第六章 机电一体化系统设计及应用举例
第一节 机电一体化系统设计要点
开始
需求抽象：确定产品规格、性能参数
准
备
拟定总体方案、划分功能模块
阶
段
方案论证、确定模块设计目标和人员组织
段理 论 设 计 阶
接口和功能模块细部设计 理论设计总体评价 满意否
设 计 实 施 阶 段
段定 型 阶
满意否
功能模块制作与调试 满意否
一、数控机床的组成 图6-1所示为数控机床的组成框图。被加工零件的图纸是数控机床 加工的原始数据，在加工前需要根据零件图制定加工工序及工艺规 程，并将其按照标准的数控编程语言编制成加工程序。
二、数控车床的机械结构 图6-2表示一种普通车床改造后的方案。图中不改变车 床主轴箱，即主轴变速仍靠人工控制，走刀丝杠改成滚 珠丝杠11，去掉光杠，在走刀段右端增加一个丝杠支承 。丝杠11的右端用纵向步进电动机4直接驱动（或经传 动齿轮减速驱动）。纵向走刀丝杠采用滚珠丝杠的目的 是为了提高纵向走刀的移动精度，对于半精加工的车床 可直接使用原来的丝杠。同样，横向走刀丝杠由步进电 动机3直接驱动，完成横向走刀的进给和变速。另外， 刀架部分采用了电动刀架实现自动换刀。为了使车床能 实现自动车制螺纹，还要在主轴尾部加接一光电编码器 （图中未示出），作为主轴位置检测，使车刀运动与主 轴位置相配合。
1—电动刀架 2—联轴器 3—横向步进电机 4—纵向步进电 机 5—联轴器 6—纵向微调机构 7—横向微调机构 8—横 向螺母 9—纵向螺母10—横向微调机构 11—纵向滚珠丝杠
图6-2 普通车床改造示意图
1、步进电动机与丝杠联接 步进电动机与丝杠的联接
要可靠，传动无间隙。为了便于编程和保证加工精度， 一般要求纵向运动的步进当量为0.01mm，横向运动的 步进当量为0.005mm，步进电动机与丝杠的联接方式 有直连式（同轴连接）和齿轮联接两种形式。
三、数控机床计算机控制系统硬 件
单片机系统
STD总线数控系统
全功能型数控系统
1、单片机系统
P1口与面板操作开关的连接
Hale Waihona Puke 功能选择开关接线图2、STD总线数控系统
3、全功能型 数控系统
四、数控机床的软件构成
数控机床的软件分为系统软件（控制软件）和应用软件（加 工软件）两部分。加工软件是描述被加工零件的几何形状、加 工顺序、工艺参数的程序，它用国际标准的数控编程语言编程 ，有关数控编程的规范和编程方法，可参阅有关的标准手册及 文献资料。
Z1 360 l 360 0.01 1
可选，Z1 20, Z2 50 m 1.5 模数的齿轮传动副。当 为小数时，则可采用挂轮。
注意：步进电动机步距角与定子绕组的相数m、转 子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表示：
= 360/mzk
式中m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2。
齿轮联接方式如图6-5所示。在步进电动机步距角α、步 进当量ι及丝杠螺距t确定后，步进电动机和丝杠的联接 传动比不一定正好是1：1的关系，这时采用一对齿轮， 齿轮传动比的计算可根据下面计算：
i Z2 t （6-1）
Z1 360 l
例 6-1 将 改 造 一 台 C620 车 床 ， 其 纵 向 丝 杠 的 螺 距 t=12mm，采用110BF003型步进电动机，步距α=0.75°， 系统规定的纵向步进当量ι=0.01mm，计算步进电动机 与纵向丝杠之间的联接传动比。 i 解：根据式（6-1） i Z2 t 12 0.75 2.5
控制软件是为完成机床数控而编制的系统软件，因为各数控 系统的功能设置、控制方案、硬件线路均不相同，因此在软件 结构和规模上相差很大，但从数控的要求上看，控制软件应包 括输入数据预处理、插补运算、速度控制、自诊断和管理程序 等模块。
系统整体安装调试与可靠性、抗干扰性复 核
满意否 工艺定型 编写技术文档资料 结束
第二节 数控机床
自1952年由美国帕森斯公司与麻省理工学院机构实验室研制成功 世界上第一台三坐标数控铣床以来，数控机床经历了硬件数控 （NC）、计算机数控（CNC）、多机台计算机直接群控（DNC） 和微机数控（MNC）五个发展阶段，形成了门类齐全、品种繁多的 数控机床，如数控车床、铣床、钻床、磨床和加工中心等。