c6132普通车床数控化改造设计

IXXXX大学本科毕业设计论文行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的关键词:普通车床，数控改造，步进电机，经济型数控系统，MCS-51IIXXXX大学本科毕业设计论文IIIXXXX大学本科毕业设计论文 V IVXXXX大学本科毕业设计论文VXXXX大学本科毕业设计论文【从这里输入符号说明，标题下空一行写内容。】1XXXX大学本科毕业设计论文机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由机床。它是一种综合应用了计算机技术、自动设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现决了形状结构复杂、精度要求高及小批量零件质量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平和方向。与普通机床相比，数控机床能够自动平面、回旋面、平面曲线的加工，加工精度和且替换下来的旧机床闲置起来又会造成浪费，要的数控化改造之路。从美国、日本等国家工业现造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。因1）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费2XXXX大学本科毕业设计论文机床Ⅹ轴伸出端安装主轴脉冲编码器，本文对6）在软件设计方面，对MCS-51单片机做了3XXXX大学本科毕业设计论文程中负载切削力随时会发生变化，为了保证工4XXXX大学本科毕业设计论文机，随之电动机的尺寸也变大了，机床改造相下，主传动系统也要拆除并进行重新设计，这交流异步电动机的转速与电源频率，电动机磁极对数nfp以及转差率之间的目前，无反馈矢量控制方式的变频器已经能够做到在0．5Hz时稳定运行。M-3CNMMICNcosφ——电动机的功率因素(通常约O．75)MU——电动机的电压，380V；PCN——变频器的额定容量，kVA；5XXXX大学本科毕业设计论文I-3-3EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up14(M),1)M如图2-8所示是横向传动系统的改造布置图，步进电机和减速箱安装在远离操作者的床鞍一端，拆除床鞍上原来的手动操位置，安装角接触球轴承进行支撑，同纵向一器的输出轴，滚珠丝杠两端同样有两对锁紧螺丝杠螺母副采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠6XXXX大学本科毕业设计论文双片齿轮错齿消隙法图2-9是双片齿轮错齿式消除间隙结构。两个相同齿作相对回转。每个齿轮的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳3和8。齿轮1、2—薄齿轮3、8—凸耳4—弹簧5、6—螺母7—调节螺钉和调节螺钉7上，通过转动螺母5就可以调紧。弹簧的拉力使薄片齿轮1和2错位，即两个薄齿轮的左、右齿面分别7XXXX大学本科毕业设计论文相同的两片薄齿轮2和3。齿轮2空套在齿轮3上上开有三个周向圆弧槽，齿轮2上均布着三个螺纹孔，装配时在齿轮3的槽中放齿，从而达到消除间隙的目的。这种结构适合齿转动电机，使刀架转动到45°左右时，装上螺钉，然后固定刀架即可。电机8XXXX大学本科毕业设计论文时9XXXX大学本科毕业设计论文），XXXX大学本科毕业设计论文速度同时进行连续相关控制。在这类控制方式的功能，即根据程序输入的基本数据，通过数理，把直线或曲线的形状描述出来，并一边运2.按伺服系统的类型分类比较，根据其差值与指令进给速度的要求，按给伺服系统的速度指令。闭环控制系统的特点采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱比较复杂。另外检测元件昂贵，调试和维修比XXXX大学本科毕业设计论文微型机数控系统由CPU、ROM、RAM扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动由于MCS-51单片微型机具有各种寻址方式并有硬件乘法和除法指令，具有很强的位寻址和运算功能，特别适合于控制应用场合，使用MCS-51来构成各种①8031的片内没有程序存储器，必须外接扩展电路，具有扩展2片2764共数据缓冲器，CPU对其内部RAM有丰富的操作指令。因此，这个RAM是十分珍惜的资源。我们应合理地充分地应用片内RAM存储器，但片内RAM存储器往往是不够的。外接RAM扩展电路可扩大存储器容量。本设计扩展一个6264（8K）的外部RAM。此外，还有伺服电机驱动电路，光电耦合器电路，报警电XXXX大学本科毕业设计论文第三章横向进给系统的设计计算例如车床的主切削力Fz（N）可用下式计算Fz（N）=0.67DEQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up2(1),m).EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up2(5),ax)式中D----车床身上加工最大直径单位为mm横切端面时主切削力F/可取式中Fx一一纵向走刀方向的切削分力（N）XXXX大学本科毕业设计论文yZ主切削力FZ'（N）可取纵切的1/2此时走刀抗力为Fy'（N），吃刀抗力为Fx'，仍按上太述双例粗略计算：FZ':Fx'=1Fx'=479.4(N)Fy'=761.7(N)杠外径d)、导程Lo、滚珠的工作圈数j、列数K。XXXX大学本科毕业设计论文两端钻出通孔，同优点：工外循脱落，螺旋槽用钢缺点：螺杠环滚珠丝XXXX大学本科毕业设计论文型型器重量和切削分力作用在导轨上的磨擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关．Fm（N）计算公式如下：F=KF+f/（F+F+G）F=KF+f/（F+2F+G）XXXX大学本科毕业设计论文F=KF+f/（F+G）式中Fx、Fy、Fz----切削分力N），（），f/----导轨上的磨擦系数，随导轨型式而不同。在正常情况下，K,f及f/可取下列数值：燕尾形导轨K=1.4f/=0.2式XXXX大学本科毕业设计论文6转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值f/mWVs----为最大切削力条件下的进给速度（m/min可以最高进给速度的sf—运转系数，见表1．按一般运转选wXXXX大学本科毕业设计论文从手册或样本的滚珠丝杠副的尺寸系列表中可以找出相应的额定动载荷Caa于10’。XXXX大学本科毕业设计论文fw=1.2传动效率和计算：滚珠丝杠螺母副的传动效率3.3横向减速器设计p0pp考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速,按照经验公式可取XXXX大学本科毕业设计论文i因进给运动齿轮受力不大，模数m取2，齿轮参数如表3.4横向进给步进电机计算和选型1）等效转动惯量计算由于横向步进电机经两对齿轮降速后传到丝杆，此传动系统折算到电机轴上总的转动惯量J可由下式计算d式中J为转动惯量，i为传动比，m取50kg,丝杠导程L为0.005m；计算圆柱体转动惯量的公式为按照上式可依次计算出各传动件的转动惯量，其中丝杠的等效直径取20mmJZZXXXX大学本科毕业设计论文则将各传动部件及工作台质量折算到电机轴上的总的转动惯量Jd2)惯量匹配验算参考同类型机床，初选反应式步进电机110BF003型反应式步进电动机，查《机m3）步进电机负载能力校验作用在步进电动机轴上的总负载转矩T可按下式计算Jw1④设滚珠丝杠螺母副的预紧力是最大轴向载荷的，则可得到因预紧力而引起30则空载启动时电动机上的总负载转矩为反应式步在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为XXXX大学本科毕业设计论文步进电机正常运行时所需的最大静转矩Ts可由以下经验公式计算求110BF003步进电机可以正常启动，可作为初选电机，但还必须进一步考核步进4）电机最大空载启动频率f和最大运行工作频率f的确定pp许最大空载启动频率为1500Hz，运行频率为7000Hz.再查出1启动矩频特性和运行矩频特性曲线。可看出，当步进电机起动时，远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩，直接使用则会产生失步现象，所以必须采用可满足要求。当快速运动和切削进给时，110BF003型步进电机运行矩频特性完5）系统刚度计算丝杠螺母机构的刚度主要由丝杠本身的拉压刚度K、丝杠螺母间的接触刚L度K以及轴承和轴承座组成的支承刚度K三部分组成。由于丝杠本身的扭转NB刚度与拉压刚度相比要小得多，故可将其忽略不计。①丝杠本身的最大、最小拉压刚度XXXX大学本科毕业设计论文77N/m27）系统误差分析①死区误差查《机电一体化设计》式5-59可得0min所以满足单脉冲进给的要求。②由系统刚度变化引起的定位误差影响系统定位误差的因素很多，但是主要是由丝杠螺母机构综合拉压刚度的变化锁引起的定位误差。查《机电一体化设计基础》式5-60可得到由丝杠螺母机构综合拉压刚度的变化所引起的最大定位误差为XXXX大学本科毕业设计论文对于开环控制的伺服系统，将其控制在定位误差的1/3~1/5范围内，由于系KmaxXXXX大学本科毕业设计论文（1）主控制器，即中央处理单元CPU。（3）存储器。包括程序存储器和数据存储器（4）接口。即I/O输入/输出接口电路。（2）可扩展存储器（包括ROM和RAM）的容量。XXXX大学本科毕业设计论文目前在经济型数控机床中，推荐采用MCS—51系列单片微机作为主控制器。在选择程序存储器芯片时，要考虑CPU与EPROM时序的匹配，还应考虑最大XXXX大学本科毕业设计论文4.3.4外部I/O接口电路的扩展I/O口扩展方式主要有并行总线扩展法和串行口扩展法。这里选用可编程I/O口芯片,可编程接口是指其功能可由计算机的指令来改变的接口芯片。可编程接口通过编制程序,可使一个接口芯片执行多种不同的接口功能,使用十分灵活。用它来连接计算机和外设时,不需要或只需要很少的外加硬件。在8031单片机中常用的两种接口芯片:8255和8155可编程通用并行接口。8255具有3个8位的并行I/O口,具有三种工作方式,可通过编程改变其功能,使用方便,通用性强。8155芯片内包含有256字节RAM,2个8位和1个6位的可编程并行I/O口,1个14位定时器/计数器。8155可直接与8031单片机连接,不需要增加任何硬件逻辑。由于8031单片机外接一片8155后,就综合地扩展了数据RAM、I/O端口和定时器/计数器,因而是8031单片机系统中最常用的外围接口芯片之一,通过比较选择8155扩展外部I/O口。在8155的控制逻辑部件中,设置有一个控制命令寄存器和一个状态标志寄存器。8155的工作方式由CPU写入控制命令寄存器中的控制字来确定。控制命令寄存器只能写入不能读出,8位控制命令寄存器的低4位用来设置A口、B口和C口的工作方式。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或选通方式,C口可作为输入输出口线,也可作为A口、B口选通方式工作时的状态控制信号线。8031与8155可直接相连,其接口方法如图4-7所示。XXXX大学本科毕业设计论文图4-78031扩展8155连接图8031的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。内部方式利用芯片内部振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，如图4-102）复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现，在时钟电路工作后，只要RESET引脚上出现10ms以上高电平单片机便实现状态复位，以后单片机便从0000H单元开始执行程序。单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。图4-11所示为上电与按钮复XXXX大学本科毕业设计论文位组合。在上电瞬间，RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲，只要RESET端保持步进电机是将电能转化为机械能的电磁元件。定子上安装了六个磁极，相对的两个磁极上放置着同一相励磁绕组，而转子上没有，只有四个凸极，a、b、c、d组成，当s接通，s，s断开，A相建立磁场，转子力求以磁路最大来取向，转子齿与定子A相磁极对齐，即转子a、c齿的轴线与定子A相磁极轴线重合。当s，s断开，s接通，转子b、d齿的轴线与定子B相磁极轴线重合。依次类推s—s—s—ss—s—s—s步进电机是由脉冲信号控制的，脉冲信号的产生和分配由软件编程来完成，而信号的放大由放大电路来完成。由于强弱信号的原因，我们在放大电路前加上光电耦合电路，以防止电源串路。具体控制电路如图4-15所示。XXXX大学本科毕业设计论文W是步进电机的一相绕组，VD3是续流二极管。74LS373是8路三态输出触发器，一路输出信号控制一相绕组，可控制两台三相步进电机或两台四相步进电机。Q下面来分析一下该接口电路的工作过程。步进电机控制框图如图4-16所示：又叫环形分配器，有硬件环形分配器和软件环形分配器两种。硬件环形分配器需要的I/O口接线数少，且执行速度快，但需要专用的芯片。软件环形分配器是用XXXX大学本科毕业设计论文1）硬件环形分配器是由门电路及其逻辑电路组成，目前已经大量采用可靠性高，外形尺寸小，使用方便的集成脉冲分配器。按其电路结构不同分为TTL集成电路和CMOS集成电路。2）软件环形分配器软件环形分配器在电路上不需要环形分配专用芯片，而是在微处理中专门安排一个输出寄存器作为步进电动机的控制寄存器，步进电动机的每一相绕组都与这个寄存器中某一指定位相对应。寄存器中这一位为“1”，对应相应绕组的通电状态，这一位为“0”，对应着相应绕组的断电状态。微处理器按照程序中规定的顺序，循环的向寄存器中写入各控制字节，从而使步进电动机绕组按固定的规律，循环地通电或断电，步进电动机便按照设定的方向转动。在电路上步进电动机的每一绕组需和一个I/O口相连（经光电隔离电路）故占本设计采用软件环形分配器。2.光电隔离电路在步进电动机驱动电路中，脉冲分配输出的信号经放大后，控制步进电动机的励磁绕组。由于步进电动机需要的驱动电压较高（几十伏），电流也较大，如果将I/O口输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，轻则影响计算机程序的正常运行，重则导致计算机接口电路的损坏。所以一般在接口电路与功率放大器之间都要加上隔离电路，实现电气隔离，通常使用最多的是光电耦合器。如图4-17：耦合器由发光二极管和光敏三极管组成，图4-18为共集电极输出型。当输入信号加到输入端时，发光二极管导通激发发出红外光，受光三极管受光照射后，由XXXX大学本科毕业设计论文于光敏效应产生光电源，通过输出端输出，从而实现了以光为媒介的电信号传输。输入端与输出端在电气上完全隔离。下图为光电隔离输出及输入电路，且为同向当控制信号为低电平，74LS05不吸收电流，发出二极管不导通，从而输出的三极管截止。同相电路输入电平为零电平，反相电路输出电压为高电平（12V）。当控制信号为低电平时，反相输出电平接近零。3.功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的要求，必须将它放大以产生足够大的功率驱动步进电机正常运转。从步进电动机的启动矩频特性可以看出,随着运行频率的增高，步进电机输出XXXX大学本科毕业设计论文第五章软件设计数控机床通过软件程序实现对硬件及机床的控制，数控系统软件是根据机床零件加工的实际需要而编号的控制程序。每种数控机床都配有相应的控制程序，用来完成各个控制功能。首先要建立数学模型，确定控制算法和控制功能，然后编写成相应的控制程序，固化在只读存储器中。本次设计编写了四个软件程序，分别为：（1）环形分配器软件设计（2）逐点比较直线插补软件设计（3）圆弧插补软件设计（4）步进电动机自动软件设计采用模块化设计，主要包括主模块、子程序模块和定时中断模块，主模块主要完成初始化和监控，初始化包括PIO、CTC的初始化、标志位，原冲区及显示缓冲区的初始化，监控主要包括键盘管理和显示管理，均可调原监控程序中的键盘管理和显示管理子程序，功能子模块包括+X，-X，+Z，-Z及STOP功能子模块并可调用原监控程序中的许多子程序，中断模块包括急停、中断模块XXXX大学本科毕业设计论文5.3逐点比较法的直线插补软件设计在直线或圆弧廓形加工中，需要X向和Z向驱动电机同时动作，合成所需的运动轨迹。由于一个进给脉冲只能沿坐标轴（X轴或Z轴）进给一步，这个距离（步距）基本原理：进给机构每进给一步，计算新的坐标点位置和它与理想直线（或曲XXXX大学本科毕业设计论文5.4逐点比较法的圆弧插补软件设计原理同逐点比较法直线插补相似，可利用相似性得到。第一象限如图XXXX大学本科毕业设计论文XXXX大学本科毕业设计论文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为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统。将原有车床的光杠、丝杠和操纵刚拆除，换成滚珠丝杠螺母副，在选取滚珠丝杠螺母副时要注意，滚珠丝杠螺母副的制造精度要求高，加工工艺比较复杂，都是由专业工厂按系列化进行生产。因此在进行设备改造时，要按厂家生产标准进行选择，选择合适以后再决定被改造设备的其他相关部分的结构和尺寸。控制部分采用单片机控制，在选取单片机时，采用MCS-51系列的8031。MCS-51系列单片机的特点之一是硬件电路设计简单，系统结构紧凑，对于简单的应用场合，MCS-51系列的最小系统用一片8031外扩一片EPROM就能满足功能的要求，对于复杂的应用场合，可利用MCS-51的扩展功能，构成功能强、规模较大的系统。本设计程序存储器的扩展采用两片2764芯片，数据存储器的扩展采用一片6264芯片，I/O接口的扩展采用两片8155芯片。程序设计根据第一象限的直线及圆弧插补原理，采用逐点比较法编程。在做设计的过程中，我不但复习了所学过的知识点，还学到了新的知识，同时将所学到的知识充分的运用起来，做到了学以致用，还学会了查资料，除此之外，我还懂得了团结合作的重要性，知道了集体的力量有多么强大！XXXX大学本科毕业设计论文在本课程设计结束之际，我要向曾经帮助过我的老师和同学表示感谢。通过这次课程设计，我学会了独立分析问题和解决问题的能力，获得了不少宝贵本设计是在蔡宗琰老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，从设计任务的下达、研究的内容和方法的确定到整个论文的撰写、修改直至最终完稿，无不包含蔡老师的心血与精力。尤其在我遇到难题和困惑时，蔡老师总能抽出宝贵的时间对我进行指导，为我及时解决困惑；当我没有信心进行下去时，也是蔡老师的鼓励和支持让我坚持下去。蔡老师严谨的治学态度、渊博的知识、对学生诲人不倦的指导和帮助，不仅让我学到了知识，更让我学会了怎么做人。在此我还要感谢工程机械学院的各位老师对我的辛勤培育，使我获得了丰富的知识，感谢各位老师在论文的修改和校正过程中给予的帮助；同时感谢所有为我提供帮助和便利的同学。最后，谨向所有在我学习生涯中，给予关心、帮助和支持的人表示衷心的XXXX大学本科毕业设计论文参考文献[4]大连理工大学工程画教研室编．机械制图［M北京：高等教育出版社，[5]郑堤，唐可洪主编．机电一体化设计基础［M北京：机械工业出版社，[6]吴宗泽，罗圣国主编.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，[7]戴曙主编.金属切削机床[M].北京：[8]机械设计手册编委会编.机械设计手册[S].北京：机械工业出版社[9]现代实用机床设计手册编委会编.现代实用机床设计手册[S].北京：机械工[11]哈尔滨工业大学，天津大学主编．机床设计图册［S］.上海科学技术出版[14]杨宁主编．单片机与控制技术［M北京：北京航空航天工业出版社，[15]孙和宁，杨宁主编．单片微机原理与接口技术［M北京：冶金工业出[16]胡汉才主编．单片机原理及其接口技术［M北京：清华大学出版社，］．[18]中国机械工业教育协会组编．数控技术［M北京：机械工业出版社，[19]文怀兴