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1、机电一体化系统设计机电一体化系统设计课程设计说明书课程设计说明书题题 目目 自动回转刀架设计 院院 （系）（系） 培黎工程技术学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化（职教师资）目 录摘 要.2设计题目.31. 设计任务.42. 总体方案的确定.53. 机械系统的改造设计方案 .54. 进给传动部件的计算和选型 .84.1 脉冲当量的确定.84.2 切削力的计算.84.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） .94.4 同步带减速箱的设计（纵向） .104、5 步进电动机的计算与选型（纵向） .134.6 同步带传递功率的校核 .175. 绘制进给传动机构的装配图 .176. 控制系统硬件电路
2、的设计 .187. 步进电动机驱动电源的选择.198. 控制系统的部分软件设计 .208.1 存储器与I/O 芯片地址分配.208.2 控制系统的监控管理程序 .208.3 8255 芯片初始化子程序.218.4 8279 芯片初始化子程序.218.5 8279 控制LED 显示子程序.228.6 8279 管理键盘子程序.248.7 D/A 电路输出模拟电压程序.258.8 步进电动机的运动控制程序 .258.9 电动刀架的转位控制程序 .258.10 主轴、卡盘与冷却泵的控制程序 .25机电一体化课设的感受与收获 .27结论.281谢辞.29参考文献.30摘 要整个人类社会的文明史，就是制
3、造技术不断演变和发展的历史。任何国家的制造业都是国民经济的基础产业，也是国民经济的主要来源。没有发达的制造业，就不可能有国家真正的繁荣和强大。制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家科技水平、综合国力的重要体现，制造技术的发展是一个国家经济增长的根本动力。而制造业中机床是其基础装备。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。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
4、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。1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。1（机电一体化系统设计课程设计指导书）（机电一体化系统设计
5、课程设计指导书）设计题目：设计题目：卧式车床数控化改造设计卧式车床数控化改造设计普通车床（如 C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630 等）是金属切削加工最常用的一类机床。C6140 普通车床的结构布局如图所示。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等，借助成型刀具，还能加工各种成形回转表面。图 1 C6140 普通车床的结构布局图1-床脚 2-挂轮 3-进给箱 4-主轴箱 5-纵溜板 6-溜板箱 7-横溜板 8-刀架 9-上溜板 10-尾座 11-丝杠 12-光杠 13-床身图 2 机床实体图普通车床刀架的纵向
6、和横向进给运动，是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。进给参数依靠手工调整，改变参数时需要停车。刀架的纵向进给和横向进给不能2联动，切削次序需要人工控制。对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具都可按程序自动进行调节和更换，再加上纵、横向的联动进给功能，所以，改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序集中车削，从而提高生
7、产效率和加工精度。1. 设计任务题目：C6140 普通车床数控化改造设计任务：将一台 C6140 普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下（1）床身上最大加工直径 400 mm；（2）最大加工长度 1000 mm；（3）X 方向(横向)的脉冲当量 = 0.005 mm/脉冲,Z 方向(纵向) = 0.01 xzmm/脉冲； （4）X 方向最快移动速度 = 3000 mm/min，Z 方向为 = 6000 maxxvmaxzvmm/min；（5）X 方向最快工进速度= 400 mm/min，Z 方向为= 800 mm/min；FxvmaxzmxFv（6）X 方向定位精度 0.01 mm，Z
8、 方向 0.02 mm；（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；（8）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为 24 （9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；（10)自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；（11)自动控制冷却泵的启/停；（12)安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；（13)纵、横向安装限位开关；（14)数控系统可与 PC 机串行通信；（15)显示界面采用 LED 数码管，编程采用 ISO 数控代码。32. 总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 CPU 的选择，以及进给传动方式
9、和执行机构的选择等。（1）普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。（2）普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统常采用步进电 动机的开环控制系统。（3）根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用 MCS-51 系列的 8 位单片机作为数控系统的 CPU。MCS-51 系列 8 位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。 （4）根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O
10、接口电路、D/A 转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。（5）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。（6）计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速轮副，且应有消间隙机构。（7）选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。3. 机械系统的改造设计方案3.1 主传动系统的改造方案 对普通车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可减少机械改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制
11、。若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用 2速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用4变频器时，若工作频率低于 70Hz，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大） 。本例中，当采用有级变速时，可选用浙江超力电机有限公司生产的 YD 系列7.5kW 变极多速三相异步电动机，实现 2档变速；当采用无级变速时，应加装交流变频器，推荐型号为：F1000-G0075T3B，适配 7.5kW 电动机，生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。3.2 安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特机床附件总厂生产的 KD11250 型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。3.3 换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的 LD4B-CK6140 型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成3.4 螺纹编码器的安装方案 螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加
