c616机床数控步进改造nsi

重庆大学学本科/专科学学生毕业业设计（论论文）C6166数控步步进改造造学 生：=xxch=学 号：=220088=指导教师师：=gg=助理指导导教师：=y=专 业：机电一一体化重庆大学学机械工工程学院院二O一OO年十月摘 要本设计任任务是对对C6116普通通车床进进行数控控改造。本次设计计涉及到到了C6616机机床的纵纵向进给给系统、横横向进给给系统、步步进电机机、机床床导轨、刀刀架以及及改造后后的使用用问题。利用微机机对纵向和横向进给系系统进行行开环控制制。纵向脉脉冲当量量为0.01/脉冲，横横向脉冲冲当量为为0.0005脉脉冲，驱驱动元件件采用步步进电机机，传动动系统采采用滚珠珠丝杠副副，刀架架采用自自动转位位刀架。由于是经经济型数数控改造造，所以以在考虑虑具体方方案时，基基本原则则是在满满足使用用要求的的前提下下，对机机床的改改动尽可可能的减减少，以以降低成成本。根根据C6616车车床有关关资料以以及数控控车床的的改造经经验，确确定总体体方案为为采用微微机对数数据进行行计算处处理，由由I/OO接口输输出步进进脉冲，经经过一级级齿轮降降速后，带带动滚珠珠丝杠转转动，从从而实现现纵向和和横向的的进给运运动。关键词：C6116，进进给系统统，数控控改造，步进电机机目 录摘要1绪 论论11.1我我国数控控车床的的发展和和产业化化的现状状及当今今世界数数控车床床的发展展的趋势势11.2 C6166数控步步进改造造设计的的目的及及意义21.3本本设计的的内容和和任务332总体方方案设计计552.1设设计任务务552.2总总体方案案确定553机械部部分设计计773.1进进给系统统的设计计计算773.1.1横向向进给系系统773.1.2纵向向进给系系统773.2传传动计算算73.2.1确定定齿轮模模数及有有关尺寸寸883.3切切削力的的计算883.4滚滚珠丝杠杠的计算算与选型型1103.4.1机床床丝杠进进给牵引引力1103.4.2疲劳劳强度计计算1103.4.3横向向滚珠丝丝杠螺母母副几何何参数的的计算1123.4.4纵向向滚珠丝丝杠螺母母副几何何参数的的计算1133.4.5传动动效率计计算1133.4.6刚度度验算1143.5步步进电机机惯性负负载的计计算1153.5.1横向向转动惯惯量1153.5.2纵向向转动惯惯量1153.6步步进电机机的计算算和选用用1163.6.1步进进电机力力矩的计计算1163.6.2步进进电机的的选择1183.7自自动转位位刀架设设计2214控制系系统硬件件设计2224.1确确定硬件件电路的的总体方方案2224.1.1主控控制器CCPU的的选择224.1.2.存存储器扩扩展电路路设2224.1.3步进进电机驱驱动电路路设计2254.1.4其它它辅助电电路设计计2264.2机机床数控控系统硬硬件电路路设计2275系统控控制软件件的设计计295.1系系统控制制功能分分析2295.2系系统管理理程序设设计2295.3直直线插补补程序330结束语33致 谢344参 考 文 献献3551 绪 论论1.1我我国数控控车床的的发展和和产业化化的现状状及当今今世界数数控车床床的发展展的趋势势。 随着科科学技术术的发展展，现代代机械制制造耍求求产品的的形状和和结构不不断改进进，对零零件的加加工质量量的要求求也越来来越高;机床作作为机械械制造业业的重一一要基础础装备，它它的发展展一直引引起人们们的关注注。由于于计算机机技术的的兴起，促促使机床床的控制制信息出出现了质质的突破破，一导导致了应应用数字字化技术术进行柔柔性自动动化控制制的新一一代机床床数控控机床的的诞生和和发展。计计算机的的出现和和应用，为为人类提提供了实实现机械械加一工工艺过程程自动化化的理想想手段。随随着计算算机的发发展，数数控机床床也得到到迅速的的发展和和广泛的的应用，同同时使人人们对传传统的机机床传动动及结构构的概念念发生了了根本的的转变。数数控机床床以其优优异的性性能和精精度、灵灵捷而多多样化的的功能引引起世人人瞩日，并并开创机机械产品品向机电电一体化化发展的的先河。随随着社会会对产品品多样化化要求的的增强，产产品品种种增多，产产品更新新换代加加速。数数控机床床代替普普通机床床是一个个必然的的趋势。同同时，数数控机床床将向着着更高的的速度、精精度、一一可靠性性及完善善性的功功能发展展。目前，我我国自主主开发研研制的机机床产品品基本满满足了一一些国家家需要，并且在重型机床和超重型机床并多次创造出极限规格的世界之最。如我国已经制造出加工直径25m的超重型数控立式铣车床，镗杆直径320mm的落地式铣镗床，加工宽度为10m以上的数控龙门镗铣床，回转直径在5000mm以上的数控重型卧式车床等一批具有自主知识产权，而且技术水平已经接近世界先进水平的重型机床系列品。近两年，我我国重型型数控机机床发展展最快，如如重型数数控龙门门镗铣床床，重型型落地镗镗铣床，重重型立、卧卧式车床床等的年年产量和和市场消消费量已已居世界界第一。重重型机床床发展之之快速是是我国电电力、船船舶、石石化和矿矿山等重重型设备备制造大大量需求求直接拉拉动的反反映。一一批新产产品如数数控双龙龙门镗铣铣床、龙龙门车铣铣复合加加工机床床、动梁梁可交换换工作台台可换铣铣头五面面体龙门门加工中中心等研研制成功功；关键键技术，如如静压导导轨和静静压轴承承技术、同步控制和运动补偿技术、五轴联动技术、大功率双摆角铣头和重型回转工作台的技术攻关相继突破，标志着我国重型机床发展达到新的高度。尽管我国国机床行行业在最最近几年年来有了了长足进进步，取取得可喜喜的发展展。但是是绝大部部分中、高高档重型型数控机机床还是是依靠进进口，其其中德国国和意大大利的产产品较多多，它们们代表着着世界先先进水平平。国内内产品与与国外产产品在结结构上的的差别并并不大，采采用的新新技术也也相差无无几，但但在先进进技术应应用和制制造工艺艺水平上上与世界界先进国国家还有有一定差差距。新新产品开开发能力力和制造造周期还还满足不不了国内内用户需需要，零零部件制制造精度度和整机机精度保保持性、可可靠性尚尚需很大大提高，尤尤其是在在与重型型机床配配套的数数控系统统、功能能部件，如如刀库、机机械手和和两坐标标铣头等等部件，还还需要境境外厂家家配套满满足。国内厂家家尽管技技术略逊逊于国外外先进水水平，但但在制造造能力和和价格上上有很大大的优势势，尤其其是超重重型机床床已达到到当代国国际先进进水平。我我们相信信，我国国机床制制造随着着科技进进步与艰艰苦奋斗斗的努力力，一定定会逐步步缩小与与世界先先进水平平的差距距。作为机械械装备母母机，机机床制造造业发展展来源于于其下游游产业推推动，机机床行业业下游产产业主要要有造船船、工程程机械、航航空航天天、汽车车、铁路路、电力力设备、风风电设备备、动力力设备、制制冷设备备和石化化设备等等。随着我国国航空航航天业发发展，势势必带动动促进装装备制造造业发展展。由于于航空航航天工业业产品零零件具有有耐高温温、高强强度、难难加工、合合金材料料与复合合材料多多、复杂杂结构件件多、工工艺要求求高等特特点，要要求机床床加工设设备向大大型（重重型、超超重型）、高高速、精精密、复复合、智智能化趋趋势发展展。航空空发动机机及其零零部件加加工需要要大量高高精度机机床作支支撑，发发动机结结构复杂杂，整体体机匣、叶叶片加工工需要多多功能、高高精度数数控机床床，如数数控立车车、数控控精密镗镗床五轴轴加工心心等。为为此，航航空航天天业对机机床要求求高，加加之欧美美、日本本等国外外强势机机床企业业进驻与与当前国国际金融融危机影影响下不不明朗的的环境，应应进一步步加速推推动国内内机床调调头向高高端发展展。在能源领领域，国国内重型型机械企企业在为为能源工工业重大大工程项项目建设设中发挥挥了关键键作用，包包括国家家三大动动力制造造基地及及其他发发电设备备制造厂厂的重大大关键设设备都由由国内厂厂家提供供。我国国造船工工业发展展形势依依然严峻峻，市场场竞争愈愈加激烈烈。特别别是接船船难、交交船难、融融资难局局面没有有改变，而而产能庞庞大、开开工率不不足及产产品同质质性太强强，我国国造船工工业仍面面临着结结构调整整和严峻峻考验，国国际上主主要造船船国家激激烈竞争争，因此此，作为为持续为为船用柴柴油机、螺螺旋推进进器、船船用机械械仪表、海海洋工程程、船台台起重机机等提供供机械装装备机床床行业，需需要装备备的体积积“个”越越来越大大，精密密、复合合、智能能化性能能越来越越高。汽车制造造水平质质量取决决于装备备水平，同同时，汽汽车工业业国际竞竞争力又又取决于于装备先先进性制制造成本本。随着着技术发发展，汽汽车零部部件制造造工艺水水平提升升，对机机床要求求还会进进一步提提高。因因此，需需要机床床具有复复合性能能，以提提高工序序集中为为目标，尽尽量减少少装夹次次数，提提高生产产率和工工作精度度，并具具有智能能化，即即计算机机技术及及应用软软件在产产品中的的技术含含量越来来越高，如如采用软软件补偿偿技术提提高精度度，使机机床的结结构简化化，远程程控制、远远程故障障排除及及维护成成为可能能。综上所述述，国内内机床产产品技术术已趋成成熟，与与国外先先进技术术水平的的差距正正在逐步步缩小，也也将突破破我国高高档数控控机床产产品生产产瓶颈，打打破西方方国家的的垄断和和制约，满满足国防防安全和和国民经经济建设设的需要要。国内内制造能能力已进进入世界界前列，而而国外机机床厂家家的制造造能力正正在削弱弱。我们们要以承承担国家家重点工工程项目目为契机机，努力力开发高高档数控控机床，为为国产数数控机床床满足市市场需求求做出更更大贡献献。1.2 C6166数控步步进改造造设计的的目的及及意义首先，对对C6116数控控步进改改造设计计后能使使其实现现数控控控制；让让数控机机床可以以完成普普通机床床难以完完成或根根本不能能加工的的复杂零零件的加加工；提提升机床床的加工工精度、柔性、生产率率和操控控，实现现计算机机控制，排排除人为为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。其次通过对C616普通车床进行改造能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。C6166普通车车床进行行数控步步进改造造后，机机床的数数控改造造同购置置新机床床比拟一一般可节节省600%左右右的费用用，大型型及特殊殊装备尤尤为明显显,一般机机床改造造只需花花新机床床购置费费的1/3。所所以若将将原有的C6116机床床进行彻彻底改造造升级也也只需破破费购买买新机床床60%的费用用。并且且该机床床能加工工原先机机床不能能加工的的复杂零零件，同同时还能能能减轻轻劳动强强度,改改善劳动动条件,节省人人力,能能降低劳劳动成本本;并且且还可以以熟悉和和了解设设备，便便于以后后的操作作维修。使使之车床床生产效效率高,是普通通车床的的355倍;减减少工装装,减少少人为误误差,提提高加工工精度,具有广广泛的适适用性和和灵活性性;缩短短新产品品的试制制和生产产周期,易于组组织多品品种生产产,使企企业能对对场需求求作出快快速响应应。1.3本本设计的的内容和和任务1.3.1将一一台普通通车床CC6166改造成成一台经经济数控控车床；1.3.2收集集相关资资料及图图纸： C6616车车床的外外观图 ；机械装装配图 ；数控系系统组成成框图 ；数控系系统电气气原理图图 ；部分软软件设计计。1.3.3确定定改造目目标、CC6166车床的的参数；1.3.4编写写开题报报告；1.3.5确定定改造总总体方案案；1.3.6确定定机械改改造方案案（包括括丝杆、导导轨、传传动装置置的选型型确定）确定系系统脉冲冲当量；运动部部件惯性性计算；计算伺伺服电机机参数；传动及及导向元元件的设设计、计计算、校校核；其它相相关零件件的选型型及计算算。1.3.7确定定驱动系系统改造造方案；1.3.8确定定数控系系统改造造方案；2 总总体方案案设计2.1设设计任务务设计一个个数控XX-Y工工作台及及其控制制系统，该该工作台台可安装装在普通通钻、铣铣床上用用于钻孔孔或铣削削加工。系系统分辨辨率X：0.001mmm，Y：0.001mm。系系统分辨辨率X：0.001mmm，Y：0.001mm。 设计参参数如下下：快速速进给速速度纵向向X：22m/分；快快速进给给速度横横向Y：2m/分；切切削进给给速度：0.33m/分；时时间常数数： tt200mss ； 最大大钻孔直直径d=5mmm；铣刀刀直径15mmm，齿数数Z=33；铣削削最大余余量e=2mmm；铣削削最大深深度p=2mmm；工作作台加工工范围XX=3220mmm，Y=2660mmm。加工工材料为为铸铁；最大工工件重量量 800Kg。2.2总总体方案案确定2.2.1系统统的运动动方式与与伺服系系统由于机床床既能钻钻削又能能铣削加加工，故故应采用用连续控控制系统统。定位位方式采采用增量量坐标控控制。考考虑到机机床加工工精度要要求不高高，为了了简化结结构，降降低成本本，采用用步进电电机开环环伺服系系统驱动动X-YY工作台台。钻头头上下运运动也由由步进电电机通过过减速装装置控制制。2.2.2计算算机系统统本设计采采用MCCS-551系列列中的880311单片机机扩展控控制系统统。MCCS-551单片片机的主主要特点点是集成成度高，可可靠性好好，功能能强，速速度快，性性价比高高。控制系统统由微机机部分、键键盘及显显示器、II/O接接口及光光电隔离离电路、步步进功率率放大电电路等组组成。系系统的工工作程序序和控制制命令通通过键盘盘操作实实现。显显示器采采用数码码管显示示加工数数据和工工作状态态等信息息。2.2.3改造造后的CC6166的传动动方式将一台普普通车床床C6116改造造成一台台经济数数控车床床，在纵纵向进给给机械结结构改造造中，拆拆除原机机床床的的进给箱箱、溜板板箱、滑滑动丝杠杠、光杠杠等，装装上步进进电机、齿齿轮减速速箱和滚滚珠丝杠杠螺一母母副。为为了提高高支承刚刚度，采采用向心心推力球球轴承对对加止推推轴承支支承方式式。齿轮轮间隙采采用双薄薄片调隙隙方式。 利用原原机床进进给箱的的安装孔孔和销钉钉孔安装装齿轮箱箱体。滚滚珠丝杆杆仍安装装在原来来的位置置，两端端仍采用用原固定定方式:这样可可减少改改装的工工作量，并并由于滚滚珠丝杠杠的摩擦擦系数小小于原丝丝杠，且且外径比比原先的的大，从从而使纵纵向进给给整体刚刚度只可可能增大大。 纵向进进给机构构都采用用一级齿齿轮减速速。双片片齿轮间间没有加加弹簧自自动消除除间隙。因因为弹簧簧的弹力力很难适适应负载载的变化化情况。当当负载大大时，弹弹簧弹力力显小，起起不到消消除间隙隙之日的的;当负负载小时时，弹簧簧弹力又又显大，则则加速齿齿轮的磨磨损。因因此，采采用定期期人工调调整、螺螺钉紧固固的办法法消除间间隙。在横向进进给机械械结构改改造中，拆拆除原中中拖板丝丝杆，安安装滚珠珠丝杆副副，为提提高横向向进给系系统刚度度，支承承方式采采用两端端装止推推轴承。步步进电机机、齿轮轮箱安装装于机床床后侧，为为了使减减速机构构不影响响走刀，同同时消除除传动过过程的冲冲击，减减速机构构采用一一级传动动，从动动轮采用用双薄片片错位消消除问隙隙。 考考虑电机机步距角角和丝杠杠导程只只能按标标准选取取，为达达到分辨辨率0.01mmm的要要求，以以及考虑虑步进电电机负载载匹配，采采用齿轮轮减速传传动。数控改造造机械部部分方案案如下：3 机机械部分分设计机械部分分的改造造设计重重点是进进给系统统的结构构设计。3.1进进给系统统的设计计计算3.1.1横向向进给系系统工作台重重量 滚珠丝杠杠的导程程 行程脉冲当量量 快速进给给速度 切削进给给速度 时间常数数 3.1.2纵向向进给系系统工作台重重量 滚珠丝杠杠的导程程 行程 脉冲当量量 快速进给给速度 切削进给给速度 时间常数数 3.2传传动计算算 式式中 即 ；所以 式式中小齿轮轮，大齿轮轮。；经翻阅机机械设计计和计计算得 ；。3.2.1确定定齿轮模模数及有有关尺寸寸因为传递递的扭矩矩较小，取取模数，齿齿轮有关关尺寸见见下表：Z纵向横向24502745（mm）24502745 （mmm）26522947 （mmm）21.5547.5524.5542.55 （mmm）5555 （mmm）37363.3切切削力的的计算由金属属切削原原理知知，车削削时纵车外圆圆 横横车外圆圆主切削力力切深抗力力走刀抗力力式中 若加工工工件材材料为灰灰铸铁则则：查表得 主切削削力中。 切深抗抗力中。 进给抗抗力中。所以3.4滚滚珠丝杠杠的计算算与选型型因为C6616普普通车床床使用的的是三角角形和矩矩形综合合导轨，由由于本设设计是把把C6116车床床改造成成经济型型数控车车床，所所以在本本设计仍仍然采用用C6116普通通车床自自身导轨轨。由于于传统的的导轨副副的摩擦擦系数大大，动摩摩擦系数数随速度度的变化化而变化化，摩擦擦损失大大，低速速时易出出现爬行行现象而而降低运运动部件件的定位位精度，因因而本设设计采用用在原来来的导轨轨上进行行贴塑（贴贴聚四氟氟乙烯塑塑料导轨轨软带）处处理，使使之具有有摩擦特特性好、耐耐磨性好好、减震震性好等等优点，其其摩擦系系数。3.4.1机床床丝杠进进给牵引引力由于机机床横向向采用的的是燕尾尾形导轨轨，则式中由于机机床纵向向采用的的是综合合性导轨轨，则 式中 3.4.2疲劳劳强度计计算滚珠丝杠杠的当量量动负荷荷 式中为为横向或或纵向的的牵引力力。经查询机机械设计计手册得得 当当其一般般运转时时，运转转系数，本本设计取取；精度度等级为为3级时时，精度度系数 。 式中中 ，其中中；又因为使使用寿命命，丝杠杠螺距，X向的最最大进给给，Z向的的最大进进给；横向丝杠杠的牵引引力式中当量摩摩擦系数数,纵向丝杠杠的牵引引力式中当量摩摩擦系数数,横向最大大动负载载纵向最大大动负载载根据给定定的有效效行程和和经济成成本的考考虑，XX向选取取MISSUMII公司的的BSX12055-3000，Z向向选取MMISUUMI公公司的BBSX15100-7500。精度等级级型式指定单位位mmY螺旋方向向循环数基本额定定负载Typee丝杠轴外外径螺距右2.5圈圈1列（KN）（KN）3BSX1253001.5圈圈1列3.7444.9415107504.47.9FPABTdd1h滚珠直径径（cmm）滚珠丝杠杠预紧力力（）1584434104.584.43.17751.5515852401269.583.0以以下3.4.3横向向滚珠丝丝杠螺母母副几何何参数的的计算名 称符 号号计算公式式和结果果螺纹滚道道公称直径径12螺距5接触角钢球直径径3.1775螺纹滚道道法面半半径偏心距螺纹升角角螺杆螺杆外径径螺杆内径径螺杆接触触直径螺母螺母螺纹纹外径螺母内径径（外循循环）3.4.4纵向向滚珠丝丝杠螺母母副几何何参数的的计算名 称符 号号计算公式式和结果果螺纹滚道道公称直径径15螺距10接触角钢球直径径3.1775螺纹滚道道法面半半径偏心距螺纹升角角螺杆螺杆外径径螺杆内径径螺杆接触触直径螺母螺母螺纹纹外径螺母内径径（外循循环）由于丝杠杠的价格格较高，一一般按导导程选取取丝杠，由由于丝杠杠长度一一定，所所以采用用联轴器器的方式式来补偿偿其长度度。在安安装联轴轴器时，传传动丝杠杠轴线上上各联轴轴套上的的锥销孔孔座按十十字分布布方式进进行配做做。这是是因为同同一联轴轴套上分分布的锥锥孔都由由同一方方向加工工时，往往往会引引起轴线线的直线线度误差差增大，从从而使安安装在丝丝杠上各各零件间间的同轴轴度误差差增大，产产生传动动附加载载荷，影影响丝杠杠副的传传动性能能。连接接方式如如下：3.4.5传动动效率计计算滚珠丝杠杠螺母副副的传动动效率：式中丝杠螺螺旋长升升角；摩擦擦角，滚滚珠丝杠杠副的滚滚动摩擦擦系数，其其摩擦角角约等于于。所以3.4.6刚度度验算滚珠丝杠杠受进给给率引力力引起的的导程TT的变化化量因为所以丝杠因受受扭矩而而引起的的导程变变化量很很小，可可以忽略略。所以导程程总误差差查表得 丝杠精精度等级级为3级级时，允允许误差差为，丝丝杠精度度等级为为4级时时，允许许误差为为，所以以两根丝丝杠的刚刚度足够够。3.5步步进电机机惯性负负载的计计算根据等效效转动惯惯量的计计算公式式，式中： 折算算到电机机轴上的的惯性负负载（ ）； 齿轮轮 的转动动惯量（ ）； 齿轮轮的转动动惯量（ ）； 滚珠珠丝杠的的转动惯惯量（ ）；MM移动动部件与与工件的的质量（kkg）。对材料为为钢的圆圆柱零件件转动惯惯量可按按下式估估算 ( )式中：DD圆柱柱零件直直径（ccm）；L零件长长度（ccm）。所以3.5.1横向向转动惯惯量则电机轴轴总转动动惯量：3.5.2纵向向转动惯惯量则电机轴轴总转动动惯量：3.6步步进电机机的计算算和选用用3.6.1步进进电机力力矩的计计算摩擦力矩矩 （ ）式中 导轨轨的摩擦擦力 丝杠导导程（ccm）；齿轮轮降速比比，按计计 算；传动动链总效效率，一一般可取取导轨轨采用贴贴塑，摩摩擦系数数一般为为 ；进给给牵引力力； 运动动部件的的重量；所以 附加摩擦擦力矩 （ ）式中 滚珠珠丝杠预预加负荷荷，一般般取 ， 为进进给牵引引力；丝杠杠导程（ccm）；滚珠珠丝杠未未预紧时时的传动动效率， 。所以空载起动动时折算算到电机机轴上的的力矩 （ ）式中 传动系系统折算算到电机机轴上的的总等效效转动惯惯量（ ）；电机机最大角角加速度度（ ）；电机机最大转转速（rr/miin）,；运动动部件从从停止起起动加速速到最大大进给速速度所需需要的时时间（ss），因因为=2200mms；运动动部件的的最大进进给速度度（mmm/miin）；脉冲冲当量（mmm/步步）； 步进电电机的步步距角（ ）；折算到电电机轴上上的切削削负载力力矩 式中中丝杠杠导程（ccm）；齿轮轮降速比比，按计计算； 传动动链总效效率，一一般可取取横向快速起动动时所需需力矩 即 快速进给给时所需需力矩 即 最大切削削负载时时所需力力矩 即 纵向快速起动动时所需需力矩 即 快速进给给时所需需力矩 即 最大切削削负载时时所需力力矩 即 经过上述述计算后后，在 、 两两种力矩矩中取其其大者作作为选择择步进电电机的依依据。对对于数控控机床来来说，因因为要保保证一定定的动态态性能，负负载力矩矩又大于于加速力力矩，所所以 作为选选择步进进电机的的依据。3.6.2步进进电机的的选择目前经济济型数控控机床中中大多采采用反应应式步进进电机，因因此在本本设计中中采用反反应式步步进电机机。首先根根据最大大静转矩矩 初选选电机型型号，由由于步进进电机的的切削转矩 与最大大静转矩矩 有如下下关系： 式式中的取取值又有有如下关关系：步进电机机相数三相四相五相六相拍数36485106120.50.86660.70070.70070.80090.95510.86660.8666在本设计计中横向向采用四四相八拍拍的反应应式步进进电机，纵纵向采用用五相十十拍步进进电机。则 ；若不考虑虑启动时时运动部部件惯性性的影响响，则启启动力矩矩为取安全系系数为00.3，则则步进电电机最高高工作频频率 横向最大空载载频率：最快快进给速速度，。为为了保证证不失步步，采取取降速措措施。最大切削削频率：最大大切削速速度， 。 纵向最大空载载频率：最快快进给速速度，。为为了保证证不失步步，采取取降速措措施。最大切削削频率：最大大切削速速度， 。 所以根据据以上数数据，横横向选取取一个990BFF0011型步进进电机，纵纵向选取取一个990BFF0022型步进进电机，电电机的的的相关参参数如下下：型号主要技术术参数外形尺寸寸(mmm)重量(NN)步距角最大静转转矩（）最高空载载启动频频率（HHz）相数电压(VV)电流(AA)外径长度轴径90BFF00113.9222000048079014594.590BFF00221.53.9223800058079014594.5由于只靠靠最大静静转矩 来选选择步进进电机不不一定能能满足实实际工作作时的要要求，也也就是说说，尽管管最大静静转矩 数数值能满满足要求求，但是是并不能能保证在在快速空空载起动动和运行行时不失失步。所所以还必必须用起起动矩频频特性和和运行矩矩频特性性两条重重要的性性能曲线线来检查查所选步步进电机机的型号号是否能能满足要要求。通过对两两个电机机的起动动矩频特特性和运运行矩频频特性的的分析，电电机的转转矩大于于总转矩矩，并且且，所以以选择的的这两个个电机符符合本设设计要求求。C6166装配图图见 （图图 A22）3.7自自动转位位刀架设设计数控机床床往往在在一次装装夹中完完成多工工序加工工，因此此必须带带有自动动换刀装装置。自自动换刀刀装置应应满足换换刀时问问短、刀刀具重复复定位精精度高、足足够的刀刀具储存存量、刀刀库体积积小及安安全可靠靠等基本本要求。根根据设计计需求、CCA6116加工工工序的的复杂程程度，本本设计中中将原有有刀架全全部拆除除，改装装为四方方回转刀刀架。刀刀架的全全部动作作由液压压系统通通过控制制电路控控制电磁磁换向阀阀和顺序序阀进行行控制口口它的动动作分为为四个步步骤:刀架抬起起当数数控装置置发出换换刀指令令后，液液压油进进入压紧紧液压缸缸的下腔腔，活塞塞上升刀刀架体抬抬起使定定位用活活动销与与固定插插销脱开开。同时时，活塞塞杆下端端的端齿齿轮离合合器.与与空套齿齿轮结合合。刀架转位位当刀刀架抬起起后，液液压油进进入转位位液压缸缸左腔，活活塞向右右移动，通通过连接接板带动动齿条移移动，使使空套齿齿轮作逆逆时针方方一向转转动，通通过端齿齿轮离合合器使刀刀架转过过 。活塞塞的行程程应等于于齿轮节节圆周长长的1/4，并并由限位位开关控控制。刀架压紧紧刀架架转位后后，液压压油压紧紧液压缸缸上腔，活活塞带动动刀架体体下降。缸缸体的底底盘上精精确地安安装着四四个带斜斜楔的圆圆形固定定插销，利利用活动动插销消消除定位位销一与与孔之间间的间隙隙，实现现反靠定定位。刀刀架体下下降时定定位活动动销一与与另一个个定插销销卡紧，同同时缸体体与压盘盘的锥面面接触，刀刀架在新新的位置置上定位位并压紧紧。这时时，端齿齿轮离合合器与空空套齿轮轮脱开。转位液压压缸复位位刀架架压紧之之后，液液压油进进入转位位液压缸缸右腔，活活塞带动动齿条复复位，由由于端齿齿轮离合合器已经经脱开，齿齿条带动动齿轮在在轴上空空转。4 控控制系统统硬件设设计4.1确确定硬件件电路的的总体方方案控制系统统框图如如下：中央处理单元(CPU)存储器RAM/ROM输入/输出I/O接口信号变换控制对象外设（键盘、显示器、打印机、 磁盘机等） 4.1.1主控控制器CCPU的的选择随着微电电子技术术水平的的不断提提高，单单片微型型计算机机有了飞飞跃的发发展。单单片机的的型号很很多，而而目前市市场上应应用MCCS-551芯片片及其派派生的兼兼容芯片片比较多多，MCCS-551系列列单片机机是集中中CPUU，I/O端口口及部分分RAMM等为一一体的功功能性很很强的控控制器。只只需增加加少量外外围元件件就可以以构成一一个完整整的微机机控制系系统，并并且开发发手段齐齐全，指指令系统统功能强强大，编编程灵活活，硬件件资料丰丰富。如如目前应应用最广广的8位位单片机机80331，价价格低廉廉，而性性能优良良，功能能强大。从从本设计计的系统统来看，选选用80031单单片可以以获得较较高的性性价比。4.1.2.存存储器扩扩展电路路设计程序存存储器的的扩展单片机应应用系统统中扩展展用的程程序存储储器芯片片大多采采用EPPROMM芯片。其其型号有有：27166，27732，227644，2771288，2772588，其容容量分别别为2KK,4KK,8KK,166K,332K。在在选择芯芯片时要要考虑CCPU与与EPRROM时时序的匹匹配。880311所能读读取的时时间必须须大于EEPROOM所要要求的读读取时间间。此外外，还需需要考虑虑最大读读出速度度，工作作温度以以及存储储器容量量等因素素。在满满足容量量要求时时，尽量量选择大大容量芯芯片，以以减少芯芯片数量量以简化化系统。综综合以上上因素，选选择27764芯芯片作为为本次设设计的程程序存储储器扩展展用芯片片。单片机规规定P00口提供供8为位位地址线线，同时时又作为为数据线线使用，所所以为分分时用作作低位地地址和数数据的通通道口，为为了把地地址信息息分离出出来保存存，以便便为外接接存储器器提高低低位的的地址信信息，一一般采用用74LLS3773芯片片作为地地址锁存存器，并并由CPPU发出出允许锁锁存信号号ALEE的下降降沿，将将地址信信息锁存存入地址址锁存器器中。由以上分分析，采采用27732EEPROOM芯片的的程序存存储器扩扩展电路路框图如如下所示示： A12 A8 2732A7A0 D7 D0 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 译码电路G74LS372扩展27732电电路框图图数据存存储器的的扩展由于80031内内部RAAM只有有1288字节，远远不能满满足系统统的要求求。需要要扩展片片外的数数据存储储器。单单片机应应用系统统数据存存储器扩扩展电路路一般采采用61116,62662静态态RAMM数据存存储器。本本次设计计选用662644芯片作作为数据据存储器器扩展用用芯片。其其扩展电电路如下下所示：扩展62264电电路框图图译码电电路在单片机机应用系系统中，所所有外围围芯片都都通过总总线与单单片机相相连。单单片机数数据总线线分时的的与各个个外围芯芯片进行行数据传传送。故故要进行行片选控控制。由由于外围围芯片与与数据存存储器采采用统一一编址，因因此单片片机的硬硬件设计计中，数数据存储储器与外外围芯片片的地址址译码较较为复杂杂。可采采用线选选法和全全地址译译码法。线线选法是是把单独独的地址址线接到到外围芯芯片的片片选端上上，只要要该地址址线为低低电平，就就选中该该芯片。线线选法的的硬件结结构简单单，但它它所用片片选线都都是高位位地址线线，它们们的权值值较大，地地址空间间没有充充分利用用，芯片片之间的的地址不不连续。对对于RAAM和II/O容容量较大大的应用用系统，当当芯片所所需的片片选信号号多于可可利用的的地址线线的时候候，多采采用全地地址译码码法。它它将低位位地址作作为片内内地址，而而用译码码器对高高位地址址线进行行译码，译译码器输输出的地地址选择择线用作作片选线线。存储器器扩展电电路设计计80311单片机机所支持持的存储储系统起起程序存存储器和和数据存存储器为为独立编编址。该设计选选用程序序存储器器27664和数数据存储储器62264组组成80031单单片机的的外存储储器扩展展电路，单片机外外存储器器扩展电电路如下下：I/OO扩展电电路设计计(a).通用可可编程接接口芯片片8155580311单片机机共有44个8位位并行II/O接接口，但但供用户户使用的的只有PP1口及及部分PP3口线线。因此此要进行行I/OO口的扩扩展。881555与微机机接口较较简单，是是微机系系统广泛泛使用的的接口芯芯片。881555与80031的的连接方方式如下下图所示示(b).键盘，显显示器接接口电路路键盘，显显示器是是数控系系统常用用的人机机交互的的外部设设备，可可以完成成数据的的输入和和计算机机状态数数据的动动态显示示。通常常，数控控系统都都采用行行列式键键盘，即即用I/O口线线组成行行，列结结构，按按键设置置在行列列的交点点上。数控系统统中使用用的显示示器主要要有LEED和LLCD。下下图所示示为采用用81555接口口管理的的键盘，显显示器电电路。它它有4XX8键和和6位LLED显显示器组组成。为为了简化化秒电路路，键盘盘的列线线及显示示器的字字位控制制共用一一个口，即即共用881555的PAA口进行行控制，键键盘的行行线由881555C口担担任，显显示器的的字形控控制由881555的PBB口担任任。键盘显示示器接口口电路如如下所示示：4.1.3步进进电机驱驱动电路路设计脉冲分分配器步进电机机的控制制方式由由脉冲分分配器实实现，其其作用是是将数控控装置送送来的一一系列指指令脉冲冲按一定定的分配配方式和和顺序输输送给步步进电机机的各相相绕组，实实现电机机正反转转。数控控系统中中通常使使用集成成脉冲分分配器和和软件脉脉冲分配配器。本本设计采采用集成成脉冲分分配器YYB0115。采用YBB0155硬件环环行分配配器的步步进电机机接口线线路图如如下：光电隔隔离电路路在步进电电机驱动动电路中中，脉冲冲分配器器输出的的信号经经放大后后控制步步进电机机的励磁磁绕组。如如果将输输出信号号直接与与功率放放大器相相连，将将会引起起电气干干扰。因因此在接接口电路路与功率率放大器器间加上上隔离电电路实现现电气隔隔离，通通常使用用光电耦耦合器。光光电耦合合器接线线图如下下：功率放放大器脉冲分配配器的输输出功率率很小，远远不能满满足步进进电机的的需要，必必须将其其输出信信号放大大产生足足够大的的功率，才才能驱动动步进电电机正常常运转。因因此必须须选用功功率放大大器，需需根据步步进电机机容量选选择功率率放大器器。本设设计选用用功率放放大器。4.1.4其它它辅助电电路设计计80331的时时钟电路路单片片机的时时钟可以以由两种种方式产产生：内内部方式式和外部部方式。内部部方式利利用芯片片的内部部振荡电电路，在在XTAAL1,XTAAL2引引脚上外外接定时时元件，如如下图所所示。晶晶体可以以在1.2112之间间任意选选择，耦耦合电容容在530ppF之间间，对时时钟有微微调作用用。采用用外部时时钟方式式时，可可将XTTAL11直接接接地，XXTALL2接外外部时钟钟源。时钟电路路复位电电路单片机的的复位都都是靠外外部电路路实现。在在时钟工工作后，只只要在RRESEET引脚脚上出现现10mms以上上的高电电平，单单片机就就实现状状态复位位，之后后CPUU便从000000H单元元开始执执行程序序。在实实际运用用中，若若系统中中有芯片片需要其其复位电电平与880311复位要要求一致致时，可可以直接接相连。当当晶振频频率选用用6MHHz时，复复位电路路中C取取10F,RR取100K。实用用复位电电路图如如下所示示：越界报报警电路路为了防止止工作台台越界，可可分别在在极限位位置安装装限位开开关。利利用光电电耦合电电路，将将行程开开关接至至发光二二极管的的阴极，光光敏三极极管的输输出接至至80331的II/O口口1.0。当当任何一一个行程程开关被被压下的的时候，发发光二极极管就发发光，使使光敏三三极管导导通，由由低电平平变成高高电平。880311可利用用软件设设计成查查询的方方法随时时检查有有无越界界信号。也也可接成成从光敏敏三极管管的集电电极输出出接至880311的外部部中断引引脚（IINT00或INNT1），采采用中断断方式检检查越界界信号。越越界报警警电路如如下图所所示4.2机机床数控控系统硬硬件电路路设计该系统选选用MCCS-551系列列的80031作作为主控控制器。扩扩展存储储电路为为一片227322EPRROM和和一片662644RAMM。程序序存储器器扩展为为4K，数数据存储储器扩展展为8KK。27322的片选选控制端端 直接接接地，该该电路始始终处于于选中状状态。系系统复位位以后，CCPU从从00000H开开始执行行监控程程序。662644的片选选端 由由译码器器（744LS1138）的的Y2输输出提供供。所以以62664的空空间地址址为400005FFFFHH。系统的扩扩展I/O接口口电路选选用通用用可编程程并行输输入/输输出接口口芯片881555。