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CA6140型车床的经济型数控改造设计(横向)说明书.doc

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CA6140型车床的经济型数控改造设计(横向)说明书.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书11前言12总体方案设计221机械部分改造222数控系统部分设计33机械部分改造设计431横向进给系统的设计与计算4311横向进给系统的设计4312横向进给系统的设计计算4313步进电机的选择732数控车床的传动装置设计7321螺旋传动7322轴的结构设计9323透盖的结构设计10324螺母座的结构设计1133自动转位刀架的设计124微机数控系统设计1441概述1442数控系统的硬件电路设计15421微机机型和扩展存储器的选择15422确定I/O接口17423键盘接口设计18424显示电路设计1943软件设计20431插补原理及其程序设计21432步进电机的控制及其程序设计235结论35参考文献36附录371前言国外利用数字计算机进行控制加工是从40年代开始的。1952年美国麻省理工学院在一台立式铣床上装了一套试验性的数控系统,成功地实现同时控制三轴的运动,它成了世界上第一台数控机床。此后,从60年代开始,其他一些工业国家如德国、日本等陆续地开发生产及使用数控机床。1974年微处理机直接用于数控机床,进一步促进了数控机床的普及应用和大力发展。随着数控机床的功能越来越完善,可靠性和性能越来越高,它在制造业中逐渐担当了越来越重要的角色。我国数控机床的研制是从1958年开始的,经历了几十年的发展,直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后,我国的数控技术才CA6140型车床的经济型数控改造设计横向2有质的飞跃,应用面逐渐铺开,数控技术产业才逐步形成规模。由于现代工业的飞速发展,市场需求变的越来越多样化,多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重,普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换,不仅资金投入太大,成本太高,而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快,特别是微电子技术和计算机技术的发展更快,应用到数控系统上,它既能提高机床的自动化程度,又能提高加工精度,所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。这样既可以提高加工生产率,改善加工工艺,还可以减少资金投入,减轻工人的劳动强度,缩短订购新的数控机床的交货周期时间。实践已经证明普通车床的经济型数控改造具有重大的实际价值,为此,在旧有车床上进行数控改造有着较好的市场前景。本课题来源于生产实践。将CA6140型普通车床改造成经济型数控车床,应能实现CA6140车床原有功能,在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。在整个设计过程中满足以下几点要求A.横向(X向)进给脉冲当量为0005MM/脉冲;B.进给速度范围向3~1000MM/MIN(无级调速)快进速度X向1000~3000MM/MIN内任意设定;C原车床的主传动系统予以保留,横向进给系统由微机实现开环控制,两轴联动;D刀架采用自动转位刀架,具有切削螺纹的功能;E改造方便,成本低。该设计的总体思路是采用以8031单片机为核心的数控装置控制加工过程。微机通过I/O接口发出驱动脉冲,经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路,驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号,并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号,使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠转动,从而使工作台产生移动,实现纵向、横向的进给运动。由于步进电机需要的驱动电压较高,电流较大,如果将I/O输出信号直接与功率放大器相连,将会引起强电干扰,轻则影响单片机程序运行,重则导致单片机接口电路的损坏,所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路,实现电气隔离。2总体方案设计由于该设计是经济型数控改造,在考虑具体方案时,应遵守的基本原则是在满足使用要求的前提下,对机床的改动尽可能少,以降低成本。21机械部分改造横向进给机构的改造拆掉原手动刀架和小拖板,安装上数控刀架;拆掉普通丝杆、光杆进给箱和溜板箱,换上滚珠丝杠螺母副;保留原手动机构,用于调整操盐城工学院本科生毕业设计说明书3作,原有的支撑结构也保留,采用一级齿轮减速,步进电机、齿轮箱体安装在中拖板的后侧。22数控系统部分设计数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续轮廓控制系统根据设计要求,CA6140车床要加工复杂零件轮廓,其各坐标轴的运动有着确定的函数关系。根据设计要求,本微机数控系统采用连续控制系统。采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。采用简易数控装置,以步进电机为驱动机构,实现在微机控制下的自动加工。其工作原理是根据加工零件的图样与工艺方案,用规定的代码和程序格式编写加工程序,通过数控装置上的键盘输入微机,微机在监控程序的管理下工作,并通过专用控制程序,把用户加工程序转化成一定频率和数量的脉冲信号,经驱动电路放大后驱动纵横向二台步进电机转动,通过机械接口传动丝杠实现刀架纵、横两个方向的频率。自动回转刀架由单片机发出换刀转位指令,由自动刀架驱动电源驱动三相电机使刀架松开、抬起、旋转后再自动锁紧而完成转位换刀过程。该经济型微机数控系统采用步进电机作为驱动元件。微机通过I/O接口发出驱动脉冲,经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路,驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号,并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号,使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠传动,丝杠转动使工作台产生移动。图21CA6140车床数控改造的总体方案示意图综上所述,本设计改造的总体方案为采用MCS51单片机对数据进行计算处理,由I/O接口输出步进脉冲,步进电机经一级齿轮减速后,带动滚动丝杠转动,从而实现纵向、横向的进给运动。数控改造后的车床不仅提高了原车床的精度和自动化程度,达到快速调整且仍能保持车床的通用性,而且提高了原车床的功能,利用数控方法准确地加工任意面的旋转体。光电隔离微机功率放大步进电机横向工作台XXCA6140型车床的经济型数控改造设计横向43机械部分改造设计31横向进给系统的设计与计算311横向进给系统的设计步进电机经减速后驱动滚珠丝杠,使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上,用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来,以保证同轴度,提高传动精度。312横向进给系统的设计计算已知条件工作台重(根据图纸粗略计算)W30KGF300N时间常数T25MS滚珠丝杠基本导程L4MM左旋行程S230MM脉冲当量P0005MM/STEP步距角075/STEP快速进给速度ΝMAX1MM/MINA切削力计算查参考文献1可得知,横向进给量为纵向的1/2~1/3,取1/2,则切削力约为纵向的1/2FZ1/2152767638KGF7638N(31)在切断工件时FZ05FZ05076383819KGF3819N(32)B滚珠丝杠设计计算A强度计算对于燕尾型导轨PKFYF'FZW(33)取K14F'02则P14381902(763830)7474KGF7474N(34)寿命值LI61060TINI610150001560135(35)

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