C620普通车床的数控化改造

1C620普通车床的数控化改造本科生毕业论文（设计）题目C620普通车床的数控化改造学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师撰写日期：2008年6月10日2摘要针对现有常规C620普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了C620机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。改造过程如下：（1）机械部分的改造，包括纵向进给方向的改造和横向进给方向的改造。主要包括对滚珠丝杠螺母副及反应式步进电机的计算选择及纵向、横向机构装配图方案的制定。（2）电气控制部分的设计，主要包括MCS-51系列单片机及扩展芯片的选用和电气控制图的设计。数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。因为MCS—51系列的单片机具有集成度高、可靠性高、功能强、速度快、抗干扰能力强等优点。关键词：数控，单片机，步进电机，滚珠丝杠，有完整word论文，CAD图，英汉翻译QQ：3835350173AbstractToremedythedefectsofordinarylatherC620,adesignofdataprocessingsystemanditssinglechipmicrocomputersystemprogramisputforwardtoraisetheprocessingprecisionandextendthemachine’susage,andtoimproveproductionrate。Thispaperpresentstheprocessofdesigningnumericalcontrolreform，andexplicitlyintroducesthedesignofmechanicalandnumericalcontrolsystemreforms。Weadoptcontrolsystemwhichhas8031ascputocopewiththesignal，andoutputthesteppulsethroughtheI/Ointerface。Aftertransmittingandslowingdownbyforce1gear,thesteppulsesdrivetheleadingscrewtoroll。Thusachievetheverticalmovementandthecrosswisemovement。Reformprocessasfollows:(1)Thereformationofmachinepart,includetoenterlengthwaystothereformationofthedirectionwithhorizontalentertodirectionofreformation.Mainlyincludetorolltheballscrewshaftnutandthecalculationchoiceofreactionsteppingmotorandtheestablishmentoflengthways,horizontalorganizationassemblediagramproject.(2)Thereformationofelectricitypart,mainlyincludethechoiceofMCS-51familysingle-chipandexpandchipandthedesignofelectriccontrolchart.numericalcontrolsystemadoptsMCS-51seriesof8031micro-expansionsystem.BecausetheMCS-51familyofmicrocontrollerswithahighintegration,highreliability,strongfunction,highspeed,anti-interferenceabilityandsoon.Keywords:numericalcontrol,single-chip,steppingmotor,ballscrewshaft,4目录摘要·····························Ⅰ外文摘要···························Ⅱ目录·····························Ⅲ1.绪论····························12.总体方案的设计·······················32.1设计任务·······················32.2总体方案的论证····················32.2.1机械部分的改造设计················32.2.2伺服进给系统的改造设计··············42.2.3数控系统的硬件电路设计··············42.3总体方案的确定····················43.机械部分的改造设计·····················63.1纵向进给系统的改造设计················63.1.1纵向滚珠丝杠副的选用···············63.1.2步进电机的选用··················123.2横向进给系统得改造设计················173.2.1横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用·········173.2.2横向步进电机的选用················213.3齿轮传动间隙的调整··················244.电气控制部分的设计·····················2754.1单片机的选择······················274.2步进电机的驱动·····················284.2.1环形脉冲分配器的选择···············284.2.2功率放大器的选用·················304.3步进电机的微机控制··················334.4软件程序的实现····················355.总结·····························40致谢·······························41参考文献·····························42有完整word论文，CAD图，英汉翻译QQ：38353501761.绪论机床作为机械制造业的重要基础装备，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，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工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目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1）适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2）加工精度高；3）生产效率高；74）减轻劳动强度，改善劳动条件；5）良好的经济效益；6）有利于生产管理的现代化。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。我国数控机床的研制是从1985年开始的，经历了几十年的发展，直到80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服系统技术后，我国数控技术才有了质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐渐形成规模。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，普通车床的数控改造可以提高加工生产率，改善加工工艺，减少资金投入。实践证明普通车床的数控改造具有重大的实际价值，为此，普通机床的数控改造具有较好的市场前景。82.总体方案的设计2.1设计任务本设计任务是对C620普通车床进行数控改造。利用单片机对纵、横向进给系统进行控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。2.2.1机械部分的改造设计为了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给滚珠丝杠。为了保证一定的传动精度和平稳性，应尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载荷的结构。传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构。此设计过程主要是纵向进给和横向进给的改造，关键是步进电机和滚珠丝杠的选用。车床的的主轴转速保留原机床的功能，横向和纵向的进给采用步进电机驱动，因此步进电机和滚珠丝杠的选择尤为重要。92.2.2伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。2.2.3数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1）时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2）可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3）I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定C620车床经济型数控改造方案。C620车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。将原来机床的普通丝杠改为滚珠丝杠以减小摩擦力。并将8031单片机组成的微机作为数控装置的核心，10由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。由于设计的是简易型经济数控，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减小改动量，以降低成本。步进电机纵向选用110BF003、横向选用90BF002。滚珠丝杠参