C6136型经济型数控改造(横向)

毕业设计题目：C6136型经济型数控改造(横向)设计人：指导教师：所属系部：专业班级：2006年11太原科技大学毕业设计2序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3目录第一章概述1．设计目的----------------------------------------------------------------------82．设计任务----------------------------------------------------------------------9第二章设计内容1．总体方案确定及框图-------------------------------------------------------102．机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核----------------------123．C6136经济型数控车床数控系统硬件电路的设计----------------274．数控机床加工程序编制----------------------------------------------------29第三章总结1．设计体会------------------------------------------------------------------------322|、参考书目------------------------------------------------------------------------33太原科技大学毕业设计4第一章概述1.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：(1)要求：将C6136车床改造成用MCS—51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横向：0.25m/min代码制：ISO太原科技大学毕业设计5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：0~99.99mm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：①机床改造总图；②进给伺服系统一个坐标轴（纵向或横向）的机械装配图：③单片机控制系统电路原理图；④设计计算说明书。Ⅰ控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图Ⅱ机械部分设计计算及结构设计说明Ⅲ硬件电路部分设计说明Ⅳ加工程序控制及说明太原科技大学毕业设计6第二章设计内容1.总体方案的确定及框图(1)、总体方案的确定①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。②计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS—51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MCS—51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。③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。(2)、设计方案①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太原科技大学毕业设计7②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。③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：Ⅰ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。Ⅱ尽量肖除传动间隙。例如采用隙齿轮等。Ⅲ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。④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8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１2.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5.1max67.0DFZ查《综合作业指导书》P13页式中maxD——车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力ZF可取纵切时ZF的21NDFZ45.457636067.067.035.1max4.0:25.0:1::2.228845.457621yxzZFFFNF式中xF——走刀方向的切削力（N）yF——垂直走刀方向的切削力（N）NFx06.57222.228825.0NFy19.91522.22884.0太原科技大学毕业设计9(3)滚珠丝杆螺母副的设计、计算、选型①计算进给牵引力横向进给选为三角型或综合导轨参考《机床设计手册.2》6.2-2；6.2-3表GFfFKFzxm查阅《综合作业指导书》P22页式中：xF，yF，zF——切削分力（Ｎ）G——移动部件的重量（N）表1-1查得横向溜板及刀架重力800Nf——滑动导轨摩擦系数，随导轨形式而不同取f=0.15-0.18K——考虑颠复力矩影响的实验系数取K=1.15NGFfFKFzxm1.112180022.228815.006.57215.1②计算最大动负载C选用滚珠丝杆导轨参考《机床设计手册.3》P185-P210osmwLVnnTLFfLC1000106063查阅《综合作业指导书》P22页式中：L——寿命，以610转为一单位n——丝杆转速（r/min）sV——为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的1/2-1/3取min/5.01021mVsoL——丝杆导程（mm）初选oL=5mmT——为使用寿命（h）,对于数控机床取15000hwf——运转系数，查表3-14一般取1.2-1.5太原科技大学毕业设计10min/10065.010001000rLVnos90101500010060106066nTLNFfLCmw15.75361.11215.19033③滚珠丝杆螺母副的选型查阅《综合作业指导书》附表Ａ-2，可采用WD2505外循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为9700N,精度等级按表3-17选为３级。④传动效率计算tantan式中：——螺旋升角，WD2505933——摩擦角取01滚动摩擦系数0.003-0.004971.001933tan933tantantan⑤刚度验算横向进给丝杆支承方式图２所示，最大牵引力1121.1N,支承间距Ｌ＝350mm，因丝杆长度较短，不需预紧螺母及轴承预紧。图２计算如下:Ⅰ丝杆的拉伸或压缩变形量1(mm)太原科技大学毕业设计11查阅《综合作业指导书》图3-4,根据mF＝1121.1N,D=25mm查出5108.0LL可算出：mmLLL351108.2350108.0Ⅱ滚珠与螺纹滚道间接触变形量2查图3-5得Ｗ系列１列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量QmQ5.4因进行了预紧mQ25.25.421212Ⅲ支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形3采用推力球轴承8104查阅《机床设计手册.２》表5.9-137,d=20mm,滚动体直径Qd=5.556mm,数量Z=13mmZdFQmc00573.013556.51.112100052.000052.032232综合以上几项变形量之和：mm01078.01073.525.28.23321〈定位精度⑥稳定性校核计算临界负载kF(N)2LEIfFzk式中:E——材料弹性模量(2/cmN)I——截面惯性矩(4cm)L——丝杆两轴承端距离(cm)zf——丝杆支承方式系数，从表3.15中查出，一端固定，一端简支zf为2.00)(124.11788.264644441cmdI太原科技大学毕业设计12NLEIfFzk49.18263450124.1106.2022622一般kn=2.5-4.0,所以kFkn此滚珠丝杆不会产生失