数控机床改造(毕业设计)-正文

韶关电大毕业设计(论文)第三页卧式车床的数控改造摘要目前，中国的数控机床需求量很大，达到300万台。所有的翻新都需要时间和材料。为了满足要求，达到更高的精度和更好的经济性，对普通车床进行了数控开环改造。本设计主要是对CA6140普通车床的纵横进给系统进行改造，以及对纵横进给伺服系统的变速箱进行改造。本设计完成了以下工作：1机械部分采用一级齿轮传动，以BF型步进电机为驱动源，CBM/CDM滚珠丝杠为重要部件，以便更好地实现软件控制。在数控部分，以MCS-51单片机中的8031为主控制芯片，建立了一套单片机应用系统。8155芯片和外部存储器，用于扩展输入/输出接口、数据锁存器和解码器。3 SolidWorks建模，包括软件的应用和车床的物理建模。关键词：数控机床改造、单片机、滚珠丝杠高炉步进电机SolidWorksABSTRAC由于我国机床数量众多，总数为300万台。没有足够的时间和材料是不可能全部更新的。用数字控制(nc)开环控制系统改造部分旧系统以获得高精度和高经济性是一个好办法。设计重点是纵向和轴向进给系统的改造，也是轴向进给系统的恐惧箱，本文已做了一些工作(1)在一级驱动的基础上，作为动力源的BF步进电机，作为重要传动元件的CDM/CBM滚珠丝杠，机械部分实现软件控制。(2)数控部分采用MCS-51 8031做主控芯片建立一套单片机应用系统。用8155芯片和外部存储器扩展I/o连接，用解码器使用地址锁保存(3) SolidWorks建模构造包括软件应用和对车床实体的建模关键词：数控机床，单片机，滚珠丝杠，高炉步进电机，SolidWorks。辽宁科技大学本科毕业设计(论文)第二页内容1.Ogata 12.总体规划的确定42.1车床改造方案4的选择2.2车床改造方案5的确定3.机械计算第6节3.1选择脉冲当量63.2切削力的计算63.3滚珠丝杠螺母副7的计算和选择3.3.1纵向进给螺杆73.3.2横向进给螺杆103.4齿轮传动比的计算113.4.1纵向传动比的计算113.4.2横向传动比的计算123.5步进电机12的计算和选择3.5.1纵向步进电机12的计算3.5.2横向进给步进电机15的计算和选择4.微机控制部分184.1总体设计184.2主控制器184.2.1主控制器18的选择4.2.2为片外存储器19选择80314.2.3 8031并行输入/输出端口扩展195.电路原理图设计205.1关于线路元件之间的线路连接205.2。电路原理图21的几点注释6.数控机床故障诊断256.1初步诊断256.2高级诊断276.3未来数控系统的诊断技术287.SolidWorks建模307.1 SolidWorks软件简介307.2草图317.3装配设计338.数控系统的发展趋势37结论42谢谢你参考文献44韶关电大毕业设计(论文)1.绪方理论机床数控技术是利用数字化信息实现机床自动控制的特殊技术，其中刀具和工件运动轨迹的自动控制以及刀具和工件相对运动速度的自动控制是机床数控的最重要内容。数控机床简称数控机床，是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一种精密机电产品。它是由精密机械部件(如滚珠丝杠、高精度导轨、精密轴承和主轴)和复杂电气部件(如数控系统、驱动装置、伺服电机和精密测量系统)组成的完整产品。它用编码表示加工过程中的各种控制信息，并通过信息载体输入数控装置。经过计算，数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，零件按照图纸要求的形状和尺寸自动加工。数控机床是一种灵活、高性能的自动化机床，它解决了复杂、精密、小批量、多种零件的加工问题。它代表了现代机床控制技术的发展方向，是典型的机电一体化产品。数控机床的基本部件包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床本体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下：数控机床系统组成框图其工作原理是根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求，确定零件的加工工艺和工艺参数，并按照一定的规则形成数控系统可理解的加工程序。也就是说，被加工零件的几何信息和工艺信息被数字化；按照标准格式准备零件加工程序清单；然后，将加工程序输入到数控机床的数控装置中，并且对输入到数控单元中的加工程序进行试运行、刀具轨迹模拟等。确认无误后，正确夹紧加工零件。设定刀具后，机床可以开始运行加工程序。加工程序运行时，数控系统会根据加工程序的内容发出各种控制命令，如启动主轴电机、开启切削液、计算刀具轨迹、向专用执行单元发送数字位移脉冲、控制进给速度等。在正常情况下，处理程序可以直接运行到结束。当加工零件发生变化时，只要加工程序发生变化，就可以在数控机床上连续加工新零件。国外对数控机床进行了改革，使其发展成为一个新的工业部门。早在20世纪60年代，它就开始迅速发展，并由专业企业经营这项业务。其发展原因是多方面的。首先是技术的原因。在过去的20年里，金属切削的基本原理没有多大改变，但是社会生产力的巨大发展要求制造技术向自动化和精密化发展。然而，在刀具材料和电子技术方面，特别是在微电子和电子计算机方面，已经取得了巨大的进步。技术进步反映了控制系统，它可以帮助机床自动化和提高加工精度，技术进步和高生产率的要求，精密加工的增加等。突出旧机床技术改造的必要性和紧迫性。第二是经济原因。许多发达国家已经做了更系统的分析。如果用新设备更新旧机床设备，将会花费很多。如果使用“转换技术”，它将节省大部分资金。这种事半功倍的技术不仅不浪费资金，而且为小企业进行技术改造创造了新的途径，对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。同样，由于市场因素，许多国家设备所需的数控机床数量无法根据机床行业的现状及时提供。机床的“改造”已经成为机床市场所需的补充手段。最后一个因素是生产率。在工业生产中，现代机械制造的基本特征是多样化和小批量生产。只有很大比例的专业人士中国有300万台机床。然而，这些机床中有大量是多年累积生产的通用机床。自动化程度不高。近年来，无论我们的机床的资本或能力如何，都不可能用自动、半自动和精密机床大量更新现有设备。因此，应尽快实现我国一些普通机床的自动化和精密化改造，这是我国现有设备改造自动化中需要解决的课题。使用这种控制技术正是为了满足这一要求。它是基于现代微电子技术和传统技术的结合。微机在机床改造中的应用不仅技术先进，而且在这种自动改造方案的应用中具有较大的适用性和可调整性，投资改造成本低。经济型数控设备的价格仅为全功能数控设备的1/3到1/5。几台机组的应用实例表明，投入使用后，生产效率提高了一倍，取得了显著的经济效益。因此，我国在大力推广经济型数控中间技术的基础上，提出走适合我国经济、教育和生产水平的全功能数控之路。对于未来全运动数控机床应用的准备阶段来说，实现我国传统机械制造的过度导向是一项重要内容。CA6140机床是一种通用精密卧式机床，属于多种通用机床。这种机床有更好的性能和质量。然而，其结构复杂，自动化程度低。它是一种中型普通机床，广泛应用于各种厂矿。为此，本设计的任务是对CA6140普通机床进行数控改造，并利用微机实现纵向和横向进给系统的开环控制。驱动元件是步进电机，传动系统是滚珠丝杠。2.总体计划的确定2.1车床改造方案的选择2.1.1设计系统的选择在简单的数控系统中，大多数使用八位微处理器和单片机。近年来，一些主要的国有半导体制造商相继生产了各种8位单片机，主要有MCS-48系列、CS-51系列、Mostek的3870、Motorolo的6801和6805。目前，它在中国被广泛使用。开发工具是MCS-51系列。这里，选择了MCS-51系列的8031。2.1.2系统运行模式的确定数控系统根据运动方式可分为点对点控制系统、点对点直线控制系统、轮廓控制系统和连续控制系统。车床用于控制刀具以给定的速度沿指定的路线移动，以加工具有复杂工件轮廓的零件。其坐标轴的运动有精确的计数关系。根据车床加工的特点，采用连续控制系统更合适。连续控制系统具有点控制系统的功能，因此定位方法采用增量坐标控制。2.1.3伺服系统的选择伺服系统实现位伺服控制有三种控制方式：开环、闭环和半闭环。开环控制伺服系统的基本问题是精度不能太高。然而，步进电机在位移和输出脉冲之间有严格的对应关系，因此误差不会累积。转速和输出脉冲频率有严格的对应关系。此外，伺服系统不受负载能力范围内的电流、电压、负载大小和环境条件的波动的影响。数据装置发出的信号的流向是单向的，检测工作台等运动部件的实际位置工件。随着电子技术和计算机控制技术的发展，DC电机或交流电机目前大多用作执行元件。虽然闭环和半闭环对控制系统可以实现更高精度的位置伺服。由于反馈链路控制良好的稳态和动态所需的技术条件(2)螺杆传动原机床的螺杆属于滑动螺杆传动。主要缺点是机械效率低，一般只有3060%，与改造后的精度相差很大。除了定位精度高外，数控机床还应具有良好的动态响应特性，滚珠丝杠副特性，传动效率高，一般可达90%以上，丝杠间隙可通过预紧消除，运动平稳，传动精度高，可靠性好，磨损小，使用寿命长，但制造复杂，成本高。为了使系统具有良好的指令性和满足精度要求，本次改造采用了滚珠丝杠机构。(3)对于齿轮传动，步进电机的步距角和丝杠的导程只能根据标准选择。为了满足0.001秒的分辨率要求，采用交错齿隙调整的纵向和横向齿轮进行减速。2.2车床改造方案的确定(1)保留原车床的主传动链。为了保证机床在螺纹加工中的功能，在主轴外端安装了YGM脉冲发生器，使其与主轴转速一致。脉冲发生器用于发出脉冲发生器，使微机处理器根据主轴的脉冲信号，通过螺杆的旋转角度使刀架产生进给运动。(2)改造纵向进给机构，拆除原机床的进给箱和滑动箱，用原机床安装孔的销孔安装齿轮箱，滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置，两端仍按原方式固定，减少改造工作量。(3)横向进给机构的安装：保留原有的手动机构。用于零件的微机送料和机床操作。原有的支撑结构也得以保留。电机和齿轮箱安装在机床的后侧。(