C6132型车床用微机数控系统改造的设计【优秀机械毕业设计】【word+4张CAD图纸全套】

用微机数控系统改造C6132型车床的设计

C6132型车床用微机数控系统改造的设计【优秀机械毕业设计】【word+4张CAD图纸全套】

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C6132横装配图.dwg

C6132纵装配图.dwg

C6132车床数控改造设计电路原理图.dwg

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毕业设计（论文）课题任务书

用微机数控系统改造C6132型车床的设计

内容及任务

内容：

将C6132车床改造成用MCS—51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横向：0.005mm。

   任务：

①机床改造总图；

②进给伺服系统的机械装配图；

③单片机控制系统电路原理图；

④设计计算说明书。

拟达到的要求或技术指标

(1) 统一要求：

按任务书要求完成规定的任务，撰写设计说明书（论文），一律采用计算机编辑。内容包括设计的意义与作用、设计方案选择和计算、主要零件的受力分析和强度校核、经济技术分析等。

写出不少于400字的中文摘要；至少翻译一篇本专业外文文献（10000个以上印刷符号），并附译文。

需完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制，查阅到10篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书。

(2) 主要技术参数：

最大加工直径：在床面上：Φ320mm；在床鞍上：Φ175mm

最大加工长度：  1000mm

快进速度：纵向：2.4m/min；横向：1.2m/min

最大进给速度：纵向： 0.8m/min；横向： 0.4m/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：　0~99.99mm

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

进度安排起止日期工作内容备注

2011年1月

2011年2月

2011年3月

2011年4月

2011年5月

选定课题，调研并收集相关资料，进行设计前的准备工作。

确定整体设计方案，并开始按照整体设计方安进行设计计算。主要是对横向进给系统机械部分的计算和结构的设计。

对纵向进给伺服系统机械部分的计算。包括丝杆螺母副和齿轮的计算，电机的选取以及机械部分的计算和结构分析设计。

进行微机数控系统硬件电路的设计。包括对芯片的选取和个控制线路的连接，以完成设计任务的要求的技术要求。

检查机械和控制部分的设计，并输入电脑进行排版。交排版好的说明书叫老师审查，修改。绘制设计图纸。

把绘制好的图纸交有老师检查并修改，完善设计说明书，进行后期工作，完成说明书。打印说明书及设计图纸。

主要参考资料[1] 周鹏翔,刘振魁.工程制图[M].高等教育出版社,2000.5

[2] 唐增宝,刘元俊.机械设计课程设计[M]．华中理工大学出版社,1995.1

[3]《机械设计手册》编写组.机床设计手册2[M].机械工业出版社,1980.8

[4]《机械设计手册》编写组.机床设计手册3[M].机械工业出,1986.12

[5] 东北大学《机械零件设计手册》编写组.机床零件设计手册第三版[M].冶金工业出版社,1994.5

[6] 华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学.机床设计图册[M].上海科学技术出版社,1979.6

[7] 雷晓玲.综合作业指导书[M].机械工业出版社,2000.11

[8] 石光源,周积义,彭福荫.机械制图[M].高等教育出版社,1988.4

[9] 张建钢,胡大泽.数控技术[M].华中科技大学出版社, 2000.8

[10]顾维邦.金属切削机床概论[M].机械工业出版社,1997.6

[11] 林俊主编, 《机床数控系统课程设计指导书》[M]. 中国科学技术出版社,1991, 9.

摘  要

数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，结构简单，系统的定位精度较高。普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动纵溜板、横溜板的移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作，刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。

对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。

C6132车床改造属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。

关键词：微机控制；伺服系统；回转刀架；自动车削

ABSTRACT

The numerical control engine bed is more and more widespread in machine-finishing profession application. Numerical control engine bed development, on the one hand is the entire function, the high performance; On the other hand is the simple practical economy numerical control engine bed, has the automatic processing the basic function, the operation service is convenient. The economy numerical control system passes commonly used is the split-ring step-by-steps the control system, the power step-by-steps the electrical machinery for to actuate the part, does not have the examination feedback organization, the system pointing accuracy is high. Knife rest vertical to enter, give sport and horizontal to stock for sport to can be linked, cut order by artificial control even.Carry on the numerical control transformation to the ordinary lathe. Mainly vertical and horizontal enter give system transform into by what computer control.The knife rest is transformed into the gyration knife rest that can be changed one hundred sheets automatically. Introduces the engine bed the microcomputer numerical control system the transformation to be possible to enhance the engine bed the operational performance,Reduces the production cost,Obtains the high economic efficiency with the few funds investmentTake the C6132 lathe numerical control transformation as the example,In line with are as far as possible few to the lathe modification,Control section anti-jamming,Transformation cost low principle,Carries on the numerical control transformation to the lathe.

Lathe for the NC transformation is mainly vertical and horizontal feed system into a computer-controlled, The independence movement can feed system can transform Tool Automatic Tool Change of Rotary Tool. Thus, the use of NC devices, lathe can be imported at a pre-processing machining instructions. As the cutting process of cutting parameters, priorities and cutting tool will automatically by operation, regulation and replacement, coupled with the vertical and horizontal linkage functions, CNC lathe after the conversion can be processed into various shapes review the rotating parts, and multiple processes can be automatically processed turning, thus enhancing the efficiency of production and processing accuracy, also suitable for small batch multiple types of review parts of the processing.

C6132 lathe belongs to economic numerical control lathes transformation of transformation, mainly in the numerical control system by using nc system transformation, of transverse and longitudinal feeding system, open loop control by stepping motor driver components, lathe, through the stepper motor driving ball screw rotation.

Key words：the computer controls; servo system; turn the knife rest round; automatic turning

目  录

1 前  言1

2 设计方案3

2.1 总体方案的确定3

2.1.1 系统的运动方式与伺服系统的选择3

2.1.2 计算机系统3

2.1.3 机械传动方式3

2.2 系统运动方式的确定3

2.3 伺服系统的选择3

2.4 执行机构传动方式的确定4

2.5 计算机的选择4

2.6 总体方案框图绘制4

3 横向进给伺服系统机械部分计算与校核5

3.1 计算切削力5

3.2 滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型5

3.2.1 计算进给牵引力5

3.2.2 计算最大动负载C6

3.2.3 滚珠丝杆螺母副的选型6

3.2.4 传动效率计算7

3.2.5 刚度验算7

3.2.6 稳定性校核8

3.2.7 横向滚珠丝杆副的几何参数9

3.3 齿轮传动比计算10

3.4 横向步进电机计算和选型11

3.4.1 初选步进电机11

3.4.2 校核步进电机转矩12

3.5 横向进给伺服系统机械部分结构设计17

3.5.1 横向进给伺服系统总图设计17

3.5.2 进给伺服系统的装配图18

4 纵向进给伺服系统机械部分计算与校核20

4.1 计算切削20

4.2 滚珠丝杆螺母副的计算和造型20

4.2.1 计算进给牵引力20

4.2.2计算最大动负载C21

4.2.3 滚珠丝杆螺母副的选型21

4.2.4 传功效率计算：21

4.2.5 刚度验算22

4.2.6 稳定性校核23

4.2.7纵向滚珠丝杆副几何参数23

4.3 齿轮传动比计算24

4.3.1 进给齿轮箱传比计算24

4.4 步进进电机的计算和选型25

4.4.1 初选步进电机25

4.4.2 校核步进电机转矩27

4.5 纵向进给伺服系统机械部分结构设计31

4.5.1 纵向进给伺服系统总图设计32

4.5.2进给伺服系统的装配图32

5 微机数控系统硬件电路的设计34

5.1硬件电路一般要求34

5.2控制系统的组成及功能34

5.2.1 CPU、存储器、I/O接口电路扩展34

5.2.2控制系统的功能36

5.3步进电机控制电路36

5.3.1步进电机开环驱动原理36

5.3.2脉冲分配37

5.3.3驱动电路37

5.3.4其他辅助电路38

6 微机控制系统的软件设计39

6.1 监控程序39

6.2 直线圆弧插补程序设计39

6.3升降速处理软件41

6. 4步进电机的软件控制及转程序设计43

7 机床的加工程序编制46

致  谢49

参考文献50

附   录51

1 前  言

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。

数控机床与通用机床相比，增加了功能，提高了性能，简化了结构，较好地解决形状复杂、精密、小批及形状多变零件的加工问题，能够获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。

（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是心有余而力不足。

（2）目前，各企业都有大量的通用机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费。

（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。

（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。

   要较好地解决上述问题，通用机床数控化改造便是很好的对策。通用机床的数控化改造就在通用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。这一工作早在20世纪60年代已经开始时迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，在国外已发展成为一个新兴的工业部门。从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有26%的机床经过数控改造，中小企业则多达74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地担供数控化改造业务。中国是拥有300多万台机床的国家，其中大部分都是多年累积生产的通用机床，如卧式车床和各种铣床等，自动化程度低，要想在近几年来内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的。因此，通用机床的数控化改造大有可为。它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造主要方向之一。

   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。

CA6132是金属切削机床加工中比较常用的一类机床。属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面，圆锥面，端面，螺纹面等，借助于成型刀具，还能加工各种回转表面。普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动纵溜板、横溜板的移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作，刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。

   对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。

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。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，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。

本说明书介绍了此次设计的任务，将普通卧式车床（C6132）改造为经济型数控车床；有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序编制。

2 设计方案

2.1 总体方案的确定

2.1.1 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。

2.1.2 计算机系统

根据机床要求，采用8位微机。由于MCS—51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MCS—51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。

2.1.3 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。

参考文献

[1]   周鹏翔,刘振魁主编，工程制图 第二版[M].高等教育出版社,2000, 5

[2]   唐增宝,刘元俊主编，《机械设计课程设计》（修订版）[M].华中理工大学出版社1995, 1

[3]  《机械设计手册》编写组编,《机床设计手册2》[M].机械工业出版社,1980, 8

[4]  《机械设计手册》编写组编，《机床设计手册3》[M].机械工业出，1986, 12

[5]   东北大学《机械零件设计手册》编写组编,《机床零件设计手册》第三版[M]. 冶金工业出版社，1994, 5

[6]   华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编，《机床设计图册》[M]. 上海科学技术出版社，1979, 6

[7]   雷晓玲主编，《综合作业指导书》[M]. 机械工业出版社, 2000, 11

[8]   石光源、周积义、彭福荫主编，《机械制图》第三版[M]. 高等教育出版社,1988, 4

[9]  《C6132型卧式车床说明书》

[10]  赵长德主编,《微机原理与接口技术》[M]. 中国科学技术出版社, 1990, 9

[11]  林俊主编, 《机床数控系统课程设计指导书》[M]. 中国科学技术出版社,1991, 9