C6150普通卧式车床的数控化改造.rar

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编号:16863    类型:共享资源    大小:2.39MB    格式:RAR    上传时间:2021-08-11
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c6150 普通 卧式 车床 数控 改造
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普通车床的自动化改造 摘 要 随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高,加工设备的机械加工 设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床 中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控 机床由于价格昂贵,且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化 改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床 C6150 的基础上对其进行自 动化改造。 作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上,对机床自动化改造技 术进行了深入的研究和分析,并描述了机床控制系统的设计。整个改造过 程主要对车床纵、横向进给系统进行改造,选用自动转位刀架,由脉冲发 生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以 8031 型号的单片机为中心,通 过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。 关键词: 机床改造; 自动化机床; 控制系统 普通车床的自动化改造 ABSTRACT With the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic. The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree. Key words: Machinery Tool Reform; Lathes automatic; Servo system 普通车床的自动化改造 1 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 数控机床与数控技术.1 1.1.1 数控机床与发展趋势.1 1.1.2 数控技术.2 1.1.3 数控技术发展趋势.4 1.1.4 数控机床目前在工业中的地位.6 1.2 数控改造的必要性.6 1.2.1 机床与生产线数控化改造的市场.7 1.2.2 机床数控化改造的必要性.7 1.3 数控化改造的内容及优缺.8 1.4 对我国数控技术和产业化发展的战略见解.10 1.4.1 形势考虑.10 1.4.2 发展策略.10 1.5 本文的选题及主要研究内容.11 1.5.1 本文的选题.11 1.5.2 主要研究内容.11 第 2 章 数控车床总体改造方案及机械部分设计.13 2.1 设计要求.13 普通车床的自动化改造 2 2.1.1 设计基本思路.13 2.1.2 改造方案的确定.13 2.1.3 设计目的.13 2.1.4 总体方案设计.15 2.2 滚珠丝杠的设计计算与选用.15 2.2.1 滚珠丝杠.15 2.2.2 纵向滚珠丝杠的设计与计算.16 2.2.3 横向滚珠丝杠的设计与计算.24 2.2.4 滚珠丝杠的安装与使用.32 2.3 电机与滚珠丝杠连接用一级减速齿轮的设计与校核.34 2.3.1 齿轮传动.34 2.3.2 纵向减速齿轮的设计与校核.35 2.3.3 横向减速齿轮的设计与校核.39 2.4 进给系统的步进电动机的计算与选择.42 2.4.1 步进电动机.42 2.4.2 纵向电机的计算与选择.44 2.4.3 横向电机的计算与选择.47 2.5 电动刀架选择与介绍.50 第 3 章 主轴脉冲发生器介绍与选型.52 3.1 光电编码器原理.52 普通车床的自动化改造 3 3.2 主轴脉冲发生器的安装.53 3.3 主轴脉冲发生器的选择.53 第 4 章 普通车床自动化改造的单片机控制.56 4.1 系统设计.56 4.2 用单片机控制系统电路.58 4.2.1 存储器扩张电路.58 4.2.2 面板操作键和功能选择开关.61 4.2.3 功能选择开关.62 4.2.4 键盘、显示器接口电路.63 4.2.5 步进电动机驱动电路设计.64 4.2.6 M.S.T 接口 .67 4.2.7 辅助电路设计.67 第 5 章 小结 .69 参考文献 .70 英文原文 .71 中文译文 .76 致 谢 .81 普通车床的自动化改造 1 第 1 章 绪论 1.1 数控机床与数控技术 1.1.1数控机床与发展趋势 (1)数控机床: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。 数控(NC)阶段(19521970年) 早期计算机的运算速度低,对当时的科学计算和数据处理影响还不大, 但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一 台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC) ,简称为数控(NC) 。随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,即 1952年的第一代-电子管;1959年的第二代-晶体管;1965年的第三代- 小规模集成电路。 计算机数控(CNC)阶段(1970年现在) 到1970年,通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来 作为数控系统的核心部件,从此进入了计算机数控(CNC)阶段(把计算 机前面应有的通用两个字省略了) 。到1971年,美国INTEL公司在世界上 第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器,采用大规模集成 电路技术集成在一块芯片上,称之为微处理器(MICROPROCESSOR) ,又 可称为中央处理单元(简称CPU) 。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强, 控制一台机床能力有富裕(故当时曾用于控制多台机床,称之为群控) ,不 如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微 处理器速度和功能虽还不够高,但可以通过多处理器结构来解决。由于微 处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为计算机数控。 到了1990年,PC机(个人计算机,国内习惯称微机)的性能已发展到 普通车床的自动化改造 2 很高的阶段,可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入 了基于PC的阶段。 总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算 机;1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC(国外称为 PC-BASED) 。 还要指出的是,虽然国外早已改称为计算机数控(即CNC)了,而我 国仍习惯称数控(NC) 。所以我们日常讲的数控,实质上已是指计算机 数控了。 1.1.2数控技术 随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的 高速发展,机床数控技术有了长足的进步。近几年一些相关技术的发展, 如刀具及新材料的发展,主轴伺服和进给伺服、超高速切削等技术的发展, 以及对机械产品质量的要求越来越高等,加速了数控机床的发展。目前数 控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方 向发展。世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。 高速高效高精度 高生产率。由于数控装置及伺服系统功能的改进,主轴转速和进给速度大 大提高,减少了切削时间和非切削时间。加工中心的进给速度已达到 80m/min120m/min,进给加速度达9.8m/s219.6m/s2,换刀时间小于 1s。高加工精度。以前汽车零件精度的数量级通常为10 m,对精密零件要 求为1 m,随着精密产品的出现,对精度要求提高到0.1 m,有些零件甚 至已达到0.01 m,高精密零件要求提高机床加工精度,包括采用温度补偿 等。微机电加工,其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下,表面粗糙度为纳 米数量级,要求数控系统能直接控制纳米机床。 柔性化 柔性化包括两个方面的柔性:一是数控系统本身的柔性,数控系统采用模 块化设计,功能覆盖面大,便于不同用户的需求;二是DNC 系统的柔性, 同一DNC系统能够依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行 动态调整,从而最大限度地发挥DNC 系统的效能。 工艺复合化和多轴化 数控机床的工艺复合化,是指工件在一台机床上装夹后,通过自动换刀、 旋转主轴头或旋转工作台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。 已经出现了集钻、镗、铣功能于一身的数控机床,可完成钻、镗、铣、扩 普通车床的自动化改造 3 孔、铰孔、攻螺纹等多工序的复合数控加工中心,以及车削加工中心,钻 削、磨削加工中心,电火花加工中心等。此外数控技术的进步也提供了多 轴控制和多轴联动控制功能。 实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,其作用是如何调度任务, 以确保任务在规定期限内完成。而人工智能,则试图用计算模型实现人类 的各种智能行为。科学发展到今天,实时系统与人工智能已实现相互结合, 人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展,由此产生了实 时智能控制这一新的领域。在数控技术领域,实时智能控制的研究和应用 正沿着几个主要分支发展,如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专 家控制、学习控制、前馈控制等。例如,在数控系统中配置编程专家系统、 故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系 统;在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈 功能;在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制,使数控系统 的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的目的。 结构新型化 20 世纪90 年代一种完全不同于原来数控机床结
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