400mm数控车床总体主轴箱设计

1 步进电机 2 齿轮减速装置 3 支承装置 4 丝杠 5 托板

图2.6 纵、横向结构示意图

1.3.3自动转位刀架设计

自动转位刀架的设计是普通机床数控化改造的关键。它要求刀架要具有抬起、回转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回转直径的条件下，提供选用的多把刀的可能性。

电动刀架的安装较方便，只要将原车床上的刀架拆下将电动刀架装即可，但要注意两点：

（1）电动刀台的两侧面应与车床的横向进给方向平行。

（2）电动刀台与系统的连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后面，再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线，走线到系统。其好处在于：避免走线杂乱无章，而使得加工时切屑、冷却液以及其它杂物磕碰电动刀架系统。

下面是数控改造CK6140车床自动转位刀架工作原理图2.7所示。

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1 刀架 2 固定安装丝杠 3 安全离合器 4 电机

（图1.3 自动转位刀架工作原理图）

1.4数控系统的硬件电路设计

任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效的运行。机床数控系统硬件电路概括起来由CPU、总线、存储器以及I/O接口四部分组成。其中CPU是数控系统的核心，作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作。存储器用于存放系统软件，应用程序和运行中所需要的各种数据。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。总线则是CPU与存储器、接口以及其它转换电路联接的纽带，是CPU与部分电路进行信息交换和通讯的必由之路。

1.4.1确定I/O接口

8031只有P1口可作为普通I/O口用，所以需扩展。键盘需要32个键，采用矩阵式键盘，需12个I/O口；显示器采用6个LED，需6个I/O接口；两个三相步进电机，采用软件环行分配器，需6个；刀架需4个；紧急停需1个。采用一片8279芯片和一片8255A即可。

键盘/显示器接口采用8279芯片，因为8279芯片是专用的键盘/显示器接口芯片，还可以编程。8279芯片具有消颤（去抖动）、双键同时按下保护功能。显示控制亦按扫描方式工作，可以显示8或16个数码（字符）。LED的个数应满足显示值的要求和便于显示。

1.4.2键盘接口设计

首先判断键盘上有无键闭合，先送8255的PA口一个数据为00H，使列线PA0～PA7的电平均为0，然后读PB口的PB0～PB2的状况；若不全为“1”，则有键闭合，此时延时10ms去掉抖动后再判断有无键闭合。如无则继续扫描，如有则判断按下的键号。

如确定有键按下时，便开始计算键值。当采用8行4列的键盘时，定义第一行的键为00H～03H，定义第二行键的键值为04H～07H，依次类推。首先判断是哪一行有键闭合，若第一行有键闭合，设置初值为00H，若第二行有键闭合，则设置初值为04H，依次类推。接着对列线进行扫描以判断是哪一列闭合。方法上使PA0对应的列线输出低电平，其余均为高电平，判断一下是否第一列有键闭合，如有则列计数为00H，与初值相加则为键值，也即是键盘的键号，如无则把低电平移到第二列上再判断，直到四列线全判断完毕，找出列线为止。然后计算键值，

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最后可根据键号跳转到相应的键功能程序的入口。

1.4.3显示电路设计

数码显示器是PLC应用产品中的廉价输出设备。它由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。这种笔画式的七段显示器，能显示的字符数量较少，但控制简单，使用方便。

动态显示是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示的为数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位并行口（称为扫描口）。控制各个显示器所显示的字形也需一个公用的8位口（称为数据口）。 在8031RAM中设置6个显示缓冲单元79H～7EH，分别存放6位显示器的显示数据。8255的A口扫描总是一位为高电平，即6位显示器中仅有一位公共阴极为低电平，其它为高电平。8255的B口输出相应位（阴极为低）显示数据的数据段，使某一位显示出一个字符，其它位为暗。依次地改变A口输出为高的位，B口输出对应的段数据，6位显示器就显示出缓冲器显示数据所确定的字符。

1.4.4软件设计

车床数控系统设计与应用工作中，软件设计是一个重要方面。实际上，软件设计与硬件设计工作是不可分割的，二者必须结合进行。软件设计工作，按其功能可分二类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能；另一类是监控（管理）软件，它是控制微机系统按预定的操作方式运转的程序。但执行软件和监控软件没有明确的界限和固定的功能划分。习惯上把键盘解释程序作为监控程序，其它任务都分散在特定功能的执行程序中，并由监控程序来调用必要的功能模块，完成预定的任务。

在进行软件设计时，应从全局着眼，先将整个系统的任务按功能分成一个一个的模块，并为每一个执行模块定义，然后设计出每一个具体模块的程序，最后组成一个系统。不仅整个系统的程序结构可具有模块化的特性，而且其模块内部也可以分为小模块。模块特性对测试很有利，功能扩充也很方便。要增加新功能，只要增加新模块就能实现，像搭积木一样。因此，这样的模块程序设计方法，思路清晰，逻辑性强，柔性较大。

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第二章数控车床主轴箱设计

2.1数控车床主传动系统的发展

近年来，随着数控加工技术的不断发展，数控车床的主传动系统也呈现出一些新的发展趋势，如主轴转速的高速化、功能结构的复合化、柔性化。

高速主轴单元为适应数控加工高速化的发展，目前越来越多的高速数控车床采用了电主轴。电主轴又称内置式电动机主轴单元，就是将高速电动机置于机床主轴部件内部，通过交流变频控制系统，使主轴获得所需的工作速度和转矩，实现电动机、主轴的一体化功能。与传统主传动系统相比，电主轴的主要特点有：

(1) 结构紧凑、机械效率高、噪声低、振动小、精度高； (2) 电主轴可在额定转速范围实现无级调速； (3) 可实现精确的主轴定位及轴传动功能；

(4) 电主轴更易实现高速化，其动态精度和动态稳定性更好； (5) 主轴运行更平稳，使主轴轴承的寿命得到延长。 高速电主轴所融合的技术主要包括以下几方面。 (1) 高速精密轴承 (2) 润滑技术 (3) 冷却技术 (4) 高速变频驱动

复合化和柔性化 随着数控车床对加工对象适应性的不断提高，数控车床的设计发生了很大变化，并向着单元柔性化和系统柔性化方向发展。

数控车床的发展已经模糊了粗、精加工的工序概念，车削中心又把车、铣、镗、钻等工序集中到同一台机床上来完成，完全打破了传统工艺规程规定，由机床单一化走向多元化、复合化。

由此可见，现代数控车床主传动系统的设计不限于只满足原有的基本要求，还要综合考虑现代制造对机床的整体要求，如制造控制、过程控制以及物料传输，以缩短产品的加工时间、周转时间、制造周期，最大限度地提高生产率。

2.2主传动系统的设计要求

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