用8086改造c616机床进给系统解析

1、28/28用0806改造C616机床进给系统指导老师：玄兆燕姓名：班级：学号：目录1、绪论,32、机械设计部分,43、数控设计部分,144、汇编程序代码,215、参照文件,282绪论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巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中构造复杂、精巧、批量小、多变部件的加工问题，且能坚固产品的加工质量，大幅度地提升生产效率。但从当前公司面对的状况看，因数控机床价钱较贵，一次性投资较大使公司心有余而力不足。我国作为机床大国，对一般机床数控化改造不失为一种较好的良策。特别对一些中小型公司来说，面对周转资本不足、而公司又要发展。能够说时代在呼喊一些专业人员能够对

2、公司里面原有的机床进行数控改造。本文针对当前公司现状，以C616一般车床为例,提出简单型经济数控改造思路和设计方法。设计参数：1、工作台重量：800w2、启动加快时间：50ms3、主轴电机功率：4kw4、机床定位精度：0.02mm/300mm5、脉冲当量：纵向0.01mm/步横向0.005mm/步6、快速进给速度：纵向2m/min横向1m/min7、切削进给速度：纵向0.6m/min横向0.3m/min8、工作台工作行程：640mm3、机械部分设计一、计算降速比由设计条件横向脉冲当量0.005mm/step，初选步进电机步距角0.750，珠丝杠导程s=6mm。查机床设计手册表6.6-26可知s

3、0.756i3602.53600.005二、切削力的计算最大切削功率PmaxP40.83.2KW式中P为主电动机功率为主传动系统传动效率，查机械制造技术基础知在0.750.85内取值当主电动机输出最大功率，切削速度最小时，主切削力FC最大，查C616车床基本参数知其最低转速nmin=45r/min。（轴径按50mm计算即：D=50mm）Fcmax2nminD106由Pmax60解得Fcmax13.59KN由机械制造技术基础知轴向力Ff(0.30.4)Fc，取系数为0.4计算Ffmax0.422.655.43KN三、丝杆的选型1、丝杆进给牵引力Fm计算FmkFfmaxf(FcmaxW)1.155

4、.430.16(13.590.8)8.55KN式中k=为考虑推翻力矩影响的实验系数，三角导轨k取1.154f=导轨上的摩擦系数，三角形导轨属于一般滑动导轨，f取0.150.18，这里取f0.162、等效转速nm计算由设计条件知快速进给速度v11/min，切削进给速度mv20.3m/min。珠丝杠导程s=6mm由机械部件设计手册表17-19可知nm11000v121000v21000(120.3)3s3s3688.89r/min3、计算载荷Fc的计算由机械部件设计手册表17-19可知FcKFKHKlFm1.3118.5511.12KN式中KF为载荷系数查机械部件设计手册表17-20取KF=1.3

5、KH为硬度影响系数查机械部件设计手册表17-20取KH=1Kl为短行程系数查机械部件设计手册表17-20取Kl=14、必然的额定动载荷Ca计算查机械部件设计手册表17-21取寿命要求Lh10000h由机械部件设计手册表17-19可知nmLh88.8910000Ca34Fc3411.1241.83KN1.67101.67105、精度等级确立5由设计条件机床定位精度0.02mm/300mm查机械部件设计手册表17-27，采纳丝杆精度等级为4级。6、采纳滚珠丝杠副型号主要尺寸及资料由CaCa查机械部件设计手册表17-33，采纳丝杆型号为CDM5006-7.5，d50mm，P6mm，D3.969mm，

6、0hwd=49.5mmd145.9，循环圈数：2.52，Rc3882N/m螺旋导程角Pharctan6020arctan502.191115d0查机械部件设计手册表17-24，螺杆的资料为20CrMoA渗碳淬火。螺母资料CrWMn。7、静载荷验算由机械部件设计手册表17-19可知KFKHFm1.318.5511.12KNCoa182.5KN式中KH为硬度影响系数查机械部件设计手册表17-20取KH=1Coa为额定静载荷查机械部件设计手册表17-33知CDM5010-5的Coa=182.5KN故知足静强度要求。8、坚固性验算因螺杆较长，应验算螺杆的坚固性，由机械部件设计手册表17-3可知临界载荷

7、为6Fcr2EIa22.061052947071.89106N(l1)2(0.7804)2E为螺杆资料的弹性模量由机械部件设计手册表17-3取E206kN/mm2Ia为螺杆危险截面的轴惯性矩Iad449.54294707mm46464为端部系数，与螺杆的端部构造有关，查机械部件设计手册表17-7，按一端固定，一端铰支取0.7l1为丝杠螺纹全长l1luL640164804mm（lu为工作台行程640mmL为螺母宽度查机械部件设计手册表17-33L=164mm）又Fcr1.651061922.54故知足坚固性要求。Fm0.8551049、刚度验算按最不利状况考虑，即在导程内受轴向力惹起的弹性变形与

8、受转矩惹起的弹性变形方向一致，此时变形量最大，查机械部件设计手册表17-3知计算公式为S16T1S24FmS169216.666240.85510460.00015mm0.15m2Gd14Ed1228.3310445.942.0610545.92式中T1Fmd0tan(v)0.855104500840)9216.66N22tan(211157(式中摩擦系数按0.0025计，当量摩擦角v840)剪切弹性模量G=8.33104N/mm2每米螺杆长度上的螺距的弹性变形S0.1525m/m(S)P27.5m/mS6103S由设计要求知滚珠丝杠选4级，由机械部件设计手册表17-9注知相当于滑动螺旋副为8

9、级精度，查得(S)P的一半为27.5m/mS故知足刚度要求。10、效率计算由机械部件设计手册表17-3知效率tantan2011150.938tan(v)tan(201115840)四、滚珠丝杠驱动转矩计算1、螺旋副摩擦转矩T1计算由机械部件设计手册17-1式T1Fmd0tan(v)0.855104500840)9216.66Nmm22tan(211152、支撑面摩擦转矩T2,T3计算由机械部件设计手册17-3式T2d3d40.8551045050T3Fmf0.0025497.64Nmm44式中摩擦系f数按0.0025计d2，d3为支撑端面内外直径，用丝杠公称直径d0取代3、滚珠丝杠驱动转矩T

10、q计算由机械部件设计手册17-3式8TqT1T2T39216.66497.64497.6410211.94Nmm五、齿轮设计1、选择齿轮资料并初步确立参数1）、选择齿轮资料，及热办理。由机械设计表8-1采纳：小齿轮：40Cr，调质办理，齿面硬度为260HBW大齿轮：45钢，调质办理，齿面硬度为230HBW2）、初选齿数小齿轮齿数大齿轮齿数z118z2iz12.518453）、选择齿宽系数d和精度等级初估小齿轮直径d127mm参照机械设计表8-8取齿宽系数d，则27mm=1bdd1齿轮圆周速度v60d1n127222.230.134m/s1000601000式中n1in2inm2.588.89r

11、222.23/min为保证系统传动精度采纳6级齿轮精度4）、计算两次轮应力循环次数N小齿轮N160n1Lh60222.23100001.3108大齿轮N2N11.31085.3107i2.55）、寿命系数ZN参照机械设计表8-24取ZN11,ZN21(不同样意有必然量点蚀)6）、接触疲备极限Hlim由机械设计图8-20a，查线MQ9得Hlim1720MPa，Hlim2580MPa7）、安全系数SH参照机械设计表8-11，取SH18)、许用接触应力H参照机械设计8-14式得H1Hlim1ZN17201MPaSH1720H2Hlim2ZN25801MPaSH15802、按齿面接触疲备强度设计齿轮的

12、主要参数1）、确立各有关参数值Tq10211.944084.78Nmm计算小齿轮转矩Ti2.5确立使用系数KA参照机械设计表8-4取KA1确立动载系数KV参照机械设计表8-11取KV1.05齿间载荷分派系数KKAFt2KAT214084.78NmmNmmbbd12711.2110027参照机械设计表8-5，取K1.5齿向载荷散布系数K由机械设计图8-14,a取载荷系数KKAKVKK11.051.51.11.732确立弹性系数ZE,参照机械设计表8-6得ZE190MPa确立节点地区系数ZH,参照机械设计图8-16得ZH2.5确立重合度系数Z,参照机械设计式8-8有1.883.2(11)1.883

13、.2(11)1.63z1z21845参照机械设计式8-7有10441.630.889Z332)、求所需小齿轮直径d1参照机械设计式8-6有d132KTu1(ZHZEZ)2duH321.7324084.782.511902.50.889212.5(580)21.89初估小齿轮直径d127mm符合条件。3）、确立中心距a，模数m等主要几何参数模数d121.891.23m18z1参照机械设计表8-7取标准值m=1.5中心距m(z1z2)1.5(1845)a247.25mm2分度圆直径d1mz11.51827mmd2mz21.54567.5mm确立齿宽b2b27mmb1b23mm30mm3、校核齿根曲

14、折疲备强度1）、计算许用曲折应力寿命系数YN参照机械设计图8-29取YN1YN21极限应力Flim参照机械设计图8-25a取Flim1300MPaFlim220MPa尺寸系数Yx参照机械设计图8-30取Yx1Yx2111安全系数SF参照机械设计表8-11取SF1.6许用曲折应力F参照机械设计8-16式2Flim1YN1Yx1230011MPaF1SF1.63752Flim2YN2Yx2222011MPaF2SF1.62752）、计算齿根曲折应力齿形系数YFa参照机械设计图8-18取YFa12.9YFa22.33应力修正系数Ysa参照机械设计图8-19取Ysa11.58Ysa21.68重合度系数

15、Y参照机械设计式8-11有0.750.250.750.71Y0.251.63齿根曲折应力参照机械设计式8-9有2KTYFa1Ysa1YF1bd1m21.7324084.782.91.580.71271.542.1MPaF1375MPaYFa2Ysa2F2F1YFa1Ysa142.12.331.682.91.5835.97MPaF2275MPa结论齿根曲折疲备强度足够。六、步进电机的选型1）、折算到步进电机轴的转动惯量计算12丝杠转动惯量J1查机床设计手册表6.6-28知J10.03975l0.039751.0450.04154kgfcms2齿轮转动惯量查机床设计手册表6.6-27知大齿轮转动惯

16、量J20.78d24b21060.786.7542.71064.37103kgfcms2小齿轮转动惯量J30.78d14b11060.782.7431060.124103kgfcms2折算到步进电机轴的转动惯量查机床设计手册表6.6-27知JtJ312J2J1W(S)ig20.000124120.004370.0415481.630.62.598020.00874kgfcms28.56104kgm2式中i为传动比W为工作台重量（kgf）bS为丝杠导程（cm）g为重力加快度取g980cm/s2、启动时步进电机轴角加快度计算快速进给时电机轴转速n1000v12.510001416.67r/mini

17、6s角加快度2n260416.67872.23rad/s260t0.053）、初选步进电机由机电一体化系统设计表3.8采纳步进电机型号为11BF003,13其参数以下：相数3，步距角0.75，电压80V,相电流6A，最大静转矩7.84Nm，空载启动频次1500步/s，空载运转频次7000步/s，分派方式3相6怕，外形尺寸110160(11)，转子转动惯量46.1105kgm24）、考证步进电机起动转矩T(JtJ0)(8.561044.6104)872.231.15Nm小于步进电机的最大静转矩，故知足使用要求。、数控部分设计微型计算机的应用已经深入到机床数控系统，在本设计中所谓经济型计算机数控是

18、采纳八位微机系统与步进电机驱动系统租场开环两坐标进给的简单数控系统。电气部分设计包含硬件电路的设计和软件设计两部分。一、数控系统的硬件电路设计硬件是数控系统的基础，其性能的利害直接影响整个系统的工作性能，有了硬件软件才能有效地进行。数控系统的基本硬件电路由以下几部分组成：控制器、储蓄器、接口电路、光电间隔电路、功率放大器。1、控制器：本系统采纳8086cpu系统作为数控系统的控制器件。一般计算机的性能指标有速度、字长、内存的大小、软件配置等。8086一般有cpu、I/O电路、储蓄器三部分构成。时钟脉冲频次是计算机工作速度的主要要素，8086cpu的时钟频次为10MHZ。142、储蓄器20位的地

19、点在CPU内可寻址，1M字节的内存空间，而机构内的储蓄器是16位的，只好寻址64k字节，8086系统把1M储蓄空间系统分红16个逻辑段，每个逻辑段赞成在储蓄空间浮动，即段与段之间能够部分重叠、完满重叠、连续摆列、断续摆列特别灵巧。在整个储蓄空间中能够设置若干个逻辑段，对随意一个物理地点能够独一的被包含在一个逻辑段内，也能够包含在多个互相重叠的逻辑段内，只需有段地点和段内偏移地点就能够接见到这个物理地点所对应的储蓄空间。在8086储蓄空间中，把16k字节的储蓄空间成为一节，为简化操作，要求各个逻辑段从节的整数界限开始，也就是说段首地点第四位应当是“0”，所以，应当把段首地点的高16位称为段基址，

20、寄存在受寄存器中，段间偏移地点寄存在IP或SP中，DS、CS、SS、ES的段基址分别为2058H、250AH、8FFBH和EFFOH。3、光电耦合电路光电耦合在微机系统中拥有特别重要的作用，其经过发光二极管的光芒推进光敏三极管导通，进而实现通讯系统中的光电间隔。光电耦合器左右：间隔功能使微机与现场间隔，防备现场信号进入微机，进而保证微机靠谱工作。实现信号电平变换能够未来自微机的输出信号电平很方便地变换为执行机构所需的信号电平或许未来自生产现场的信号电平变换为危机所需的信号电平。15载驱动达林顿管可将电流放大好多，拥有较强的负载驱动能力8255输出口的放出及吸入电流均较大，故可直接用高电平来推进

21、三极管驱动发光管。因为8255在上电复位时，端口初置为输入状态，即高阻抗状态，为不使开机输出额外的信息，三极管基极应拉成低电平。4、功率放大器功率放大电路分为单电源和双电源，单电源线路简单，但效率不高，所以采纳双电源型。双电源采纳高低压供电路，以以下列图。工作原理：无脉冲输入时VT1VT2VT3VT4均截止，电动机绕组W无电流经过，电动机不转。有脉冲输入时，VT1VT2VT4饱和导通，在VT2由截止到饱和时期，其集电极电流，也就是脉冲变压TI的一次电流急剧增添，在变压器三次侧感生一个电压，使VT3导通，80V的高压经高压管VT3加到绕组W上，使电流16快速上涨，当VT2进入坚固状态后，TI一次

22、侧电流临时恒定，无磁通量变化，二次侧的感觉电压为零，VT3截止。这时，12V低压电源经VD1加到电动机绕组W上并保持绕组中的电流，输入脉冲结束后，VT1VT2VT3VT4又都截止，储蓄在W中的能经过18欧姆的电阻和VD2放电，该电路因为采纳高压驱动，电流增增添快，脉冲电流的前沿变陡，电动机的转矩和运转频次都获得了提升。二、数控系统的软件设计设计一个采纳步进电机伺服机构的开环机床，数控系统控制对象为机床进给系统X、Z工作台，用逐点比较法，插补法加工已知直线，故主程序调出插补子程序，由8255A中止服务子程序达成越界急停报警。1主程序功能8255A的初始化，8259A的初始化，调用插补加工子程序。

23、28255A的设置本设计采纳AD的8根引线来控制X、Z电机，红灯，绿灯。此中红灯于警铃相连，红灯亮，警铃响，作输出作业。其控制字D7D6D5D4D3D2D1D010000000标记位端口AI工作方式0A作输出控制字：10000000B=80H8255A作为基本的输入、输出口、AD工作方式为0PA0PA2分别控制X电机的XA、XB、XC相PA3PA5分别控制Z电机的ZA、ZB、ZC相17PA7控制绿灯，绿灯亮，表示运转正常PA6控制红灯，红灯亮，表示有紧迫状况3三相六拍环分器脉冲通电代码电机通电代码PA7PA6PA5PA41000000110000011100000101000011010000

24、10010000101电机通电代码PA7PA6PA5PA4100010001001100010010000101100001010000010101000中止时PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0相代码A81HAB83H82HBC86H84HCA85HPA3PA2PA1PA0相代码88HAB98H90HBCB0HA0HCAA8HPA3PA2PA1PA0代码0100000040H48259A的设置8259A可编程中止控制器，一共可接收8此中止，本次设计共用5此中断口，分别用来控制+X、-X、+Z、-Z方向的越界和急停按钮。8259A的预置命令字的设置，其端口地点为偶地点18A0765

25、43210000010011命令字为13H采纳边沿触发：单级使用，需要设置ICW4ICW2的设置，其端口地点为奇地点A076543210101100000命令字为60HICW4的设置，其端口地点为奇地点A076543210100000001命令字为01H采纳非特别完满嵌套方式，非自动EOI方式8259A的操作命令字ICW1的设置，其端口地点为奇地点A076543210111100000命令字为E0HIR0IR4都可引入中止OCW2的设置，其端口地点为偶地点A076543210010100000命令字为A0H19采纳一般EOI循环方式5用逐点比较法插补加工程序设计直线插补计算原理依据逐点比较法的

26、原理，每走一步必然把动点的实质地点与给定轨迹的理想地点间的偏差以“偏差”形式计算出来，此后依据偏差的正负决定下一步的走向，已迫近给定轨迹。逐点比较插补加工中由四个环节构成a偏差鉴别经过偏差计算确立刀具的地点，当偏差Fs0时，刀具在被加工斜线上方，当Fs0时，刀具在被加工斜线下方b刀具进给由上一步偏差判断结果，确立刀具进给方向，由此纠正偏差。若F0向X方向挪动，若F0向Z方向挪动。c偏差计算Fi1Fi|Zi|Fi1Fi|Xi|d终点鉴别鉴别刀具能否达到终点，到终点时则停止，不然连续插补。6三相六拍环分子程序步进电机的各绕组必然按必然的次序通电才能正常工作。环形脉冲分派器可用硬件实现也可用软件实现

27、。采纳软件环分是利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分派，经过正向次序读取和反向次序读取可控制电动机进行正反转，经过控制读取一次数据的时间间隔可控制电动机的转速。该法能充分20利用计算机软件资源以降低硬件成本，特别是对多相的脉冲分派拥有更大的长处。7协助电路为防备机床行程越界，在机床上装有行程控制开关，为防备不测装有急停按钮。因为这些开关离控制箱较近，故简单产生电器搅乱，为防备这类情况发生，在电路和接口之间推行光电间隔：当绿灯亮时，表示工作正常，当红灯亮时表示溜板箱已到极限地点。8控制系统的程序1主程序NAMEJGDATASEGMENT;定义数据段MDW4DUP(?)TDW?FDW0HSDB?C

28、DB0HDDB0HXTDB81H.83H.82H.86H.84H.85H;X电机通电代码YTDB88H.98H.90H.B0H.A0H.A8H;Y电机通电代码DATAENDSSTACKSEGMENTSTACKSTADW100DUP(?)STACKENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASS:STACK,ES:DATA;寄存器说明21STAR:CLIMOVAX,00HMOVDS,AX;中止向量的段基址送DSMOVAX,SEGINTR;取中止子程序的段基址MOVBX,OFFSETINTR;取中止子程序的偏移地点MOVSI,60H;中止种类码送SIMOVSI,BX;将

29、中止偏移量送到SISI+1中MOVSI+2,AX;将中止段基址送到SISI+1中MOVAX,DATAMOVDS,AX;恢复DSMOVDX,2003H;初始化8255AMOVAL,80HOUTDX,ALMOVDX,2800H;定义8259AICW1MOVAL,13HOUTDX,ALMOVDX,2801H;定义8259AICW2MOVAL,60HOUTDX,ALMOVAL,01H;定义8259AICW4OUTDX,ALMOVAL,0E0H;定义8259AOCW1OUTDX,ALMOVDX,2800HMOVAL,0A0H;定义8259AOCW2OUTDX,AL22STI;中止翻开CALLCB;调用插

30、补程序HTL2直线插补子程序CBPROCPUSHAXPUSHBXPUSHCXPUSHDXPUSHF;保护现场MOVAH,0H;标记位清零SAHFMOVAX,M;取起点终点的X坐标MOVBX,M+2SUBBX,AX;取终点有关于起点横坐标的绝对值XeJGEB1NEGBXB1:MOVAX,M+1;取起点，终点的Z坐标MOVDX,M+3SUBDX,AX;取终点有关于起点的Z坐标的绝对值YeJGEB2NEGDXB2:ADDDX,BX;计算总进给步数MOVCX,DXMOVAX,F;将偏差值送AXXH:CMPAX,00H;判断向哪个方向走JCB4;跳向Z向MOV5,0H;写X电机状态字(X/Z正/反)CM

31、PM+2,MJCB323OR5,00HB3:ORS,00HCALLHF;调用环分子程序，X电机走一步SUBAX,DX;计算偏差值CALLTIME;调用延时程序JMEB6B4:MOV5,02H;写Z电机状态字(X/Z,正/反)CMPM+3,M+1JCB5ORS,00HB5:ORS,01HCALLHF;调用换分子程序，Z电机走一步ADDAX,BX;计算偏差值CALLTIME;调用延时子程序B6:DECCX;总步数减1LOOPXHPOPF;出栈，恢复现场POPDXPOPCXPOPBXPOPAXRETCBENDP3三相六拍环分子程序HFPROCPUSHAXPUSHBXPUSHDXPUSHF;压栈；保护现场MOVBL,S;送电机操作字给BL24ANDBL,01H;判断正反转CMPBL,0HJNZFR;调转至反转MOVBL,S;判断XZ电机ANDBL,02HCMPBL,0HJNZZPZ;调转至Z电机正转XDZ:CMPC,0H;判断能否为第一次跳动JNZLLEASI,XT;送通电代码