机械系毕业论文CK5116A立式车床数控的数控化改造

XXXX 学院毕业论文I XXXX 学院毕业论文（设计）题 目 CK5116A 立式车床数控的数控化改造 系（分院） 专业班级 指导教师 姓名 职称 日 期 XXXX 学院毕业论文II XXXX 学院毕业论文（设计）任务书专业班级 学生姓名 题 目 CK5116A 立式车床数控的数控化改造 上交论文（报告）日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 指导日期： 年 月 日 XXXX 学院毕业论文III本人声明我声明，本论文及设计工作是由本人在指导导师的指导下独立完成。尽我所知，在完成论文时利用的一切资料均已在参考文献中列出。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。作 者 签 名 ： 日期： 年 月 日XXXX 学院毕业论文IV目 录摘 要 .IV1 总体方案的设计 .11.1 设计任务 .11.2 总体方案的论证 .11.2.1 机械部分的改造设计 .31.2.2 伺服进给系统的改造设计 .41.2.3 数控系统的硬件电路设计 .41.3 总体方案的确定 .42 机械部分的改造设计 .52.1 纵向进给系统的改造设计 .52.1.1 纵向滚珠丝杠副的选用 .52.1.2 步进电机的选用 .92.2 横向进给系统的改造设计 .122.2.1 横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用 .122.2.2 横向步进电机的选用 .172.3 齿轮传动间隙的调整 .193 电气控制部分的设计 .223.1 单片机的选择 .223.2 步进电机的驱动 .233.2.1 环形脉冲分配器的选择 .243.2.2 功率放大器的选用 .25XXXX 学院毕业论文V 3.3 步进电机的微机控制 .273.3.1 串行控制 .283.3.2 并行控制 .284 结论 .29参考文献 .30致谢 .30XXXX 学院毕业论文VI摘 要本文针对现有常规 CK5116A 立式车床数控的实际情况提出数控改装方案和单片机系统设计，以提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了 CK5116A 机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以 8031 为 CPU 的控制系统对信号进行处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，XXXX 学院毕业论文VII经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。关键词：数控 单片机 步进电机 滚珠丝杠 改造辽宁职业学院毕业论文1 1 总体方案的设计1.1 设计任务本设计任务是对 CK5116A 普通车床进行数控改造。利用单片机对纵、横向进给系统进行控制，纵向（Z 向）脉冲当量为 0.01mm/脉冲，横向（X 向）脉冲当量为 0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。1.2 总体方案的论证 对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。一般数控系统应包括以下五大要素和功能，其图如下：动力设备（运转）传感器（检测） - 微机（控制） - 执行机构（驱动）机械主体（加工）辽宁职业学院毕业论文2 此五个要素的工作结构示意图如下：控 制 设 备伺服系统辅助控制装置测量反馈装置机械传动部（1）输入、输出设备 主要作用：编制程序、输入数据，程序输出、显示器。（2）微机控制设备可先用专用计算机 PC、PLC 、或者单片机。功能：完成零件的测量及精度的保证，产生脉冲信号。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是 Z80CPU 和 MCS-51 系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以 MCS-51 系列单片机，51 系列相对 48 系列指令更丰富，相对 96 系列价格更便宜，51 系列中，是无 ROM 的 8051，8751 是用EPROM 代替 ROM 的 8051。目前，工控机中应用最多的是 8031 单片机。本设计以 8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。 （3）伺服系统包括：伺服电机、伺服控制系统线路、驱动电路、执行机构功能：将微机控制设备产生的脉冲信号转化为电机执行机构的速度和位移。伺服电机有：功率步进电机、直流伺服电机、交流电机。本设计选用输入、输出设备辽宁职业学院毕业论文3 步进电机作拖动元件。因为数控系统发出的指令仅使床鞍运动而没有位置检测和信号反馈，故实际移动值和系统指令如果有差别就会造成加工误差。（4）测量反馈装置测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，将执行机构的速度、位置信号测量出来反馈到控制装置中。根据测量结果修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。我的这次车床的改造，因为是简易的改造，我们这次改造就没有使用测量反馈装置。（5）机械传动包括传动机构、工作台、床身、支柱等。（6）辅助控制、手动（点动） 、限位、紧急停车的实现。1.2.1 机械部分的改造设计 数控机床的机械部分在刚度、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。因此，不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了机床数控改造的目的。而是应该从机床自身的价值考虑，分析改造要达到的目标和所需投入。从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值。对被改造机床的结构、性能、精度等技术现状作全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否符合改造要求，部件结构是否仍然完好，各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用，各项精度是否满足要求，机床在加工中是否存在故障和历史上有无出现过重大故障。从该机床的投入产出率估算，确定最终改造方案。为了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杠。为了保证一定