CA6140车床的数控改造

成都理工大学毕业设计（论文）-1-CA6140车床数控改造之控制系统设计内容摘要本文主要是将传统的CA6140车床的电气控制系统改造成为数字控制的开环控制系统。改造后的系统是以MCS-51单片机系统为控制模块，以步进电机为驱动执行元件。实现X轴和Z轴的两坐标联动以及对刀具的自动选取。同时能够进行直线和圆弧的插补；工件在一次安装后，完成多道工序的加工，通过编写不同的程序完成各种较为复杂零件的加工；改造后的CA6140车床提高了加工范围和加工精度。关键词：CA6140车床、控制系统、数控改造成都理工大学毕业设计（论文）-2-AbstractThispapermainlyisthatthetraditionalCA6140latheelectricitycontrolsystemisReformedthenumericalcontroltheopen-loopcontrolsystem.AfterthereformsystemistaketheMCS-51monolithicintegratedcircuitsystemasthecontrolmodule,Takestep-by-stepstheelectricalmachineryastheactuationfunctionalelement.RealizesXaxisandtheZaxistwocoordinateslinkageaswellastothecuttingtoolautomaticselection.Atthesametimecancarryonthestraightlineandthecirculararcinsertsmakesup;AfterinstallstheworkpieceCompletesthemultichannelworkingproceduretheprocessingCompleteseachkindofmorecomplexcomponentsthroughthecompilationdifferentproceduretheprocessing;EnhancedtheprocessingscopeandtheprocessingprecisioncomparedtothetraditionalCA6140lathe.Keywords:CA6140latheControlsystemNumericalcontrolReform成都理工大学毕业设计（论文）-3-目录前言.......................................................5正文......................................................101.总体改造方案构思.........................................101.1CA6140车床的用途......................................101.2CA6140数控改造后的功能................................101.3普通车床数控改造设计方案...............................101.3.1改造机械部分........................................101.3.2增加数控控制系统....................................101.4CA6140车床的电气控制系统..............................101.4.1电路分析............................................111.4.2控制电路分析........................................121.5数控系统的基本概念.....................................13１.５.１数控装置的硬件结构...............................15１.５.２数控装置的软件系统...............................16１.５.３数控系统的I/O和通信接口.........................171.5.4CNC系统接口电路的主要任务..........................182.CA6140车床数控化改造的具体实施方案......................182.1系统硬件设计...........................................202.1.18031单片机.........................................212.1.2程序存储器..........................................21成都理工大学毕业设计（论文）-4-2.1.3数据存储器..........................................222.1.4地址锁存器..........................................222.1.5接口芯片............................................232.1.6译码器..............................................232.2系统软件设计...........................................232.2.1进给伺服系统X轴与Z轴步进电机控制..................242.2.2自动刀架换刀控制...................................252.3接口电路设计...........................................293.步进电机的设计..........................................303.1脉冲分配器PMM8713......................................303.2电压-频率变换器LM331...................................313.3驱动器系统电路.........................................324.系统抗干扰和误差分析.....................................334.1系统的干扰信号.........................................334.1系统误差...............................................335.总结....................................................34致谢......................................................35参考文献..................................................36附件......................................................37成都理工大学毕业设计（论文）-5-前言当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。目前普通机床已不适应这种多品种、小批量生产和快速反映的市场要求，数控机床则综合了数控技术、自动检测技术和微电子技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要更换零件相应的加工程序，不需要对机床作任何调整，因此既能很好地满足产品频繁变化的加工要求，又能降低机床升级改造成本、提高产品质量和生产效率，故而对普通机床进行数控化改造这一适合我国国情的技术正得到日益广泛的应用。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在二十世纪八十年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。1948年美国空军部门为制造飞机杂零件，提供设备研经费，由G&L公司与MIT合作研究四年，于1952年试制出世界第一台数控铣床，立即生产100台交付军工使用。在成果上显示了它是社会需求、科技水平、人员素质三者的结晶；在技术上则显示出机电一体化机床在控制方面的巨大创新。数控机床具有以下三大突出的特点：1利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多座标联动，易加工杂曲面。对于加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求，但价格较昂贵。2利用硬件和软件相组合，能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能，可进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度；3是以电子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进成都理工大学毕业设计（论文）-6-制造系统，如FMS、FTL、FA，甚至将来的CIMS，能最大限度地提高工业的生产率、劳动生产率。数控机床的发展条件主要包括：1它是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合，特别是以电子、计算机等现代先进技术为基石，必须具有巩固的技术基础，互相配套，缺一不可。2数控机床是由主机、各种元部件（功能部件）和数控系统三大部分组成，还需先进的自动化刀具配合，才能实现加工，各个环节在技术上、质量上必须切实过关，确保工作可靠、稳定，才能保数控机床工作的精度、效率和自动化，否则，难以在生产实际中使用；3它是社会需求、科技水平和人员素质三者的结合，缺一不成。如果人员素质差、科技水平达不到，则难以满足社会需求。人是一切活动的主体，需要各种精通业务的专家、人才和熟练技术工人，互相配合，共同完成。数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国的特点是，政府重视机床工业，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位特别讲究“实际”与“实效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。1956年研制出第一台数控机床，德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规（如“机振法”、“机电法”、“机信法”等）引导发展。1958年研制出第一台数控机床，在成都理工大学毕业设计（论文）-7-战略上先仿后创，在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。目前，中国机床工业厂多人众。2000年，金切机床制造厂约358家（20.6万人），成形机床制造厂191家（约6.5万人），共计549家（27.1万人）。其中生产数控金切机床的约150家，生产数控成形机床的约30家，共计约180家，占厂家总数的三分之一。中