《毕业设计（论文）-CK5116A立式车床数控的数控化改造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-CK5116A立式车床数控的数控化改造（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、XXXX学院毕业论文XXXX学院毕业论文（设计） 题 目 CK5116A立式车床数控的数控化改造 系（分院） 专业班级 指导教师 姓名 职称 日 期 XXXX学院毕业论文（设计）任务书专业班级 学生姓名 题 目 CK5116A立式车床数控的数控化改造 上交论文（报告）日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 指导日期： 年 月 日 本人声明我声明，本论文及设计工作是由本人在指导导师的指导下独立完成。尽我所知，在完成论文时利用的一切资料均已在参考文献中列出。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。作 者 签 名 ： 日期： 年 月 日目 录摘 要IV1总体方案的设计11.1 设计任务11.2
2、总体方案的论证11.2.1 机械部分的改造设计31.2.2 伺服进给系统的改造设计41.2.3 数控系统的硬件电路设计41.3 总体方案的确定42机械部分的改造设计52.1 纵向进给系统的改造设计52.1.1 纵向滚珠丝杠副的选用52.1.2 步进电机的选用92.2 横向进给系统的改造设计122.2.1 横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用122.2.2 横向步进电机的选用172.3 齿轮传动间隙的调整193 电气控制部分的设计223.1 单片机的选择223.2 步进电机的驱动233.2.1 环形脉冲分配器的选择243.2.2 功率放大器的选用253.3 步进电机的微机控制273.3.1串行控制2
3、83.3.2并行控制284结论29参考文献30致谢30摘 要本文针对现有常规CK5116A立式车床数控的实际情况提出数控改装方案和单片机系统设计，以提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CK5116A机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。关键词：数控 单片机 步进电机 滚珠丝杠 改造II 辽宁职业学院毕业论文1总体方案的设计1.1 设计任务本设计任务是对CK5116A普通车床进行数控改
4、造。利用单片机对纵、横向进给系统进行控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。1.2 总体方案的论证 对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。一般数控系统应包括以下五大要素和功能，其图如下：动力设备（运转）传感器（检测） - 微机（控制） - 执行机构（驱动）机械主体（加工）此五个要素的工作结构示意图如下： 输入、输出设备控 制 设 备伺服系统辅助控制装置测量反馈装置机械传动部（1）输入、输出设备 主要作用：编制程序、输入
5、数据，程序输出、显示器。（2）微机控制设备可先用专用计算机PC、PLC、或者单片机。功能：完成零件的测量及精度的保证，产生脉冲信号。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制
6、系统。（3）伺服系统包括：伺服电机、伺服控制系统线路、驱动电路、执行机构功能：将微机控制设备产生的脉冲信号转化为电机执行机构的速度和位移。伺服电机有：功率步进电机、直流伺服电机、交流电机。本设计选用步进电机作拖动元件。因为数控系统发出的指令仅使床鞍运动而没有位置检测和信号反馈，故实际移动值和系统指令如果有差别就会造成加工误差。（4）测量反馈装置测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，将执行机构的速度、位置信号测量出来反馈到控制装置中。根据测量结果修改加工程序，改
7、善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。我的这次车床的改造，因为是简易的改造，我们这次改造就没有使用测量反馈装置。（5）机械传动包括传动机构、工作台、床身、支柱等。（6）辅助控制、手动（点动）、限位、紧急停车的实现。1.2.1 机械部分的改造设计数控机床的机械部分在刚度、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。因此，不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了机床数控改造的目的。而是应该从机床自身的价值考虑，分析改造要达到的目标和所需投入。从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值。对被改造机床的结构、性能、精度等技术现状作全面分析。其中包
8、括机床原来的结构设计是否符合改造要求，部件结构是否仍然完好，各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用，各项精度是否满足要求，机床在加工中是否存在故障和历史上有无出现过重大故障。从该机床的投入产出率估算，确定最终改造方案。为了实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠。为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载荷的结构。传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构。此设计过程主要是纵向进给和横向进给的改造，关键是步进电机和滚珠丝杠的选用。改进后的车床简易传动系统如图1：图1 改进后的车床传动系统 1.小刀架 2.
9、横向步进电动机 3.横向滚珠丝杆 4.大拖板 5.纵向滚珠丝杆 6.纵向步进电动机1.2.2 伺服进给系统的改造设计 伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。数控机床的伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。 1.2.3 数控系统的硬
10、件电路设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。 在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3. I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板
11、操作开关组成的控制系统。1.3 总体方案的确定 经总体设计方案的论证后，确定CK5116A车床经济型数控改造方案。CK5116A车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。将原来机床的普通丝杠改为滚珠丝杠以减小摩擦力。并将8031单片机组成的微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。2机械部分的改造设计2.1 纵向进给系统的改造设计2.1.1 纵向滚珠丝杠副的选用滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩
12、擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。2.1.1.1 确定系统的脉冲当量在数控机床中，一个脉冲所产生的坐标轴位移量叫做脉冲当量，通常用表示，也称机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数，按机床设计的加工精度选定。本设计所要求的CK5116A的脉冲当量为：纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲。2.1.1.2 车削力的计算在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都要用到切削力。现我们利用经验公式计算主切削力。车床的主切削力可用下式计算：式中车床床身加工的最大直径单位为mm。因CK5116A床身加工的最大直径410mm，则：按以下比例分别求出分力和，则：，2.1.1.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择机构类型：确定滚轴循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定后，再计算和确定其他参数，包括：公称直径、导程、滚珠的工作圈数、列数、精度等级等。本设计中选择滚珠循环方式为内循环方式中的固定式。滚
