密封件滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动副相比有以下特点 1 传动效率高 一般滚珠丝杠副的传动
20、效率达9095消耗能量仅为滑动丝杆的13 2 运动平稳 滚动摩擦系数接近常数启动与工作摩擦力矩差异很小启动时无冲击预紧后可消除间隙产生过盈提高接触刚度和传动精度 3 工作寿命长 滚珠丝杠螺母副的摩擦外表为高硬度 HRC5862 高精度具有较长的工作寿命和精度保持性寿命约为滑动丝杆副的410倍以上 4 定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杆副摩擦小温升小无爬行无间隙通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀因此可到达较高的定位精度和重复定位精度 5 同步性好 用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件可得到较好的同步运动 6 可靠性高 润滑密封装置结构简单维修方便 7 不能自锁 用于垂直传动时必须在系
21、统中附加自锁或制动装置 8 制造工艺复杂 滚珠丝杆和螺母等零件加工精度外表粗糙度要求高故制造本钱较高com1 确定系统的脉冲当量横向X向脉冲当量为0005mm脉冲可用下式计算式中车床刀架加工的最大直径单位为mm因CK5116A床身加工的最大直径210mm那么按以下比例分别求出分力和那么com3 滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择机构类型确定滚轴循环方式滚珠丝杠副的预紧方式结构类型确定后再计算和确定其他参数包括公称直径导程滚珠的工作圈数列数精度等级等 本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式中的固定式滚珠丝杠副的预紧方法选择双螺母螺纹预紧 1 计算进给率牵引力作用在滚珠丝杠
22、上的进给率牵引力主要包括切削力时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力因而其数值大小和导轨的形式有关的计算公式如下横向进给导轨为燕尾形那么燕尾形导轨选取参数 2 计算最大动负荷选用滚珠丝杠副的直径时必须保证在一定轴向负载作用下丝杠在回转100万转后在它的滚道上不产生点蚀现象这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负荷计算步骤如下丝杠转速其中 寿命最大动负荷 3 计算最大静负荷当滚珠丝杠副在静态或低速情况下工作时滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形当塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一产生大的塑性变形
23、量的负载称为允许的最大静负荷选取静态平安系数 2滚珠丝杠的最大轴向负荷 故最大静负荷为 4 选择滚珠丝杠副表2-2 滚珠丝杠副参数型号公称直径根本导程螺旋升角丝杠外径丝杠内径额定动载荷丝杠长度额定静载荷 5 传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率 6 刚度校核主要校核滚珠丝杠在工作负载和扭矩T共同作用下引起的每导程变形量是否符合丝杠精度要求每导程变形量可按以下公式计算选取 其中那么 查手册所得所选用的级丝杠精度允许误差为满足要求 7 稳定性校核机床在进给时滚珠丝杠通常是受轴向力的一压杆假设轴向力过大将使丝杠失去稳定而产生翘曲所以选用时必须进行稳定性校核如果满足稳定性平安系数大于许用稳定性平安系数
24、 那么丝杠平安不会失稳式中 许用稳定性平安系数一般取254丝杠失稳时的临界负载由式中丝杠长度丝杠轴端系数由支承条件定截面惯性矩对实心圆对于水平丝杠要考虑自重影响可取 4将相关数据代入上式中可得丝杠不会失稳com 横向步进电机的选用 电动机工作时会发热它不仅取决于负载的大小也和负载持续的时间的长短密切相关这是选择额定功率时必须考虑的按电动机的不同发热情况可以分为三种工作方式或称工作制即连续工作方式短时工作方式和断续周期性工作方式 CK5116A车床其工作时间一般较长温升可以到达稳定值电机的负载可能是恒定或大小根本恒定的常值负载或变化负载因此属于连续工作方式 由于电动机为连续工作方式负载平稳且经常
25、启动制动和正反转因此因优先采用鼠笼式异步电动机com1 脉冲量的选择初选三相步进电动机的步距角为当三相六拍12相励磁运行时步距角其妹转脉冲数初选脉冲当量 由此可得中间齿轮传动比为com2 等效负载转矩计算1空载时的摩擦转矩2车削加工时的负载转矩com3 等效转动惯量的计算1滚动丝杠的转动惯量2拖板运动惯量换算到电动机轴上的转动惯量3大齿轮的转动惯量选取大齿轮齿数小齿轮齿数模数4小齿轮的转动惯量换算到电动机轴上的总惯性负载com4 步进电动机型号的选择 初选步进电机型号为90BF002步距角三相六拍其中最大静扭矩转子惯量由此可得经验算可知电动机合格电动机外形图及矩频图如图2-5图2-5 110B
26、F003步进电机的外观图及矩频特性图23 齿轮传动间隙的调整在横向进给和纵向进给的步进电机和滚珠丝杠间都是通过一对减速直齿轮传动的这就要求我们对齿轮的传动间隙进行调整常用的直齿轮调整齿侧间隙的方法有以下几种 1 偏心套 轴 调整法 如图2-6所示将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮4装在电机输出轴上并将电机2安装在偏心套1 或偏心轴 上通过转动偏心套 偏心轴 的转角就可调节两啮合齿轮的中心距从而消除圆柱齿轮正反转时的齿侧间隙特点是结构简单但其侧隙不能自动补偿图2-6 偏心套式间隙消除机构1偏心套 2电动机 3减速箱 45减速齿轮 2 轴向垫片调整法 如图2-7所示齿轮1和2相啮合其分度圆弧齿厚沿轴
27、线方向略有锥度这样就可以用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动从而消除两齿轮的齿侧间隙装配时轴向垫片3的厚度应使得齿轮1和2之间既齿侧间隙小运转又灵活特点同偏心套 轴 调整法图2-7 圆柱齿轮轴向垫片间隙消除机构 3 双片薄齿轮错齿调整法 这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮另一个用两片薄齿轮组成采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左右两侧以消除齿侧间隙反向时不会出现死区具体调整措施如下周向弹簧式 图2-8 在两个薄片齿轮2和4上各开了几条周向圆弧槽并在齿轮3和4的端面上有安装弹簧2的短柱1在弹簧2的作用下使薄片齿轮3和4错位而消除齿侧间隙这种结构形式中的弹
28、簧2的拉力必须足以克服驱动转矩才能起作用因该方法受到周向圆弧槽及弹簧尺寸限制故仅适用于读数装置而不适用于驱动装置可调拉簧式 图2-9 在两个薄片齿轮1和2上装有凸耳3弹簧的一端钩在凸耳3上另一端钩在螺钉7上弹簧4的拉力大小可用螺母5调节螺钉7的伸出长度调整好后再用螺母6锁紧本设计所选用的是双片薄齿轮错齿调整法中的可调拉簧式由此就可以将纵向及横向进给系统的装配图设计并画出具体请见图纸图2-8 薄片齿轮周向拉簧错齿调隙机构 图2-9 可调拉簧式调隙第3章 电气控制局部的设计在这一局部我们采用MCS-51系列单片机控制主控系统51系列相对48系列指令更丰富相对96系列价格更廉价51系列中是无ROM的
29、80518751是用EPROM代替ROM的8051目前工控机中应用最多的是8031单片机本设计以8031芯片为核心增加存储器扩展电路接口和面板操作开关组成的控制系统8031芯片片内无ROM或者EPROM使用时必须配置外部的程序存储器EPROM本设计选用了27128扩展其空间8031的引脚分3大功能1IO口线P0P1P2P3共4个八位口2控制口线PSEN 片外取指控制 ALE地址锁存控制EA片外存储器选择RESET复位控制3电源和时钟8031最小应用系统8031内部不带ROM需要外接EPROM作为外部程序存储器又因为8031在外接程序存储器或数据存储器时地址的低8位信息和数据信息分时送出故还需要
30、采用一片6264数据存储器储存数据这样一片27128EPROM和一片6264组成了一个最小的计算机应用系统图3-2 系统存储器32 步进电机的驱动步进电机的运行特性与配套使用的驱动电源有密切关系驱动电源由脉冲分配器功率放大器组成驱动电源是将变频信号源送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动的循环供应电机各组绕组以驱动电机转子正反向旋转com 环形脉冲分配器的选择步进电机的各组绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作这种使电机绕组的通电顺序按一定规律变化的局部称为脉冲分配器又称环形脉冲分配器所以不同相的电机应选用不同的环形分配器本设计中所选用的电机纵向局部为110BF003三相反响式步进电机与其
31、相配的环形脉冲分配器为CH250其管脚图见图3-3图3-3 CH250管脚图CH250有ABC三个输出端当输入端CL或EN加上时钟脉冲后输出波形将符合三相反响式步进电机的要求输出电流能力为05mA经推动级驱动级放大后即可驱动电动机绕组CH250在供三相六拍步进电机工作时线路中的接线见图3-4图3-4 三相六拍时CH250接线图横向局部为90BF002五相反响式步进电机与其相配的环形脉冲分配器为PMM8714其管脚图见图3-5com 功率放大器的选用从计算机输出口或从环形分配器输出的信号脉冲电流一般只有几个毫安不能直接驱动步进电机必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大使其增大到几至十几安培从而驱动
32、步进电机运转步进电机所使用的功率放大器有电压型和电流型电压型又有单电压型双电压型上下压型电流型中有恒流驱动斩波驱动等图3-5 PMM8714管脚图 1 单电压功率放大电路 此电路的优点是电路结构简单缺乏之处是Rc消耗能量大电流脉冲前后沿不够陡在改善了高频性能后低频工作时会使振荡有所增加使低频特性变坏 2 上下电压功率放大电路电源U1为高电压电源大约为80150VU2为低电压电源大约为520V在绕组指令脉冲到来时脉冲的上升沿同时使VT1和VT2导通图3-6 单电压功率放大器由于二极管VD1的作用使绕组只加上高电压U1绕组的电流很快到达规定值到达规定值后VT1的输入脉冲先变成下降沿使VT1截止电动
33、机由低电压U2供电维持规定电流值直到VT2输入脉冲下降沿到来VT2截止缺乏之处是在上下压衔接处的电流波形在顶部有下凹影响电动机运行的平稳性图3-7 上下电压功率放大电路3斩波恒流功放电路 该电路的特点是工作时Vin端输入方波步进信号当Vin为0电平由与门A2输出Vb为0电平功率管达林顿管VT截止绕组W上无电流通过采样电阻上R3上无反响电压A1放大器输出高电平而当Vin为高电平时由与门A2输出的Vb也是高电平功率管VT导通绕组W上有电流采样电阻上R3上出现反响电压Vf由分压电阻R1R2得到设定电压与反响电压相减来决定A1输出电平的上下来决定Vin信号能否通过与门A2假设Vref Vf时Vin信号
34、通过与门形成Vb正脉冲翻开功率管VT反之Vref Vf时Vin信号被截止无Vb正脉冲功率管VT截止这样在一个Vin脉冲内功率管VT会屡次通断使绕组电流在设定值上下波动图3-8 斩波恒流功放电路通过比拟选择本设计中选用单电压功率放大电路为了防止功放后强电对弱电产生干扰应在环形分配器和功率放大电路之间加一个光电隔离电路33 步进电机的微机控制步进电机的工作过程一般由控制器控制控制器按照设计者的要求完成一定的控制过程使功率放大电路按照要求的规律驱动步进电机运行简单地控制过程可以用各种逻辑电路来实现但缺点是线路复杂控制方案改变困难自从微处理器问世以来给步进电机控制器设计开辟了新的途径各种单片微型计算机
35、的迅速开展和普及为设计功能很强而价格低廉的步进电机控制器提供了条件使用微型计算机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式串行控制具有串行控制功能的单片机系统与步进电机驱动电源之间具有较少的连线将信号送入步进电机驱动电源的环形分配器所以在这种系统中驱动电源中必须含有环形分配器这种控制方式的示意图见图3-9 并行控制用微型计算机系统的数个接口直接去控制步进电机各相驱动电路的方法称为并行控制在电机驱动电源内还包括环形分配器而其功能必须由微型计算机系统完成由系统实现脉冲分配器的功能又有两种方法一种是纯软件方法即完全用软件来实现相序的分配直接输出各相导通或截止的信号第二种是软硬件相结合的方法这里有专门设计
36、的一种编程器接口计算机向接口输入简单形式的代码数据而接口输出的是步进电机各相导通或截止的信号并行控制方案的示意图见图3-10图3-10并行控制示意图最后我们将选择的元件用线连接就可以画出设计所需要的电气控制图了详细图纸内容见图纸结 论面对目前国家的数控普及程度现实要求我们必须进行普通机床的数控改造使我们国家在花最少钱的情况下提高我们的数控化水平本设计的内容即是对普通车床的数控化改造目前已有很多人对其进行了研究在数控改造领域内车床的数控改造是最普及最简单也是最重要的本设计通过对机械局部和电气控制局部中的硬件局部进行了设计真正实现了机电一体经过本次改造CK5116A车床实现了MCS-51系列单片机
37、控制系统步进电机开环控制具有直线和圆弧插补功能可大大提高加工工效加工质量可以得到稳定并保存了原机床的特性参考文献1 赵玉刚宋com出版社20036 2 张com出版社200183 李com航天大学出版社19953 4 李云主编机械制造工艺及设备设计指导手册机械工业出版社19978 5 王com出版社2002126 蔡美琴张为民等编MCS-51 系列单片机系统及其应用高等教育出版社19928 7 张新义主编经济型数控机床系统设计北京机械工业出版社1998 8 余英良主编机床数控改造设计与实例北京机械工业出版社19949 王贵明主编数控实用技术北京机械工业出版社200110 张建纲胡大锋主编数控技
38、术武汉华中科技大学出版社200011 邓星钟主编机电传动控制武汉华中科技大学出版社200112 王爱玲主编现代数控机床结构与设计北京兵器工业出版社199913 卜云峰主编机械工业及自动化简明设计手册上下册北京机械工业出版社199914 刘跃南主编机床计算机数控及应用北京机械工业出版社199715 com辽宁科学技术出版社199916 李群芳黄建等编单片机微型计算机及接口技术北京电子工业出版社200117 陶晓杰主编伺服电机用于车床进给系统制造业自动化20002218 机床设计手册编写组机床设计手册第三册机械工业出版社198619 李立强等主编控车床自动转位刀台设计制造技术与车床200020 黄
39、玉美主编床总体方案的创新设计设备管理与维修200021 孙桓等主编机械原理高等教育出版社 199522 机械com出版社199023 刘淑华浅谈数控车床主传动com200324 com-workse-works论坛2001致 谢首先对老师这么长时间的耐心的指导和孜孜不倦的教诲表示衷心的感谢正是在老师的精心指导下我才能顺利地完成了这次毕业设计无论是在理论学习阶段还是在论文的选题资料查询开题研究和撰写的每一个环节无不得到老师的指导和帮助老师严谨的治学态度渊博的学识平易近人的处世原那么是永远值得我学习的在设计过程中他给我们提出了不少珍贵的意见使我不断的挑战自我让我在整个设计过程中得到了不少启发罗腽蚈
40、螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃
41、螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿
42、膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁
43、芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂
44、羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗
45、腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁罴肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肃芁荟螁膅莃蛳聿膄蒆薇罗腽蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羁腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁
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