用微机数控系统改造CK车床的设计.docVIP

目 录 1 引言 3 2 机床的数控化改造 3 2.1概述 3 2.2数控改造的必要性 3 2.3数控改造的优点 4 3 设计任务与总体方案的确定 4 3.1设计任务 4 3.2总体方案的确定 4 4 机械部分设计计算 6 4.1 谐振频率 6 4.2 高刚度 6 4.3 阻尼 7 4.4转动惯量 7 4.5 摩擦 8 4.6 其它部件的设计 8 5 数控系统硬件电路设计 9 5.1 数控系统基本硬件组成 9 5.2 单片机控制系统设计 9 5.3 光电隔离电路 10 5.4 功率放大电路 11 5.5 其它辅助电路 12 5.6 自动回转刀架的控制 12 5.7 螺纹加工的控制 13 5.8 地址编码 13 6 软件设计 13 6.1总体方案设计 13 6.2 圆弧插补程序设计 14 7 半闭环反馈系统的设计 16 7.1 检测元件的正确选用及其功能与特点 16 7.2反馈系统设计 16 8 课程设计体会 17 参考文献 17 CK6150车床的设计 西南大学工程技术学院，重庆 400716 1 引言 本设计是对CK6150普通车床进行设计改造，进给两坐标联动，采用单片机的半闭环控制系统。驱动元件为步进电动机，传动系统采用滚珠丝杠。这里，主要对原车床进行横、纵向进给机构改造，位置检测元件为光电编码器，经过改造后的系统能实现直线插补和圆弧插补，从而大大提高了普通车床的工作效率。 2 机床的数控化改造 2.1概述 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床不仅需要具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换。生产的需要促使了数控机床的产生。随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。改革开放二十年来，数控技术在企业中不断得到普及提高。与此同时，普通机床的数控化改造也在进行中。 2.2数控改造的必要性 数控机床可以较好地解决形状复杂，精密，小批，多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产效率。但是应用数控还受到其它条件的限制。 （1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小型企业常是心有余而力不足。 （2）目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费。 （3）通用数控机床对具体生产有多余功能。 要较好地解决上述问题，应走普通机床数控改造之路。从国外的经验来看，机床的数控改造必不可少，而且大有可为，尤其对一些中小企业更是如此。 2.3数控改造的优点 数控改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。数控改造有下列优点： （1）易于对现有的机床实现自动化，而且专业性强，没有多余功能。 （2）减少辅助加工时间，提高机床的生产效率。 （3）降低对工人技术等级的要求。 （4）数控改造费用低，可充分利用原有机床设备。 （5）数控改造的周期短，可满足生产急需。 3 设计任务与总体方案的确定 3.1设计任务 本设计任务是对CK6150普通车床进行数控改造。利用单片机对纵、横系统进行半闭环控制，进给两坐标联动。纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005 mm/脉冲。驱动元件采用步进电动机。传动系统采用滚珠丝杠。车床配有自动回转刀架（4位），具有切削螺纹的功能，并且系统能实现直线插补和圆弧插补。 3.2总体方案的确定 查看了有关资料，并且参照数控车床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经二级齿轮减速后，带动滚珠丝杆传动，从而实现纵向、横向的进给运动。其总体改造方案的结构框图见图A。 系统的运动方式和伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控车床应具有定位，直线插补（圆弧插补）。暂停，循环加工，螺纹加工等功能。故应选择连续控制系统。由于设计的是经济型数控车床，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减少改动量，以降低成本。故采用半闭环控制系统。 计算机系统 根据机床要求，采用8位微机，由于MCS-51系列单片机具有集成度高可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，采用MCS-51系列的8031单片机的扩展系统。经过改造后的机床数控半闭环系统的功能模块组成见下图。 图3-1 数控半闭环系统的功能模块组图 控制系统由微机部分、键盘及显示器，I/O接口及光电隔离电路，步进电机，功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 （3）机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙采用有预