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PAGE20PAGE19總體方案設(shè)計國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀專用機床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機床,而且往往是組成自動生產(chǎn)線式生產(chǎn)制造系統(tǒng)中,不可缺的機床品種。組合機床是專用機床的一種,它以標(biāo)準(zhǔn)化部件為基礎(chǔ),配以少量的專用部件組成。而目前一些機床廠對其生產(chǎn)的通用機床若作改動時,也習(xí)慣用專用機床來取代。比如數(shù)控車床由于盤改為專用設(shè)計的,這臺數(shù)控車床則不用原機床型號,而采取編專用機床號的辦法。由于專用機床是一種《量體裁衣》產(chǎn)品,具有高效自動化的優(yōu)點,是大批量生產(chǎn)企業(yè)的理想裝備。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步,數(shù)控技術(shù)的普及,專用機床的數(shù)控化發(fā)展也很快,專用機床在生產(chǎn)實踐中占有一定的比重。據(jù)有關(guān)資料介紹,日本2001年專用機床產(chǎn)值占機床產(chǎn)值的比達(dá)到8.8%;我國臺灣省這一數(shù)字達(dá)到6.9%;而我國僅為0.67%。所以,在當(dāng)前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整中,發(fā)展專用機床是行業(yè)發(fā)展中的一個值得注意的問題。專用機床及其自動化生產(chǎn)線的制造,與大量生產(chǎn)汽車等性質(zhì)不一樣,也與普通機床的制造性質(zhì)不一樣,它具有兩個極其鮮明的特征:一是集成性。用戶訂購專用機床都是要求交鑰匙工程,它集加工工藝(含工藝方法及工藝參數(shù)),機床、夾具、工具(包含輔助)的開發(fā)設(shè)計與選擇,檢驗測量(包括進(jìn)入機床前的毛坯檢驗、加工中及成品的檢驗測量)物流的輸送,切屑和冷卻液的防護(hù)與處理等于一體。它不僅僅解決其中的某一問題,而是要解決好涉及較寬的技術(shù)領(lǐng)域可能遇到的每一個問題。二是單一性。專用機床幾乎都是單臺性生產(chǎn),要根據(jù)用戶提出的要求,進(jìn)行一次性開發(fā),一次性制造,而且還要保證一次性成功。根據(jù)長期有關(guān)從事專用機床及其自動生產(chǎn)線開發(fā)制造的人員的體會,將專用機床制造業(yè)的工作歸納為以下八個特點:A.技術(shù)難度大。由于它是集加工工藝、機床、夾具、輔具、刀具、檢驗測量、物流等于一體,實現(xiàn)交鑰匙工程,從而涉及技術(shù)領(lǐng)域?qū)捛覐?fù)雜,又是一次性制造,要保證一次成功,所以技術(shù)難度大。B.是經(jīng)營風(fēng)險率高。專用機床(或自動線)根據(jù)用戶訂單“量體裁衣”制造的,不可能有試制探索過程,要確保一次成功,有相當(dāng)大的技術(shù)風(fēng)險。由于技術(shù)方案不當(dāng),造成局部或整體報廢的情況屢見不鮮;由于一次性制造,在制造調(diào)試過程中難保不出現(xiàn)問題,解決這些總是需要時間,從而按期交貨也有一定的風(fēng)險;由于裝備是專門為某一用戶訂做的,當(dāng)該用戶因種種原因不能如期付款、甚至無力付款時,勢必造成制造企業(yè)的損失;在現(xiàn)行的金融制度還無法約束對方,產(chǎn)品無法轉(zhuǎn)讓他人的情況下,經(jīng)營顯而易見。C.是協(xié)作困難大。由于是一次性制造,它不像汽車零部件那樣大量生產(chǎn),也不像通用設(shè)備那樣批量生產(chǎn),找協(xié)作廠家很困難。條件一般的企業(yè),很難保證一次性制造出合格的產(chǎn)品;條件好的企業(yè),又不愿當(dāng)配角,對這種委托協(xié)作看不上。D.是技術(shù)依賴性強。專用機床及其自動線從設(shè)計、工藝編制、生產(chǎn)制造到裝配調(diào)試的全過程,都需要一批有經(jīng)驗的技術(shù)人員、管理人員和技術(shù)工人。E.是利潤空間小。在國外不同的生產(chǎn)模式的企業(yè)(指大量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)或單件小批生產(chǎn)),其生產(chǎn)產(chǎn)品的效益相差不會太大,但國內(nèi)這幾種生產(chǎn)模式的企業(yè)效益卻相差懸殊。如果做一比較,就很能說明問題,假如國外的某種產(chǎn)品價格為1,相對國內(nèi)轎車價格則為1.15-1.25,對通用機床國內(nèi)的價格為0.7左右,而國內(nèi)專用機床的價格僅為0.3-0.4。由于國情或用戶對專用機床制造業(yè)不夠理解等原因,專用機床的銷售價格總體偏低。近幾年,國內(nèi)市場專用機床的單臺平均售價呈下降趨勢,以組合機床為例,其單臺平均售價從1996年的31萬多元下降到2000年的23萬多元,降幅達(dá)25%。在國外購買一臺標(biāo)準(zhǔn)的加工中心的費用和為其配全成加工某種零件所需的夾具、刀具及相關(guān)輔具的費用之比,一般是100:60左右,之所以后者占有如此高的比例,是因為除了考慮硬件的消耗外,更多是考慮技術(shù)的投入和由此而帶來的風(fēng)險。而國內(nèi)這一比值一般用戶僅能接受100:25左右。如果在考慮5%的質(zhì)量保證金要在一年后才能拿到,這種種原因把產(chǎn)品的利潤壓縮到極小的空間。F.是技術(shù)成長期長。專用機床的設(shè)計制造涉及專業(yè)面廣,要具備較豐富的工藝知識,要比較熟悉用戶的制造工藝,要保證一次成功,培養(yǎng)一名熟練的主管設(shè)計師,要花幾年時間,才能做出好的產(chǎn)品設(shè)計、好的制造工藝,生產(chǎn)出好的產(chǎn)品,技術(shù)成長期要長。G.是人員流動困難。由于訂單不均衡,會引起生產(chǎn)的不均衡,國外除了零部件外協(xié)條優(yōu)越外,還有成熟的技術(shù)勞動力市場,企業(yè)可以根據(jù)訂單情況輸出或吸收有關(guān)勞動力,使這與企業(yè)生產(chǎn)相適應(yīng)。國內(nèi)則無法做到這一點,有時可以招些臨時工,但多數(shù)只能承擔(dān)一些輔助性工作,熟練技工則難以尋求。H.是技術(shù)引進(jìn)困難,與國外合作難。由于專用機床是一次性設(shè)計制造,引進(jìn)技術(shù)若僅供一次使用,則成本太高,很難實現(xiàn)。到目前為止,我國專用機床制造業(yè)沒有一家談成合資,雖有接觸,但都僅限于具體項目的合作。八個特點,八種原因,既相互關(guān)聯(lián),又各具特性,但確實是影響我國專用機床制造業(yè)發(fā)展的重要方面。今天,我們要調(diào)整機床工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)展專用機床是一項十分重要的工作。為此,從總體戰(zhàn)略和技術(shù)路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機等幾個具體方面探討了新世紀(jì)的發(fā)展途徑。國外利用數(shù)字計算機進(jìn)行控制加工,是從40年代開始的,當(dāng)時計算機用于對機機翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1952年美國麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上裝了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng),成功地實現(xiàn)同時控制三軸的運動,它成了世界上第一臺數(shù)控機床。此后,從60年代開始,其他一些工業(yè)國家如德國、日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機床。1974年微處理機直接用于數(shù)控機床,進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。從此,數(shù)控機床在制造業(yè)中擔(dān)當(dāng)了十分重要的角色。我國數(shù)控機床的研制是從1958年開始的,經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展,直至80年代后引進(jìn)了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后,我國的數(shù)控技術(shù)才有質(zhì)的飛躍,應(yīng)用面逐漸鋪開,數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模。目前,我國銑床的加工水平與發(fā)達(dá)國家相比設(shè)備陳舊,技術(shù)水平落后,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力的發(fā)展,采用先進(jìn)的數(shù)控機床,已經(jīng)成為我國制造加工技術(shù)發(fā)展的總趨勢??傮w方案由于該設(shè)計是專用機床設(shè)計,所以在考慮具體方案時,應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下,盡量降低成本。要求切削的工作效率高,機床的控制可靠,工作運行平穩(wěn),應(yīng)用范圍廣。工作臺的設(shè)計由于機床采用了專門的控制軟件通過數(shù)控系統(tǒng)控制走刀的路徑。以直線路徑替代加工輪廓的各種曲線,大大提高了工作效率。所以將工作臺設(shè)計成圓形工作臺,使工作臺僅作平穩(wěn),快速的圓周運動。工作臺傳動機構(gòu)的設(shè)計由于工作臺要求是快速,平穩(wěn),所以采用二級傳動,以減輕步進(jìn)電機對工作臺的沖擊。由步進(jìn)電機帶動蝸桿傳動,再由蝸桿帶動蝸輪軸,在通過一對斜齒帶動工作臺作圓周運動,電機放在工作臺與機床主軸箱之間。數(shù)控部分設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求,本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。采用以步進(jìn)電機驅(qū)動的開環(huán)控制。開環(huán)控制多用于負(fù)載變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。機械部分設(shè)計傳動部分的說明本次設(shè)計的牛皮切邊專用機床是雙工位機床,即由一獨立步進(jìn)電機帶動滾軸絲杠,使得走刀路徑走直線運動,在由步進(jìn)電機帶動二個工作臺作圓周運動,完成加工任務(wù)。走刀路徑為X軸,二個工作臺分別為Y軸和Z軸??傮w設(shè)計如圖3-1所示:圖3-1機床尺寸聯(lián)系圖俯視圖蝸輪的設(shè)計采用圓弧圓柱蝸桿傳動,其特點是:a.齒廓凸凹齒合的形式,而共軛曲面的當(dāng)量曲率半徑達(dá)。單位齒面壓力小。因而接觸強度得到提高。b.瞬時接觸線方向與相對滑動速度方向的夾角比較大,有利于形成和保持共軛齒面間的動壓油膜。能夠減小磨損,提高傳動效率及可高性c.基本齒廓為圓弧齒形,只要齒形參數(shù)選擇合適,就能增大齒跟厚度,提高齒的彎曲強度和抗沖擊能力。d.設(shè)計方便,工藝簡單。制造加工無需特殊專用機床。e.采用蝸輪正變位,變位系數(shù)一般在0.5以上齒合性能好,能保證傳動質(zhì)量,當(dāng)然也應(yīng)該注意防止大變位引起的理論齒合區(qū)減少,蝸輪齒面邊切區(qū)擴(kuò)大。以至齒頂尖等現(xiàn)象。總之它具有承載能力大,傳動效率高。使用壽命長,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。如圖3-2所示:圖3-2圓弧圓柱蝸桿蝸輪的參數(shù)計算A.模數(shù)m和壓力角α通過蝸桿軸線并垂直蝸輪軸線的平面稱中間平面。在中間平面上,蝸桿與蝸輪的嚙合相當(dāng)于齒條和齒輪嚙合。阿基米德蝸桿傳動中間平面上的齒廓為直線,夾角為2α=40°蝸輪在中間平面上齒廓為漸開線,壓力角等于20°。顯然,蝸桿軸向齒距(相當(dāng)于螺紋螺距)應(yīng)等于蝸輪端面齒距,因而蝸桿軸向模數(shù)必等于蝸輪端面模數(shù);蝸桿軸向壓力角必等于蝸輪端面壓力角,即==m,==α。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓力角α=20°。B.蝸桿標(biāo)準(zhǔn)直徑為了保證蝸桿與蝸輪正確嚙合,蝸輪通常用與蝸桿形狀和尺寸完全相同的滾刀加工。區(qū)別在于蝸輪滾刀有刃槽,且外徑比蝸桿稍大,以便切出蝸桿傳動的頂隙。也就是說,切削蝸輪的滾刀不僅與蝸桿模數(shù)和壓力角一樣,而且其頭數(shù)和分度圓直徑還必須與蝸桿的頭數(shù)和分度圓直徑一樣。即同一模數(shù)蝸輪將需要有許多把直徑和頭數(shù)不同滾刀。為了限制滾刀數(shù)目和有利于滾刀標(biāo)準(zhǔn)化,以降低成本,特制定了蝸桿分度圓直徑系列國家標(biāo)準(zhǔn),即蝸桿分度圓直徑與模數(shù)m有一定的搭配關(guān)系,由此可見,同一模數(shù)只有有限幾種蝸桿直徑。將蝸桿的分度圓柱展開,如右圖所示。蝸桿同螺旋一樣如果旋轉(zhuǎn)一周的周長為π其螺旋升角為γ,則沿軸線移動距離為(p為蝸桿軸向齒距)則可得:(3-1)
(3-2)式中q為蝸桿分度圓直徑與模數(shù)的比值,稱為蝸桿直徑系數(shù),由上式可知,q值越小,即蝸桿直徑越小,則升高越大,傳動效率越高,但直徑變小會導(dǎo)致蝸桿的剛度和強度削弱,設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。一般轉(zhuǎn)速高的蝸桿可取較小q值,蝸輪齒數(shù)較多時可取較大q值。C.蝸桿螺旋升角與蝸輪螺旋角β
一對蝸桿蝸輪嚙合時,蝸輪螺旋角β與蝸桿螺旋升角γ大小相等,且旋向相同,才能吻合一致,即=β。D.蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)蝸桿頭數(shù)愈多,角愈大,傳動效率高;蝸桿頭數(shù)少,升角γ也小,則傳動效率低,自鎖性好。一般自鎖蝸桿頭數(shù)取=1。常用蝸桿頭數(shù)=1、2、4,過多,制造高精度蝸桿和蝸輪滾刀有困難。蝸輪齒數(shù)=i。和推薦值。為了避免根切,不應(yīng)少于26,但也不宜大于60-80。過多時,會使結(jié)構(gòu)尺寸過大,蝸桿支承跨距加大,剛度下降,影響嚙合精度。E.傳動比i和中心距a對于減速蝸桿傳動(3-3)式中:和分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速r/min。對于單級動力蝸桿傳動,i=5~80,常用15~50。普通圓柱蝸桿減速裝置傳動比i的公稱值,推薦按下列數(shù)值送?。?;7.5;10;12.5;15;20;25;30;40;50;60;70;80,其中10;20;40和80為基本傳動比,應(yīng)優(yōu)先采用。非變位的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿傳動的中心距為(3-4)式中,為蝸輪分度圓直徑,=m國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了中心距標(biāo)準(zhǔn)系列值:40.50.63.80.100.125.160.(180).200.250.(280).315.355.400.450.500另外,為了配湊中心距,蝸桿傳動常需要變位。所以取中心距a=100mm蝸桿頭數(shù)Z1=3蝸輪齒數(shù)Z2=31變位系數(shù)X2=0.5蝸桿傳動的受力分析:蝸桿傳動的受力分析與斜齒輪傳動相似。通常不考慮摩擦力的影響。
蝸桿傳動時,齒面間相互作用的法向力可分解為三個相互垂直的分力:切向力,徑向力r和軸向力。蝸桿,蝸輪所受各分力大小和相互關(guān)系如下:(3-5)式中:、、分別為蝸桿所受的切向力,軸向力,徑向力;、、分別為蝸輪的切向力,軸向力,徑向力;、、分別為蝸桿,蝸輪的分度圓直徑;α為壓力角,T1、T2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)矩,,i為傳動比,η為蝸桿傳動的總效率。蝸桿,蝸輪上各分力方向的判定方法如下:切向力方向?qū)χ鲃蛹仐U,與其運動方向相反;對從動件蝸輪,與其受力點運動方向相同。徑向力各自指向輪心。而蝸桿軸向力的方向則與蝸桿轉(zhuǎn)向和螺旋線旋向有關(guān)。用左(右)手定則來判定比較方便:右旋蝸桿用右手,左旋蝸桿用左手,四指順著蝸桿轉(zhuǎn)動方向,四指伸直所指方向即為蝸桿軸向力的方向。蝸桿軸向力的反方向即蝸輪的切向力的方向。蝸桿傳動的強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度的計算主要是為了防止齒面產(chǎn)生點蝕。鋼蝸桿與青銅或灰鑄鐵蝸輪配對時,齒面接觸疲勞強度公式如下:校核公式(3-6)設(shè)計公式(3-7)式中,K為載荷系數(shù),用以考慮載荷集中和動載荷的影響。一般K=1.11.5。當(dāng)載荷平穩(wěn)、蝸輪圓周速度≤3m/s和7級以上精度時,取較小值,否則取較大值;為蝸輪許用接觸應(yīng)力(MPa),G為承載能力提高系數(shù),對于普通圓柱蝸桿傳動,G=1;對于圓弧圓柱蝸桿傳動,G=1.10-3.9。當(dāng)中心距a和蝸輪齒數(shù)較小時,G取較大值;其他符號意義和單位同前。2.蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算對于閉式蝸桿傳動,輪齒彎曲折斷的情況較少出現(xiàn),通常僅在蝸輪齒數(shù)較多(>80100)時才進(jìn)行輪齒彎曲疲勞強度計算。對于開式傳動,則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度進(jìn)行設(shè)計。A.按接觸疲勞強度計算a.選,取=3,則。b.蝸輪轉(zhuǎn)矩c.載荷系數(shù)KK=1.1d.材料系數(shù)e.f.初選m,m=4.8,=46.4mmq=13此時=1069.056g.導(dǎo)成角量的地址單元,而且要使用讀/寫信號與讀/寫指令完成數(shù)據(jù)傳送。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控硬件結(jié)構(gòu)中采用全地址譯碼方式。所謂全地址譯碼是:低位地址作為片內(nèi)地址,高位地址用譯碼器譯碼,譯碼器輸出的地址選擇信號作為片選線連至每個外部芯片的片選端。地址譯碼常用74LS138譯碼器,G1、G2A和G2B是賦能端,A、B、C是選擇端,Y0~Y7是輸出端。74LS138地址譯碼電路輸入端占用了8031單片機的P2.5~P2.7三根高位地址線,剩余的13根地址線用作數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)地址線。74LS138譯碼器每一個輸出端可接一個外部芯片的片選端實現(xiàn)分時片選控制,因此,一個74LS138譯碼器的8根輸出端可以連接8個8K字節(jié)地址空間。單片機的讀/寫信號經(jīng)過與門后控制譯碼器的賦能端G2A、G2B,這就保證只有在讀/寫狀態(tài)時譯碼器輸出端才會輸出片選信號。I/O接口的擴(kuò)展8031只有P1口可作為普通I/O口用,所以需擴(kuò)展,采用8255A芯片進(jìn)行擴(kuò)展,8255A有A、B、C三個可編程的8位I/O接口,有40個引腳,各引腳的功能說明如下:8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為四個部分:數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個8位的雙向三態(tài)驅(qū)動器,用于與單片機的數(shù)據(jù)總線相連。A.讀/寫控制邏輯根據(jù)單片機的地址信息(A1、A0)與控制信息(RD、WR、RE、SET),控制片內(nèi)數(shù)據(jù)、CPU控制字、外設(shè)狀態(tài)信息的傳送。B.控制電路根據(jù)CPU送來的控制字使所管I/O接口按一定工作方式工作。對C口甚至可按位實現(xiàn)“置位”或“復(fù)位”。有A、B兩組控制電路。A組控制電路控制A口及C口的高四位(PC7~PC4),B組控制電路控制B口及C口的低4位(PC3~PC0)。C.并行I/O接口有A、B、C三個端口。A口:可編程為8位輸入,或8位輸出,或雙向傳送。B口:可編程為8位輸入,或8位輸出,按不能雙向傳送。C口:可分為兩個4位口,用于輸入或輸出;也可用作A口、B口的狀態(tài)控制信號。鍵盤接口設(shè)計采用8279芯片是比較好的,因為8279芯片是專用的鍵盤/顯示器接口芯片,還可以編程。采用一片8279芯片和一片8255A即可。8279芯片具有消顫(去抖動)、雙鍵同時按下保護(hù)功能。顯示控制亦按掃描方式工作,可以顯示8或16個數(shù)碼(字符)。LED的個數(shù)應(yīng)滿足顯示值(如加工范圍)的要求和便于顯示。數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼顯示器是單片機應(yīng)用產(chǎn)品中的廉價輸出設(shè)備。它由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時,相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮??刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通,就能顯示出各種字符。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。這種筆畫式的七段顯示器,能顯示的字符數(shù)量較少,但控制簡單,使用方便。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位顯示器(掃描)。對于每一位顯示器來說,每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān),也和點亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù),可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的為數(shù)不大于8位,則控制顯示器公共極電位只需一個8位并行口(稱為掃描口)??刂聘鱾€顯示器所顯示的字形也需一個公用的8位口(稱為數(shù)據(jù)口)。在8031RAM中設(shè)置6個顯示緩沖單元79H~7EH,分別存放6位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的A口掃描總是一位為高電平,即6位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平,其它為高電平。8255的B口輸出相應(yīng)位(陰極為低)顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段,使某一位顯示出一個字符,其它位為暗。依次地改變A口輸出為高的位,B口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù),6位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。軟件設(shè)計CNC系統(tǒng)軟件任務(wù)的分解:數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)加工程序管理與操作模塊插補功能間隙補償步進(jìn)電機控制速度控制環(huán)行分配管理模塊程序設(shè)計自動換刀程序設(shè)計鍵盤程序顯示程序鍵盤診斷中斷功能診斷圖4-2CNC系統(tǒng)軟件任務(wù)步進(jìn)電機的環(huán)行分配步進(jìn)電機在一個脈沖的作用下,轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步矩角,因而只要控制一定的脈沖數(shù),即可精確控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)過的相應(yīng)角度。但步進(jìn)電機的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作,這種使電機繞組的通電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的裝置稱為脈沖分配器,又稱環(huán)行分配器。步進(jìn)電機在運行中的通電順序稱為一個拍,若干個拍組成一個循環(huán),但是即使是同一種步進(jìn)電機也能有不同的通電規(guī)律。X分配X分配取當(dāng)前序號取轉(zhuǎn)向符號正轉(zhuǎn)序號減1序號加1序號=0序號=9序號=8序號=1保存新序號建立新狀態(tài)保存新狀態(tài)返回NNNYYY圖4-3環(huán)行分配過程流程圖圓弧插補原理及其程序設(shè)計本設(shè)計采用逐點比較法進(jìn)行圓弧插補。逐點比較法又稱為代數(shù)運算法或醉步法,它的基本原理是:數(shù)控裝置在控制刀具按要求的軌跡移動過程中,不斷比較刀具與給定輪廓的誤差,由誤差決定下一步刀具的移動方向,使刀具向減少誤差的方向移動,且只有一個方向移動。利用逐點比較法進(jìn)行插補每進(jìn)給一步都要經(jīng)過四個工作節(jié)拍,如圖所示。a.偏差判別判別刀具當(dāng)前位置相對于給定輪廓的偏離情況,以此決定刀具移動方向;b.進(jìn)給根據(jù)偏差判別結(jié)果,控制刀具相對于工件輪廓進(jìn)給一步,即向給定的輪廓靠攏,減少偏差;c.偏差計算由于刀具進(jìn)給已改變了位置,因此應(yīng)計算出刀具當(dāng)前位置的新偏差,為下次判別作準(zhǔn)備;d.終點判斷判別刀具是否已到達(dá)被加工輪廓線段的終點。若已到達(dá)終點,則停止插補;否則繼續(xù)插補。如此不斷重復(fù)上述四個節(jié)拍就可以加工出所要求的輪廓。偏差判別偏差判別進(jìn)給偏差計算終點?結(jié)束YN圖4-4逐點比較法的工作節(jié)拍逐點比較法是我國數(shù)控裝置中經(jīng)常采用的一種插值運算方法,采用這種方法不僅可以加工直線輪廓,也可以加工圓弧曲線輪廓。其算法特點是:運算直觀,插補誤差小于一個脈沖量,輸出均勻,而且輸出脈沖的速度變化小,調(diào)節(jié)方便。因此,在兩坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機床中應(yīng)用教為廣泛。根據(jù)逐點比較法的特點和圓弧插補的規(guī)律,可概括出圓弧插補程序的流程框圖如圖所示。由于本設(shè)計的專用機床切削的走刀路經(jīng)與以往的X,Y軸,或是X,Y,Z有所不同,應(yīng)為本機床是將工作臺的直線運動變成圓周運動,而刀具作直線運動,也就是由刀具的直線運動V和工作臺的旋轉(zhuǎn)速度W合成加工零件的走刀路線。所以只要把其中一個變量換成工作臺的角速度的變化就可以了。其插補原理不變。插補開始初始化:取起點、終點坐標(biāo)值,確定象限及進(jìn)給方向,確定終判計數(shù)器終值,清除偏差值為零等是SR1嗎?F≥插補開始初始化:取起點、終點坐標(biāo)值,確定象限及進(jìn)給方向,確定終判計數(shù)器終值,清除偏差值為零等是SR1嗎?F≥0?F≥0?走△yF=F+2yi+1yi=yi+1走△x走△x走△yF=F-2xi+1xi=xi-1F=F+2xi+1xi=xi+1F=F-2yi+1yi=yi-1終判計數(shù)器?走△y,終判計數(shù)不便走△x,終判計數(shù)減1走△x,終判計數(shù)不便走△y,終判計數(shù)減1終判計數(shù)器=0?插補停止NYNYNYNYY步進(jìn)電機的控制及其程序設(shè)計步進(jìn)電機也叫脈沖電機,是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機械裝置,是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件。當(dāng)給步進(jìn)電機一個電脈沖信號時,步進(jìn)電機便轉(zhuǎn)動一個步距角。如按一定規(guī)律給步進(jìn)電機一串連續(xù)電脈沖信號,步進(jìn)電機便一步一步地連續(xù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機具有如下特點:a.位移量與輸入電脈沖數(shù)有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,步距誤差不會積累。b.穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。c.控制性能好,在一定的頻率下,能按控制脈沖的要求快速起、停和反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖頻率,電動機的轉(zhuǎn)速就隨著變化,并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。d.控制系統(tǒng)簡單,工作可靠,成本低。但其控制精度受到步距腳的限制。所以,步進(jìn)電機廣泛用于數(shù)模轉(zhuǎn)換、速度控制和位置控制系統(tǒng)中,是開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的理想執(zhí)行元件。步進(jìn)電機的控制主要由脈沖分配和驅(qū)動電路兩部分組成。步進(jìn)電機脈沖控制任務(wù)主要有三點:一是控制電機的轉(zhuǎn)向,二是控制電機的轉(zhuǎn)速,三是控制電機的轉(zhuǎn)角(步數(shù))??刂戚斔徒o電機的脈沖數(shù)就控制了電機相應(yīng)的轉(zhuǎn)角數(shù)??刂戚斔偷拿}沖頻率可以控制電機的轉(zhuǎn)速,控制電機的轉(zhuǎn)向必須控制輸送脈沖給電機繞組的順序分配,這種分配稱為環(huán)行分配。三相六拍的通電順序為:正轉(zhuǎn):A—AB—B—BC—C—CA反轉(zhuǎn):A—AC—C—CB—B—BA表4-1三相六拍的通電順序節(jié)拍通電相控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進(jìn)制十六進(jìn)制16A0000000101H25AB0000001103H34B0000001002H43BC0000011006H52C0000010004H61CA0000010105H步進(jìn)電機的變加速度變速控制及程序設(shè)計軟件實現(xiàn)變加速度運行的程序設(shè)計的基本思路:a.累加脈沖(頻率為f0)和指令脈沖(頻率為f指)的產(chǎn)生累加脈沖和指令脈沖若采用軟件延時的方法產(chǎn)生,需設(shè)置兩個計數(shù)器C0和C1,每個機器指令周期減1,當(dāng)其值減至0時發(fā)出一個累加脈沖,同時C0賦初值,C1值減1,重復(fù)上述過程。當(dāng)C1值減為0時發(fā)出一個指令脈沖。由此可知,計數(shù)器C1中的初值表示了脈沖累加脈沖頻率f0和指令脈沖頻率f指的比值。b.誤差寄存器中存數(shù)N的計算根據(jù)N=N指-N出,每當(dāng)CPU產(chǎn)生一個指令脈沖時,積存器中的值加1;每當(dāng)累加器產(chǎn)生溢出,積存器中的值減1。c.誤差積存器中存數(shù)N的累加及輸出進(jìn)給脈沖的產(chǎn)生每當(dāng)CPU產(chǎn)生一個累加脈沖時,將誤差積存器中的數(shù)N與上次存貯在積存器B中的累加數(shù)相加,若產(chǎn)生溢出,則發(fā)送一個輸出進(jìn)給脈沖,將在累加器的余數(shù)存入積存器B;若無溢出,將累加結(jié)果存入寄存器B中。誤差積存器N清零誤差積存器N清零積存器B清零延時累加脈沖到?B←B+N有進(jìn)位溢出?指令脈沖到?發(fā)指令脈沖N←N+1發(fā)進(jìn)給脈沖N←N-1B←B+1返回計數(shù)器置初值計數(shù)器減1計數(shù)到發(fā)脈沖入口NYYYNN圖4-6變加速度運行控制程序框圖a)主程序框圖b)累加脈沖產(chǎn)生框圖中斷功能診斷MCS-51單片機有5個中斷源,其兩個定時器溢出中斷,內(nèi)部、外部、串行口各一個中斷源。如果對每一個中斷源一一診斷,比較費事。實際應(yīng)用中,常選用以最頻繁中斷的中斷源作診斷。中斷功能診斷程序設(shè)計的基本思路是:先讓中斷源允許中斷,并在中斷子程序中作一件事來通知自檢程序,則可以根據(jù)這件事是否發(fā)生來判斷中斷是否發(fā)生;然后再讓中斷源屏蔽中斷,看看中斷還能否發(fā)生。這樣可初步達(dá)到診斷中斷控制功能的目的。響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷有檢測標(biāo)志?T0中斷的正常任務(wù)RET開T0中斷請檢測標(biāo)志YN啟動T0出錯標(biāo)志延時屏蔽T0中斷啟動T0延時正常標(biāo)志返回中斷發(fā)生否?中斷發(fā)生否?NNYY圖4-7中斷功能診斷程序框圖a)診斷主程序b)T0中斷程序T0定時中斷服務(wù)子程序如下:PGT0:JNB2EH.0,PGT1;狀態(tài)判斷CLR2EH.0;清檢測標(biāo)志RETI;返回PGT1:.;正常T0中斷服務(wù)程序..RETI工作臺的加工示意框圖整個機床采用雙工位工作,進(jìn)給是由工作臺的圓周運動即由圓盤工作臺帶動工件作圓周運動來完成,再由刀架的往復(fù)直線運動和刀具的旋轉(zhuǎn)運動來完成整個的切削過程。當(dāng)機床在正傳時,應(yīng)要求需要反轉(zhuǎn)時,由于齒輪組和蝸輪組之間有間隙,所以需要在編程的時候注意要有間隙補償控制系統(tǒng)步近電機步進(jìn)電機控制系統(tǒng)步近電機步進(jìn)電機工作臺的圓周運動角速度W刀架的直線運動V加工路線的合成電機主軸箱刀具的旋轉(zhuǎn)運動
結(jié)論牛皮切邊機是為了提高工作效率而進(jìn)行設(shè)計的專用機床,該機械主要用于槍套等牛皮切邊產(chǎn)品的毛邊的切削。除上下料為手工外其自動性比較高。但本次設(shè)計的機器的傳動的效果不是很好,因為此次設(shè)計只通過二級傳動,由蝸輪蝸桿,和一對斜齒構(gòu)成,之間考慮的傳動精度,控制系統(tǒng)都沒有達(dá)到最好的效果,而且機箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計不是太好。因此以后的設(shè)計不僅要考慮整個機床的傳動精度,還要對機床的箱體進(jìn)行改進(jìn),這樣可以使得機床的應(yīng)用范圍加大,也提高了機床的生產(chǎn)效率。但本設(shè)計也考慮了成本,選用圓弧圓柱蝸桿傳動。它設(shè)計方便,工藝簡單,制造加工無需特殊專用機床。選用常用的8031單片機,它的的功能幾乎相當(dāng)于一塊Z80CPU,一塊RAM,一塊Z80CTC,兩快Z80PIO和一塊Z80SIO組成的微型計算機系統(tǒng)。所以8031單片機是一種理想的8位微型計算機,在各種數(shù)控系統(tǒng)中的到廣泛的應(yīng)用。
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