c616机床数控步进改造

重庆大学本科/专科学生毕业设计（论文）C616数控步进改造学生：===xch===学号：===2008===指导教师：==gg==助理指导教师：==y==专业：机电一体化重庆大学机械工程学院二O一O年十月重庆大学专科学生毕业设计（论文）摘要摘要本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。本次设计涉及到了C616机床的纵向进给系统、横向进给系统、步进电机、机床导轨、刀架以及改造后的使用问题。利用微机对纵向和横向进给系统进行开环控制。纵向脉冲当量为0.01/脉冲，横向脉冲当量为0.005脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能的减少，以降低成本。根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经过一级齿轮降速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向和横向的进给运动。关键词：C616，进给系统，数控改造，步进电机重庆大学专科学生毕业设计（论文）目录目录摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ1绪论…………………………………………………………………………………………11.1我国数控车床的发展和产业化的现状及当今世界数控车床的发展的趋势……………11.2C616数控步进改造设计的目的及意义……………………………………………………21.3本设计的内容和任务………………………………………………………………………32总体方案设计……………………………………………………………………………52.1设计任务……………………………………………………………………………………52.2总体方案确定………………………………………………………………………………53机械部分设计……………………………………………………………………………73.1进给系统的设计计算………………………………………………………………………73.1.1横向进给系统…………………………………………………………………………73.1.2纵向进给系统…………………………………………………………………………73.2传动计算…………………………………………………………………………………73.2.1确定齿轮模数及有关尺寸……………………………………………………………83.3切削力的计算………………………………………………………………………………83.4滚珠丝杠的计算与选型……………………………………………………………………103.4.1机床丝杠进给牵引力…………………………………………………………………103.4.2疲劳强度计算…………………………………………………………………………103.4.3横向滚珠丝杠螺母副几何参数的计算………………………………………………123.4.4纵向滚珠丝杠螺母副几何参数的计算………………………………………………133.4.5传动效率计算…………………………………………………………………………133.4.6刚度验算………………………………………………………………………………143.5步进电机惯性负载的计算…………………………………………………………………153.5.1横向转动惯量…………………………………………………………………………153.5.2纵向转动惯量…………………………………………………………………………153.6步进电机的计算和选用……………………………………………………………………163.6.1步进电机力矩的计算…………………………………………………………………163.6.2步进电机的选择………………………………………………………………………183.7自动转位刀架设计…………………………………………………………………………214控制系统硬件设计……………………………………………………………………224.1确定硬件电路的总体方案…………………………………………………………………224.1.1主控制器CPU的选择…………………………………………………………………224.1.2.存储器扩展电路设…………………………………………………………………224.1.3步进电机驱动电路设计………………………………………………………………254.1.4其它辅助电路设计……………………………………………………………………264.2机床数控系统硬件电路设计………………………………………………………………27重庆大学专科学生毕业设计（论文）目录5系统控制软件的设计…………………………………………………………………295.1系统控制功能分析…………………………………………………………………………295.2系统管理程序设计…………………………………………………………………………295.3直线插补程序………………………………………………………………………………30结束语…………………………………………………………………………………………33致谢……………………………………………………………………………………………34参考文献…………………………………………………………………………………35重庆大学专科学生毕业设计（论文）绪论1绪论1.1我国数控车床的发展和产业化的现状及当今世界数控车床的发展的趋势。随着科学技术的发展，现代机械制造耍求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高;机床作为机械制造业的重一要基础装备，它的发展一直引起人们的关注。由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，一导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床——数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加一工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩日，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多，产品更新换代加速。数控机床代替普通机床是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、一可靠性及完善性的功能发展。目前，我国自主开发研制的机床产品基本满足了一些国家需要，并且在重型机床和超重型机床并多次创造出极限规格的世界之最。如我国已经制造出加工直径25m的超重型数控立式铣车床，镗杆直径320mm的落地式铣镗床，加工宽度为10m以上的数控龙门镗铣床，回转直径在5000mm以上的数控重型卧式车床等一批具有自主知识产权，而且技术水平已经接近世界先进水平的重型机床系列品。近两年，我国重型数控机床发展最快，如重型数控龙门镗铣床，重型落地镗铣床，重型立、卧式车床等的年产量和市场消费量已居世界第一。重型机床发展之快速是我国电力、船舶、石化和矿山等重型设备制造大量需求直接拉动的反映。一批新产品如数控双龙门镗铣床、龙门车铣复合加工机床、动梁可交换工作台可换铣头五面体龙门加工中心等研制成功；关键技术，如静压导轨和静压轴承技术、同步控制和运动补偿技术、五轴联动技术、大功率双摆角铣头和重型回转工作台的技术攻关相继突破，标志着我国重型机床发展达到新的高度。尽管我国机床行业在最近几年来有了长足进步，取得可喜的发展。但是绝大部分中、高档重型数控机床还是依靠进口，其中德国和意大利的产品较多，它们代表着世界先进水平。国内产品与国外产品在结构上的差别并不大，采用的新技术也相差无几，但在先进技术应用和制造工艺水平上与世界先进国家还有一定差距。新产品开发能力和制造周期还满足不了国内用户需要，零部件制造精度和整机精度保持性、可靠性尚需很大提高，尤其是在与重型机床配套的数控系统、功能部件，如刀库、机械手和两坐标铣头等部件，还需要境外厂家配套满足。国内厂家尽管技术略逊于国外先进水平，但在制造能力和价格上有很大的优势，尤其是超重型机床已达到当代国际先进水平。我们相信，我国机床制造随着科技进步与艰苦奋斗的努力，一定会逐步缩小与世界先进水平的差距。作为机械装备母机，机床制造业发展来源于其下游产业推动，机床行业下游产业主要有造船、工程机械、航空航天、汽车、铁路、电力设备、风电设备、动力设备、制冷设备和石化设备等。随着我国航空航天业发展，势必带动促进装备制造业发展。由于航空航天工业产品零件具有耐高温、高强度、难加工、合金材料与复合材料多、复杂结构件多、工艺要求高等特点，要求机床加工设备向大型（重型、超重型）、高速、精密、复合、智能化趋势发展。航空发动机及其零部件加工需要大量高精度机床作支撑，发动机结构复杂，整体机匣、叶片加工需要多功能、高精度数控机床，如数控立车、数控精密镗床五轴加工心等。为此，航空航天业对机床要求高，加之欧美、日本等国外强势机床企业进驻与当前国际金融危机影响下不明朗的环境，应进一步加速推动国内机床调头向高端发展。在能源领域，国内重型机械企业在为能源工业重大工程项目建设中发挥了关键作用，包括国家三大动力制造基地及其他发电设备制造厂的重大关键设备都由国内厂家提供。我国造船工业发展形势依然严峻，市场竞争愈加激烈。特别是接船难、交船难、融资难局面没有改变，而产能庞大、开工率不足及产品同质性太强，我国造船工业仍面临着结构调整和严峻考验，国际上主要造船国家激烈竞争，重庆大学专科学生毕业设计（论文）绪论因此，作为持续为船用柴油机、螺旋推进器、船用机械仪表、海洋工程、船台起重机等提供机械装备机床行业，需要装备的体积“个”越来越大，精密、复合、智能化性能越来越高。汽车制造水平质量取决于装备水平，同时，汽车工业国际竞争力又取决于装备先进性制造成本。随着技术发展，汽车零部件制造工艺水平提升，对机床要求还会进一步提高。因此，需要机床具有复合性能，以提高工序集中为目标，尽量减少装夹次数，提高生产率和工作精度，并具有智能化，即计算机技术及应用软件在产品中的技术含量越来越高，如采用软件补偿技术提高精度，使机床的结构简化，远程控制、远程故障排除及维护成为可能。综上所述，国内机床产品技术已趋成熟，与国外先进技术水平的差距正在逐步缩小，也将突破我国高档数控机床产品生产瓶颈，打破西方国家的垄断和制约，满足国防安全和国民经济建设的需要。国内制造能力已进入世界前列，而国外机床厂家的制造能力正在削弱。我们要以承担国家重点工程项目为契机，努力开发高档数控机床，为国产数控机床满足市场需求做出更大贡献。1.2C616数控步进改造设计的目的及意义首先，对C616数控步进改造设计后能使其实现数控控制；让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工；提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。其次通过对C616普通车床进行改造能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。C616普通车床进行数控步进改造后，机床的数控改造同购置新机床比拟一般可节省60%左右的费用，大型及特殊装备尤为明显,一般机床改造只需花新机床购置费的1/3。所以若将原有的C616机床进行彻底改造升级也只需破费购买新机床60%的费用。并且该机床能加工原先机床不能加工的复杂零件，同时还能能减轻劳动强度,改善劳动条件,节省人力,能降低劳动成本;并且还可以熟悉和了解设备，便于以后的操作维修。使之车床生产效率高,是普通车床的3～5倍;减少工装,减少人为误差,提高加工精度,具有广泛的适用性和灵活性;缩短新产品的试制和生产周期,易于组织多品种生产,使企业能对场需求作出快速响应。1.