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論文 設計 題 目 C620 普通車床進行數(shù)控改造 文獻綜述 1 課題目的 意義 針對現(xiàn)有常規(guī) C620 普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設計 對 C620 進行機械改造部分的設計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設計 采用以 8031 為 CPU 的控制系統(tǒng)對信號進行處理 由 I O 接口輸出步進脈沖 經(jīng)一級齒輪傳動減速 后 帶動滾動絲杠轉動 從而實現(xiàn)縱向 橫向的進給運動 本課題的設計提高了機床加工精度和擴大機床使用范圍 并提高生產率 改善加工工藝 還可以減少資金投入 減輕工人的勞動強度 縮短訂購新的數(shù) 控機床的交貨周期時間 實踐已經(jīng)證明普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造具有重大的 實際價值 為此 在舊有車床上進行數(shù)控改造有著較好的市場前景 2 相關研究動態(tài) 國內外現(xiàn)狀 現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展 特別是能源部門的需求 使高溫高壓水廣泛應用于 相關的領域中 對國民生產和人民生活起著越來越重要的作用 例如 機床作 為機械制造業(yè)的重要基礎裝備 它的發(fā)展一直引起人們的關注 由于計算機技 術的興起 促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破 導致了應用數(shù)字化技術進行 柔性自動化控制的新一代機床 數(shù)控機床的誕生和發(fā)展 計算機的出現(xiàn)和應用 為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段 隨著計算機的發(fā)展 數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用 同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結 構的概念發(fā)生了根本的轉變 數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度 靈捷而多樣化 的功能引起世人矚目 并開創(chuàng)機械產品向機電一體化發(fā)展的先河 數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產品 它把刀具和工件 之間的相對位置 機床電機的啟動和停止 主軸變速 工件松開和夾緊 刀具 的選擇 冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控 制介質上 然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機 經(jīng)過譯碼 運算 發(fā)出各 種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件 加工出所需的工件 國外利用數(shù)字計算機進行控制加工是從 40 年代開始的 1952 年美國麻省 理工學院在一臺立式銑床上裝了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng) 成功地實現(xiàn)同時控制 三軸的運動 它成了世界上第一臺數(shù)控機床 此后 從 60 年代開始 其他一 些工業(yè)國家如德國 日本等陸續(xù)地開發(fā)生產及使用數(shù)控機床 1974 年微處理 機直接用于數(shù)控機床 進一步促進了數(shù)控機床的普及應用和大力發(fā)展 隨著數(shù) 控機床的功能越來越完善 可靠性和性能越來越高 它在制造業(yè)中逐漸擔當了 越來越重要的角色 我國數(shù)控機床的研制是從 1958 年開始的 經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展 直至 80 年代后引進了日本 美國 西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術后 我國的數(shù) 控技術才有質的飛躍 應用面逐漸鋪開 數(shù)控技術產業(yè)才逐步形成規(guī)模 由于 現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展 市場需求變的越來越多樣化 多品種 中小批量甚至單 件生產占有相當大的比重 普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞 動生產率的要求 如果設備全部更新替換 不僅資金投入太大 成本太高 而 且原有設備的閑置又將造成極大的浪費 如今科學技術發(fā)展很快 特別是微電 子技術和計算機技術的發(fā)展更快 應用到數(shù)控系統(tǒng)上 它既能提高機床的自動 化程度 又能提高加工精度 所以最經(jīng)濟的辦法就是進行普通機床的數(shù)控改造 這樣既可以提高加工生產率 改善加工工藝 還可以減少資金投入 減輕工人 的勞動強度 縮短訂購新的數(shù)控機床的交貨周期時間 實踐已經(jīng)證明普通車床 的經(jīng)濟型數(shù)控改造具有重大的實際價值 為此 在舊有車床上進行數(shù)控改造有 著較好的市場前景 方案論證 1 1 設計任務 本設計任務是對 C620 普通車床進行數(shù)控改造 利用單片機對縱 橫向進 給系統(tǒng)進行控制 縱向 Z 向 脈沖當量為 0 01mm 脈沖 橫向 X 向 脈沖 當量為 0 005mm 脈沖 驅動元件采用步進電機 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副 1 2 總體方案的論證 對于普通機床的經(jīng)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 2 1 機械部分的改造設計 為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率 采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠 為 了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性 盡量減小摩擦力 選用滾珠絲杠螺母副 同 時 為了提高傳動剛度和消除間隙 采用有預加負載荷的結構 傳動齒輪也要 采用消除齒側間隙的結構 此設計過程主要是縱向進給和橫向進給的改造 關 鍵是步進電機和滾珠絲杠的選用 改進后的車床簡易傳動系統(tǒng)如圖 1 1 圖 1 1 改進后的車床傳動系統(tǒng) 1 小刀架 2 橫向步進電動機 3 橫向滾珠絲桿 4 大拖板 5 縱向滾珠絲桿 6 縱向步進電動機 1 2 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) 1 2 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 在我國 普通機床數(shù)控改造方面應用較普遍的是 Z80CPU 和 MCS 51 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)濟型數(shù)控機床的改造需要 本設計以 8031 芯片為核心 增加存 儲器擴展電路 接口和面板操作開關組成的控制系統(tǒng) 1 3 總體方案的確定 經(jīng)總體設計方案的論證后 確定 C620 車床經(jīng)濟型數(shù)控改造方案 C620 車床的 主軸轉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 進給運動采用步進電機驅動 將原來機床的普通絲杠改為滾珠絲杠以 減小摩擦力 并將 8031 單片機組成的微機作為數(shù)控裝置的核心 由 I O 接口 環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉動 經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠 轉動 從而實現(xiàn)車床的縱向 橫向進給運動 進程計劃 1 2008 02 15 2008 03 15 查閱 搜索相關資料和專業(yè)英語翻譯 2 2008 03 16 2008 03 31 畢業(yè)實習與調研及開題報告階段 3 2008 04 03 2008 05 19 畢業(yè)設計主要工作階段 完成各種運動 和動力設計計算 校核及所有圖紙 4 2008 05 21 2008 06 02 完成說明書的編寫和收尾工作 指導教師意見 簽名 年 月 日 開 題 報 告 會 紀 要 時 間 地 點 姓 名 職務 職稱 姓 名 職務 職稱 姓 名 職務 職稱 與 會 人 員 會議記錄摘要 會議主持人 記 錄 人 年 月 日 系 工 作 小 組 意 見 負責人簽名 年 月 日