CJK6132数控车床及其控制系统设计【3张CAD图纸和说明书】

摘   要
在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。
进给方面，采用开环数控系统。采用步进电机开环数控系统已基本能满足进给精度的要求。数控系统采用单片机技术在总体性能上可以达到经济精密数控机床之列，达到较好的性价比。
我们采用磁刹车离合器。机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。机床采用立式四工位刀架。
该机床可以加工各种轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。作为通用型机床，特别适合汽车工业、摩托车行业、电子工业、航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度加工时采用。车床采用机、电、液综合运用。该机床整体设计符合国家标准。该机床能加工精度相对较高的工件。
关键词：    数控车床   CJ6132   分离传动   步进电机

Abstract
In this design, I have split the main using conventional design, Lathes the lord spread to move to adopt the liquid to press to manipulate the organization, and can realize 18 classes turn soon. Lathes principal axis is two prop up the construction, and before prop up to adopt the high accuracy bearings of C class, grease, and improved precision rotary, and so that the machine spindle has a good accuracy and rigidity.
I adopt using open-loop CNC system in Feed aspects . Using open-loop stepper motor CNC system has been basically able to meet the requirements of precision feed. Numerical control system uses microcontroller technology.Performance can be achieved in the overall economy of the column precision CNC machine tools to achieve better cost performance.
We use the monolithic electromagnetic brake clutch.Lathes two stalks enter the system to adopt the step the glide for typical model for entering the electrical engineering drive recirculating-ball screw  spreading moving the way, among the skateboard and bed saddle and bed saddle and bed body to stick to have the TSF guide plate,lide coefficient of friction very small, is beneficial toed to increase the Lathes of quickly respond to the function and produce the efficiency.We adopt vertical 4-position turret
The machine can process a variety of shaft ,disk types.It also can cut all kinds of thread、arc、cone、and rotary inside and outside of the body surface. Lathes adopt mechanical, electrical and hydraulic integrated. The overall design of the machine is in line with national standards.The machine can be a relatively high machining precision parts.
Key phrase:   Numerical control    CJK6132   Apart driver       Stepper Motor

目 录
第一章、总体方案设计…………………………………………………………………1
　　1.1数控机床的主要组成部分………………………………………………………1
1.2主传动的组成部分………………………………………………………………1
1.3机床的主要技术参数……………………………………………………………2
1.4机床主要部件及运行方式的选定……………………………………………3
1.5车床各部件的特性………………………………………………………………3
第二章、机床主传动设计…………………………………………………………………5
2.1主要技术参数的确定………………………………………………………………5
2.2主轴转速………………………………………………………………………………6
2.3运动参数………………………………………………………………………………6
2.4转速范围及公比的确定……………………………………………………………8
2.5结构式与结构网的确定……………………………………………………………9
2.6系统图的拟定………………………………………………………………………9
2.7电动机参数的选择…………………………………………………………………10
2.8齿轮传动的设计计算………………………………………………………………11
2.9轴的设计计算………………………………………………………………………13
第三章、进给系统的设计计算…………………………………………………………15
3.1纵向进给系统的设计计算…………………………………………………………15
3.2步进电动机的控制及择……………………………………………………………18
第四章、数控系统设计……………………………………………………………………23
4.1单片机系统控制设计的基本要求………………………………………………23
4.2数字控制系统框图…………………………………………………………………23
4.3数控系统的硬件特点………………………………………………………………24
4.4控制系统及芯片的选择……………………………………………………………24
4.5存储器及系统扩展设计……………………………………………………………24
4.6键盘及键盘接口设计………………………………………………………………26
4.7自动转位刀架控制…………………………………………………………………27
4.8显示器接口设计……………………………………………………………………28
4.9标准型数控系统……………………………………………………………………30
第五章、数控机床部分控制程序……………………………………………………33
5.1LED动态显示程序设计……………………………………………………………33
5.2串行扩展口的键盘、显示器接口电路软件设计……………………………35
5.3步进电机控制程序的设计…………………………………………………………37
结论………………………………………………………………………………………………40
致谢………………………………………………………………………………………………41
参考文献……………………………………………………………………………………42
第一章、总体方案设计
随着社会的进步及科技的发展，产品更新换代的速度不断加快，机床工业是机器制造业的重要部门，人们对产品多样化的需求不断增加，使得机械加工经历了用机器代替手工，从作坊形成工厂，由单件生产发展到多品种小批量生产方式和机械制造的柔性化、系统化、智能化生产方式三个发展阶段。设计机床的目标就是选用技术先进、经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，不断的吸收国外的成功经验，不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、造型美观、使用方便、结构简单、维修容易、耗能少、成本低的现代化机床。本次设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。数控系统采用廉价的单片机控制技术，以满足普通加工机床对价格的要求。
1.1数控机床的主要组成部分
1.1.1主机　包括机床身、主轴、进给机构等机械部件。
1.1.2数控装置　是数控机床的核心，包括硬件以及相应的软件。
1.1.3驱动装置　是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
1.1.4辅助装置　它大致包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
1.1.5 箱体　各个传动机构和装置都安装在箱体中，为保证其相互位置的准确性以及机床的安全性。本设计采用灰铁铸造箱体。
1.1.6 刀架　数控机床中采用自动转位刀架来实现对刀架的自动控制，。
1.1.7编程及其他附属设备  可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
1.2主传动的组成部分
数控机床主传动装置是变频电机通过皮带带动主轴旋转，传递切削所需要的功率和速度的部件。
主传动包括动力源（电动机）、主轴组件、定比传动机构、变速装置、操纵机构等十部分组成。
1.2.1动力源　步进电动机给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。
1.2.2 主轴部件　主轴部件是影响机床加工精度的主要部件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，它的回转精度将直接影响到工件的加工精度。
1.2.3 定比传动机构　具有固定传动比的传动机构，本设计中采用齿轮和带传动。
1.2.4变速装置　传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用一个背轮机构和两个滑移齿轮变速组使主轴获得18级转速。
1.2.5 操纵机构　控制机床主轴的变速、换向、开停及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动均采用电控制。
1.2.6 开停装置　用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中选用电动机直接控制。
1.2.7 制动装置　用来控制主轴迅速停止转动的装置，本设计中采用电磁式制动器。
1.2.8 换向装置　用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中选用电动机直接换向。
1.2.9 润滑与密封　本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。
1.3机床的主要技术参数
CJK6132经济型数控车床的主要技术参数及加工范围技术参数
项目         单位        规格
床身上最大回转直径 mm 320
最大切削直径 mm 320
最大切削长度 mm 750
最大工件长度 mm 750
床鞍（滑板）上最大切削直径 mm 250
主轴孔径 mm 350
主轴转速范围 r/min 40~1800
主轴转速级数   18级
主轴前端锥孔 莫氏6号锥度
主轴电机输出功率 （普通）5 kW
中心高 距床身 mm 250
距地面 mm 1130
尾座套筒行程 mm 150
尾座套筒直径 mm 65
尾座套筒锥孔锥度 莫氏5号
1.4机床主要部件及运行方式的选定
1.4.1主运动的实现　根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。其中，主轴箱与变速箱采用带传动连接，变速箱与电动机至于机座内。
1.4.2进给运动的实现　本设计中采用步进电机开环控制系统，机床进给运动都是由单片机进行数字控制，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，齿轮的间隙采用偏心环调整。
1.4.3数字控制的实现　采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，根据需要可将按钮放在方便的位置上。
1.4.4其它零部件的选择　考虑到生产效率以及经济成本，比如行程开关以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外出采购形式。
1.5车床各部件的特性
1.5.1床身　机床床身采用优质铸铁，床身整体刚性高。滑动导轨面采用中频淬火。硬度达 HRC52以上，拖板滑动面贴塑，使得进给系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都达到最佳状态。
1.5.2 床头箱结构　机床主轴为二支撑结构，机床采用单片式电磁刹车离合器，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。
1.5.3 刀架　机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。
1.5.4进给系统　机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式。
1.5.5卡盘　机床标准配置为_250手动卡盘。
1.5.6尾座　采用手动尾座。
1.5.7冷却系统　冷却箱放在后床腿中
1.5.8安全保护　当机床遇到外部突然断电或自身故障时，冷却电机等如已在“启动”状态下，将进入“停止”状态；如已在“停止”状态下则不可自行进入启动状态。另外由于机床计算机内的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电或发生故障时，计算机内存储的程序菜单不会丢失。
机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行“急停”；对一般报警实行“进给保持”；对操作错误只进行“提示”。
1.5.9电气系统　为保障设备和人身安全，在电路的动力回路设有短路保护和过流保护。