机电一体化毕业设计（论文）卧式车床CA6140数控化改造设计.doc

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1、沈 阳 理 工 大 学机电一体化题 目： 卧式车床数控化改造设计 所属系部： 机械运载学院 专 业： 机电一体化 班 级： 学 号： 10131304 学生姓名： 指导教师： 2012年 6月 13日目录摘要2设计题目31. 设计任务42. 总体方案的确定53. 机械系统的改造设计方案54. 进给传动部件的计算和选型84.1 脉冲当量的确定84.2 切削力的计算84.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向）94.4 同步带减速箱的设计（纵向）104、5 步进电动机的计算与选型（纵向）134.6 同步带传递功率的校核175. 绘制进给传动机构的装配图176. 控制系统硬件电路的设计187. 步进电

2、动机驱动电源的选择198. 控制系统的部分软件设计208.1 存储器与I/O芯片地址分配208.2 控制系统的监控管理程序208.3 8255芯片初始化子程序218.4 8279芯片初始化子程序218.5 8279控制LED显示子程序228.6 8279管理键盘子程序248.7 D/A电路输出模拟电压程序258.8 步进电动机的运动控制程序258.9 电动刀架的转位控制程序258.10 主轴、卡盘与冷却泵的控制程序25机电一体化课设的感受与收获 27结论28 谢辞29 参考文献30摘 要整个人类社会的文明史，就是制造技术不断演变和发展的历史。任何国家的制造业都是国民经济的基础产业，也是国民经济

3、的主要来源。没有发达的制造业，就不可能有国家真正的繁荣和强大。制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家科技水平、综合国力的重要体现，制造技术的发展是一个国家经济增长的根本动力。而制造业中机床是其基础装备。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，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10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

4、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买新型的数控机床，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，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，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发展和普及。 （机电一体化系统设计课程设计指导书）设计题目：卧式车床数控化改造设计 普通车床（如C616/C6132、C618/C6136、C620/C614

5、0、C630等）是金属切削加工最常用的一类机床。C6140普通车床的结构布局如图所示。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等，借助成型刀具，还能加工各种成形回转表面。C6140普通车床的结构布局图1-床脚 2-挂轮 3-进给箱 4-主轴箱 5-纵溜板 6-溜板箱 7-横溜板8-刀架 9-上溜板 10-尾座 11-丝杠 12-光杠 13-床身 机床实体图普通车床刀架的纵向和横向进给运动，是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。进给参数依靠手工调整，改变参数时需要停车。刀架的纵向进给和横向

6、进给不能联动，切削次序需要人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具都可按程序自动进行调节和更换，再加上纵、横向的联动进给功能，所以，改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序集中车削，从而提高生产效率和加工精度。1. 设计任务 题目：C6140普通车床数控化改造设计 任务：将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下 （1）床身上最大加工直径400 m

7、m； （2）最大加工长度1000 mm； （3）X方向(横向)的脉冲当量 = 0.005 mm/脉冲,Z方向(纵向) = 0.01 mm/脉冲； （4）X方向最快移动速度 = 3000 mm/min，Z方向为 = 6000 mm/min； （5）X方向最快工进速度= 400 mm/min，Z方向为= 800 mm/min； （6）X方向定位精度 0.01 mm，Z方向 0.02 mm； （7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等； （8）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为24 （9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀； （10)自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输

8、出主轴有级变速与无级变速信号； （11)自动控制冷却泵的启/停； （12)安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开； （13)纵、横向安装限位开关； （14)数控系统可与PC机串行通信； （15)显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。2. 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。 （1）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。 （2）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，应简化结构，降低

9、成本。因此，进给伺服系统常采用步进电 动机的开环控制系统。 （3）根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。 （4）根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A 转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。 （5）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺

10、母应有预紧机构等。 （6）计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速轮副，且应有消间隙机构。 （7）选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。3. 机械系统的改造设计方案 3.1 主传动系统的改造方案 对普通车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2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70Hz，原来的电

11、动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。本例中，当采用有级变速时，可选用浙江超力电机有限公司生产的YD系列7.5kW变极多速三相异步电动机，实现2档变速；当采用无级变速时，应加装交流变频器，推荐型号为：F1000-G0075T3B，适配7.5kW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，选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。 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

12、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，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动 本例中，改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24 mm，Z向的进给脉冲当量是0.02 mm/脉冲，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24 mm /（0.02 mm/脉冲）=1200脉冲。考虑到编码器的输出有相位差为90的A、B相信号，可用A、B异或后获得1200个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到600线（A

13、、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，本例选择螺纹编码器的型号为：ZLF-1200Z-05V0-15-CT。电源电压+5V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径15 mm，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1：1的同步齿形带与主轴联接起来

14、。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联接，且车床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 （1）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找主轴的同步轴，安装螺纹编码器。 （2）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。 （3）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螺母座与螺母座托架。 （4）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电动刀架 （5）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216 mm，见书后图6-2）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

15、轴承，换上滚珠丝杠副。 （6）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。 （7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。改造后的横向、纵向进给系统分别见图纸。 4. 进给传动部件的计算和选型 纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机等。以下详细介绍纵向进给机构，横向进给机构与纵向类似，在此从略。 4.1 脉冲当量的确定 根据设计任务的要求，X方向（横向）的脉冲当量为= 0.005 mm/脉冲，Z方向（纵向）为 = 0.01脉冲。4.2 切削力的计算 切削力的分析和计算详见

16、相关教材。以下是纵向车削力的详细计算过程 设工件材料为碳素结构钢，650 Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角60，前角10，刃倾角5；切削用量为：背吃刀量3 mm，进给量f =0.6 mm/r，切削速度105 m/min。 查参考文献1表3-1，得：2795， 1.0， 0.75，0.15。 查参考文献1查表3-3，得：主偏角的修正系0.94；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数值均为1.0。 由经验公式（3-2），算得主切削力2673.4 N。由经验公式 : :1：0.35：0.4，算得纵向进给切削力935.69 N，背向力=1069.36 N。4.3 滚珠丝杠螺

17、母副的计算和选型（纵向） （1）工作载荷的计算 已知移动部件总重量G=1300 N；车削力=2673.4 N， =1069.36 N，=935.69 N。如图3-20所示，根据=，=，=的对应关系，可得：=2673.4 N，=1069.36 N，=935.69 N。 选用矩形三角形组合滑动导轨，查表3-29，取K= 1.15，= 0.16，代入, 得工作载荷 1712 N。（2）最大动载荷的计算 设本车床Z向在承受最大切削力条件下最快的进给速度V=0.8 m/min，初选丝杠基本导程 = 6 mm，则此时丝杠转速n = 1000V/ 133 （ r/min）。 取滚珠丝杠的使用寿命T=1500

18、0 h，代入= 60 n T / ，得丝杠寿命系数 = 119.7（单位为： r）。 查参考文献1表，取载荷系数=1.15，再取硬度系数=1，代入式（323），求得最大动载荷。（3） 初选型号 根据计算出的最大动载荷，查表3-31，选择启东润泽机床附件有限公司生产的FL4006型滚珠丝杠副。其公称直径为40 mm，基本导程为6 mm，双螺母滚珠总圈数为3 2 = 6 圈，精度等级取4级，额定动载荷为13200 N，满足要求。（4）传动效率 的计算 将公称直径=40 mm，基本导程mm，代入= arctan / ( ) ，得丝杠螺旋升角= 。将摩擦角=10，代入= tan / tan(+ )，得

19、传动效率 = 94.2%。（5） 刚度的验算 1）Z向滚珠丝杠副的支承，采取一端轴向固定，一端简支的方式，见书后图6-3。固定端采取一对推力角接触球轴承，面对面组配。丝杠加上两端接杆后，左、右支承的中心距离约为a=1497 mm；钢的弹性模量EMpa；查表3-33，得滚珠直径=3.9688 mm，算得:丝杠底径=公称直径滚珠直径=36.0312 mm，则丝杠截/4 =1019.64 （） 2）根据公式Z()3，求得单圈滚珠数目Z= 29；该型号丝杠为双螺母，滚珠总圈数为32 = 6，则滚珠总数量296 =174。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力= /3571 N。则由（3-27）式，求得滚珠与螺纹

20、滚道间的接触变形量0.00117 mm。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取= 0.000585 mm。 3）将以上算出的和代入 ,求得丝杠总变形量（对应跨度1497 mm） =0.012555 mm=12.555m。由表3-27知，4级精度滚珠丝杠任意300 mm轴向行程内行程的变动量允许16m，而对于跨度为1497 mm的滚珠丝杠，总的变形量只有12.555m，可见丝杠刚度足够。（6）压杆稳定性校核 根据公式（3-28）计算失稳时的临界载荷。查表3-31，取支承系数= 2；由丝杠底径= 36.0312mm, 得截面惯性矩82734.15；压杆稳定安全系数K

21、取3（丝杠卧式水平安装)；滚动螺母至轴向固定处的距离。取最大值1497 mm。代入式（3-28）,得临界载荷51012 N，远大于工作载荷 （1712N） 故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。4.4 同步带减速箱的设计（纵向） 为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了使传动系统的负载惯量尽可能地减小，传动链中常采用减速传动。本例中，Z向减速箱选用同步带传动，同步带与带轮的计算和选型参见第三章第三节相关内容。设计同步带减速箱需要的原始数据有：带传递的功率P；主动轮转速n和传动比i；传动系统的位置和工作条件等。 根据改造经验，C6140车床Z向步进电动机的最大静转矩通常

22、在15-25 Nm之间选择。今初选电动机型号为130BYG5501，五相混合式，最大静转矩为20 Nm，十拍驱动时步距角为0.72。该电动机的详细技术参数见表4-5，运行矩频性曲线见图4-1。 图4-1 130BYG5501步进电机运行矩频特性 （1）传动比i的确定 已知电动机的步距角= 0.72，脉冲当量= 0.01 mm/脉冲，滚珠丝杠导程= 6 mm。根据公式（3-12）算得传动比i = 1.2。 （2）主动轮最高转速 由Z向拖板的最快移动速度=6000mm/min，可以算出主动轮最高转速=（ /）/ 360 =1200（r/min）。 （3）确定带的设计功率 预选的步进电动机在转速为1

23、200 r/min时，对应的步进脉冲频率为：= 1200360 / ( 60) = 10000（Hz）。 从图6-4查得，当脉冲频率为10000 Hz时，电动机的输出转矩约为3.8 Nm，对应的输出功率为 = nT / 9.55 = 12003.8 / 9.55478（W）。同步带传递的负载功率应该小于477.5 W，今取P = 0.487 kW，从表3-18中取工作情况系数= 1.2，则由式（3-14），求得带的设计功率 = =1.20.32 kW= 0.57 4kW。 （4）选择带型和节距 根据带的设计功率=0.574 kW和主动轮最高转速=1200 r/min，从图3-14中选择同步带，

24、型号为 XL型，节距=9.525 mm。（5） 确定小带轮齿数 和小带轮节圆直径 取=15，则小带轮节圆直径= =40.48mm。当达最高转速1200r/min时，同步带的速度为v=2.86（m/s），没有超过XL型带的极限速度35 m/s。（6）确定大带轮齿数和大带轮节圆直径 大带轮齿数=i =18,节圆直径 =54.57mm。（7）初选中心距、带的节线长度、带的齿数 初选中心距=1.1（+）=110.06 mm，圆整后取=110mm.则带的节线长度为。选取接近的标准节线长度=381mm，相应齿数。（8） 计算实际中心距a 实际中心距。 （9） 校验带与小带轮的啮合齿数 =，啮合齿数6大，满

25、足要求。此处ent取整。 （10）计算基准额定功率 式中 带宽为的许用工作拉力，由表3-21查得=244.46N； m带宽为的单位长度的质量，由表3-21查得m=0.095kg/m； v同步带的带速，由上述（5）可知v=2.86 m/s。算得 = 0.697kW。（11）确定实际所需同步带宽度 式中 选定型号的基准宽度，由表3-21查得= 25.4mm； 小带轮啮合齿数系数，由表3-22查得=1。 由上式算得21.42 mm，再根据表3-11选定最接近的带宽=25.4 mm（12）带的工作能力验算 根据式（3-22），计算同步带额定功率P的精确值： 式中， 为齿宽系数:：经计算得P = 0.6

26、97 kW，而 = 0.574 kW，满足P因此，带的工作能力合格。4.5 步进电动机的计算与选型（纵向） （1）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 已知：滚珠丝杠的公称直径=40 mm，总长（带接杆)l=1560 mm，导程6 mm，材料密度;纵向移动部件总重量G = 1300 N；同步带减速箱大带轮宽度28 mm，节径48.51 mm，孔径30 mm，轮毂外径42 mm，宽度14 mm；小带轮宽度28 mm，节径40.43 mm，孔径19mm，轮毂外径29 mm，宽度12 mm；传动比i =1.2。 参照表4-1，可以算得各个零部件的转动惯量如下（具体计算过程从略）：滚珠丝杠的转动惯量=

27、30.78 ；拖板折算到丝杠上的转动惯量=1.21 ；小带轮的转动惯量=0.95;大带轮的转动惯量=1.99。在设计减速箱时，初选的Z向步进电动机型号为130BYG5501，从表4-5查得该型号电动机转子的转动惯量。 则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为： （2）计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。 1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩 包括三部分：快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据（4-12）式

28、可知，相对于和很小，可以忽略不计。则有： （4-1） 根据式（4-9），考虑Z向传动链的总效率，计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： （4-2） 式中 对应Z向空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min； 步进电动机由静止到加速至转速所需的时间，单位为s。其中： （4-3） 式中 Z向空载最快移动速度，任务书指定为6000 mm/min； Z向步进电动机步距角，为0.72； Z向脉冲当量，本例=0.01 mm/脉冲。 将以上各值代入式（6-3），算得=1200 r/min。 设步进电动机由静止到加速至转速所需时间=0.4 s，Z向传动链总效率 = 0.7。则由式（6

29、-2）求得： 由式（4-10）可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： （4-4） 式中 导轨的摩擦系数，滑动导轨取0.16； 垂直方向的工作负载，空载时取0； Z向传动链总效率，取0.7。则由式（6-4），得： 最后由式（6-1），求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩为： Nm （4-5） 2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩， 包括三部分：折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩。相对于和很小，可以忽略不计。则有： （4-6） 其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩

30、。本例中在对滚珠丝杠进行计算的时候，已知进给方向的最大工作载荷= 935.69 N，则有： 再计算承受最大工作负载（=2673.4N）情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：（Nm） 最后由式（6-6），求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 = + = 1.78 Nm （4-7） 经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩 =max，= 2.82 Nm （3）步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中取安全系数

31、K = 4，则步进电动机的最大静转矩应满足： （4-8） 对于前面预选的130BYG5501型步进电动机，由表4-5可知，其最大静转矩= 20 Nm，可见完全满足（6-8）式的要求。（4）步进电动机的性能校核 1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定Z向最快工进速度 =800mm/min，脉冲当量=0.01 mm/脉冲，求出电动机对应的运行频率 = 800/（600.01）1333(Hz)。从130BYG5501的运行矩频特性图6-4可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩17 Nm，远远大于最大工作负载转矩=1.78 Nm，满足要求。 2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定Z

32、向最快空载移动速度 =6000mm/min，求出电动机对应的运行频率=6000/（600.01）Hz=10000(Hz)。从图6-4查得，在此频率下，电动机的输出转矩=3.8 Nm，大于快速空载起动时的负载转矩= 2.82Nm，满足要求。 3）最快空载移动时电动机运行频率校核 最快空载移动速度= 6000 mm/min对应的电动机运行频率= 10000 Hz。查表4-5可知130BYG5501的极限运行频率为20000 Hz，可见没有超出上限。 4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量= 57.55 ，电动机转子自身的转动惯量，查表4-5可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载起动频率=

33、1800Hz 。则由式（4-17）可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率为： 上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1087Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得很低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。综上所述，本例中Z向进给系统选用130BYG5501步进电动机，可以满足设计要求。4.6 同步带传递功率的校核 分两种工作情况，分别进行校核。 （1）快速空载起动 电动机从静止到加速至=1200 r/min，由（6-5）式可知，同步带传递的负载转矩=2.82 Nm，传递的功率为P = / 9.55 =12002.78/9.55354.3W （2）最

34、大工作负载、最快工进速度 由（6-7）式可知，带需要传递的最大工作负载转矩 = 1.78 Nm，任务书给定最快工进速度= 800mm/min，对应电动机转速 =（/）/360=160（r/min）。传递的功率为 P=/9.55=1601.78/9.55W29.8W 可见，两种情况下同步带传递的负载功率均小于带的额定功率0.697kW。因此，选择的同步带功率合格。5. 绘制进给传动机构的装配图 在完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动机的计算、选型后，就可以着手绘制进给传动机构的装配图了。在绘制装配图时，需要考虑以下问题：（1）了解原车床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结

35、构尺寸。（2） 根据载荷特点和支承形式，确定丝杠两端轴承的型号、轴承座的结构以及轴承的预紧和调节方式。（3）考虑各部件之间的定位、联接和调整方法。例如，应保证丝杠两端支承与螺母座同轴，保证丝杠与机床导轨平行，考虑螺母座、支承座在安装面上的联接与定位，同步带减速箱的安装与定位，同步带的张紧力调节，步进电动机的联接与定位等。（4）考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。例如，丝杠螺母的润滑、防尘防铁屑保护、轴承的润滑及密封、行程限位保护装置等。（5）在进行各零部件设计时，应注意装配的工艺性，考虑装配的顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。（6）注意绘制装配图时的一些基本要求。比如，制图标准，视图布置及

36、图形画法要求，重要的中心距、中心高、联系尺寸和轮廓尺寸的标注，重要配合尺寸的标注，装配技术要求，标题栏等。6.控制系统硬件电路设计 根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能：（1）接收键盘数据，控制LED显示；（2）接收操作面板的开关与按钮信号；（3）接收车床限位开关信号：（4）接收螺纹编码器信号；（5）接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号；（6）控制X、Z向步进电动机的驱动器；（7）控制主轴的正转、反转与停止；（8）控制多速电动机，实现主轴有级变速；（9）控制交流变频器，实现主轴无级变速；（10）控制冷却泵启动/停止；（11）控制电动卡盘的夹紧与松开；（12）控制电动刀架

37、的自动选刀；（13）与PC机的串行通信。 图6-1为控制系统的原理框图。CPU选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52；由于AT89S52本身资源有限，所以扩展了一片EPROM芯片W27C512用作程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片SRAM芯片6264用作数据存储器，存放用户程序；键盘与LED显示采用8279来管理；输入/输出口的扩展选用了并行接口8255芯片，一些进/出的信号均做了隔离放大；模拟电压的输出借助于DAC0832；与PC机的串行通信经过MAX233芯片。图6-1 车床数控系统操作面板布置图 图6-2 控制系统原理框图 控制系统的操作面板布置如图6-1所示。面板设置了48

38、个微动按键，三个船形开关，一只急停按钮，显示器包括1组数码显示管和7只发光二极管。 控制系统的主机板电原理图见书后图6-2，键盘与LED显示电原理图见书后图6-8。详细的电路设计原理及电路分析请参考第五章相关内容7.步进电动机驱动电源的选用 本例中X向步进电动机的型号为110BYG5802，Z向步进电动机的型号为130BYG5501，生产厂家为常州宝马集团公司。这两种电动机除了外形尺寸、步距角和输出转矩不同外，电气参数基本相同，均为5相混合式，5线输出，电机供电电压DC120310V，电流5A。这样，两台电动机的驱动电源可用同一型号。在此，选择合肥科林数控科技有限责任公司生产的五相混合式调频调

39、压型步进驱动器，型号为BD5A。它与控制系统的连接如图7-1所示。图7-1 BD5A驱动器与控制系统的连接8. 控制系统的部分软件设计8.1 存储器与I/O芯片地址分配 根据书后图6-7中地址译码器U4（74LS138）的连接情况，可以算出主机板中存储器与I/O芯片的地址分配如表 8-1所示。表8-1 主机板中存储器与I/O芯片的地址分配表8.2 控制系统的监控管理程序 系统设有7档功能可以相互切换，分别是“编辑”、“空刀”、“自动”、“手动1”、“手动2”、“手动3”和“回零”。选中某一功能时，对应的指示灯点亮，进入相应的功能处理。控制系统的监控管理程序流程如图8-2所示。 图8-1 系统监

40、控管理程序流程图8.3 8255芯片初始化子程序B255: MOV DPTR，#3FFFH；指向8255的控制口地址 MOV A，#10001001B；PA口输出，PB口输出，PC口输入均为方式0 MOVX DPTR，A ；控制字被写入 MOV DPTR，#3FFCH；指向PA口 MOVA，#0FFH；预置PA口全“1” MOVXDPTR，A；输出全“1”到PA口 MOVDPTR，#3FFDH；指向PB口 MOVA，#0FFH；预置PB口全“1” MOVXDPTR，A；输出全“1”到PB口 RET8.4 8279芯片初始化子程序B279: MOV DPTR，#5FFFH；指向8279控制口地址 MOV A，#0CFH；清除FIFO与显示RAM命令 MOVX DPTR，A；命令字被写入WAIT:MOVX A，DPTR；从8279的控制