6 第二章 总体方案设计.doc

第二章 总体方案设计微型数控车床的设计与普通车床设计相比，主要应该解决的问题是设计一个小型的床身和机床部件，以及如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位设计成由计算机控制的自动进给加工和刀架自动转位的车床。随着数控化程度的提高，中小批零件的加工普遍采用数控机床。可针对数控车床一般价格都比较昂贵，软硬件也不是开放式的结构，无法用于学生实验、短期培训等这些问题，现考虑设计经济合理的微型数控车床，这样便可以降低成本满足数控教学实验的要求，便于学生进行操作实践。2.1系统设计要求微型数控车床设计总体方案的制定应着重考虑两大方面：机械部分、控制部分。微型数控车床主要用于对中小型轴类零件的加工，加工材料主要是肥皂，铝及其合金。轴类零件的加工要求机床应完成的工作内容如：控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴变速；刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具；加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程。这些工作内容便是设计数控系统应达到的控制要求。2.2总体方案总体方案规划的任务是围绕设计目标，拟定系统的体系结构、为系统的具体开发提供指导。总体方案制定得合理与否不仅将直接影响到系统是否能够达到预期得性能指标，还将影响到系统的工作可靠性、开发周期与成本以及系统的后续可维护性、可扩展性等众多方面。2.2.1机械系统设计方案主传动系统的设计。微型数控车床的主轴受力相对较小，所以主轴材料采用45钢调制处理便可。再根据机床设计应满足的要求计算出总的切削力，输出功率等，并由机床主轴的精度，刚度，稳定性，抗震性等要求，确定主轴的结构形状，外径，内径，长度，以及主轴的跨距等参数。再确定主轴轴承的型号，安装方式等。纵向进给机构的设计。根据机床纵向进给机构的功能原理，确定步进电机的型号，将步进电机与丝杠通过套筒联轴器连接。滚珠丝杠采用原一端固定，一端自由的方式，确定丝杠导程和螺母的合理大小。横向进给机构设计。确定步进电机的型号，将步进电机与丝杠通过套筒联轴器连接。滚珠丝杠采用原一端固定，一端自由的方式，确定丝杠导程和螺母的合理大小。纵、横向进给机构都采用了步进电机直接带动，实现无级变速及丝杠的进给运动和正反运动。进给机构要保证丝杠能实现规定的进给量，及传动扭矩，保证达到要求的进给传动精度，运动的平稳性，灵敏度，结构的准确性。丝杠的磨损采用人工定期调整螺钉紧固的办法来消除间隙。刀架的设计。购买适合的数控转位刀架，将其和小拖板固定，装上步进电机实现自动换刀装置。纵、横向进给机构的丝杠全部加防护罩，以保持防尘和机床整体美观。2.2.2控制系统设计方案数控系统选用江苏东方数控新技术公司生产的NIM-9702数控系统；数控系统简介及I/O连接，NIM-9702数控系统特点及主要技术指标：（1）是以单片机为核心的两坐标联动经济型数控系统；（2）图形跟踪CRT显示；（3）最小输出增量：X轴0.005，Z轴0.01；（4）具有直线、圆弧、螺纹插补和间隙、刀具补偿功能；（5）程序输入方式：键盘、RS-232C；NIM-9702数控系统I/0接口主要实现与编码器接口、步进电机控制接口、数控刀架接口和开关量输入输出接口。主轴编码器反馈信号接口。9芯D型插座，接受主轴编码器的头脉冲、码道脉冲，所选编码器每转脉冲应为1200P或2400P。X轴、Z轴及主轴控制接口。15芯D型插座，用来控制X轴、Z轴步进电机的运动和主轴的转速。开关量输入输出接口。37芯D型插座，开关量输入输出类型：冷却液控制口；辅助输入输出口；刀架控制信号；主轴控制信号；主轴换档控制口；超程信号输入口；回零信号输入口。RS-232通讯接口。9芯D型插座，用于连接RS232C接口的计算机或外部设备。驱动系统改造设计：（1）步进电机驱动模块选择及控制设计步进电机驱动模块选杭州中达电机厂生产的型号为ZD-HB2068驱动模块，该驱动模块采用恒相流、变脉宽PWM调制、全功率MOS管组成驱动桥，动态性能好，可靠性高。CP控制脉冲输入（来自于数控系统的工作指令）；CW/CCW旋转方向指令输入，接高电平改变方向；F/H步距角切换指令输入，高电平为1.50；TIM为相原点输出指令端；RES清零端。（2）主电路设计主轴变速以及正、反转控制采用变频器调速控制，数控刀架正、反转通过改变电路相序来实现。（3）主控电路设计主控电路完成数控系统、主轴电机、数控刀架以及驱动