C620普通车床数控改造设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量， 答辩无忧 摘 要 针对现有常规 遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，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 械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以 8031 为 控制系统对信号进行处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，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。 改造过程如下： （ 1）机械部分的改造，包括纵向进给方向的改造和横向进给方向的改造。主要包括对滚珠丝杠螺母副及反应式步进电机的计算选择及纵向 、横向机构装配图方案的制定。 （ 2）电气 控制 部分的 设计 ，主要 包括 列单片机及扩展 芯片 的选用 和电气控制图的设计。 关键词：数控 ， 单片机 ， 步进电机 ， 滚珠丝杠 ， 改造 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 o of 620, a of is to s to of of We 031 as to 。 by to as 1)of to to of to of to of of (2)of of 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目 录 摘 要 . 文摘要） . 目 录 . 引 言 . 1 第一章 总体方案的设计 . 3 计任务 . 3 体方案的论证 . 3 械部分的 改造设计 . 3 服进给系统的改造设计 . 4 控系统的硬件电路设计 . 4 体方案的确定 . 5 第二章 机械部分的改造设计 . 6 向进给系统的改 造设计 . 6 向滚珠丝杠副的选用 . 6 定系统脉冲当量 . 7 削力的计算 . 7 珠丝杠副的设计、计算和选型 . 7 进电机的选用 . 11 冲量的计算 . 11 效负载转矩的计算 . 11 效转动惯量 的计算 . 12 进电机型号的选择 . 12 向进给系统得改造设计 . 13 向滚珠丝杠副的选用 . 13 定系统的脉冲当量 . 13 削力的计算 . 13 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 珠丝杠副的设计、计算和选型 . 14 向步进电机的选用 . 17 冲量的计算 . 17 效负载转矩的计算 . 17 效转动惯量的计算 . 18 进电机型号的选择 . 18 轮传动间隙的调整 . 19 第三章 电气 控制 部分的设计 . 22 片机的选择 . 22 进电机的驱动 . 23 形脉冲分配器的选择 . 24 率放大器的选用 . 25 进电机的微机控制 . 28 结论 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 引言 现代工业技术的发展，特别是能源部门的需求，使高温高压水广泛应用于相关的领域中，对国民生产和人民生活起着越来越重要的作用，例如： 机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同 时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。 数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 数控机床与普 通机床相比，其主要有以下的优点： 1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件 ； 在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生产效率高； 4. 减轻劳动强度，改善劳动条件； 5. 良好的经济效益； 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 6. 有利于生产管理的现代化。 数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国 产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右，差 距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控 、数显、 术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。 1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性 。 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第一章 总体方案的设计 计任务 本设计任务是对 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 冲，横向（ 冲当量为 冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副 。 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。 械部分的改造设计 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。为了保证一定的传动精度和 平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载荷的结构。传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构。 此设计过程主要是纵向进给和横向进给的改造，关键是步进电机和滚珠丝杠的选用。 改进后的车床简易传动系统如图 1 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 1进后的车床传动系统 数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分 。 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。所以，本设计决定采用开环控制系统。 控系统的硬件电路设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。 在设计的数控装置中， 选择是关键，选择 考虑以下要素： 2. 可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关； 3. I/O 口扩展的能力与对外设控制的能力相关 。 在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是 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。本设计以 8031 芯片买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 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。 体方案的确定 经总体设计方案的论证后，确定 床经济型数控改造 方案 。 手动变速。车床的纵向（ Z 轴）和横向（ X 轴）进给运动采用步进 电机驱动。 将原来机床的普通丝杠改为滚珠丝杠以减小摩擦力。并将 8031 单片机组成 的 微机作为数控装置的核心，由 I/O 接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第二章 机械部分的改造设计 向进给系统的改造设计 滚珠丝杠副的选用 滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间 隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。 滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动副相比，有下列特点： (1) 传动效率高 一般滚珠丝杠副的传动效率达 90 95，耗费能量仅为滑动丝杆的 1/3。 (2) 运动平稳 滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。 (3) 工作寿命长 滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度 (62)、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的 410倍以上。 (4) 定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。 (5) 同步性好 用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。 (6) 可靠性高 润滑密封装置结构简单，维修方便。 (7) 不能自锁 用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 (8) 制造工艺复杂 滚珠丝杆和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。 在数 控机床中，一个脉冲所产生的坐标轴位移量叫做脉冲当量，通常用 表示，也称机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数 ， 按机床设计的加工精度选定。本设计所要求的脉冲当量为： 纵向（ Z 向）脉冲当量为 冲，横向（ X 向）脉冲当量为 冲 。 削力的计算 在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都要用到切削力。 现我们利用经验公式计算主切 削力。 车床的主切削力 )(用下式计算： F Z 式中 车床床身加工的最大直径单位为 因 身加工的最大直径 410 ： 6 24 1 按以下比例分别求出 分力: 391， 226珠丝杠螺母副的设计、计算和选型 滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择机构类型：确定滚轴循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定后，再计算和确定其他参数，包括：公称直径 d 、导程0L、滚珠的工作圈数 j 、列数 k 、精度等级等。 本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式 中的固定式。滚珠丝杠副的预紧方法选择双螺母螺纹预紧。 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 2 - 1 双 螺 母 螺 纹 调 隙 式 结 构1 、 2 - 单 螺 母 3 - 平 键 4 - 调 整 螺 母12 34(1)计算进给率牵引力而其数值大小和导轨的形式有关。 纵向进给导轨为三角形，则： )( N) 三角形导轨选取参数： 0 0, (2)计算最大动负荷 C 选用滚珠丝杠副的直径0须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100 万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负荷 C 。计算步骤如下： 丝杠转速01000Ln s 其中 s = m 60 L m 6 0 寿命61060 （ 500125606 最大动负荷 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 (3)计算最大静负荷 当滚珠丝杠副在静态或低速（ ）情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形，当塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生大的塑性变形量的负载称为允许的最大静负荷0C。选取静态安全系数，滚珠丝杠的最大轴向负荷 2254m a x 5 1 0 82 5 5 42m a fC s。 (4)选择 滚珠 丝杠副 见 表 2)传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 0 4 7 42t an t 00 表 2珠丝杠副参数 型号 公称直径 螺旋升角 丝杠外径)(丝杠内径)(额定动载荷)(N 丝杠长度 额定静载荷)(N 40 6 442o 24100 1200 82400 (6)刚度 校核 主要校核滚珠丝杠在工作负载 共同作用下引起的每导程变形量 L 是否符合丝杠精度要求。 每导程变形量 L 可按以下公式计算 2 0021 m 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 选取 )( 221 )( 1 74 FL m 5401 2554 402 其中： 4441 4 2 5 54 则 ： 21 45 0 0 0 2 9 01 0 01 查表所得，所 选用的 D 级丝杠精度允许误差 为 0 ，满足要求。 (7) 稳定性校核 机床在进给时滚珠丝杠通常 是受轴向力的一压杆。若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生翘曲，所以选用时必须进行稳定性校核。如果满足稳定性安全系数则丝杠安全，不会失稳 ： )( 式中 ( 许用稳定性安全系数，一般取 4。 丝杠失稳时的临界负载，由 ： 2)( 式中 l 丝杠长度 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 丝杠轴端系数，由支承条件定 。 J 截面惯性矩，对实心圆 4164对于水平丝杠要考虑自重影响可取 ( 4。 将相关数据代入上式中可得 Np k 1 1 5 7 76)12001( 462 )(4525 5411 577 6 kk 丝杠不会失稳。 进电机的选用 初选三相步进电动机的步距角为 00 当三相六拍（ 1 2 相励磁）运行时，步距角 其妹转脉冲数 8 03 6 0 000 脉冲当量： 由此可得中间齿轮传动比 i 为 0 4 0 T 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 计算 丝杠的转动惯量 0 2 3 w 52222 2 52 Z ，小齿轮齿数 361 Z ，模数 。 2342422 0 0 0 5 0 5 g 0 0 4 1 4 g 换算到电动机轴上的总惯性负载 221 i 2 3 0 5 0 5 0 0 4 7 0 4 1 4 选择 已知 23103.2 初选步进电机型号为 110距角 相六拍。其中最大静扭矩 8m ，由此可得： a x , 233 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 141 经验算可知电动机合格。 110进电机的外观图及矩频特性图如图 外型图 : 图 210进电机的外观图及矩频特性图 向进给系统的改造设计 横向进给方向的设计过程同纵向方向相同。 横向（ X 向）脉冲当量为 冲 。 计算 车床的主切削力 )(用下式计算 ： F Z 式中 车床 刀架 加工的最大直径单位为 因 身加工的最大直径 210 ： 2 0 3 92 1 按以下比例分别求出分力: 10， 文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 算和选型 滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择机构类型：确定滚轴循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定后，再计算和确定其他参数，包括：公称直径 d 、导程0L、滚珠的工作圈数 j 、列数 k 、精度等级等。 本设计中选择滚珠循环方式为内循环 方式中的固定式。滚珠丝杠副的预紧方法选择双螺母 螺纹 预紧。 (1)计算进给率牵引力而其数值大小和导轨的形式有关。 横 向进给导轨为 燕尾 形，则： )2( 60051022039(燕尾 形导轨选取参数： 00, (2)计算最大动负荷 C 选用滚珠丝杠副的直径0须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100 万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负荷 C 。计算步骤如下： 丝杠转速01000Ln s 其中 s = m 50 L m 5 0 寿命61060 （ 500120606 最大动负荷 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 (3)计算最大静负荷 当滚珠丝杠副在静态或低速（ ）情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生变形，当塑性变形超过 一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。产生大的塑性变形量的负载称为允许的最大静负荷0C。选取静态安全系数，滚珠丝杠的最大轴向负荷 a x 4 7 32m a fC s (4)选择 滚珠 丝杠副 表 2珠丝杠 副 参数 型号 公称直径 螺旋升角 丝杠外径)(丝杠内径)(额定动载荷)(N 丝杠长度 额定静载荷)(N 20 5 334 12650 280 31600 (5)传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 2 7 9 34t an t 00 (6)刚度 校核 主要校核滚珠丝杠在工作负载 共同作用下引起的每导程变形量 L 是否符合丝杠精度要求。 每导程变形量 L 可按以下公式计算 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 2 0021 m 选取 )( 221 )( FL m 4401 302 其中： 4341 5 则 21 34 0 0 2 01 0 01 查 手册 所得，所选用的 G 级丝杠精度允许误差为 0 ，满足要求。 (7) 稳定性校核 机床在进给时滚珠丝杠通常是受轴向力的一压杆。若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生翘曲，所以选用时必须进行稳定性校核。如果满足稳定性安全系数则丝杠安全，不会失稳 ：)( 式中 ( 许用稳定性安全系数，一般取 4。 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 丝杠失稳时的临界负载，由 ：2)( 式中 l 丝杠长度 丝杠轴端系数，由支承条件定。 J 截面惯性矩，对实心圆 4164对于水平丝杠要考虑自重影响可取 ( 4。 将相关数据代入上式中可得 Np k 72 362 801( )(6 0 0 7 3 kk 丝杠不会失稳。 向步进电机的选用 初选三相步进电动机的步距角为 00 当三相六拍（ 1 2 相励磁）运行时，步距角 其妹转脉冲数 ： 8 03 6 0000 初选脉冲当量： 由此可得中间齿轮传动比 i 为 0 1 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 T 计算 0 0 0 3 量w 52222 02 Z ，小齿轮齿数 241 Z ，模数 。 2342422 0 0 0 7 g 0 0 0 8 g 换算到 电动机轴上的总惯性负载 221 )( 220 0 0 27 0 0 03 0 0 0 00 8 0 08 选择 已知 2524 初选步进电机型号为 90距角 相六拍。其中最大静扭矩 子惯量 ，由此可得： 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 a x , 255 141 经验算可知电动机合格。 电动机外形图 及矩频图 如 图 2 图 210进电机的外观图及矩频特性图 轮传动间隙的调整 在横向进给和纵向进给的步进电机和滚珠丝杠间都是通过一对减速直 齿轮传动的，这就要求我们对齿轮的传动间隙进行调整。 常用的直齿轮调整齿侧间隙的方法有以下几种。 (1)偏心套 (轴 )调整法 如图 2示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮 4 装在电机输出轴上，并将电机 2 安装在偏心套 1(或偏心轴 )上，通过转动偏心套 (偏心轴 )的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正 、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 2心套式间隙消除机构 1 偏心套 2 电动机 3 减速箱 4、 5 减速齿轮 (2) 轴向垫片调整法 如图 2示，齿轮 1 和 2 相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片 3 使齿轮 2 沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片 3 的厚度应使得齿轮 1和 2 之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套 (轴 )调整法。 图 2柱齿轮轴向垫片间隙消除机构 (3) 双片薄齿轮错齿调整法 这种消除齿侧间隙的 方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区，具体调整措施如下： 买文档就送您 01339828或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 周向弹簧式 (图 2 在两个薄片齿轮 2 和 4 上各开了几条周向圆弧槽，并在齿轮 3 和 4 的端面上有安装弹簧 2 的短柱 1。在弹簧 2 的作用下使薄片