普通車床數(shù)控化改造畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p>　　設(shè)計(論文)題目： 普通車床數(shù)控化改造 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　準考證號 </p><p>　　專 業(yè)

2、 機電一體化工程（本）</p><p>　　指導教師 </p><p>　　2013年7月10 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、概述3</b></p><p>　　1.1 普通車

3、床數(shù)控改造3</p><p>　　二、車床改造方案的確定7</p><p>　　2.1 普通車床的構(gòu)成7</p><p>　　2.2總體改造方案9</p><p>　　三、步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計12</p><p>　　3.1 步進電機的控制方案12</p><p>　　3.2

4、 步進電機的恒速控制14</p><p>　　3.3 步進電機的變速控制16</p><p>　　3.4 步進電機控制程序設(shè)計19</p><p>　　四、刀架的選型21</p><p><b>　　五、結(jié)束語24</b></p><p><b>　　參考文獻25</

5、b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求

6、短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。</p><p>　　如果將機床設(shè)備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費。所以最經(jīng)濟的辦法就是進行普通機床的數(shù)控改造。采用數(shù)控改造技術(shù)，不但可以使改造后的機床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設(shè)備適應能力和型面加工范圍，還可以彌補定購新的數(shù)控機床

7、交貨周期長的不足。所以采用此方法對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。</p><p>　?。茫?140型車床具有性能良好、結(jié)構(gòu)先進、操作輕便等特點 ,在我國機械制造行業(yè)中使用非常廣泛。本設(shè)計就取其為例，主要介紹其數(shù)控化改造的方案、以及改造部位的選型與設(shè)計計算。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控化、自動控制、步進電機、自動刀架。</p><p><b>　　

8、一、概述</b></p><p>　　1.1 普通車床數(shù)控改造</p><p>　　數(shù)控車床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機械制造中結(jié)構(gòu)復雜、精密、批量小、零件多變的加工問題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。</p><p>　　企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、求得發(fā)展，就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量

9、、低廉的成本，制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品，而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，制造周期的快慢，生產(chǎn)成本的高低，又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。目前，采用先進的數(shù)控機床，已成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。</p><p>　　購買新的數(shù)控機床是提高數(shù)控化率的主要途徑，但是成本太高，很多工廠在短時間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通

10、機床，由于普通機床加工精度相對較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)自適應性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機床、配備與之相適應的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機床改裝成數(shù)控機床，是當前許多企業(yè)對現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提高機床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強國的進程中，占有一席之地。對于本課

11、題，既可以達到完成畢業(yè)設(shè)計的目的，又可以達到研制新成果，開闊科研門路的目的。</p><p>　　普通車床自動控制系統(tǒng)研制，是利用傳統(tǒng)普通車床，結(jié)合計算機、電子科技知識，變動手為自動，由粗加工變精加工，實現(xiàn)“變廢為寶”的最終目的，成品的主要用處為：既可以作為成品機型加工小批量精度高的零配件，又可以作為直觀、實效的機電演示設(shè)備，結(jié)合理論教學最直接的實現(xiàn)由單一機械產(chǎn)品，經(jīng)電子化改造變?yōu)橐詸C電為動力最終實現(xiàn)精密機械加工

12、的數(shù)控機床。</p><p>　　1.2 普通機床數(shù)控化改造經(jīng)濟性評價</p><p>　　目前新經(jīng)濟型數(shù)控車床約8．5萬/臺，以普通新車床CA6140為例，售價3．8萬／臺，使用壽命8-10年，而已使用了6-8年的舊車床CA6140，估價0.5萬／臺， 通過改造還可使用4-6年。普通車床CA6140每臺數(shù)控化改造所需價格大約3萬，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高20．30％。因此需要對普通車床的數(shù)

13、控化改造進行經(jīng)濟性評價。</p><p>　　設(shè)備現(xiàn)代化改造是指應用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進經(jīng)驗，適應生產(chǎn)的需要，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)(包括更換新部件、新裝置、新附件等)，改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能，使之全部或局部達到新設(shè)備的性能。</p><p>　　設(shè)備現(xiàn)代化改造是廣義設(shè)備更新的一種方式，因此，研究現(xiàn)代化改造的經(jīng)濟性與設(shè)備更新的其他方式相比較。一般情況下，與現(xiàn)代化改造并存的可行方案有：繼續(xù)使用舊設(shè)

14、備、舊設(shè)備大修理、原型設(shè)備更換和更換新設(shè)備。決策的任務就是要在各種可行方案中選擇設(shè)備使用總成本最小的方案。針對各種方案的設(shè)備使用總成本，進行經(jīng)濟分析[1]，選用下列公式計算：</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b>&

15、lt;/p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——舊設(shè)備到j年的使用總成本；</p><p>　　——原型新設(shè)備到j年的使用總成本：</p><p>　　——高效率新設(shè)備到j年的使用總成本：</p>&

16、lt;p>　　——現(xiàn)代化改裝后設(shè)備到j年的使用總成本；</p><p>　　——大修理后設(shè)備到j年的使用總成本：</p><p>　　——舊設(shè)備繼續(xù)使用時的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——原型新設(shè)備的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——高效率新設(shè)備的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——現(xiàn)代化

17、改裝后的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——大修理后的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——原型新設(shè)備的價值;</p><p>　　——高效率新設(shè)備的價值；</p><p>　　——舊設(shè)備現(xiàn)代化改裝的價值：</p><p>　　——設(shè)備大修理費用：</p><p>　　——舊設(shè)備在j年

18、的使用費用；</p><p>　　——原型新設(shè)備在j年的使用費用；</p><p>　　——高效率新設(shè)備在j年的使用費用；</p><p>　　——現(xiàn)代化改裝后在j年的使用費用；</p><p>　　一——大修理后在j年的使用費用：</p><p>　　——原型新設(shè)備使用j年后的殘值；</p><p

19、>　　——高效率設(shè)備使用J年后的殘值；</p><p>　　——第j年的現(xiàn)值系數(shù)，i為貼現(xiàn)利率；j為設(shè)備使用年限，(j=l，2，3，．．n)。</p><p>　　比較各種方案的設(shè)備使用總成本，取總成本最小的方案。各種方案投資成本</p><p>　　及生產(chǎn)率以及各年使用成本列于表1．1所示：</p><p>　　表1．1 各種更新方案

20、的投資和各年使用費用 ( 萬元)</p><p>　　新設(shè)備殘值 = =O．5萬元，舊設(shè)備殘值 = =0，利率i=8％</p><p>　　將上表所列數(shù)據(jù)代入各計算公式得出各種方案逐年使用成本見表1-2：</p><p>　　表1-2 各種方案逐年設(shè)備使用總成本匯總表（萬元）</p><p>　　由以上計算結(jié)果

21、，比較各項更新方案中使用總成本最小者為優(yōu)。如果設(shè)備只使用3年，以繼續(xù)使用原設(shè)備方案為最佳；如果使用4-6年，則對原設(shè)備進行大修理的方案為佳；如果設(shè)備使用6年以上到8年，則最佳方案是將原舊機床改裝為數(shù)控化機床；如果使用9年以上，則可更將普通機床更換為全新數(shù)控機床為最佳方案。</p><p>　　因此通過以上經(jīng)濟性評價，對使用6到8年的普通車床，將其改造為數(shù)控化車床，是比較經(jīng)濟和可行的。</p><

22、;p>　　二、車床改造方案的確定</p><p>　　數(shù)控技術(shù)改造機床是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在數(shù)控改造中引入單片機的應用，不但技術(shù)上具有先進性，同時，在應用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案有通用性與協(xié)調(diào)性。我們在實現(xiàn)對機床的改造的過程中堅持這樣一條原則：在盡量不改變車床原有功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自動控制的目的，完成改造。</p><p>　　2.1 普通車床的構(gòu)成

23、</p><p>　　對普通車床的自動改造包括三大部分：機械部分、硬件（含電部分）、軟件部分。車床改造前，主要有以下幾部分構(gòu)成。</p><p>　　圖1-1 普通車床外形結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1．床腿 2.進給箱 3.主軸箱 4.床鞍 5.中滑板 6.刀架</p><p>　　7．回轉(zhuǎn)盤 8.小滑板 9.尾座 10.床

24、身 11床腿 12.光杠 13.絲杠 14.溜板箱</p><p>　　車床部分名稱和用途如下：</p><p>　　2.1.1 車頭部分</p><p>　　1.車頭箱 用來帶動車床主軸及卡盤轉(zhuǎn)動，變換箱外的手柄位置，可以使主軸得到各種不同的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.卡盤 用來夾住工件，并帶動工件一起轉(zhuǎn)動。</p>

25、<p>　　2.1.2 掛輪箱部分</p><p>　　用來把主軸的轉(zhuǎn)動傳給走刀箱。調(diào)換箱體內(nèi)的齒輪，并與走刀箱配合，可以車削各種不同螺距的螺紋。</p><p>　　2.1.3 走刀部分</p><p>　　1.走刀箱利用它內(nèi)部的齒輪機構(gòu)，可以把主軸的旋轉(zhuǎn)運動傳給絲杠，變換箱體外面的手柄位置，可以使主軸得到各種不同的轉(zhuǎn)速。</p>&l

26、t;p>　　2.用來車削螺紋。它能使拖板和車刀按要求的速比作很精確的直線移動。</p><p>　　2.1.4 托板部分</p><p>　　1.拖板箱 把絲杠的轉(zhuǎn)動傳給拖板部分，變換箱外的手柄位置，經(jīng)拖板部分使車刀作縱向或橫向走刀。</p><p>　　2.托板 分大、中和小托板三種：大的是橫向車削工件時使用；中的是縱向和控制吃道時使用；小的是橫向較短或者

27、加工角度工件時用的。</p><p>　　3.刀架 用來裝夾刀具。</p><p><b>　　2.1.5 尾座</b></p><p>　　用來安裝頂針，支頂較長工件。它還可以安裝各種切削刀具。</p><p><b>　　2.1.6 床身</b></p><p>　　用來

28、支持和安裝車床的各個部件，床身上面有兩條精確的導軌。托板和尾座可沿著導軌移動。</p><p><b>　　2.1.7 附件</b></p><p>　　1.中心架 車削較長工件時用來支持工件。</p><p>　　2.冷卻嘴 用來注入切削液。</p><p><b>　　2.2總體改造方案</b>

29、</p><p>　　根據(jù)實際工況，型車床的數(shù)控化改造方案如下：</p><p>　　2.2．1數(shù)控系統(tǒng)選用南京產(chǎn)J WK - 15T 型數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　一般小型機床的數(shù)控化改造多半采用開環(huán)控制方式。數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)為以單板機為主控制單元的簡易數(shù)控系統(tǒng)。因為該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便。這里我們選用南京產(chǎn)J WK -15T 型機床數(shù)控系統(tǒng)安裝到普通車床上

30、。經(jīng)過改裝后的數(shù)控機床工作原理框圖如圖1 所示。</p><p>　　圖2-1 數(shù)控機床工作原理圖</p><p>　　本系統(tǒng)由數(shù)控單元雙 8031機、步進驅(qū)動單元、專用控制程序、功率驅(qū)動、步進電機、步進電機減速裝置或轉(zhuǎn)位機構(gòu)和絲杠等組成。在加工零件時, 編制的數(shù)控程序數(shù)據(jù)輸入 RAM(62256)中,專用控制程序 EPRAM (27256 .2764) 在中央處理單元的支持下,按照所輸入

31、的加工程序數(shù)據(jù), 經(jīng)過計算處理 , 發(fā)出一系列的組合脈沖,經(jīng)過驅(qū)動功放,驅(qū)動步進電動機,拖動機械負載分別控制縱、橫兩個方向的運動方向、運動速度、位移長度,實現(xiàn)車床的微機控制。當程序執(zhí)行到換刀指令時,指令只給四個霍爾元件中的一個提供電源, 并同時接通電機電源使電機正轉(zhuǎn);當轉(zhuǎn)位完成,霍爾元件反饋, 控制電機反轉(zhuǎn),夾緊完成;然后執(zhí)行下面的加工程序。</p><p>　　我們選用的J WK - 15T型機床數(shù)控系統(tǒng),采用

32、ISO國際標準數(shù)控代碼編程,能自動完成車削端面、內(nèi)外圓柱面、倒角、任意錐面、球面、圓弧逼近的任意曲面以及公英制的螺紋加工,并配有完備的S、M、T功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,內(nèi)部設(shè)有計算機、電源、接口、驅(qū)動等模塊,具有體積小、重量輕、功耗低、功能多、速度高、操作維修方便等特點。</p><p>　　2．2.2 保留原機床的主軸旋轉(zhuǎn)運動，在主軸安裝一個脈沖發(fā)生器</p><p>　　圖2-2

33、 主軸箱改造圖</p><p>　　在改造時，一般不改造主軸箱。因為若改造主軸箱，必然使機床改造的總費用加大，改造周期也將延長，這樣會降低中、小型普通機床的改造的經(jīng)濟價值。在主軸加脈沖發(fā)生器，是為了保證車螺紋時嚴格的運動關(guān)系，在主抽上安裝GD7072光電脈沖發(fā)生器，通過主軸—脈沖發(fā)生器—數(shù)控系統(tǒng)—步進電機的信息交換系統(tǒng)，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進給一個螺紋導程的車螺紋運動。</p><p>

34、;　　2.2.3 進給系統(tǒng)的改造</p><p>　　取消原進給箱，將原絲杠換成滾珠絲杠，并在其尾端聯(lián)結(jié)一對齒輪進行減速, 然后與步進電機相聯(lián)。普通車床的進給傳動多半為齒輪傳動，隨著進給變換級數(shù)的增多，齒輪對數(shù)和操縱機構(gòu)顯著增加。傳動鏈的增長，不僅使進給箱結(jié)構(gòu)復雜，還因齒輪間隙的多個累積，反向間隙增大，急驟地降低了反向定位精度。進給系統(tǒng)的改造主要是減少進給箱內(nèi)的齒輪對數(shù)，縮短進給傳動鏈。所以一般改造時，是去掉進給

35、箱。 用滾珠絲杠副代替普通絲杠副是因為滾珠絲杠副具有傳動精度高、效率高、運動平穩(wěn)、壽命長以及可以預緊以消除間隙并提高系統(tǒng)剛度，反向定位精度高等特點。</p><p>　　2.2.4 導軌副設(shè)計</p><p>　　在導軌上粘接軟帶?；瑒訉к壍撵o摩擦因數(shù)大，動摩擦因數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，在低速時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接影響運動部件的定位精度。在原移動部件的導軌L粘接聚四氟乙烯軟帶，該軟

36、帶具有下述優(yōu)點：摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)差別小，部件運行平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，定位精度高。沒有振動，提高了工件表面加工質(zhì)量，延長了刀具使用壽命。軟帶耐磨損，且嵌入性能好，與其配合的金屬導軌面不會拉傷。軟帶有自潤滑性，當機械潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，導軌不會拉傷。</p><p>　　2.2.5 刀架選型</p><p>　　綜上所述，普通車床數(shù)控化改造后的總圖如下：</p><

37、;p>　　圖2-3 普通車床數(shù)控化改造方案圖</p><p>　　三、步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1 步進電機的控制方案</p><p>　　3.1.1．基于電子電路控制</p><p>　　步進電機受電脈沖信號控制，電脈沖信號的產(chǎn)生、分配、放大全靠電子元器件的動作來實現(xiàn)。由于脈沖控制信號的驅(qū)動能力一般都很弱

38、，因此必須有功率放大驅(qū)動電路。步進電機與控制電路、功率放大驅(qū)動電路組成一體，構(gòu)成步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。此種控制電路設(shè)計簡單，功能強大，可實現(xiàn)一般步進電機的細分任務。這個系統(tǒng)由三部分組成：脈沖信號產(chǎn)生電路、脈沖信號分配電路、功率放大驅(qū)動電路。系統(tǒng)組成如下所示。</p><p>　　圖3-1 基于電子電路控制系統(tǒng)</p><p>　　此種方案即可為開環(huán)控制，也可閉環(huán)控制。開環(huán)時，其平穩(wěn)性好，成本

39、低，設(shè)計簡單，但未能實現(xiàn)高精度細分。采用閉環(huán)控制，即能實現(xiàn)高精度細分，實現(xiàn)無級調(diào)速。閉環(huán)控制是不斷直接或間接地檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋和適當?shù)奶幚?，自動給出脈沖鏈，使步進電機每一步響應控制信號的命令，從而只要控制策略正確電機不可能輕易失步。</p><p>　　該方案多通過一些大規(guī)模集成電路來控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，功能相對較單一，如需改變控制方案，必須需重新設(shè)計，因此靈活性不高。</p&

40、gt;<p>　　3.1.2 基于單片機控制</p><p>　　采用單片機來控制步進電機，實現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法,達到了對步進電機的最佳控制。系統(tǒng)中采用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅(qū)動線路。由于單片機的強大功能，還可設(shè)計大量的外圍電路，鍵盤作為一個外部中斷源，設(shè)置了步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務程序，完成對步進電機的最佳控制，顯示器

41、及時顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。</p><p>　　本方案有以下優(yōu)點(1)單片機軟件編程可以使復雜的控制過程實現(xiàn)自動控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對控制精度的影響：(2)大大提高了接口電路的靈活性和通用性:(3)單片機的強大功能使顯示電路、鍵盤電路、復位電路等外圍電路有機的組合，大大提高系統(tǒng)的交互性。</p><p>　　基于以上優(yōu)點，本次設(shè)計采用基于單片機的控制方案。</p&g

42、t;<p>　　3.1.3 基于PLC的控制</p><p>　　PLC也叫可編程控制器，是一種工業(yè)上用的計算機。PLC作為新一代的工業(yè)控制器，由于具有通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程簡單易學和可靠性高等優(yōu)點而廣泛應用于各行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。步進電機控制系統(tǒng)有PLC、環(huán)形分配器和功率驅(qū)動電路組成?？刂葡到y(tǒng)采用PLC來產(chǎn)生控制脈沖。通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進電機的轉(zhuǎn)角進而

43、控制伺服機構(gòu)的進給量，同時通過編程控制脈沖頻率來控制步進電機的轉(zhuǎn)動速度，進而控制伺服機構(gòu)的進給速度。環(huán)形脈沖分配器將PLC輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。PLC控制的步進電機可以采用軟件環(huán)形分配器，也可采用硬件環(huán)形分配器。采用軟件環(huán)形分配器占用PLC資源較多，特別是步迸電機繞組相數(shù)大于4時，對于大型生產(chǎn)線應該予以考慮。采用硬件環(huán)形分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復雜些，但可以節(jié)省PLC資源，目前市場有多種專用芯片可以選用。步

44、進電機功率驅(qū)動電路將PLC輸出的控制脈沖放大，達到比較大的驅(qū)動能力，來驅(qū)動步進電機。</p><p>　　采用軟件來產(chǎn)生控制步進電機的環(huán)型脈沖信號，并用PLC中的定時器來產(chǎn)生速度脈沖信號，這樣就可以省掉專用的步進電機驅(qū)動器，降低硬件成本。但由于PLC的掃描周期一般為但由于PLC的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應的頻率只能達到幾百赫茲，因此，受到PLC工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進電機不能在高頻下工作，

45、無法實現(xiàn)高速控制。并且在速度較高時，由于受到掃描周期的影響，相應的控制精度就降低了。</p><p>　　3.2 步進電機的恒速控制</p><p>　　要實現(xiàn)這樣的分配方案，只需PA口順序輸出二進制控制字001H、011H、010H、110H、100H、101H即可；電機反方向旋轉(zhuǎn)時，輸出順序相反。</p><p>　　3.2.1脈沖頻率的實現(xiàn)</p>

46、;<p>　　每輸出一個控制字就相當于發(fā)送一個步進脈沖，脈沖與脈沖之間應有時間間隔，即脈沖周期，它反映了步進電機的步進頻率，即速度。實現(xiàn)脈沖周期的方法很簡單，主要有兩種：利用程序循環(huán)延時和利用定時器中斷。前者占用計算機機時較嚴重，計算機延時階段將不能處理其他事務，且延時不很準確，但實現(xiàn)簡單，不占用計算機硬件資源，主要用于ＣＰＵ較空閑的場合；后者可以精確定時，不占用ＣＰＵ空間，但有時需要系統(tǒng)另行擴展定時器。</p>

47、;<p>　　3.2.2軟件的編寫</p><p>　　在實際編寫控制程序時，對環(huán)形分配器的實現(xiàn)常常采用脈沖分配表的辦法，即把各相通電的控制字存放在一串連續(xù)的存儲單元中，形成所謂的脈沖分配表，輸出時采用查表的方法將控制字順序取出。</p><p>　　下圖給出了采用程序延時的方法，步進電機單向旋轉(zhuǎn)的程序原理框圖。實際編寫程序時還應加上正反轉(zhuǎn)的判斷，反轉(zhuǎn)時反向查表，另外，運行總

48、步數(shù)至少應放在兩個字節(jié)內(nèi)。</p><p>　　圖3-2 步進電機恒速控制流程圖</p><p>　　3.3 步進電機的變速控制</p><p>　　如果步進電機穩(wěn)定運行的速度很高，那么在控制系統(tǒng)中應該加入變速控制的內(nèi)容，這主要時收步進電機啟動頻率的限制。步進電機適應速度突變的能力比較差，其極限頻率一般比連續(xù)運行頻率低十幾倍，如果實際啟動頻率高于電機的極限啟動頻

49、率，電機將發(fā)生失步現(xiàn)象或根本不能啟動，所以必須以低于極限啟動頻率的頻率啟動。如果連續(xù)運行頻率很高的話，則會有一個加速過程；反之，電機從一個較高的運行頻率到靜止，也必須有一個減速的過程，否則會出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。</p><p>　　步進電機的升降速過程可以按直線規(guī)律或指數(shù)規(guī)律變化，前者屬于恒加速過程，平穩(wěn)性好，速度變化范圍大，適于快速定位等過程；后者加減速時間短，跟蹤能力強。在實際應用中，完全可以用多段的直線變化去逼近

50、指數(shù)變化，這里采用恒加速過程。</p><p>　　本設(shè)計中采用軟件自動升降速控制。在步進電機的控制當中，運行步數(shù)就是步進脈沖數(shù)，是步進電機是否運行到終點的判別條件，延時參數(shù)就是控制脈沖的時間間隔，稱作步進周期。電機恒速時，步進周期為常數(shù)，變速時，步進周期要發(fā)生變化：周期變小，電機加速，周期變大，電機減速。所以，對步進電機的變速控制就是合理的改變其步進周期，即合理地確定每個脈沖之間的延時時間，使步進電機按規(guī)定的速

51、度運行。</p><p>　　圖3-3 是步進電機恒加速運動的情況。圖中橫坐標是步數(shù)，反映距離；縱坐標為頻率，反映速度。該圖表達的含義是：步進電機以 的頻率啟動，經(jīng)過H步運行加速到到 ，以 恒速運行V-H步，經(jīng)過W步把速度降到 ，最后停止。</p><p>　　圖3-3 恒加速控制圖</p><p>　　3.3.1 加速階段。</p><p&g

52、t;　　由恒加速的速度、距離公式可得</p><p>　　(a為加速度， 為加速時間)</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　由以上二式可求得</b></p><p><b>　　a=( )/2H</b></p><p>

53、<b>　　于是步進周期</b></p><p><b>　　)/a</b></p><p>　　式中： =1/ ，x=2,3,4,…,H。</p><p>　　3.3.2 恒速階段。</p><p>　　恒速時步進頻率為 ，所以步進周期為T=1/ </p><p>　　3

54、.3.3 減速階段。</p><p>　　參照加速階段可得加速度</p><p><b>　　b=( )/2W</b></p><p><b>　　步進周期</b></p><p><b>　　= )/b</b></p><p>　　式中： =1/ ，

55、x=2，3，4，…,W。</p><p>　　知道了各段的步進周期，實際相當于已知了步進脈沖之間的延遲時間，這為編制程序掃清了最后的障礙。由于步進周期的計算很復雜，若采用單片機在線實時計算十分困難，因此一般先做好步進周期表，預先存放在存儲單元中，采用查表的方法實現(xiàn)步進電機的變速控制。</p><p>　　圖3-4給出了步進電機加速控制的原理框圖，通過改變8031定時器 的時間常數(shù)來獲得不同

56、的步進周期，即對電機進行加速控制。程序一步步變速，在實際應用中可以若干步一變速，并加入恒速及減速控制。</p><p>　　圖3-4 步進電機加速控制原理圖</p><p>　　3.4 步進電機控制程序設(shè)計</p><p>　　三相六拍步進電機控制程序如下：</p><p>　　ORG 4000H</p><p>

57、　　ROUTN2: MOV R2 ， COUNT ； 步數(shù)送R2寄存器</p><p>　　LOOP0: MOV R3 ， #00H</p><p>　　MOV DPTR ， #POINT 送控制模型指針</p><p>　　JNB 00H ， LOOP2

58、 00H=0為反轉(zhuǎn)</p><p>　　LOOP1: MOV A ， R3； 取控制模型</p><p>　　MOVC A ， @A+DPTR</p><p>　　JZ LOOP0； 判控制模型是否為00H</p><p>　　MOV P1 ，

59、 A； 輸出控制模型</p><p>　　ACALL DELAY ； 延時</p><p>　　INC R3； 控制步數(shù)加1</p><p>　　DJNZ R2 ， LOOP1 判斷步數(shù)是否

60、走完</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　LOOP2: MOV A ， R3 求反向控制模型的偏移量</p><p>　　ADD A ， #07h</p><p>　　MOV R3 ， A </p><p>　　AJ

61、MP LOOP1</p><p>　　ORG 4200H</p><p><b>　　DELAY：</b></p><p>　　LOOP10: MOV A ， R2</p><p>　　MOV R5 ， A</p><p>　　LOOP13: MOV R6 ， #00H<

62、;/p><p>　　LOOP12: MOV R7 ， #00H</p><p>　　LOOP11: NOP</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R7 ， LOOP11</p>

63、<p>　　DJNZ R6 ， LOOP12</p><p>　　DJNZ R5 ， LOOP53</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ORG 4210H</p><p>　　POINT： DB 10H :正向控制</p

64、><p><b>　　DB 01H</b></p><p><b>　　DB 03H</b></p><p><b>　　DB 02H</b></p><p><b>　　DB 06H</b></p><p><b

65、>　　DB 04H</b></p><p><b>　　DB 05H</b></p><p><b>　　DB 00H</b></p><p>　　DB 01H ：反向控制</p><p><b>　　DB 05

66、H</b></p><p><b>　　DB 04H</b></p><p><b>　　DB 06H</b></p><p><b>　　DB 02H</b></p><p><b>　　DB 03H</b></p>

67、;<p><b>　　DB 01H</b></p><p><b>　　DB 00H</b></p><p>　　COUNT EQU 30H</p><p>　　POINT EQU 0150H</p><p><b>　　四、刀架的選型</b>&

68、lt;/p><p>　　采用南京大地數(shù)控有限公司生產(chǎn)的LD4－ck0620四方刀架, 安裝在原機床小刀架的位置上較為合適。刀架的動作順序如下:電動機(三相異步微型電動機)→減速機構(gòu)(蝸輪蝸桿)→上升機構(gòu) (螺旋機構(gòu))→刀架旋轉(zhuǎn)→電器信號確定(霍爾元件)→電機反轉(zhuǎn)→粗定位(反靠盤)→刀架下降→精定位→刀架鎖緊→換刀終了信號→執(zhí)行加工程序。</p><p>　　其原理圖與螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架相似<

69、;/p><p>　　圖4-1螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架圖</p><p>　　圖4-2 LD4－ck0620四方刀架外形及結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4-3 LD4－ck0620四方刀架參數(shù)表圖</p><p>　　LD4型系列立式電動刀架采用渦輪蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的優(yōu)點。發(fā)信轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位采用霍爾元件

70、，使用壽命長。并且完全滿足刀架設(shè)計使用的要求，即A夾緊力在4000N 以上,B需要進行四個方位的轉(zhuǎn)換選擇,C重復定位精度不大于0.005mm。</p><p><b>　　其流程如圖：</b></p><p>　　圖5-5 步進電機控制流程圖</p><p><b>　　五、結(jié)束語</b></p><p

71、>　　改造此種車床的目的：一是提高原車床的精度和自動化程度, 達到快速調(diào)整而且仍能保持車床的通用性；二是提高原車床的功能，利用數(shù)控方法準確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。</p><p>　　本設(shè)計的優(yōu)點在于改造成本相對較低，操控起來相對比較簡便，并且在精度上已能滿足普通車床改造后加工零件的精度要求。不足之出在于：1.機床改造部分不是很全面，比如主軸箱就沒進行改造；2.機床采用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅(qū)動

72、元件，無檢測反饋機構(gòu)。這樣就使得在精度上沒能更進一步。</p><p>　　隨著自動控制技術(shù)，計算機及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，普通車床的改造將進一步完善，加工范圍將進一步擴展。</p><p>　　按照本次畢業(yè)設(shè)計的要求，本次設(shè)計的圖紙大部分都采用CAD繪制，說明書為電腦打印，這對我們雖然是一次考驗，但同時也提高了我們運用計算機設(shè)計的能力，使我們能夠適應社會所需。通過這次設(shè)計，我的CAD繪

73、圖水平有了很大的提高，同時運用word的能力也有所熟練和提高，可以說是不小的收獲。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 樹志編著.數(shù)控機床基礎(chǔ)知識.北京.科學出版社，1978</p><p>　　[2] 張俊編著.金屬切削機床與數(shù)控機床.北京.機械工業(yè)出版社，1994</p><p&g

74、t;　　[3] 賈貽春編著. 機床數(shù)控基礎(chǔ).國防工業(yè)出版社，1980</p><p>　　[4] 朱喜林 張代治編著.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京.科學出版社，2005</p><p>　　[5] 劉武發(fā) 劉德平編著.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京.化學工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[6] 李泉溪編著. 單片機原理與應用實例仿真.北京.北京航空航天大學出版社，20

75、09</p><p>　　[7] 孫波編著.畢業(yè)設(shè)計寶典. 西安.西安電子科技大學出版社，2008</p><p>　　[8] 沈鴻編著.機械工程手冊.北京.機械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[9] 孫桓 陳作模 葛文杰編著.機械原理.北京.高等教育出版社，2006</p><p>　　[10] 樊軍慶編著.實用數(shù)控技術(shù).北京.機