畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-jcs-18型立式數(shù)控銑削加工中心外型以及x-y向工作臺(tái)裝配、bf6控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p>　　1 JCS-018型立式加工中心概述1</p><p>　　1.1 JCS-018型立式加工中心的特點(diǎn)1&l

2、t;/p><p>　　1.2 加工中心分類1</p><p>　　1.3加工中心工作原理2</p><p>　　1.4 加工中心工作范圍2</p><p>　　1.5加工中心組成部件3</p><p>　　1.6 加工中心加工標(biāo)準(zhǔn)4</p><p>　　1.7畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容5</

3、p><p>　　2 BF6控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 BF6系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能6</p><p>　　2.2 BF6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.3 芯片功能8</p><p>　　3 X-Y向工作臺(tái)裝配設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)16</p&

4、gt;<p>　　3.2 機(jī)械部件的選擇16</p><p>　　4 JCS-018型立式數(shù)控銑削加工中心外形設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.1 JCS-018立式加工中心簡(jiǎn)介35</p><p>　　4.2 機(jī)床特點(diǎn)36</p><p>　　4.3 機(jī)床布局36</p><p><b

5、>　　總 結(jié)38</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，它綜合了數(shù)控銑床、數(shù)

6、控鏜床、數(shù)控鉆床等機(jī)床的功能并集中在一臺(tái)設(shè)備上，且增設(shè)了自動(dòng)換刀裝置和刀庫(kù)的數(shù)控機(jī)床，是高效、高速、自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的最佳組合,是高性能與經(jīng)濟(jì)性的完美統(tǒng)一。</p><p>　　本次任務(wù)是設(shè)計(jì)JCS-018型立式數(shù)控銑削加工中心外型、X-Y向工作臺(tái)裝配以及BF6控制系統(tǒng)，每一部分的設(shè)計(jì)都經(jīng)過(guò)了精確地計(jì)算和查取相關(guān)資料，每個(gè)CAD圖的完成也是經(jīng)過(guò)數(shù)次的修改。外型設(shè)計(jì)中對(duì)JCS-018加工中心布局設(shè)計(jì)做了了解，學(xué)

7、習(xí)了BF6系統(tǒng)中各個(gè)芯片的功能，最難設(shè)計(jì)的是X-Y向工作臺(tái)，其中對(duì)滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌做了詳細(xì)的計(jì)算，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，計(jì)算載荷，進(jìn)而得出所選擇部件的型號(hào)，從而一步步完成總體的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 加工中心 控制系統(tǒng) 滾珠絲杠 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌</p><p>　　Title：JCS-018 type vertical CNC milling machining centers

8、 appearance，On X-Y table assembly and The BF6 control system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Machining centers are highly mechanical and electrical integration products,It i

9、s a combination of CNC milling, CNC boring machine, CNC drilling machine and other machine functions and focus on a single device,and it is the CNC machine that add an automatic tool changer and tool magazine.It is the b

10、est combination of efficient, high-speed, automated technology and CNC technology, and the perfect unity of performance and economy .</p><p>　　The task is to design JCS-018 type vertical CNC milling machinin

11、g centers appearance，On X-Y table assembly and The BF6 control system .The design of each part of the accurate calculation and collect the related data, each of the CAD map of completed and after several modifications.Ex

12、terior design of the JCS-018 machining center layout did understand,I have learnt the function of each chip in BF6 system.The design is difficult on X-Y table,I made a detailed calculation of the ball screw and linea<

13、/p><p>　　Keywords: Machining center Control Systems Ball screw Linear rolling guide</p><p>　　JCS-018型立式加工中心概述</p><p>　　加工中心是綜合了數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床等機(jī)床的功能并集中在一臺(tái)設(shè)備上，且增設(shè)了自動(dòng)換刀裝置和刀庫(kù)的數(shù)控機(jī)床，是高效、

14、高速、自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的最佳組合,是高性能與經(jīng)濟(jì)性的完美統(tǒng)一。加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，它可在一次安裝工件后，由數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助功能，依次完成平面、孔系等多面和多工序的加工，因而大大減少了工件裝夾時(shí)間、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開(kāi)動(dòng)時(shí)間的80%左右(普通機(jī)床僅為15～20%)，同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)

15、和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，對(duì)加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。</p><p>　　1.1 JCS-018型立式加工中心的特點(diǎn)</p><p>　　（1）可進(jìn)行強(qiáng)力切削。機(jī)床主軸電機(jī)變速范圍中恒功率范圍寬，低轉(zhuǎn)速扭矩大，機(jī)床主要構(gòu)件剛度高，可進(jìn)行強(qiáng)力切削。</p><p>　?。?） 高速定位。工作臺(tái)由直流伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)、滾

16、珠絲杠帶動(dòng)，X、Y方向移動(dòng)速度可達(dá)14m/min，主軸箱Z向移動(dòng)可達(dá)10m/min，定位精度可達(dá)0.006~0.015mm/300mm。</p><p>　?。?） 采用隨機(jī)換刀。隨機(jī)換刀由數(shù)控系統(tǒng)管理，刀具和刀座上不設(shè)固定編號(hào)，換刀由機(jī)械手執(zhí)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。</p><p>　　1.2 加工中心分類</p><p>　　加工中心通常以主軸與工作臺(tái)相對(duì)位置分類，

17、分為臥式、立式和萬(wàn)能加工中心。 (1) 臥式加工中心：是指主軸軸線與工作臺(tái)平行設(shè)置的加工中心，主要適用于加工箱體類零件。 (2) 立式加工中心：是指主軸軸線與工作臺(tái)垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類、盤(pán)類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件。 (3) 萬(wàn)能加工中心(又稱多軸聯(lián)動(dòng)型加工中心)：是指通過(guò)加工主軸軸線與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線的角度可控制聯(lián)動(dòng)變化，完成復(fù)雜空間曲面加工的加工中心。適用于具有復(fù)雜空間曲面的葉輪轉(zhuǎn)子、模具、刃具等工件的加工。

18、</p><p>　　1.3加工中心工作原理</p><p>　　加工原理大致為：加工之前，根據(jù)零件圖紙制定出工藝方案，采用手工或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制零件加工程序，把零件所需要的機(jī)床的各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成數(shù)控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲(chǔ)到信息載體上，如穿孔帶、磁盤(pán)等。然后將信息載體送到輸入裝置，由輸入裝置讀出信息并送入數(shù)控裝置。信息載體為穿帶孔時(shí)，輸入裝置為光電閱讀機(jī)；磁帶輸入裝

19、置可用磁帶錄音機(jī)。信息載體是磁盤(pán)時(shí)，可用驅(qū)動(dòng)器輸入。以上是最常用的程序輸入方法。另一種方法是利用計(jì)算機(jī)和加工中心直接通信，實(shí)現(xiàn)零件程序的輸入和輸出。進(jìn)入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過(guò)一系列處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)。有的信號(hào)送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行置換和放大，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。其他信號(hào)被送到可編程控制器，用以順序控制機(jī)床的其他輔助動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)更換。</p>

20、<p>　　1.4 加工中心工作范圍</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，再配以刀具庫(kù)和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成了加工中心，而構(gòu)成車削中心，一般只需要在數(shù)控車床的刀架上增加驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的裝置即可。</p><p>　　車削中心除了能加工各種回轉(zhuǎn)表面外，還可以鉆徑向孔、攻螺紋、銑鍵槽、銑油槽和銑扁等。在車削中心增設(shè)的自驅(qū)動(dòng)力刀具傳動(dòng)裝置中，傳動(dòng)原理一般如下：傳動(dòng)箱裝在轉(zhuǎn)塔刀架體

21、的上方。變速電機(jī)經(jīng)錐齒輪副和同步齒形帶，將動(dòng)力傳至位于轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)中心的空心軸。軸左端的中央錐齒輪再經(jīng)自驅(qū)刀具附件傳動(dòng)刀具。其中，自驅(qū)刀具銑削附件分為兩部分，其一為中間傳動(dòng)裝置軸套的A部裝入轉(zhuǎn)塔刀具孔中，齒輪與傳動(dòng)裝置的中央錐齒輪嚙合。齒輪將運(yùn)動(dòng)經(jīng)軸和軸上的錐齒輪副、橫軸和兩個(gè)圓柱齒輪將運(yùn)動(dòng)傳至銑主軸。銑主軸前端裝有銑刀。銑主軸除了傳動(dòng)銑刀運(yùn)動(dòng)之外，還可以與傳動(dòng)裝置一起旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)不同方位加工表面的加工。</p><p&

22、gt;　　1.5加工中心組成部件</p><p>　　盡管加工中心有各種不同的總體布局形式，外型結(jié)構(gòu)各異，但從總體上來(lái)看，大體上由以下幾部分構(gòu)成。</p><p>　?。?）基礎(chǔ)部件。它由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成，是加工中心的基礎(chǔ)部件。他們可以是鑄鐵，也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的切削負(fù)荷，故必須是剛度很高的部件，亦是加工中心質(zhì)量和體積最大的部件。<

23、/p><p>　　（2）主軸組件。它由主軸箱、主軸電機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。其啟動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)動(dòng)等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具完成切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對(duì)加工中心的性能有很大影響。</p><p>　?。?）數(shù)控系統(tǒng)。單臺(tái)加工中心的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及電機(jī)等部分組成。它們是加工中心執(zhí)行順序控制動(dòng)

24、作和完成加工過(guò)程中的控制中心。CNC系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲(chǔ)器和輸入、輸出接口組成；中央處理器又由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和總線組成。CNC裝置由硬件和軟件兩大部分組成，軟件在硬件支持下運(yùn)行，離開(kāi)軟件，硬件便無(wú)法工作，兩者缺一不可。</p><p>　?。?）伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，其性能的好壞是決定機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。加工中心的伺服系

25、統(tǒng)有半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種。</p><p>　?。?）自動(dòng)換刀裝置。它由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成。刀庫(kù)是存放加工過(guò)程中所使用的全部刀具的裝置。刀庫(kù)有盤(pán)式、鼓式和鏈?zhǔn)降榷喾N形式，容量從幾把到幾百把。當(dāng)需要換刀時(shí)，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，由機(jī)械手將刀具從刀庫(kù)取出裝入主軸中，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)根據(jù)刀庫(kù)與主軸的相對(duì)位置及結(jié)構(gòu)的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等。有的加工中心不用機(jī)械手而利用主軸箱或刀庫(kù)的

26、移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀。盡管換刀過(guò)程、選刀方式、刀庫(kù)結(jié)構(gòu)、機(jī)械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程控制器控制下，由電機(jī)和液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的選擇與交換。當(dāng)換刀裝置中裝入接觸式傳感器，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具和工件誤差的測(cè)量。</p><p>　　（6）輔助系統(tǒng)。包括潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓和隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖然不直接參加切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此

27、，也是加工中心不可缺少的部分。</p><p>　?。?）自動(dòng)托盤(pán)更換系統(tǒng)。有的加工中心為進(jìn)一步縮短非切削時(shí)間，配有兩個(gè)自動(dòng)交換工件托盤(pán)，一個(gè)安裝在工作臺(tái)上進(jìn)行加工，另一個(gè)則位于工作臺(tái)外裝卸工件，當(dāng)完成一個(gè)托盤(pán)上的工件加工后，便自動(dòng)交換托盤(pán)，進(jìn)行下一個(gè)零件加工。這樣可減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率。</p><p>　　1.6 加工中心加工標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　加工中

28、心采用的標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)床工具行業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。主要有JB/GQ1140-89《加工中心精度》，JB/GQ1140-89《加工中心精度附則》，JB/GQ1141-89《加工中心技術(shù)條件》。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了加工中心的幾何精度和工作精度的要求及檢驗(yàn)方法。加工中心檢驗(yàn)時(shí)還須參照J(rèn)B2670-82《金屬切削機(jī)床精度檢驗(yàn)通則》和GB9061-88《金屬切削機(jī)床通用技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。</p><p>　　加工中心按其精度等級(jí)可分為普通級(jí)和

29、精密級(jí)。檢驗(yàn)項(xiàng)目一般在30項(xiàng)以上，其細(xì)目及檢驗(yàn)條件、方法在標(biāo)準(zhǔn)中均有明確規(guī)定。一臺(tái)加工中心全項(xiàng)驗(yàn)收工作是比較復(fù)雜的一般需要使用如激光干涉儀、三座標(biāo)測(cè)量機(jī)等大型高精度儀器，對(duì)機(jī)床的機(jī)械、電器、液壓、氣動(dòng)、微機(jī)控制等各部分及整機(jī)運(yùn)行性能檢測(cè)試驗(yàn)，最后得出對(duì)該機(jī)的綜合技術(shù)評(píng)價(jià)。主要包括以下幾項(xiàng)：</p><p>　　(1)幾何精度：包括綜合反映主軸和工作臺(tái)的相關(guān)和相互位置精度、主軸徑跳、端面跳動(dòng)(竄動(dòng))、工作臺(tái)平面度、

30、回轉(zhuǎn)精度等。</p><p>　　(2)機(jī)床定位、重復(fù)定位精度：即工作臺(tái)或主軸運(yùn)動(dòng)位置，回轉(zhuǎn)角度的設(shè)定值與實(shí)際值(實(shí)測(cè)值)之差或多次測(cè)量差值的均值，它是反映機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制、差補(bǔ)精度和機(jī)床自身設(shè)定的綜合指標(biāo)。</p><p>　　(3)工作精度：是指對(duì)代表性工件精加工尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，尺寸精度是對(duì)機(jī)床幾何精度，定位精度在一定切削和加工條件下的綜合考核。主要有鏜孔精度、平行孔孔距精度、調(diào)頭鏜孔

31、同軸度、銑削四周面精度、圓弧插補(bǔ)銑削精度等。</p><p>　　(4)外觀：可參照通用機(jī)械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，但加工中心由于其單臺(tái)價(jià)格昂貴，外觀要求也高于一般機(jī)床。</p><p>　　加工中心多采用木箱包裝，各木箱生產(chǎn)廠家在制造木箱時(shí)，依據(jù)GB7284-98《框架木箱》，GB/T13384-92《機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)包裝箱的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、含水率等項(xiàng)目做了具體規(guī)定。包

32、裝箱檢驗(yàn)抽樣判定時(shí)還須參照SN/T0275-93《出口商品運(yùn)輸包裝木箱檢驗(yàn)規(guī)程》。箱內(nèi)的加工中心應(yīng)進(jìn)行有效的固定和襯墊，其電器及加工未涂漆表面應(yīng)做防銹防潮處理，其防銹有效期為兩年。在存放及滯港期間加工中心應(yīng)庫(kù)內(nèi)保管，暫時(shí)露天存放時(shí)應(yīng)墊高并加苫蓋防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、輕放等標(biāo)識(shí)應(yīng)齊全，以保證運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)品完好、安全運(yùn)抵目的地。目前生產(chǎn)加工中心的國(guó)內(nèi)廠家主要有：青海第一機(jī)床廠、大河機(jī)床廠、北京第一機(jī)床廠、常州機(jī)床廠、南通機(jī)床廠

33、、天津第一機(jī)床總廠、北京機(jī)床研究所等。主要輸往美國(guó)、拉美、東南亞、香港等國(guó)家和地區(qū)。外貿(mào)經(jīng)營(yíng)部門和生產(chǎn)單位必須按照商檢法及頒發(fā)的有關(guān)規(guī)定嚴(yán)格掌握。加工中心屬金屬切削機(jī)床分支已實(shí)施出口產(chǎn)品質(zhì)量許可制度，未取得許可證的產(chǎn)品不準(zhǔn)出口。訂貨時(shí)除通用技術(shù)條件外，對(duì)設(shè)備參數(shù)公、英制，動(dòng)力，控制電壓和周波以及隨機(jī)附件、刀具類型和機(jī)床顏色均應(yīng)有明確規(guī)定。</p><p>　　1.7畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容</p><

34、p>　　電氣部分：內(nèi)容是完成BF6控制系統(tǒng)的電氣圖，充分查閱資料了解其工作原理，以及各芯片的功能作用，連線等，掌握電子電路原理,設(shè)計(jì)要求完成BF3控制系統(tǒng)的電氣圖，用A0紙打印出來(lái)。</p><p>　　機(jī)械部分：設(shè)計(jì)要求完成X-Y向工作臺(tái)和JCS-018型立式數(shù)控加工中心外型的設(shè)計(jì)，了解X-Y向工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)聯(lián)軸器的計(jì)算，滾珠絲杠的選擇，關(guān)鍵的軸承選擇等一些部分。</p><p

35、>　　2 BF6控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　目前，國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床均為引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，在國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)的。BF6系統(tǒng)是功能比較簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)，該機(jī)采用16位微處理芯片8086、磁泡存儲(chǔ)器、直流伺服電機(jī)拖動(dòng)、編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器反饋的閉環(huán)CNC系統(tǒng)。系統(tǒng)有地址總線（A0~A19共20位）和數(shù)據(jù)總線（D0~D15）兩條總線，地址總線中有16條和數(shù)據(jù)總線共用，各芯片都掛在這兩條總線上，以便和C

36、PU交換信息。</p><p>　　2.1 BF6系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能</p><p>　　BF6系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱6系統(tǒng)）是具備一般功能和部分高級(jí)功能的中級(jí)型CNC系統(tǒng)。其特點(diǎn)主要有：</p><p>　　可靠性高 ,適用于高精度、高效率加工。</p><p><b>　　容易編程。</b></p><p>

37、;　　容易維護(hù)保養(yǎng)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。</p><p>　　操作性好，使用安全。</p><p>　　BF6系統(tǒng)（包括6M，6T）的控制功能有：</p><p>　　（1）6M的控制軸是X，Y，Z三軸，6T是X和Z兩軸，6M還可以增加選用功能控制第四軸。</p><p>　　（2）聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：6M可以進(jìn)行三軸中的兩軸聯(lián)動(dòng)，6T能進(jìn)行X和Z兩軸聯(lián)動(dòng)，

38、6M增加選用功能后可以進(jìn)行X，Y，Z三軸聯(lián)動(dòng)，能進(jìn)行直線、圓弧、螺旋線等插補(bǔ)。</p><p>　　（3）輔助功能為2位數(shù)（M2），主軸功能為2位數(shù)或4位數(shù)，刀具功能為2位數(shù)或4位數(shù)。</p><p>　　2.2 BF6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　BF6的結(jié)構(gòu)包括眾多芯片，其中CPU是8086芯片,主時(shí)鐘頻率為5MHz。8086包含8位和16位兩種運(yùn)算，數(shù)據(jù)總線為

39、16位，地址總線為20位，存儲(chǔ)器可尋址1MB，I/O地址空間為64KB。全部零件加工程序和系統(tǒng)的工作參數(shù)存放在磁泡存儲(chǔ)器中，磁泡存儲(chǔ)器最多可存儲(chǔ)320m長(zhǎng)的控制帶。</p><p>　　根據(jù)使用目的的不同，8086系統(tǒng)可分為最小組成方式和最大組成方式。最小組成方式與8085A相同，而最大組成方式中，系統(tǒng)增加了總線控制器8288.</p><p>　　可編程中斷控制器8259，用于管理各種外

40、圍芯片所產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求，其操作方式由8086的軟件命令進(jìn)行設(shè)置。它可接收各種中斷請(qǐng)求（IR0~IR7），由優(yōu)先級(jí)判定電路輸出優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求，向8086發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。BF6系統(tǒng)的中斷請(qǐng)求及優(yōu)先級(jí)排列如下：</p><p>　　8級(jí)（IR0） 串行輸入/輸出傳輸錯(cuò)誤</p><p>　　7級(jí)（IR1） 紙帶讀

41、數(shù)機(jī)同步孔請(qǐng)求中斷</p><p>　　6級(jí)（IR2） 選擇部件請(qǐng)求中斷</p><p>　　5級(jí)（IR3） 2m定時(shí)器中斷</p><p>　　4級(jí)（IR4） 8m定時(shí)器中斷</p><p>　　3級(jí)（IR5）

42、 磁泡存儲(chǔ)器請(qǐng)求中斷</p><p>　　2級(jí)（IR6） 控制軟件中斷I</p><p>　　1級(jí)（IR7） 控制軟件中斷II</p><p>　　在上述中斷請(qǐng)求中，8級(jí)為最高級(jí)中斷請(qǐng)求，1級(jí)為最低級(jí)中斷請(qǐng)求。</p><p>　　圖2-1 中斷優(yōu)

43、先級(jí)示意圖 </p><p>　　DMA控制器用于控制CPU與磁泡存儲(chǔ)器、串行輸入/輸出接口之間的數(shù)據(jù)傳送。CPU在系統(tǒng)總線上傳輸一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字所需的周期稱為總線周期，CPU執(zhí)行一條指令要求一個(gè)以上總線周期。然而，實(shí)際上CPU并沒(méi)有完全用滿總線周期，通常只用總線周期的50%~80%。因此，DMA控制器就可以挪用總線周期來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而同時(shí)對(duì)CPU運(yùn)算影響又不大。與CPU的運(yùn)算速度相比，磁泡存儲(chǔ)器和串行輸入/輸出接

44、口的傳輸數(shù)據(jù)是非常緩慢的，若直接由CPU來(lái)控制磁泡存儲(chǔ)器和串行輸入/輸出接口，則會(huì)大大影響CPU的運(yùn)算速度。在BF6系統(tǒng)中，磁泡存儲(chǔ)器和串行輸入/輸出接口是由DMA控制器控制的。CPU與DMA控制器都可以訪問(wèn)RAM。CPU的地址總線和DMA控制器的DMA地址發(fā)生器產(chǎn)生的DMA地址總線，經(jīng)過(guò)多路選擇開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生RAM地址。這樣，DAM控制提高了CPU的吞吐量，解決了快速CPU與慢速外圍設(shè)備之間的矛盾。</p><p>

45、;　　磁泡存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)參量和零件加工程序，它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是以柱形磁疇（磁泡）的形式存儲(chǔ)在磁性物質(zhì)的薄膜上。在0.001英寸厚的磁膜上，在偏移磁場(chǎng)的作用下，會(huì)形成直徑為0.0001英寸的磁疇。磁疇存在表示1，磁疇不存在表示0.所以磁泡存儲(chǔ)器也是以二進(jìn)制來(lái)表示數(shù)據(jù)的。</p><p>　　磁泡存儲(chǔ)器具有非揮發(fā)性，這一點(diǎn)與ROM、EPROM等類似，同時(shí)又具有隨機(jī)讀寫(xiě)的特點(diǎn)，并且寫(xiě)的速度與讀的速度一樣快。磁泡存儲(chǔ)器的

46、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗小，它的存儲(chǔ)容量相當(dāng)于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的16~64倍。它的支持線路與微機(jī)系統(tǒng)兼容，使用非常方便。</p><p>　　BF6的位置控制采用8739芯片，與BF3相同。</p><p><b>　　2.3 芯片功能</b></p><p>　　各芯片功能介紹如下：</p><p>　　2.3.1中央處理器芯片80

47、86</p><p><b>　　（1）8086功能</b></p><p>　　CPU的任務(wù)是從ROM或RAM中讀取指令，分析指令含義及類別，然后執(zhí)行。8086的內(nèi)部邏輯分為兩大部分，指令的執(zhí)行單元與總線的接口單元（BIU）。這兩部分并行工作。</p><p>　　8086為雙列直插式封裝，共40個(gè)引腳，各腳所連信號(hào)意義如下：</p&g

48、t;<p>　　CLK:系統(tǒng)時(shí)鐘輸入，BF-6系統(tǒng)為5MHz，信號(hào)的占空比為33%，在邏輯圖中該信號(hào)標(biāo)志為CLK0.</p><p>　　RESET:CPU的復(fù)位信號(hào)輸入，邏輯圖上該信號(hào)接PCL0</p><p>　　READY:等待信號(hào)。用于CPU與外部部件的時(shí)間上同步。當(dāng)其為低電平時(shí)，CPU自動(dòng)插入等待周期TW。BF6系統(tǒng)中為了與不同的元件同步，有專門的電路產(chǎn)生READY

49、信號(hào)，不同的元件產(chǎn)生不同的等待周期數(shù)。</p><p>　?。?）芯片的輸入輸出信號(hào)：</p><p>　　AD00-AD15:地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線（雙向三態(tài)）。</p><p>　　A16-A19：地址總線的最高四位。</p><p>　　BHE：數(shù)據(jù)總線的高位字節(jié)使能（輸出）。</p><p>　　VCC:電源端，+5

50、V。</p><p><b>　　GND:地端。</b></p><p>　　MN/MAX：CPU的工作模式控制，接地電平時(shí)8086工作于最大模式（BF6為此接法）。</p><p>　　RD:讀控制（輸出）。</p><p>　　WR:寫(xiě)控制（輸出）。</p><p>　　DT/R:數(shù)據(jù)的發(fā)送/

51、接收控制（輸出）。用于控制雙向驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸方向。</p><p>　　DEN:數(shù)據(jù)信號(hào)的有效（輸出）。</p><p>　　ALE:地址信號(hào)的有效（輸出），允許鎖存。</p><p>　?。?）8086的工作模式</p><p>　　8086允許用其組成單CPU或多CPU系統(tǒng)。其信號(hào)端MN/MAX用于工作模式的選擇。當(dāng)該信號(hào)端接+ 5V時(shí)

52、，為單CPU應(yīng)用，工作于最小模式；當(dāng)MN/MAX接地時(shí)，可以和其他處理機(jī)共享總線，工作于最大模式（BF6即為此種模式）。調(diào)機(jī)時(shí)，和工程師面板調(diào)試系統(tǒng)總線是由總線控制器8288產(chǎn)生的。也就是說(shuō)最大工作模式時(shí)微處理器是由8086和8288組成的。</p><p>　　2.3.2時(shí)鐘發(fā)生器8284</p><p>　　在8086CPU內(nèi)部沒(méi)有有時(shí)時(shí)鐘發(fā)生器，當(dāng)組成微型機(jī)系統(tǒng)時(shí)，所需的時(shí)鐘信號(hào)由外

53、部時(shí)鐘發(fā)生器提供。 8284是專門為8086設(shè)計(jì)的時(shí)鐘發(fā)生器/驅(qū)動(dòng)器。在8284中，不僅有時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，還有復(fù)位信號(hào)RESET和 準(zhǔn)備好信號(hào)READY產(chǎn)生電路，這些電路分別向8086系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)CLK，復(fù)位信號(hào)RESET和準(zhǔn)備好信號(hào)READY ，還可向外界提供晶振信號(hào)OSC以及外圍芯片所需的時(shí)鐘信號(hào)PCLK。</p><p>　　BF3系統(tǒng)中，READY由專門的延時(shí)電路產(chǎn)生。對(duì)應(yīng)不同的元件，產(chǎn)生不同的等待周

54、期。例如，CMOS RAM、EROM、位置控制器，USART等為2個(gè)等待周期，PC的EROM為三個(gè)等待周期</p><p>　　圖2-2 8284A芯片 </p><p>　　2.3.3總線控制器 </p><p>　　8288芯片用于8086的最大工作模式，目的是擴(kuò)大8086控制總線的功能

55、。8288接收由8086送來(lái)的三條總線周期狀態(tài)信號(hào)線，、、，對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行譯碼，相應(yīng)地產(chǎn)生各種控制命令和時(shí)序，并提供雙極型的總線驅(qū)動(dòng)能力。也就是說(shuō)，與CPU8086的總線周期有關(guān)的總線控制信號(hào)，是由8288產(chǎn)生的。CPU通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的訪問(wèn)。</p><p>　　2.3.4中斷控制器</p><p>　　圖2-3 8259A芯片 </p><p>　

56、　8259A中斷控制器是一個(gè)集成電路芯片，它將中斷接口與優(yōu)先級(jí)判斷等功能匯集于身，常用于微型機(jī)系統(tǒng)．其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖2-3所示。8位中斷請(qǐng)求寄存器(IR)接受8個(gè)外部設(shè)備送來(lái)的中斷請(qǐng)求，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備．中斷請(qǐng)求寄存器的各位送入優(yōu)先權(quán)判斷器，根據(jù)中斷屏蔽寄存器(IM)各位的狀態(tài)來(lái)決定最高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求，并將各位的狀態(tài)送入中斷狀態(tài)寄存器(IS)。IS保存著判優(yōu)結(jié)果。由控制邏輯向CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)INT，并接受CPU的中斷響應(yīng)信

57、號(hào)INTA。 數(shù)據(jù)緩沖器用于保存CPU內(nèi)部總線與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)．讀／寫(xiě)邏輯決定數(shù)據(jù)傳送的方向，其中為讀控制，為寫(xiě)控制，為設(shè)備選擇，A0為I/O端口識(shí)別單個(gè)的8259A能管理8級(jí)向量?jī)?yōu)先級(jí)中斷。在不增加其他電路的情況下，最多可以級(jí)聯(lián)成64級(jí)的向量?jī)?yōu)級(jí)中斷系統(tǒng)。8259A有多種工作方式，能用于各種系統(tǒng)。各種工作方式的設(shè)定是在初始化 時(shí)通過(guò)軟件進(jìn)行的。 在總線控制器的控制下， 8259A芯片可以處于編程狀態(tài)和操作狀態(tài)，編程狀

58、態(tài)是CPU使用IN或OUT指令對(duì)8259A芯片進(jìn)行初始化編程的狀態(tài)。8259A主要功能：就是在有多個(gè)中斷源的系統(tǒng)中，接受外</p><p>　　8259A的主要功能如下：</p><p>　?、僖黄?259A可以接受并管理8級(jí)可屏蔽中斷請(qǐng)求，通過(guò)9片8259A級(jí)聯(lián)可擴(kuò)展至64級(jí)可屏蔽中斷優(yōu)先控制。</p><p>　　②對(duì)每一級(jí)中斷都可以通過(guò)程序來(lái)屏蔽或允許。③在中

59、斷響應(yīng)周期，8259A可為CPU提供相應(yīng)的中斷類型碼。</p><p>　　④具有多種工作方式，并可通過(guò)編程來(lái)加以選擇。</p><p>　　2.3.5可編程計(jì)時(shí)器8253 </p><p>　　表2.1 8253端口選擇</p><p>　　8253具有3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)通道，采用減1計(jì)數(shù)方式。在門控信號(hào)有效時(shí)，每輸</p>

60、<p>　　入1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，通道作1次計(jì)數(shù)操作。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖是已知周期的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)就成為定時(shí)。8253芯片有24條引腳，封裝在雙列直插式陶瓷管殼內(nèi)。</p><p><b>　　1.數(shù)據(jù)總線緩沖器</b></p><p>　　數(shù)據(jù)總線緩沖器與系統(tǒng)總線連接，8位雙向，與CPU交換信息的通道。這是8253與CPU之間的數(shù)據(jù)接口，它由8位雙向三態(tài)緩沖存儲(chǔ)器構(gòu)成

61、，是CPU與8253之間交換信息的必經(jīng)之路</p><p><b>　　2 讀寫(xiě)控制</b></p><p>　　讀/寫(xiě)控制分別連接系統(tǒng)的IOR#和IOW#， 由CPU控制著訪問(wèn)8253的內(nèi)部通道。接收CPU送入的讀/寫(xiě)控制信號(hào)， 并完成對(duì)芯片內(nèi)部各功能部件的控制功能， 因此， 它實(shí)際上是8253芯片內(nèi)部的控制器。A1A0：端口選擇信號(hào)，由CPU輸入。8253內(nèi)部有3

62、個(gè)獨(dú)立的通道，加上控制字寄存器，構(gòu)成8253芯片的</p><p>　　4個(gè)端口， CPU可對(duì)3個(gè)通道進(jìn)行讀/寫(xiě)操作3對(duì)控制字寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作。 這4個(gè)端口地址由最低2位地址碼A1和A0來(lái)選擇。如表所示。</p><p>　　2.3.6可編程并行I/O接口芯片</p><p><b>　　引腳功能：</b></p>

63、<p>　　RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。</p><p>　　CS:芯片選擇信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/CS=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;/CS=1時(shí),8255無(wú)法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸.</p><p>　　RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低跳變沿時(shí),即

64、/RD產(chǎn)生一個(gè)低脈沖且/CS=0時(shí),允許8255通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。</p><p>　　WR:寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低跳變沿時(shí),即/WR產(chǎn)生一個(gè)低脈沖且/CS=0時(shí),允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)入8255。</p><p>　　D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)8位

65、數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作，控制字和狀態(tài)信息也通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送。</p><p>　　圖2-3 I/O接口芯片</p><p>　　8255具有3個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道端口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作。</p><p>　　方式0——基本輸入輸出方式；方式1——選通輸入/出方式；方式2——雙向選通輸入/輸出方式；

66、 </p><p>　　PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 工作于三種方式中的任何一種；</p><p>　　PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。 不能工作于方式二；</p><p>　　PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖

67、器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過(guò)工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。'不能工作于方式一或二。 </p><p>　　2.3.7地址總線的鎖存與數(shù)據(jù)總線的緩沖</p><p>　　從CPU芯片8086輸出的

68、地址與數(shù)據(jù)總線（ADXX），送往地址鎖存器和數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器，分開(kāi)為地址總線（ABXX）和數(shù)據(jù)總線（DBXX）。</p><p><b>　　地址總線的鎖存</b></p><p>　　由8086輸出的16位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線和另外四條地址總線由三片8D鎖存器鎖存后，輸出20位地址總線AB00-AB19。8D鎖存器的輸出門為三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，由信號(hào)OE控制器輸出狀態(tài)，在系統(tǒng)中該

69、端總接地。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)總線的緩沖</p><p>　　BF6系統(tǒng)中采用兩片8位雙向驅(qū)動(dòng)器74LS640作為數(shù)據(jù)總線的緩沖。輸入信號(hào)AD00-AD15經(jīng)總線緩沖器后，變?yōu)?6位數(shù)據(jù)總線DB00-DB15。BF6系統(tǒng)所用各芯片的數(shù)據(jù)信號(hào)線，可與此鏈接.</p><p>　　2.3.8 字符輸入鍵盤(pán)</p><p>　　BF-6

70、系統(tǒng)與BF-3系統(tǒng)類似，使用字符輸入鍵盤(pán)輸入程序、參數(shù)、信息等，進(jìn)行CNC的操作與診斷。電路上排列成8X8的矩陣。為識(shí)別輸入的字符，CPU依次發(fā)出8個(gè)行掃面信號(hào)，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描。每次發(fā)出一個(gè)掃描信號(hào)，就依次讀入8列狀態(tài)。若有鍵按下，就可測(cè)知其矩陣代碼值，然后經(jīng)軟件查找即可知道字符的ASCII碼。</p><p><b>　　2.3.9其他部分</b></p><p>

71、　?。?）地址譯碼器：各芯片的選址信號(hào)，由地址總線AB00-AB19經(jīng)譯碼器譯碼后得到。BF6系統(tǒng)中的譯碼器件有兩種，一種是雙二線一四譯碼器74LS155，另外一種是三線一八線譯碼器74LS138。譯碼方式是分級(jí)譯碼。</p><p>　?。?）存儲(chǔ)器：BF6系統(tǒng)中采用EROM、NMOS、RAM和CMOS RAM三種存儲(chǔ)器芯片。EROM為只讀存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制軟件，共32KX8位。NMOSRAM為隨機(jī)存儲(chǔ)

72、器，用于計(jì)算機(jī)的中間計(jì)算，其響應(yīng)時(shí)間非常快。CMOS RAM是帶有后備電池的RAM，當(dāng)交流電源切斷后仍可保持其內(nèi)部信息。這種存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)機(jī)床參數(shù)的系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)。</p><p>　?。?）CNCD的輸出信號(hào)的鎖存：CNC輸出的下述信號(hào)：到機(jī)床的接口信號(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)）、S功能代碼、M功能代碼，豆油鎖存器鎖存。鎖存器元件為8位可尋址鎖存器74LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動(dòng)器。74LS244沒(méi)有鎖存的功能

73、。地址鎖存器就是一個(gè)暫存器，它根據(jù)控制信號(hào)的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來(lái)。</p><p>　?。?）擴(kuò)展總線：擴(kuò)展總線用于CNC裝置與可編程序接口（PG）和CRT的控制芯片鏈接。為了簡(jiǎn)化機(jī)床的強(qiáng)電控制柜，多數(shù)機(jī)床使用可編程控制器作為CNC裝置與機(jī)床強(qiáng)電控制部分的接口。機(jī)床順序控制邏輯由PC軟件實(shí)現(xiàn)。BF6系統(tǒng)采用的是FANUC的PC-D。使用PC時(shí)，上述大部分輸入，輸出信號(hào)都由PC與機(jī)床側(cè)聯(lián)系。</p&

74、gt;<p>　　3 X-Y向工作臺(tái)裝配設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下：</p><p>　　1、立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3，最大銑削寬度=15mm</p><p>　　最大背吃

75、刀量=8mm，加工材料為碳素鋼或有色金屬。</p><p>　　2、X、Z方向的定位精度均為±0.012/300mm。</p><p>　　3、工作臺(tái)面尺寸為1200mm×450mm，加工范圍為300mm×120mm</p><p>　　4、工作臺(tái)空載進(jìn)給最快移動(dòng)速度： Vxmax = Vymax =14m/min，工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速

76、度:，加減速0.3s。</p><p>　　5、最大鉆孔直徑d=100mm，最大攻絲直徑M24，銑削能力100/min</p><p>　　6、主軸電機(jī)5.5/7.5 KW</p><p>　　3.2 機(jī)械部件的選擇</p><p>　　3.2.1直流伺服電動(dòng)機(jī)的選用</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)有永磁式、它激式、串

77、激式與并激式幾種。前兩種電機(jī)具有線性的機(jī)械特性，有良好的起、制動(dòng)特性與調(diào)速特性，適用于伺服驅(qū)動(dòng)。這里我選用的電機(jī)，是在永磁式電機(jī)的基礎(chǔ)上，為數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)的力矩電機(jī)，它廣泛用于閉環(huán)(包括半閉環(huán)）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　下圖為直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，主要包括如下三部分:</p><p>　　圖3-1 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　固定磁極—定子。

78、磁場(chǎng)由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，直流電機(jī)可分為永磁式和它激式。永磁式磁極由永磁材料制成；它激式磁極由沖壓矽鋼片疊成，外繞線圈，通以直流電流即產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。</p><p>　　電樞—轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由矽鋼片疊成，表面嵌有線圈，通以直流電時(shí)，在定子磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　電刷與換向片。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻地連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電

79、刷與外施直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。</p><p>　　3.2.2直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　機(jī)電一體化產(chǎn)品要求機(jī)械系統(tǒng)的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須得到安全的支承，并能準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)任務(wù)就有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)完成。機(jī)電一體化產(chǎn)品的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌，其作用是支承和導(dǎo)向。導(dǎo)軌主要用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方稱為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，不運(yùn)動(dòng)的一方稱為支

80、承導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。目前，數(shù)控機(jī)床上的導(dǎo)軌形式主要有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌等。</p><p><b>　　1.導(dǎo)軌的要求</b></p><p>　　導(dǎo)向精度高　 導(dǎo)向精度主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線性和其有關(guān)基準(zhǔn)面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。影響它的因素有：導(dǎo)軌的幾

81、何精度、接觸精度、結(jié)構(gòu)形式、剛度、熱變形、裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。</p><p>　　(2)耐磨性好　 耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)Ч蛟诠ぷ鬟^(guò)程中難免有磨損，所應(yīng)力求減少磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。</p><p>　　足夠的剛度　導(dǎo)軌的受力變形會(huì)影響導(dǎo)軌的

82、導(dǎo)向精度及部件之間的相對(duì)位置，因此要求導(dǎo)軌要有足夠的剛度。為減輕和平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的的方法提高剛度。導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對(duì)位置，故要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。</p><p>　　(4)低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性　低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)。 應(yīng)使導(dǎo)軌的摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)

83、動(dòng)時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。</p><p>　　疲勞和壓潰 導(dǎo)軌面由于過(guò)載或應(yīng)力不均勻而使導(dǎo)軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)運(yùn)行多次后就會(huì)形成疲勞點(diǎn)，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動(dòng)導(dǎo)軌失效的主要原因，為此應(yīng)控制滾動(dòng)導(dǎo)軌承受的最大載荷和受載的均勻性。</p><p>　　(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好　所設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌應(yīng)使制造和維修方便，在使用時(shí)便于調(diào)整和維護(hù)。<

84、/p><p><b>　　2、導(dǎo)軌的分類</b></p><p>　?。?）滑動(dòng)導(dǎo)軌1)以聚四氟乙烯為基體，添加合金粉和氧化物等構(gòu)成的高分子復(fù)合材料。2)以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，加入MoS2、膠體石墨、TiO2等制成的抗磨涂層材料。</p><p>　　圖3-2　貼塑導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) a)矩形導(dǎo)軌　b)燕尾導(dǎo)軌　c)圓柱導(dǎo)軌</p&g

85、t;<p>　　（2）滾動(dòng)導(dǎo)軌 1)滾珠導(dǎo)軌　這種導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低。</p><p>　　2)滾珠導(dǎo)軌　這種導(dǎo)軌的承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　圖3-3　滾珠導(dǎo)軌示意圖</p><p>　　滾針導(dǎo)軌　滾針導(dǎo)軌的滾針比滾柱的長(zhǎng)徑比大，滾針導(dǎo)軌的特點(diǎn)是尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊，主要適用于導(dǎo)軌尺寸受限制

86、的數(shù)控機(jī)床。(4) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌(簡(jiǎn)稱直線導(dǎo)軌)　</p><p>　　1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的特點(diǎn)</p><p>　　承載能力大 其滾道采用圓弧形式，增大了滾動(dòng)體和圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導(dǎo)軌的承載能力，可達(dá)到平面滾道形式的13倍。</p><p>　　剛性強(qiáng) 在該導(dǎo)軌制作時(shí)，常需要預(yù)加載荷，這是道軌系統(tǒng)剛度得以提高。所以直線導(dǎo)軌在工作時(shí)能承受較大的

87、沖擊和振動(dòng)。</p><p>　　壽命長(zhǎng) 由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50左右，磨損小，因而壽命長(zhǎng)，功率低，便于機(jī)械小型化</p><p>　　傳動(dòng)平穩(wěn)可靠 由于摩擦小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。</p><p>　　具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力 裝配調(diào)整容易，因此降低了對(duì)配件加工精度要求。</p><p>　　2）滾

88、動(dòng)直線導(dǎo)軌的分類</p><p>　　按滾動(dòng)體的形狀分 有鋼珠式和滾柱式兩種，滾柱式由于為線接觸，故其有較高的承載能力，但摩擦力也較高，同時(shí)加工裝配也相對(duì)復(fù)雜。目前使用較多的是鋼珠式。</p><p>　　按導(dǎo)軌截面形狀分 有矩形和梯形兩種，矩形導(dǎo)軌承載時(shí)各方向受力大小相等。梯形導(dǎo)軌能承受較大的垂直載荷，而其他方向的承載能力較低，但對(duì)于安裝基準(zhǔn)的誤差調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。</p>

89、<p>　　按滾道溝槽形狀分 有單圓弧和雙圓弧二種，単圓弧溝槽為二點(diǎn)接觸，雙圓弧為四點(diǎn)接觸，前者的運(yùn)動(dòng)摩擦和對(duì)安裝基準(zhǔn)的誤差平均作用要比后者小，但其靜剛度比后者稍差。</p><p>　　圖3-4所示是直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的外形圖，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由一根長(zhǎng)導(dǎo)軌(導(dǎo)軌條)和一個(gè)或幾個(gè)滑塊組成。本設(shè)計(jì)中采用此種導(dǎo)軌。</p><p>　　導(dǎo)軌條 循環(huán)滾柱滑座 抗振阻尼滑座 循環(huán)

90、滾柱滑座 導(dǎo)軌條</p><p>　　圖3-4　直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的外形圖</p><p>　　4、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1） 額定動(dòng)載荷Ca額定動(dòng)載荷是指滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定長(zhǎng)度壽命Ts=50km時(shí)，作用在滑座上大小和方向均不變化的載荷。其值可按下式計(jì)算：</p><p>　　Ca=111.57***</p>

91、<p>　　式中， 錯(cuò)誤!未找到引用源。為鋼球直徑（mm）； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為滑座有效長(zhǎng)度（mm）；Z為有效接觸的鋼球數(shù)； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為額定動(dòng)載荷（N）。</p><p>　　2）額定靜載荷C0a</p><p>　　C0a=*i*Z**COSβ</p><p><b>　　β=90°-α-θ</b>&l

92、t;/p><p>　　式中，K0為適應(yīng)比系數(shù)，可按表2-14確定，其中R為圓弧滾道半徑（mm）； 錯(cuò)誤!未找到引用源。 為鋼球循環(huán)列數(shù)； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為接觸角，常取 錯(cuò)誤!未找到引用源。； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為傾斜角，常取 錯(cuò)誤!未找到引用源。； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為額定靜載荷（N）。</p><p>　　表3-1 適 應(yīng) 比 系 數(shù)</p><p>　　

93、3）額定行程長(zhǎng)度壽命Ts（km）</p><p>　　Ts=K* 錯(cuò)誤!未找到引用源。 </p><p>　　式中，K為壽命系數(shù)，一般取K=50km，F(xiàn)為滑座工作載荷（N）； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為硬度系數(shù)，按表2-15選取； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為溫度系數(shù)，按表2-16選??； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為接觸系數(shù)，按表2-17選??； 錯(cuò)誤!未找到引用源。為額定動(dòng)載荷（N）；額定工作時(shí)間壽命 錯(cuò)

94、誤!未找到引用源。(h)為</p><p><b>　　Th=</b></p><p>　　式中， 錯(cuò)誤!未找到引用源。為工作單行程長(zhǎng)度（m），n為每秒往復(fù)次數(shù)（次/s）。</p><p>　　表.3-2 硬度系數(shù)</p><p><b>　　表3-3 溫度系數(shù)</b></p>&l

95、t;p>　　表3-4 接觸系數(shù)</p><p>　　表3-5 負(fù)荷系數(shù)</p><p>　　當(dāng)滑座運(yùn)動(dòng)速度低于15m/min時(shí)，若工作溫度在100 錯(cuò)誤!未找到引用源。以下，導(dǎo)軌滾道硬度為60HRC,無(wú)明顯沖擊和振動(dòng)，并且按每根導(dǎo)軌上的滑座配置數(shù)為2，則 錯(cuò)誤!未找到引用源?？烧頌?lt;/p><p><b>　　Ts=6.25*</b>

96、;</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇程序</p><p>　　在設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌時(shí)，除應(yīng)對(duì)其使用條件，包括工作載荷、精度要求、速度、工作行程、預(yù)期工作壽命進(jìn)行研究外，還須對(duì)其剛度摩擦特性及誤差平均作用、阻尼特征等綜合考慮，從而達(dá)到正確合理的選用，以滿足主機(jī)技術(shù)性能的要求。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p>

97、;<p>　　已知作用在滑座的載荷=3000N,滑座個(gè)數(shù)M=4，單向行程長(zhǎng)度=0.75m，=0.45m，每分鐘往復(fù)次數(shù)為4，用于輕型銑床的工作臺(tái)，每天開(kāi)機(jī)6h，一年按300個(gè)工作日計(jì)算，壽命要求5年以上。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Th=6*300*5h=9000h</p><p>　　由

98、 Th=</p><p>　　得Ts=2Th**n/1000 km</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　Tsx=3240km Tsy=1944km</p><p>　　因滑座數(shù)M=4,所以每根導(dǎo)軌上使用兩個(gè)滑座，由表3-2~3-5確定fc=0.81，</p><p&g

99、t;　　fH=1 fT= 1 fW=2,</p><p><b>　　由公式 </b></p><p>　　Ts=K* 錯(cuò)誤!未找到引用源。 </p><p><b>　　得Ca=</b></p><p>　　其中， F=/M=3000/4N=750N,則Cax=42405N&l

100、t;/p><p>　　Cay=40002N</p><p>　　查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P32表2-13，其中HJG-D45型號(hào)的導(dǎo)軌的Ca值為43800N，能滿足五年的使用要求，所以可選用HJG-D45型號(hào)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。</p><p>　　3.2.3滾珠絲杠傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及校驗(yàn)</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床上將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，一般采

101、用滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)。為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和低速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，必須設(shè)法減小有關(guān)傳動(dòng)副的摩擦并減小靜、動(dòng)摩擦系數(shù)的差值。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中普遍采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠副的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)效率高達(dá)85%~98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的2—4倍,具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時(shí)無(wú)空行程；成本高，價(jià)格昂貴；不能自鎖，垂直安裝時(shí)需要有制動(dòng)裝置。

102、</p><p>　　下圖為滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖。滾珠絲杠在絲杠和螺母之間填充滾珠作為中間傳動(dòng)元件，它由絲杠1、螺母2和滾珠3及滾珠循環(huán)返回裝置插管4等組成。當(dāng)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿著絲杠螺旋滾道面滾動(dòng)，滾動(dòng)數(shù)圈后離開(kāi)絲杠滾道面，通過(guò)插管4返回其入口處繼續(xù)循環(huán)。滾珠絲杠按回珠方式分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類。圖3-5所示為數(shù)控機(jī)床上常用的插管式外循環(huán)滾珠絲杠,本課題也采用了外循環(huán)。</p><

103、;p>　　1—絲杠 2—螺母 3—滾珠 4—插管</p><p>　　圖3-5 滾珠絲杠副原理圖</p><p>　　為了提高滾珠絲杠的軸向剛度，滾珠絲杠常用推力軸承來(lái)支承。滾珠絲杠的軸向負(fù)載不大時(shí)，也可用接觸角為60°的角接觸軸承來(lái)支承。滾珠絲杠常用的支承方式見(jiàn)下圖。</p><p>　　圖3-6 滾珠絲杠常用的支撐方式</p>

104、<p>　　圖a為一端軸向固定一端自由的形式，由于其軸向剛度低，只用于短絲杠和豎直安裝的絲杠；圖b為一端固定一端游動(dòng)的形式，其軸向剛度與前者相同，但其壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比較高，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；圖c為兩端固定的形式，其軸向剛度為一端固定的4倍，并可采用預(yù)拉伸的辦法減少絲杠的自重下垂和補(bǔ)償絲杠的熱伸長(zhǎng)變形，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造較困難，常用于長(zhǎng)絲杠或回轉(zhuǎn)速度較高并要求高精度、高剛度的場(chǎng)合，故本設(shè)計(jì)采用圖c支承方式。&

105、lt;/p><p>　　滾珠絲杠傳動(dòng)對(duì)其軸向間隙有嚴(yán)格的要求，這不僅是由于它會(huì)造成反向沖擊，更主要的是它會(huì)引起反向“死區(qū)”，即當(dāng)工作臺(tái)換向時(shí)，由于絲杠與螺母之間存在間隙，絲杠在反向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，才能帶動(dòng)工作臺(tái)反向移動(dòng)。這在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中將影響定位精度。為了提高傳動(dòng)精度的穩(wěn)定性及進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，滾珠絲杠在過(guò)盈條件下工作比較有利。消除絲杠螺母間隙和對(duì)絲杠螺母預(yù)加載荷的方法有多種，數(shù)控機(jī)床上比較常用的是雙螺母加墊片的方

106、法。在圖3-6a所示結(jié)構(gòu)中，墊片厚度比零間隙時(shí)兩螺母端面間的距離b加厚，使左、右螺母向兩邊撐開(kāi)進(jìn)行預(yù)緊。在圖b所示結(jié)構(gòu)中，墊片厚度比b減薄，靠螺釘擰緊左、右兩螺母來(lái)預(yù)緊。滾珠絲杠的預(yù)加載荷一般應(yīng)不低于絲杠最大軸向載荷的1/3。預(yù)緊后滾珠絲杠的軸向剛度是不作預(yù)緊的兩倍。</p><p>　　圖3-7 絲杠螺母的預(yù)緊</p><p>　　滾珠絲杠副間隙的調(diào)整方法有以下幾種方式</p>

107、;<p>　　墊片調(diào)整間隙法　如圖3-8所示，調(diào)整墊片4的厚度使左右兩螺母產(chǎn)生方向相反的軸向位移，使兩個(gè)螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋形滾道的兩個(gè)方向相反的側(cè)面上，從而消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺釘和定位銷將兩個(gè)螺母緊固在螺母座上而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　1、2—螺母　3—螺母座　4—墊片</p><p>　　圖3-8　墊片調(diào)整間隙法</p><p&

108、gt;　　齒差調(diào)整間隙法　如圖3-9所示，兩個(gè)螺母的凸緣為圓柱外齒輪，而且齒數(shù)差為1，分別與左右內(nèi)齒輪相嚙合，兩個(gè)內(nèi)齒輪用螺釘、定位銷緊固在螺母座上，則左右螺母不能轉(zhuǎn)動(dòng)。由于要求加工中心的精度要求較高，故本課題采用了此法。</p><p>　　圓柱齒輪 內(nèi)齒圈 套筒</p><p>　　圖3-9齒差調(diào)整間隙法(3)螺紋調(diào)整間隙法　如圖3-10所示，左右螺母外圓和螺母座的內(nèi)

109、孔加工有鍵槽，采用平鍵聯(lián)接，使螺母在螺母座中可以軸向滑動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　1、2—螺母　3—平鍵　4—調(diào)整螺母　5—鎖緊螺母</p><p>　　圖3-10　螺紋調(diào)整間隙法</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，我采用了電磁離合器作為滾珠絲杠的制動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)和原理如下</p><p>　　1-步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2-齒輪 3-壓簧 4

110、-電磁鐵線圈 5-摩擦離合器 6-滾珠絲杠</p><p><b>　　7-主軸箱</b></p><p>　　圖3-11 制動(dòng)裝置示意圖</p><p>　　由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，但無(wú)自鎖能力，故需要安排制動(dòng)裝置以滿</p><p>　　足其傳動(dòng)要求，特別是其處于垂直傳動(dòng)時(shí)，意義更為明顯。</p>