C616车床数控改造设计【4张CAD图纸和说明书】

摘要

    介绍普通C616车床的数控改造，因为我国多年积累了大部分的普通机床，自动化程度低，想要短期内大量更换新机床，是不现实的。为了节省资金，提高生产效率，所以要对普通车床进行数控改造。

  采用MCS－51系列单片机控制经济型数控机床，用步进电机来驱动进给系统，实现自动加工。原理为：根据加工零件的图样与工艺方案，通过单片机控制，转化成脉冲信号，经放大电路后驱动纵向和横向步进电机，通过滚珠丝杠实现刀架纵向、横向两个方向的进给，以完成工件的加工。

数控改装后的车床在纵向和横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。改造后车床可以加工出各种形状的复杂的回转零件,并能实现多工序自动车削,从而提高了生产效率和加工精度,也能适应小批量多品种复杂零件的加工.

关键词  数控改造；进给系统；步进电机；单片机 

目   录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 数控改造的必要性 1

1.3 设计任务 2

第2章 设计任务与总体方案的确定 3

2.1 设计任务 3

2.2 总体设计方案确定 3

第3章 机床进给伺服系统机械设计计算及结构设计说明 5

3.1 主要设计参数如下 5

3.2 确定脉冲当量 5

3.3 纵向进给系统的设计计算 5

3.3.1 已知条件 5

3.3.2 切削力计算 6

3.3.3 滚珠丝杠设计计算 6

3.3.4 齿轮及转矩的有关计算 8

3.4 横向进给系统的设计计算 10

3.4.1 横向进给系统的设计 10

3.4.2 横向进给系统的计算 10

3.5 步进电机的选择 14

3.5.1 步进电机选用的基本原则 14

3.5.2 步进电机的选择 16

第4章 数控系统的硬件电路设计 18

4.1 绘制系统电气控制结构框图 18

4.2 单片机控制系统设计 19

4.2.1 8031单片机的基本特性 19

4.2.2 8031芯片引脚功能 19

4.3 存储器扩展电路 20

4.3.1 8031与EPROM的连接 20

4.3.2 数据存储器的扩展 20

4.3.3 程序存储器的扩展 21

4.4 I/O接口电路及辅助电路设计 21

4.4.1 I/O接口电路 21

4.4.2 辅助电路设计 22

4.5 绘制微机控制电路原理图 24

4.5.1 控制系统的功能 24

4.5.2 采用软件环形分配图 24

4.5.3 自动回转刀架的控制 24

4.5.4 螺纹加工控制 24

4.5.5 地址编码 24

结论 26

参考文献 27

致谢 28

第1章绪论

1.1课题背景

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的不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生长率，而且应能迅速的适应产品零件的变换。我国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，数控车床迅速发展起来。

我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6％。我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。

1.2数控改造的必要性

数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

    由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 

    可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。

    由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。

加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

    拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。

由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。

1.3设计任务

本课题是将普通C616车床改造MCS－51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电机开环控制，纵向和横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。

1.4本章小结

本章主要介绍了论文的课题背景，数控改造的必要性以及设计任务。

第2章设计任务与总体方案的确定

2.1设计任务

本设计任务是对C616普通机床进行数控改造。利用MCS－51系列单片机对纵向横向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。

设计参数如下：

    最大加工直径：

在床面上：                               320mm

在床鞍上：                               175mm

最大加工长度：                             700mm

快进速度：

 纵向：                                   2.0m/min

 横向：                                   1.2m/min

最大切削进给速度：

纵向：                                   0.5mm/min

 横向：                                   0.25mm/min

代码制：                                   ISO

脉冲分配方式：                             逐点比较法

输入方式：                                 增量，绝对值通用

控制坐标数：                               2

最小指令数：

 纵向：                                    0.01mm/脉冲

 横向：                                    0.005mm/脉冲

刀具补偿量：                               0～99.99mm

进给传动链间隙补偿量：

 纵向：                                    0.15mm

 横向：                                    2.5mm

自动升降速性能：                           有

2.2总体设计方案确定

由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，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。