機床數(shù)控改造機械系統(tǒng)設(shè)計微型計算機-畢業(yè)論(編輯修改稿)
2025-07-12 05:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 效率。 （ 5）智能化 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括 在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，以方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 第二章 微機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計思路 總體方案 總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。 （ 1）普通車床數(shù)控化改造后 應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （ 2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床一般采用 8 位微機。在 8 位微機中， MCS— 51 系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS— 51 系列單片機擴展系 統(tǒng)。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、 I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （ 5）設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （ 6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機床所要求的分辨率。 （ 7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩 擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng) 8 有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。 （ 8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 （ 9） 原機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動量 ，以降低成本縮短改造周期。 （ 10）機械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 總體方案的論證 對于普通機床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成 本。 （ 1）數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求 CA6140 車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。 （ 2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 數(shù)控機床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性 能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。 在設(shè)計的數(shù)控裝置中， CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素： 1. 時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關(guān)； 3. I/O 口擴展的能力與對外設(shè)控制的能力相關(guān)。 除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來考慮以確定CPU。 在我國，普通機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 Z80CPU 和 MCS51 系列單片機，主要是因為它們的配套芯 片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床的改造需要。 本設(shè)計中是以 MCS51 系列單片機， 51 系列相對 48 系列指令更豐富，相對96 系列價格更便宜， 51 系列中，是無 ROM 的 8051， 8751 是用 EPROM 代替 ROM 9 的 8051。目前，工控機中應(yīng)用最多的是 8031 單片機。本設(shè)計以 8031 芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。 總體方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定的 CA6140 車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控。 CA6140 車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動 變速。車床的縱向（ Z 軸）和橫向（ X軸）進(jìn)給運動采用步進(jìn)電機驅(qū)動。 由 8031 單片機組成微機作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口、環(huán)形分配器與
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