C6163型车床的经济型数控改造设计01带CAD图
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c6163
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C6163型车床的经济型数控改造设计01带CAD图,c6163,车床,经济型,数控,改造,设计,01,cad
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株 洲 工 学 院 20*届毕业设计（论文） 材 料 院(系)、部： 学生姓名： 指导教师： 职称 职称 专 业： 班 级： 学 号： 20* 年5 月材料清单1、毕业设计（论文）课题任务书2、毕业设计（论文）开题报告3、中期检查表4、指导教师评阅表5、评阅教师评阅表6、答辩及最终成绩评定表7、毕业设计说明书8、附录材料20*届毕业设计（论文）课题任务书院(系)：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师 学生姓名 课题名称 C6163型车床的经济型数控改造设计内容及任务将C6163型车床改造成用MCS51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向：0.01mm/脉冲， 横向：0.005mm/脉冲。其主要的参数：最大加工直径：在床面上：630mm 在床鞍上:320mm最大加工长度：1000mm快进速度：纵向：2.0m/min 横向：1.0m/min最大进给速度：纵向：0.5m/min 横向：0.25m/min代码制：ISO脉冲分配方式：逐点比较法输入方式：增量值. 绝对值通用。控制坐标数：2最小指令值：纵向： 0.01mm/step 横向： 0.005mm/step刀具补偿量：099.99mm进给传动链间隙补偿量：纵向： 0.15mm 横向： 0.075mm自动升降速性能： 有拟达到的要求或技术指标普通C6163车床改造成经济型简易数控，且有较高的使用价值，提高生产能力，具有自动换刀的能力，由脉冲编码器的脉冲来确定是否加工螺纹，精确度大大的提高，减少工人的操作时间，获得很多的经济效益。将C6163型车床改造成用MCS51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向：0.01mm/脉冲， 横向：0.005mm/脉冲。 进度安排起止日期 工作内容备注20*.1120*.120*.120*.320*.320*.6调研、收集资料，熟悉课题内容，完成开题报告对普通的车床的进行了解，主要是对其中的零部件 它们的材料、作用、性能等。对设计说明书进行论证及其机械部分计算，同时设计绘图机械传动部分，设计绘制电路原理图，绘制加工程序及整理说明书。主要参考资料1 顾维邦.金属切削机床概论.M北京:机械工业出版社,2005.117 2 李广第,朱月秀,王秀山.单片机基础. M北京:北京航天航空大学出版社,2001.1152193 机械设计手册编写组编.机床设计手册2 M.北京:机械工业出版社, 1980.670674 4 机械设计手册编写组编.机床设计手册3. M北京:机械工业出版社, 1986.4955005 黄康美数控加工编程M上海：上海交通大学出版社，2004.64946 华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学. M机床设计图册.上海: 上海科学技术出版社 ，1979.84877 雷晓玲.综合作业指导书，M北京:机械工业出版社 ，2000.2308 刘朝儒,高政一,彭福荫.机械制图第三版. M北京:高等教育出版社 ，1988.577606 10 张建刚，胡大泽.数控技术. M武汉:华中科技大学出版社，2000.1218811 孙恒,陈作模.机械原理第六版. M北京:高等教育出版社，2000.341347教研室意见年 月 日院(系)主管领导意见年 月 日株 洲 工 学 院 20*届毕业设计（论文）材 料 院(系)、部： 学生姓名： 指导教师： 职称 职称 专 业： 班 级： 学 号： 20*年 5 月 20 日 毕业设计（论文）开题报告1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写15002000字左右的文献综述。 在经济全球化和全球信息化以及我国加入世贸组织（WTO）的新形势下，“以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式的发展”已列入我国今后的战略发展规划。面向国民生产经济建设主战场，围绕执照业和经济发展的需求，整合科技资源、加快信息技术向传统产业渗透，使落实这一战略的重要举措。经济型数控是我国80年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造车床，投资少、见效快，成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。2.要研究或解决的问题、拟采用的方法或技术路线：从本设计中我主要是进给系统、 硬件设计和机械传动方式。（1）系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。（2）计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用MCS51系列的8031单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。（3）机械传动方式为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杆。为了保证一定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。3.成果预测：对普通车床的改为数控车床后，这样提高经济效益，提高了工厂的竞争的能力。4.时间进度计划： 20*.11到20*.1调研、收集资料，熟悉课题内容，完成开题报告 20*.1到20*.3 对普通的车床的进行了解，主要是其中的零部件的材料、作用、性能等。20*.3到20*.5和20*.5到20*.6对设计说明书进行论证及其机械部分计算，同时设计绘图机械传动部分，设计绘制电路原理图，绘制加工程序及整理说明书。 5.指导教师意见（对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见）： 指导教师_ 年 月 日6.教研室意见： 教研室主任_ 年 月 日株洲工学院毕业设计（论文）中期报告院（系） 班级 学生姓名 指导教师 课题名称：C6163型车床的经济型数控改造设计课题主要任务：将C6163型车床改造成用MCS51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果自开题到现在，本人在所查阅的资料对C6163的进行了解，掌握改造的方法，能够单独进行改造。2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排 接下来的主要任务是通过AUTOCAD和Protell等软件进行了解，对装配图和电路图进行绘制。3、存在的具体问题 由于在学校学理论，自己动手太少，缺乏一些创新的改造，往往在设计方面根据书本来，很少灵活运用，。4、指导教师对该生前期研究工作的评价 选题合理，对题目所涉及的背景知识较为了解。改造设计合理，方法正确，论述充分，语言表达清楚，有条理，如能再多一些实际工程经验更好。指导教师签名： 日 期： 株洲工学院20*届毕业设计（论文）指导教师评阅表院、系： 学生姓名 学 号 班 级 专 业 指导教师姓名 课题名称 C6163型车床的经济型数控改造设计评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日株洲工学院20*届毕业设计（论文）评阅教师评阅表院、系： 学生姓名 学 号 班 级 专 业 评阅教师姓名 课 题C6163型车床的经济型数控改造设计评语：（对论文学术评语（包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性）针对课题内容给设计者（作者）提出不少于3个问题，作为答辩时的必答题1.2.3.选题与文献综述（20分）分值：创新性(15分)分值：基础理论和专门知识(35分)分值：作者写作、表达能力(30分)分值：合 计分值：是否同意参加答辩是 否评阅人（签名）： 年 月 日株洲工学院20*届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评 定 表院、系（公章）： 学生姓名 学号 班级 答辩日期课题名称C6163型车床的经济型数控改造设计指导教师刘吉兆钱书琨成 绩 评 定分值评 定小计教师1教师2教师3教师4教师5课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 25指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 50评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 25最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日C6163型车床的经济型数控改造设计1 概 论1.1 数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1.2国内数控机床状况分析1.2.1国内数控机床现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。1.2.2 国内数控机床的特点： (1) 新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 (2) 数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率 从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 (3) 数控机床发展的关键配套产品有了突破。 1.3 数控系统的发展趋势1.3.1继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。1.3.2向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。1.3.3向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。(1)应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。(2) 引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。(3) 引入故障诊断专家系统(4) 智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。1.4机床数控化改造的必要性1.4.1微观看改造的必要性从微观上看，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。(1) 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。 (2) 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37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。 (3) 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。 (4) 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 (5) 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。 (6) 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。 1.4.2宏观看改造的必要性从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。数控化改造的市场空间 机床的数控化改造是一个方兴未艾的行业，从各种统计数字上看前途应该是十分光明的，例如：在美国，日本和德国等发达国家，它们的机床改造能作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造是一个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业所以不难看出：(1) 国内的市场我国目前机床总量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0.60.8万台，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。 (2) 进口设备和生产线的数控化改造市场我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从19791988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。机床改造的效益分析提高机床数控化效率有两个途径：一是购买新的数控机床；二是对旧的机床进行改造而对于一个机床拥有量大，经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率是一个极其有效和使用的途径，采用第二种方法有以下的优点：a) 减少了投资和交货的期限 同购置新的数控机床相比，一般可以节省60%到80%的费用，改造的费用大大减低。b) 机械的稳定性可靠 机床的床身，立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而铸件越久自然失效充分，内应力的消除使得比新的铸件更稳定，这些铸件的使用又可以节约社会资源，又减少了铸铁件生产时对环境的污染。c) 熟悉了解设备结构性能，便于操作维修，购买的新设备，事先很难前面了解机床的结构性能，以至很难预算是否完全适合加工要求，而改造则完全可以避免这种情况，并且大大缩短了对数控机床在使用和维修方面的培训时间，机床一旦改装完成，很快就可以投入使用，见效较快。d) 可以充分利用现有的条件 可以充分利用现有的地基，不必像购新机时重新构筑新基，同时工夹具、样板和外设备也可以在利用。e) 可更好的因地制宜合理筛选功能 购买现成的通用型机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，又可能缺少某一个专用的特殊功能，如向机床制造厂提出特殊定货要求，增加某些特殊的加工要求，往往费用大，交货的日期又长。而采用改造方案就可以根据生产加工要求，采用组合的方法再某些部件设计改造成专用的数控机床。f)可及时采用最新技术，充分利用社会资源 由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的疏忽资源支持机床方面的改造 ，如随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，且交货期短；采用贴塑导轨新技术，可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还可以使得刮研极容易，等等例子说明有一大批社会资源，可根据技术更新的发展速度，及时地采用最新技术来提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机场改造成当今水平的机床。2 普通车床数控改造的可行性论证对于普通车床的经济型数控改造，在考虑总体设计方案时，应遵循的原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能的少，以降低成本。2.1 车床的数控改造2.1.1数控机床工作原理及组成(1) 数控机床工作原理：数控机床加工零件时，首先应编制零件的加工程序，这是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变化、起停，进给运动的方向、速度和位移量以及其它如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的开、关等动作，使刀具与工件及其它辅助装置严格的按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。(2) 数控机床的组成：数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成，其组成框图如图2-1 图2-1数控机床的组成图2.1.2设计内容及任务普通车床（C6163）的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计。本设计任务是对C6163卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01/脉冲，横向最小运动单位0.005/脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。2.1.3 数控部分的设计改造(1) 数控系统运动方式的确定数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C6163车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。(2)伺服进给系统的设计改造 数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到高的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上序比较，由于所改造的C6163车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。(3) 数控系统的硬件电路设计 数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。数控装置的设计方案通常有：a) 可以全部自己设计制作b) 可以采用单板机或STD模块或工控机改制c) 可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动跟据本次设计的要求采用第一种设计方案。2.1.4机械改造部分的设计(1) 主传动部分的改造设计 将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。(2) 进给机构的改造将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。2.2 可行性论证 根据自动化制造系统，可行性论证使用户建造自动化制造系统项目前所进行的技术和经济性分析报告，是上级主管部门审定和批准立项的基本依据。同样，在进行普通车床的经济型数控改造之前进行合理的、科学的可行性论证是必要的。根据传统的论证方法，普通车床的经济型数控改造的可行性论证应围绕以下几个方面进行，即企业生产经营现状及存在的问题分析，企业生产经营目标，改造的基础条件、目标、技术方案、投资概算、效益分析，改造后车床的实施计划，结论等。由于本设计仅作为大学本科生的毕业设计，故在此，设计者仅对改造的投资概算作一简要的可行性论证。本改造设计是对普通车床C6136进行经济型数控改造。在改造设计中，采用自己设置的数控装置，加上两台伺服电机，两套滚珠丝杠副和相配的传动部分以及齿轮副，一台变频调速电动机，四个电磁离合器以及主传动部分的齿轮副。这样设备改造费用和旧设备费用总计不会超过8万元。因此，对普通车床作经济型数控改造适合我国国情，是国内企业提高车床的自动化能力和精密程度的有效选择。它具有一定的典型性和实用性。3 设计方案3.1 总体方案的确定3.1.1系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。3.1.2 计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用MCS51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。3.1.3 机械传动方式为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杆。为了保证一定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。3.1.4 运动方式的确定数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。由于C6163车床要加工复杂轮廓零件，所以本次设计采用连续控制系统。3.1.5 系统的选择伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。经过比较，由于C6163车床加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。3.1.6 机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：(1) 尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。(2) 尽量消除传动间隙。例如采用隙齿轮等。(3) 提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。3.1.7 微机的选择微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。3.1.8 总体方案框图 图3-13.2 横向进给伺服系统机械部分计算与校核实例3.2.1 计算切削力横切端面 查综合作业指导书P13页式中车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力可取纵切时的式中 走刀方向的切削力（N） 垂直走刀方向的切削力（N） 3.2.2 杆螺母副的设计、计算与选型(1) 计算牵引力横向进给选为三角型或综合导轨 参考机床设计手册.26.2-2；6.2-3表 查阅综合作业指导书P22页 式中：，切削分力（） G移动部件的重量（N） 表1-1查得横向溜板及刀架重力500N 滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同 取=0.15-0.18 K考虑颠复力矩影响的实验系数 取K=1.15(2) 计算最大动负载C 选用滚珠丝杆导轨 参考机床设计手册.3P185-P210 查阅综合作业指导书P22页 式中：L寿命，以转为一单位 n丝杆转速（r/min） 为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2-1/3 取 丝杆导程（mm） 初选=6mm T为使用寿命（h）,对于数控机床取15000h 运转系数，查表3-14一般取1.2-1.5(3) 螺母副的选型查阅综合作业指导书附表-2，可采用WD3006外循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为9700N,精度等级按表3-17选为级。(4) 传动效率计算式中：螺旋升角，WD3006 摩擦角取 滚动摩擦系数0.003-0.004 (5) 刚度验算横向进给丝杆支承方式图所示，最大牵引力2087.98N,支承间距350mm，因丝杆长度较短，不需预紧螺母及轴承预紧。图3-2计算如下:a) 丝杆的拉伸或压缩变形量(mm)b) 查阅综合作业指导书图3-4,根据2087.98N,D=30mm查出 可算出：c) 滚珠与螺纹滚道间接触变形量查图3-5得系列列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量因进行了预紧d) 支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形采用推力球轴承5204查阅机床设计手册.表5.9-137,d=20mm,滚动体直径=5.556mm,数量Z=13综合以上几项变形量之和：定位精度(6) 稳定性校核计算临界负载(N) 式中:E材料弹性模量() I截面惯性矩() L丝杆两轴承端距离(cm) 丝杆支承方式系数，从表3.15中查出，一端固定，一端简支为2.00 一般=2.5-4.0,所以此滚珠丝杆不会产生失稳。 (7) 横向滚珠丝杆副的几何参数 (见表1)表1参数名称符号关系式WD3006螺纹滚道公称直径30导程6接触角钢球直径3.175滚道法面半径R1.651偏心距e0.045螺纹升角螺杆外径d29.365内径26.788接触直径26.83螺母螺纹直径D33.212内径30.6353.2.3 齿轮传动比计算已确定横向脉冲当量，滚珠直径导程=6mm, 初选步进电动机步距角可计算传动比: 考虑到结构上的原因不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板有行程，故此处可采用两级齿轮降速。因进给运动齿轮受力不大，模数取2，有关参数参照表2表2: 传动齿轮几何参数齿数 Z18452032分度圆d=mz36904064齿顶圆40944468齿根圆31853559齿宽(6-10)m20中心距6352 3.2.4 横向步进电机的计算，校核和选型(1) 初选步进电机a) 计算步进电机负载转矩 查阅综合作业指导书P22页式中: 脉冲当量，取 进给牵引力(N) 步距角，初选双拍制为 电机丝杆传动效率为齿轮、轴承、丝杆效率之积分别为 b) 估算步进电机起动转矩根据负载转矩除以一定的安全系数来估算步进电机起动转矩(N.cm) 一般横向进给伺服系统取0.4-0.5c) 计算最大静转矩查表3-22如取五相十拍，则d) 计算步进电机运行频率和最高启动频率 式中:最大切削进给速度 最大快移速度 脉冲当量，取 根据估算出的最大静转矩在表3-23中查出150BFG2815最大静转矩为245N.cm 可以满足经济型数控机床有可能使用较大的切削用量，应该选用稍大转矩的步进电机，以留有一定余量，另一方面与国内同类型机床进行类比的要求。决定采用150BFG2915，但从综合作业指导书P24页查出，步进电机最高空载启动频率为4000Hz,满足空载时(3333.33Hz)的要求。(2) 校核步进电机转矩前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选后，应该进行校核计算。a) 等效转动惯量计算计算简图见图2，根据表3-24，经二对齿轮降速时，传动系统折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算: 式中:齿轮及其轴的转动惯量 齿轮的转动惯量 丝杆转动惯量 丝杆导程(cm) G工件及工作台重量(N) G=500(N)b) 齿轮、轴、丝杆等圆柱体惯量计算 表3-24所示圆柱体转动惯量计算公式如下: 对于钢材，式中:M圆柱体质量 D圆柱体直径 (cm) L圆柱体长度或原长(cm) 钢材的密度为 因此 基本满足惯量匹配的要求。c) 电机转矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算: 快速空载起动转矩在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下： 式中: 快速空载起动转矩 空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩 折算到电机轴上的摩擦转矩 由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩 在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算： 式中:传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量 电机最大角速度 电机最大转速 运动部件最快速度 脉冲当量 步进电机的步距角 运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间(s) 起动加速时间=30(ms) 折算到电机轴上的摩擦转矩 式中: 导轨的摩擦力(N) 垂直方向的切削力(N) G运动部件的总重量(N) 导轨摩擦系数，取=0.15 齿轮降速比 传动链总效率，一般可取0.7-0.8 附加摩擦转矩: 式中: 滚珠丝杆预加负荷，一般取，为进给牵引力(N) 滚珠丝杆导程(cm) 滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取 上述三项合计: 快速移动时所需转矩 最大切削负载时所需要的转矩 式中: 折算到电机轴上的切削负载转矩 从上面计算看出、三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从表3-22查出，当步进电机为五相十拍时为则最大静转矩为: 从表3-23查出150BFG2815最大转矩为为245，大于所需最大静转矩，可以满足此项要求。d) 校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性前面已经计算出机床最大快移时，需步进电机的最高起动频率为3333.33Hz,切削进给时所需步进电机运行频率为1666.7Hz从表3-23中查出150BFG2815型步进电机允许的最高空载起动频率为4000Hz，运行频率为16000Hz，再从图3-15，3-16查出150BFG2815步进电机起动矩频特性和运行矩频特性如图3所示: 当快速运动和切削进给时，150BFG2815型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性可以满足要求。3.3纵向进给伺服系机械部分计算与校核3.3.1 计算切削力主切削力F（N）按经验公式估算：走刀方向的切削分力（N）车床身上加工最大直径（mm）=630mm=10594.63（N） ：=1：0.25：0.4走刀方向的切削力垂直走刀方向的切削力=0.25=2648.66(N)=0.4=4237.85(N)3.3.2 丝杆螺母副的计算和造型(1) 计算进给牵引力纵向进给选为综合导轨。参考表6.22，6.23两表机床设计手册.3查书综合作业指导书P22在正常情况下：考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15滑动导轨磨擦系数0.150.18溜板及刀架重力查综合作业指导书表11，取=800N=1.152648.66+0.16(4237.85+500)=2175.94(N)(2) 计算最大动负载CC=参考机床设计手册.3P185P210 选用滚珠丝杆导轨式中：滚珠丝杆导程。 初选为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的1/21/3 取=1m/min使用寿命（h），对于数控机车取 =15000h 运转系数，按一般运转取1.21.5（查表314综合作业指导取为1.2寿命以 转为1单位丝杆转速r/min125113C=19512.57(3) 滚珠丝杆螺母副的选型可采用WD6008外循环螺纹调整预紧的双螺母珠丝杆副，1列2.5圈，其额定功动负载为18200（N），精度等级按表综合作业指导书表3-17选为3级。(4) 传功效率计算：=式中：r螺旋升角，WD6008 r=磨擦角取10 滚动磨擦系数0.0030.004(5) 刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如A图所示，最大牵引力2175.94(N)。支承L=1500mm，丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷1/3。 丝杠的拉伸或压缩变形量 图3-5查综合作业指导书图3-4，根据=2175.94(N), 查出10-5 可算出=(0.6510-51500)mm=0.97510-2 mm由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杆进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量(mm)为=1/4=0.97510-2/2=0.24410-2mm 滚珠与螺纹滚道间接触变形查综合作业指导书图3-5，W系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量 =6.0m因进行预紧 =1/2=1/26.0=3.0m 支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形采用D8208型推力球轴承，=35mm,滚动体直径=6.35mm,滚动体数量Z=18, 注意此公式中单位应为N因施加预紧力，故 =1/2=1/20.009065=0.004528mm根据以上计算 =0.002440.00300.004528=0.009968479.39N可以满足要求，但从表中看出130BF001步进电机最高空载起动频率为3000HZ，不能满足=3333HZ的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。(2) 校核步进电机转矩前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。效转动惯量计算计算简图如前（a）所示，根据综合作业指导书表3-24，传动系统计算到电机轴上的总的转动惯量 可由下式计算：=()()步进电机转子转动惯量（）.矢轮Z1Z2的转动惯量（）滚珠丝杆转动惯车（）参考同类型机床，初步反应式步进电机BF1，作台质量折算到电机轴上的转动惯量：I4()2w()2800.468kgcm24.68Ncm2 齿轮转动惯量：J17.810-44.842=8.281kgcm2=82.81 Ncm2 J27.810-412.842=53.678kgcm2 丝杆传动惯量： J3=7.810-464140=141.52kgcm2=1415.2 Ncm2电机转动惯量很小，可以忽略。因此，总的转动惯量：(J3+J2)+J1+J4 =(141.52+53.68)+0.468+8.281 = 130.52 kgcm2=1305.2 Ncm2(1) 所需转动力矩计算。快速空载启动所需力矩：最大切削力负载时所需力矩：式中：空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的摩擦力矩由于丝杆预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩切削时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的切削负载力矩 当时， 当时， 当，时，Ncm 当时，预加载荷则 所以，快速空载启动所需力矩： 快速进给时所需力矩： 切削时所需力矩： 由以上分析计算可知：所需最大力矩发生快速启动时： ，所以选择型号WD6008 校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。已计算出机床最大快移时需步进电机的最高起动频率为3333Hz，切削进入时所需步进电机运行频率为1333.3Hz。从综合作业指导书表323中查出型步进电机允许的最高空BF1-160载起动频率为3000Hz，运行频率为16000Hz，再从综合作业指导书图315，316查出BF1-160步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如（C）图所示，当步进电机起动时，时，,不能满足此机床所要求的空载起动力矩222.916N.cm。直接使用则会施行失步现象，所以必须采取开降进控制用软件实现，将起动频率到1000Hz起动转矩可增高到588.4N.cm，然后电路上再采用高低压驱动电路，可将电机输出转矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，BF1-160型步进电机运行矩频特性（D）图完全可以满足要求： 图3-64 数控系统硬件电路设计4.1数控系统基本硬件组成任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成，硬件是数控机床的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能，有了硬件，软件就能发挥作用。 机床数控机床的硬件电路概括起来又以下四部分组成：（1） 中央处理单元CPU。CPU是数控系统的核心。（2） 总线。包括数据总线（DB） 地址总线（AB）和控制总线（CB）。（3） 存储器。包括只读可编程存储器和随机读写存储器。（4） 输入输出接口电路。由于8031只有P1口和P3口部分能提供用户作为I/O口使用，不能满足输入输出口的需要，因而系统必须扩展输入输出接口电路。从附录H图H2可以看出，系统扩展了一片8155和一片8255可编程I/O接口芯片。8155的片选信号CE接74LS138的Y0，8255芯片片选信号CS接到74LS138的Y2端。74LS138三八译码器有三个输入A、B、C分别接到8031的P2。5，P2。6、P2。7，输出Y0Y7 8个输出，低电平有效。Y0Y7对应输入A、B、C的000至111的8种组合，其中Y0对应A、B、C为000，Y7对应A、B、C为111。74LS138还有三个使能端，其中2个（GA和GB）为低电平使能，另一个G1为高电平使能。吸有当使能端均处于有效电平时，输出才能产生，否则输出处于高电平无效状态。I/O接口芯片与外设的连接是这样安排的：8155芯片PA0PA7作为显示器段选信号输出，PB0PB7是显示器的位选信号输出，PC0PC4 5根线是键盘扫描输入。8155芯片的IO/M引脚接8031芯片的P2。0，因为使用8155的I/O口故P2。0高电平。8255芯片PA0PA6接X向、Y向和Z向步进电机硬件环形分配器，为输出，PB0PB7为三个方向的点动及回零输入，PC0PC5为面板上的选择开头是输入，设有编辑、单步运行、单段运行、自动、手动I、手动II等方式。系统各芯片采用全地址译码，各存储器及I/O接口芯片的地址编码如表419所示：X向，Y向步进电机硬件环形分配器采用YB015，32相通电五相十拍方式工作，故A0，A1引脚均接+5V，Z向步进电机配件环形分配采用YB014，是以23相通电四相八拍方式工作。A0、A1接高电平。三个芯片的选通输出控制E0分别接8255的PA0、PA3、PA5，清零R接8255的PA1，正、反转控制端分别接8255的PA2、PA4、PA6，时钟输入端CP接8155芯片的TIMROUT，用以决定脉冲分配器输出脉冲分配器输出脉冲的频率。为实现插补时不同的进给速度，可给8155芯片的定时/计数器中设置不同的时间常数。表5芯 片接74LS138引脚 地址选择线片内地址单元（B） 地址编码2764（1）000xxxxxxxxxxxxx8K0000H1FFFH2764 (2 )001xxxxxxxxxxxxx8K2000H3FFFH6264010xxxxxxxxxxxxx8K4000H5FFFH8155RAM10011110xxxxxxxx661009EFFHI/O1001111111111xxx69FF8H9FFDH825501011111111111xx45FFCH5FFFH 作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作，存储器用于存放系统软件，应用程序和运行中所需要的各种数据，输入输出接口是系统与外界进行交换的桥梁。总线则是CPU与存储器，接口以及其它转换的纽带，是CPU与部分电路进行交换和通讯的必由之路。 数控系统的硬件框图为：图4-14.2 单片机控制系统的设计1 向和X向进给伺服系统运动2 键盘显示3 自动转位刀架控制4 螺纹加工控制5 面板控制6 行程控制7其他功能 报警电路、急停电路、复位电路、光隔离电路、功能电路等。4.2.1 硬件电路的组成采用MCS-5系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下：a) 采用8031作CPUb) 扩展了两片2764芯片、一片6264芯片c) 两片8155可编程并行I/O接口。d) CPU、存储器及I/O接口CPU采用8031芯片，选用6MHz晶体振荡器。它的作为数据总线和地址共用。16位地址线由经地址锁存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE为地址锁存允许。为低电平时选通外部存储器（EPROM），相应的指令字节出现在EPROM的数据线（）上，输入到口，8031将指令读入。RESET为复位控制，当RESET输入端出现高电平时，8031被初始化复位，在复位有效期向ALE、PSEN也输出高电平。当RESET输入端返回低电平后，CPU从O地址开始执行程序。（故设计中一定有一片2764芯片连到74LS138的）设计中采用上电复位和开关复位。另外，两片8155的RESET也与8031的RESET管脚相连，它们可同时复位。8031的是片内的定时器/计数器溢出中断申请，由主轴后面的光电编码器输入。当车床车螺纹时，主轴光电编码器向8031发出进给脉冲，用以控制不同导程的螺纹加工。光电编码器还发出一个零位螺纹信号，输入8155(1)的，用以防止车螺纹乱扣。8155(1)主要用于功能键的控制，刀架转位控制以及报警等。其中PA口为输入口，作为功能键的控制管理，刀架控制编辑、空运行、自动、手动I，手动和回零。PB口也是输入口，由面板上的按键分别控制起动、暂停、单段、连续、急停等功能。是换刀回答，当自动转位刀架按指令转位、夹紧，刀架电机停转之后，发出此信号，开始执行进给指令。接光电编码器输出的零位螺纹信号。PC口是输出口，控制自动转位刀架四个刀位的选刀。用于报警显示，系统正常工作时，输出低电平，绿色发光二极管亮，当系统出现异常情况时，输出高电平，经反向后，红色发光二极管亮，实现报警功能。 8155(2)控制步进电机，行程控制，以及键盘，显示电路。其中为输出口，用于控制Z向、X向步进电机运转，Z向步进电机为五相，X向为三相。此系统采用软件分配。键盘显示电路为46键和6位显示器。作为键盘的6条列线，是键盘扫描线，是输出口。接行线作为键盘输入口。是6位数码显示器的位选信号，8031的口是数码显示器的段选信号。接越程限位控制电路，当床鞍或拖板在Z向或X向越程时，即向计算机输入此信号，使进给系统停止。 表6 ：数控车床控制系统芯片地址分配芯片接74LS138引脚地址选择线片内地址单元地址编码2764(1)000xxxxxxxxxxxxx8K0000H-1FFFH2764(2)001xxxxxxxxxxxxx8K2000H-3FFFH6264010xxxxxxxxxxxxx8K4000H-5FFFH8155(1)I/O0110000100000xxx66100H-6105H8155(2)I/O1000000100000xxx68100H-8105H4.3 C6163经济型数控车床数控系统软件的设计直线圆弧插补程序设计在电机设备中，执行部件如果要实行平行斜线和圆弧曲线的路经运动，必须通过两个方向运动的合成来完成。在数控机床中，这是由X、Y两个方向运动的工作台，按照插补控制原理来实现的。4.3.1 直线插补程序设计(1) 逐点比较法用逐点比较法进行直线插补计算，没走一步，都需要以下四个步骤：偏差判别：判别偏差Fm0或Fm0，从而啊决定哪个方向进给和采用哪个偏差计算公式。坐标进给：根据直线所在象限及偏差符号，决定沿+X、+Y、-X、-Y的哪个方向进给。偏差计算：进给每一步，计算新的加工偏差。终点判别：进给每一步后，终点计数器减1，若为0，表示到达终点停止插补不为0，则返回到第一步继续插补。终点计算判别可用两个方向的坐标植来判别，也可以由一个方向的坐标植来判别。当XeYe，可用X方向的总步数Xe作为终点判别的依据，如动点X等于终点Xe则停止。当XeYe，则用Y方向走的总步数Ye作为终点判别的依据。 由此，第一象限直线插补程序的算法如下： a) 判别Fm是大于0还是小于0。 b) 若Fm0，则想+X方向输出一进给脉冲，计算新的偏差Fm=Fm-Ye，并修改动点坐标为X=X+1；若Fm0则向+Y方向输出一进给脉冲，计算新偏差Fm=Fm+Xe，并修改动点坐标为Y=Y+1。 c) 终点判别：若X=Xe（Y=Ye），则停止插补运算。否则转入第一步，重复上述步骤。 第一象限直线插补程序框图如(2) 程序设计设计程序时，在RAM数据区分别存放终点坐标值Xe，Ye，动点坐标值X、Y，偏差Fm。对8位机，一般可用2字节，而行程较大时则需用3字节或4字节才能满足长度和精度的要求。此外，所有的数据区必须进行初始化，如置初始值、X、Y向步进电机初态（控制字）。 插补程序所用的内存单元如下：28H29H2AH2BH2CH70HXeYeXYFm电机正反转控制字电机正反转控制字为：D7D6D5D4D3D2D1D0逐点比较法直线插补框图如下： 图4-2D1D0为X向电机控制位。D0=1运行，DO=0停止；D1=1正转，D1=0反转。D3D2为Y向电机控制位。D2=1运行，D2=0停止；D3=1正转，D3=0反转。第一象限的直线插补程序如下： ORG 2000HMAIN： MOV SP， #60H；LP4： MOV 28H，#0C8H；Xe MOV 29H，#0C8H；Ye MOV 2AH，#00H；X MOV 2BH，#00H；Y MOV 2EH，#00H；F MOV 70H，#7AHLP3： MOV A， 2EH JB ACC.7，LP1 MOV A， 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H，A； 置电机正反转控制字为0B，+X方向进给 LCALL MOTR； 调步进电机的控制子程序，+X方向进给一步 LCALL DELAY MOV A，2EH SUBB A，29H；F-Ye INC 2AH；X+1 AJMP LP2 LP1： MOV A，70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 ； 置电机正反转控制字为0E，+Y方向进给 LCALL MOTR； 调步进电机的控制子程序，+Y方向进给一步 LCALL DEALAY MOV A，2EH ADD A，28H CJNE A，2AH，LP3；Xe=X？ RET 程序中MOTR为步进电机的控制子程序。如用硬件实现环分，则该子程序主要包括输出电机正、反转控制字和向对应电机输出一进给脉冲。如采用软件环分，则需要由软件程序完成硬件环分的功能。4.3.2 圆弧插补程序的设计(1) 逐点比较法第一象限逆圆弧插补程序的算法为： 判别Fm是大于0还是小于0。 若Fm0，则向-X方向输出一进给脉冲，计算新偏差Fm=Fm-2X+1，并修改动点坐标为X=X-1；若Fm0，则向+Y方向输出一进给脉冲，计算新偏差Fm=Fm+2Y+1，并修改动点坐标为Y=Y+1。 终点判别：X=Xe（或Y=Ye），则停止插补运算。否则转入第一步，重复上述步骤。 第一象限逆圆弧插补程序框图如： 图4-3(2) 程序设计和直线插补程序一样，也在内存中开辟存储单元用以存放有关数据。在ARM数据区分别存放动点坐标X和Y，其初始值为起点坐标值，其后依据坐标计算结果而变化，存放终点坐标值Xe，Ye以及存放偏差Fm的存储单元。第一象限的逆圆弧插补程序如下： XL EQU 18H XH EQU 19H YL EQU 28H YH EQU 29H XeL EQU 1AH XeH EQU 1BH YeL EQU 2AH YeH EQU 2BH FL EQU 2CH FH EQU 2DH ORG 2400H MAIN： MOV SP，#60H； MOV 70H，#08H； MOV XL， #80H；XL MOV XH， #0CH；XH MOV YeL，#80H；YeL MOV YeH，#0CH；YeH MOV XeL， #00H；XeL MOV XeH，#00H；XeH MOV YL，#00H；YL MOV YH，#00H；YH MOV FL，#00H；FL MOV FH，#00H；FHLP3： MOV A，FH JNB ACC.7，LP1 MOV A，70H SETB ACC.2 CLR ACC.0；置电机正反转控制字为0C，+Y方向进给 LCALL MOTR； MOV R1，#28H； MOV R0，#1CH； MOV R7，#02H； LCALL MULT2；2*Y ADD： CLR C MOV A，FL ADDC A，1CH MOV FL，A MOV A， FH ADDC A，1DH；F+2Y MOV FH，A CLR C MOV A，YL ADD A，#01H MOV 28H，A MOV A，YH ADDC A，#00H MOV YH，A CLR C MOV A，FL ADD A，#01H MOV A，FH ADDC A，#00H MOV FH，A；F+2Y+1A AJMP LP2 MOV A，70H SETC ACC.0 MOV 70H，A置电机正反转控制字为09，-X方向进给 LCALL MOTR MOV R1，#18H；XL MOV R0，#1CH MOV R7，#02H LCALL MULT2；2*XSUB： CLR C MOV A，FL SUBB A，1CH MOV FL，A MOV A，FH SUBB A，1DH MOV FH，A；F-2X CLR C MOV A，XL SUBB A，#01H MOV XL，A MOV A，XH SUBB A，#00H MOV XH，A；X-1 CLR C MOV A，FL ADD A，#01H MOV FL，A MOV A，FH ADDC A，#00H MOV FH，A；F-2X+1 LP2： MOV A，YH CJNE A，YeH，LP3A；YH=YeH？ MOV A，YL CJNE A，YeL，LP3A；YL=YeL？ LP3A： AJMP LP3 ORG 2500H MULT2： PUSH PSW；双字节乘2子程序 PUSH A PUSH B CLR C MOV R2，#00H SH1： MOV A，R1 MOV B，#02H MUL AB POP PSW ADDC A，R2 MOV R0，A INC R0 INC R1 DJNZ R7，SH1 POP B POP PSW RET4.4典型零件的数控编程如下图所示，在图中零件外圆85mm不加工，要求编制精加工程序。 程序如下：N01 G50 X200.0 Z350.0; N02 S630 M03 T0101 M08; N03 G00 X41.8 Z292.0; N04 G01 X48.34 Z289.0 F0.15; N05 U0 W-59.0; N06 X50.0 W0; N07 X62.0 W-60.0; N08 U0 Z155.0; N09 X78.0 W0; N10 X80.0 W-1.0; N11 U0 W-19.0; N12 G02 U0 W-60.0 I63.25 K-30.0; N13 G01 Z65.0; N14 X90.0 W0; N15 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09; N16 M06 T0202; N17 G00 X51.0 Z230.0 M03 S315 M08; N18 G01 X45.0 W0 F0.16 ; N19 G04 U5.0; N20 G00 X51.0; N21 X200.0 Z350.0 M05 T0200 M09; N22 M06 T0303; N23 G00 X52.0 Z296.0 M03 S200 M08 N24 G92 X47.2 Z231.5 F1.5; N25 X46.6; N26 X46.2; N27 X45.8; N28 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09; N29 M05; N30 M02; 参考文献1 顾维邦.金属切削机床概论.M北京:机械工业出版社,2005.117 2 李广第,朱月秀,王秀山.单片机基础. M北京:北京航天航空大学出版社,2001.1152193 机械设计手册编写组编.机床设计手册2 M.北京:机械工业出版社, 1980.670674 4 机械设计手册编写组编.机床设计手册. M北京:机械工业出版社, 1986.4955005 黄康美数控加工编程M上海：上海交通大学出版社，2004.64946 华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学. M机床设计图册.上海: 上海科学技术出版社 ，1979.84877 雷晓玲.综合作业指导书，M北京:机械工业出版社 ，2000.2308 刘朝儒,高政一,彭福荫.机械制图第三版. M北京:高等教育出版社 ，1988.577606 10 张建刚，胡大泽.数控技术. M武汉:华中科技大学出版社，2000.1218811 孙恒,陈作模.机械原理第六版. M北京:高等教育出版社，2000.341347致 谢自开题至整个毕业设计的完成，我要衷心地感谢我的指导老师刘吉兆教授以及在这个过程中帮助过我的同学。在这短短的两个多月里，他们使我学到了很多以前没有学到的东西。在开题之前，指导老师就建议我们应该怎样收集、整理资料，要补充哪些相关的知识，在开题不久，又召集我们开会，指导我们在动手设计之前要思路清晰，思维开阔，一定要有一个可执行的计划，要建立起一种高效的学习方法。现在想来当时老师给我们的指导真是太重要了。当然，在设计过程中，难免会遇到一些自己解决不了的问题，求助同学之后还存在不足的地方就只好找指导老师了，他们总是会适时的安排一些时间和我们沟通，及时解决我们的问题，使我们能从迷茫中走出来。记得有一次，我因为设计需要一个尺寸，找了好久都没找到资料，刘教授就亲自带我去实验室找，有时甚至还提供给我们提供资料，所有这些都在很大程度上方便了我们的设计工作。大家都知道，毕业设计是一项任务繁杂，而且枯燥无味的工作，在这个过程中，我有好几次都产生了一些消极的想法，但指导老师的一番话是这样说的：毕业设计不仅仅是对你们四年来在学校所学知识的考查，也是对你们将要离校作为一个社会人的一个考验，如果你们一个设计都不能好好完成，将来在工作岗位上能扛上什么任务呢？这几句话在设计过程中一直支撑着我。毕业设计融入了我的心血，但也花了指导老师不少心思，可以坦白地说，我的毕业设计就是因为有指导老师和同学的热心帮助才得以顺利完成，在此，我真心地表示感谢！附 录1 简述C6163车床的数控改造技术；2 设计体会；3 实习报告；1 C6163普通车床的数控技术改造摘 要 应用数控技术对C6163普通车床进行自动化和精密化改造，改造技术主要为：在车床上附加数控装置和执行元件，选择合适的机床伺服系统和计算机系统等。结果表明：经改造后的机床完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度。采用数控技术对企业原有机床进行改造，即发展经济型的数控机床是当前工矿企业机床技术改造的有效途径。关键词车床；数控技术；技术改造Technical Innovation of the Numerical Control for Ordinary C6163 LatheABSTRACT After analyzing and studying the over all structure of ordinary C6163 lathe, we use numerical control technology to re-equip ordinary C6163 lathe for automation and precision. We attach the numerical control device and execution elements to the lathe and choose an appropriate machinery servo-system and computer system. The result shows that after the innovation,the machine can sufficiently execute automatic control on outside diameter,taper,screw,ends,etc.It improves the production rate lf the machine and decreases the labor stress from the operator.Using numerical control technology to improve existing machinery for enterprises. i e:developing economically-typed numerial control control machinay is an effective way to the engineering innovation for factories ,works and mine.KEY WORDS lathe;numerical control technology for lathe; technical innovation 随着各种机电产品的更新换代进程不断加快和产品品种数量的增加.产品的中小批量市场需求己成为当今生产的主要特征.因此.对机床的精度和生产效率提出了更高的要求.为了实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制.提高生产效率.降低劳动强度.提高机床批量加工工件的重复加工精度.我们应用数控技术对C6163普通车床进行了数控技术改造现将结果整理如下：.1材料与方法1. 1材料 （1）C6163车床的总装配图和纵、横向进给系统部件组装图及有关技术文件等。（2）WD6008, WD3006型滚珠丝杆螺母副。（3)150BFG2815,BF1-160,型步进伺服电动机。（4）MCS- 51系列中的8031中一片机扩展系统。(5)纵向进给齿轮箱体(自行设计外协加外购)。 (6)车床控制系统电路原理图、车床进给系统装配图、齿轮箱体零件图等(自行设计).1. 2方法1. 2. 1伺服系统的选择 系统采用功率步进电机作为驱动元件.整个系统为开环步进系统.结构简单成木较低且能满足工作要求.1.2.2执行机构传动方案的确定 为了确保数控系统的传动精度和工作平稳性.在设计机械传动和装配时考虑低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙及有适当阻尼比的要求.具体采用了如下措施:(1)车床导轨而采用贴塑工艺.即在车床原导轨而上铺设上粘性聚四氟乙稀板;(2)用滚珠丝杆螺母副替代原有普通丝杆以减少摩擦,提高传动刚度;3)步进电动机与滚珠丝杆间采用一级齿轮降速传动以缩短传动链;(4)采用齿轮副错齿拼合!工艺以消除齿隙.提高传动精度.1.2.3计算机系统 (1)本设计改造采用MCS- 51系列中的8031中一片机扩展系统.计算机控制系统山微机部分、键盘及显示器,1/0接口及光电隔离电路、步进电动机功率放大电路等组成系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现.显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信; ( 2)系统的硬件由中央处理单元(CPU)、三总线(地址总线AB,数据总线DB,控制总线C B)、存储器(程序存储器ROM、数据存储器RAM)及接口 (1/0 ) 4部分组成.1.2.4系统控制软件 根据数控机床的控制和功能要求.采用模块化程序设计方法设计系统的控制软件.系统控制软件包括：系统管理程序（见下图），其功能是接受命令，执行命令或从命令程序返回到管理程序.使系统处于新的等待操作状态;零件加工源程序的输入处理程序;插补程序.即根据加工程序进行插补运算.分配送给脉冲;伺服控制程序.即根据插补运算的结果或操作者命令控制步进电动机的速度及方向;诊断程序.包括移动部件超程、急停、系统故障诊断、查错等功能;机床自动加工及手动程序(见图).自动加工包括准备功能(G) ,辅助功能(M),主轴转速功能(S)和刀具功能(T)等;手动程序多用于手动调整机床时用;键盘操作和显示处理程序。Software program flow chart1.2.5进给系统 (1)纵向进给系统的改造:撤除原机床的进给箱和溜板箱.利用原机床进给箱的安装孔和重新配作销钉安装新设计的齿轮箱体;滚珠丝杆仍安置在原丝杆的位置.两端仍采用原固定方式.为便于安装滚珠丝杆螺母副，丝杆不是整体的.而是采用分体式.即用连接套筒刚性连接.( 2)横向进给机构的改造:保留原手动进给机构.用于微进给和机床刀具对零操作.原有支承结构也保留;新增的步进电动机齿轮箱体安装在机床后侧(相对操作者).(
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