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车床 数控 改造 设计
资源描述:
毕毕 业业 设设 计计 题题目:目:C6136 型经济型数控改造型经济型数控改造(横向横向) 设设 计计 人:人:杨杨瑞杰瑞杰 指指导导教教师师: :贾贾育秦育秦 所属系部:所属系部:成人教育学院成人教育学院 专业专业班班级级: :机机电电 041 2006 年 11 月 太原科技大学毕业设计 2 毕毕业业设设计计(论论文文)任任务务书书 成人教育学院 机电工程专业 2004 级 041 班 教研室主任批准(签字) 年 月 日 学院院长批 准(签字) 年 月 日 设计人(作者)杨瑞杰 同组人 I. 设计(论文)题目: C6136 型经济型数控改造(横向) II. 原始参数(材料): C6136 型卧式车床说明书 机床数控技术 III. 毕业设计的目的要求 设计依据及主要技术指标设计依据及主要技术指标: 设计依据: 在 C6136 原有车床基础上进行数控化改造,主要是滚珠丝杠副、步进电动机、数控系统的选 择设计。 1) 根据切削力大小计算滚珠丝杠副应承受的最大动载荷,从而选择滚珠丝杠副; 2) 由减速齿轮 Z1、Z2 及滚珠丝杠的转动惯量,求得步进电动机的转动惯量、转矩,据此选 择步进电动机; 3) 依据机床的受控动作,设计数控系统,将机械行动的进给和手动控制的刀架转位改成由单 片机控制的自动进给和刀架的自动转位,实现自动加工。 主要技术参数: 1) 开环控制,两轴联动; 2) 纵向脉冲当量 0.01mm/脉冲,横向脉冲当量 0.005mm/脉冲; 3) ISO 国际数控标准格式代码编程; 4) 故障自诊断功能,能与 PC 机通信。 太原科技大学毕业设计 3 IV.设计基本要求设计基本要求: (包括:技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等) 工作要求: 1) 车床 X、Z 坐标机械伺服机构的设计计算及装配图; 2) 数控系统框图及硬件接线图的绘制; 3) 环形分配子程序和直线插补子程序的框图设计与程序编写。 图纸要求: 三张以上 A0 纸,表达清楚,无明显结构错误,打印。 写作要求: 设计说明书要求叙述清楚,打印。 V.重点研究和解决的问题或指定的专题重点研究和解决的问题或指定的专题: 1) 滚珠丝杠副、步进电动机的选择计算; 2) 机床导轨的贴塑处理; 3) 数控系统硬件原理图的设计; 4) 环形分配子程序程序编写; VI.应搜集的资料数据及参考文献应搜集的资料数据及参考文献: 资料: 5) 数控机床的发展概述; 6) C6136 卧式车床的技术参数; 7) 滚珠丝杠副、步进电动机的技术参数; 8) 部分芯片的使用资料; 参考文献: 1C6136 型卧式车床说明书 2毕毓杰主编, 机床数控技术南京机械高等专科学校;机械工业出版社, 3赵长德;微机原理与接口技术;北京:中国科学技术出版社;1990.9 4朱泗芳主编, 工程制图第三版,高等教育出版社,2000 年 5 月 5张久成主编, 机械设计课程设计 (修订版) ,陕西职业技术学院,机械工业出版社, 1995 年 1 月 6机械设计手册编写组编, 机床设计手册 2 ,机械工业出版社,1980 年 8 月 7机械设计手册编写组编, 机床设计手册 3 ,机械工业出,1986 年 12 月 8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,冶金工业出版社, 1994 年 5 月 太原科技大学毕业设计 4 9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 ,上海科学技术出 版社,1979 年 6 月 10雷晓玲主编, 综合作业指导书 ,机械工业出版社,2000 年 11 月 11石光源、周积义、彭福荫主编, 机械制图第三版,高等教育出版社,1988 年 4 月 VII.设计完成时应提交的文件设计完成时应提交的文件: 进度计划安排进度计划安排: 各阶段内容名称起止日期 时间比 例 (%) 1 毕业实习资料收集06.10.2010.25 2 总体方案设计06.10.2511.1 3 文献资料收集06.11.0311.6 4 设计计算06.11.711.22 5 图纸绘制06.11.2212.08 6 编写设计说明书06.12.0812.15 7 检查、打印06.12.1512.17 8 9 10 太原科技大学毕业设计 5 VIII.完成工作内容: 1.学生应交的设计(论文)文件: 1.设计说明书 _2 设计图纸 _ _ 2. 工作要求:字数: 图纸: 发任务日期:2006 年 月 日 完成日期:2006 年 月 日 设计(论文)指导人(签名) 设计人、作者(签名)杨瑞杰 附注: 本设计论文任务书填写一式两份。一份由指导人送系保存。一份由学生附入设计论文说明书 内。 太原科技大学毕业设计 6 序序 言言 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。 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。 本说明书分为概述、设计内容、总结三部分,分别介绍了此次设计任务将普通卧 式车床(C6136)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;主要是对本次毕业设计的心得。 本书在编写过程中,得到了指导老师和各位老师及同学的大力支持和热心帮助, 在此表示谢意 由于作者水平有限,书中难免有疏漏和不妥之处,恳请读者批评指正。 太原科技大学毕业设计 7 目目 录录 第第一一章章 概概述述 1设计目的 -8 2设计任务 -9 第第二二章章 设设计计内内容容 1总体方案确定及框图 -10 2机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核-12 3C6136经济型数控车床数控系统硬件电路的设计-27 4数控机床加工程序编制 -29 第第三三章章 总总结结 1 设计体会 -32 2|、 参考书目 -33 太原科技大学毕业设计 8 第一章第一章 概概 述述 1.设计目的设计目的 通过毕业设计,学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本 领,巩固和加深时所学知识的理解,并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识,使 认识提高到一个新的水平,通过毕业设计的实践,培养了调查研究的习惯和工作能力, 练习查阅资料和有关标准,查阅工具书或参考书,合理选择设计计算公式,正确计算, 并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果,通过毕业设计,不但提高了解决具体问 题的独立工作能力,具体动脑动手能力,而且建立了正确的设计和科研思想,加强了 科学性,牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。 2.设计任务:设计任务: (1)(1) 要求: 将 C6136 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. 横向:0.005mm (2) 设计参数: 最大加工直径: 在床面上: 360mm 在床鞍上: 200mm 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 太原科技大学毕业设计 9 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 (3)工作量: 机床改造总图; 进给伺服系统一个坐标轴(纵向或横向)的机械装配图: 单片机控制系统电路原理图; 设计计算说明书。 控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图 机械部分设计计算及结构设计说明 硬件电路部分设计说明 加工程序控制及说明 太原科技大学毕业设计 10 第二章第二章 设设 计计 内内 容容 1.总体方案的确定及框图总体方案的确定及框图 (1)、总体方案的确定 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。 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。 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。 太原科技大学毕业设计 11 (2)、设计方案 系统运动方式的确定 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 伺服系统的选择 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。 开环控制系统中,没有反馈电路,不带检测装置,指令信号是单方向送的。 指令发出后,不再反馈回来,故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动。 闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件,用来检测实际位移量, 能补偿系统的误差,因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服 电机驱动。 半闭环控制系统与闭环系统不同,不直接检测工作台的位移量,而是用检测元件 出驱动轴的转角,再间接推算出工作台实际的位移量,也有反馈回路,其性能介于开 环系统和闭环系统之间。 执行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: 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。 尽量肖除传动间隙。例如采用隙齿轮等。 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。 计算机的选择 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)绘制总体方案框图(图 1) 太原科技大学毕业设计 12 微 机 光 隔 离 功 率 放 大 功 率 放 大 光 隔 离 步进 电机运 动 部 件 步进 电机 图 2.机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核 (1)确定系统的脉冲当量 根据数控机床精度要求确定脉冲当量 0.005mm/setp (2) 计算切削力 横切端面 查综合作业指导书
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