機床數(shù)控改造機械系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-08-25 02:06 本頁面
【文章內容簡介】 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)控等方面的內容，以方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 我國數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展：從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網和集成為目標，注重加強單元技術的開拓和完善。CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP及MTS等聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展。網絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 第二章 總體方案的設計 設計任務 本設計任務是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向），橫向（X向），驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。 機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質量、生產率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，還是整體布局、外部造型等都已經發(fā)生了很大變化，已經形成了數(shù)控機床的獨特機械結構。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。另外，車床數(shù)控改造的總體原則是在滿足使用要求的前提下，對原機床的改動盡可能減少，以降低成本。改造過程中，為了充分發(fā)揮改造后數(shù)控系統(tǒng)的技術性能，保證改造后車床在系統(tǒng)控制下有較高的重復定位精度，減少低速爬行，并使其外型美觀，性能穩(wěn)定，機械裝置的合理改造就顯得異常重要。其中進給系統(tǒng)的改造又是整個機械裝置改造的關鍵。一般進給系統(tǒng)改造方案是：用步進電機作為驅動元件，解除原傳動系統(tǒng)，通過一級減速齒輪和滾珠絲杠螺母副帶動工作臺移動，保留手動進給機構用于微進給和機床刀具的對零操作。經過經濟型數(shù)控改造后的CA6140型普通車床，采用以8031單片機為核心的數(shù)控裝置對加工過程進行控制處理，其橫向（X向） /脈沖，進給速度范圍為 3 ～ 1000mm/min （無級調速），快進速度可以在1000 ～ 3000mm/min內任意設定。而且運行可靠，抗干擾能力強。改造后的經濟型數(shù)控車床不但實現(xiàn)了CA6140型普通車床的原有功能，而且在機床的加工精度、性能、自動化程度等方面也有所提高，利用數(shù)控方法可以準確地加工任意面的旋轉體。它滿足了現(xiàn)代加工工藝的要求,提高了勞動生產率，大大降低了工人的勞動強度，給企業(yè)帶來了巨大的經濟效益。 總體方案的論證 對于普通機床的經濟型數(shù)控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，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）伺服進給系統(tǒng)的改造設計 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(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，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。 在設計的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關鍵，選擇CPU應考慮以下要素： 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； 2. 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關； 3. I/O口擴展的能力與對外設控制的能力相關。 除此之外，還應根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來考慮
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