经济型数控车床纵向进给机构设计

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第I页目录第1章绪论......................................................................................................11.1数控床简介.............................................................................................11.2数控机床的组成.....................................................................................1第2章经济型数控机床机械结构......................................................................32.1伺服进给传动系统设计.........................................................................32.1.1伺服进给传动系统概述..............................................................32.1.2开环伺服系统工作原理..............................................................32.1.3伺服进给系统的基本要求..........................................................42.2步进电机的选择.....................................................................................42.2.1步进电机的概述..........................................................................42.2.2步进电机的参数设计..................................................................52.2.3步进电机工作原理......................................................................72.2.4步进电机驱动器的控制原理......................................................82.3齿形带传动设计.....................................................................................82.3.1带和带传动..................................................................................92.3.2齿形带的设计............................................................................102.4直线运动机构——滚珠丝杠螺母机构...............................................112.4.1工作原理及其特点....................................................................112.4.2滚珠丝杠螺母副型号及其设计................................................12第3章经济型数控机床控制系统硬件电路....................................................153.1硬件电路的组成...................................................................................153.2电路图信号流程分析...........................................................................15第4章控制系统软件流程................................................................................164.1程序结构...............................................................................................164.2控制系统软件插补原理.......................................................................164.2.1直线插补设计............................................................................174.2.2圆弧插补原理............................................................................17结论..............................................................................................................19参考文献..............................................................................................................20致谢..............................................................................................................21附录..............................................................................................................22四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第1页第1章绪论1.1数控床简介经济型数控机床具有经济实用，结构简单，操作方便，价格低廉的特点，它的特控制系统通常采用单片机（8位、16位、32位）作控制器，驱动电机采用步进电动机，多数采用开环控制，由于经济型数控系统具有较高的性能价格比，因而广泛地应用于机床产品的升级换代和普通普通机床的技术改造上。近年来，我国在经济系统的研究开发和生产上投入了大量人力和物力，在经济型数控机床领域里经历了几个五年计划之后已经取得了可喜成果，经济型数控机床在我国机床市场上占有较大比重，成为我国制造业不可或缺的一部分。经济型数控机床控制系统采用MCS-51系列单片机8031作为控制系统CPU,需要扩展程序存储器，数据存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。经济型数控机床驱动电机采用步进电机，多数采用开环控制，需要选择和计算主要机械传动部件，如滚珠丝杠，螺母副和步进电机等，绘制机床进给传动机构装配图，绘制单片机控制系统的硬件线路图。1.2数控机床的组成数控机床是一种利用数控技术，准确地按照事先安排的工艺流程，实现规定加工动作的金属切削机床，它主要由控制介质、数控装置、伺服机构、机床、测量装置。各部分的工作原理简述如下：1、控制介质进行数控机床加工时，需在任何机床之间建立某种联系，以便机床正确的执行认的意图，这种进行联系的中间介质机控制介质又称为信息载体。信息以代码的形式存储在介质上，常用的控制节有：穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带；最常用的十八单位标准黑色穿孔纸带。每行共9个孔，大孔为信息孔，其中1.33毫米；小孔为同步孔，其中1.17毫米。国际上通用的代码为EIA四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第2页代码和IS0代码。2、计算机数控装置计算机数控装置是数控装置的核心，其绝大部分采用微型计算机控制，它有输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器组成。3、伺服机构伺服构的作用是把数控装蛊的运动指令转变成机床移动部件的运动，使工作台按照预先规定的轨迹运动，以便使加工出符合图纸要求的工件。伺服机构由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机组成。常用的伺服电机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。4、机床数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，它具有更好的抗震性和刚度，相对运动面的摩擦系数小，进给传动部份的间隙小的特点。5、测量装置测量装置江机床移动的实际位置、速度检测出来转变成电信号，并反馈至计算机中使计算机能随时判断机床的实际位置、速度与指令要求是否一致，并发出相应指令纠正所产生的误差。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第3页第2章经济型数控机床机械结构2.1伺服进给传动系统设计2.1.1伺服进给传动系统概述数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服电动机，功率步进电动机，电液脉冲马达等)和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质上的差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。2.1.2开环伺服系统工作原理它由步进电动机及其驱动线路等组成。其功能是每输入一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定角度，转角的大小由指令脉冲数所决定。步进电动机的旋转速度取决于指令脉冲的频率。由于系统中没有位置检测器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但结构简单、易于调整，在精度不太高的场合中仍得到较广泛的应用。这种系统的定位精度一般可达到土0.02mm，脉冲当量(一个指令脉冲下工作台所移动的距离)为0.01mm，最高进给速度一般在6m／min以下。图2-l是开环伺服系统的工作原理图图2-l四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第4页2.1.3伺服进给系统的基本要求如何选用伺服驱动系统，必须根据机床的实际要求来确定。各种数控机床所完成的加工任务不同，所以它们对进给驱动的要求也不尽相同，但大致可概括为以下几个方面。(1)精度要求伺服系统必须保证机床的定位精度和加工精度。对于经济型数控系统，驱动控制精度一般为0.01mm；而对于高性能数控系统，驱动控制精度为1um，甚至为0.1um。(2)响应速度为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。(3)调速范围调速范围凡是指生产机械要求电动机能提供的最高转速n。和最低转速nmin之比。在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材质以及零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动系统必须具有足够宽的调速范围。(4)低速、大转矩根据机床的加工特点，经常在低速下进行重切削，即在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。2.2步进电机的选择2.2.1步进电机的概述一、步进电动机定义步进电动机又称脉冲电动机或者称为阶跃电动机，目前，随着电子技术、控制技术以及电动机本体的发展和变化，传统的电机分类的间界面越