畢業(yè)設(shè)計(jì)-機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)(編輯修改稿)
2025-01-08 18:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向面 (工段車間獨(dú)立制造島、 FA)、體 (CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開(kāi)拓和完善。 CNC 單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD、 CAM、 CAPP 及 MTS 等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展 。 第二章 總體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) CA6140 普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向（ Z 向）脈沖當(dāng)量為 ，橫向（ X 向）脈沖當(dāng)量為 ，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī) 床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無(wú)論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都 已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的 過(guò)程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)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(duì)原機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本。改造過(guò)程中，為了充分發(fā)揮改造后數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能，保證改造后車床在系統(tǒng)控制下有較高的重復(fù)定位精度，減少低速爬行，并使其外型美觀，性能穩(wěn)定，機(jī)械裝 置的合理改造就顯得異常重要。其中進(jìn)給系統(tǒng)的改造又是整個(gè)機(jī)械裝置改造的關(guān)鍵。一般進(jìn)給系統(tǒng)改造方案是：用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，解除原傳動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)一級(jí)減速齒輪和滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，保留手動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于微進(jìn)給和機(jī)床刀具的對(duì)零操作。 經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造后的 CA6140 型普通車床 ， 采用以 8031 單片機(jī)為核心的數(shù)控裝置對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制處理，其橫向（ X 向） 進(jìn)給脈沖當(dāng)量為 /脈沖，進(jìn)給速度范圍為 3 ～ 1000mm/min （無(wú)級(jí)調(diào)速），快進(jìn)速度可以在 1000 ～ 3000mm/min 內(nèi)任意 設(shè)定。而且運(yùn)行可靠，抗干擾能力強(qiáng)。 改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床不但實(shí)現(xiàn)了 CA6140 型普通車床的原有功能，而且在機(jī)床的加工精度、性能、自動(dòng)化程度等方面也有所提高，利用數(shù)控方法可以準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。它滿足了現(xiàn)代加工工藝的要求 ,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 （ 1）數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為 點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)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(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。 （ 2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)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(yùn) 行。 在設(shè)計(jì)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(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； 3. I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)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(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定CPU。 在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 Z80CPU 和 MCS51 系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋?，普及性、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 的改造需要。 本設(shè)計(jì)中是以 MCS51 系列單片機(jī)， 51 系列相對(duì) 48 系列指令更豐富，相對(duì)96 系列價(jià)格更便宜， 51 系列中，是無(wú) ROM 的 8051， 8751 是用 EP
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