沈 阳 理 工工 大 学机电一体体化课程设计计计算说说明书题 目：：卧式车车床数控控化改造造设计所属系部部：机械械运载学学院 专 业：：机械设设计制造造及其自自动化班 级：：学 号：：学生姓名名：指导教师师：20111年 6月 133日目 录录摘 要要 2设计题目目 31. 设设计任务务 42. 总总体方案案的确定定53. 机机械系统统的改造造设计方方案 54. 进进给传动动部件的的计算和和选型 84.1 脉冲当当量的确确定 84.2 切削力力的计算算 84.3 滚珠丝丝杠螺母母副的计计算和选选型（纵纵向） 94.4 同步带带减速箱箱的设计计（纵向向） 104、5 步进电电动机的的计算与与选型（纵纵向） 134.6 同步带带传递功功率的校校核 175. 绘绘制进给给传动机机构的装装配图 176. 控控制系统统硬件电电路的设设计 187. 步步进电动动机驱动动电源的的选择 198. 控控制系统统的部分分软件设设计 208.1 存储器器与I//O芯片片地址分分配 208.2 控制系系统的监监控管理理程序 208.3 82555芯片片初始化化子程序序 218.4 82779芯片片初始化化子程序序 218.5 82779控制制LEDD显示子子程序 228.6 82779管理理键盘子子程序 248.7 D/AA电路输输出模拟拟电压程程序 258.8 步进电电动机的的运动控控制程序序 258.9 电动刀刀架的转转位控制制程序 258.100 主轴轴、卡盘盘与冷却却泵的控控制程序序 25机电一体体化课设设的感受受与收获获 27结论 228 谢辞 29 参考文文献 30摘要整个人类类社会的的文明史史，就是是制造技技术不断断演变和和发展的的历史。
任任何国家家的制造造业都是是国民经经济的基基础产业业，也是是国民经经济的主主要来源源没有有发达的的制造业业，就不不可能有有国家真真正的繁繁荣和强强大制制造技术术是制造造业的技技术支柱柱，是一一个国家家科技水水平、综综合国力力的重要要体现，制制造技术术的发展展是一个个国家经经济增长长的根本本动力而而制造业业中机床床是其基基础装备备我国国是一个个机床大大国，有有三百多多万台普普通机床床但机机床的素素质差，性性能落后后，单台台机床的的平均产产值只有有先进工工业国家家的1//10左左右，差差距太大大，急待待改造旧旧机床的的数控化化改造，顾顾名思义义就是在在普通机机床上增增加微机机控制装装置，使使其具有有一定的的自动化化能力，以以实现预预定的加加工工艺艺目标随随着数控控机床越越来越多多的普及及应用，数数控机床床的技术术经济效效益为大大家所理理解在在国内工工厂的技技术改造造中，机机床的微微机数控控化改造造已成为为重要方方面许许多工厂厂一面购购置数控控机床一一面利用用数控、数数显、PPC技术术改造普普通机床床，并取取得了良良好的经经济效益益我国国经济资资源有限限，国家家大，机机床需要要量大，因因此不可可能拿出出相当大大的资金金去购买买新型的的数控机机床，而而我国的的旧机床床很多，用用经济型型数控系系统改造造普通机机床，在在投资少少的情况况下，使使其既能能满足加加工的需需要，又又能提高高机床的的自动化化程度，比比较符合合我国的的国情。
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一一体化系系统设计计课程设设计指导导书）设计题目目：———卧式车车床数控控化改造造设计普通车床床（如CC6166/C661322、C6618//C61136、CC6200/C661400、C6630等等）是金金属切削削加工最最常用的的一类机机床CC61440普通通车床的的结构布布局如图图所示当当工件随随主轴回回转时，通通过刀架架的纵向向和横向向移动，能能加工出出内外圆圆柱面、圆圆锥面、端端面、螺螺纹面等等，借助助成型刀刀具，还还能加工工各种成成形回转转表面C61440普通通车床的的结构布布局图1-床脚脚 22-挂轮轮 33-进给给箱 4-主主轴箱 5--纵溜板板 66-溜板板箱 7-横溜溜板8--刀架 9--上溜板板 110-尾尾座 111-丝丝杠 112-光光杠 113-床床身 机床实实体图普通车床床刀架的的纵向和和横向进进给运动动，是由由主轴回回转运动动经挂轮轮传递而而来，通通过进给给箱变速速后，由由光杆或或丝杆带带动溜板板箱、纵纵溜板以以及横溜溜板产生生移动。
进进给参数数依靠手手工调整整，改变变参数时时需要停停车刀刀架的纵纵向进给给和横向向进给不不能联动动，切削削次序需需要人工工控制 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 mm； （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. 总总体方案案的确定定 总体体方案应应考虑车车床数控控系统的的运动方方式、进进给伺服服系统的的类型、数数控系统统CPUU的选择择，以及及进给传传动方式式和执行行机构的的选择等等11）普通通车床数数控化改改造后应应具有单单坐标定定位，两两坐标直直线插补补、圆弧弧插补以以及螺纹纹插补的的功能因因此，数数控系统统应设计计成连续续控制型型22）普通通车床经经数控化化改造后后属于经经济型数数控机床床，在保保证一定定加工精精度的前前提下，应应简化结结构，降降低成本本因此此，进给给伺服系系统常采采用步进进电 动动机的开开环控制制系统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CPUMCS-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 主传动动系统的的改造方方案 对普通通车床进进行数控控化改造造时，一一般可保保留原有有的主传传动机构构和变速速操纵机机构，这这样可减减少机械械改造的的工作量量主轴轴的正转转、反转转和停止止可由数数控系统统来控制制 若要提提高车床床的自动动化程度度，需要要在加工工中自动动变换转转速，可可用2～～４速的的多速电电动机代代替原有有的单速速主电动动机；当当多速电电动机仍仍不能满满足要求求时，可可用交流流变频器器来控制制主轴电电动机，以以实现无无级变速速（工厂厂使用情情况表明明，使用用变频器器时，若若工作频频率低于于70HHz，原原来的电电动机可可以不更更换，但但所选变变频器的的功率应应比电动动机大）本例中，当当采用有有级变速速时，可可选用浙浙江超力力电机有有限公司司生产的的YD系系列7..5kWW变极多多速三相相异步电电动机，实实现2～～４档变变速；当当采用无无级变速速时，应应加装交交流变频频器，推推荐型号号为：FF10000-GG00775T33B，适适配7..5kWW电动机机，生产产厂家为为烟台惠惠丰电子子有限公公司。
3.22 安装装电动卡卡盘为了了提高加加工效率率，工件件的夹紧紧与松开开采用电电动卡盘盘，选用用呼和浩浩特机床床附件总总厂生产产的KDD112250型型电动三三爪自定定心卡盘盘卡盘盘的夹紧紧与松开开由数控控系统发发信控制制3..3 换换装自动动回转刀刀架为了了提高加加工精度度，实现现一次装装夹完成成多道工工序，将将车床原原有的手手动刀架架换成自自动回转转刀架，选选用常州州市宏达达机床数数控设备备有限公公司生产产的LDD4B--CK661400型四工工位立式式电动刀刀架实实现自动动换刀需需要配置置相应的的电路，由由数控系系统完成成3.44 螺纹纹编码器器的安装装方案 螺纹编编码器又又称主轴轴脉冲发发生器或或圆光栅栅数控控车床加加工螺纹纹时，需需要配置置主轴脉脉冲发生生器，作作为车床床主轴位位置信号号的反馈馈元件，它它与车床床主轴同同步转动动 本例中中，改造造后的车车床能够够加工的的最大螺螺纹导程程是244 mmm，Z向向的进给给脉冲当当量是00.011 mmm/脉冲冲，所以以螺纹编编码器每每转一转转输出的的脉冲数数应不少少于244 mmm /（00.011 mmm/脉冲冲）=224000脉冲。
考考虑到编编码器的的输出有有相位差差为900º的AA、B相相信号，可可用A、BB异或后后获得224000个脉冲冲（一转转内），这这样编码码器的线线数可降降到12200线线（A、BB信号）另另外，为为了重复复车削同同一螺旋旋槽时不不乱扣，编编码器还还需要输输出每转转一个的的零位脉脉冲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3-1与图3-2图3-11 CCA61140数数控车床床横向进进给传动动机构图3-22 CCA61140数数控车床床纵向进进给传动动机构4. 进进给传动动部件的的计算和和选型 纵、横横向进给给传动部部件的计计算和选选型主要要包括：：确定脉脉冲当量量、计算算切削力力、选择择滚珠丝丝杠螺母母副、设设计减速速箱、选选择步进进电动机机等以以下详细细介绍纵纵向进给给机构，横横向进给给机构与与纵向类类似，在在此从略略 4..1 脉脉冲当量量的确定定 根根据设计计任务的的要求，XX方向（横横向）的的脉冲当当量为== 0..0055 mmm/脉冲冲，Z方方向（纵纵向）为为 = 0.001脉冲冲。
4.2 切削力力的计算算 切切削力的的分析和和计算详详见相关关教材以以下是纵纵向车削削力的详详细计算算过程 设工件件材料为为碳素结结构钢，＝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 N4.3 滚珠丝丝杠螺母母副的计计算和选选型（纵纵向） （11）工作作载荷的的计算 已知知移动部部件总重重量G==13000 NN；车削削力=226733.4 N， =10069..36 N，=9335.669 NN如图图3-220所示示，根据据=，=，=的对应应关系，可可得：=26673..4 NN，=10069..36 N，=9335.669 NN。
选用用矩形－－三角形形组合滑滑动导轨轨，查表表3-229，取取K= 11.155，= 0.116，代入＝,, 得工工作载荷荷 ≈ 17112 NN22）最大大动载荷荷的计算算 设设本车床床Z向在在承受最最大切削削力条件件下最快快的进给给速度VV=0..8 mm/miin，初初选丝杠杠基本导导程 = 66 mmm，则此此时丝杠杠转速nn = 10000V// ≈ 1333 （ r/mmin） 取滚珠珠丝杠的的使用寿寿命T==150000 h，代代入= 60 n TT / ，得丝丝杠寿命命系数 = 1119..7（单单位为：： r） 查参考文文献1表表，取载载荷系数数=1..15，再再取硬度度系数==1，代代入式（33—23），求求得最大大动载荷荷3） 初选型号号 根据计计算出的的最大动动载荷，查查表3--31，选选择启东东润泽机机床附件件有限公公司生产产的FLL40006型滚滚珠丝杠杠副其其公称直直径为440 mmm，基基本导程程为6 mm，双双螺母滚滚珠总圈圈数为33 × 2 = 66 圈，精精度等级级取4级级，额定定动载荷荷为1332000 N，满满足要求求。
44）传动动效率 的计算算 将公称称直径==40 mm，基基本导程程mm，代代入λ= aarcttan[[ // ( π ) ]，得得丝杠螺螺旋升角角λ= ′将摩摩擦角==10′′，代入入= ttanλλ / tann(λ+ )，得得传动效效率 = 994.22%5） 刚度的验验算 1）ZZ向滚珠珠丝杠副副的支承承，采取取一端轴轴向固定定，一端端简支的的方式，见见书后图图6-33固定定端采取取一对推推力角接接触球轴轴承，面面对面组组配丝丝杠加上上两端接接杆后，左左、右支支承的中中心距离离约为aa=14497 mm；；钢的弹弹性模量量E＝MMpa；；查表33-333，得滚滚珠直径径=3..96888 mmm，算算得:丝丝杠底径径=公称称直径－－滚珠直直径=336.003122 mmm，则丝丝杠截//4 ==10119.664 （） 2）根根据公式式Z＝(()－33，求得得单圈滚滚珠数目目Z= 29；；该型号号丝杠为为双螺母母，滚珠珠总圈数数为3××2 == 6，则则滚珠总总数量＝＝29××6 ==1744滚珠珠丝杠预预紧时，取取轴向预预紧力== /33≈5711 N。
则则由（33-277）式，求求得滚珠珠与螺纹纹滚道间间的接触触变形量量≈0.0001117 mmm因为丝杠杠加有预预紧力，且且为轴向向负载的的1/33，所以以实际变变形量可可减小一一半，取取= 00.00005885 mmm 33）将以以上算出出的和代入 ,求得得丝杠总总变形量量（对应应跨度114977 mmm） =0..01225555 mmm=122.5555μm由表表3-227知，44级精度度滚珠丝丝杠任意意3000 mmm轴向行行程内行行程的变变动量允允许166μm，而而对于跨跨度为114977 mmm的滚珠珠丝杠，总总的变形形量只有有12..5555μm，可可见丝杠杠刚度足足够66）压杆杆稳定性性校核 根据据公式（33-288）计算算失稳时时的临界界载荷查查表3--31，取取支承系系数= 2；由由丝杠底底径= 36..03112mmm, 得得截面惯惯性矩≈≈827734..15；；压杆稳稳定安全全系数KK取3（丝丝杠卧式式水平安安装)；；滚动螺螺母至轴轴向固定定处的距距离取取最大值值14997 mmm代代入式（33-288）,得得临界载载荷≈510012 N，远远大于工工作载荷荷 （117122N） 故丝丝杠不会会失稳。
综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求4.4 同步带带减速箱箱的设计计（纵向向） 为了了满足脉脉冲当量量的设计计要求和和增大转转矩，同同时也为为了使传传动系统统的负载载惯量尽尽可能地地减小，传传动链中中常采用用减速传传动本本例中，ZZ向减速速箱选用用同步带带传动，同同步带与与带轮的的计算和和选型参参见第三三章第三三节相关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在15-25 N·m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 N·m，十拍驱动时步距角为0.72º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4-11 1130BBYG555011步进电电机运行行矩频特特性（1）传传动比ii的确定定 已已知电动动机的步步距角αα= 00.722º，脉冲冲当量== 0..01 mm//脉冲，滚滚珠丝杠杠导程== 6 mm根根据公式式（3--12）算算得传动动比i = 11.2 （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=（ /）×α/ 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1200 r/min时，对应的步进脉冲频率为：= 1200×360 / ( 60×α) = 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 N·m，对应的输出功率为 = n×T / 9.55 = 1200×3.8 / 9.55≈478（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 = =1.2×0.32 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，型号为 XL型，节距=9.525 mm5） 确定小带带轮齿数数 和和小带轮轮节圆直直径 取==15，则则小带轮轮节圆直直径= =440.448mmm当达达最高转转速12200rr/miin时，同同步带的的速度为为v===2.886（mm/s），没没有超过过XL型型带的极极限速度度35 m/ss。
66）确定定大带轮轮齿数和和大带轮轮节圆直直径 大带轮轮齿数==i ==18,,节圆直直径 =544.577mm7）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） 计算实际际中心距距a 实实际中心心距 （9） 校验带与与小带轮轮的啮合合齿数==，啮合合齿数6大，满满足要求求此处处entt取整 （100）计算算基准额额定功率率式中 ——带宽宽为的许许用工作作拉力，由由表3--21查查得=2244..46NN； mm——带宽宽为的单单位长度度的质量量，由表表3-221查得得m=00.0995kgg/m；； vv——同步步带的带带速，由由上述（55）可知知v=22.866 m//s算算得 = 00.6997kWW111）确确定实际际所需同同步带宽宽度≥ 式式中 ——选定型型号的基基准宽度度，由表表3-221查得得= 225.44mm；； —小带轮轮啮合齿齿数系数数，由表表3-222查得得=1。
由由上式算算得≥21..42 mm，再再根据表表3-111选定定最接近近的带宽宽=255.4 mm（112）带带的工作作能力验验算 根据式式（3--22），计计算同步步带额定定功率PP的精确确值： 式中中， 为为齿宽系系数:：：经计算得得P == 0..6977 kWW，而 = 00.5774 kkW，满满足P≥≥因此，带带的工作作能力合合格44.5 步进进电动机机的计算算与选型型（纵向向） （11）计算算加在步步进电动动机转轴轴上的总总转动惯惯量 已已知：滚滚珠丝杠杠的公称称直径==40 mm，总总长（带带接杆))l=115600 mmm，导程程＝6 mm，材材料密度度;纵向向移动部部件总重重量G = 113000 N；；同步带带减速箱箱大带轮轮宽度228 mmm，节节径488.511 mmm，孔径径30 mm，轮轮毂外径径42 mm，宽宽度144 mmm；小带带轮宽度度28 mm，节节径400.433 mmm，孔径径19mmm，轮轮毂外径径29 mm，宽宽度122 mmm；传动动比i =1..2。
参照表表4-11，可以以算得各各个零部部件的转转动惯量量如下（具具体计算算过程从从略）：：滚珠丝丝杠的转转动惯量量=300.788 ；拖拖板折算算到丝杠杠上的转转动惯量量=1..21 ；小带带轮的转转动惯量量=0..95;;大带轮轮的转动动惯量==1.999在在设计减减速箱时时，初选选的Z向向步进电电动机型型号为1130BBYG555011，从表表4-55查得该该型号电电动机转转子的转转动惯量量 则则加在步步进电动动机转轴轴上的总总转动惯惯量为：： （2）计计算加在在步进电电动机转转轴上的的等效负负载转矩矩 分快速速空载起起动和承承受最大大工作负负载两种种情况进进行计算算 1）快快速空载载起动时时电动机机转轴所所承受的的负载转转矩包括括三部分分：快速速空载起起动时折折算到电电动机转转轴上的的最大加加速转矩矩，移动动部件运运动时折折算到电电动机转转轴上的的摩擦转转矩，滚滚珠丝杠杠预紧后后折算到到电动机机转轴上上的附加加摩擦转转矩因因为滚珠珠丝杠副副传动效效率很高高，根据据（4--12）式式可知，相对于和很小，可以忽略不计则有： （44-1） 根据式（4-9），考虑Z向传动链的总效率η，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： （44-2） 式中中 ———对应应Z向空空载最快快移动速速度的步步进电动动机最高高转速，单单位为rr/miin； ———步进进电动机机由静止止到加速速至转速速所需的的时间，单单位为ss。
其中中： （44-3） 式中 ———Z向空空载最快快移动速速度，任任务书指指定为660000 mmm/miin； α——Z向向步进电电动机步步距角，为为0.772º； δ——Z向向脉冲当当量，本本例δ=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η = 0.7则由式（6-2）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； η——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： N·m （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） 其其中，折折算到电电动机转转轴上的的最大工工作负载载转矩。
本本例中在在对滚珠珠丝杠进进行计算算的时候候，已知知进给方方向的最最大工作作载荷== 9335.669 NN，则有有：再计算承承受最大大工作负负载（==26773.44N）情情况下，移移动部件件运动时时折算到到电动机机转轴上上的摩擦擦转矩：：（N·m） 最后后由式（66-6），求求得最大大工作负负载状态态下电动动机转轴轴所承受受的负载载转矩 = ++ = 1.778 NN·m （44-7） 经过上上述计算算后，得得到加在在步进电电动机转转轴上的的最大等等效负载载转矩 =mmax{{，}= 2.882 NN·m （3）步步进电动动机最大大静转矩矩的选定定 考考虑到步步进电动动机采用用的是开开环控制制，当电电网电压压降低时时，其输输出转矩矩会下降降，可能能造成丢丢步，甚甚至堵转转。
因此此，根据据来选择择步进电电动机的的最大静静转矩时时，需要要考虑安安全系数数本例例中取安安全系数数K == 4，则则步进电电动机的的最大静静转矩应应满足：： （4--8） 对对于前面面预选的的1300BYGG55001型步步进电动动机，由由表4--5可知知，其最最大静转转矩= 20 N·m，可可见完全全满足（66-8）式式的要求求44）步进进电动机机的性能能校核 1）最最快工进进速度时时电动机机输出转转矩校核核 任任务书给给定Z向向最快工工进速度度 =8000mmm/miin，脉脉冲当量量δ=0..01 mm//脉冲，求求出电动动机对应应的运行行频率 = 8800//（600×0.001）≈≈13333(HHz)从从1300BYGG55001的运运行矩频频特性图图6-44可以看看出，在在此频率率下，电电动机的的输出转转矩≈17 N·m，远远远大于于最大工工作负载载转矩==1.778 NN·m，满满足要求求 2）最最快空载载移动时时电动机机输出转转矩校核核 任任务书给给定Z向向最快空空载移动动速度 =660000mm//minn，求出出电动机机对应的的运行频频率=660000/（660×0.001）HHz=1100000(HHz)。
从从图6--4查得得，在此此频率下下，电动动机的输输出转矩矩=3..8 NN·m，大大于快速速空载起起动时的的负载转转矩= 2.882N··m，满满足要求求 3）最最快空载载移动时时电动机机运行频频率校核核 最最快空载载移动速速度= 60000 mmm/mmin对对应的电电动机运运行频率率= 1100000 HHz查查表4--5可知知1300BYGG55001的极极限运行行频率为为200000 Hz，可可见没有有超出上上限 4）起起动频率率的计算算 已已知电动动机转轴轴上的总总转动惯惯量= 57..55 ，电动动机转子子自身的的转动惯惯量，查查表4--5可知知电动机机转轴不不带任何何负载时时的最高高空载起起动频率率=18800HHz 则则由式（44-177）可以以求出步步进电动动机克服服惯性负负载的起起动频率率为： 上式说说明，要要想保证证步进电电动机起起动时不不失步，任任何时候候的起动动频率都都必须小小于10087HHz实实际上，在在采用软软件升降降频时，起起动频率率选得很很低，通通常只有有1000Hz（即即1000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 N·m，传递的功率为P = ×/ 9.55 =1200×2.78/9.55≈354.3W （2）最大工作负载、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 N·m，任务书给定最快工进速度= 800mm/min，对应电动机转速 =（/）×α/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6-11 车车床数控控系统操操作面板板布置图图 图66-2 控制制系统原原理框图图控制系系统的操操作面板板布置如如图6--1所示面面板设置置了488个微动动按键，三三个船形形开关，一一只急停停按钮，显显示器包包括1组组数码显显示管和和7只发发光二极极管 控制制系统的的主机板板电原理理图见书书后图66-2，键盘盘与LEED显示示电原理理图见书书后图66-8详详细的电电路设计计原理及及电路分分析请参参考第五五章相关关内容7.步进进电动机机驱动电电源的选选用 本本例中XX向步进进电动机机的型号号为1110BYYG58802，ZZ向步进进电动机机的型号号为1330BYYG55501，生生产厂家家为常州州宝马集集团公司司。
这两两种电动动机除了了外形尺尺寸、步步距角和和输出转转矩不同同外，电电气参数数基本相相同，均均为5相相混合式式，5线线输出，电电机供电电电压DDC1220～3310VV，电流流5A这这样，两两台电动动机的驱驱动电源源可用同同一型号号在此此，选择择合肥科科林数控控科技有有限责任任公司生生产的五五相混合合式调频频调压型型步进驱驱动器，型型号为BBD5AA它与与控制系系统的连连接如图图7-1所示图7-11 BBD5AA驱动器器与控制制系统的的连接8. 控控制系统统的部分分软件设设计8.1 存储储器与II/O芯芯片地址址分配 根据书书后图66-7中中地址译译码器UU4（774LSS1388）的连连接情况况，可以以算出主主机板中中存储器器与I//O芯片片的地址址分配如如表 88-1所所示表8-11 主主机板中中存储器器与I//O芯片片的地址址分配表表8.2 控制系系统的监监控管理理程序系系统设有有7档功功能可以以相互切切换，分分别是“编编辑”、“空空刀”、“自自动”、“手手动1”、“手手动2”、“手手动3”和和“回零零”选选中某一一功能时时，对应应的指示示灯点亮亮，进入入相应的的功能处处理。
控控制系统统的监控控管理程程序流程程如图88-2所示图图8-11 系系统监控控管理程程序流程程图8.3 82255芯芯片初始始化子程程序B2255:: MOVV DPTTR，##3FFFFH ；指向向82555的控控制口地地址 MOOV A，##1000010001BB ；PAA口输出出，PBB口输出出，PCC口输入入均为方方式0 MOVVX @DPPTR，AA ；控制制字被写写入 MOOV DPPTR，##3FFFCH ；指向向PA口口 MOVV A，##0FFFH ；预置置PA口口全“11” MOOVX @DPPTR，AA ；输出出全“11”到PPA口 MMOV DPTTR，##3FFFDH ；指向向PB口口 MOVV A，##0FFFH ；预置置PB口口全“11” MOOVX @DPPTR，AA ；输出出全“11”到PPB口 RRET88.4 82279芯芯片初始始化子程程序B2279:: MOVV DPTTR，##5FFFFH ；指向向82779控制制口地址址 MOVV A，##0CFFH ；清除除FIFFO与显显示RAAM命令令 MOVVX @DPPTR，AA ；命令令字被写写入WAAIT:: MOVVX A，@@DPTTR ；从882799的控制制口读取取82779的状状态字 JJB ACCC.7，WWAITT ；测测试显示示RAMM有没有有被清除除完毕。
只只有状态态字的DD7=00时， 清除除才结束束MOVV A，##08HH ；编码码扫描，左左入口，116位字字符显示示，双键键互锁MMOVXX @DPPTR，AAMOVV A，##34HH ；分频频系数取取20MMOVXX @DPPTR，AARETT 8.55 882799控制LLED显显示子程程序设显显示缓冲冲区的首首地址为为6BHH，系统统在指定定的工作作状态下下，需要要显示的的字符段段码的编编码，事事先存储储在CPPU内部部RAMM 的66BH～～73HH这9个个字节中中已知知82779的控控制口地地址为55FFFFH，数数据口地地址为55FFEEH，则则显示程程序如下下：DIIR： MOVV DPTTR，##5FFFFH ；882799的控制制口地址址 MOVV A，##90HH ；写写82779显示示RAMM的命令令， MOVVX @DPPTR，AA ；从从显示RRAM的的00HH地址开开始写，每每写一次次， 显示RRAM的的地址自自动加11 MOVV R0，##6BHH ；显显示缓冲冲区的首首地址为为6BHH MOVV R7，##09HH ；显显示缓冲冲区的长长度为99个字节节 MOVV DPTTR，##5FFFEH；；82779的数数据口地地址DIIR0:: MOVV A，@@R0 ；从从CPUU的RAAM中读读取显示示段码的的编码 ADDD A，##05HH ；PPC与DDTABB表格之之间的偏偏移量 MOVVC A，@@A+PPC ；；查表，取取出显示示段码 MOVVX @DPPTR，AA ；送送到82279显显示RAAM中指指定的字字节 INCC R0 ；写写82779的下下一个显显示RAAM DJNNZ R7，DDIR00 ；循循环9次次，完成成9位显显示 RETT； 段码 字符 编码DTTAB:: DB 6FHH ；F 00--01 DB 0DAAH DB 0BEEH ；X 02--03 DB 0E77H DB 0A33H ；Z 04--05 DB 0CBBH DB 0D11H ；U 006-007 DB 0D33H DB 0DCCH ；W 08--09 DB 0CEEH DB 0DFFH ； -- 0A DB 21HH ； 00 00B DB 7BHH ； 11 00C DB 91HH ； 22 00D DB 19HH ； 33 00E DB 4BHH ； 44 00F DB 0DHH ； 55 110 DB 05HH ； 66 111 DB 69HH ； 77 112 DB 01HH ； 88 113 DB 09HH ； 99 114 DB 20HH ； 00. 15 DB 7AHH ； 11. 16 DB 90HH ； 22. 17 DB 18HH ； 33. 18 DB 4AHH ； 44. 19 DB 0CHH ； 55. 1A DB 04HH ； 66. 1B DB 68HH ； 77. 1C DB 00HH ； 88. 1D DB 08HH ； 99. 1E .... .... ； 根根据系统统需要编编制字库库当需要显显示一组组字符时时，首先先给显示示缓冲区区的6BBH～773H这这9个字字节赋值值，然后后调用DDIR子子程序即即可。
例例如，要要显示“XX-12234..56”，程程序如下下：MOOV 6BHH，#002H ；“XX”的一一半MOOV 6CHH，#003H ；“XX”的另另一半 MOVV 6DHH，#00AH ；- MOVV 6EHH，#00CH ；1 MOVV 6FHH，#00DH ；2 MOVV 70HH，#00EH ；3 MOVV 71HH，#。